VEHICULO DE AIRE COMPRIMIDO
CAPÍTULO 2
CICLOS DE LOS MOTORES
DE COMBUSTIÓN INTERNA
OBJETIVOS:
Presentar la nomenclatura para ciclos de
pistón y cilindro.
Analizar los ciclos de motores de combustión
interna
Presentar ejemplos y problemas de práctica
que ilustran los conceptos estudiados.
2.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se estudian los motores de combustión interna
de encendido por chispa y encendido por compresión.
A la mayoría este nombre se aplica generalmente a los
motores de combustión interna alternativos del tipo
comúnmente usado en automóviles, camiones y autobuses.
Estos sistemas difieren de las centrales térmicas por que los
procesos ocurren dentro de un cilindro-pistón alternativo y no
en una serie de componentes diferentes interconectados.
2.2 TERMINOLOGÍA DE MOTORES
2.2 TERMINOLOGÍA DE MOTORES
La figura 8.1 representa un motor de combustión
interna alternativo constituido por un pistón que se
mueve dentro de un cilindro provisto de dos
válvulas.
El calibre del cilindro es el diámetro. La carrera es la
distancia que recorre el pistón en una dirección. Se
dice que el pistón está en el punto muerto superior
(PMS) cuando se ha desplazado hasta una
posición en la que el volumen del cilindro es
mínimo, y está en el punto muerto inferior (PMI)
cuando el pistón se ha desplazado a la posición de
máximo volumen del cilindro. El volumen
desplazado por el pistón cuando se mueve desde
el PMS hasta el PMI se llama cilindrada.
2.3 CONSIDERACIONES BÁSICAS PARA EL ANÁLISIS DE
LOS CICLOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
Las idealizaciones y simplificaciones empleadas comúnmente en
el análisis de los ciclos de potencia, pueden resumirse del
siguiente modo:
1.
El ciclo no implica ninguna fricción. Por lo tanto el fluido de
trabajo no experimenta ninguna caída de presión cuando
fluye en tuberías o dispositivos como los intercambiadores de
calor.
2.
Todos los procesos de expansión y compresión ocurren en la
forma de cuasiequilibrio.
3.
Las tuberías que conectan a los diferentes componentes de
un sistema están muy bien aisladas y la transferencia de
calor a través de ellas es insignificante.
2.4 SUPOSICIONES DE AIRE ESTÁNDAR
Los ciclos de MOTORES de combustión interna reales son
bastante complejos. Para reducir el análisis a un nivel
manejable, se utilizan las siguientes aproximaciones,
conocidas comúnmente como suposiciones de aire estándar:
1. El fluido de trabajo es aire y siempre
se comporta como gas ideal.
2. Todos los proceso que integran el
ciclo son internamente reversibles.
3. El proceso de combustión es sustituido por un
proceso de adición de calor desde una fuente
externa.
4. El proceso de escape es sustituido por un proceso de
rechazo de calor que regresa al fluido de trabajo a
su estado inicial.
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR.
El ciclo de Otto es el ciclo ideal para las máquinas
reciprocantes de encendido por chispa. Recibe ese
nombre en honor a Nikolaus A. Otto, quien en
1876, en Alemania, construyó una exitosa máquina
de cuatro tiempos utilizando el ciclo propuesto por
Frenchman Beau de Rochas en 1862.
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR.
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR.
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR.
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR.
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR.
Expresiones del
ciclo OTTO
W12=m(u2-u1)
Q1= m (u3-u2)
W34=m(u3-u4)
Q2= m (u4-u1)
Wciclo=W34-W12
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR
El ciclo Otto consta de cuatro procesos internamente reversibles y
en serie.
Proceso 1-2 es una compresión isoentrópica del aire, cuando el
pistón evoluciona desde el punto muerto inferior hasta el punto
muerto superior.
Proceso 2-3, el aire absorbe calor a volumen constante, desde
una fuente externa, mientras el pistón está en el punto muerto
superior. Este proceso representa la ignición de la mezcla aire
combustible y la combustión rápida consiguiente.
Proceso 3-4, es una expansión isentrópica (carrera de trabajo)
Proceso 4-1, a volumen constante, en el cual el aire cede calor
mientras el pistón está en el PMI.
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR
La presión media efectiva (p.m.e.), es un parámetro
utilizado para describir el comportamiento de un
motor alternativo. La presión media efectiva es la
presión que sí actúa sobre el pistón durante la
carrera de fuerza, produciría una cantidad de
trabajo igual a la realizada verdaderamente
durante todo el ciclo.
2.5 CICLO DE OTTO DE AIRE ESTÁNDAR
La relación de compresión “r” se define como la
relación entre el volumen en el cilindro con el
pistón en su punto muerto inferior (PMI) y el
espacio libre, es decir.
r 
V1
V2
La presión media efectiva (p.m.e.), es la presión que
sí actúa sobre el pistón durante la carrera de
fuerza, produciría una cantidad de trabajo igual a
la realizada verdaderamente durante todo el ciclo.
W CICLO  pme  (V PMI  V PMS )
CICLO DE CUATRO TIEMPOS
2.6 CICLO DE DIESEL DE AIRE ESTÁNDAR.
El ciclo Diesel de aire-estándar es un ciclo ideal que supone que
la absorción de calor ocurre durante un proceso a presión
constante que empieza cuando el pistón está en el punto
muerto superior. El ciclo Diesel consta de cuatro procesos
internamente reversibles en serie.
PROCESO 1-2 compresión isentrópica.
PROCESO 2-3 a presión constante, primera parte de la carrera de
trabajo.
PROCESO 3-4 de expansión isentrópica, es la carrera de trabajo.
PROCESO 4-1 volumen constante en el que se cede el calor
desde el aire cuando el pistón esta en el punto muerto inferior.
2.6 CICLO DE DIESEL DE AIRE ESTÁNDAR.
2.6 CICLO DE DIESEL DE AIRE ESTÁNDAR.
2.6 CICLO DE DIESEL DE AIRE ESTÁNDAR.

Expresiones del ciclo
Diesel:
W12=m(u2-u1)
W23=m*p(v3-v2)
Q1=m(h3-h2)

W34=m(u4-u3)

Q2=m(u1-u4)



2.7 CICLO DUAL DE AIRE-ESTÁNDAR.
El ciclo de aire-estándar que mas se aproxima a las
variaciones de presión reales es el ciclo Dual de
aire-estándar.
Proceso 1-2, es una compresión isentrópica.
Proceso 2-3, es una absorción de calor a volumen
constante
Proceso 3-4 es una absorción de calora presión
constante.
Proceso 4-5, es la expansión isentrópica y el final de
carrera de trabajo.
Proceso 5-1, se completa el ciclo con una cesión de
calor a volumen constante.
2.7 CICLO DUAL DE AIRE-ESTÁNDAR.
2.7 CICLO DUAL DE AIRE-ESTÁNDAR.
Las expresiones adecuadas para el ciclo Dual son:
W12=m(u2-u1)
Q23=m(u3-u2)
W34=m*p(v4-v3)
Q34=m(h4-h3)
W45=m(u4-u5)
Q51=m(u5-u1)
El rendimiento térmico es:
 
W ciclo
Q 23  Q 34
PROBLEMAS DE APLICACIÓN
Problema.-Una máquina Diesel ideal tiene una
relación de compresión de 20 y usa aire como
fluido de trabajo. El estado del aire al principio
del proceso de compresión es 95 kPa y 20 ºC.
Si la temperatura máxima en el ciclo no excede
2200 ºK , determine: a) La eficiencia térmica, y
b) La presión media efectiva. Suponga calores
específicos constantes para el aire a
temperatura ambiente.
Descargar

Ciclo de motores de combustión interna