Universidad Nacional Autnoma de MxicoFacultad de Estudios SuperioresAragn

Ciclos Otto y Disel

Aplicaciones de propiedades de la materia (1304)Maestra: Erika Minerva Mercado ValenzuelaAlumnos: Degante Abarca Jorge Guillermo FedericoAlarcn Bez Alan RicardoDaz Franco Edna CelinaCastillo Nolasco Vanessa AbigailOlvera Garca Luis Gabriel24/10/13CICLO DE OTTOMuchas de las mquinas trmicas que se construyen en la actualidad (motores de camiones, coches, maquinaria, etc.) estn provistas de un motor denominado motor de cuatro tiempos. El ciclo que describe el fluido de trabajo de dichas mquinas se denomina ciclo de Otto, en 1862 fue enunciado el ciclo de volumen constante por Beau de Rochar con el ttulo "ciclo de cuatro tiempos". Posteriormente el alemn Otto lo aplic a un motor trmico denominndolo como ciclo Otto.En el ciclo de Otto, el fluido de trabajo es una mezcla de aire y gasolina que experimenta una serie de transformaciones (seis etapas, aunque el trabajo realizado en dos de ellas se cancela) en el interior de un cilindro provisto de un pistn).El ciclo Otto es el ciclo termodinmico ideal que se aplica en los motores de combustin interna. Se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen constante. El ciclo consta de cuatro procesos:E-A: admisin a presin constante (renovacin de la carga).A-B: comprensin de los gases eisotrpica.B-C: combustin, aporte de calor a volumen constante. La presin se eleva rpidamente antes de comenzar el tiempo til.C-D: fuerza, expansin isotrpica o parte del ciclo que entrega trabajo.D-A: Escape, cesin del calor residual al ambiente a volumen constante.A-E: Escape, vaciado de la cmara a presin constante (renovacin de la carga).

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este ltimo, junto con el motor disel, es el ms utilizado en los automviles ya que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

Ciclo de dos tiempos(Admisin - Compresin). Cuando el pistn alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior) empieza a desplazarse hasta el PMS (Punto Muerto Superior), creando una diferencia de presin que aspira la mezcla de aire y gasolina por la lumbrera de admisin. Cuando el pistn tapa la lumbrera, deja de entrar mezcla, y durante el resto del recorrido el pistn la comprime.(Expansin - Escape de Gases). Una vez que el pistn ha alcanzado el PMS y la mezcla est comprimida, se la enciende por una chispa entre los dos electrodos de la buja, liberando energa y alcanzando altas presiones y temperaturas en el cilindro. El pistn se desplaza hacia abajo, realizando trabajo hasta que se descubre la lumbrera de escape. Al estar a altas presiones, los gases quemados salen por ese orificio.El rendimiento de este motor es inferior respecto al motor de 4 tiempos, ya que tiene un rendimiento volumtrico menor y el escape de gases es menos eficaz. Tambin son ms contaminantes. Por otro lado, suelen dar ms potencia para la misma cilindrada, ya que este hace una explosin en cada revolucin, mientras el motor de 4 tiempos hace una explosin por cada 2 revoluciones, y cuenta con ms partes mviles.ste tipo de motores se utilizan mayoritariamente en motores de poca cilindrada (motocicletas, cortacsped, motosierras, etc.), ya que es ms barato y sencillo de construir.

Ciclo de cuatro tiempos PRIMER TIEMPO: ADMISIN 0 PMS Admisin 270 90 180 PMI

La primera etapa del ciclo Otto, la de admisin, queda representada. Empieza cuando el pistn est colocado en la parte superior del cilindro. Con la vlvula de escape cerrada y la admisin abierta, el pistn se mueve hacia abajo provocando la admisin al producirse un vaci parcial en el interior del cilindro. La presin atmosfrica, por ser mayor que la que existe en el interior del cilindro, hace que entre aire por el carburador, donde se mezcla en proporciones adecuadas con el combustible.Esta mezcla pasa por el tubo de admisin mltiple al interior del cilindro.Cuando el pistn llega al punto muerto inferior (PMI) la presin en el interior del cilindro sigue siendo algo menor que la presin atmosfrica exterior y la mezcla continua entrando en el cilindro. La vlvula de admisin sigue abierta mientras que el pistn inicia el movimiento hacia arriba hasta que la posicin de la leva hace que la vlvula se cierre. La distancia que recorre el pistn hacia arriba hasta que cierra la vlvula es realmente muy pequea.

SEGUNDO TIEMPO: COMPRESIN 0 PMS Compresin-Admisin 270 90180 PMILa compresin en un motor de 4 tiempos, sigue inmediatamente la admisin. Ambas vlvulas estn cerradas y la mezcla de combustible queda en el cilindro que ahora est cerrada. El pistn al moverse hacia arriba dentro del cilindro comprime la mezcla combustible al terminar esta etapa el pistn ha completado dos movimientos, uno hacia abajo y el otro hacia arriba y el cigeal un circulo completo o sea 360.

TERCER TIEMPO: EXPLOSION O CARRERA DE FUERZA 0 PMSAdmisin-Compresin 270 90 Explosin180 PMICuando el pistn ha llegado al punto muerto superior (PMS) la mezcla combustible que entr al cilindro durante la admisin ha quedado comprimida. En este momento del ciclo dicha carga combustible se inflama por medio de una chispa producida por la buja y se verifica la combustin. Debido al calor generado por la combustin, (aproximadamente de 4000 a 4500 C igual a 2204 menos 2491C). Se expanden los gases y se produce una alta presin en el interior del cilindro. Esta presin acta en forma de de empuje contra la cabeza del pistn, obligando a bajar, como se ve, lo que constituye la trasmisin de la energa al cigeal en forma de fuerza de torsin o rotatoria.

CUARTO TIEMPO: ESCAPE O DESCARGA 0PMSAdmisin-Compresin-Explosin270 90Escape

180 PMICuando el pistn se acerca al punto muerto inferior (PMI) la posicin que corresponde al fin de la energa, la vlvula de escape, se abre disminuyendo la presin en el interior del cilindro. Esta vlvula permanece abierta mientras el pistn se mueve hacia arriba, hasta que llega al punto muerto superior (PMS). Cuando el pistn alcanza la posicin ms alta se cierra la vlvula de escape. En la mayora de los motores la vlvula de escape se cierra poco despus de alcanzado el punto muerto superior (PMS), antes de que el pistn llegue a la parte superior en la admisin empieza a abrirse la vlvula de admisin, esta permite que est abierta totalmente cuando el pistn baja de nuevo para iniciar la admisin siguiente.Para mejorar el llenado del cilindro, tambin se utilizan sistemas de sobrealimentacin, ya sea mediante empleo del turbocompresor o mediante compresores volumtricos o tambin llamados compresores de desplazamiento positivo.

Control Se efecta controlando la cantidad de aire o mezcla carburada que entra al motor, mediante el acelerador. De esta manera ajusta el conductor el par motor a la carga motor.La eficiencia o rendimiento de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros, la prdida de llenado en el proceso de renovacin de la carga energa por la friccin y la refrigeracin.En el ciclo Otto los motores trabajan en un rango de presiones de combustin de 25 a 30 bares, partiendo de una relacin de compresin de 9 a 10, y en los que la relacin de aire/combustible (factor lambda), toma valores de 0,9 a 1,1.

CICLO DISELEl ciclo del motor disel lento (en contraposicin al ciclo rpido, ms aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealizacin del diagrama del indicador de un motor Disel, en el que se omiten las fases de renovacin de la carga., y se asume que el fluido termodinmico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Adems, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores. No hay que olvidar que los grandes motores marinos y de traccin ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos disel.

FasesCompresin, proceso 1-2: es un proceso de compresin adiabtica reversible (isentrpica), es decir sin intercambio de calor con el exterior. Viene a simbolizar el proceso de compresin de la masa fresca en el motor real, en el que en el pistn, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinmico del fluido, aumentando su presin, su temperatura y disminuyendo su volumen especfico, en virtud del efecto adiabtico. En la idealizacin, el proceso viene gobernado por la ecuacin de la isoentrpica P \cdot v^k = cte , con k ndice de politropicidad isoentrpico = Cp/Cv.Combustin, proceso 2-3: en esta idealizacin, el aporte de calor Qp se simplifica por un proceso isbaro (a presin constante). Sin embargo, la combustin Disel es mucho ms compleja: en el entorno del punto muerto superior (PMS) (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia trmica de los fluidos, es decir el retraso que hay entre la inyeccin y la inflamacin espontnea), se inicia la inyeccin del combustible (en motores de automviles, gasleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente autoinflamable y poco voltil). El inyector pulveriza y perliza "atomiza" el combustible, que, en contacto con la atmsfera interior del cilindro, comienza a evaporarse. Como quiera que el combustible de un motor Disel tiene que ser muy autoinflamable (gran poder detonante, ndice de Cetano alto), ocurre que, mucho antes de que haya terminado la inyeccin de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se autoinflaman y dan comienzo a una primera combustin caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse. Esta etapa es muy rpida, y en el presente ciclo se obvia, pero no as en el llamado ciclo Disel rpido, en el que se simboliza como una compresin iscora al final de la compresin. Posteriormente, se da, sobre la masa fresca que no ha sido quemada, una segunda combustin, llamada combustin por difusin, mucho ms pausada y perfecta, que es la que aqu se simplifica por un proceso isbaro. En esta combustin por difusin se suele quemar en torno al 80% de la masa fresca, de ah que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo, tambin es cierto que la inmensa mayora del trabajo de presin y de las prdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en la combustin inicial, por lo que omitirla sin ms slo conducir a un modelo imperfecto del ciclo Disel. Consecuencia de la combustin es el elevamiento sbito del estado termodinmico del fluido, en realidad debido a la energa qumica liberada en la combustin, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor que el fluido termodinmico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isbaro reversible.Explosin/Expansin, proceso 3-4: se simplifica por una expansin isentrpica (adiabtica) del fluido termodinmico, hasta el volumen especfico que se tena al inicio de la compresin. En la realidad, la expansin se produce a consecuencia del elevado estado termodinmico de los gases tras la combustin, que empujan al pistn desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo. Ntese como, como en todo ciclo de motor de cuatro tiempos o dos tiempos, slo en esta carrera, en la de expansin, se produce un trabajo.ltima etapa, proceso 4-1: esta etapa es un proceso isocrico (escape) es decir a volumen constante. Desde la presin final de expansin hasta la presin inicial de compresin. En rigor, carece de cualquier significado fsico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un significado fsico a esta etapa, y la asocian a la renovacin de la carga. , pues, razonan, es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresin y siguen a la expansin: el escape de masa quemada y la admisin de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho ms trabajo que el que implica este proceso (ninguno), y adems ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen especfico constante.Es importante notar cmo, en el ciclo Disel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo termodinmico que lo idealiza, que slo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresin y la de expansin; el proceso de renovacin de la carga.. cae fuera de los procesos del ciclo Disel, y ni tan siquiera es un proceso termodinmico en el sentido estricto.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS CICLOS OTTO Y DISELLas principalesventajasde estos motores, que han motivado su gran desarrollo son: El uso decombustibles lquidos, de gran poder calorfico, lo que proporciona elevadaspotenciasy ampliaautonoma. Estos combustibles son principalmente lagasolinaen los motores Otto y diselen los motores disel. Rendimientos aceptables, aunque raramente sobrepasan el 50% (tngase en cuenta que rendimientos del 100% son imposibles, verciclo de Carnot). Amplio campo de potencias, desde 0,1 kWhasta ms de 30 MW lo que permite su empleo en la alimentacin de mquinas manuales pequeas as como grandes motores marinos.Sin embargo, estos motores no estn exentos deinconvenientes, entre los que cabe sealar: Combustible empleado. Estos motores estn alimentados en su mayora porgasolinaodisel, dos derivados delpetrleoque como sabemos es un recurso no renovable, adems de sufrir su precio fluctuaciones de consideracin. Contaminacin. Los gases de la combustin de estos motores son los principales responsables de la contaminacin en las ciudades (junto con las calefacciones de combustibles fsiles), lo que da lugar a episodios agudos de contaminacin local como ely contribuye de forma importante en fenmenos globales como elefecto invernaderoy consecuentecambio climtico.

APLICACIONES DE LOS CICLOS OTTO Y DIESELSon los motores comnmente utilizados en aplicaciones autnomas (independientes de la red elctrica) emplendose en los automviles, motos y ciclomotores, camiones y dems vehculos terrestres, incluyendo maquinaria de obras pblicas, maquinaria agrcola y ferrocarril; tambin son de este tipo los motores marinos, incluidos los pequeos motores fuera borda. Igualmente fueron empleados en los albores de la aviacin, si bien con posterioridad han sido sustituidos por turbinas, con mejor relacin potencia/peso, mantenindose slo en pequeos motores.En aplicaciones estacionarias, se emplean en grupos generadores de energa elctrica, normalmente de emergencia, entrando en funcionamiento cuando falla el suministro elctrico, y para el accionamiento de mquinas diversas en los mbitos industrial (bombas, compresores, etc.) y rural (cortacsped, sierras mecnicas, etc.) generalmente cuando no se dispone de alimentacin elctrica.

BIBLIOGRAFIA http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo2p/otto.html http://www.motoresdegas.com/index.php?option=com_content&view=section&id=72&laylay=blog&Itemid=71 http://hrcultura.wordpress.com/tercer-corte/ciclos/ http://laurafisica12.wordpress.com/segundo-periodo-grado-once/cicloscarnotdieselotto/ http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna_alternativo