Clase 2

(1)

Prof. Liliana Aponte _{“La Universidad Técnica del Estado Venezolano”} UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” Vicerrectorado Puerto Ordaz

Departamento de Mecánica

MAQUINAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Tema 1

Estudio General de las Máquinas

de Combustión Interna

Facilitador

Liliana Aponte

1

(2)

1 • Introducción

Introd

ucc

ión

En la presente sesión de clases vamos a abordar la

clasificación de los motores de combustión interna y

ahondaremos en el estudio de los ciclos teóricos

termodinámicos de los diferentes motores.

Abordaremos los siguientes aspectos

• Máquinas de combustión interna encendidas por

Chispa y encendidas por compresión.

(3)

Prof. Liliana Aponte _{“La Universidad Técnica del Estado Venezolano”}

2 • Competencias

3

Comp

ete

nci

as

• El estudiante conoce la clasificación de los motores de

combustión interna.

• Identifica los ciclos operativos de los motores de combustión

interna-

• Identifica y reconoce los procesos que caracterizan a cada

ciclo teórico.

(4)

CLASIFICACION DE LOS MOTORES

ALTERNATIVOS

Los motores alternativos pueden clasificarse de varios modos según la base que se tome para esta finalidad:

a) Según el sistema de encendido del combustible:

-Encendidos por chispa ( EB)

-Encendidos por compresión (EC)

b) Según el ciclo operativo:

Motores

(5)

Estructura y funcionamiento

Los motores Otto y los Diesel tienen los mismos elementos principales:

(bloque, cigüeñal, biela, pistón, culata, válvulas, árbol de levas)

(6)

(7)

TERMINOLOGÍA UTILIZADA

V2

V1 – V2 = cilindrada unitaria

V1

ρ=

V

1

/

V

2

Relación volumétrica de compresión: “ρ”

V1: Espacio comprendido entre la culata y el pistón cuando este se halla en el P.M.I

V2: Volumen de la cámara de combustión P.M.I (punto muerto inferior)

(8)

CICLOS OPERATIVOS MOTORES DE 4 Y DE

2 TIEMPOS

Por ciclo operativo entendemos la sucesión de operaciones que el fluido activo ejecuta en el cilindro y repite periódicamente.

La duración del ciclo operativo se mide por el número de carreras efectuadas por el pistón para realizarlo.

Se distinguen dos tipos de motores alternativos:

Motores de 4 tiempos

El ciclo se realiza en 4 carreras del pistón

Realizan un ciclo cada dos revoluciones del árbol motor

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Ciclo de un motor de 4 tiempos

La gran mayoría de los motores endotérmicos son de 4 tiempos y a ellos

nos referiremos también con preferencia porque se prestan a una más

fácil comprensión.

(10)

Ciclo de un motor de 4 tiempos

Admisión de la carga en el cilindro

El pistón en la carrera hacia la parte baja crea una

aspiración del fluido en el cilindro. En la cámara de

combustión se abre, a su debido tiempo, la válvula de

aspiración para permitir la entrada del aire o de la

mezcla gaseosa combustible. La válvula empieza a

(11)

Ciclo de un motor de 4 tiempos

Compresión de la carga en el cilindro

(12)

Ciclo de un motor de 4 tiempos

Poco después del final de la carrera de compresión se

produce el encendido de la mezcla por medio de una

chispa eléctrica, o también el encendido espontáneo del

combustible inyectado en la cámara de combustión, con

el consiguiente aumento de temperatura y de presión

originado por el calor de la combustión, por lo que el

pistón es empujado hacia abajo.

(13)

Ciclo de un motor de 4 tiempos

Durante la siguiente carrera el retorno hacia el punto

muerto superior (P.M.S), el pistón expulsa los gases de la

combustión a través de la válvula de escape.

Al final de la carrera, o poco después, se cierra la válvula

de escape; entretanto permanece abierta la válvula de

aspiración y comienza un nuevo ciclo, que se repite con

regularidad

.

(14)

Ciclos

Teóricos o ciclos de Aire Estándar

Los ciclos Otto y Diesel teóricos se denominan ciclos de aire estándar y se caracterizan ambos por :

-El fluido de trabajo a lo largo del ciclo es aire. La masa de la pequeña cantidad de combustible inyectada es despreciable.

-No existen procesos de admisión o escape.

-Los procesos de combustión se sustituyen por procesos de transferencia de calor en los que se suministra energía desde una fuente externa.

-El proceso de escape, se sustituye, por un proceso en el que se transfiere calor al entorno a volumen constante.

(15)

(16)

El ciclo Diesel de cuatro tiempos consta de las siguientes fases:

2. Compresión

3. Combustión 5. Escape

(17)

(18)

• En este primer tiempo el pistón efectúa su

primera carrera o desplazamiento desde el

PMS al PMI, aspirando sólo aire de la

atmósfera.

• El aire pasa por el colector y la válvula de

admisión, que se ha abierto

(19)

(20)

(21)

(22)

• Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro con la bomba de inyección a una presión elevada.

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

Prof. Liliana Aponte _{“La Universidad Técnica del Estado Venezolano”} • En el punto 4 se abre la válvula de escape y los gases quemados salen tan

(28)

Q1

Q2 W

(29)

Prof. Liliana Aponte _{“La Universidad Técnica del Estado Venezolano”}29

Formulario de termodinámica

. Proceso Isobárico P=C ) (T₂ T₁ mC

Q _p  (KJ)

)

.(

.

₂ ₁

2

1

W



m

R

T



T

(KJ)

2 1 2 1 V V T T _

Ley de Charles

Proceso Isocórico V=C

) (T₂ T₁ mC

Q  _v  (KJ)

0

2

1

W



(KJ)

2 1 2 1 P P T T _ Ley Gay-Lussac Proceso politrópico C V P. n 

n V V P P        1 2 2 1 1 1 2 2 1         n V V T T n n P P T T 1 2 1 2 1        

mRT

PV



Gases Sistemas cerrados



U U



W U W

Q ₂ ₁   

(30)

Rendimiento Térmico en los motores Otto y

Diesel

ENTRADA NETO t

Q

W





Cabe destacar que la eficiencia de los motores es bastante baja, solo el 15-25% de la energía térmica del combustible puede ser utilizable en el eje de salida, el resto se pierde, en forma de calor transferido a las paredes de la cámara, o en los gases de escape, que aun calientes se vierten al exterior. Como se transfiere abundante calor a las paredes de la cámara, esta debe estar provista de un sistema de

enfriamiento para mantener la temperatura dentro de valores seguros para

la durabilidad del motor.

ent sal

neto

W





Q

_neto



Q

_ent



Q

_sal

Para un ciclo tenemos que

(31)

Rendimiento Térmico en los motores Otto

Procesos

1-2 Compresión adiabática (isoentrópica) (Q=0) 2-3 Adición de calor a volumen constante

(32)

Rendimiento Térmico en los motores Otto

1 1 2 2 1 















k

V

T

1 3 4 4 3 















k

V

T

Proceso 1-2 Compresión Adiabática (Q=0)

Proceso 2-3 Adición de calor a V=C

)

.(

.

c

T

₃

T

₂

m

Q

_ent



_v



(33)

(34)

Rendimiento Térmico en los motores Otto

1 1 2 2 1 















k

V

T

1 3 4 4 3 















k

V

T

) 1 ( ) 1 ( 1 2 3 2 1 4 1     T T T T T T t  Y también 1 2 1 4 3 















k

V

T

1 2 1 











k

V

T

1 1 2 











k

V

(35)

Rendimiento Térmico en los motores Otto

1 1 2 2 1 















k

V

T

2 1

1 T

T

t







1 2

)

1 (

1 





k t

V



1 2 1

₎

(

1





k t

V



1

)

(

1

1 

_



_k t



















2 1

V



Relación de compresión

Rendimiento térmico ideal de los motores tipo Otto

De aquí se deduce que a mayor relación de

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Rendimiento Térmico en los motores Diesel

Siguiendo un procedimiento análogo al utilizado para los motores tipo Otto, podemos encontrar la expresión del rendimiento térmico para los motores Diesel.