MAQUIAS TERMICAS

DISTRIBUCIÓN

• Se encarga en la apertura y cierre de la válvula en los tiempos correspondiente del ciclo

de escape y de admisión, el cual también esta sincronizado con el giro del cigüeñal del

cual recibe el movimiento.

• Según la distribución utilizada la forma constructiva de los motores cambia. Hay tres

tipos de distribuciones: SV, OHV y OHC.

SV(SIDE VALVES)

• El sistema SV no se utiliza desde hace tiempo ya que las válvulas están

colocadas en la culata sino en el boque del motor, lo que provoca que la

cámara de compresión tenga que ser mayor y el tamaño de las cabezas de

las válvulas se vea limitada.

• es un sistema de distribución muy sencillo, el primero que se popularizó, y

fue el más usado en los motores de gama más baja y media, hasta los años

50. Las válvulas están en el block, y las acciona directamente el árbol de

levas.

• Esquema del Mecanismo de accionamiento en un motor SV de principios del siglo XX, se

aprecia el árbol de levas en la parte inferior con el mecanismo de reglaje de holgura y el

muelle de la válvula exteriores, culata no desmontable y la bujía enfrente de la válvula.

Motor continental 1930 Harley Davidson (1947)

OHV (OVERHEAD VALVE)

• se distingue por tener el árbol de levas en el bloque motor y las válvula

dispuestas en la culata.

• La ventaja de este sistema es que la transmisión de movimiento del cigüeñal

al árbol de levas se hace directamente por medio de dos piñones o con la

interposición de un tercero, también se puede hacer por medio de una

cadena de corta longitud. Lo que significa que esta transmisión necesita un

mantenimiento nulo o cada muchos km (200.000).

VENTAJA Y DESVENTAJA RESPECTO AL SV

• La desventaja viene dada por el elevado numero de elementos que componen este

sistema lo que trae con el tiempo desgastes que provocan fallos en la distribución.

• La ventaja es que el sistema de fabricación es muy sencilla y por lo tanto económico.

Supuso un gran avance en su día respecto a los sistemas de válvulas laterales SV ya que

permitió reducir la cámara, elevando la compresión y por tanto el rendimiento

termodinámico.

SISTEMAS OHC (OVERHEAD CAM) O SOHC (SINGLE OVERHEAD CAMSHAFT)

• se distinguen por tener el árbol de levas en la culata lo mismo que las válvulas. Es el

sistema utilizado hoy en día en todos los coches a diferencia del OHV que se dejo de

utilizar al final de la década de los años 80 y principio de los 90.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

• La ventaja de este sistema es que se reduce el numero de elementos entre el árbol de

levas y la válvula por lo que la apertura y cierre de las válvulas es mas preciso.

• Tiene la desventaja de complicar la transmisión de movimiento del cigüeñal al árbol de

levas, ya que, se necesitan correas o cadenas de distribución mas largas que con los

km. tienen mas desgaste por lo que necesitan mas mantenimiento.

DENTRO DEL SISTEMA OHC HAY DIFERENTES FORMAS DE ACCIONAR LAS VÁLVULAS

• Árbol de levas actuando sobre el

balancín

• Árbol de levas actuando directamente

sobre la válvula.

SOHC de ciclo Otto, con válvulas paralelas,

sin balancines.

Culata con árbol de levas de un motor Honda

de tres válvulas por cilindro

Culata Renault 1.4

DOHC (DOUBLE OVERHEAD CAMSHAFT) O “TWIN CAM ENGINE“

• usa dos árboles de levas, ubicados en la culata, para operar las válvulas de escape y

admisión del motor. Se contrapone al motor “single overhead camshaft”, que usa sólo

un árbol de levas. Algunas marcas de coches le dan el nombre de Twin Cam.

COMPARACIÓN ENTRE LOS SISTEMAS SOHC Y DOHC

• La principal diferencia entre ambos tipos de motores es que, en el motor DOHC, se usa

un árbol de levas para las válvulas de admisión y otro para las de escape; a diferencia

de los motores SOHC, en donde el mismo árbol de levas maneja ambos tipos de

válvulas.

• Los motores DOHC tienden a presentar una mayor potencia que los SOHC, aun cuando

el resto del motor sea idéntico. Esto se debe a que el hecho de poder manejar por

separado las válvulas de admisión y de escape permite configurar de una manera más

específica los tiempos de apertura y cierre, y por ende, tener mayor fluidez en la cámara

de combustión.

Corte de una culata con doble árbol de levas DOHC Culata de Mitsubishi

CICLOS TERMODINÁMICOS

• Combinando los procesos anteriores pueden trazarse procesos cíclicos en un diagrama

TS. En todos los casos, el área encerrada por el ciclo, en valor absoluto, será el calor

neto absorbido o cedido por el sistema que, por el Primer Principio de la termodinámica

será igual al trabajo realizado por o sobre el sistema. El caso más sencillo es el del ciclo

de Carnot

CICLO DE CARNOT

CICLO OTTO Y DIESEL

• Para un sistema de gases ideales podemos analizar otros procesos cíclicos de

aplicación práctica, como el ciclo Otto (de los motores de explosión) y el Diesel (usado

en los motores diésel)

CICLO OTTO

Un ciclo Otto ideal se compone de cuatro procesos (más dos que se cancelan

mutuamente):

• Brarr;C Absorción de calor Qc en un proceso a volumen constante, que se representa

mediante una exponencial recorrida hacia la derecha.

• C→D Enfriamiento adiabático, al que corresponde un segmento vertical hacia abajo.

• D→A Cesión de calor | Qf | al foco frío a volumen constante, al que le corresponde otra

exponencial, ésta recorrida hacia la izquierda.

• A→B Calentamiento adiabático desde el volumen máximo al mínimo. De nuevo

obtenemos un segmento vertical, ahora hacia arriba.

ciclo otto

DIGRAMA PV Y TS

CICLO DIESEL

Un ciclo Diesel ideal se compone también de cuatro procesos:

• Brarr;C Absorción de calor Qc en un proceso a presión constante, que se representa mediante una

exponencial recorrida hacia la derecha. Éste es el único paso en que se diferencia del ciclo Otto.

Puesto que en ambos casos tenemos exponenciales, es dificil distinguir ambos ciclos en un diagrama

TS (mientras que en uno PV es evidente la diferencia).

• C→D Enfriamiento adiabático, al que corresponde un segmento vertical hacia abajo.

• D→A Cesión de calor | Qf | al foco frío a volumen constante, al que le corresponde otra exponencial,

ésta recorrida hacia la izquierda.

• A→B Calentamiento adiabático desde el volumen máximo al mínimo. De nuevo obtenemos un

segmento vertical, ahora hacia arriba.

ciclo diesel

DIAGRAMA PV Y TS

TIEMPOS DE ENCENDIDO

• El orden de explosión o tiempos de encendido es la secuencia que sigue el orden de los

cilindros al realizar su tiempo de combustión en un motor de combustión interna

multicilíndrico.

TIEMPOS DE ENCENDIDO

orden de encendido

EFICIENCIA • El rendimiento (o eficiencia) de una máquina térmica se define, en general como “lo que

sacamos dividido por lo que nos cuesta”. En este caso, lo que sacamos es el trabajo neto

útil, | W | . Lo que nos cuesta es el calor Qc, que introducimos en la combustión. No

podemos restarle el calor | Qf | ya que ese calor se cede al ambiente y no es reutilizado (lo

que violaría el enunciado de Kelvin-Planck). Por tanto

• Sustituyendo el trabajo como diferencia de calores

• Esta es la expresión general de la eficiencia de una máquina térmica.

EFICIENCIA EN FUNCIÓN DE TEMPERATURAS

• Sustituyendo las expresiones del calor que entra en el sistema, | Qc | , y el que sale de

él, | Qf | , obtenemos la expresión del rendimiento

• Vemos que el rendimiento no depende de la cantidad de aire que haya en la cámara, ya

que n se cancela.

• Podemos simplificar estas expresiones observando que B→C y D→A son procesos

isócoros, por lo que

• y que A→B y C→D son adiabáticos, por lo que cumplen la ley de Poisson

(suponiéndolos reversibles)

• con γ = 1.4 la relación entre las capacidades caloríficas a presión constante y a

volumen constante. Sustituyendo la igualdad de volúmenes

• y dividiendo la segunda por la primera, obtenemos la igualdad de proporciones

• Restando la unidad a cada miembro

• Intercambiando el denominador del primer miembro, con el numerador del último

llegamos a

• y obtenemos finalmente el rendimiento

• esto es, la eficiencia depende solamente de la temperatura al inicio y al final del

proceso de compresión, y no de la temperatura tras la combustión, o de la cantidad de

calor que introduce ésta.

• Puesto que TB < TC, siendo TC la temperatura máxima que alcanza el aire, vemos ya

que este ciclo va a tener un rendimiento menor que un ciclo de Carnot que opere entre

esas las temperaturas TA y TC.

EFICIENCIA EN FUNCIÓN DE LA RAZÓN DE COMPRESIÓN

• Aplicando de nuevo la relación de Poisson

• podemos expresar el rendimiento como

• con r = VA / VB la razón de compresión entre el volumen

inicial y el final.

• La eficiencia teórica de un ciclo Otto depende, por tanto,

exclusivamente de la razón de compresión. Para un

valor típico de 8 esta eficiencia es del 56.5%.