7/24/2019 Ciclo Otto Real e Ideal

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Consideracion que se toman del Ciclo Otto Real con el Ideal

Ciclo Otto Ideal:

El ciclo Otto lo describe un sistema cilindro-pistn, accionado por un mecanismo biela-manivela.

El pistn se mueve entre dos extremos llamados Punto Muerto Superior (PMS)y Punto

Muerto Inferior (PMI).Se usa el trmino depunto muerto pues cuando el cigueal se mueveuna cierta cantidad de grados en torno al punto muerto, el desplazamiento vertical del pistnes pequeo. En cambio cuando se mueve los mismos grados a mitad de carrera, eldesplazamiento es grande.

Se llama carrera la distancia que ay entre el !"S y !"#. $na carrera, por lo tanto,corresponde a media vuelta de cigueal.

El cilindro se conecta con el exterior por medio de un sistema de admisin y un sistema deescape. %a admisin de mezcla aire&combustible se controla por medio de una vlvula deadmisin (VA) y la expulsin de gases quemados a la atms'era se controla por medio deuna vlvula de escape (VE).

El desplazamiento es el volumen que desplaza el pistn entre su carrera desde el !"S a!"# o vice versa.

El volumen mnimo es el volumen que queda adentro del cilindro cuando el pistn est( )ustoen el !"S.

El volumen mimo es el volumen dentro del cilindro cuando el pistn est( en el !"#.

%a razn de compresin es el cuociente entre el volumen m(ximo y volumen m*nimo.

Potencia de Bombeo:

El ciclo real tiene dos (reas de traba)o. $n (reapositiva que corresponde a la evolucin !"#"$"% y un (rea de traba)o ne&ativo que corresponde al traba)o de aspiracin '"! m(s el traba)ode expulsin !"'. Esta (rea de traba)o negativo se llama traao de omeo y corresponde altraba)o necesario a acer debido al llenado y vaciado de cilindro.

%apotencia de omeo es simplemente el traba)o de bombeo que se pierde por unidad detiempo.

En la pr(ctica el motor Otto +a gasolina controla el traba)o generado por ciclo aumentando lapotencia de bombeo. En e'ecto, para el motor Otto, la razn aire&combustible debemantenerse casi constante e igual a laeste*uiom+trica en todo el rango de 'uncionamiento.!or lo tanto a ba)a potencia y rpm la solucin que se adopta es estrangular la admisin, paraque as* entre menos masa de aire y, por lo tanto, tambin disminuya la cantidad decombustible. !or lo tanto el traba)o de succin que se debe acer durante la admisin crecemuco +es traba)o negativo. !or otro lado en la descar&a o aciado del cilindro tambin ayun (rea negativa que tiende a ser importante.

e eco cuando el motor est( sin carga y en ralenti, el traba)o de omeo es igual al traba)opositivo generado por el ciclo y el traba)o neto es cero.

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Presin Media Efectiva:

El traba)o neto que entrega el ciclo real es la suma del traba)o positivo +evolucin real !"#"$"%m(s el traba)o negativo de bombeo +'"! m(s !"'. !odemos asimilar esta (rea de traba)o enun diagramap"V a un rect(ngulo de (rea equivalente que tiene como presin m*nima lapresin ambiente, volumen m*nimo el volumen V,# y volumen m(ximo el volumen V,!. %apresin m(xima de este ciclo terico es lapresin media efectiva.

En buenas cuentas la presin media e'ectiva resulta de calcular un ciclo terico, rectangular,que tiene el volumen m*nimo y m(ximo del ciclo, presin m*nima igual a la ambiente ypresin m(xima tal que el (rea de traba)o encerrado por este ciclo equivale al traba)o netodel ciclo real.

Rendimiento Volumtrico:

Otro concepto importante en el an(lisis del rendimiento que tiene un ciclo real es elrendimiento volum+trico. Este simplemente expresa el cuociente entre la masa de aire realque entra al cilindro en una embolada y la masa de aire terica.

3. Factores que Afectan Rendimiento de Ciclo Real:

. En la descripcin que sigue se compara lo que en teor*a ocurre en cada evolucin del cicloy lo que ocurrir*a si se sigue el ciclo terico.

Evolucin 0-1 As!iracin:la v(lvula de admisin +/ se abre y la v(lvula de escape est(cerrada. En teor*a el cilindro se llena con mezcla a presin ambiente. En realidad ay prdidade carga en el sistema de admisin +'iltro de aire, m0ltiple de admisin, 'lu)o por v(lvula deadmisin, esto ace que la presin en1, p1 sea menor que la presin ambiente. si en eseinstante se cierra la v(lvula de admisin, el cilindro queda lleno de mezcla a presinsigni'icativamente menor que el ambiente. /l aber menos mezcla +menos aire, estoa'ectar( negativamente la potencia que puede desarrollar el motor.

Evolucin 1-" Com!resin: esta evolucin en principio es una adiab(tica. 2omo p1 es

menor que el ambiente, la presin p3 tambin termina de estar bastante por deba)o de lo queocurre en teor*a.

Evolucin "-3 Com#ustin: %a combustin en teor*a es a volumen constante +iscora.Esto ser*a as* si el tiempo de combustin 'uera 4. !ero en realidad el 'rente de llama tieneuna velocidad 'inita +del orden de la decena de metros por segundo.

Evolucin 3-$ Carrera de tra#a%o: Esta evolucin, en teor*a, es expansin adiab(tica sinroce. 2omo el punto 5 termina a menor presin y m(s volumen que la teor*a, es pierde (reade traba)o.

Evolucin $-1 a!ertura &'lvula de Esca!e: en teor*a, al abrir la v(lvula de escape +lo quedeber*a ocurrir instant(neamente en el punto $, la presin dentro de la c(mara decombustin cae en 'orma instant(nea de p67 a p6a +presin ambiente. Sin embargo ocurreque la apertura de la E no es instant(nea y adem(s los gases de escape tienen que vencerel roce de 'luir en torno a la E y del sistema de escape +m0ltiple de escape, catalizador,ducto de escape y silenciador. 8odo esto ace que la presin no caiga instant(neamenteasta p6a, sino que m(s lentamente, lo cual ace que de a poco se acerque la presin a p6a.

Evolucin 1(-0 carrera de esca!e: en teor*a esta evolucin es a pa. !ero en realidad lapresin va cayendo )asta pa. Esto se ace con la v(lvula de escape +E abierta.

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Si%usto al llegar al !"S se cierra la E y se abre la /, ocurrir( que quedar( dentro de lac(mara de combustin una cierta cantidad de gases quemados +correspondientes al volumenmuerto del cilindro. Estos gases quemados disminuyen el rendimiento del prximo ciclo alquitar volumen y aire 'resco para la siguiente evolucin.

En resumen, si se trata de abrir y cerrar v(lvulas y dar la cispa )usto en los puntos tericosdel ciclo Otto, el rendimiento y per'ormance se deterioran por9

*al llenado de cilindro: al admitir mezcla a presin in'erior al ambiente, la masaaire&combustible que llena el cilindro es menos que la terica, esto ba)ar( la cantidad detraba)o que se puede generar, pues entra menos combustible y adem(s el traba)o deadmisin es negativo.

Com#ustin no iscora: al dar la cispa )usto en el !"S, se pierde traba)o por aumento devolumen durante la combustin y adem(s porque adiab(tica de traba)o ocurrir( a presinmenor que la terica.

&aciado no instant'neo del cilindro: al abrir la E )usto en el !"#, el vaciado del cilindro esno instant(neo, lo cual origina traba)o negativo de vaciado.

Carrera de e+!ulsin con !resin ma,or a !a: el punto anterior tambin ace que eltraba)o de vaciado del cilindro durante toda la 'ase de expulsin sea mayor de lo necesario.

ases quemados en volumen muerto: al cerrar la E )usto en el !"S y al mismo tiempoabrir la /, ace que queden gases quemados en el volumen muerto, lo cual deteriora elrendimiento del siguiente ciclo.

*e%oras que se acen al Ciclo Real !ara Acercarlo al Ciclo /erico:

%as me)oras que se acen para me)orar el ciclo son muy variadas. En lo principal tienen quever con los momentos de apertura - cierre de v(lvulas, como tambin con el avance delencendido. 8odas estas me)oras buscan acercar m(s el ciclo real al ciclo terico. En losprximos puntos trataremos de explicar en detalle estas me)oras. En 'orma an(loga al

p(rra'o anterior, describiremos el ciclo paso a paso.

Evolucin 0-! "s#iracin:

%a v(lvula de admisin +/ se abre antes de que el pistn llegue al !"S +: y la v(lvula deescape est( cerrada. El adelantar la apertura de la / permite 'acilitar el ingreso de mezcla alcilindro. Esto reduce la ca*da de presin en la admisin. urante el descenso del pistndesde el !"S al !"# la mezcla en el sistema de admisin adquiere energ*a cintica. !or lotanto es indispensable atrasar el cierre de la / m(s all( del !"#. Esto permite que se siguaadmitiendo mezcla al cilindro y se me)ora la e'iciencia del llenado del mismo.

Evolucin -$! Com#resin:

Esta evolucin en principio es una adiab(tica. /ora p61 es menor que el ambiente, perom(s parecido a la evolucin terica, por lo tamnto la presin p63 ce acerca m(s a lo queocurre en la teor*a. /qu* se aplica una medida de suma importancia, que es adelantar elencendido.

Otro punto a destacar en esta parte es que en realidad se comprime una mezcla de aire ygotas de combustible micropulverizadas. /l comprimirse la mezcla las gotas se evaporan.Esto ace que la evolucin de compresin sea en realidad una politrpica con n;

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Evolucin $-%! Combustin:

/l iniciar la combustin antes de llegar al !"S se logra que el momento en que el pistnpasa por el !"S, la combustin se est( desarrollando a m(xima velocidad, lo cual permiteacercarse m(s al ciclo terico de combustin a volumen constante.

Evolucin %-&! Carrera de traba'o:Esta evolucin, en teor*a, es expansin adiab(tica sin roce. 2omo el punto 3 se acerca m(sal proceso ideal, se tiene una evolucin que permite recuperar m(s traba)o.

Evolucin &-! a#ertura V(lvula de Esca#e:

En teor*a, al abrir la v(lvula de escape +lo que deber*a ocurrir instant(neamente en el punto$, la presin dentro de la c(mara de combustin cae en 'orma instant(nea de p7 a pa+presin ambiente. Sin embargo ocurre que la apertura de la E no es instant(nea y adem(slos gases de escape tienen que vencer el roce de 'luir en torno a la E y del sistema deescape +m0ltiple de escape, catalizador, ducto de escape y silenciador. /l adelantar la

apertura de la E antes del !"# se logra que la presin de los gases dentro del cilindroalcance valores m(s pequeos al pasar el pistn por el !"# y al comenzar a subir, ya est(pr(cticamente a presin ambiente.

Evolucin )-0! carrera de esca#e:

2on el adelanto de apertura en E, se logra iniciar esta evolucin a una presin mucomenor, casi a p6a. !or ello el vaciado del cilindro se ace en 'orma muco m(s e'iciente.

/dem(s aqu* se incorpora una me)ora muy importante9

Se adelanta la apertura de la v(lvula de admisin.

= se atrasa el cierre de la v(lvula de escape.

En Resumen:

%as me)oras que permiten acercarse m(s al ciclo ideal son9

/traso en el cierre de la / al aspirar mezcla, m(s all( de !"# en carrera de

admisin./delantar el encendido de la mezcla antes de llegar a !"S en carrera de compresin.

/delantar la apertura de la E antes de llegar al !"# en carrera de traba)o.

/delantar la apertura de la / antes de llegar a !"S y atrasar cierre E m(s all( de

!"S en carrera de escape.

En los motores actuales solo el adelanto del encendido es din(mico, es decir depende de lasrevoluciones y condiciones de carga del motor. %a apertura y cierre de v(lvulas quedadeterminado por la geometr*a y cintica de las levas de admisin y escape. El ciclo podr*ame)orar en 'orma signi'icativa s* la apertura y cierre de v(lvulas se controlara en 'ormadin(mica, es decir en 'uncin de la velocidad y condiciones de carga del motor. Esto se est(comenzando a implementar en 'orma experimental y en poco tiempo m(s se va a ver comoproductos de l*nea.