Motores Térmicos - PT
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Ciclos termodinámicosy motores térmicos
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Tipos de ciclos termodinámicos
1. Ciclos de cambio de fase: En estos ciclos, el fluido de trabajo es un gas o unlíquido. La máquina convierte el fluido de trabajo de gas a líquido o viceversa,generando trabajo a partir de la expansión o compresión del fluido.
• Ciclo Rankine, ciclo Regenerativo, ciclo Rankine orgánico, ciclo vapor-líquido, ciclo líquido-sólido, ciclo sólido-gas.
2. Ciclos de gas: El fluido de trabajo es un gas.
• Ciclo de Carnot, ciclo Ericsson, ciclo Stirling (motor Stirling), ciclos decombustión interna: Otto, Diesel, Atkinson, Brayton, Lenoir, Miller…
3. Ciclos de líquido: El fluido de trabajo es un líquido.
• Ciclo Stirling (motor Malone)…
4. Ciclos electrónicos: El fluido de trabajo es una corriente eléctrica
•
Efectos termoeléctricos (Peltier, Seebeck), emision termoionica(bombilla)...
5. Ciclos magnéticos: El fluido de trabajo es una corriente magnética
• Motores termomagnéticos.
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Tipos de ciclos termodinámicos
1. Ciclos abiertos: En estos ciclos, el fluido de trabajo es intercambiado con
el medio externo.
2. Ciclos cerrados: El fluido de trabajo no es intercambiado con el medio
externo y permanece siempre en el interior del sistema sin sufrir apenas
degradación
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Como mejorar el rendimiento de ciclos termodinámicos
1.
Aumentando la diferencia de temperatura entre los focos:
• Aumentando la temperatura máxima: límite los materiales empleados
• Disminuyendo la temperatura del foco frío
2. Explotando las propiedades físicas del fluido de trabajo
• Fluidos supercríticos
3. Explotando las propiedades químicas del fluido de trabajo
• Mezclas agua/amoníaco (ciclo Kalina)
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MOTORES TÉRMICOS
Un motor térmico es una máquina que opera según un ciclo termodinámico,
en el cual la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuyeobteniéndose energía mecánica.
El motor térmico transforma energía térmica
en
trabajo mecánico
por medio del
aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor (foco
caliente) y un sumidero de calor (foco frío). El calor se transfiere de la fuente alsumidero y, durante este proceso, parte del calor se convierte en trabajo por medio
del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un
gas o un líquido.
La eficiencia de varios motores térmicos propuestos o usados hoy en día oscilaentre el 3% (97% de calor desperdiciado) para los sistemas de conversión de
energía térmica del océano, el 25% para la mayor parte de los motores de
automóviles, el 35% para una planta generadora de carbón supercrítico, y el 60%
para una turbina de gas de ciclo combinado con enfriamiento de vapor. Todos
estos procesos obtienen su eficiencia (o la pierden) debido a la depresión de latemperatura a través de ellos.
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Clasificación de los motores térmicos
Se realiza en función de:
a) Si el fluido es condensable (agua) o no condensable (aire).
b) Si en el proceso se produce una combustión externa o interna.
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Máquinas (motores) de combustión interna
Tipo de máquina que obtiene
energía mecánica
directamente de la
energía química
de un
combustible
que arde dentro de una cámara de combustión.
Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en sí
misma, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor, donde tiene lugar en una
caldera externa.
Se consideran también máquinas de combustión interna aquellas en las que los
gases de combustión circulan por la propia máquina. En este caso, la máquina será
necesariamente de ciclo abierto, y el fluido será aire (no condensable) empleado
como comburente en la combustión
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Motores de combustión interna
Rotativo(cigüeñal fijo y el bloque de
cilindros entero gira a su alrededor)
turbomáquina Turbina de gas de ciclo
abierto
Volumétrico Motor Wankel,cuasiturbina
Alternativo(movimiento alternativo de lospistones para convertir la presión
d e u n f l u i d o e n t r a b a j o ,generalmente en forma de
movimiento de rotación)
Encendido porcompresión
Motor diesel
Encendido provocado Motor de explosión (Otto,
Miller, de mezcla pobre,
de ciclo Atkinson)
Reacción(propulsión por chorro de fluido)
Motor cohete Cohete espacial de
propulsión líquido/sólido
Aerorreactor sincompresor
Estatorreactor
Pulsorreactor
Aerorreactor concompresor
Turborreactor
Turbofan
Turbohélice
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Máquinas de combustión externa
Es una
máquina
que realiza una conversión de energía
calorífica
en
energía mecánica
mediante un proceso de
combustión
que se realiza fuera de la
máquina, generalmente para calentar agua que, en forma de
vapor, será la querealice el trabajo, en oposición a los
motores de combustión interna, en los que la
propia combustión, realizada dentro del
motor es la que lleva a cabo el
trabajo.
El calor de la combustión se transfiere al fluido a través de una pared, por ejemplo,
en un
intercambiador de calor. Dado que el fluido motor no sufre degradación
alguna, estas máquinas pueden ser de ciclo cerrado, a lo que actualmente se tiende
por razones económicas.
Los motores de combustión externa también pueden utilizar gas como fluido de
trabajo (aire, H2 y
He
los más comunes).
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MOTORES/
SISTEMAS DE CICLO CERRADO
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Thermodynamic cycle is an ideal case of a heat engine
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Then, which alternative do we have?
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Not useful for car engines: larger efficiency but lower power (at same weight)
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El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso
termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor.
El ciclo Rankine
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Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si
bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine
orgánicos).
Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta
presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo
mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que
generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina
se introduce en un condensador, donde el vapor condensa y cambia al estado líquido
(habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del
mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión
del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de
esta manera el ciclo.
Cuatro procesos: dos isoentrópicos y dos isóbaros.
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La bomba y la turbina son los equipos que operan según procesos isoentrópicos (adiabáticos
e internamente reversibles).
La caldera y el condensador operan sin pérdidas de carga y por tanto sin caídas de presión.
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U t bi d t b á i t t f l í d
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Una turbina de vapor es una
turbomáquina
motora, que transforma la energía de un
flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de
cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete,
órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes para poder realizar el
intercambio energético.
Las
turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un
fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el
cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada
temperatura y presión.
En la turbina se transforma la energía interna del vapor en
energía mecánica
que,
típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina
se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de
álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está
formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.
TIPOS: 1. Turbina de acción: Cuando la expansión (“salto entálpico”) tiene lugar en
los álabes directores o toberas de inyección sujetas al estator
2. Turbina de reacción: cuando la expansión se puede realizar bien en el
rotor o en el estator.
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En las centrales térmicas de gas (o en las turbinas de gas) se utiliza un ciclo
"hermano" del ciclo Rankine ideal: el ciclo Brayton ideal.
•
Utiliza un fluido de trabajo que se mantiene en estado de gas durante todo elciclo (no hay condensación).
•
Utiliza un compresor en lugar de una bomba (constructivamente suele ir
solidariamente unido a la turbina de gas en un eje común).
•
El equipo donde se produce la combustión no se denomina caldera sino
cámara de combustión o combustor.
Los equipos utilizados en estas instalaciones son más compactos que los de las
centrales térmicas de vapor y utilizan como combustible habitual el gas natural.
Ambos tipos de ciclos se integran en las centrales térmicas de ciclo combinado,
donde el calor rechazado por el ciclo Brayton (en su configuración más simple,
aportado por los gases calientes de la combustión que abandonan la turbina de
gas) es utilizado para alimentar el ciclo Rankine (sustituyendo a la caldera) para
sobrecalentar el vapor de agua.
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El ciclo Brayton también es conocido como ciclo Joule o ciclo Froude
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Consiste en: una etapa de compresión adiabática,
una etapa de calentamiento isobárico,
una expansión adiabática de un fluido termodinámico compresible.
El producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para la producción de energía
eléctrica o algún otro aprovechamiento –de algunos motores terrestres o marinos, o la generación de unempuje en un aerorreactor.
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Ciclo combinado
Se denomina
ciclo combinado
en la
generación de energía
a la co-existencia de
dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo esel
vapor de agua
y otro cuyo fluido de trabajo es un
gas
producto de una
combustión.
E l lé i l i l d í lé i di
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En una
central eléctrica,
el ciclo de gas genera
energía eléctrica
mediante una o
varias turbinas de gas
y el ciclo de vapor de agua lo hace mediante una o
varias turbinas de vapor.
El principio sobre el cual se basa es utilizar los gases de escape a alta temperaturade la turbina de gas para aportar calor a la caldera o generador de vapor de
recuperación, la que alimenta a su vez de vapor a la
turbina de vapor.
La principal ventaja de utilizar el ciclo combinado es su alta eficiencia, ya que se
obtienen rendimientos superiores al rendimiento de una central de ciclo único ymucho mayores que los de una de turbina de vapor.
Consiguiendo aumentar la temperatura de entrada de los gases en la turbina de gas,
se obtienen rendimientos de la turbina de gas cercanos al 60%.
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el
ciclo
Joule
y permite, por ello, mejorar la recuperación térmica
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del
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En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del
mismo. La selección de la
presión
y la
temperatura
del vapor vivo se hace en
función de las turbinas de gas y vapor seleccionadas, selección que debe realizarse
con criterios de eficiencia y economía.
Cogeneración
Una variante del ciclo combinado de contrapresión clásico, es el ciclo combinado
a condensación que se realiza en procesos estrictamente cogenerativos
El proceso clásico de regulación de una planta de cogeneración consiste en
evacuar gases a través del bypass cuando la demanda de vapor es menor a la
producción y utilizar la post-combustión cuando sucede lo contrario
Un ciclo de contrapresión y condensación permite aprovechar la totalidad delvapor generado, regulando mediante la condensación del vapor que no puede
usarse en el proceso, produciendo una cantidad adicional de electricidad
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Ciclo Ericsson
Se supone que el que sigue el ciclo es un gas. Consta de 4 fases:
Compresión isotérmica
Calor añadida a presión constante (calentamiento isobárico)
Expansión isotérmica
Enfriamiento a presión constante (enfriamiento isobárico)
Comparado con un ciclo Brayton normal (con compresión adiabática y expansión
adiabática), el ciclo Ericsson (con compresión y expansión isotérmicas) proporciona
más trabajo limpio por revolución. El uso de un intercambiador-regenerador aumenta
el rendimiento al reducir las necesidades de aportación de calor.
Motor Ericsson
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• Es de combustión externa para
que el gas motriz caliente desdeel exterior.
• Para mejorar el rendimiento (el
rendimiento térmico y el
rendimiento total) el motor
Ericsson dispone de un
regenerador o recuperador de
calor.
• Puede funcionar en ciclo abierto
o cerrado.
• La expansión y la compresión se
producen simultáneamente, en las
caras opuestas del pistón.
Explicación del motor de la figura:
En la posición actual (el pistón en la posición más baja) el
aire de la cámara inferior se calienta mediante calor aportada
exteriormente (color rojo oscuro o rojo marrón). El aire de la
cámara superior ha sido aspirado al bajar el pistón a presiónatmosférica (color azul).
El pistón comienza a subir por la presión del aire calentado.
Se producen simultáneamente la expansión del aire caliente y
la compresión del aire de la cámara superior (aspirado en la
fase previa). El aire pasa obligado por la válvula antirretorno
de la admisión. Esta le permite el paso al depósito
acumulador de aire frío.
En la posición máxima superior pasa al depósito frío la
máxima cantidad de aire aspirado posible. La válvula de paso
(dibujada abajo ya la izquierda) se abre y permite el paso del
aire frío a traves del recuperador hasta la cámara inferior que
la aspira.
Un volante de inercia hace que el pistón doble-función
(compresión-expansión) empiece a bajar, comprimiendo el
aire precalentado en el recuperador y aspirante aire
atmosférico en la cámara superior.
En el cuarto inferior, el aire precalentado acaba de calentar
mientras se comprime. En la fase final el pistón llega a la
posición inferior y el proceso continúa.
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MOTORES/
SISTEMAS DE CICLO ABIERTO
O l i
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Open cycle engines
El ciclo Otto
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El ciclo Otto
Renovación de carga
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Motor de explosión (spark ignition engine)
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Un motor de explosión (spark ignition engine) es un tipo de
motor de combustión interna
que utiliza la explosión de un combustible,
provocada mediante una chispa, para expandir un gas empujando así un
pistón.
Hay de dos y de cuatro tiempos. El ciclo termodinámico utilizado es conocidocomo
Ciclo Otto.
Pueden ser de 2T ó 4 T. Más potencia en 4T
4 TIEMPOS
p ( p g g )
Fase 1: ADMISIÓN: En esta fase el descenso del pistón aspira la
mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el
aire en motores de encendido por compresión. La válvula de escape
permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el
primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la
válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.
Fase 2: COMPRESIÓN: La válvula de admisión se cierra,
comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del
pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º,
y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es
ascendente.
Fase 3: EXPLOSIÓN/EXPANSIÓN: Al llegar al final de la carrera
superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de
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p g p
encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía,
provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores
diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy
pulverizado, que se autoinflama por la presión y temperatura
existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada
la combustión, esta progresa rápidamente incrementando latemperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los
gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se
obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el
árbol de levas da gira, ambas válvulas se encuentran cerradas y su
carrera es descendente. Fase 4: ESCAPE: El pistón empuja, en su movimiento ascendente,
los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape
que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior,
se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose
el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de 90º .
2 TIEMPOS
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2 TIEMPOS
El motor de dos tiempos, también denominado
motor de dos ciclos, es
un
motor de combustión interna
que realiza las cuatro etapas del
ciclo termodinámico
(admisión, compresión, expansión y escape) en dosmovimientos lineales del
pistón
(una vuelta del
cigüeñal). Se diferencia del más
conocido y frecuente
motor de cuatro tiempos de ciclo de Otto, en el que este
último realiza las cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal. Existe tanto en
ciclo Otto como en ciclo Diésel.
Fase admisión-compresión: El pistón se desplaza hacia arriba (la culata)desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de
admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el
cilindro, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la
lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado.
Fase de explosión escape: Al llegar el pistón a su punto muerto superior se
finaliza la compresión y se provoca la
combustión
de la mezcla gracias auna chispa eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de
combustión impulsan con fuerza el pistón que transmite su movimiento al
cigüeñal a través de la biela. En su recorrido descendente el pistón abre
la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la
lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del
cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender
de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.
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L l ió d ió t d b tió i t l
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La
relación de compresión
en un
motor de combustión interna
es el
número que permite medir la proporción en que se ha comprimido la
mezcla de aire-combustible (Motor Otto ) o el aire (Motor Diésel) dentro de
la
cámara de combustión
de un
cilindro
Se demuestra que la relación de compresión define el
rendimiento térmico
del
motor de combustión interna, es decir, el grado de
aprovechamiento de la energía del combustible. En los motores de
ciclo Otto
el
rendimiento aumenta al aumentar la compresión, ventaja limitada por el
encendido espontáneo de la mezcla o detonación (motor alternativo). En los
motores de ciclo diesel debido a la relación de compresión, normalmente en un
rango doble del motor Otto, el
rendimiento térmico
es mayor por este motivo.
d = diámetro cilindros = carrera del pistónVc = volumen cámara combustión
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El octanaje o índice de octano, RON (por sus siglas
en
inglés,
Research Octane Number), es una
escala
que mide la capacidad
antidetonante del
combustible
(como la
gasolina)
cuando se comprime
dentro del
cilindro
de un
motor. Las dos referencias que definen la escala
son el
heptano
lineal, que es el hidrocarburo que más detona, al que se
asigna un octanaje de 0, y el 2,2,4-trimetilpentano o
isoctano, que detona
poco, al que se asigna un valor de 100. Su utilidad radica en que la eficacia
del
motor aumenta con altos
índices de compresión, pero solamente
mientras el
combustible
utilizado soporte ese
nivel de compresión
sin sufrircombustión prematura o detonación.
En el ciclo Otto los motores trabajan en un rango de presiones de combustion de 25
a 30 bares, partiendo de una relacion de compresion de 9 a 10, y en los que larelación de aire/combustible (factor lambda), toma valores de 0,9 a 1,1.
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El ciclo Miller
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El ciclo Miller
es una variación del
ciclo Otto
en la que se utiliza
un
cilindro
más grande de lo habitual, se aumenta la
relación de compresión
mediante un compresor mecánico y se cambian losmomentos de apertura y cierre de las válvulas de escape. Otra modificación es
la utilización de un
intercooler
en la admisión.
Diferencias con ciclo Otto:
1. En el ciclo Miller, la válvula de admisión se mantiene más tiempo abierta
2. El aire de admisión primero es comprimido por el compresor volumétrico, y luego
enfriado por un intercooler. Esto hace que la temperatura que alcanza la mezcla al final de la
carrera de compresión sea considerablemente más baja. Esto da margen al punto de encendido
para que salte la chispa sin que llegue a detonar la mezcla, incrementando la eficiencia total del
ciclo termodinámico Miller.
El ciclo Miller
Atkinson cycle
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Less consumptionBut lower power than Otto
Atkinson cycle
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Diesel cycle
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Diesel cycle explanation
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Se omiten las fases de renovación de la carga, y se
asume que el fluido termodinámico que evoluciona
es un gas perfecto, en general aire. Además, se
acepta que todos los procesos son ideales y
reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido.
Proceso 1-2: COMPRESIÓN: Compresión adiabática reversible. Simboliza el proceso de compresión de la masa de
aire en el motor real, en el que en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso,
comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinámico del fluido, aumentando su presión, su
temperatura y disminuyendo su volumen específico.
Proceso 2-3: COMBUSTIÓN: El aporte de calor Qp se simplifica por un proceso isóbaro. En el entorno del punto
muerto superior (PMS) se inicia la inyección del combustible pulverizado, que comienza a evaporarse. Ya que el
combustible de un motor Diesel tiene que ser muy autoinflamable, ocurre que, mucho antes de que haya terminado la
inyección de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se autoinflaman y dan comienzo a una
primera combustión caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y
combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse. Esta etapa es muy rápida, y en el presente ciclo se obvia, pero
no así en el llamado ciclo Diesel rápido, en el que se simboliza como una compresión isócora al final de la compresión.Posteriormente, se da, sobre la masa fresca que no ha sido quemada, una segunda combustión, llamada combustión por
difusión, mucho más pausada y perfecta, que es la que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. En esta combustión por
difusión se suele quemar en torno al 80% de la masa fresca, de ahí que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo,
también es cierto que la inmensa mayoría del trabajo de presión y de las pérdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en
la combustión inicial. Consecuencia de la combustión es el elevamiento súbito del estado termodinámico del fluido, en
realidad debido a la energía química liberada en la combustión, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor
que el fluido termodinámico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isóbaro reversible.
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Proceso 3-4: EXPANSIÓN: Expansión isentrópica del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía
al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico delos gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo.
Proceso 4-1: Proceso isocórico (escape) es decir a volumen constante. Desde la presión final de expansión hasta la
presión inicial de compresión.
Es importante notar cómo, en el ciclo Diesel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo
termodinámico que lo idealiza, que sólo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresión y la de expansión; elproceso de renovación de la carga cae fuera de los procesos del ciclo Diesel, y ni tan siquiera es un proceso
termodinámico en el sentido estricto.
Motor Diesel
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Motor Diesel
Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del
combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en
una cámara (o precámara, en el caso de inyección indirecta) decombustión que contiene aire a una temperatura superior a
la
temperatura de autocombustión, sin necesidad de chispa como en
los motores de gasolina. Esta es la llamada autoinflamación
.
La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de
la presión que se produce en el segundo tiempo del motor, la
compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de
la
cámara de combustión
a gran presión desde unos orificiós muypequeños que presenta el
inyector
de forma que se atomiza y se
mezcla con el aire a alta temperatura y presión (entre 700 y 900 °C).
Como resultado, la mezcla se inflama muy rápidamente. Esta
combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda,
impulsando el pistón hacia abajo.
Esta expansión, al revés de lo que ocurre con el motor de gasolina, sehace a presión constante ya que continúa durante la carrera de trabajo
o de expansión. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al
que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un
movimiento de rotación.
Para que se produzca la autoinflamación es necesario alcanzar la
temperatura de inflamación espontánea del gasóleo.
Motor rotativo o Wankel
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Motor rotativo o Wankel
Un motor rotativo o Wankel, en honor a su creador el
Dr. Felix Wankel, es un motor de combustión interna que
funciona de una manera completamente diferente de losmotores alternativos.
En un motor alternativo; en el mismo volumen (mililitros) se
efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos —admisión,
compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se
desarrollan los mismos
4 tiempos
pero en lugares distintos de la
carcasa o bloque; con el pistón
moviéndose continuamente de uno
a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con formade 8, dentro de la cual se encuentra un
rotor
triangular que realiza
un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento
rotatorio a un
cigüeñal
que se encuentra en su interior, y que gira
ya con un centro único.
Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presión creada por la combustión de la mezcla
aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara formada por una
parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular. El rotor sigue un recorrido en el que
mantiene sus 3 vértices en contacto con el "freno", delimitando así tres compartimentos separados de
mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cámara, cada uno de los 3 volúmenes se expanden y
contraen alternativamente; es esta expansión-contracción la que succiona el aire y el
combustible
hacia
el
motor, comprime la mezcla, extrae su
energía
expansiva y la expele hacia el escape.
V t j
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Ventajas
Menos piezas móviles
Suavidad de marcha
Menor velocidad de rotación!mayor fiabilidad
Menos vibraciones
Menos peso
Inconvenientes
Más emisiones
Coste de mantenimiento
Más consumo
Difícil estanqueidad
Motores a reacción: Estatorreactor
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Motores a reacción: Estatorreactor
Un motor de reacción reactor o jet es un tipo de motor que descarga un
chorro de
fluido
a gran velocidad para generar un empuje
de acuerdo a
la
tercera ley de Newton. Operan según ciclo Brayton
Un estatorreactor (también conocido por el nombre inglés:
ramjet ) es un tipo de
motor a reacción que carece de compresores y turbinas, pues la compresión se efectúa
debido a la alta velocidad a la que ha de funcionar. El aire ya comprimido, se somete a
un proceso de
combustión
en la
cámara de combustión
y una expansión en la
tobera deescape. El régimen de trabajo de este motor es continuo.
Los estatorreactores pueden funcionar a partir de velocidades de unos 300 km/h. Por lo
tanto la principal aplicación del estatorreactor es la de propulsión adicional, después de
haber adquirido la velocidad que necesita para su funcionamiento.
Funcionamiento
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Funcionamiento
El aire se dirige hacia la entrada del reactor,
que está en movimiento a gran velocidad,
donde resulta parcialmente comprimido yaumenta su temperatura por el efecto de la
presión dinámica. Si la velocidad a la que
entra el aire en el motor es lo bastante alta,
esta compresión puede ser suficiente y el
r e a c t o r p o d r í a f u n c i o n a r
sin
compresor
ni
turbina.
El siguiente paso es el de la combustión del aire, cuyo proceso se realiza en la cámara
de combustión, donde hay una serie de inyectores que pulverizan el combustible de
manera continua. Cuando el combustible y el aire se mezclan en la cámara de
combustión una serie de bujías encienden la mezcla y comienza la combustión,
Finalmente, los gases resultantes de la combustión salen a gran velocidad por
la tobera de escape, la cual puede tener dos formas:convergente o divergente. La
principal diferencia está en su utilización: las convergentes son utilizadas para la
propulsión subsónica y las divergentes para velocidades supersónicas.
Motores a reacción: Pulsorreactor
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Motores a reacción: Pulsorreactor
Su funcionamiento depende de un flujo de aire (1) que entra a través de las válvulas
situadas en la parte frontal del reactor donde se mezcla con el combustible (2) que sale de
un conjunto de inyectores situados en el sistema de válvulas. Una bujía hace explotar la
mezcla (3), haciendo que la fuerza de la explosión acelere los gases en ambas direcciones
lo cual provoca que las válvulas de admisión de aire se cierren haciendo que el gas se vea
forzosamente obligado a salir por el tubo de salida de gases (4), produciendo el empuje, y
luego crea un vacío haciendo que las válvulas de admisión vuelvan a abrirse para
posteriormente repetir la operación.
Una vez iniciada la ignición parte de la energía de la explosión se transforma en calor que
calienta el cuerpo del reactor, lo cual facilita después la tarea de la ignición pulsátil haciendo
innecesario después tener que utilizar la bujía como fuente de ignición, lo cual hace que el
reactor tenga un funcionamiento autosostenido sin la intervención de ningún mecanismo de
ignición externa tras el encendido. El mayor inconveniente de este sistema es
principalmente la vida útil de las válvulas de admisión
Su estructura consta de tres partes
fundamentales:
1. sistema de válvulas
2. cámara de
combustión
3. tubo de salida de gases
Motores a reacción: Turborreactor
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Motores a reacción: Turborreactor
Un turborreactor consiste en una entrada de aire, un compresor de aire, una
cámara de combustión, una turbina de gas (que mueve el compresor del aire) y
una tobera. El aire entra comprimido en la cámara, se calienta y expande por la
combustión del combustible y entonces es expulsado a través de la turbina hacia la
tobera siendo acelerado a altas velocidades para proporcionar la propulsión
En este tipo de motores la fuerza impulsora o empuje se obtiene por la cantidad de
movimiento. Al lanzar grandes volúmenes de aire hacia atrás a gran velocidad, se
produce una reacción que impulsa la aeronave hacia adelante.
Motores a reacción: Turbofan
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oto es a eacc ó : u bo a
Caracterizados por disponer de un ventilador o
fan en la parte frontal del motor, el aire
entrante se divide en dos caminos: flujo de aire primario y flujo secundario o flujo
derivado (bypass). El flujo primario penetra al núcleo del motor (compresores y
turbinas) y el flujo secundario se deriva a un conducto anular exterior y concéntrico
con el núcleo. Los turbofanes tienen varias ventajas respecto a los turborreactores:
consumen menos combustible, lo que los hace más económicos, producen menor
contaminación y reducen el ruido ambiental.
Motores a reacción: Turbohélice
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El tipo de motor denominado turbohélice tiene montada delante del reactor
una hélice propulsada por una segunda turbina, denominada turbina libre, o por etapas
adicionales de la turbina que mueve el compresor
(tipo eje fijo).
Alrededor de un 90 % de la energía de los gases expandidos se absorbe en la parte de la
turbina que mueve la hélice y el 10 % restante se emplea para acelerar el chorro de gases de
escape. Esto hace que el chorro solo suponga una pequeña parte del empuje total.