“AÑO DE LA INTEGRACIÓN NACIONAL Y ELRECONOCIMIENTO DE NUESTRA

DIVERSIDAD”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULTAD DE AGRONOMÍAESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERÍA

AGRÍCOLA

PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 04 “CICLOS TERMICOS A GAS”

DOCENTE:GUSTAVO MORENO QUISPE

CURSO:TERMODINÁMICA

ALUMNOS:BAYONA LADINES RENZO JAIRCARRASCO CASTAÑEDA BRAYANVALDIVIEZO VASQUEZ

HILDEBRANDO

1

Universidad Nacional de Piura

PIURA – 2012

CICLOS TERMICOS A GAS

1) Índice...………………………………………………………..... Pág. 1

2) Objetivos...…..…………………………………………………. Pág. 2

3) Fundamento Teórico

3.1. Biografía de August Otto……………….……… Pág. 2

3.2. Ciclo Otto….……………………………………… Pág. 4

3.3. Biografía de Rudolf Diesel……………………... Pág. 5

Ventajas del motor de 2 tiempos……………... Pág. 6

Desventajas del motor de 2 tiempos…………. Pág. 6

Diferencias entre motores Otto……………….. Pág. 6

4) Materiales y Métodos

4.1. Materiales………………………………………… Pág. 7

4.2. Métodos o Procedimientos...………………….. Pág. 7

a) Ciclo Otto: “Motor de 4 Tiempos”……………. Pág. 7

b) Ciclo Diesel (Motor Petrolero)………………… Pág. 9

c) Ciclo Otto: “Motor de 2 Tiempos”……………. Pág. 11

5) Conclusiones………………………………………………… ... Pág. 13

6) Referencia Bibliográfica……………………………………… Pág. 13

2

Universidad Nacional de Piura

2. OBJETIVOS1.1. Aprender los funcionamientos de los motores térmicos.1.2. Aprender los pasos de los ciclos Otto, Diesel y Otto de dos tiempos.1.3. Aprender las partes de cada uno de los motores indicados.

3. FUNDAMENTO TEORICO

AUGUST OTTO

Nikolaus August Otto nació el 14 de junio de 1832 en Holzhausen, Alemania. A la edad de dieciséis, Otto abandonado la escuela secundaria y trabajó en una tienda. También trabajó como empleado en Frankfurt y como viajante de comercio. Vendió azúcar, utensilios de cocina y té a las tiendas de comestibles en el lado alemán de la frontera belga y francesa. Cuando era un viajante de comercio se enteró sobre el motor de gas, inventado por Etienne Lenoir. Este fue el primer motor de combustión interna viable. Según la Universidad de Nottingham publicó, "El Otto y Langen motor atmosférico de pistón libre, "Desafortunadamente, el motor de Lenoir no llega a las expectativas iniciales y cayó repentinamente su popularidad. Esto se debió, en parte a la problemática del sistema de encendido eléctrico, pero principalmente al elevado consumo de lo que era entonces, el gas, un producto caro. En la práctica, casi 100 pies cúbicos de gas fueron quemados por caballo de fuerza por hora. Además, la cantidad de agua de refrigeración requerida era considerable y el calor generado fue tan grande, que, a menos que los cojinetes se engrasaran constantemente, el motor no aguantaría."

PRIMER MOTOROtto consideró que el motor puede tener más usos y que se podía trabajar con combustible líquido. Otto ideó un carburador para este motor y trabajando en esta idea quería mejorar su rendimiento. En 1861, Otto patentó un motor de dos tiempos a gas. Otto y su socio, el industrial alemán Eugen Langen, construyeron una fábrica y trabajó en la mejora del motor. Su motor de dos tiempos ganó una medalla de oro en el 1867 en la

3

Universidad Nacional de Piura

Feria Mundial de París. La compañía fue nombrada NA Otto & Cie, que fué la primera empresa en la fabricación de motores de combustión interna. La empresa existe en la actualidad como Klöckner-Humboldt-Deutz AG, la más antigua empresa de fabricación de motores de combustión interna más grande del mundo.

En mayo de 1876, Otto construyó el primer cuatro tiempos del ciclo de pistón de motor de combustión interna. Esta fue la primera alternativa práctica a la máquina de vapor. En los próximos diez años, más de 30.000 motores se han vendido. Este motor fue el prototipo de los motores de combustión que se han construido. El motor se denominó el "ciclo de Otto" en su honor. El motor de diseño consta de un pistón que comprime y se basa en una

mezcla de aire-gas dentro de un cilindro. Este proceso da lugar a una explosión interna. No había patente del motor de gas, así que se creó. 365.701. En 1862, Aphonse Beau de Rochas, un ingeniero francés, patentó el ciclo de cuatro tiempos. Sin embargo, Otto fue el primero en construir un ciclo de cuatro tiempos del motor. Sin embargo, en 1886, Otto revocó la patente a Rochas y fue revocada.

Gottlieb Daimler construyó un motor muy ligero, Otto utilizando el modelo adjunto y uno de ellos a una bicicleta. Este se convirtió en la primera motocicleta del mundo. Karl Benz construyó su primer automóvil de tres ruedas que emplea el motor de Otto. Daimler también construido un automóvil, utilizando el motor de Otto. Las empresas de Daimler y Benz se fusionaron y la fabricación del famoso vehículos Mercedes-Benz.

Gottlieb Daimler construyó un motor muy ligero, Otto utilizando el modelo adjunto y uno de ellos a una bicicleta. Este se convirtió en la primera motocicleta del mundo. Karl Benz construyó su primer automóvil de tres ruedas que emplea el motor de Otto. Daimler también construido un automóvil, utilizando el motor de Otto. Las empresas de Daimler y Benz se fusionaron y la fabricación del famoso vehículos Mercedes-Benz.Otto práctico motor de combustión interna se utiliza para alimentar automóviles, moto y motor.

Además, el motor Diesel es una forma de motor de combustión interna, que emplea un ciclo de cuatro tiempos que es similar a la de Otto. Nikolaus Otto agosto falleció el 26 de enero de 1891. 

4

Universidad Nacional de Piura

CICLO OTTO

Muchas de las máquinas térmicas que se construyen en la actualidad (motores de camiones, coches, maquinaria, etc.) están provistas de un motor denominado motor de cuatro tiempos. El ciclo que describe el fluido de trabajo de dichas máquinas se denomina ciclo de Otto, inventado a finales del siglo XIX por el ingeniero alemán del mismo nombre.En el ciclo de Otto, el fluido de trabajo es una mezcla de aire y gasolina que experimenta una serie de transformaciones (seis etapas, aunque el trabajo realizado en dos de ellas se cancela) en el interior de un cilindro provisto de un pistón (ver siguiente animación*).

El proceso consta de seis etapas:

0-1. Admisión: la válvula de admisión se abre, permitiendo la entrada en el cilindro de la mezcla de aire y gasolina. Al finalizar esta primera etapa, la válvula de admisión se cierra. El pistón se desplaza hasta el denominado punto muerto inferior (PMI).

1–2. Compresión adiabática: la mezcla de aire y gasolina se comprime sin intercambiar calor con el exterior. La transformación es por tanto isentrópica. La posición que alcanza el pistón se denomina punto muerto superior (PMS). El trabajo realizado por la mezcla en esta etapa es negativo, ya que ésta se comprime.

2-3. Explosión: la bujía se activa, salta una chispa y la mezcla se enciende. Durante esta transformación la presión aumenta a volumen constante.

3–4. Expansión adiabática: la mezcla se expande adiabáticamente. Durante este proceso, la energía química liberada durante la combustión se

5

Universidad Nacional de Piura

transforma en energía mecánica, ya que el trabajo durante esta transformación es positivo.

4-1. Enfriamiento isócoro: durante esta etapa la presión disminuye y la mezcla se enfría liberándose calor al exterior.

1–0. Escape: la válvula de escape se abre, expulsando al exterior los productos de la combustión. Al finalizar esta etapa el proceso vuelve a comenzar.

El trabajo total realizado durante el ciclo es positivo (ya que éste se recorre en sentido horario), el trabajo realizado por el sistema durante las etapas 0-1 y 1-0 es igual en valor absoluto pero de signo contrario, por lo que no contribuyen al trabajo total.El movimiento del pistón se transmite a la biela (representada en naranja en la figura) y de ésta al cigüeñal. Posteriormente este movimiento se transmite a las ruedas.

RUDOLF DIESEL

(Rudolf Christian Karl Diesel; París, 1858-canal de la Mancha, 1913) Ingeniero alemán. Diesel vivió en París hasta 1870, fecha en que, tras el estallido de la guerra franco-prusiana, su familia fue deportada a Inglaterra. Desde Londres fue enviado a Augsburgo, donde continuó con su formación académica hasta ingresar en la Technische Hochschule de Munich, donde estudió ingeniería bajo la tutela de Carl von Linde. En 1880 se unió a la empresa que Von Linde poseía en París. Su primera preocupación en materia de motores fue el desarrollo de un motor de combustión interna cuyo rendimiento energético se aproximara lo máximo posible al rendimiento teórico de la máquina ideal propuesta por Carnot. En 1890, año en que se trasladó a Berlín para ocupar un nuevo cargo en la empresa de Von Linde, concibió la idea que a la postre se traduciría en el motor que lleva su nombre. Obtuvo la patente alemana de su diseño en 1892, y un año después publicó, con el título Theorie und Konstruktion eines rationellen Wäremotors, una detallada descripción de su motor. Con el patrocinio de la Maschinenfabrik Augsburg y de las industrias Krupp, Diesel produjo una serie de modelos cada vez más eficientes que culminó en 1897 con la presentación de un motor de cuatro tiempos capaz de desarrollar una potencia de 25 caballos de vapor. La alta eficiencia de los motores Diesel, unida a un diseño

6

Universidad Nacional de Piura

relativamente sencillo, se tradujo rápidamente en un gran éxito comercial, que reportó a su creador importantes beneficios económicos. Conocido sobre todo por ser el inventor de este nuevo motor de combustión interna, Diesel se distinguió también como sociólogo, lingüista y experto en arte. Fue visto por última vez en la cubierta del vapor Dresden en ruta hacia el Reino Unido a través del canal de la Mancha, por lo que se asumió su fallecimiento en alta mar a causa de un accidente.

Ventajas del motor de 2 tiempos

El motor de dos tiempos no precisa válvulas de los mecanismos que las gobiernan, por lo tanto es más liviano y de construcción más sencilla, por lo que resulta más económico.Al producirse una explosión por cada vuelta del cigüeñal, desarrolla más potencia para una misma cilindrada y su marcha es más regular.Pueden operar en cualquier orientación ya que el cárter no almacena el lubricante.Son motores más ligeros y necesitan de menor mantenimiento, debido al menor número de piezas que los componen.

Desventajas del motor de 2 tiempos

El motor de dos tiempos es altamente contaminante ya que en su combustión se quema aceite continuamente, y nunca termina de quemarse la mezcla en su totalidad.Al no quemarse la mezcla en su totalidad en el interior de la cámara de explosión y debido al barrido de los gases de escape mediante la admisión de mezcla, no se aprovecha completamente todo el combustible utilizado y esto genera un rendimiento menor. Por ello, aunque tiene una carrera de trabajo en cada vuelta de cigüeñal, a diferencia de un motor de 4 tiempos que tiene una carrera de trabajo cada dos vueltas, no alcanza a tener el doble de potencia que un motor de cuatro tiempos de la misma cilindrada.Al ser un motor cuyo régimen de giro es mayor, sufre un desgaste mayor que el motor de 4 tiempos.Son menos eficientes económicamente que los motores de 4 tiempos debido al consumo de aceite y al mayor consumo de combustible.

Diferencias del motor Otto de 2 tiempos con el motor Otto de 4 tiempos

Ambas caras del pistón realizan una función simultáneamente, a diferencia del motor de cuatro tiempos en el que únicamente esta activa la cara superior.La entrada y salida de gases al motor se realiza a través de las lumbreras (orificios situados en el cilindro). Este motor carece de las válvulas que abren y cierran el paso de los gases en los motores de cuatro tiempos. El pistón dependiendo de la posición que ocupa en el cilindro en cada momento abre o cierra el paso de gases a través de las lumbreras.El cárter del cigüeñal debe estar sellado y cumple la función de cámara de pre compresión. En el motor de cuatro tiempos, por el contrario, el cárter sirve de depósito de lubricante.

7

Adiabática

Qentrada

Qsalida Adiabática

4

3

2

1

P

V PMI PMS

V=cte

Qentrada

Qsalida V=cte.

4

3

2

1

T

S PMI PMS

Universidad Nacional de Piura

La lubricación, que en el motor de cuatro tiempos se efectúa mediante el cárter, en el motor de dos tiempos se consigue mezclando aceite con el combustible en una proporción que varía entre el 2 y el 5 por ciento. Dado que esta mezcla está en contacto con todas las partes móviles del motor se consigue la adecuada lubricación.

4. MATERIALES Y MÉTODOS

4.1. MATERIALES:

Ciclo Otto de cuatro tiemposCiclo DieselCiclo Otto de dos tiempos

4.2. MÉTODOS O PROCEDIMIENTO:

a) Ciclo Otto: “Motor de Cuatro Tiempos” (gasolinero)

DIAGRAMA P - V

DIAGRAMA T - S

8

Universidad Nacional de Piura

1 – 2 : Compresión adiabática2 – 3 : Entrada de calor a volumen constante3 – 4 : Expansión adiabática4 – 1 : perdida de calor a volumen constante

Partes de un Motor Otto de Cuatro Tiempos:

1. Caja del cigüeñal 12. Engranaje para la impulsión del árbol de

levas

2. Cigüeñal 13. Árbol de levas

3. Biela 13. Eje de levas

4. Cilindro 14. Interruptor

5. Pistón 15. Carburador

6. Válvula de admisión 16. Válvula de aguja

7. Válvula de salida 17. Flote

8. Varilla del pistón 18. Piloto de chorro

9. Bujía 19. Chorro principal

10. Balancines 20. Acelerador

11. Tubo de escape 21. Entrada

Motor de Cuatro Tiempos (gasolinero) “Ciclo Otto”

Vista Frontal Vista Posterior

9

Adiabática

Qentrada

Qsalida Adiabática

4

3 2

1

P

V PMI PMS

P=cte

Qentrada

Qsalida

V=cte

4

3

2

1

T

S PMI PMS

Universidad Nacional de Piura

b) Ciclo Diesel (Motor Petrolero)

1 – 2 : Compresión adiabática2 – 3 : Entrega de calor a presión constante.3 – 4 : Expansión adiabática4 – 1 : Perdida de calor a volumen constante

DIAGRAMA P - V

DIAGRAMA T - S

10

Universidad Nacional de Piura

Partes de un Motor Diesel:

1. Caja del cigüeñal 15. Bomba de inyección

2. Cigüeñal 16. Regulador de la varilla

3. Biela 17. Tubería de alimentación

4. Cilindro 18. Cilindro de la bomba

5. Pistón 19. Pistón de la bomba

6. Válvula de admisión 20. Válvula de presión

7. Válvula de salida 21. Tubería de presión

8. Varilla del pistón 22. Entrada

9. Bujía incandescente 23. Filtros de aire

10. Balancines 24. Inyector

11. Tubo de escape 25. Boquilla de cuerpo

12. Engranaje para la impulsión del árbol de

levas

26. Boquilla de la aguja

27. Tornillo de presión

13. Árbol de levas 28. Superficie de protección

14. Eje de levas 29. Fuga y retorno d aceite

Motor Diesel (petrolero)

Vista Frontal Vista Posterior

11

Universidad Nacional de Piura

c) Ciclo Otto Dos Tiempos

Fase de admisión-compresión:

El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el carter, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión.

Fase de explosión-escape:

Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión de la mezcla gracias a una chispa eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de combustión impulsa con fuerza el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la biela.En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.

12

Universidad Nacional de Piura

Partes de un Motor de 2 Tiempos:

Motor Otto de 2 Tiempos

Vista Frontal Vista Posterior

1. Caja del cigüeñal

2. Cigüeñal

3. Bielas

4. Pistón

5. Cilindro

6. Válvula de admisión

7. Válvula de salida

8. Canal de desbordamiento

9. Bujía

10. Carburador

11. Acelerador

13

Universidad Nacional de Piura

5. CONCLUSIONES

Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diesel, que precisa cuatro carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión.Se denomina motor de dos tiempos o motor de dos ciclos al motor de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico (admisión, compresión, explosión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal).La diferencia entre el motor de dos tiempos y el frecuente motor de cuatro tiempos de ciclo de Otto, es que en este último realiza las cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal y la anterior en solo una. Existe tanto en ciclo Otto como en ciclo Diesel.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

http://www.motorabc.com/Diccionario/ CONECTADO: 21/02/2012 (8:45pm)

http://www.mundomotor.net/biografias/biografia%20august%20otto.html CONECTADO: 21/02/2012 (9:17pm)

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo2p/ otto.htmlCONECTADO: 23/02/2012 (8:52pm)

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/d/diesel.htm CONECTADO: 23/02/2012 (9:24pm)

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_dos_tiempos CONECTADO: 25/02/2012 (9:00pm)Çengel, Y. A. y Boles, M. A., Termodinámica, Sexta edición, McGraw-Hill, México, 2009. pp. Gg. 500 – 509.

http://www.demotor.net/ciclos_reales/ diagrama_indicado_para_un_motor_de_2_tiempos.htmlCONECTADO: 25/02/2012 (10:30pm)