MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MOTORES RECIPROCANTES Estos motores trabajan utilizando el mecanismo cilindro pistón. Parámetros importantes: – Área del pistón Ap depende del diámetro del pistón Dp – Carrera L es la distancia máxima recorrida por el pistón, representa el recorrido entre el PMS y el PMI – Punto muerto superior (PMS): es la altura máxima a la que sube el pistón, el volumen encerrado es mínimo, llamado volumen muerto o volumen mínimo PMS – Punto muerto inferior (PMI): es la altura mínima a a la que baja el pistón, el volumen encerrado es máximo, llamado volumen máximo. PMI
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MOTORES RECIPROCANTES Estos motores trabajan utilizando el mecanismo cilindro pistón. Parámetros importantes: – Área del pistón Ap depende del diámetro del pistón Dp – Punto muerto superior (PMS): es la altura máxima a la que sube el pistón, el volumen encerrado es mínimo, llamado volumen muerto o volumen mínimo PMS – Punto muerto inferior (PMI): es la altura mínima a a la que baja el pistón, el volumen encerrado es máximo, llamado volumen máximo. PMI L Entre el PMS y el PMI el pistón se desplazara un volumen Vd Vd = Volumen desplazado. Para un cilindro Vd = Ap * L = Cilindrada Si un motor tiene n cilindros. Cilindrada del motor = n Ap L – Carrera L es la distancia máxima recorrida por el pistón, representa el recorrido entre el PMS y el PMI
PRESION MEDIA EFECTIVA. Pme En un diagrama P – V de un ciclo el área encerrada repreenta el trabajo del ciclo. – La presión media efectiva Pme es una presión constante promedio que producirá la misma cantidad de trabajo que el ciclo real operando entre el mismo vmax y Vmin (Gp:) V (Gp:) P (Gp:) Vmin Vmax
Pme – A mayor Pme para un mismo motor operando a una misma velocidad implica mayor producción de trabajo y mayor eficiencia. Por unidad de masa La Pme no debe disminuir mucho ya que debe ser suficiente para vencer el roce y producir trabajo. Para un ciclo de Carnot si aumenta QL Pme disminuye
Relación de Compresión rc Es la relación entre el volumen máximo y el volumen mínimo Ciclos estudiados: Ciclo de motores de encendido por chispa. Simplificación Ciclo Otto. Ciclos de motores de encendido por compresión. Simplificación Ciclo Diesel. Combinación de los dos ciclos. Ciclo Dual o Semidiesel
MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA Admisión(a-1) Válvula de admisión abierta ingresa la mezcla aire combustible, el pistón se mueve hasta llegar al PMI en donde tenemos el Vmax, el proceso es a P=Cte Compresión(1-2) Con las válvulas cerradas el pistón sube hasta el PMS, comprimiendo la mezcla hasta el volumen muerto Combustión:(2-3) Aproximadamente un poco antes del PMS, salta la chispa de la bujía y la mezcla se enciende en un proceso a V=Cte. (Gp:) Tiempo de expansión
Expansión(3-4): El pistón se mueve hasta el PMI, la mezcla se expende hasta el volumen máximo Expulsión(4-1): La válvula de escape se abre y se expulsan los gases en un proceso a V= Cte aproximadamente. (Gp:) Tiempo de Barrido
Barrido(1-a): Con la válvula de escape abierta el pistón asciende hasta el PMS, expulsando el resto de los productos de combustión, en un proceso a P=Cte
Representación de los procesos en un diagrama P – v Los procesos a-1 y 1-a se pueden eliminar ya que producen aproximadamente el mismo trabajo. Por tanto se estudia un ciclo termodinámico Cerrado Este es un motor de 4 tiempos. Un ciclo es igual a dos vueltas del cigüeñal El ciclo teórico que mas se aproxima a un motor de encendido por chispa es el ciclo Otto.
CICLO OTTO El ciclo Otto esta formado por los siguientes procesos. 1 – 2 Compresión Adiabática 2 – 3 Absorción de Calor a V = Cte 3 – 4 Expansión adiabática 4 – 1 Rechazo de Calor a V = Cte. Expansión adiabática 4 – 1 Rechazo de Calor a V = Cte Absorción de Calor a V = Cte. Compresión adiabática (Gp:) P (Gp:) V (Gp:) T (Gp:) s
1 2 3 4 1 2 3 4 S = Cte 2Q3 4Q1 2Q3 4Q1 V = Cte
Calor Absorbido: 2Q3 Calor Cedido: 4Q1 Aplicando 1° Ley para Sistemas Cerrados Proceso 2 – 3 (Gp:) 1 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 2Q3 (Gp:) 4Q1 (Gp:) V = Cte (Gp:) T (Gp:) s
Proceso 4 – 1
Calor Absorbido: 2Q3 Calor Cedido: 4Q1 Aplicando 1° Ley para Sistemas Cerrados Proceso 2 – 3 (Gp:) 1 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 2Q3 (Gp:) 4Q1 (Gp:) V = Cte (Gp:) T (Gp:) s
Proceso 4 – 1 Dividiendo y multiplicando por T1 el numerador y por T2 el denominador
(Gp:) 1 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 2Q3 (Gp:) 4Q1 (Gp:) V = Cte (Gp:) T (Gp:) s
Dividiendo y multiplicando por T1 el numerador y por T2 el denominador Analizando los procesos isentrópicos. Proceso 1 – 2 Proceso 3 – 4
(Gp:) 1 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 2Q3 (Gp:) 4Q1 (Gp:) V = Cte (Gp:) T (Gp:) s
Dividiendo y multiplicando por T1 el numerador y por T2 el denominador De los procesos 3 – 4 y 1 – 2
(Gp:) 1 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 2Q3 (Gp:) 4Q1 (Gp:) V = Cte (Gp:) T (Gp:) s
De los procesos 3 – 4 y 1 – 2 La eficiencia del ciclo Otto aumenta si: Aumenta la relación de Compresión. Si k aumenta – La eficiencia aumenta notablemente hasta rc<8, pero luego el grado de aumento de la eficiencia se nivela. A elevadas rc la temperatura aumenta y puede llegar a la temperatura de autoencendido. (golpeteo) ? ˜ 25 a 30%
CICLO DIESEL CON AIRE ESTANDAR Este ciclo es una simplificación de los motores que tienen encendido por compresión. – Se comprime solamente aire, el combustible se inyecta a presión cuando el pistón esta cerca del PMS, el resto del ciclo es similar al ciclo Otto. – Se eleva la presión hasta que la temperatura aumente por encima de la temperatura de autoignición.
– En los motores primitivos de este tipo operaban a bajas velocidades, el proceso de combustión en el ciclo se realiza con un proceso que tiende a Presión constante (Gp:) P (Gp:) v (Gp:) PMS PMI
Procesos: 1 – 2 Compresión adiabática. 2 – 3 Suministro de Calor a P = Cte. 3 – 4 Expansión adiabática. 4 – 1 Expulsión de Calor a V = Cte. P v T s
Procesos: 1 – 2 Compresión adiabática. 2 – 3 Suministro de Calor a P = Cte. 3 – 4 Expansión adiabática. 4 – 1 Expulsión de Calor a V = Cte. P v T s 1 2 3 4 1 2 3 4 2Q3 2Q3 4Q1 4Q1 P = Cte S = Cte V = Cte
Procesos: 1 – 2 Compresión adiabática. 2 – 3 Suministro de Calor a P = Cte. 3 – 4 Expansión adiabática. 4 – 1 Expulsión de Calor a V = Cte. P v T s 1 2 3 4 1 2 3 4 2Q3 2Q3 4Q1 4Q1 P = Cte S = Cte V = Cte
T s 1 2 3 4 2Q3 4Q1 P = Cte V = Cte La eficiencia del ciclo Diesel viene dada por: Proceso 1 – 4 Proceso 2 – 3 La eficiencia viene dada por:
T s 1 2 3 4 2Q3 4Q1 P = Cte V = Cte La eficiencia viene dada por: Proceso 1 – 2 Proceso 3 – 4
T s 1 2 3 4 2Q3 4Q1 P = Cte V = Cte Proceso 1 – 2 Proceso 3 – 4 Proceso 2 – 3 a P = Cte. A partir de la Ec. De gases ideales Donde rcp = Relación de suministro de calor a P = Cte = Relación de Corte o interrupción.
A partir de la ecuación de la eficiencia. Manipulando matemáticamente las anteriores ecuaciones e introduciendo la relación de corte y de compresión obtenemos: La diferencia en eficiencia entre el ciclo Diesel y el Otto esta representa por la cantidad entre corchetes. El caso límite es cuando rcp = 1 La eficiencia aumenta si: rc Aumenta y/o rcp Aumenta Para igual rc ?otto > ?Diesel
| Página siguiente |