Tipos De Motores: Característica, Usos Y Funcionamiento

No sólo es satisfactorio entender cómo funciona algo, sino que puede facilitar mucho el diagnóstico y la solución de los problemas cuando se producen. Esto es especialmente cierto en el caso de los coches. En este post te hablaremos acerca de los tipos de motores que existen, especialmente hablaremos de los motores para automóviles.

¿Es mejor un tipo de motor que otro? En cuanto a los cilindros del motor, ¿es mejor tener más? ¿Cuántos tipos de motor de coche hay? Son preguntas razonables que hay que nos solemos hacer antes de elegir un automóvil.

Repasaremos también algunas de las disposiciones convencionales de los motores y las configuraciones de los cilindros. Al final del artículo, deberías tener una buena comprensión de lo que separa un tipo de motor de otro.

¿Qué son los motores y sus funciones?

Los motores son máquinas que convierten una fuente de energía en trabajo físico. Si necesitas que algo se mueva, un motor es lo que necesitas. Pero no todos los motores están hechos de la misma manera, y los diferentes tipos de motores no funcionan igual.

Probablemente la forma más intuitiva de diferenciarlos es el tipo de energía que utiliza cada motor para obtener su potencia.

1- Motores térmicos

En la definición más amplia posible, estos motores necesitan una fuente de calor para convertirse en movimiento. Dependiendo de cómo generen dicho calor, pueden ser motores de combustión (que queman cosas) o no combustión.

Funcionan mediante la combustión directa de un propulsor o mediante la transformación de un fluido para generar trabajo. Como tales, la mayoría de los motores térmicos también se solapan con los sistemas de propulsión química.

Pueden ser motores con respiración de aire (que toman oxidantes como el oxígeno de la atmósfera) o motores sin respiración de aire (que tienen oxidantes ligados químicamente al combustible).

1. Motores de combustión interna

Los motores de combustión interna son bastante omnipresentes hoy en día. Impulsan coches, cortacéspedes, helicópteros, etc. Los motores de combustión interna obtienen la energía del combustible que se quema en una zona especializada del sistema denominada cámara de combustión.

En esta clase de motores proceso de combustión genera productos de reacción (escape) con un volumen total mucho mayor que el de los reactantes combinados (combustible y oxidante). Esta expansión es el verdadero pan de cada día de los motores de combustión interna: es lo que realmente proporciona el movimiento.

El calor es sólo un subproducto de la combustión y representa una parte desaprovechada del almacén de energía del combustible, ya que en realidad no proporciona ningún trabajo físico.

Los motores de combustión interna se diferencian por el número de "tiempos" o ciclos que realiza cada pistón para una rotación completa del cigüeñal. Los más comunes hoy en día son los motores de cuatro tiempos, que descomponen la reacción de combustión en cuatro pasos:

1. Inducción o inyección de una mezcla de combustible y aire (el carburante) en la cámara de combustión.
2. Compresión de la mezcla.
3. Encendido mediante bujía o compresión: el combustible se dispara.
4. Emisión del escape.

En cada paso, un pistón de 4 tiempos es empujado alternativamente hacia abajo o hacia arriba. El encendido es el único paso en el que se genera trabajo en el motor, por lo que para todos los demás pasos, cada pistón depende de la energía de fuentes externas (los otros pistones, un arranque eléctrico, el arranque manual o la inercia del cigüeñal) para moverse.

2. Motores de combustión externa

Los motores de combustión externa mantienen el combustible y los productos de escape por separado: queman el combustible en una cámara y calientan el fluido de trabajo dentro del motor a través de un intercambiador de calor o de la pared del motor. El gran padre de la Revolución Industrial, la máquina de vapor, entra en esta categoría.

En algunos aspectos, los motores de combustión externa funcionan de forma similar a sus homólogos de combustión interna: ambos necesitan calor, que se obtiene quemando cosas. Sin embargo, también hay varias diferencias.

Los motores de combustión externa utilizan fluidos que sufren una dilatación-contracción térmica o un cambio de fase, pero cuya composición química permanece inalterada. El fluido utilizado puede ser gaseoso (como en el motor Stirling), líquido (el motor de ciclo Rankine orgánico) o sufrir un cambio de fase (como en la máquina de vapor).

3. Motores de reacción

Los motores de reacción, conocidos coloquialmente como motores a reacción, generan empuje mediante la expulsión de masa reaccionaria. El principio básico de un motor de reacción es la Tercera Ley de Newton: básicamente, si soplas algo con suficiente fuerza a través del extremo posterior del motor, éste empujará el extremo anterior hacia delante. Y los motores a reacción son muy buenos para hacer eso.

Los motores a los que solemos referirnos como “motores a chorro”, los que van atados a un avión de pasajeros Boeing, son estrictamente motores a chorro que respiran aire y pertenecen a la clase de motores de turbina.

Los motores Ramjet, que suelen considerarse más sencillos y fiables, ya que contienen menos piezas móviles (hasta ninguna), también son motores de reacción de respiración aérea, pero pertenecen a la clase de motores de ariete.

2- Motores eléctricos

Hay tres tipos de motores eléctricos clásicos: magnéticos, piezoeléctricos y electrostáticos. El magnético, como la batería, es el más utilizado de los tres. Se basa en la interacción entre un campo magnético y el flujo eléctrico para generar trabajo.

Funciona según el mismo principio que utiliza una dinamo para generar electricidad, pero a la inversa. De hecho, se puede generar un poco de energía eléctrica si se acciona manualmente un motor electromagnético.

Para crear un motor magnético se necesitan unos imanes y un conductor enrollado. Cuando se aplica una corriente eléctrica al bobinado, se induce un campo magnético que interactúa con el imán para crear una rotación.

Es importante mantener estos dos elementos separados, por lo que los motores eléctricos tienen dos componentes principales: el estator, que es la parte exterior del motor y permanece inmóvil, y un rotor que gira en su interior. Ambos están separados por un espacio de aire.

Normalmente, los imanes están incrustados en el estator y el conductor se enrolla alrededor del rotor, pero los dos son intercambiables. Los motores magnéticos también están equipados con un conmutador para cambiar el flujo eléctrico y modular el campo magnético inducido mientras el rotor gira para mantener la rotación.

1. Motores de iones

Los accionamientos de iones son una especie de mezcla entre un motor a reacción y uno electrostático. Esta clase de propulsores acelera iones (plasma) utilizando una carga eléctrica para generar propulsión. No funcionan si hay iones alrededor de la nave, por lo que son inútiles fuera del vacío del espacio.

También tienen una potencia muy limitada. Sin embargo, como sólo utilizan electricidad y partículas individuales de gas como combustible, se han estudiado ampliamente para su uso en naves espaciales.

2. Propulsores EM/Cannae

Los propulsores EM/Cannae utilizan la radiación electromagnética contenida en una cavidad de microondas para generar confianza. Es probablemente el más peculiar entre todos los tipos de motores. Incluso se le ha llamado el motor imposible, ya que es un motor no reactivo, es decir, que no produce ninguna descarga para generar empuje, lo que aparentemente evita la Tercera Ley.

En lugar de combustible, utiliza microondas que rebotan en un conjunto de reflectores cuidadosamente ajustados para conseguir pequeñas cantidades de fuerza y, por tanto, lograr un empuje sin propulsión.

3- Los motores mecánicos

Estos motores dependen de la energía mecánica almacenada para funcionar. Los antiguos motores de relojería y los hidráulicos son motores físicos.

Estos motores no pueden recurrir a grandes reservas de energía. Los motores de relojería antiguos, por ejemplo, almacenan la energía elástica en resortes y había que darles cuerda cada día. Los motores de tipo neumático e hidráulico tienen que transportar pesados tubos de fluidos comprimidos, que generalmente no duran mucho.

¿Cómo funcionan los motores de los coches?

La sencillez de girar una llave para arrancar un coche hace que a menudo se dé por sentado el funcionamiento de los motores. Pocos conductores piensan en toda la magia tecnológica que tiene lugar bajo el capó mientras conducen de un punto A a un punto B, pero el motor es en realidad una impresionante obra de ingeniería.

Los motores se basan en la combustión interna: pequeñas explosiones controladas que generan energía. Este es el efecto de encender la mezcla de combustible y aire en los distintos cilindros del auto, un proceso que se produce miles de veces por minuto y que ayuda al coche a moverse.

El proceso de alimentación del motor se denomina ciclo de combustión. En la mayoría de los casos, el ciclo tiene cuatro tiempos (de ahí el nombre de motor de cuatro tiempos). Estos incluyen la admisión, la compresión, la combustión y el escape. A continuación, veremos cómo contribuyen estas fases individuales al ciclo de combustión en el motor de un vehículos automotor.

• Admisión: Cuando los pistones suben y bajan con el movimiento del cigüeñal, llegan a las válvulas montadas en el árbol de levas. Cuando el pistón se mueve hacia abajo, la correa de distribución hace girar el árbol de levas, haciendo que las válvulas se abran y liberen la mezcla de combustible y aire. Esto se llama admisión.
• Compresión: La carrera de compresión se produce cuando el pistón se mueve hacia arriba, forzando la mezcla de combustible y aire en un espacio reducido.
• Combustión: Justo antes de que el pistón vuelva a bajar, la bujía produce una chispa que enciende la mezcla de combustible y aire y provoca una pequeña explosión. Esto obliga al pistón a descender rápidamente, produciendo la energía necesaria para impulsar el motor.
• El escape: Cuando el pistón alcanza su punto más bajo, la válvula de escape se abre. Cuando el pistón vuelve a subir, expulsa los gases creados por la explosión por la válvula de escape. En la parte superior, la válvula de escape se cierra y el proceso se repite.

Este es el ciclo de combustión que se encuentra en un cilindro de un motor de combustión interna de cuatro tiempos. Por supuesto, los coches tienen varios cilindros de diferentes capacidades, así como diferentes configuraciones y disposiciones según el tipo de coche y su potencia.

Tipos de motores de coche basados en la disposición del motor

Los motores de combustión modernos tienen partes esenciales similares. En su interior hay cámaras de combustión, bujías, pistones y otros elementos. Sin embargo, la forma en que están dispuestas esas piezas (su "disposición") puede diferir significativamente.

Los fabricantes de coches suelen elegir una disposición en lugar de otra en función de cómo encajen en el automóvil y de cómo pretendan que éste funcione. Los coches más pequeños, por ejemplo, necesitarán un motor que ocupe menos espacio.

A continuación, te presentamos algunas distribuciones de motor estándar de las que quizá ya hayas oído hablar.

1. Motor recto

En una disposición de motor recta, todos los cilindros están dispuestos linealmente. El motor se coloca en paralelo a la longitud del coche, lo que significa que va desde la parte delantera del vano motor hasta la parte trasera. Con esta disposición, el motor puede tener más cilindros, por lo que suele encontrarse en las berlinas más potentes.

La disposición recta del motor puede confundirse a veces con el diseño en línea, son dos tipos de motores distintos.

2. Motor en línea

Con un motor en línea, los cilindros están dispuestos en una fila recta, al igual que la disposición de un motor recto. Sin embargo, no va de adelante hacia atrás. En su lugar, es perpendicular al coche, lo que significa que va desde la izquierda del vano motor a la derecha. Algunas personas podrían describir los cilindros como colocados "uno al lado del otro".

Con esta disposición, el motor puede mantenerse pequeño. Se libera más espacio alrededor del motor para componentes como la batería del coche y el sistema de refrigeración. La disposición del motor en línea se utiliza mucho, sobre todo en coches familiares y utilitarios.

3. Motor plano

Como su nombre indica, esta disposición mantiene el motor lo más plano posible. A veces se denomina "motor bóxer", ya que sus cilindros están dispuestos de forma plana en ambas direcciones. Ambos lados tendrán los cilindros colocados de tal manera que los pistones "perforan" hacia fuera. Esta disposición mantiene el centro de gravedad del coche bajo, lo que hace que sea mucho más fácil de manejar.

No es de extrañar que a Subaru le guste utilizar motores bóxer en la mayoría de sus coches, incluyendo el Subaru BRZ y su homólogo en Toyota, el 86.

4. Motor en V

Ni plano ni recto, el motor en V tiene sus cilindros dispuestos en ángulo en forma de V. Esta opción se utiliza para combinar las ventajas de las disposiciones mencionadas anteriormente. La forma en V permite que el coche tenga más cilindros pero en un espacio más pequeño. Tener más potencia en un área más pequeña hace que la disposición del motor en V sea ideal para los vehículos de lujo de alto rendimiento.

Tipos de motores de automóviles según la configuración de los cilindros

Ahora que hemos hablado de la disposición de los motores, vamos a hablar de la configuración de los cilindros. Aquí es donde hablamos de las diferencias que vienen con el número de cilindros que puede tener un motor.

Tener un número diferente de cilindros afecta a la potencia del vehículo y a la eficiencia del combustible. Para los entusiastas de los coches, esto también es importante porque las configuraciones de los cilindros también determinan el sonido que hace el motor de un coche.

Estas son algunas de las configuraciones estándar de los cilindros del motor.

1. Cilindros dobles

Empecemos con las configuraciones de doble cilindro. En caso de que te lo preguntes, sí, hay motores con un solo cilindro. Pero estos se encuentran normalmente en scooters y motocicletas. En los coches, se suele empezar con dos cilindros hasta llegar a ocho o más.

Como puedes adivinar, los motores de dos cilindros son los más pequeños de todos, y los encontrarás en motores de muy baja potencia.

2. Tres cilindros

Si añades un cilindro más a la configuración, tendrás un motor que suele encontrarse en coches más pequeños. Sin embargo, algunos fabricantes de automóviles utilizan esta configuración para producir versiones turboalimentadas. Se pueden ver en coches como el Ford Focus, que tiene una potencia superior a la del motor de tres cilindros normal, manteniendo su excelente eficiencia de combustible.

3. Cuatro cilindros

Se dice que esta es la configuración más común en el mercado en estos días. Normalmente, estos motores de 4 cilindros están dispuestos en línea, lo que permite que ocupen menos espacio. Lo encontrarás en diseños de coches económicos que equilibran el tamaño y la potencia para el uso diario.

4. Cinco cilindros

Los motores que utilizan una configuración de cinco cilindros son poco frecuentes, pero muy conocidos por el sonido único que producen. Algunos lo han descrito como un sonido "warbling", y proviene de cómo los cinco cilindros se disparan en un orden inusual. Los motores de cinco cilindros sólo se encuentran en determinadas marcas y modelos, sobre todo Audis y Volvos.

5. Seis cilindros

Mientras que la configuración de cinco cilindros es conocida por su sonido alborotado, los de seis cilindros son conocidos por sus sonidos agudos, como los de los coches de carreras. Normalmente, sólo los encontrarás en vehículos de gama alta. Los seis cilindros pueden estar dispuestos en una disposición recta, aunque a menudo se encuentran también en disposiciones en V.

6. Ocho cilindros y más

¿Notas ya un patrón? Cuanto más alto es el número de cilindros, más lujosos y potentes son los coches. Cuando se entra en el territorio de los 8 cilindros o más, sólo se encuentran en los coches de carreras, los supercoches y las berlinas más lujosas.

Los coches equipados con ocho o más cilindros suelen entrar en la categoría de superautos, dada su enorme capacidad y potencia. Suelen estar montados en V, de ahí que se les denomine V8, V10 o V12. Hasta hace poco, el V12 era el motor más grande disponible, pero todo cambió con la llegada del superveloz Bugatti Veyron, que cuenta con dieciséis cilindros.