5_CICLO_ATKINSON_2

7/25/2019 5_CICLO_ATKINSON_2

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Motor de ciclo Atkinson


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El motor trmico funciona segn el llamado "ciclo Atkinson", ideadopor el ingeniero ingls James Atkinson (1887), y que se diferencia

ligeramente del tradicional motor de "ciclo Otto" de cuatro tiempos.Bien es sabido que el rendimiento termodinmico de cualquiermotor de combustin interna se ve favorecido por un alto valor de larelacin de compresin, que a su vez tiene el inconveniente de latendencia que posee la gasolina a producir detonacin para altasre ac ones e compres n.

El ciclo Atkinson trata de aprovechar las ventajas que supone unaalta relacin de compresin reduciendo la duracin efectiva de lacarrera de compresin con respecto a la de expansin del tradicionalciclo Otto. La forma ms viable y sencilla de conseguir esto es

retrasar el cierre de la vlvula de admisin, permitiendo un ciertoreflujo de gases hacia el colector de admisin mientras el pistnasciende. Esa mezcla se aprovecha en el siguiente ciclo deaspiracin.


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El cierre de la vlvula determina la cantidad de gasesque permanecen en el interior del cilindro y elcomienzo de la compresin. La menor cantidad demezcla retenida se traduce en unas menoresprestaciones, pero autoriza a usar relaciones de

compresin altas (13:1 en el Toyota Prius) sin que seproduzca detonacin, lo que permite un mayoraprovechamiento de la energa liberada en lacombustin durante la carrera de expansin. Esteciclo ha sido en ocasiones denominado como decinco tiempos: admisin, reflujo de gases,compresin, expansin y escape.


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El motor Toyota que lleva el Prius tiene distribucin

variable de tipo VVT-i. Puede cerrar la vlvula deadmisin entre 78 y 105 despus del punto muertoinferior. Es decir, en funcin de las condiciones de

,de admisin hasta despus de llevar media carreraascendente. La relacin de compresin real nunca esms de 9:1, mientras que la relacin de expansin es

13:1.


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El Prius tiene un motor de gasolina de 1,5 l de cilindrada queda 78 CV a 5.000. No es mucha potencia (52 CV/litro), en

parte porque este motor funciona con un ciclo que favorece elrendimiento del motor a medio rgimen: el ciclo Atkinson. El rendimiento de un motor de ciclo Otto es tanto mejor

cuanto mayor es la relacin de compresin. Siempre que la,

relacin de compresin, mejor es el rendimiento del motor acualquier rgimen y carga.

Al aumentar la relacin de compresin tambin aumenta larelacin de expansin. La relacin de expansin es la inversa

que la de compresin; es decir, es la relacin entre el volumende la cmara en el punto muerto superior y en el puntomuerto inferior.


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Cuanto mayor sea la relacin de expansin, mayor ser la

diferencia de temperatura en la cmara al principio y alfinal de la carrera de expansin. Que esa diferencia detemperatura sea grande implica que tambin es grande la

arte del calor ue se convierte en traba o mecnico. Es

decir, una relacin de expansin alta favorece elrendimiento trmico del motor.

En un motor de ciclo Otto la relacin de expansin est

limitada por la de compresin; a su vez, la relacin decompresin est limitada por la detonacin.


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La idea de James Atkinson (en 1887) fue tenerdistinta relacin de compresin que de expansin. Lade compresin sigue limitada por la detonacin, perola de expansin puede ser mayor.

En un motor odemos considerar dos relaciones de

compresin: la geomtrica y la real (msinformacin). La relacin de compresin realcomienza cuando las vlvulas estn cerradas, y loque ocurre en este motor es que el pistn empieza lacarrera de compresin con las vlvulas de admisinabiertas.


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El ciclo Atkinson es ms eficiente, ya que consiguerelaciones ms altas de compresin. La gasolina, cuando

se encuentra muy comprimida tiende a detonar antes, locual no interesa. Pero si se logra una alta relacin decompresin, el rendimiento termodinmico es superior.

os motores con mayores re ac ones e compres nnecesitan gasolina con un octanaje superior. El ndiceRON no habla del poder detonante de la gasolina, sino alrevs, su poder antidetonante. Cmo consigue

Atkinson que aumente la relacin decompresin, pero evitando que la gasolina RON95 detone antes de tiempo?


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Es ms fcil de lo que pensis, basta con retrasar el cierre delas vlvulas de admisin, permitiendo un pequeo reflujo de

gases que vuelve al colector de admisin mientras asciende elpistn, permitiendo una relacin de compresin superior.Estas vlvulas controlan la cantidad de gases en elcilindro y la duracin de la carrera de compresin.

. Dicho de otra manera, la carrera de compresin dura menos

que la carrera de expansin. Todo esto nos sirve paraaprovechar mejor la energa liberada durante la explosin dela gasolina. Como hay una menor mezcla en el cilindro,

la potencia es inferior al de un motor Otto de lamisma cilindrada, pero la eficiencia termodinmica delAtkinson es ms alta: gastan menos.


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Como los Atkinson gastan menos y dan menos potencia, sonmotores idneos para aplicaciones hbridas. El motor elctricoaporta la potencia que falta, y as combinan una entrega depotencia buena con un consumo realmente bajo. Ahora vamos a vertres ejemplos de vehculos actuales que usan este sistema:

2009 Ford Escape Hibrido: 2.5 153 CV, 7,84 l/100 km (autova),relacin de compresin 12,3:1

Toyota Prius II: 1.5 78 CV, potencia combinada hbrida 115 CV, 4,3l/100 km, relacin de compresin 13:1 Toyota Prius III: 1.8 98 CV, potencia combinada hbrida 134 CV,

consumo inferior a 4,3 l/100 km Los hbridos procuran que el motor Atkinson gire a su rgimen ms

eficiente,y el exceso de potencia generada se almacena enlas bateras. Esto supone un menor consumo que si se utilizase elmotor Atkinson en regmenes en los que no consigue la mismaeficiencia termodinmica.


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Presin Volumen


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Este es el diagrama presin-volumen del ciclo Atkinson.Se produce un mayor aporte de calor a volumenconstante en Qpy otro en Qp, mientras que el calorresidual cedido por los gases de escape se descompone en

oy o . Si el ciclo Otto si se desliza un poco, nos da el ciclo

Atkinson. Basta con ver las analogas: ms relacin decompresin, mayor rendimiento termodinmico, menor

potencia. Por qu no utilizar los Atkinson de maneramasiva? Pues es una buena pregunta que no sabraresponder.

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