Post on 11-Aug-2018
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
Calores Específicos:
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
Calores Específicos:
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.
Maquinas Reciprocantes
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
Maquinas Reciprocantes
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
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
Partes de los Motores de Gasolina:
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.
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
Partes de los Motores de Gasolina:
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.
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
Partes de los Motores de Gasolina:
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.
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
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.
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
Componentes de los Motores de Gasolina:
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.
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
Componentes de los Motores de Gasolina:
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
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
Componentes de los Motores de Gasolina:
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
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
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
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A 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.
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A 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.
GENERALIDADES DE LOS MOTORES A GASOLINA
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
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