Motor de dos tiempos

Como su nombre indica, el motor de dos tiempos sólo requiere dos movimientos del pistón (un ciclo) para generar potencia. El motor es capaz de producir potencia después de un ciclo porque el escape y la admisión de los gases se producen simultáneamente, como se ve en la figura 1. Hay una válvula para la carrera de admisión que se abre y se cierra debido a los cambios de presión. Además, debido a su frecuente contacto con los componentes móviles, el combustible se mezcla con aceite para añadir lubricación, lo que permite carreras más suaves.

En general, un motor de dos tiempos contiene dos procesos:

1. Carrera de compresión: El orificio de admisión se abre, la mezcla de aire y combustible entra en la cámara y el pistón se mueve hacia arriba comprimiendo esta mezcla. Una bujía enciende el combustible comprimido y comienza la carrera de potencia.
2. Carrera de potencia: El gas calentado ejerce una alta presión sobre el pistón, el pistón se mueve hacia abajo (expansión), el calor residual se expulsa.

La eficiencia térmica de estos motores de gasolina variará en función del modelo y el diseño del vehículo. Sin embargo, en general, los motores de gasolina convierten el 20% de la energía del combustible (química) en energía mecánica, de la que sólo el 15% se utilizará para mover las ruedas (el resto se pierde por la fricción y otros elementos mecánicos).

En comparación con los motores de cuatro tiempos, los de dos tiempos son más ligeros, más eficientes, tienen la capacidad de utilizar combustible de menor calidad y son más rentables. Por lo tanto, los motores más ligeros dan lugar a una mayor relación potencia-peso (más potencia por menos peso). Sin embargo, carecen de la maniobrabilidad posible en los motores de cuatro tiempos y requieren más lubricación. Esto hace que los motores de dos tiempos sean ideales para barcos (necesitan llevar mucha carga), motocicletas y cortacéspedes, mientras que los de cuatro tiempos serían ideales para automóviles como coches y camiones.

El ciclo Otto


Figura 2. Ciclo otto real para un motor de dos tiempos.

Figura 3. El ciclo otto ideal para un motor de gasolina.
El diagrama presión-volumen (diagrama PV) que modela los cambios que sufre la mezcla de combustible-aire en presión y volumen en cualquier motor de gasolina se denomina ciclo Otto. Los cambios en estos crearán calor, y utilizarán este calor para mover el vehículo o máquina (de ahí que sea un tipo de motor térmico). El ciclo Otto puede verse en la figura 2 (ciclo Otto real) y en la figura 3 (ciclo Otto ideal). El componente de cualquier motor que utilice este ciclo tendrá un pistón para cambiar el volumen y la presión de la mezcla de combustible y aire (como se ve en la Figura 1). El pistón adquiere movimiento a partir de la combustión del combustible (donde esto ocurre se explica más adelante), y un impulso eléctrico en el arranque del motor.
A continuación se describe lo que ocurre durante cada paso en el diagrama PV, en el que la combustión del fluido de trabajo-gasolina y aire (oxígeno), y a veces la electricidad, cambia el movimiento en el pistón:
Ciclo ideal-línea verde: Denominada fase de admisión, un motor de dos tiempos no pasa por esta fase. Esto se debe a que los motores de cuatro tiempos comienzan con el pistón estirado hacia arriba, por lo que debe ser estirado hacia abajo para aspirar la mezcla de combustible y aire. Sin embargo, un motor de dos tiempos puede proceder a la ingesta de la mezcla de combustible y aire de inmediato, como se ve en el Proceso 1 a 2.
Proceso 1 a 2: Durante esta fase, el puerto de admisión se abre, y el pistón será arrastrado hacia arriba, por lo que puede comprimir la mezcla de combustible y aire que entró en la cámara. La compresión hace que la mezcla aumente ligeramente su presión y temperatura, pero no se intercambia calor. En términos de termodinámica, esto se conoce como un proceso adiabático. Cuando el ciclo llega al punto 2, es cuando el combustible se encuentra con la bujía para ser encendido.
Proceso 2 a 3: Aquí es donde se produce la combustión debido al encendido del combustible por la bujía. La combustión del gas se completa en el punto 3, lo que resulta en una cámara altamente presurizada que tiene mucho calor (energía térmica). En términos de termodinámica, esto se conoce como un proceso isocórico.
Proceso 3 a 4: La energía térmica en la cámara como resultado de la combustión se utiliza para realizar un trabajo en el pistón-que empuja el pistón hacia abajo-aumentando el volumen de la cámara. Esto también se conoce como el golpe de fuerza porque es cuando la energía térmica se convierte en movimiento para impulsar la máquina o el vehículo.
Línea púrpura (Proceso 4 a 1): Del proceso 4 al 1 se expulsa todo el calor residual de la cámara del motor. Al salir el calor del gas, las moléculas pierden energía cinética provocando la disminución de la presión. Sin embargo, en un motor de dos tiempos no hay fase de escape, por lo que el ciclo comienza (1 a 2) de nuevo permitiendo que se comprima una nueva mezcla de combustible y aire.
Para leer más
• Motor de combustión interna
• Ciclo de Otto
• Motor de cuatro tiempos
• Eficiencia térmica
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1. «File:Two-Stroke Engine.gif – Wikimedia Commons», Commons.wikimedia.org, 2018. . Disponible: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif..
2. 2.0 2.1 2.2 E. Alturki, «Four-Stroke and Two-Stroke Marine Engines Comparison and Application», International Journal of Engineering Research and Applications, vol. 07, no. 04, pp. 49-56, 2017.
3. C. Wu, Thermodynamics and heat powered cycles. Nueva York: Nova Science Publishers, 2007
4. R. Wolfson, Energía, medio ambiente y clima. Nueva York: W.W. Norton & Company, 2012, p. 106.
5. http://www.citethisforme.com
6. Wikimedia Commons , Disponible: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg

I. Dinçer y C. Zamfirescu, Advanced power generation systems. Londres, Reino Unido: Academic Press es un sello de Elsevier, 2014, p. 266.