Capitulo 2 Mep 4t

EL MOTOR DE COMBUSTIN ALTERNATIVO DE ENCENDIDO

PROVOCADO (MEP) DE CUATRO CARRERAS

CAPTULO 2

Objetivo

Comprender los fundamentosfsicos y tecnolgicos que englobanel funcionamiento del Motor deCombustin Interna alternativo decuatro tiempos.

2.1. Conceptos y definiciones

El motor de combustin interna ciclo Otto es una mquina que convierte la energa calorfica contenida en el combustible (gasolina) en energa mecnica til, a travs de un proceso de cuatro fases.

Para conseguir este propsito, en el interior del motor se suceden una serie de eventos fsicos.Estos eventos fsicos son provocados por los elementos mecnicos que forman el denominado motor de combustin interna

Descripcin Bsica del motor de 4 carreras

El funcionamiento del MCIA, ciclo Otto consiste en provocar eventos fsicos, para ello se utiliza una mezcla explosiva, calor, y energa elctrica. Todo ello variando constantemente debido al conjunto mecnico Tren alternativo.

Funcionamiento bsico En la explicacin del

funcionamiento se utilizan trminos como Ciclo de Trabajo y Fases o tiempos.

El ciclo de trabajo cualquiera sea el tipo de motor, se divide en cuatro fases, estas son:

ADMISIN

COMPRESIN

TRABAJO expansin, y

ESCAPE

Todas estas se apreciaron en la explicacin anterior.

Comprender los fundamentos fsicos y tecnolgicos que engloban el funcionamiento del Motor de Combustin Interna Alternativo de cuatro tiempos

Estudio analtico, tcnico y cientfico del motor ciclo Otto

Es necesario referirse a la Termodinmica, para entender el funcionamiento del motor; por lo que desde este punto podemos afirmar que el motor es un sistema termodinmico compuesto, ya que en partes del proceso existe transferencia de masa entre el alrededor y el sistema; esto se conoce como un sistema abierto.

Estudio analtico Durante el mismo

funcionamiento, el proceso de transferencia de masa entre el alrededor y el sistema se elimina, crendose un sistema cerrado.

Entonces podemos afirmar que se debe considerar como un sistema abierto las fases de Admisin y Escape; y como sistema cerrado las fases de compresin y trabajo.

Estudio analtico Es necesario adems

tener en cuenta la definicin de trabajo en un sistema:

Trabajo es una

interaccin energtica

entre un sistema y sus

alrededores, a travs de

aquellas porciones de los

lmites del sistema en que

no hay transferencia de

masa.

Esta interaccin energtica (trabajo) puede ser positiva o negativa, siempre y cuando se suceda lo siguiente:

POSITIVO, cuando el sistema realiza un trabajo sobre el alrededor, y

NEGATIVO, cuando el alrededor realiza un trabajo sobre el sistema.

Estudio analtico

El trabajo desarrollado se calcula a travs de:

Donde el proceso obedece a la relacin

=2

1

v

vpdvWt =

1

2

v

vpdvWt

= pdvWtCpv =4,1

Estudio analtico Existen leyes de

dos campos que determinan el principio de funcionamiento del motor de combustin interna, estas son:

Leyes de la termodinmica y,

Ley de los gases ideales.

LEYES DE LA TERMODINMICA

Ley del principio de conservacin de la materia.- La materia no se crea ni se destruye, nicamente se transforma.

Ley de la irreversibilidad.- La energa mecnica se puede convertir totalmente el calor; pero el calor NO se puede convertir jams, totalmente en energa mecnica.

Estudio analtico Ley de los gases ideales Ley de Boyle-Mariotte.-

Manifiesta que toda masa gaseosa se puede comprimir y que su volumen es inversamente proporcional a la presin del mismo cuando sucede el evento, siempre y cuando su temperatura permanezca constante.

Ley de Gay Lussac.-Manifiesta que variaciones de temperatura de una masa gaseosa se traduce en cambios directos de presin y volumen.

Ley combinada.

12

21

pp

v

v= 2.21.1 pvpv =

TRvp .. =

Estudio analtico, tcnico y cientfico

o Ciclos y diagramas termodinmicos.

o Ciclo de trabajo, son la unin de todas las fases que se realizan de manera secuencial y lgica en el interior del cilindro.

o Diagramas, son las representaciones grficas de los eventos fsicos que se resultan cuando interacta el sistema y sus alrededores.

El diagrama de trabajo

El diagrama de mando


ADMISIN De manera terica, este

proceso es adiabtico, y se sucede a presin constante.

Durante esta fase, el cilindro debe quedar completa y absolutamente lleno; por lo que es importante determinar la cantidad de aire que necesitar el motor, esto est en funcin de la cilindrada:

4..

2 sDVh pi=

zVhVH .=

ADMISIN, problema En un vehculo se ha

montado un motor de cuatro cilindros en lnea, este tiene un dimetro por carrera de 76,0x80,0 mm., respectivamente. Calcular:

a) La cilindrada del motor

RESOLUCIN

COMPRESIN

Desde el punto terico esta fase es tambin adiabtica e

isoentrpica, en esta fase el pistn (alrededor) realiza un trabajo sobre el sistema; por lo tanto el trabajo es negativo.

Relacin de compresin

Presin (pc)

Temperatura

1+=+=VccVh

VccVccVh

4,0

211

=

v

vTTc

4,1

210

=

v

vppc

COMPRESIN, problema Determine el valor de la

presin y temperatura alcanzada por el gas al final de la compresin, si se sabe que el volumen de la cmara de combustin es el 1/12,3 del volumen del cilindro.

Resolucin:


ENCENDIDO inicio del trabajo Este evento es

isomtrica; es decir se produce a volumen constante.

En este se sucede la introduccin instantnea del calor Q1.

De esta depende la cantidad de trabajo que produzca el motor.

)(.1 TcTeCpmQ =

KKgKjCp

=

.

005,1

1.1.1

TRVP

m =

KKgmNRo.

.9,286=

P1 en pascales (N/m2)

ENCENDIDO, problema

Determine el calor aportado (Q1) en la combustin de la mezcla, para el motor en estudio

TRABAJO expansin

Desde el punto terico esta fase es tambin adiabtica e

isoentrpica, en esta fase el gas (sistema) realiza un trabajo sobre el alrededor; por lo tanto el trabajo es positivo.

La presin en el punto p2 5 es de 3 a 7 bar.

1.

=kpcpe

ApeFe .=

4,0.TcTe =

TRABAJO expansin, problema

Calcular la fuerza, presin y temperatura de la expansin de gas en el cilindro.

Solucin

ESCAPE

En esta fase es donde sale el calor (Q2); se puede comprender la ley de la irreversibilidad de la termodinmica; por lo que se afirma que ninguna mquina real puede obtener del trabajo mecnico, la cantidad de calor introducido.

121

QQQ

e

=

)(.2 TaTesCvmQ =

KKgKjCv

=

.

718,0

ESCAPE, problema

Determine el calor de salida; as como la eficiencia trmica del motor

Desarrollo

CICLO DE TRABAJO

Clculos adicionales

Consumo de aire: Es la cantidad de aire que aspira el motor a un rgimen determinado

Determine la cantidad de aire aspirado si el motor gira a 4800 rpm

2..

min nVHnfVf =

Un parmetro ms es la velocidad media del pistn:

Clculos adicionales

)/..(30000

.

smns

vm=

vmv .6,1max Determine las

velocidades del pistn del motor en estudio

Clculos adicionales

La potencia es otro parmetro que define un motor.

Cabe indicar que la potencia que se obtiene a travs de este clculo es solamente la terica, y se le conoce como Potencia Indicada

Calcule la potencia indicada del motor objeto de los clculos anteriores.

)..(1200

..4 KwnpmVHPi =

VH en litrosPm en bar

Clculos adicionales

Otro parmetro es el par motor o el torque que produce el mismo; al igual que la potencia, el valor indicado es un referente ideal.

bcftMm .=

)....(cos

)(* bielasenfeft +=

Calcule el torque producido por el motor objeto de clculo.

Solucin.

Clculos adicionales

DIAGRAMA DE MANDO

Funcionamiento prctico

El funcionamiento terico del motor se ve alterado por los siguientes factores:

Durante la admisin, el ingreso del fluido al cilindro no es uniforme, esto debido al acabado de las paredes internas del ducto, a la longitud del ducto y la apertura tarda de la vlvula respectiva. Se experimenta una prdida de hasta el 40%.


Durante la compresin, la prdida en la admisin influye sobre los valores de presin y temperatura, haciendo que estos sean ms bajos. Factor que influye en el trabajo a realizar sobre el pistn.


En el encendido, La mezcla no se inflama inmediatamente; esta fraccin de tiempo afecta la cantidad de trabajo .


En el escape, el fluido inactivo (residuos de la combustin), presenta una resistencia en el instante de ascenso del pistn; en primer lugar por la presin elevada en el interior del cilindro; y luego por la apertura tarda de la vlvula respectiva.


Todos estos inconvenientes hacen que el rendimiento del motor se vea reducido; los ingenieros han inventado artificios para superar estos inconvenientes, han trabajado sobre la distribucin la que ha permitido un incremento notable de la eficiencia.


Este artificio se conoce como el diagrama de mando Cotas de reglaje; que consiste en hacer que la apertura o cierre de las vlvulas se adelanten o retrasen con el fin de eliminar las deficiencias antes citadas.

Funcionamiento prctico La influencia del

diagrama de mando o el trabajo sobre la distribucin, permite obtener un motor mucho ms eficiente; entendindose por ello que es: Ms potente,

Menor consumo de combustible y,

Menos contaminante.

EL MEP EN LA REALIDAD

COMPARACION DE CICLOS

Distribucin de la energa en el motor

La energa calorfica obtenida en el interior del cilindro no es aprovechada en su totalidad; diferentes factores o condiciones absorben la misma.

Su distribucin se aprecia en el diagrama de flujo.

2.5 Clasificacin

Clasificacin:

Segn el nmero de cilindros:

Mono cilndrico

Poli cilndrico

Segn la formacin de la mezcla:

A carburador, y

A inyeccin

2.5 Clasificacin Segn la disposicin de

los cilindros

En lnea

En V

Horizontales (Cilindros opuestos)

Segn el tipo de Distribucin

Superior OHC ,

Inferior OHV.

2.5 Clasificacin Segn la forma de

enfriar:

Por aire (directa)

Por lquido (indirec.)

Segn el llenado del motor:

Atmosfrico, y

Sobre alimentado


Bibliografa ARIAS-PAZ, Manual del automviles,

Editorial Dosat, Madrid, 2006

GERSCHLER, H., DIR. Tecnologa del automvil GTZ; Edit. Revert. Barcelona. 20. Edicin, Alemania, 1985.

HAMM G. BURK G., Tablas de la tcnica del automvil GTZ; Edit. Revert. Barcelona. 20. Edicin, Alemania, 1985.

Bibliografa ALONSO PEREZ, JOSE MANUEL. Tcnicas del

automvil: motores, Editorial Paraninfo. Madrid. 8a. edicin. 1998.

PAYRI F., DESANTES J. M., Motores de Combustin Interna Alternativos, Editorial Revert, Barcelona 2011

CASTRO VICENTE, MIGUEL DE. Nueva enciclopedia del automvil: el motor de gasolina, Grupo Editorial CEAC. Barcelona, 1998.

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