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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

COMPLEJO ACADÉMICO PUNTO FIJO

PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

CÁTEDRA: CONVERSION DE ENERGIA

TEMA2: Ciclos de Potencia de Gas.

• Ciclos de Carnot con aire normal.

• Motores de Combustión

•Ciclo de Aire Estándar

• Calore Específicos

• Ciclo Otto.

• Ciclo Diesel.

• Ciclo Brayton.

ING. CARACCIOLO GÓMEZ

Ciclo de Aire Normal

DEFINICION:

Son aquellos ciclos, en donde el fluido de trabajo permanece en

estado gaseoso durante todo el ciclo. En ciclos reales el fluido de

trabajo, es aire mas los productos de la combustión tales como

dióxido de carbono y vapor de agua.

Los motores de encendido por chispa (gasolina), los motores diesel y

las turbinas de gas convencionales son ejemplos de dispositivos que

operan en un ciclo de gas.

Motores de Combustión Interna

DEFINICION:

En estas maquinas la energía se suministra al quemar un combustible dentro

de las fronteras del sistema.

La energía mecánica que proporciona un motor térmico se puede mover

cualquier otro mecanismo apropiado que se acople al mismo como puede ser

un generador de corriente eléctrica, una bomba de agua, la cuchilla de una

podadora, etc.

En líneas generales los motores térmicos de combustión interna pueden ser

de dos tipos, de acuerdo con el combustible que empleen para poder

funcionar:

De explosión o gasolina

De combustión interna diesel

Motores de Combustión Interna

CARACTERÍSTICAS

a) Las maquinas de combustión interna operan en un ciclo mecánico (El

embolo regresa a su posición de inicio cuando finaliza cada revolución).

b) El fluido de trabajo no se somete a un ciclo termodinámico completo, ya

que es expulsado (como gas de escape) fuera de la maquina en algún

momento del ciclo en lugar de regresarlo al estado inicial.

c) La principal característica de las maquinas de combustión interna es que

trabajan en un ciclo abierto

Motores de Combustión Interna.

Ciclo de Aire Estándar

DEFINICION:

Es una suposición idealizada de los ciclos, ya que los ciclos reales son

complejos por lo que se utiliza la suposición de aire estándar para

hacerlo mas manejable.

CARACTERISTICAS

a) El fluido de trabajo en todo el ciclo es aire que se modela como gas ideal.

b) El proceso de combustión es sustituido por un proceso de adición de

calor desde una fuente externa.

c) El proceso de escape es cambiado por un proceso de rechazo de calor a

volumen constante, que regresa al fluido de trabajo a su condición inicial.

d) Todos los procesos los vamos a considerar reversibles.

e) Se considera que los calores específicos son constantes.

4,1.. kCteCCteC VP

KKg

KJ

Rlbm

BtuC

KKg

KJ

Rlbm

BtuC

V

P

718,0º

17,0

005,1º

24,0 PC : Capacidad térmica a presión constante.

VC : Capacidad térmica a volumen constante.

Ciclo de Aire Estándar

Generalidades

Al trabajar con gases es necesario tomar ciertos aspectos de los gases

ideales, así como de los calores específicos. Esenciales para la deducción

de las formulas a utilizar

Calores Específicos:

Es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad

de masa de una sustancia. Esta energía depende de cómo se ejecuta el

proceso. Las de mayor interés son:

Calor especifico a Volumen constante (Cv)

Calor especifico a Presión constante (Cp)

Cv: Es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una

unidad de masa de una sustancia cuando el volumen se mantiene

constante.

Cp: Es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una

unidad de masa de una sustancia cuando la presión se mantiene

constante.

Generalidades


Cp >Cv: Ya que a presión constante se permite que el sistema se

expanda y la energía para este trabajo de expansión también debe ser

suministrado.

Los calores específicos se expresan en términos de otras propiedades.

Para un sistema cerrado que experimenta un proceso a volumen constate

no hay trabajo de Expansión o Compresión.

La definición de cv implica que la transferencia de energía debe ser igual a

cvdt, donde dt es el cambio diferencial de temperatura.

Cvdt = du (Volumen constante)

dusaleentra

vt

ucv

Generalidades


Para un proceso de Expansión o Compresión a presión constante.

Ya que la entalpía se expresa en función de la temperatura y la presión.

Energía Interna, Entalpía y Calores Específicos de Gases Ideales

Pv = RT

Para un gas ideal, la energía interna es solo una función de la temperatura.

u= u(T)

Con la definición de entalpía y la ecuación de estado de gas ideal, se tiene:

pt

hcp

RTuhRTPv

Pvuh

Generalidades

Energía Interna, Entalpía y Calores Específicos de Gases Ideales

La entalpía de un gas ideal, es también solo función de la temperatura

h= h(T)

Los cambios diferenciales en la energía interna y la entalpía de un gas

ideal se puede expresar como:

du=cv(T)dt

dh=cp(T)dt

Para un proceso que pasa del estado 1 al estado 2 se obtiene integrando:

Es decir:

lbm

BTU

Kg

kJdtTcphhh

lbm

BTU

Kg

kJdtTcvuuU

;

;

2

1

12

2

1

12

lbm

BTU

Kg

KJTTcphh

lbm

BTU

Kg

KJTTcvuu

prom

prom

;

;

1212

1212

Generalidades

Relaciones de Calores específicos de Gases Ideales

Si derivamos h= u + RT ; obtenemos

dh= du + RT

Reemplazando: dh=cpdt y du=cvdt

cp=dt = cvdt +Rdt

Dividido por dt

cp= cv +R

Se introduce otra propiedad de gas ideal conocida como relación de calores

específicos (K)

Para gases monoatómicos su valor es 1,667

Para gases diatomicos su valor es 1,4

cv

cpK

Generalidades

Cambios de entropía de Gases Ideales

Las relaciones explicitas para cambios diferenciales en la entropía se obtiene

al resolver para ds en la ecuación:

Para un gas ideal se obtiene sustituyendo

du= cvdt y P= RT/V en (2)

El cambio de entropía para un proceso se obtiene integrando esta relación

entre los estados extremos:

2

1

T

dvP

T

duds

PdvduTds

T

dvR

T

dtcvds

T

dvR

T

dtcvdu

vT

RTdv

T

dtcvds

2

1 1

212 ln

V

VR

T

dtTcvSS

Generalidades

Cambios de entropía de Gases Ideales

Una segunda relación para el cambio de entropía de un gas se obtiene de

manera similar para:

Sustituyendo dh = cpdt y v = RT/p; obteniendo:

Calores Específicos Constantes

Es una forma de aproximación. La relación de cambio de entropia para gases

ideales bajo la suposición de calor especifico constante se obtiene al

reemplazar cv(T) y cp(T) por:

cv,prom y cp,prom

Entonces:

y

T

vdP

T

dhds

2

1 1

212 ln

p

pR

T

dtTcpSS

1

2

1

212

1

2

1

212

lnln

lnln

V

VR

T

TcpSS

V

VR

T

TcvSS

prom

prom

Generalidades

Procesos Isentrópicos de Gases Ideales

Para los procesos Isentrópicos las relaciones de cambio de entropía se

igualan a cero, para las ecuaciones ya desarrolladas.

Es decir:

Calor especifico constante

Para

Entonces

Reacomodando las variables

Es igual:

1

2

1

2

1

2

1

212

lnln

0lnln

V

V

cv

R

T

T

V

VR

T

TcvSS prom

0

cvR

V

V

T

T

2

1

1

2 lnln

IdealGasV

V

T

Tk

consts

1

2

1

1

2

Generalidades

Procesos Isentrópicos de Gases Ideales

Suposición de calor especifico constante (cv), para la relación Isentrópica

Donde: R = cp - cv por lo que:

Para cp constante.

Reordenando las variables

Una tercera relación seria:

cv

cpk ak

cv

cvcp

cv

R

1

2

1

2

1

2

1

212

lnln:

lnln

P

P

cp

R

T

Tentonces

P

PR

T

TcpSS prom

0

K

K

P

P

T

T1

2

1

1

2

1

2

1

1

1

2

1

2

2

1

1

2

KK

K

constS

K

consts

V

V

P

P

T

T

V

V

P

P

Valido para: Gases Ideales

Procesos Isentrópicos

Calores específicos const.

Generalidades

Presión Relativa y Volumen especifico Relativo

La presión y el volumen relativo son cantidades adimensionales asociadas a

los procesos Isentrópicos.

Son solo función de la temperatura, explican la variación de los calores

específicos causada por la temperatura.

1

2

1

2

1

2

1

2

Pr

Pr

Vr

Vr

V

V

P

P

Maquinas Reciprocantes

Son dispositivos de (Cilindro – Embolo), para la mayoría de

automóviles, camiones, aviones pequeños, barcos y generadores de

energía eléctrica es la fuente de poder

Nomenclatura básica de los dispositivos alternativos:

Calibre: Diámetro del pistón

Carrera: Distancia que recorre el embolo entre

el PMS y el PMI

PMS: El punto muerto superior, se establece

cuando el embolo se ha desplazado a una

posición determinada en la que el fluido se

encuentra en un volumen mínimo.

PMI: El punto muerto inferior, se establece

cuando el embolo ha recorrido una carrera de

modo que ahora el fluido ocupa el volumen

máximo.


Volumen mínimo: Denominado volumen muerto,es el volumen de la cámara de combustión ovolumen final de la carrera de compresión.

Volumen Máximo: Es el volumen total queocupa el volumen muerto y el volumen delcilindro hasta el PMI.

Cilindrada o (Volumen de Desplazamiento): Esel volumen desplazado por el embolo cuandorecorre una carrera entre el PMS y el PMI.

Relación de compresión (r): Es la relación entreel volumen máximo formado en el cilindro y elvolumen mínimo (espacio libre).

PME: La presión media efectiva se define comola presión media que actuaría sobre el embolodurante la carrera de potencia o hacia el exteriorproduciendo el mismo trabajo de salida que eltrabajo neto de salida del proceso cíclico real.

cilindradaPMEw salciclo ,

muertovolumen

cilindradamuertovolumen

V

Vr

PMS

PMI


Las maquinas reciprocantes se clasifican como maquinas de encendido por chispa(Ech) y maquinas de encendido por compresión (Ecomp)

Las maquinas de encendido por chispa (Gasolina): la combustión de la mezcla deaire combustible se inicia con una chispa en la bujía.

Maquinas de (Ecomp): La mezcla de aire combustible se autoenciende comoresultado de comprimirla arriba de su temperatura de autoencendido

CICLO OTTO

Es el ciclo ideal de las (maquinas de ech.). El pistón ejecuta 4 tiempos completos (2mecánicos) dentro del cilindro, y el cigüeñal completa 2 revoluciones por cada ciclotermodinámico. Es llamada maquina de combustión interna de 4 tiempos.

Secuencia de los procesos:

1-2 Compresión adiabática.

2-3 Suministro de calor a volumen constante.

3-4 Expansión adiabática.

4-1 Rechazo de calor a volumen constante.

CICLO OTTO

CICLO OTTO

El ciclo Otto se ejecuta en un sistema cerrado, y sin tomar en cuenta los cambios en laec y la ep.

El balance de energía para un sistema cerrado se expresa:

En los procesos adiabáticos de compresión y expansión.

(q=0)

En los procesos a volumen constante de suministro y rechazo de calor:

(w=0)

Tomando como base el ciclo de aire estándar frío se obtiene que:

uwq

uw

uq

1414

2323

TTcuuq

TTcuuq

vced

vsum

CICLO OTTO

Como el trabajo de salida es qsum – qced, el rendimiento térmico viene dado por:

Los procesos 1-2 y 3-4 son Isentrópicas y V2 - V3 y V4 = V1 por lo tanto

Entonces

Este resultado se sustituye en la ec. Del rendimiento térmico del ciclo Otto de aire frió.

1/

1/11

23

14

2

1

23

14

23

1423,

TT

TT

T

T

TT

TT

TTC

TTCTTC

q

w

V

VV

sum

salnet

t

2

3

1

4

4

3

1

2

3

4

1

4

3

1

1

2

2

1

T

T

T

TO

T

T

T

T

T

T

V

V

V

V

T

TKK

1

1

1

2

2

1 1111

k

K

OTTOrV

V

T

Tn

CICLO OTTO

R es la relación de compresión definida mediante:

min

max

V

Vr

GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA

Un motor de gasolina constituye una máquina termodinámica formada por un conjunto de piezas o mecanismos fijos

y móviles, cuya función principal es transformar la energía química que proporciona la combustión producida por una

mezcla de aire y combustible en energía mecánica o movimiento. Cuando ocurre esa transformación de energía

química en mecánica se puede realizar un trabajo útil como, por ejemplo, mover un vehículo automotor como un

automóvil, o cualquier otro mecanismo, como pudiera ser un generador de corriente eléctrica.

Partes de los Motores de Gasolina:

Cámara (Culata)

Bloque

Carter



Cámara: Constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va colocada encima del

bloque del motor. Su función es sellar la parte superior de los cilindros para evitar pérdidas de compresión y salida

inapropiada de los gases de escape. En ella se encuentran situadas las válvulas de admisión y de escape, así como

las bujías. Posee, además, dos conductos internos: uno conectado al múltiple de admisión (para permitir que la

mezcla aire-combustible penetre en la cámara de combustión del cilindro) y otro conectado al múltiple de escape

(para permitir que los gases producidos por la combustión sean expulsados al medio ambiente). Posee, además,

otros conductos que permiten la circulación de agua para su refresco. Está firmemente unida al bloque del motor por

medio de tornillos, para garantizar un sellaje hermético con el bloque, se coloca entre ambas piezas metálicas una

“junta de culata”, constituida por una lámina de material de amianto o cualquier otro material flexible que sea capaz

de soportar, sin deteriorarse, las altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del motor.

Bloque: En el bloque están ubicados los cilindros con sus respectivas camisas, que son barrenos o cavidades

practicadas en el mismo, por cuyo interior se desplazan los pistones. Estos últimos se consideran el corazón del

motor. La cantidad de cilindros que puede contener un motor es variable, así como la forma de su disposición en el

bloque. Existen motores de uno o de varios cilindros, aunque la mayoría de los automóviles utilizan motores con

bloques de cuatro, cinco, seis, ocho y doce cilindros, incluyendo algunos carros pequeños que emplean sólo tres. El

bloque del motor debe poseer rigidez, poco peso y poca dimensión, de acuerdo con la potencia que desarrolle.



Bloque (Continuación): Las disposiciones más frecuentes que podemos encontrar de los cilindros en los bloques

de los motores a gasolina son los siguientes:

En línea

En “V”

Planos con los cilindros opuestos

1. En Línea.

2. En V

3. Plano de Cilindros Opuestos.

Los bloques en línea pueden contener 3, 4, 5 ó 6 cilindros. Los motores con bloques en “V” tienen los cilindros

dispuestos en doble hilera en forma de “V”. Los más comunes que se pueden encontrar son: “V-6”, “V-8”, “V-10” y “V-

12”.

Bloque de un motor de cuatro cilindros en

línea, visto por la parte de arriba.



Cárter: El lugar donde se deposita el aceite lubricante que permite lubricar el cigüeñal, los pistones, el árbol de

levas y otros mecanismos móviles del motor. Durante el tiempo de funcionamiento del motor una bomba de aceite

extrae el lubricante del cárter y lo envía a los mecanismos que requieren lubricación.

Componentes de los Motores de Gasolina:Aunque en las ultimas décadas los motores han experimentado una serie de modificaciones o mejoras en su diseño,

a grandes rasgos la mayoría de motores continúan utilizando una serie de elementos indispensables para su

funcionamiento, entre ellos tenemos:

Filtros de Aire: Su función es extraer el polvo y otras partículas para limpiar lo más posible el aire que recibe el

carburador, antes que la mezcla aire-combustible pase al interior de la cámara de combustión de los cilindros del

motor.

Carburador: Mezcla el combustible con el aire en una proporción de 1:10000 para proporcionar al motor la energía

necesaria para su funcionamiento. Esta mezcla la efectúa el carburador en el interior de un tubo con un

estrechamiento practicado al efecto, donde se pulveriza la gasolina por efecto venturi. Una bomba mecánica,

provista con un diafragma de goma o sintético, se encarga de bombear desde el tanque principal la gasolina para

mantener siempre llena una pequeña cuba desde donde le llega el combustible al carburador. En los automóviles

actuales esa bomba de gasolina, en lugar de ser mecánica es eléctrica y se encuentra situada dentro del propio

tanque principal de combustible. Para evitar que la cuba se rebose y pueda llegar a inundar de gasolina la cámara de

combustión, existe en el interior de la cuba un flotador encargado de abrir la entrada del combustible cuando el nivel

baja y cerrarla cuando alcanza el nivel máximo admisible. El propio carburador permite regular la cantidad de mezcla

aire-combustible que envía a la cámara de combustión del motor utilizando un mecanismo llamado mariposa.


Componentes de los Motores de Gasolina:

Carburador (Continuación): Por medio del acelerador de pie del carro, o el acelerador de mano en los motores

estacionarios, se regula transitoriamente el mecanismo de la mariposa, lo que permite una mayor o menor entrada

de aire al carburador. De esa forma se enriquece o empobrece la mezcla aire-combustible que entra en la cámara de

combustión del motor, haciendo que el cigüeñal aumente o disminuya las revoluciones por minuto. Cuando la mezcla

de aire-combustible es pobre, las revoluciones disminuyen y cuando es rica, aumentan.

Distribuidor: Distribuye entre las bujías de todos los cilindros del motor las cargas de alto voltaje o tensión

eléctrica provenientes de la bobina de encendido o ignición. El distribuidor está acoplado sincrónicamente con el

cigüeñal del motor de forma tal que al rotar el contacto eléctrico que tiene en su interior, cada bujía recibe en el

momento justo la carga eléctrica de alta tensión necesaria para provocar la chispa que enciende la mezcla aire-

combustible dentro de la cámara de combustión de cada pistón.

Bobina de Encendido o Ignición: Dispositivo eléctrico perteneciente al sistema de encendido del motor,

destinado a producir una carga de alto voltaje o tensión. La bobina de ignición constituye un transformador eléctrico,

que eleva por inducción electromagnética la tensión entre los dos enrollados que contiene en su interior. El enrollado

primario de baja tensión se conecta a la batería de 12 volt, mientras que el enrollado secundario la transforma en

una corriente eléctrica de alta tensión de 15 mil ó 20 mil volt. Esa corriente se envía al distribuidor y éste, a su vez, la

envía a cada una de las bujías en el preciso momento que se inicia en cada cilindro el tiempo de explosión del

combustible.

Filtro de Aceite: Recoge cualquier basura o impureza que pueda contener el aceite lubricante antes de pasar al

sistema de lubricación del motor.

Bomba de Aceite: Envía aceite lubricante a alta presión a los mecanismos del motor como son, por ejemplo, los

cojinetes de las bielas que se fijan al cigüeñal, los aros de los pistones, el árbol de leva y demás componentes

móviles auxiliares, asegurando que todos reciban la lubricación adecuada para que se puedan mover con suavidad.



Carter: Es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que utiliza el motor. Una vez que la bomba de aceite

distribuye el lubricante entre los diferentes mecanismos, el sobrante regresa al cárter por gravedad, permitiendo así

que el ciclo de lubricación continúe, sin interrupción, durante todo el tiempo que el motor se encuentre funcionando.

Aceite Lubricante: Su función principal es la de lubricar todas las partes móviles del motor, con el fin de disminuir

el rozamiento y la fricción entre ellas. De esa forma se evita el excesivo desgaste de las piezas, teniendo en cuenta

que el cigüeñal puede llegar a superar las 6 mil revoluciones por minuto. Como función complementaria el aceite

lubricante ayuda también a refrescar los pistones y los cojinetes, así como mantenerlos limpios. Otra de las

funciones del lubricante es ayudar a amortiguar los ruidos que produce el motor cuando está funcionando..El aceite

lubricante en sí ni se consume, ni se desgasta, pero con el tiempo se va ensuciando y sus aditivos van perdiendo

eficacia hasta tal punto que pasado un tiempo dejan de cumplir su misión de lubricar. Por ese motivo periódicamente

el aceite se debe cambiar por otro limpio del mismo grado de viscosidad recomendada por el fabricante del motor.

Toma de Aceite: Punto desde donde la bomba de aceite succiona el aceite lubricante del cárter.

Bujía: Electrodo recubierto con un material aislante de cerámica. En su extremo superior se conecta uno de los

cables de alta tensión o voltaje procedentes del distribuidor. La función de la bujía es hacer saltar en el electrodo una

chispa eléctrica dentro de la cámara de combustión del cilindro cuando recibe la carga de alta tensión procedente de

la bobina de ignición y del distribuidor.

Balancín: El balancín constituye un mecanismo semejante a una palanca que bascula sobre un punto fijo, que en

el caso del motor se halla situado normalmente encima de la cámara. La función del balancín es empujar hacia abajo

las válvulas de admisión y escape para obligarlas a que se abran. El balancín, a su vez, es accionado por una varilla

de empuje movida por el árbol de levas. El movimiento alternativo o de vaivén de los balancines está perfectamente

sincronizado con los tiempos del motor.



Árbol de Levas: Eje parecido al cigüeñal, pero de un diámetro mucho menor, compuesto por tantas levas como

válvulas de admisión y escape tenga el motor. Encima de cada leva se apoya una varilla empujadora metálica, cuyo

movimiento alternativo se transmite a los balancines que abren y cierran las válvulas de admisión o las de escape.

Aros del Pistón: Los aros son unos segmentos de acero que se alojan en unas ranuras que posee el pistón. Los

hay de dos tipos: de compresión o fuego y rascador de aceite.

Pistón: El pistón constituye una especie de cubo invertido, de aluminio fundido en la mayoría de los casos,

vaciado interiormente. En su parte externa posee tres ranuras donde se insertan los aros de compresión y el aro

rascador de aceite. Mas abajo de la zona donde se colocan los aros existen dos agujeros enfrentados uno contra el

otro, que sirven para atravesar y fijar el bulón que articula el pistón con la biela.

1. Cabeza

2. Aros de Compresión

3. Aros rascador de Aceite

4. Buón

5. Biela

6. Cojinetes



Biela: Es una pieza metálica de forma alargada que une el pistón con el cigüeñal para convertir el movimiento

lineal y alternativo del primero en movimiento giratorio en el segundo. La biela tiene en cada uno de sus extremos un

punto de rotación: uno para soportar el bulón que la une con el pistón y otro para los cojinetes que la articula con el

cigüeñal. Las bielas puedes tener un conducto interno que sirve para hacer llegar a presión el aceite lubricante al

pistón.

Bulón: Es una pieza de acero que articula la biela con el pistón. Es la pieza que más esfuerzo tiene que soportar

dentro del motor.

Cigüeñal: Constituye un eje con manivelas, con dos o más puntos que se apoyan en una bancada integrada en la

parte superior del cárter y que queda cubierto después por el propio bloque del motor, lo que le permite poder girar

con suavidad. La manivela o las manivelas (cuando existe más de un cilindro) que posee el cigüeñal, giran de forma

excéntrica con respecto al eje. En cada una de las manivelas se fijan los cojinetes de las bielas que le transmiten al

cigüeñal la fuerza que desarrollan los pistones durante el tiempo de explosión.

a) Cigüeñal

b) Biela


Sustitución de los Carburadores:Los motores más modernos y actuales no utilizan ya carburador, sino que emplean un nuevo tipo de dispositivo

denominado “inyector de gasolina”. Este inyector se controla de forma electrónica para lograr que la pulverización de

la gasolina en cada cilindro se realice en la cantidad realmente requerida en cada momento preciso, lográndose así

un mayor aprovechamiento y optimización en el consumo del combustible. Es necesario aclarar que los inyectores

de gasolina no guardan ninguna relación con los inyectores o bomba de inyección que emplean los motores diesel,

cuyo funcionamiento es completamente diferente.

Inyector de Gasolina


Ventajas de la Inyección: Consumo Reducido: Al asignar un inyector a cada cilindro, en el momento oportuno y en cualquier estado de

carga se asegura la cantidad de combustible, exactamente dosificada.

Mayor Potencia: La utilización de los sistemas de inyección permite optimizar la forma de los colectores de

admisión con el consiguiente mejor llenado de los cilindros. El resultado se traduce en una mayor potencia especifica

y un aumento del par motor.

Gases de Escape menos Contaminantes: La concentración de los elementos contaminantes en los gases de

escape depende directamente de la proporción aire/gasolina. Para reducir la emisión de contaminantes es necesario

preparar una mezcla de una determinada proporción. Los sistemas de inyección permiten ajustar en todo momento

la cantidad necesaria de combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor.

Arranque en Frió y fase de Calentamiento: Mediante la exacta dosificación del combustible en función de la

temperatura del motor y del régimen de arranque, se consiguen tiempos de arranque más breves y una aceleración

más rápida y segura desde el ralentí.

Clasificación de la Inyección: Inyección Directa: El inyector introduce el combustible directamente en la cámara de combustión. Este sistema

de alimentación es el mas novedoso y se esta empezando a utilizar ahora en los motores de inyección gasolina.


Clasificación de la Inyección: Inyección Directa: El inyector introduce el combustible directamente en la cámara de combustión. Este sistema

de alimentación es el mas novedoso y se esta empezando a utilizar ahora en los motores de inyección gasolina.

Inyección Indirecta: El inyector introduce el combustible en el colector de admisión, encima de la válvula de

admisión, que no tiene por qué estar necesariamente abierta. Es la mas usada actualmente.


Clasificación de la Inyección: Según el Numero de Inyectores:

a. Monopunto: Hay solamente un inyector, que introduce el combustible en el colector de admisión, después de

la mariposa de gases. Es la más usada en vehículos turismo de baja cilindrada que cumplen normas de

antipolución.

b. Multipunto: Hay un inyector por cilindro, pudiendo ser del tipo "inyección directa o indirecta". Es la que se usa

en vehículos de media y alta cilindrada, con antipolución o sin ella.

Monopunto Multipunto

CICLO DIESEL

Es el ciclo ideal para las maquinas de E.comp. La diferencia principal está en elmétodo de inicio de la combustión. La diferencia más notable e importante es que enel ciclo Diesel la combustión se supone que se realiza a presión constante, mientrasque en el Otto se realiza a volumen constante.

Características

En los motores de E.ch. la mezcla de aire combustible se comprime hasta unatemperatura inferior a la temperatura de autoencendido del combustible y el procesode combustión se inicia al encender una bujía.

En los motores de E.comp (Diesel) el aire se comprime hasta una temperatura que essuperior a la temperatura de autoencendido del combustible, la combustión inicia alcontacto , cuando el combustible se inyecta dentro de este aire caliente.

En los motores Diesel el carburador y la bujía es sustituido por un inyector decombustible.

CICLO DIESEL

CICLO DIESEL

Secuencia de los procesos:

1-2 Compresión adiabática.

2-3 Suministro de calor a presión constante.

3-4 Expansión adiabática.

4-1 cesión de calor a volumen constante.

CICLO DIESEL

Para el proceso 2-3 de suministro de calor a presión constante esta dado

por:

Para el proceso 4-1 de cesión de calor a volumen constante esta dado por:

Planteado las ecuaciones de cantidades de calor intercambiadas en el

ciclo:

23 TTCq PSum

14 TTCq VCed

23

14

23

1423

, 1TTK

TT

TTC

TTCTTC

q

qq

P

VP

sum

CedsumDieselt

CICLO DIESEL

Relación de Corte (rc): La relación de los volúmenes del cilindro antes y

después del proceso de combustión.

En este caso las temperaturas de los estados 2 y 4 se obtienen a partir de

las relaciones de isoentropía:

2

3

2

3

v

v

V

VrC

donde;

c

rrr

r

rv

V

Vvv 3

3

434 y

r

v

V

Vvv r

rr1

1

212

2

1

VV

r Relación de compresión

Hay que destacar que los valores de son función exclusivamente de la temperatura.

CICLO DIESEL

La relación de la eficiencia Térmica:

1

111

1 rck

rc

rn

k

kterm

Esta ecuación indica que el rendimiento térmico de un ciclo teórico Diesel es

fundamentalmente función de la relación de compresión de la relación de corte y del

cociente de capacidades térmicas especificas k.

CICLO BRAYTON

Los ciclos simples de potencia de turbina de gas, contemplan comprimiradiabáticamente el aire por medio de un compresor, luego de comprimirlo entra en unacámara de combustión donde se mezcla y quema con el combustible, para luegoexpansionarlo en una turbina. Todos estos procesos se realizan con entrada constante deaire nuevo (caso real) impidiendo completar el ciclo (ciclo abierto).

El balance de energía en régimen estacionario de cada dispositivo del ciclo es

. Si se desprecia , entonces el trabajo en los

procesos isentrópicos 1-2 y 3-4,PC eehwq

PC eye

hw

Análogamente, para los cambiadores de calor utilizados en los procesos 2-3 y 4-1

hq

CICLO BRAYTON

El rendimiento térmico del ciclo Brayton ideal viene dado por:

s

s

sum

cedBraytont

hh

hh

q

q

23

14

, 11

Donde el subíndice s indica el estado de salida isoentrópico. Para un ciclo Brayton de aireestándar frió con valores constante de las capacidades térmicas específicas. La ecuación seplantea como:

23

14, 11

TTC

TTC

q

q

P

P

sum

cedBraytont

Para mayor simplificación, téngase en cuenta que los procesos 1-2 y 3-4, sonisoentrópicos:

4

3

/1

4

3

/1

1

2

1

2

T

T

P

P

P

P

T

TKKKK

Por lo que el rendimiento se puede plantear:

kkBraytontrT

T1

1

2,

111

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL … · Los motores de encendido por chispa (gasolina), los...

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