39750 7000004637 10-14-2019 214614 pm EL Ciclo OTTO CON AIRE Normal PDF

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EL CICLO OTTO CON AIRE NORMAL El ciclo Otto es el ciclo ideal para el motor de cuatro tiempos con ignición por chispa. Un diagrama PV representativo de este motor con válvula de mariposa o estrangulador totalmente abierto se muestra en la Figura 3.11. El ciclo incluye tiempo la admisión ab, la compresión bc, la expansión (o trabajo) cd y finalmente tiempo de escape da. La admisión y escape se efectúan a presión atmosférica, aunque difieren ligeramente los procesos (ab y da) no coinciden. Normalmente, el punto de ignición se localiza antes del tiempo de compresión (posición del PMS), porque la propagación de la llama de la cámara de combustión requiere un tiempo finito. El punto de ignición se ajusta para obtener una producción máxima de trabajo. La válvula de escape se abre antes que el pistón llegue a PMI. Esto permite que la presión de los gases de escape alcancen la presión atmosférica, antes de iniciar la liberación de los gases.

Fig. 3.11. Ciclo real en motores de encendido por chispa

El análisis termodinámico del ciclo de cuatro tiempos real descrito, puede simplificarse de manera significativa si se utilizan las suposiciones de aire normal. El ciclo que resulta (y que asemeja mucho a las condiciones de operación reales) es el ciclo ideal de Otto. Este se compone de cuatro procesos reversibles (Figura 3.12) 1-2 Compresión isoentrópica 2-3 Adición de calor a volumen constante 3-4 Expansión isoentrópica 4-5 Rechazo de calor a volumen constante

Fig. 3.12. Diagramas PV y TS de un ciclo Otto con aire normal. El ciclo Otto se ejecuta en un sistema cerrado, por eso la relación de la primera ley para cualquiera de los procesos se expresa, por unidad de masa, como

Durante los dos procesos de transferencia de calor no hay trabajo (W=0), ya que ambos tienen lugar a volumen constante. Luego la transferencia de calor hacia y desde el fluido de trabajo puede expresarse como

Para la eficiencia térmica del ciclo se tiene la siguiente expresión

Los procesos 1-2 y 3-4 son isoentrópicos y además v2 =v3 y v4 =v1. De tal modo que queda la expresión:

luego esta ecuación se puede escribir como

EL CICLO DIESEL CON AIRE NORMAL El ciclo Diesel es el ciclo ideal para las máquinas de encendido por compresión. En los motores de encendido por compresión, el aire se comprime hasta una temperatura superior a la temperatura de autoencendido del combustible, y la combustión se inicia cuando el combustible se inyecta dentro de este aire caliente. En estos motores no existe bujía, silo un inyector de combustible. Usando relaciones de compresión en el rango de 14:1 a 24:1 y al usar combustible diesel en lugar de gasolina, la temperatura del aire dentro del cilindro excederá la temperatura de ignición al final del tiempo de compresión. Si el combustible estuviese premezclado con aire, como en el motor de ignición por chispa, la combustión comenzaría en toda la mezcla cuando se alcanzara la temperatura de ignición; por consiguiente, no tendríamos control sobre el instante y duración del proceso de combustión. Para evitar esta dificultad, el combustible se inyecta en el cilindro en una operación independiente; la inyección comienza cuando el pistón está cerca de la posición del punto muerto superior. Por consiguiente, el motor de ignición por compresión difiere del motor con ignición por chispa principalmente en el método para lograr la combustión y en el ajuste de la sincronización del proceso de combustión. El resto del ciclo de 4 tiempos con ignición por compresión es similar al ciclo de ignición por chispa. La Figura 3.13 muestra un diagrama PV característico de un motor de ignición por compresión. El motor de

ignición por compresión, tiene un diagrama PV muy similar al de un motor de ignición por chispa.

Fig. 3.13. Diagrama PV de un motor de ignición por compresión. El ciclo teórico Diesel se muestra en la Figura 3.14 en diagramas PV y TS. Igual que el ciclo Otto, está compuesto de cuatro procesos internamente reversibles. La única diferencia entre ambos ciclos es que el ciclo Diesel modela la combustión como un proceso que ocurre a presión constante, mientras que el ciclo de Otto supone que se suministra calor a volumen constante. Un ciclo con aire normal y la aplicación de calores específicos constantes posibilitan la realización de un análisis útil del motor Diesel.

Fig. 3.14 Diagramas Pv y Ts del ciclo Diesel con aire normal. La entrada y salida de calor del ciclo están dadas por

Luego, el rendimiento térmico se puede escribir como

La ecuación anterior se puede transformar si se introduce el concepto de relación de corte rc, la cual se define como V3/V2. Sabiendo que la relación de compresión r se define como V1/V2, se puede demostrar que la ecuación anterior,

que contiene temperaturas, puede expresarse en términos de volúmenes de la siguiente manera:

Esta ecuación indica que el ciclo Diesel teórico es fundamentalmente función de la relación de compresión r, la relación de corte rc y del cociente de los calores específicos k....