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En la actualidad, la mayor parte de los motores de explosión monocilíndricos o pluricilindricos montados en vehículos comerciales están basados en el mecanismo cigüeñal-biela-pistón utilizado por primera vez en las máquinas de vapor hace más de 100 años. En este viejo sistema, el pistón puede girar libremente con respecto a la biela y friccionar con las paredes del interior del cilindro, ocasionando un desgaste excesivo del interior del cilindro o del propio pistón, y en el peor de los casos, un atascamiento (o gripaje) del pistón en su recorrido.
A fin de reducir el desgaste de estas dos piezas y evitar los indeseables gripajes, los motores requieren de eficientes circuitos de engrase que consiguen disminuir la fricción proporcionando una película lubricante entre las paredes del cilindro y las del pistón. Los autores de este trabajo han diseñado un nuevo motor de explosión reemplazando el sistema mecánico cigüeñal-biela-pistón tradicional en el que el émbolo se desplaza con un movimiento alternativo rectilíneo, por un sistema en el que el émbolo describe un movimiento alternativo circular.
En este nuevo sistema, el pistón está unido solidariamente a la biela eliminando su posible giro y evitando el contacto con las paredes interiores del cilindro, reduciendo de esta manera tanto el desgaste del pistón y del cilindro como el consumo de aceite. El motor diseñado funciona con etanol, y su ciclo termodinámico es el de un motor de dos tiempos. En este motor, la admisión de la mezcla aire-combustible se realiza por lumbreras laterales y el escape de los gases productos de la combustión por una válvula situada en la parte superior de la cámara de explosión hemiesférica.
Originalidad del trabajo:
En este trabajo se muestra el proceso de diseño y desarrollo de un nuevo motor de explosión que funciona con etanol y en el que el mecanismo alternativo cigüeñal-biela-manivela tradicional ha sido reemplazado por un nuevo mecanismo pendular cigüeñal-biela-manivela, consiguiendo reducir el desgaste entre las paredes del pistón y del cilindro del motor y por lo tanto el consumo de aceite lubricante.
El motor ha sido diseñado para trabajar con un ciclo termodinámico de un motor de dos tiempos, en el que la admisión al cilindro se realiza a través de lumbreras laterales, y el escape mediante una válvula que se encuentra situada en el centro de la cámara de explosión hemiesférica.
A pesar de tratarse de un motor de dos tiempos, el aceite lubricante no se encuentra disuelto en el combustible como en los motores que funcionan con combustibles derivados del petróleo, sino que se encuentra situado en el carter estanco al igual que en los motores de cuatro tiempos.
El no consumir aceite lubricante en la combustión de la mezcla, supone un areducción cuantiosa en la emisión de gases de efecto invernadero.
En los motores de dos tiempos de uso habitual, el ciclo de compresión se realiza en el carter y se aprovecha para lubricar el cigüeñal y la biela. En este motor, la etapa de compresión se realiza en un sistema auxiliar (compresor de lóbulos tipo planche) que no ha sido incluido en el artículo, pero queda a disposición de los revisores si fuera necesario (se pretende hacer un segundo paper con el estudio del compresor de lóbulos tipo planche).
Razones o motivaciones:
Las razones o motivaciones que han llevado a los autores a realizar el diseño y desarrollo del nuevo motor han sido, por un lado, una preocupación manifiesta en mejorar los motores actuales, ya sea desde el punto de vista mecánico (un sistema que evita los giros y cabeceos del pistón) o desde el punto de vista ecológico (utilizando un biocombustible como es el etanol).
Por otro lado, la gran afición y motivación por parte de uno de los autores del artículo (Rubén Lostado Lorza) a la mecánica de los motores y a las motocicletas antiguas. Este punto de vista de saber como funcionan los motores de mas de 100 años hace tener al autor una visión mas especializada en el diseño de estas máquionas térmicas.
Objetivos logrados:
El trabajo presentado ha sido un trabajo teórico en el que se ha aprovechado el conocimiento que tienen los autores en el diseño y en el desarrollo de máquinas para realizarlo. No está previsto fabricar un prototipo y experimentar con él.
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