Termodinamica de motores

Introducción
Termodinámica de Motores

Atehortúa John, Cepeda Wilson,
johnateho,wilsonalce@yahoo.es,hotmail.com
Universidad Manuela Beltrán

Cualquier tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química es producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustión interna decuatro tipos: el motor cíclico Otto (motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica), el motor diesel, el motor rotatorio y la turbina de combustión.

E
l desarrollo de la termodinámica comenzó en la época de la revolución industrial. Fue entonces cuando la invención de la máquina de vapor inicio un cambio monumental en nuestra civilización. Las primeras maquinas de vaporeran dispositivos primitivos que operaban con poca eficiencia, así que los científicos de la época fueron convocados para examinar las leyes físicas que regían a estas maquinas. Este llamado fue lo que impulso las primeras actividades en el campo de la termodinámica y los resultados de estas investigaciones tuvieron consecuencias perdurables que aun influyen en las ciencias físicas y biológicas.La aplicación de la termodinámica en el estudio de los motores tiene como objetivo identificar los factores que intervienen en la producción de trabajo bajo condiciones mecánicas repetitivas, es decir, realizar las actividades una y otra vez.

Motor térmico

Las maquina térmicas funcionan en ciclos. En otras palabras la conclusión de un ciclo es el principio de otro, por lo que lasustancia de trabajo se encuentra en el mismo estado al final de un ciclo y al principio de otro.
El trabajo neto de un ciclo es la energía cedida y el calor absorbido por la sustancia que trabaja es la energía absorbida. Esto es el rendimiento térmico n del motor y se define así:

Existen dos tipos de generales de motor que transforman el calor en trabajo: motores de combustión externa (motor deStirling y la máquina de vapor), e interna (motor de gasolina y diesel). El proceso consiste en que un gas o una mezcla de gases contenida en un cilindro experimentan un ciclo haciendo que un pistón comunique a un eje un movimiento de rotación venciendo una fuerza. En ambos motores es necesario que en determinado instante del ciclo el gas del cilindro sea llevado a alta temperatura y altapresión, producidas por una reacción química entre el combustible y aire que tiene lugar en el propio cilindro.

Diferencia principales entre el motor a gasolina y el diesel

· Un motor a gasolina aspira una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo aspira aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. EL calor del airecomprimido enciende el combustible espontáneamente.
· Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia.
· Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustiblediesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de aspiración (fuera del cilindro).

Figura 1: Comportamiento del gas dentro del pistón.
 

Motor Stirling

Elmotor Stirling fue inventado en 1816 por el escocés Robert Stirling. El objetivo era tener un motor menos peligroso que la máquina de vapor.
El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas (normalmente helio, hidrógeno, nitrógeno o simplemente aire) al ser obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío, con lo cual se contrae, y de...