Tema 3. Mcia Ciclos

Motores Térmicos – 2.015

TEMA 3 – Ciclos de funcionamiento de los MCIA

Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

TEMA 3: CICLOS TERMODINÁMICOS DE TRABAJO EN LOS MCIA

1 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA

- CICLOS TERMODINÁMICOS TEÓRICOS OTTO Y DIESEL.

- CICLO TERMODINÁMICOS REALES OTTO Y DIESEL

- CICLOS TERMODINÁMICOS DE AIRE EQUIVALENTE OTTO Y DIESEL

- CICLO TEÓRICO DE AIRE-COMBUSTIBLE

ÍNDICE DE CONTENIDOS

2 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

INTRODUCCIÓN


EVOLUCIÓN DEL FLUÍDO

1. ADMISIÓN DEL FLUÍDO MOTOR

2. COMPRESIÓN

3. COMBUSTIÓN Y EXPANSIÓN

4. ESCAPE DE LOS PRODUCTOS QUEMADOS

RENOVACIÓN DE LA CARGA

PROCESO TERMODINÁMICO

BÁSICO

3 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores TérmicosCICLO TEÓRICO EN UN MEP


OTTO

1-2 � ADMISIÓN: ISÓBARA (Patm)

2-3 � COMPRESIÓN: ADIABÁTICA

3-4 � EXPLOSIÓN: ISÓCORA

APORTE DE CALOR (Q1)

4-5 � EXPANSIÓN: ADIABÁTICA

5-2 � INICIO DE ESCAPE: ISÓCORA

CESIÓN DE CALOR (Q2)

2-1 � ESCAPE: ISÓBARA

4 de 31

Q1

Q2

TODO OCURRE EN LOS PUNTOS MUERTOS



Dpto de Máquinas

y Motores TérmicosCICLO REAL EN UN MEP


5 de 31

ADMISIÓN

NADA OCURRE EN LOS PUNTOS MUERTOS



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

CICLO REAL EN UN MEP


6 de 31

COMPRESIÓN



Dpto de Máquinas



7 de 31

EXPLOSIÓN



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

CICLO REAL EN UN MEP


8 de 31

ESCAPE



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos CICLO REAL EN UN MEP


9 de 31

DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓNAAA-RCA-AAE-RCE



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos CICLO REAL EN UN MEP


10 de 31

DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓNAAA-RCA-AAE-RCE

ÁNGULO DE CADA FASE

AD: 180+AAA+RCA

COM:180-RCA-AE

EXP: 180+AE-AAE

ESC:180+AAE+RCE

SOLAPE:AAA+RCE



Dpto de Máquinas



ANÁLISIS DE PÉRDIDAS

A: COMBUSTIÓN NO INSTANTÁNEA � AE.

B: TRANSFERENCIA DE CALOR ENTRE

CILINDRO Y LÍQUIDO DE REFRIGERACIÓN.

C: TIEMPO DE APERTURA DE LA VÁLV. DE

ESCAPE

D: ESFUERZO QUE REALIZA EL MOTOR EN LA

ASPIRACIÓN Y EL ESCAPE:

LAZO DE BOMBEO.

11 de 31



Dpto de Máquinas



12 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


CICLO TEÓRICO EN UN MEC

ADMISIÓN:ISÓBARA (Patm)

COMPRESIÓN:ADIABÁTICA

COMBUSTIÓN:ISÓBARA

13 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos



EXPANSIÓN:ADIABÁTICA

ESCAPE:ISÓCORA-ISÓBARA

14 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos



15 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


CICLO TEÓRICO MIXTO EN UN MEC

3

4

P

P=α

4

5

V

V=β

16 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


CICLO REAL EN UN MEC

17 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

PRESIÓN MEDIA Y POTENCIA INDICADA


PRESIÓN CONSTANTE QUE DURANTE UNA CARRERA

PROPORCIONARÍA UN TRABAJO IGUAL AL INDICADO POR EL CICLO

umii VPW ⋅=

inVPN Tmii ⋅⋅⋅=

18 de 31

CILINDRO

MOTOR



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

PRESIÓN MEDIA EFECTIVA


PRESIÓN CONSTANTE QUE DURANTE UNA CARRERA

PROPORCIONA UN TRABAJO IGUAL AL EFECTIVO DEL MOTOR

inVPN Tmee ⋅⋅⋅=

pmie NNN −=

ns2csiendoiczAP2

1N mmPmee ⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅=

O BIEN:

DE MANERA QUE:

19 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

RENDIMIENTO Y CONSUMO ESPECÍFICO


cf

ii Hm

Nη

⋅=

&

i

e

mi

me

i

em P

P

N

N

ηη===η

cf

ee Hm

Nη

⋅=

& e

fef N

mg

&=

i

fif N

mg

&=

INDICADO Y EFECTIVO

20 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A V=CTE � MEP


1. SUCESIÓN SIMILAR DE PROCESOS QUE EL REAL

2. MISMA RELACIÓN DE COMPRESIÓN VOLUMÉTRICA

3. MISMA APORTACIÓN DE ENERGÍA POR UNIDAD DE MASA

4. MISMA PRESIÓN Y TEMPERATURA AL FINAL DE LA ADMISIÓN

COMPARACIÓN RESPECTO AL REAL

21 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


WEXP

WCOM

ANÁLISIS DE PROCESOS

1-2 � COMPRESIÓN ADIABÁTICA

2-3 � CALOR A V=CTE � W23=0

3-4 � EXPANSIÓN ADIABÁTICA

4-1 � CESIÓN DE CALOR A V=CTE � W41=0

γγ2211 VPVP ⋅=⋅

γγ4433 VPVP ⋅=⋅

V

P

c

c=γKKg

Kj1CP ⋅

=

KKg

Kj713.0CV ⋅

=

KKg

Kj287R

⋅=


22 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


WEXP

WCOM

ap

cedap

ap

ÚTILt Q

QQ

Q

W −==η

1

11 −−= γη

ct R

RENDIMIENTO


23 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


1. RENDIMIENTO DEPENDE ÚNICAMENTE DE LA Rc

EN EL REAL CONLLEVA INCREMENTOS DE RENDIMIENTO MÁS

BAJOS Y ADEMÁS TAMBIEN DEPENDE DEL GRADO DE ADMISIÓN,

TEMPERATURAS, ETC.

2. LOS RENDIMIENTOS DE LOS CICLOS REALES SE APROXIMAN

MÁS AL CICLO DE AIRE, CUANTO MÁS POBRE ES LA MEZCLA.

CONCLUSIONES RESPECTO AL CICLO REAL


24 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


a

cat Q

QQ −=η

)1(1

1

R

11

1c

t −β⋅γα+−α−βα⋅−=η

γ

−γ

1)(βγ

1β

R

11η

γ

1γc

t −⋅−⋅−= −

CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A PRESIÓN LIMITADA � MEC

25 de 31

Si α = 1



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


1. SI β DECRECE Y α CRECE � EL RENDIMIENTO AUMENTA.

2. RENDIMIENTO CRECE LENTAMENTE CON Rc.

3. SI AUMENTA EL GASTO DE COMBUSTIBLE.

CONCLUSIONES RESPECTO AL CICLO REAL

PctePVcte WWW >> lim

CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A PRESIÓN LIMITADA � MEC

26 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

CICLO DE AIRE COMBUSTIBLE


RELACIÓN IDEAL AIRE/COMBUSTIBLE PARA LOGRAR UNA COMBUSTIÓN COMPLETA

EJEMPLO: COMBUSTIÓN DEL HEPTANO

C7H16 + 11 (O2 + 4N2) � 7CO2 + 8H2O + 44N2

COMBUSTIÓN DEL HEPTANO

PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN

LA GASOLINA ES UN LÍQUIDO DE DENSIDAD APROX. 0,76 KG/L CON HC DE 10500 KCAL/KG.

EL AIRE ESTÁ COMPUESTO POR UN 21% DE O2 Y UN 79% DE NITRÓGENO.

DOSADO

27 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos



DOSADO

PC7H16 = 100 gr/mol

P 11 (O2 + 4N2) =1584 gr/mol

SON NECESARIOS 15,8 KG DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN COMPLETA DE 1 KG DE HEPTANO.

15/1==aire

combleGASOLINAe m

mF

EN PESO

28 de 31

DADO QUE LA GASOLINA ES UNA MEZCLA RELATIVAMENTE

HETEROGÉNEA EL DOSADO ESTEQUIOMÉTRICO PUEDE VARIAR,

CONSIDERAREMOS

8,15/1==aire

combleHEPTANOe m

mF



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos



DOSADOδcomble ~ 0,76 kg/l

δ aire ~ 1,16 kg/l

SON NECESARIOS UNOS 10000 LITROS DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN COMPLETA DE 1 LITRO DE GASOLINA.

000.10/1≈=aire

combleGASOLINAe V

VF

29 de 31



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos



DOSADO RELATIVO

< 1 � MEZCLA POBRE

⇒=e

R F

FF

COCIENTE ENTRE EL DOSADO DE TRABAJO Y EL DOSADO ESTEQUIOMÉTRICO

= 1 � MEZCLA ESTEQUIOMÉTRICA

> 1 � MEZCLA RICA

30 de 31

λ � Inversa del dosado relativo: coeficiente de exceso de aire



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos CICLO REAL EN UN MEP 2T


1 Cierre lumbrera de transferencia

2 Cierre lumbrera de escape

3 Encendido

4 Presión máxima de combustión

5 Apertura del escape

6 Apertura lumbrera de transferencia

P0 Presión atmosférica

P1 Presión de combustión

P2 Presión al abrirse el escape

L Carrera

LE Lumbrera de escape

LT Lumbrera de transferencia

AE Avance del encendido

P

P1

P2

P0

VLE

PMIPMS

AE

LT

31 de 31

Tema 3. Mcia Ciclos

Documents

Transcript of Tema 3. Mcia Ciclos