UNIVERSIDDAD DE EL SALVADORFACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURAESCUELA DE INGENIERIA MECANICADEPARTAMENTO DE SISTEMAS TERMOMECANICOSTERMODINAMICA II

Objetivos

Aprender acerca de la secuencia de Aprender acerca de la secuencia de funcionamiento del ciclo de 2 Y 4 tiempos en funcionamiento del ciclo de 2 Y 4 tiempos en los motores de combustión internalos motores de combustión interna

Conocer el principio termodinámico de los Conocer el principio termodinámico de los motores de combustión internamotores de combustión interna

Conocer el principio de funcionamiento y Conocer el principio de funcionamiento y partes principales que conforman los motores partes principales que conforman los motores de combustión interna (ciclo Otto)de combustión interna (ciclo Otto)

Motores de combustión interna

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor.

TIPOS

Motor Otto motor diésel motor rotatorio

Secuencia de funcionamientoCarrera de admisión

Motor de gasolinaDurante la carrera de descenso del

pistón, se abre una válvula conocida como válvula de admisión (la de la izquierda) y entra al cilindro (según indican las flechas) la mezcla de aire y gasolina atomizada   La otra válvula o válvula de escape (la de la derecha) permanece cerrada.

Cuando el pistón llega a su punto mas bajo, conocido como punto muerto inferior todo el cilindro está lleno de la mezcla combustible y el pistón comenzará a subir.

Motor Diesel

Para el caso del motor Diesel solo entra al cilindro aire sin combustible.

Carrera de compresión

Motor de gasolina

En el momento en que el pistón sube, se cierra la válvula de admisión y la de escape permanece cerrada, por lo que se produce la compresión de la mezcla de aire y combustible. Esta parte del ciclo se conoce como carrera de compresión, durante ella y debido al aumento de presión, el aire se calienta,  la gasolina se evapora y mezcla íntimamente con el aire, quedando preparada para el encendido, que se produce cuando el pistón alcanza una posición muy próxima al punto mas alto conocido como punto muerto superior.

Motor DieselSi nos referimos al motor Diesel solo se comprime el

aire que también se calienta, luego cerca del punto muerto superior, se inyecta el combustible a muy alta presión dentro del cilindró finalmente atomizado, con un dispositivo conocido como inyector; la temperatura del aire enciende el combustible espontáneamente (sin bujía) y se produce el aumento de presión.

Carrera de trabajo

La gran presión de los gases, al quemarse el combustible hace descender el pistón con gran fuerza y es en este momento que el motor puede producir trabajo útil capaz de mover una carga, en este caso el automóvil.

Cerca del punto muerto inferior los gases se han enfriado un poco y perdido parte de la presión por lo que ya no son útiles para realizar el trabajo, en ese momento se abre la válvula de escape y comienza la última parte del ciclo.

Esta parte del ciclo es idéntica para los motores de gasolina y Diesel.

Carrera de escape

El movimiento ascendente del pistón limpia el cilindro de los gases quemados que salen a través de la válvula de escape (según las flechas) mientras la válvula de admisión permanece cerrada.

Cuando llega al punto muerto superior y el cilindro está limpio, empieza un nuevo descenso y se comienza un nuevo ciclo de admisión para perpetuar el movimiento del motor.

Esta parte del ciclo es idéntica para los motores de gasolina y Diesel.

Carrera de admisión para inducir una mezcla aire-combustible hacia el interior del cilindro del motor (válvula de admisión abierta) Carrera de compresión, para elevar la temperatura de la mezcla.El émbolo recibe un trabajo que le permite realizar la compresión adiabática, al final de la cual el volumen de la mezcla (aire-combustible) se ha reducido al de la cámara de

combustión aumentando la presión. Carrera de potencia, donde ocurre la chispa y el incendio de la mezcla ; aumenta la temperatura y la presión de los gases, enseguida desciende el embolo en la carrera de expansión . Carrera de escape, para barrer al cilindro, dejándolo libre de los gases quemados (válvula de escape abierta).

CLASIFICACION DEL MOTOR SEGÚN SU FORMA

Radial

Clasificación por la posición de las válvulas.

Motores de dos tiempos

Los motores de dos tiempos, son motores de pistón, a diferencia del de cuatro tiempos; las cuatro estapas del ciclo de trabajo se realizan en solo una vuelta del cigueñal.

Estos motores pueden ser tanto Diesel como de gasolina, siendo este último el mas común.

Los motores de dos tiempos de gasolina, generalmente encuentran su mayor campo de aplicación en las pequeñas potencias: motocicletas, máquinas manuales a gasolina (sopladores, fumigadoras, motosierras etc.), y en los pequeños motores de aeromodelismo y similares.

En general su rendimiento térmico es menor que el de los motores de cuatro tiempos.

Secuencia de funcionamiento Durante la carrera ascendente del pistón, se

comprime la mezcla de aire y gasolina, previamente introducida en el cilindro. Al mismo tiempo y debido al movimiento del pistón, se produce vacío , obligando a entrar mezcla nueva de aire y gasolina procedente del carburador, por un conducto provisto de un válvula de apertura por la propia succión. De manera entonces, que durante esta carrera ascendente se producen dos atapas del ciclo de trabajo, es decir:

1.- Compresión2.- Admisión

 Una vez que el pistón llega al punto muerto superior,  tendremos la mezcla completamente comprimida, y lista para la aparición de la chispa en la bujía, y además,  la carcasa del motor lleno con mezcla fresca procedente del carburador.

Como en todo motor de pistones, en ese momento se produce el salto de la chispa en la bujía y se inflama la mezcla, produciendo la carrera descendente del pistón y generando trabajo.

Cuando el pistón realiza su carrera de descenso, impulsado por la fuerza de los gases de la combustión, y estos han perdido ya suficiente energía,  el propio pistón descubre un agujero lateral conocido como lumbrera que comunica al exterior.

La presión remanente aun en los gases, hace que estos escapen del cilindro.

Al mismo tiempo, el movimiento descendente del pistón, comprime la mezcla fresca de aire y gasolina del carter ( la válvula se ha cerrado) elevando allí la presión.

Con el consecuente movimiento descendente, el pistón termina por descubrir otra lumbrera inferior, que comunica con el carter, y permite la entrada de la mezcla fresca comprimida al interior del cilindro, para comenzar un nuevo ciclo de compresión-admisión.

Secuencia de funcionamiento

OTROS TIPOS DE MOTORES

Motor rotatorio

En la década de 1950, el ingeniero alemán Félix Wankel desarrollo un motor de combustión interna con un diseño revolucionario, que utilizaba un rotor triangular que gira dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro.

La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio de aspiración y queda atrapada entre una de las caras del rotor y de la pared de la cámara. La rotación del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases se expulsan a través de un orificio de expulsión con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro.

Motor rotatorio

CICLO CARNOT

Para los procesos isentropicos:

Como T1=T2 Y T4=T3

Representando como razon de compresion o expansión isentropica:

La eficiencia tambien es:

Motor de 4 tiempos:

1-2: Compresión adiabática 2-3: Ignición, aporte de calor a volumen constante. La presión se

eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo útil 3-4: Expansión adiabática o parte del ciclo que entrega trabajo 4-1: Escape, cesión del calor residual al medio ambiente a

volumen constante

Qent

Qsal

Primera ley Primera ley

2323 uuq

3434 uuw

1441 uuq

ent

cicloth Q

w

2112 uuw

CICLO DE OTTO1.Calentamiento a volumen constante(1-2)

2.Expansion isentropica(2-3)

3.Enfriamiento a volumen constante(3-4)

4.Compresion isentropica(3-4)

Aplicando primera ley a procesos 1-2,3-4:

Los procesos 2-3 y 4-1 son isentropicos:

V3=V4 Y V2=V1 POR TANTO : T3/T4= T4/T1

El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. Se emplea en instalaciones generadoras de energía eléctrica, en sistemas de propulsión naval, en camiones, autobuses y automóviles. Tanto los motores Otto como los diésel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos.

Motor diesel:

Ciclo diesel

1.Calentamiento a presion constante(1-2)

2.Expansion isentropica(2-3)

3.Enfriamiento a volumen constante(3-4)

4.Compresion isentropica(3-4)

Procesos de expansion y compresion son isentropicos:

Calentamiento a presion constante:

Proceso de 3-4 es a volumen constante entonces V3=V4:

Razòn de compresion

Razon de fin de la inyeccion