Ciclo de Otto

Ciclo de Otto.Este tambin es llamado ciclo de encendido por chispa, en este el proceso se realiza a volumen constante.Este ciclo es deintersya que da elanlisisdelcomportamientode los motores por ignicin de chispa. El ciclo Otto puede ser de 2 o de 4 tiempos. Un ciclo de Otto de 4 tiempos se compone de 4 procesos internamente reversibles, adems de una carrera dealimentaciny una de expulsin en el ciclo. El ciclo terico consta de una transformacin adiabtica (1-2) (compresin), una isocrica (2-3)(combustin), una segunda transformacin adiabtica(3-4)(expansin) y finalmente una segunda transformacin isocrica (4-1)(enfriamiento). El trabajo requerido para expulsar la carga del cilindro tiene la misma magnitud, pero de signo contrario, que el requerido para absorber la nueva carga por tanto estas dos partes del ciclo terico no afectan el trabajo neto desarrollado. Los parmetros principales que gobiernan laeficienciatrmica de un ciclo Otto son la relacin de compresin y la relacin de capacidades trmicas especficas. El valor de la eficiencia trmica aumenta al aumentar la relacin de compresin, desde el punto de vista practico est limitado por la ocurrencia de la preignicin cuando la relacin se eleva por encima de 10, para loshidrocarburoscomunes la eficiencia trmica aumenta al incrementar el cociente de las capacidades trmicas especficas. , Para tener en cuenta que las capacidades trmicas especficas sonvariablesla eficiencia se debe determinar mediante la relacinn = 1- ( u4 - u1 )/( u3 - u2 )Las temperaturas de los estados 2 y 4 se calculan con las relaciones isoentropicasvr2 = vr1*(v2/v1) = vr1/r y vr4 = (v4/v3) = r*vr3vr es funcin solo de la temperatura

Descripcin genrica del ciclo:En la figura 1 vemos el ciclo terico de un motor Otto en un diagrama p-V. El motor se caracteriza por aspirar una mezcla aire-combustible (tpicamente gasolina dispersa en aire). El motor Otto es un motor alternativo. Esto quiere decir de que se trata de un sistema pistn-cilindro convlvulasde admisin y vlvulas de escape.En los prximos prrafos describiremos el ciclo Otto de 4 tiempos. El ciclo que describiremos inicialmente es el ciclo terico. Posteriormente veremos las diferencias que existen en un ciclo real. Las diferentes evoluciones que componen el ciclo son:

Admisin:evolucin0-1. El pistn se desplaza desde el PMS (punto muerto superior) al PMI (punto muerto inferior). La vlvula de admisin, VA se encuentra abierta. El pistn realiza una carrera completa. El cilindro se llena con mezcla aire/combustible. Al final de la admisin (en el PMI) se cierra la VA. El llenado del cilindro requiere un trabajo negativo.

Compresin: evolucin 1-2. Con las dos vlvulas cerradas (VA y vlvula de escape, VE), el pistn se desplaza desde el PMI al PMS. Se realiza una carrera completa. Se comprime la mezcla aire/combustible. En principio esta compresin es adiabtica. La compresin requiere trabajo negativo.

Encendido: enteoraeste es un instante (evolucin 2-3). Cuando el pistn llega al PMS, se enciende la chispa en la buja y se quema la mezcla en la cmara de combustin, aumentando la presin de 2 a 3.

Trabajo: evolucin 3-4. Con las dos vlvulas cerradas el pistn se desplaza desde el PMS al PMI. Se realiza una carrera completa. En principio esta evolucin es adiabtica. La evolucin genera trabajo positivo. De hecho es la nica evolucin del total del ciclo en que se genera trabajo positivo al exterior.

Ap. Vlvula de Escape: evolucin 4-1. En teora esta cada de presin de 4 a 1 es instantnea y ocurre cuando se abre la vlvula de escape.

Escape: evolucin 1-0. El pistn se desplaza desde el PMI al PMS. Se realiza una carrera completa (la VE est abierta y la VA se encuentra cerrada). En principio la presin dentro del cilindro es igual a la atmosfrica, por lo cual el trabajo requerido es cero.

Cada carrera completa corresponde a media vuelta del cigueal. Por lo tanto para realizar el ciclo completo se requieren dos revoluciones completas en el motor de cuatro tiempos.A continuacin hay un enlace que muestra una animacin del ciclo de un motor de cuatro tiempos

Ciclo Diesel. Este se le conoce como ciclo de encendido por compresin y se realiza a presin constante.Elmtodoutilizado aqu es en elevar la temperatura de la mezcla de combustible y aire por encima de su temperatura de ignicin utilizando relaciones de compresin en el intervalo 14:1 a 24:1 y presiones de compresin de 400 a 700 lb/in2.El ciclo que describe el comportamiento de este proceso es el ciclo Diesel, como el ciclo terico es limitado solo se describirn sus caractersticas bsicas.Este ciclo se compone de 4 procesos internamente reversibles, este solo difiere del ciclo de Otto en la fase de combustin (2-3), prevista a presin constante. Mediante un ciclo de aire estndar basado en capacidades trmicas especficas constantes se puede hacer un anlisis til del ciclo Diesel. En esas condiciones, los calores de entrada y salida del ciclo estn dados porq.ent = cp(t3 - t2) y q.sal = cv(t4 - t1)en consecuencia .Diesel = cp(t3 - t2) - cv(t4 - t1)/ cp(t3 - t2)(= 1 - t4 - t1/k(t3 - t2)El ciclo Diesel terico es fundamentalmente funcin de la relacin de compresin r, la relacin de combustin rc y la relacin de capacidades trmicas especficas k. La eficiencia de este es siempre menor a la de un ciclo Otto para la misma relacin de compresin, si rc es mayor que la unidad.En caso de tener que considerar las capacidades trmicas especficas variables, la ecuacin de la eficiencia se convierte en .Diesel = 1- u4-u1/h3-h2(Donde u y h se evalan de tablas, las temperaturas de los estados 2 y 4 se calculan mediante las relaciones isoentropicasvr2 = vr1* V2/V1 =vr1/r y vr4 = vr3*V4/V3 = r*vr3/rc

Ciclo De BraytonEste ciclo se considera el bsico en el anlisis de turbinas.Este es un ciclo simple para una turbina de gas se emplea equipo separado para los diversos tipos de procesos del ciclo. A continuacin se define primero lo que es un ciclo abierto, al inicio el aire se comprime en forma adiabatica en compresor rotatorio axial o centrifugo, el aire entra a una cmara de combustin donde se inyecta y quema combustible a presin constante, losproductosde esta combustin luego se expanden en una turbina hasta alcanza la presinambientede los alrededores.Los ciclos de las turbinas de gas reales son abiertos ya que debe introducirse aire continuamente.En el ciclo de Brayton idealizado en comparacin al de Otto y Diesel opera en un intervalo menor de presiones y temperatura espera en un intervalo de volumen ms amplio, esto hace que no sea adecuado para el uso en maquinas alternativas.Este ciclo consta de compresin adiabatica, calentamiento a presin constante y expansin adiabtica. Debido a que los gases que se expanden estn ms calientes el trabajo que puede obtenerse del proceso de expansin es mayor que el de compresin; el trabajo neto del ciclo es la diferencia entre los dos. Si se agrega un regenerador para recobrar el calor de escape de la turbina se mejora la eficiencia. Aadiendo adems de interenfriameiento en el compresor y recalentamiento del fluido de trabajo, durante la expansin se incrementa la salida de potencia para un tamao dado de turbina de gas.La eficiencia trmica del ciclo de Brayton depende principalmente de la relacin de presiones, la temperatura de admisin a la turbina y las perdidas parsitas (en especial las eficiencias del compresor y de la turbina). En el caso terico de un aire estndar ideal sin perdidas internas se puede demostrar que la eficiencia trmica depende solo de la relacin de presiones en el compresor (p2/p1).n. Br = 1 - 1/(p2/p1)^(k-1)/kPara un ciclo real con perdidas, la eficiencia trmica depende tambin de la entrada de temperatura a la turbina ya que una temperatura mayor significa un incremento de trabajo til y una reduccin proporcionada en el efecto de las prdidas internas.El ciclo real queda corto respecto al ciclo ideal debido a que las propiedades reales del aire(k, cp) no son constantes sobre este intervalo de temperaturas, y de manera importante por las perdidas internas, estas empiezan a ser significativas arriba de 1367 K y llegan a ser serias a 1922 K.