⚙️ Tema 11: Mecánica: motores y nuevas tecnologías

Ayuntamiento de Zaragoza · Bombera/o Conductor/a

Resumen

Los motores térmicos de combustión interna son de dos tipos: de explosión (gasolina, aunque también pueden usar gas o alcohol), que siguen el ciclo Otto y encienden la mezcla con una chispa, y diésel, que solo usan gasóleo y se encienden por autoinflamación. En ambos, la combustión dentro del cilindro genera gases que empujan el pistón, y este transmite el movimiento a los mecanismos.

El motor de dos tiempos hace las cuatro fases (admisión, compresión, explosión y escape) en dos carreras del pistón, una vuelta de cigüeñal: más potencia a igual cilindrada, pero más consumo y más desgaste. No lleva árbol de levas ni válvulas, sino lumbreras, y el cambio de gases lo dirige el pistón. No tiene cárter de aceite: el lubricante va mezclado con el combustible, por eso una motosierra o un motodisco trabajan en cualquier posición. El de cuatro tiempos necesita cuatro carreras (dos vueltas de cigüeñal) y sus piezas básicas son bloque, cilindros, pistones, bielas, cigüeñal, culata con válvulas, colectores y sistemas de alimentación, encendido y arranque.

El encendido convencional de gasolina lo forman batería, interruptor, amperímetro, bobina (convierte el bajo voltaje en alta tensión), platinos o ruptor, condensador (absorbe la sobrecorriente al abrirse los platinos), distribuidor o Delco y bujías, donde salta la chispa. La alimentación de gasolina tiene depósito, filtro, bomba de alimentación, carburador, inyector y líneas de combustible.

El diésel (Rudolf Diesel, 1897) comprime solo aire, que alcanza aproximadamente 700-900 grados, y al inyectar el gasóleo en el PMS este se autoinflama. Por eso no lleva carburador ni encendido por chispa, sino inyección a presión, y en frío usa bujías de calentamiento. Sus altas presiones obligan a una construcción más robusta, mejor lubricación y refrigeración, y válvulas de escape huecas rellenas de sodio. No tiene mariposa: el acelerador actúa sobre la bomba inyectora. El gasóleo A es el de automoción, el B el agrícola (su uso en otros vehículos está multado) y el C el de calefacción.

La inyección diésel ha evolucionado con el turbo, el intercooler y la inyección directa. El common rail mantiene el gasóleo en un conducto común a 1.400-1.600 bares (hasta 2.500 en algunos motores), gestionado por la ECU, que corta la presión de alimentación a 5.000 rpm y desactiva la bomba auxiliar y los inyectores por encima de 5.400. La bomba unitaria (UPS) pone una bomba por cilindro unida al inyector con una tubería corta; el inyector bomba (UIS) junta bomba e inyector en una sola pieza en la culata. Por la disposición de los cilindros, los motores pueden ser en línea, horizontales opuestos o en V.

Las normas Euro limitan las emisiones de los vehículos nuevos: Euro 1 en 1993 y Euro 6 desde 2014, que deja el NOx de los diésel en 80 mg/km (170 mg/km hidrocarburos + NOx). Para cumplirlas se usan la EGR, que reenvía gases de escape a la admisión para bajar el oxígeno y la temperatura y con ello el NOx (a cambio de más partículas y menos potencia), y la SCR con AdBlue (urea al 32,5 % en agua desmineralizada), que convierte el NOx en agua y nitrógeno. El depósito de AdBlue tiene la tapa azul.

En las nuevas tecnologías conviene conocer las siglas: HEV (híbrido), PHEV (enchufable, 5-80 km en eléctrico), MHEV (semihíbrido de 48 V), BEV/EV (eléctrico de batería), EREV (autonomía extendida: tracción 100 % eléctrica y un pequeño motor que hace de generador), FCEV (pila de combustible). Los híbridos pueden ser en paralelo, combinados o en serie. El sistema de tracción eléctrica tiene cargador (alterna de la red a continua), batería, conversor (alta tensión continua a baja), inversor (continua a alterna para el motor), motor, cables naranjas de alta tensión y batería auxiliar de 12 o 24 V. Los cortes de emergencia se hacen con plug service, anillos de corte o fusibles de desconexión. Los conectores de carga son Schuko, SAE J1772 (tipo 1), Mennekes (tipo 2, estándar europeo), CHAdeMO y CCS Combo.

En gases: el GLP (butano y propano) es más pesado que el aire y se va a las zonas bajas; va licuado a 6-12 bares (habitual 7) con llenado máximo del 80 %. El gas natural (metano) es más ligero que el aire; como GNC va a 200-250 bares y como GNL se licúa a unos -162 °C y ocupa 600 veces menos. El etanol se tolera hasta un 10 % en cualquier coche; el E85 exige vehículos FlexiFuel. El hidrógeno es incoloro, inodoro, no tóxico y muy inflamable (4-75 % en aire); va en depósitos tipo III o IV a 350-700 bares con válvula de seguridad que se abre a 110 °C. La pila de combustible une hidrógeno y oxígeno del aire, produce electricidad y vapor de agua, trabaja a unos 80 °C y supera el 60 % de eficiencia.

Claves para el examen

• 2T: ciclo completo en una vuelta de cigüeñal; lumbreras, sin árbol de levas ni válvulas; aceite mezclado con el combustible.
• 4T: cuatro carreras del pistón = dos vueltas de cigüeñal (admisión, compresión, combustión y escape).
• Encendido convencional: la bobina eleva la tensión, el Delco la reparte, el condensador absorbe la sobrecorriente de los platinos.
• Diésel: autoinflamación; aire comprimido a unos 700-900 grados; gasóleo de la destilación entre 220 y 350 °C.
• Diésel sin mariposa: el acelerador actúa sobre la bomba inyectora.
• Gasóleo A (automoción), B (agrícola), C (calefacción).
• Common rail: 1.400-1.600 bares (hasta 2.500); corte de alimentación a 5.000 rpm, bomba auxiliar e inyectores fuera por encima de 5.400.
• UPS = bomba unitaria por cilindro + tubería corta; UIS = inyector bomba en una sola pieza en la culata.
• Euro 1: 1993; Euro 6: 2014; NOx diésel 80 mg/km (HC + NOx 170 mg/km).
• EGR: menos NOx, más partículas. SCR + AdBlue (urea al 32,5 %): NOx a agua y nitrógeno; tapa azul.
• Siglas: PHEV 5-80 km eléctricos; MHEV 48 V; EREV tracción 100 % eléctrica con motor generador; FCEV pila de combustible.
• Inversor: continua a alterna; conversor: alta a baja tensión continua; cargador: alterna de la red a continua; cables naranjas = alta tensión.
• GLP más pesado que el aire (zonas bajas), 6-12 bares, llenado al 80 %; GNC 200-250 bares; GNL a -162 °C y 600 veces menos volumen.
• Hidrógeno: 4-75 % en aire; depósitos tipo III y IV a 350-700 bares; válvula térmica a 110 °C; ONU 1049 (comprimido) y 1966 (líquido refrigerado).

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