Motores a gasolina
Páginas: 50 (12392 palabras)
Publicado: 8 de julio de 2010
EL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
ASPECTOS GENERALES:
En los próximos párrafos abordaremos el estudio del motor de combustión interna. En primer lugar se hará un enfoque general sobre este tipo de motor y como del análisis general se derivan los diferentes ciclos que se usan hoy en día.
Luego veremos los ciclos teóricos asociados a cada tipo de motor tanto en diagrama p-V como en diagrama T-S.En páginas separadas abordaremos el estudio detallado de cada uno de estos tipos de motores. En ellas podremos ver más detalles acerca del Motor Otto, como también del Motor Diesel y la Turbina a gas.
CICLOS GENÉRICOS:
Una característica clave de los motores de combustión interna es que en cada ciclo se aspira aire fresco, luego se adiciona el combustible y se quema en el interior del motor.Luego los gases quemados son expulsados del sistema y se debe aspirar nueva mezcla o aire. Por lo tanto se trata de un ciclo abierto.
Una evolución clave en este ciclo genérico es la compresión de base 1-2. En efecto, ella es característica de cada ciclo y es (relativamente) constante. En cambio en la operación real,
En la Figura 1 vemos un ciclo genérico de un motor de combustión interna.
Esteconsta de las siguientes partes generales: Existe una presión mínima en el sistema equivalente a pa. Desde 1 hasta 2 se realiza una compresión, en teoría adiabática sin roce. Entre 2 y 3 se realiza la combustión, con un aporte de calor Qabs. Entre 3 y 4 se realiza la expansión de los gases calientes. Normalmente es en esta etapa donde se entrega la mayor parte del trabajo. Esta expansión estambién, en teoría, adiabática y sin roce. En 4 se botan los gases quemados a la atmósfera. El ciclo es realmente abierto, pero (para efectos de análisis) se supone que se cierra entre 4 y 1, volviéndose el estado inicial. Se introduce, por lo tanto, el concepto de Ciclo de aire equivalente. Esto significa que suponemos que el ciclo lo describe solo aire, al cual lo hacemos pasar por una sucesión deestados tal que se reproduce el ciclo real. Esto implica las siguientes suposiciones y simplificaciones:
• Las propiedades del aire se suponen constantes para todo el ciclo (no varían ni Cp ni Cv, aunque en el caso real sí lo hacen por variación de temperatura y porque en parte del ciclo se trabaja con gases quemados).
• Se supone un sistema cerrado. Es decir, el aire está cerrado dentrodel sistema y se somete a las evoluciones equivalentes.
• Entre 2 y 3 se supone que se aporta calor externamente para lograr la evolución equivalente.
• En forma análoga, entre 4 y 1 se supone que se enfría el aire en forma equivalente.
la cantidad de calor Qabs puede variar en forma importante, por lo tanto también varía la evolución 3-4. Pero la compresión de base es relativamenteestable.
Se puede demostrar facilmente que el rendimiento de la compresión de base queda expresado por:
[pic]
Por lo tanto, para aumentar el rendimiento del ciclo conviene, en lo posible, aumentar lo más que se pueda la compresión de base. Los límites a esta compresión pueden venir de dos fuentes:
• En el caso de que solo se comprima aire (motores Diesel, turbina a gas), la compresiónmáxima queda fijada solo por razones tecnológicas.
• En el caso que se comprima una mezcla aire-combustible (motor Otto), la compresión máxima queda fijada por los límites de detonación o autoinflamación.
Condiciones para maximizar el rendimiento del Ciclo:
En este ciclo genérico tenemos varias cosas que se pueden hacer para maximizar el trabajo obtenido. Enumerémoslas:
• De ser posible,siempre conviene prolongar la expansión 3-4 hasta la presión ambiente. Con ello se gana un área de trabajo adicional "sin costo". Claro que en motores alternativos (cilindro-pistón), esto no es posible, pues el volumen máximo está definido.
• En el caso de que la presión máxima esté fija, conviene que la combustión se realice a presión constante. En efecto, cuando uno comprime solo aire,...
ASPECTOS GENERALES:
En los próximos párrafos abordaremos el estudio del motor de combustión interna. En primer lugar se hará un enfoque general sobre este tipo de motor y como del análisis general se derivan los diferentes ciclos que se usan hoy en día.
Luego veremos los ciclos teóricos asociados a cada tipo de motor tanto en diagrama p-V como en diagrama T-S.En páginas separadas abordaremos el estudio detallado de cada uno de estos tipos de motores. En ellas podremos ver más detalles acerca del Motor Otto, como también del Motor Diesel y la Turbina a gas.
CICLOS GENÉRICOS:
Una característica clave de los motores de combustión interna es que en cada ciclo se aspira aire fresco, luego se adiciona el combustible y se quema en el interior del motor.Luego los gases quemados son expulsados del sistema y se debe aspirar nueva mezcla o aire. Por lo tanto se trata de un ciclo abierto.
Una evolución clave en este ciclo genérico es la compresión de base 1-2. En efecto, ella es característica de cada ciclo y es (relativamente) constante. En cambio en la operación real,
En la Figura 1 vemos un ciclo genérico de un motor de combustión interna.
Esteconsta de las siguientes partes generales: Existe una presión mínima en el sistema equivalente a pa. Desde 1 hasta 2 se realiza una compresión, en teoría adiabática sin roce. Entre 2 y 3 se realiza la combustión, con un aporte de calor Qabs. Entre 3 y 4 se realiza la expansión de los gases calientes. Normalmente es en esta etapa donde se entrega la mayor parte del trabajo. Esta expansión estambién, en teoría, adiabática y sin roce. En 4 se botan los gases quemados a la atmósfera. El ciclo es realmente abierto, pero (para efectos de análisis) se supone que se cierra entre 4 y 1, volviéndose el estado inicial. Se introduce, por lo tanto, el concepto de Ciclo de aire equivalente. Esto significa que suponemos que el ciclo lo describe solo aire, al cual lo hacemos pasar por una sucesión deestados tal que se reproduce el ciclo real. Esto implica las siguientes suposiciones y simplificaciones:
• Las propiedades del aire se suponen constantes para todo el ciclo (no varían ni Cp ni Cv, aunque en el caso real sí lo hacen por variación de temperatura y porque en parte del ciclo se trabaja con gases quemados).
• Se supone un sistema cerrado. Es decir, el aire está cerrado dentrodel sistema y se somete a las evoluciones equivalentes.
• Entre 2 y 3 se supone que se aporta calor externamente para lograr la evolución equivalente.
• En forma análoga, entre 4 y 1 se supone que se enfría el aire en forma equivalente.
la cantidad de calor Qabs puede variar en forma importante, por lo tanto también varía la evolución 3-4. Pero la compresión de base es relativamenteestable.
Se puede demostrar facilmente que el rendimiento de la compresión de base queda expresado por:
[pic]
Por lo tanto, para aumentar el rendimiento del ciclo conviene, en lo posible, aumentar lo más que se pueda la compresión de base. Los límites a esta compresión pueden venir de dos fuentes:
• En el caso de que solo se comprima aire (motores Diesel, turbina a gas), la compresiónmáxima queda fijada solo por razones tecnológicas.
• En el caso que se comprima una mezcla aire-combustible (motor Otto), la compresión máxima queda fijada por los límites de detonación o autoinflamación.
Condiciones para maximizar el rendimiento del Ciclo:
En este ciclo genérico tenemos varias cosas que se pueden hacer para maximizar el trabajo obtenido. Enumerémoslas:
• De ser posible,siempre conviene prolongar la expansión 3-4 hasta la presión ambiente. Con ello se gana un área de trabajo adicional "sin costo". Claro que en motores alternativos (cilindro-pistón), esto no es posible, pues el volumen máximo está definido.
• En el caso de que la presión máxima esté fija, conviene que la combustión se realice a presión constante. En efecto, cuando uno comprime solo aire,...
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