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DEP.TECNOLOGÍA / PROF. MARÍA JOSÉ GONZÁLEZ

1.CICLOS TERMODINÁMICOS. CICLO DE CARNOT.

Proceso reversible: cuando con un cambio muy pequeño en el ambiente recorre la trayectoria a la inversa.

Todos los procesos en la naturaleza son irreversibles.

Segundo Principio de la Termodinámica: al poner en contacto dos cuerpos uno a más temperatura que el otro, el caliente desciende de temperatura y el frío la aumenta.

Transformación termodinámica reversible cuando en cada momento de la transformación la temperatura y la presión están en equilibrio:

- en todo momento se puede invertir la transformación reversible al variar la presión o temperatura.

- una transformación reversible de A a B pasa exactamente por los mismos estados cuando lo hacen de B a A.

En una gráfica de presión y volumen el área bajo la curva que se dibuja representa el trabajo p.V. El cual no depende solo del estado inicial y final sino también del camino recorrido.


Cuando el estado inicial y final es el mismo se dice que la transformación es cerrada o Ciclo. Si son diferentes se llama Abierto.

MÁQUINA TÉRMICA

MOTOR TÉRMICOFoco Caliente Tc

Foco Frío Tf

Trabajo W=Qc-Qf

MÁQUINA TÉRMICA

MÁQUINA FRIGORÍFICA

Foco Caliente Tc

Foco Frío Tf

Trabajo W=Qc-Qf

Qc=W+QfQc

QfQf


CICLO DE CARNOT

Nicolas Leonard Sadi Carnot abordó el problema del rendimiento de un motor térmico, enfocándolo a los hechos siguientes:

-Al motor se le suministra energía (calor) a temperatura elevada

-El calor realiza trabajo mecánico

- El motor cede calor a temperatura inferior

Obtuvo el rendimiento máximo de un motor térmico que sirve para cualquier máquina térmica (motor o máquina frigorífica)

QcQf

QcQfQc −=−= 1η

El ciclo de Carnot (1824) supone que la sustancia que realiza el ciclo reversible dentro de un cilindro aislado es un gas ideal y funciona entre dos focos, el caliente a Tc y el frio a Tf.


A(V1,p1,T1)

B(V2,p2,T2)

C(V3,p3,T3)

D(V4,p4,T4)

Qc

Qfv

v1 v4 v2v3

•A-B Expansión isotérmica a

Tc (Kelvin)=T1=T2

1

2ln..VVTcRQcW ==

•B-C Expansión adiabática a Tf=T3=T4

1

2

3

3

2 )( −= γ

VV

TT 1

2

3 )( −= γ

VV

TfTc

•C-D Compresión isotérmica a Tf

Se cede Qf. Consume trabajo.

4

32 ln..

VVTfRQfW ==

•D-A Compresión adiabática

1

1

4

4

1 )( −= γ

VV

TT 1

1

4 )( −= γ

VV

TTf

c

El rendimiento del ciclo:

TcTf

QcQf −=−= 11η

Depende solo de las temperaturas del foco caliente y frío. El rendimiento de cualquier máquina no puede ser superior a la de Carnot, será inferior si es irreversible e igual si es reversible.


2. MOTORES TÉRMICOS. CLASIFICACIÓN.

•Motor térmico es una máquina que transforma energía térmica en mecánica para producir trabajo.

•Los motores que utilizan la energía almacenada en los combustibles se llaman Motores de combustión que engloban desde máquinas de vapor a los modernos motores de aviación.

•Calor de combustión de un combustible es la cantidad de calor liberada por unidad de masa o volumen al quemar el combustible por completo.

•Dosado= masa de combustible/masa de aire


•Clasificación de motores según donde se realiza la combustión:

- Motor combustión externa: el calor emitido al quemar el combustible se transmite a un fluido intermedio que produce la energía mecánica a través de una máquina alternativa o rotativa. Son las máquinas de vapor y las turbinas de vapor.-Motor combustión interna: la combustión se produce dentro de una cámara interna al propio motor y son los gases generados los que causan el movimiento. Son los motores de explosión, diesel, turbinas de gas de ciclo abierto …

•Clasificación en función de la forma de obtención de la energía mecánica:

-Motores alternativos: el fluido de trabajo actúa sobre pistones que suben y bajan

-Motores rotativos: fluido actúa sobre pistones rotantes o turbinas

-Motores de chorro: fluido se encarga de producir el empuje por acción y reacción.


3. MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN EXTERNA.

MÁQUINAS MOTRICES DE VAPOR.

La máquina de vapor es uno de los primeros ingenios capaz de transformar la energía térmica en mecánica.

Condensador

máquina

bomba

Super calentadorEl agua de la bomba entra en la caldera líquida a alta presión donde se calienta obteniendo vapor saturado que sigue calentándose hasta vapor sobrecalentado. Después pasa a los cilindros o turbina donde se transforma energía térmica en mecánica. El vapor con menos energía pasa al condensador saliendo agua que se dirige a la bomba.


A) Motor Alternativo De Combustión Externa O Máquina De Vapor.

Consiste en un cilindro dividido por un émbolo en 2 zonas. El cilindro se mueve de forma alternativa por el vapor que le llega de la caldera, transforma su movimiento lineal en rotativo mediante un sistema biela-manivela al volante de inercia.

Sobre el cilindro se desplaza un distribuidor (que va unido al volante de inercia) cuya dirección de movimiento siempre es en sentido opuesto al del émbolo. De forma que así se conectan ambas zonas del cilindro con la caldera y el condensador de forma alternativa.


B) Motor Rotativo De Combustión Externa. Turbina

El vapor se dirige por unas toberas donde se pierde presión y gana velocidad y fluye tangencialmente sobre la turbina.

La turbina esta formada por un rodete que tiene insertadas alabes (paletas) que absorben la energía produciendo el movimiento del eje.

Las turbinas de vapor se usan en centrales de producción de energía eléctrica y en la propulsión de buques.


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/Dampfturbine_Laeufer01.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/Curtis-turbina.jpg

C) Ciclo de un motor de combustión externa

El ciclo básico de una maquina de vapor se llama ciclo Rankine

P

V

5 1 2

34

Pa

Pb

precalentador caldera

condensador

5 1

2

34

•El agua sale líquida de la bomba (5), entra en el precalentador (1) de donde saldrá en forma de líquido saturado. Que entra en la caldera saliendo vapor saturado (2). Produciéndose estos pasos a presión constante.

En el interior del motor cede energía a través de una transformación adiabática , bajando la presión y saliendo vapor húmedo. (3) Pasa al condensador donde se obtiene liquido saturado (4).

El liquido saturado se comprime adiabáticamente desde la presión del condensador a la de la caldera, en el agua es una transformación además isocora.


El rendimiento del ciclo se calcula como el de Carnot, teniendo en cuenta que hay que utilizar temperaturas medias del foco caliente y foco frío.

am

bmrankine

TT−= 1η

Sobre el ciclo anterior se han realizado mejoras:

•Recalentamiento del vapor de salida de la turbina

•Precalentamiento del agua a la entrada de la caldera mediante la extracción de una parte del vapor antes de su total expansión.

Estas mejoras se suelen utilizar combinadas en centrales térmicas y nucleares.


MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS

Transforman la energía térmica en mecánica mediante pistones que se mueven linealmente en un cilindro.

Según el ciclo operativo realizado por el fluido (combustible):

FUNCIONAMIENTO MOTOR ALTERNATIVO. CLASIFICACION

Cuatro Tiempos (2 vueltas cigüeñal)

Dos tiempos (1 vuelta cigüeñal)

Se denomina Ciclo Operativo a la serie de operaciones que el fluido activo realiza en el cilindro continuamente y de la misma forma. Su duración se mide por el número de carreras que el pistón efectúa para realizarlo.


Según la forma de ignición:

1. Motores de encendido por chispa o encendido provocado

2. Motores de encendido por compresión.

Tanto unos como otros pueden ser de 4 o 2 tiempos.

Motor encendido por chispa:

Se mezcla combustible con aire en el carburador (antes) . Ahora se inyecta combustible.

El encendido se produce por una chispa de la bujía antes de llegar el pistón al PMS. (avance del encendido), aumenta al aumentar las revoluciones. Corresponde a motores de gasolina.

Motor encendido por compresión:

En la admisión solo entra aire, el cual se comprime y eleva su temperatura de forma que al inyectar el combustible este se inflama. Es más robusto que el anterior. Corresponde a motores de gasóleo.

Ambos tipos de motores admiten la sobrealimentación (más aire y combustible)


PARTES DE UN MOTOR ALTERNATIVO

•Pistón: forma de vaso invertido, unido a la biela mediante un bulón. Posee un movimiento rectilíneo alternativo dentro del cilindro.•Cilindro: recipiente que contiene al pistón. Forma parte del bloque de cilindros ( en motores de más de un cilindro)•Carter : va fijado a la parte inferior del bloque de cilindros o del cilindro, y sirve como depósito de aceite para lubricar el motor.•Culata : se fija con tornillos a la parte superior del bloque de cilindros (tapa).•Bancada : es la parte de sustentación y fundamental del motor.Del pistón , sale la Biela en cuyo extremo inferior se une a la Manivela del cigüeñal. Ambas son las responsables de transformar el movimiento alternativo lineal del pistón en movimiento rotativo del cigüeñal.


PARTES DE UN MOTOR ALTERNATIVO

En la Culata:la Válvula de admisión : abre o cierra un conducto que comunica con el combustible.La válvula de escape: abre o cierra un conducto que comunica con el exterior y por donde se evacuan los productos de la combustión.

Ambas son accionadas por los órganos de distribución que reciben el movimiento del cigüeñal mediante una correa.La bujía alojada también en la culata, produce la chispa que provoca el encendido de la mezcla

La cámara de combustión donde se produce la mezcla (combustible + comburente) y la combustión. Está situada entre la culata y la parte superior del cilindro.


TERMINOLOGÍA A UTILIZAR

Punto muerto superior: PMS posición del pistón más cerca de la culata•Punto muerto inferior : PMI posición del pistón más alejada de la culata•Diámetro : el del interior del cilindro (mm)•Carrera: distancia entre el PMS y el PMI (mm)•Volumen cilindro (Vcilindro ) : espacio entre la culata y el pistón cuando está en

el PMI (cm3).•Volumen de la cámara de combustión (Vcc) : espacio entre la culata y el pistón

cuando está en PMS (cm3)•Cilindrada (Vcilindro – Vcc) : volumen entre PMS y PMI (cm3)•Relación de compresión (ρ ) : relación entre el volumen del cilindro Vcilindro y

el volumen de la cámara de combustión Vcc. ρ = Vcilindro / Vcc


CICLO DE CUATRO TIEMPOS

Motor de chispa (MEP)

Primer Tiempo : Admisión

El pistón baja desde el PMS aspirando la mezcla (aire+combustible en el caso del motor de explosión)

La válvula de admisión se abre antes de iniciarse la carrera para que pase la mezcla, cerrándose después de la carrera. El cigüeñal ha girado media vuelta.

Segundo Tiempo: Compresión

Las válvulas están cerradas. El pistón vuelve a subir, comprimiendo la mezcla hasta el PMS:

La temperatura se ha elevado hasta 280ºC, la mezcla está vaporizada y homogénea. El cigüeñal ha girado media vuelta.


Tercer Tiempo: Combustión y Expansión

Salta la chispa en la bujía, encendiendo la mezcla (en motores de explosión) o por encendido espontáneo del combustible inyectado en la cámara de combustión al entrar en contacto con el aire caliente (motores de combustión o inyección).

Los gases de combustión se expanden empujando hacia abajo el pistón. Mientras la válvula de escape antes de completarse la carrera empieza abrirse y los gases empiezan a salir.

El cigüeñal gira otra media vuelta y produce trabajo.

Cuarto Tiempo: Escape

El pistón vuelve a subir al PMS, expulsando los gases por la válvula de escape.

Al llegar al PMS se cierra la válvula de escape y se abre la admisión comenzando un nuevo ciclo.

El cigüeñal gira otra media vuelta.


Motor de compresión (MEC)

En este caso en la aspiración sólo entra aire, que será comprimido en la fase de compresión elevando su temperatura, de forma que cuando el combustible es inyectado se produce su encendido espontáneo.


Motor de explosión de 4 tiempos

Motor de compresión (diesel) de 4 tiempos


Partes de un motor de dos tiempos

Motor explosión de dos tiempos


CICLO DE DOS TIEMPOSSi el pistón completa el ciclo en sólo dos carreras. Para ello la admisión se realiza en una fracción de la carrera de compresión. Y el escape en una fracción de la carrera de trabajo.

Primer Tiempo : Combustión-EscapeEl pistón se encuentra en la carrera de trabajoSe produce el encendido y combustión, empujando la expansión producida hacia abajo, el pistón, el cual abre la lumbrera o salida de escape, saliendo los gases.Cuando el pistón llega al PMI se abre la lumbrera de admisión o carga, entrando el fluido en la cámara de combustión.


http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Two-Stroke_Engine.gif

Segundo Tiempo. Aspiración- CompresiónEl pistón asciende al PMSCuando aun se está produciendo parte de la admisión (aspiración) queda todavía algo abierta la lumbrera de escapeCuando se cierra totalmente el escape, los gases son comprimidos hasta PMS produciéndose la explosión y un nuevo ciclo.

•En un motor de dos tiempos, el par motor es más pequeño , pero el número de revoluciones es mayor, lo que aumenta la potencia de estos motores.


http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Two-Stroke_Engine.gif

Explicación del funcionamiento del MOTOR DE DOS TIEMPOS:•Suponemos que el pistón esta subiendo del PMI al PMS. Mientras realiza la compresión en el cilindro, en el cárter (departamento estanco) se origina una depresión. En consecuencia entra en el mismo por el orificio de admisión, aire (motor diesel) o mezcla procedente del carburador (motor gasolina).

•Con un cierto avance comienza la combustión. Una vez alcanzado el PMS los gases quemados se expansionan y el fluido que hay en el Carter se comprime ligeramente.

•Cuando en su carrera descendente el pistón descubre las lumbreras de escape, se produce una salida brusca de gases; momentos después descubre el conducto de carga, a través del cual parte del fluido que hay comprimido en el Carter pasa al cilindro. A causa del deflector del pistón o por una inclinación adecuada del conducto de carga, este fluido que entra en el cilindro es obligado a circular por el mismo, para ir empujando o barriendo el resto de gases quemados.

•La sobrepresión existente en el Carter no puede ser grande, pues entonces el fluido entraría en el cilindro a mucha velocidad, mezclándose con los gases quemados, en lugar de barriéndoles que es lo que se pretende. A pesar de todo, es inevitable que parte de los gases quemados queden dentro del cilindro, y que parte del fluido salga al exterior por el conducto de escape; lo cual es un inconveniente sobre todo en los motores Otto (gasolina) por el desperdicio que representa. Es la razón por la que el motor Otto se dos tiempos solo se utiliza para unidades muy pequeñas en las que lo fundamental es la economía de construcción o el poco espacio que ocupa y no el rendimiento.


Cilindros en línea (3, 4, 5 y 6 cilindros)

Uno detrás de otro, tanto los pistones como el cigüeñal se encuentran en el mismo plano vertical, es el más utilizado en la actualidad por los turismos. Más de seis cilindros en línea es perjudicial debido a que conllevaría un cigüeñal muy largo y muy pesado si se quiere hacer fiable.

Cilindros en V

Los cilindros de disponen en 2 bloques, formando un ángulo entre ellos y usando un único cigüeñal. La producción de estos tiene una clara finalidad, el ahorro de espacio. Si en vez de tenerlos en línea los tenemos en V el motor será más corto y más ancho, adaptándose mejor al vano motor. Por otra parte, el cigüeñal de más de 4 cilindros en línea debe ser muy robusto para soportar las grandes vibraciones torsionales…


Cilindros en W

Se divide en 2 módulos o bancadas en V estrecha, a 15º, unidas entre si a un mismo cigüeñal que a su vez forma una V ancha, 72º. En realidad la composición es en V-V, de frente lo veríamos como 2 V inclinadas unidas por el vértice al cigüeñal.

Cilindros Horizontales opuestos

Los cilindros se encuentran en dos bloques horizontales enfrentados, con el cigüeñal entre ellos. El equilibrado del motor es muy bueno y transmite muy pocas vibraciones al bastidor, pero es muy poco utilizado debido a que es muy ancho. Es una disposición llamada como Motor Boxer.


CICLO OTTO

•Constituido por dos adiabáticas y dos isócoras.

•Es el ciclo ideal de los motores de encendido por chispa. (MEP)

•En este ciclo el calor se introduce a volumen constante.

p

V

3

2 4

1

Qc

Qf

W

•Transformaciones termodinámicas:

1-2 Compresión adiabática o isentrópica: compresión del fluido

2-3 Explosión a volumen cte: introduce calor Qc en la explosión

3-4 Expansión Isentrópica-adiabática: expansión producida por la combustión y a cesión de trabajo del fluido

4-1 Escape: a volumen cte. Eliminación del calor Qf.

Para un solo cilindro.DEP.TECNOLOGÍA / PROF. MARÍA JOSÉ GONZÁLEZ

2

3

4

1

T

S

Qc

Qf

•Rendimiento ideal de Otto:

η= 1 – 1/(Rγ-1)

R=V1/V2 = Vtotal del cilindro/Vcc= Grado de compresión de la mezcla

γ : coeficiente adiabático

•La compresión solo se puede realizar hasta ciertos valores por que sino la mezcla detonaría sin chispa, perjudicando al motor , por ello se añaden a la gasolina sustancias antidetonantes para comprimir más.•Indice de octanaje de gasolina = poder detonante.


CICLO DIESEL

32

4

1

P

V

QC

Qf

40-60atm

0-1 Admisión de aire puro a presión atmosférica

1-2 Compresión adiabática. No hay introducción ni cesión de calor. Se inyecta combustible.

2-3 Introducción de calor a presión cte (isobara)

3-4 Expansión adiabática

4-1 Expulsión de calor a volumen constante (escape)

•El ciclo diesel está compuesto de 2 adiabáticas, 1 isóbara y 1 isócora.

•Es el ciclo ideal o teórico de los motores de encendido por compresión (MEC).

•Su diferencia con el Otto , se halla en la fase de introducción del calor que se realiza a presión cte.


CICLO DIESEL

2

3

4

1

T

s

600ºC

Qc

Qf

•En los motores diesel no existe carburador, ni sistema de encendido. Como la compresión se realiza solo de aire, no existe peligro de detonación. La relación de compresión puede ser por tanto mayor, de ahí su mayor rendimiento que el Otto.

•Es un motor más pesado que el Otto ya que necesita piezas más robustas por la presión final.

•Son muy usados por su elevado rendimiento y el combustible más barato.•Usan combustibles de inflamabilidad (índice de cetano) elevada ya que el gasóleo debe inflamarse en el instante de ser inyectado ya que de lo contrario la combustión sería demasiado rápida originando aumento de presión y detonación audible.

−−−= − )1.(111 1 Ro

RoR γ

ηγ

γ

•El rendimiento ideal:

Siendo Ro la relación de combustión


CARACTERÍSTICAS MOTORES DIESEL

•No existe carburador, ni sistema de encendido

•Como la compresión se realiza solo de aire, no existe peligro de detonación. La relación de compresión puede ser , por tanto, mayor de ahí su mayor rendimiento que el Otto.

•Es un motor más pesado que el de Otto ya que necesita piezas más robustas por la presión final.

•Potencia máxima motores Otto 3000CV (aviones) y los Diesel de 20.000CV (barcos).

•Son muy usados por su elevado rendimiento y el combustible más barato.

•Usan combustibles de inflamabilidad elevada (índice de cetano) ya que el gasóleo debe inflamarse en el instante de ser inyectado ya que de lo contrario la combustión sería demasiado rápida originando aumento de presión y detonación audible.


COMPARACIÓN ENTRE MOTOR GASOLINA Y DIESEL

El diesel tiene mayor rendimiento que el gasolina por ello consume menos combustible. Su coste de fabricación es mayor pues es más robusto y complejo (sistema de inyección y turbocompresor).

En gasolina la mezcla de aire y gasolina es fuera del cilindro (carburador) excepto en los de inyección directa. En Diesel se inyecta el combustible dentro del cilindro.

En motores de gasolina el aumento de presión y temperatura dentro del cilindro es casi instantáneo. En diesel es gradual según se inyecta.

Las presiones en un diesel son mayores a una gasolina de ahí más robustos y pesados.

A igual cilindrada el par del diesel es mayor al de gasolina.

Los diesel antiguos no tenian turbocompresor y los hacía más lentos en la actualidad casi todos lo llevan.


MOTOR TURBO


EL MOTOR ROTATIVO WANKEL

Fue desarrollado por Felix Wankel en 1957.

Se trata de un motor térmico de combustión interna con encendido provocado (MEP) y con un proceso de cuatro tiempos, pero con movimiento rotatorio del pistón.

Este motor se comporta como un motor de explosión de 3 cilindros, cada una de las cámaras actúa como si fuera un cilindro, produciéndose en cada una de ellas un ciclo completo por cada vuelta del rotor.


•Cilindrada unitaria: volumen útil del cilindro (entre PMS y PMI)

4.. 2 CDVcilindro

π=D: Diámetro interior cilindro

C: carrera del pistón

•Cilindrada total: Cilindrada unitaria x número de cilindros

CALCULOS EN MOTORES

•Relación de compresión: Volumen cilindro / Volumen cámara combustión


•POTENCIA

Potencia indicada:

)(900.. CVnPiVNi =

Ni: desarrollada en el cilindro por el fluido

V: cilindrada

Pi: presión media indicada

N: nº rpm del motorPara motor de 4 tiempos

Pi= Wi . n

Wi= trabajo indicado (ciclo)

n= nº ciclos /sg

Pi= Qc . ηt Qc : calor introducido (W)

ηt : rendimiento térmico


4500..2.

2,716. nMtMtnNe π==

•Potencia efectiva en C.V.

Potencia Efectiva: es la obtenida en el eje del motor. Es menor a la potencia indicada debido a las pérdidas.

Pe = Pi . ηm

Pi : potencia indicada

ηm: rendimiento mecánico

Siendo: n: nº revoluciones del motor (rpm)Mt: par motor (par aplicado en una rueda) = F x R (N.m)Siendo R el radio de la rueda


•Rendimiento mecánico del motor:

•Rendimiento Térmico:

stibletotalcombu

tibleutilcombustérmico E

E=η

Par motor: es la fuerza de torsión que realiza el eje.

Pe (w) = Par motor (N.m) x Velocidad giro (Rad/s)

Par motor = Pe / ω

1 rpm= 2π/60 rad/s 1rad/s=60/2 π rpm

ηm = Pe/Pi


4. MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN INTERNA.

MOTORES ROTATIVOS. TURBINA DE GAS

Partes de la turbina de gas:

COMPRESOR: Tipos : axiales y radiales

Comprimen el aire, transformando la energía cinética en presión.

CAMARA DE COMBUSTIÓN: a ella llega aire comprimido y combustible pulverizado mediante inyectores. No todo el aire se usa en la combustión parte se utiliza para calentarse adquiriendo energía de presión que se transforma en cinética en las toberas.

TURBINA: El gas (aire + gases combustión) transforman su energía cinética en energía mecánica al golpear los alabes del rotor. Utilizando energía mecánica para mover el compresor o un alternador y generar la energía eléctrica.


Las turbinas de gas se dividen en dos grupos básicos: Estáticas y de aplicación Aeronáutica.

Las turbinas estáticas se usan en instalaciones fijas para producir energía, en general para mover un generador eléctrico.

Las turbinas de aviación en ellas es muy importante la relación peso-potencia. Además en ellas se aprovecha la energía cinética de los gases quemados para producir el empuje por efecto acción-reacción.


TURBINAS USADAS EN AVIACION

TURBOHELICE: los gases calientes de la combustión hacen girar el eje de la hélice, que entonces impulsa el avión hacia delante. Se usan en aviones de baja velocidad y baja altura de vuelo.

TURBOFAN: los gases calientes salen de la turbina a gran velocidad hacia atrás, moviendo una turbina conectada a un compresor que impulsa parte del aire de entrada por la parte exterior del motor, sin pasar por la cámara de combustión . El empuje total del motor es la suma de los gases quemados procedentes de la combustión más el aire impulsado por el compresor. Se usa en aviones comerciales de velocidad inferior al sonido y con una altura de vuelo de 10.000m.DEP.TECNOLOGÍA / PROF. MARÍA JOSÉ GONZÁLEZ

TURBORREACTOR: los gases calientes salen de la turbina a gran velocidad hacia atrás, impulsando el avión hacia delante por efecto acción-reacción. Se utiliza en aviones militares de gran velocidad y gran altura de vuelo. El Concorde utilizaba este motor.

ESTATORREACTOR: no tiene partes móviles, no hay compresor ni turbina. El aire de entrada se comprime por efecto de la presión dinámica. El combustible se quema en la cámara de combustión y los gases de combustión salen por la tobera impulsando a la aeronave por el efecto acción-reacción. El problema es que es un motor que no arranca de parado, sino que ha de estar en movimiento en el aire a gran velocidad.


CICLO TERMODINÁMICO. TURBINA DE GAS. RENDIMIENTO

Sigue un Ciclo Brayton o Joule . Compuesto por dos adiabáticas y dos isóbaras.

Qc

Qf

32

41

Cámara combustión

W

turbina

Atmósfera

compresor

combustible

aire

1

23

4

1) Entrada de aire a p y tª ambiente

1-2 ) Compresor. El aire aumenta de p y tª sin intercambio de calor con el exterior.

2-3) Transformación isobárica. El aire se mezcla con el combustible se desprende calor Qc, elevándose la tª de T2 a T3. Qc= Cp (T3-T2)

3-4) Expansión adiabática de los gases, disminuyendo su Tª y presion a T4 y p4=p1. Cediendo trabajo en la turbina.

4) En la atmósfera los gases ceden calor residual Qf

Qf= Cp (T4-T1)


CICLO TERMODINÁMICO. TURBINA DE GAS. RENDIMIENTO

Rendimiento ideal γγη /)1(23

14 111 −−=−−−=

prTTTT

Rp : relación de presiones =p2/p1 ; γ : exponente adiabático =1,4 (aire)

El rendimiento teórico de una turbina de gas depende de la presión de entrada y la de salida del compresor.

En los gases de escape se pierde mucha energía. Una forma de aprovecharla es usarlos para calentar el aire que sale del compresor. Esto se conoce como “Ciclo Regenerativo”


COMBUSTIBLES

Los combustibles son sustancias que reaccionan con el oxígeno del aire desprendiendo gran cantidad de calor. Se produce una transformación de energía interna en energía térmica.

CARÁCTERISTICAS DE LOS COMBUSTIBLES

Poder calorífico : es la cantidad de calor desprendido por unidad de combustible cuando la combustión es completa. Se mide en kJ/kg o kJ/dm3

Gasolina: 43.900kJ/kg o 32.050 kJ/dm3

Gasóleo : 43.500 kJ/kg o 36.000 kJ/dm3

Volatilidad: indica la tendencia del combustible a evaporarse. En general, cuanto menor sea la temperatura de vaporización de un producto más volatil puede considerarse. La gasolina es el más volátil, seguida del queroseno y el gasóleo.


Inflamabilidad: es la tendencia de un combustible a inflamarse por efecto de presiones elevadas, temperaturas altas u otro tipo de agente externo.

El gasóleo es mucho mas estable al calor que la gasolina y por tanto menos inflamable en caso de accidente con derrame de combustible.

Temperatura de autoinflamación: es la temperatura mínima a la cual el combustible se autoinflama en contacto con el aire. El gasoleo tiene una temperatura de autoinflamación inferior a la de la gasolina.

Dosificación estequiométrica : es la relación ideal entre la masa de aire y de combustible que debe introducirse en el cilindro.

Número de Octano: los combustibles usados en los motores de encendido provocado (MEP) deben tener una baja tendencia a la autoinflamación con el fin de evitar detonaciones. El número de octano (NO) mide la mayor o menor tendencia a detonar de un combustible: cuanto mayor es este número, menor es la tendencia a la detonación.

Número de Cetano: los combustibles usados en los motores Diesel (MEC) deben tener una elevada tendencia a la autoinfllamación, para que no se acumulen en el cilindro grandes cantidades de mezcla de aire y combustible.

En numero de cetano (NC) mide la tendencia a la autoinflamación: cuanto mayor es este numero mayor es la tendencia del combustible a autoinflamarse.


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