¿Cómo funciona un motor?

El otro día, José Luis me envió un mail preguntándome lo siguiente:

Hola Jesús: La pregunta que se me ha venido a la mente es: ¿en qué consiste la relación de compresión de un motor?
Un saludo y gracias, Jesús,
José Luis


La verdad es que no sé si te refieres a motores de coche (motor alternativo) o de avión (a reacción). Yo creo que te refieres al coche, que es lo más común. Voy a aprovechar tu pregunta para contaros cómo funciona un motor alternativo de los que tenéis todos debajo del capó.

(Explicaré el funcionamiento de un motor de gasolina. El diesel es muy parecido y los cambios que haya los iré explicando)

La parte más importante del motor de un coche la forman los cilindros y los pistones. El objetivo del motor es hacer mover el pistón arriba y abajo, para luego transmitir ese movimiento y hacer girar las ruedas. Lo que se hace es quemar gasolina en el interior del cilindro de manera que los gases en su expansión muevan el pistón. El quid de la cuestión está en cómo quemar la gasolina de la manera más eficiente (por aquello del dinero). Muchos habréis oído que los motores de coche son de 4 tiempos. ¿Qué significa eso? Pues que su ciclo de funcionamiento se puede dividir en 4 etapas.


La primera sería la de admisión, en la que se introduce aire fresco en el pistón. Como habéis visto, el cilindro posee en la parte superior dos orificios (vávulas), uno para meter aire y otro para sacarlo. En realidad los motores tiene más de 2, pero lo simplificaremos para su explicación. En el caso del motor diesel, se introduce aire sin más, sin embargo en los motores de gasolina lo que se introduce es una mezcla de aire y gasolina. Como veis, al comienzo de la primera etapa el pistón está arriba del todo. Durante esta etapa, se abre la válvula de entrada de aire y el pistón baja para llenarse de aire fresco (sin gases de combustión).

En la segunda etapa, la de compresión, el pistón sube desde abajo del todo hasta arriba. Para que no se escape el aire que hemos metido antes, la válvula se cierra (aproximadamente) al llegar el pistón abajo. Durante esta etapa, la mezcla de aire y gasolina se comprime al subir el pistón y reducir el volumen. La relación de compresión, por la que preguntaba José Luis, es el cociente entre la presión final y la presión inicial. Por ejemplo, una relación de compresión de 8 indica que la mezcla se ha comprimido 8 veces la presión a la que estaba.

Al final de la anterior etapa, el pistón estaba arriba y el aire estaba en su punto máximo de compresión. En este momento, se prende una chispa (con la bujía) y la mezcla explota. Fruto de esa explosión, los gases se expanden, llevando el pistón hasta abajo del todo. En el caso de los motores diesel, aún no habíamos metido el combustible. En estos motores, durante la tercera etapa, los diesel inyectan gasoil en gotitas muy pequeñas y a alta presión. Debido a esa presión y a la temperatura del motor, la gasolina estalla sin necesidad de chispa alguna. Esta etapa se conoce como expansión o explosión.

Finalmente, el pistón estaba abajo del todo y el cilindro contenía gases de combustión que ya no sirven para nada. En esta última etapa, la de escape, se abre la vávula de salida de gases, y el pistón sube hasta arriba, vaciando el cilindro de aires residuales. Una vez arriba del todo, comenzaría otra vez la primera etapa de un nuevo ciclo, llenándose nuevamente el cilindro de aire fresco.

Como véis, en un ciclo el pistón baja, sube, baja y vuelve a subir. Para que lo veais todo seguido y en movimiento, mirad esta animación:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:4-Stroke-Engine.gif

Las etapas están numeradas. La válvula de la derecha sería la de admisión y la de la izquierda la de escape.

Como comprenderéis, la sincronización es fundamental en el funcionamiento del motor. Las válvulas, chispa, inyeción, explosión... todo debe estár sincronozado al máximo para que sea lo más eficiente posible. Pues pensad ahora que vuestro coche hace esto 3500 veces por minuto (sólo tenéis que mirar el cuentarevoluciones). Increíble, ¿no? ¿Y si ahora os digo que los fórmula 1 van a 17000 rpm? Esta temporada no ocurre tanto, pero hace unos años, cuando las revoluciones no estaban limitadas tan "bajas" era más normal que los pilotos rompieran motor. Lo más corriente era que el inyector fallara al intentar "escupir" la gasolina 19000 veces por minuto.

Para terminar, animaros a todos a preguntar vuestras dudas!!