Ciclos teoricos y ciclos reales

Ciclos teóricos y ciclos reales
Introducción
El fluido operante, durante su paso por el motor, es sometido a una serie de transformaciones químicas y físicas (compresión, expansión, combustión, transmisión de calor con las paredes, rozamientos en la masa del fluido y con las paredes, etc.) que constituyen el ciclo del motor. El examen cuantitativo de estos fenómenos, efectivamente teniendo encuenta todas las numerosas variables, representa un problema muy complejo. Por ello, corrientemente se simplifica recurriendo a sucesivas aproximaciones teóricas, cada una de las cuales está basada en diferentes suposiciones simplificadas, que tienen una aproximación gradualmente creciente.
Ciclos teóricos
Para los ciclos teóricos, las aproximaciones comúnmente empleadas en orden de aproximacióna las condiciones reales son tres:
* ciclo real
* ciclo de aire
* ciclo aire-combustible.
A estos ciclos teóricos se comparan en la práctica los ciclos reales, que se obtienen experimentalmente por medio de los indicadores; por esta razón, el ciclo real se llama también ciclo indicado.
Aunque los ciclos teóricos no corresponden a los ciclos reales, constituyen una útil referenciapara el estudio termodinámico de los motores, particularmente para comprender cuanto influyen sobre su utilización las condiciones de funcionamiento y para comparar entre sí diversos tipos de motores.
Suposiciones de los ciclos teóricos
En los ciclos ideales se supone que el fluido operante está constituido por aire y que éste se comporta como un gas perfecto. Por ello, los valores de loscalores específicos se consideran constantes e iguales al del aire a las condiciones tipo 15º de temperatura y 1 atmósfera de presión:
CP = 0.241 Ca/kg ºC;
CV = 0.172 Ca/kg ºC;
Donde resulta:

Suponemos, además, que las fases de introducción y sustracción de calor tienen una duración bien determinada, dependiente del tipo de ciclo (Otto, Diesel, Sabathé), y que en las otras fases no haypérdidas de calor.
Es natural, que, con estas hipótesis, los valores máximos de temperatura y presión, así como, en consecuencia, el trabajo y el rendimiento térmico calculados para el ciclo ideal, sean más elevados que los correspondientes a los otros tipos de ciclos.
El ciclo ideal representa, por tanto, el límite máximo que teóricamente puede alcanzar el motor y permite un fácil estudio matemáticobasado en las leyes de los gases perfectos.
Ciclo de aire
En el ciclo de aire, el fluido operante es también aire, pero se supone que los calores específicos son variables a lo largo de la gama de temperaturas en que se opera.
Las condiciones de introducción y sustracción del calor son iguales a las del ciclo ideal y tampoco hay pérdidas de calor. Como el cálculo de los calores específicosmedios es complicado, se usan tablas que dan directamente los valores del calor y el trabajo, en términos de energía interna y entalpía para los diversos puntos de las transformaciones isentrópicas del aire. Teniendo en cuenta la variaciones de los calores específicos, se obtienen, para la temperaturas y presiones máximas, valores inferiores a los calculados para el ciclo ideal; por consiguiente, eltrabajo y el rendimiento térmico asimismo más bajos, pero, así y todo, son aún mayores que los correspondientes a un ciclo real.
El ciclo aire-combustible es, entre todos los que por lo general se calculan, el más próximo al ciclo real. En el motor de encendido por chispa, el fluido está compuesto, durante la fase de aspiración, por la mezcla y los gases residuales de la combustión anterior; enel motor de encendido por compresión está formado por aire y los gases residuales. Después de la combustión, el fluido está constituido por productos de la misma, esto es, una mezcla de CO2, CO, H2O, N2. Estos gases tienen un calor específico medio todavía más alto que el del aire; pero además, se cuenta con un incremento posterior de los calores específicos, a causa de la disociación o...