Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Industrial

Laboratorio N°1 Termodinámica

Ciclo Termodinámico, Procesos, Propiedades

Integrantes:

Valeria Castillo (8-879-315)

Brandon Quimbayo (20-14-2014)

Amancio Marin (8-863-1014)

Nayarith Noville (8-874-1670)

Profesora:

Anet Estela Herrera de Palma

Fecha de entrega:

Miércoles 15 de abril de 2015

Introducción

Este informe tiene como objetivo principal conocer los diferentes procesos termodinámicos y diferenciar los ciclos Otto y Diesel.

En la entrada del motor de combustión interna explicaremos algunas diferencias entre el ciclo Otto y Diesel en relación al funcionamiento del motor de gasolina y diesel. En este informe nos centraremos en el análisis termodinámico de ambos ciclos.

Los motores de combustión interna, en un análisis termodinámico, se consideran máquinas térmicas generadoras de energía mecánica. Tanto el ciclo Otto como el Diesel se encuentran dentro de este conjunto.

Aquellos motores en los que la compresión se realiza mediante la mezcla aire-combustible reciben el nombre de motores de encendido provocado y siguen el ciclo Otto y en los que la compresión se realiza sólo con aire se denominan motores de encendido por compresión y siguen el ciclo Diesel.

Resumen de la Teoría

Ciclo termodinámico serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regresa a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula.

Procesos termodinámicos es el cambio de estado de una sustancia o un sistema, desde unas condiciones iniciales (estado inicial) hasta unas condiciones finales (estado final) por una trayectoria definida.

Propiedades termodinámicas son características que se pueden observar, medir o cuantificar en las sustancias o en los sistemas.

Motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de la cámara de combustión.

Ciclo Otto se toma calor del proceso de combustión (a volumen constante) y se cede calor a la atmósfera.

Ciclo Diesel la combustión se realiza teóricamente a presión constante y por superación del grado de autoinflamación del combustible. 

Resumen de la práctica

Para este laboratorio se siguieron los siguientes pasos: Se dio lectura completa de del documento que contenía la información del

laboratorio. Se procedió a resolver todas las competencias presentadas en este laboratorio. Esto

incluye una revisión de infografía, ver los videos propuestos y la revisión presentada en la plataforma.

Se realizó el análisis pertinente a los datos e información obtenida para de esta forma presentar los resultados del mismo.

1) Breve historia de la invención del motor de combustión interna.

La invención se puede remontar a dos italianos: el padre Eugenio Barsanti, un sacerdote escolapio, y Felice Matteucci, ingeniero hidráulico y mecánico, que ya en 1853 detallaron documentos de operación y construcción y patentes pendientes en varios países europeos como Gran Bretaña, Francia, Italia y Alemania.

Los primeros prototipos carecían de la fase de compresión; es decir, la fase de succión terminaba prematuramente con el cierre de la válvula de admisión antes de que el pistón llegase a la mitad, lo que provocaba que la chispa que generaba la combustión que empuja la carrera del pistón fuese débil. Como consecuencia el funcionamiento de estos primeros motores era deficiente. Fue la fase de compresión la que dio una eficiencia significativa al motor de combustión interna, que lograría el reemplazo definitivo de los motores a vapor e impulsaría el desarrollo de los automóviles, ya que lograba desarrollar una potencia igual o mayor en dimensiones considerablemente mucho más reducidas.

Las primeras aplicaciones prácticas de los motores de combustión interna fueron los motores fuera de borda. Esto fue debido a que el principal impedimento para la aplicación práctica del motor de combustión interna en vehículos terrestres era el hecho de que, a diferencia de la máquina de vapor, no podía comenzar desde parado. Los motores marinos no sufren este problema, ya que las hélices son libres de un significativo momento de inercia.

El motor tal como lo conocemos hoy fue desarrollado por el alemán Nikolaus Otto, quien en 1886 patentó el diseño de un motor de combustión interna a cuatro tiempos, basado en los estudios del inventor francés Alphonse Beau de Rochas de 1862, que a su vez se basó en el modelo de combustión interna de Barsanti y Matteucci.

2) Indique los procesos en el ciclo termodinámico y los procesos de renovación de carga de acuerdo al diagrama P vs V.

En el ciclo Otto de un motor se dan seis (6) etapas que son: Proceso de admisión : la válvula de entrada se abre dejando pasar una mezcla de aire

y combustible dentro de la camada interna del cilindro hasta el punto muerto inferior que sería la posición del pistón más alejada de la culata.Este proceso se da a presión y temperatura constante; a medida que se va llenando de la mezcla la cámara interna del cilindro el volumen va aumentando (Figura 1: Punto 0 – 1).

Proceso de comprensión adiabática : el pistón comprime la mezcla de combustible y aire hasta llegar al punto muerto superior que es la posición del pistón más alejada de la culata.En este proceso se da un aumento de la presión y una disminución del volumen; además no hay ningún tipo de intercambio de calor con el exterior. El trabajo realizado durante el proceso es negativo (-) ya que se está realizando una compresión (Figura 1: Punto 1 – 2).

Proceso de explosión : la bujía situada en la parte superior del cilindro crea una chispa y la mezcla se enciende.El desarrollo de este proceso se da a volumen constante, pero hay un aumento de presión. Y hay una absorción de calor provocado por la reacción química que se desarrolla cuando se enciende la mezcla de combustible y aire (Figura 1: Punto 2 – 3)

Proceso de expansión adiabática : la mezcla se expande adiabáticamente.Hay un aumento en el volumen y una disminución en la presión (Figura 1: Punto 3 – 4). La energía química producida por la reacción de combustión se transforma en energía mecánica; además el trabajo realizado es positivo (+) ya que está realizando una expansión.

Proceso de enfriamiento isocoro : en esta etapa el pistón regresa al punto muerto inferior.Esta se da a volumen constante y hay una disminución de la presión y por razones del enfriamiento (perdida de calor) se libera la energía almacenada.

Proceso de escape : la válvula de escape se abre liberando los productos de la combustión y se ve reflejada en el punto 1 – 0 de la gráfica P – V (Figura 1).

Figura 1: Gráfica P - V

Estos procesos se dan a temperatura constantes y se puede resumir en cuatro procesos importantes:

Proceso de admisión Proceso de explosión Proceso de expansión adiabática Proceso de escape

3) Defina las propiedades y de ejemplos de propiedades (extensivas e intensivas), basado al material que está viendo.

Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al dividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este motivo no son propiedades aditivas.Ejemplos de ellas en este sistema:

la temperatura la presión punto de ebullición (esta se vio después de la explosión ocasionada por la chispa

generada por la bujía)Las propiedades extensivas son aquellas que dependen de la cantidad de materia considerada y son aditivas. Entre ellas tenemos la longitud, el volumen y la masa. Son aditivas porque los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar.Ejemplos de ellas en este sistema:

el volumen el calor el trabajo

Cabe mencionar que las propiedades extensivas pueden volverse intensivas si se divide el valor de la propiedad (volumen, calor, etc) entre la masa.

Otras definiciones un poco más amplias serian:

PROPIEDADESCualquier característica de un sistema se denomina se denomina propiedadAlgunos ejemplos son la presión, temperatura, volumen, masa, viscosidad, coeficiente de expansión térmico reversibilidad entre otros.

PROPIEDADES INTENSIVASAlgunos ejemplos de propiedades intensivas son la temperatura, la velocidad, el volumen específico (volumen ocupado por la unidad de masa), el punto de ebullición, el punto de fusión, una magnitud escalar, una magnitud vectorial, la densidad etc.

Si se tiene un litro de agua, su punto de ebullición es 100 °C (a 1 atmósfera de presión). Si se agrega otro litro de agua, el nuevo sistema, formado por dos litros de agua, tiene el mismo punto de ebullición que el sistema original. Esto ilustra la no actividad de las propiedades intensivas. 

EJEMPLO PROPIEDADES INTENSIVAS.1. Temperatura (T).2. Volumen específico (Ve).3. Índice de refracción.4. Volumen molar.5. Presión (p).6. Voltaje (v).7. Densidad (d).

PROPIEDADES EXTENSIVASSon las que si dependen de la cantidad de sustancias del sistema, y son recíprocamente equivalen tes a las intensivas. Algunos ejemplos de propiedades extensivas son la masa, el volumen, el peso, cantidad de sustancia, etc.Dependiendo del tamaño o extensión del sistema masa, volumen y energía las propiedades extensivas por unidad de masa se llaman propiedades específicas y tenemos:

Energía especifica  =    E / m = e Volumen especifico =   v / m =  V  Energía interna   =     u / m = μ

EJEMPLO PROPIEDADES EXTENSIVAS.1. Energía interna (U).2. Capacidad calorífica (C).3. Peso (P)4. Entalpía (H)5. Entropía (S).6. Volumen (V).7. Trabajo (W).

PRESION. Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.En el sistema internacional de unidades (S.I.) la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pas) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.  EJEMPLO DE PRESION: Se usa un manómetro para medir la presión en un tanque el fluido utilizado tiene una densidad relativa de 0,85 y la altura de la profundidad del manómetro es de 55cm si la presión atmosférica local es de 96kpas. Determine la presión del tanque.

SOLUCIONDATOS:dR= 0,85 h= 55cm g= 9,8m/s² Patm= 96Kpas

DESPEJO d:d= 0.85x1000Kg/m3

d= 850Kg/m3

FORMULA: (Pab= Patm(d.g.h)) REMPLAZO: 

Pab= 96Kpas(850Kg/m3 x 9,8m/s² x 55cm) 4581,5Pas ?= 4,58kpas.Pab= 96Kpas + 4,58Kpas 1000Pas 1Kpas.

Pab= 100,58kpas ?=4581,5Pasx1Kpas/1000Pas

TEMPERATURA.Es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frio. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor, y si fuere frío tendrá una temperatura menor. Físicamente es una magnitud relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico.

CALOR.Es la transferencia de energía térmica desde un sistema a otro de menor temperatura. La energía térmica puede ser generada por reacciones químicas (como en la combustión).

VOLUMEN.Es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo.Es una función derivada ya que se halla multiplicando las tres dimensiones.

MASA.En física, es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una fuerza.

EJEMPLO:Se considera una mujer de 70 Kg cuya huella tiene un área de 400 cm2. la mujer desea caminar sobre la nieve pero esta no puede soportar presiones mayores de 0,5 kpas. Determine el tamaño mínimo de la raqueta de nieve que debe usar (área de la huella por raqueta) para permitirle caminar sobre la nieve sin hundirse.Solución:

m= 70 kg. g= 9,8 m/ s2.a=400 cm2 4 m2.

P= 0,5 kpas 500 Pas.

P= f/a a= f/p.

DONDE: f= mxg. f= 70 kg x 9,8 m/s2f= 686 New.

A2 pies= 686 New/500 Pas

A2 pies= 1,372 m2.A1 pie= 1,372 m2/2

A1pie= 0,68 m2.

AO= ∏ x r2 r2= A/∏

r2= 0,68 m2/ ∏r2= 0,216 m2

√ r2 = √0,216 m2r= 0,46 m.

VISCOSIDAD.Es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones CONDUCTIVIDAD TERMICA.Es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que está en contacto. En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(Kxm). También se lo expresa en J/(s·°C·m)

La inversa de la conductividad térmica es la resistencia térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

ELASTICIDAD.Es un tipo de constante elástica que relaciona una medida relacionada con la tensión y una medida relacionada con la deformación.Los materiales elásticos isótropos quedan caracterizados por un módulo elástico y un coeficiente elástico (o razón entre dos deformaciones). Es decir, conocido el valor de uno de los módulos elásticos y del coeficiente de Poisson se pueden determinar los otros módulos elásticos. Los materiales ortótropos o anisótropos requieren un número de constantes elásticas mayor.

EXPANCION TERMICA.Se denomina expansión al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.

VELOCIDAD.Es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Se le representa por (o). Sus dimensiones son [L]/[T]. Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s.En virtud de su carácter vectorial, para definir la velocidad deben considerarse la dirección del desplazamiento y el módulo, al cual se le denomina celeridad o rapidez.

ALTURA.Es una distancia que presenta un objeto en movimento respecto a un plano de referencia o cálculo de altura que es necesaria para analisar tanto las caídas libres como los tiros parabólicos.

REVERSIVILIDAD ELECTRICA.Es la capacidad de un sistema termodinámico macroscópico de experimentar cambios de estado físico, sin un aumento de la entropía.Hay que considerar un sistema que no sufre ningún cambio en este punto es posible medir o calcular toadas las propiedades que describe por completa la condición o el estado la termodinámica estudia estados en equilibrio la palabra equilibrio explica un estado de balance.Ejemplo: un sistema está en equilibrio térmico si la temperatura es la misma en todo el sistema.

EQUILIBRIO MECÁNICOse relaciona con la presión, un sistema que esta en equilibrio mecánico si no hay cambio  en la presión en ningún punto del sistema.EQUILIBRIO DE FASE si un sistema implica dos fases cuando la masa de cada fase alcanza un nivel de equilibrio y permanece .EQUILIBRIO QUÍMICOsi su composición química no cambia con el tiempo .

EJEMPLO EQUILIBRIO TERMICO. Un sistema está en equilibrio térmico si la temperatura es la misma en todo el sistema.

ANTES                                        DESPUES.T: 20 grados centígrados.................................20 grados centígradosM: 2 kilogramos..............................................2 kilogramosV: 1.6 metros cúbicos......................................2.5 metros cúbicos.

4) Explique el ciclo de cuatro tiempos. ( Otto – Diesel)

Lo primero que tenemos que saber es que se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel, que precisa cuatro, o en ocasiones cinco, carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión. Estos cuatro tiempos son:

Aquí se detallan los diferentes tiempos (actividades realizadas durante el ciclo) y sus características.

1- Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresión. La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

2- Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de la carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso

del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.

3- Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se auto inflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

4- Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas gira 90º.

Ciclo Otto

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Inventado por Nicolaus Otto en 1872. Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.

Ciclo de 2 vueltas de cigüeñal (4 Tiempos)

El ciclo consta de cuatro procesos, dos de los cuales no participan en el ciclo termodinámico del fluido operante pero son fundamentales para la renovación de la carga del mismo:

E-A: admisión a presión constante (renovación de la carga).

A-B: compresión de los gases e isotrópica.

B-C: combustión, aporte de calor a volumen constante. La presión se eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo útil.

C-D: fuerza, expansión isotrópica o parte del ciclo que entrega trabajo.

D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a volumen constante.

A-E: Escape, vaciado de la cámara a presión constante (renovación de la carga.)(Isocónica).

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este último, junto con el motor diésel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

Motor de cuatro tiempos

Durante la primera fase, el pistón se desplaza hasta el PMI (Punto Muerto Inferior) y la válvula de admisión permanece abierta, permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del cilindro (esto no significa que entre de forma gaseosa).

Durante la segunda fase las válvulas permanecen cerradas y el pistón se mueve hacia el PMS, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al final de esta fase, una chispa en la bujía enciende la mezcla.

Durante la tercera fase, se produce la combustión de la mezcla, liberando energía que provoca la expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. Se produce la transformación de la energía química contenida en el combustible en energía mecánica trasmitida al pistón, que la trasmite a la biela, y la biela la trasmite al cigüeñal, de donde se toma para su utilización.

En la cuarta fase se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia el PMS (Punto Muerto Superior), expulsando los gases producidos durante la combustión y quedando preparado para empezar un nuevo ciclo (renovación de la carga).

Para mejorar el llenado del cilindro, también se utilizan sistemas de sobrealimentación, ya sea mediante empleo del turbocompresor o mediante compresores volumétricos o también llamados compresores de desplazamiento positivo.

Ciclo Diesel

El ciclo de diesel es un motor de encendido por compresión (en lugar de encendido por chispa). El combustible atomizado se inyecta en el cilindro en p2 (alta presión) cuando la compresión se completa, y hay encendido sin una chispa. En la figura se muestra un ciclo idealizado de motor diesel.

Diagrama p-v.- Ciclo ideal Diesel (Motor diesel de aire estándar)El ciclo diesel es el ciclo ideal para motores de encendido por compresión. La bujía es sustituida por un inyector de combustible en los motores diesel. En este motor se asume que la adición de calor se produce durante un proceso a presión constante que se inicia con el pistón en el punto muerto superior.

El ciclo de aire estándar diesel consiste de la siguiente secuencia de procesos internos reversibles:1.   Compresión isentrópica2.   Adición de calor a presión constante3.   Expansión isentrópicaRechazo de calor de volumen constante

1. Compresión, proceso 1-2: es un proceso de compresión adiabática reversible (isentrópica), es decir sin intercambio de calor con el exterior. Viene a simbolizar el proceso de compresión de la masa fresca en el motor real, en el que en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinámico del fluido, aumentando su presión, su temperatura y disminuyendo su volumen específico, en virtud del efecto adiabático. En la idealización, el proceso viene gobernado por la ecuación de la isoentrópica  , con k índice de politropicidad isoentrópico = Cp/Cv.

2. Combustión, proceso 2-3: en esta idealización, el aporte de calor Qp se simplifica por un proceso isobaro (a presión constante). Sin embargo, la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del punto muerto superior (PMS) (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos, es decir el retraso que hay entre la inyección y la inflamación espontánea), se inicia la inyección del combustible (en motores de automóviles, gasóleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente auto inflamable y poco volátil). El inyector pulveriza y perliza "atomiza" el combustible, que, en contacto con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse. Como quiera que el combustible de un motor Diesel tiene que ser muy auto inflamable (gran poder detonante, índice de Cetano alto), ocurre que, mucho antes de que haya terminado la inyección de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se autoinflaman y dan comienzo a una primera combustión

caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse. Esta etapa es muy rápida, y en el presente ciclo se obvia, pero no así en el llamado ciclo Diesel rápido, en el que se simboliza como una compresión isocora al final de la compresión. Posteriormente, se da, sobre la masa fresca que no ha sido quemada, una segunda combustión, llamada combustión por difusión, mucho más pausada y perfecta, que es la que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. En esta combustión por difusión se suele quemar en torno al 80% de la masa fresca, de ahí que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo, también es cierto que la inmensa mayoría del trabajo de presión y de las pérdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en la combustión inicial, por lo que omitirla sin más solo conducirá a un modelo imperfecto del ciclo Diesel. Consecuencia de la combustión es el elevamiento súbito del estado termodinámico del fluido, en realidad debido a la energía química liberada en la combustión, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor que el fluido termodinámico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isóbaro reversible.

3. Explosión/Expansión, proceso 3-4: se simplifica por una expansión isentrópica (adiabática) del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo. Nótese como, como en todo ciclo de motor de cuatro tiempos o dos tiempos, solo en esta carrera, en la de expansión, se produce un trabajo.

4. Última etapa, proceso 4-1: esta etapa es un proceso isocórico (escape) es decir a volumen constante. Desde la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de cualquier significado físico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un significado físico a esta etapa, y la asocian a la renovación de la carga. , pues, razonan, es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresión y siguen a la expansión: el escape de masa quemada y la admisión de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho más trabajo que el que implica este proceso (ninguno), y además ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen específico constante.

Es importante notar cómo, en el ciclo Diesel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo termodinámico que lo idealiza, que solo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresión y la de expansión; el proceso de renovación de la carga cae fuera de los procesos del ciclo Diesel, y ni tan siquiera es un proceso termodinámico en el sentido estricto.

5) De qué depende la eficiencia o rendimiento térmico de los motores Otto y Diesel

Eficiencia Otto

La eficiencia o rendimiento térmico de un motor de este tipo depende de la relación de compresión, proporción entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 hasta 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octanos para evitar la detonación.

Una relación de compresión baja no requiere combustible con alto número de octanos para evitar este fenómeno; de la misma manera, una compresión alta requiere un combustible de alto número de octanos, para evitar los efectos de la detonación, es decir, que se produzca una auto ignición del combustible antes de producirse la chispa en la bujía.

El rendimiento medio de un buen motor Otto de 4 tiempos es de un 25 a un 30%, inferior al rendimiento alcanzado con motores diésel, que llegan a rendimientos del 30 al 45%, debido precisamente a su mayor relación de compresión.Casi todos los motores de este tipo se fabrican para el transporte y deben trabajar variando la entrega de potencia constantemente. Debido a esto el rendimiento de los mismos cae bruscamente al trabajar con carga parcial (cuanto menos carga porcentualmente, peor rendimiento), ya que, cuando esto sucede la cámara de compresión mantiene su volumen dando una compresión real baja y transformando gran parte de la energía en calor.

Algunos fabricantes han fabricado motores con sistemas de compresión variable, pero siempre dedicado a variar de aproximadamente 7:1 a 14:1 y en relación a las RPM.

Para conseguir buenas eficiencias sería necesario variar la compresión desde 1:7 hasta 1:140 en casos de carga del 10% y hacerlo en relación a la cantidad de aire introducida para evitar detonaciones anticipadas.

Eficiencia Diésel

La eficiencia térmica de los ciclos Diesel depende de las relaciones de compresión (volumétrica) y de la relación volumétrica de corte. Esta última se refiere a la relación volumétrica alcanzada para la combustión de los combustibles a presión constante. Para una relación de compresión (volumétrica) dada, el aumento de la relación volumétrica de corte ocasiona la disminución de la eficiencia térmica del ciclo. Los MCI Diesel permiten relaciones de compresión volumétricas mayores que los MCI Otto, siendo del orden de 20.

Algunos motores diésel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada.La eficiencia de los motores diesel depende, en general, de los mismos factores que los motores Otto, y es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. Este

valor se logra con un grado de compresión de 14 a 1, siendo necesaria una mayor robustez, y los motores diesel son, por lo general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de utilizar combustibles más baratos.

Los motores diésel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, algunos tipos de motores diesel trabajan a velocidades similares que los motores de gasolina.

Conclusión

El motor fue inventado por Eugenio Barsanti, un sacerdote escolapio, y Felice Matteucci, ingeniero hidráulico y mecánico.

Ya que Los primeros prototipos carecían de la fase de compresión; es decir, la fase de succión terminaba prematuramente con el cierre de la válvula de admisión antes de que el pistón llegase a la mitad, lo que provocaba que la chispa que generaba la combustión que empuja la carrera del pistón fuese débil.

El motor tal como lo conocemos hoy fue desarrollado por el alemán Nikolaus Otto, quien en 1886 patentó el diseño de un motor de combustión interna a cuatro tiempos, basado en

los estudios del inventor francés Alphonse Beau de Rochas de 1862, que a su vez se basó en el modelo de combustión interna de Barsanti y Matteucci.

Existen procesos en el ciclo termodinámico y los procesos de renovación de carga de acuerdo al diagrama P vs V.

Proceso de admisión Proceso de comprensión adiabática Proceso de explosión: Proceso de expansión adiabática Proceso de enfriamiento isocoro Proceso de escape

Sus propiedades (extensivas e intensivas)Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un cuerpo.

la temperatura la presión punto de ebullición (esta se vio después de la explosión ocasionada por la chispa

generada por la bujía)

Las propiedades extensivas son aquellas que dependen de la cantidad de materia considerada y son aditivas.

el volumen el calor el trabajo

El ciclo de cuatro tiempos

Ciclo Otto

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Inventado por Nicolaus Otto en 1872. Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.Eficiencia Otto

La eficiencia o rendimiento térmico de un motor de este tipo depende de la relación de compresión, proporción entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 hasta 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos.

Ciclo Diesel

El ciclo de diesel es un motor de encendido por compresión (en lugar de encendido por chispa). El combustible atomizado se inyecta en el cilindro en p2 (alta presión) cuando la compresión se completa, y hay encendido sin una chispa. En la figura se muestra un ciclo idealizado de motor diesel.

Eficiencia Diésel

La eficiencia térmica de los ciclos Diésel depende de las relaciones de compresión (volumétrica) y de la relación volumétrica de corte. Esta última se refiere a la relación volumétrica alcanzada para la combustión de los combustibles a presión constante.

Recomendaciones

Motores diésel

Los motores diésel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, algunos tipos de motores diésel trabajan a velocidades similares que los motores de gasolina.

Motores Otto

Para conseguir buenas eficiencias sería necesario variar la compresión desde 1:7 hasta 1:140 en casos de carga del 10% y hacerlo en relación a la cantidad de aire introducida para evitar detonaciones anticipadas.

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Diesel

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Otto

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2017279/html/unidad_5/u_5_cont_7.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_cuatro_tiempos

http://es.wikipedia.org/wiki/Propiedades_intensivas_y_extensivas

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