Republica Bolivariana De Venezuela

Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica De La Fuerza Armada

Extensión Turen _ Núcleo Portuguesa

Estudiantes:

Juan Restrepo

María Cabaña

Vanessa Rojas

Prof.: Luz Mesa

Carrera Ing. Mecánica

V semestre

Turen, Marzo de 2015

Ciclo Sobrealimentado

Para aumentar el rendimiento térmico de un motor ha de conseguirse una completa combustión de la mezcla en la cámara de combustión introduciendo en el cilindro una mayor cantidad de aire, lo que permitirá a su vez introducir mayor cantidad de combustible, aumentando con ello la potencia del motor entre un 20% y un 100%.

La sobrealimentación puede realizarse en motores de gasolina de grandes prestaciones y en motores Diesel. En los motores de gasolina, la sobrealimentación se consigue mediante el sistema de inyección directa, introduciendo la gasolina directamente al cilindro, con lo que se consigue una rápida pulverización del combustible en el aire y la máxima potencia del motor; pero, es en el Diesel donde se consiguen los mejores resultados con grandes aumentos de potencia a igualdad de cilindrada.

La sobrealimentación se consigue por medio de compresores accionados directamente por el motor mediante acoplamiento mecánico o por medio de turbina movida por los gases del escape; por tanto, para introducir el aire suplementario en los cilindros se emplean:

* Compresores volumétricos

* Turbo - Compresores

Ciclo Diesel

Ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovación de la carga., y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, 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 tracción ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos diesel.

Fases

1. Compresión, proceso 1-2: es un proceso de compresión adiabática reversible (isotrópico), es decir sin intercambio de calor con el exterior. Viene a simbolizar el proceso de compresión de la masa fresca en el motor real, en el que en el pistón, estando en el punto muerto inferior empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinámico del fluido, aumentando su presión, su temperatura y disminuyendo su volumen específico, en virtud del efecto adiabático.

2. Combustión, proceso 2-3: en esta idealización, el aporte de calor se simplifica por un proceso isóbaro Sin embargo, la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del punto muerto superior, se inicia la inyección del combustible (en motores de automóviles, gasóleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente auto inflamable y poco volátil). El inyector pulveriza y perliza

"atomiza" el combustible, que, en contacto con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse. Como quiera que el combustible de un motor Diesel tiene que ser muy auto inflamable ocurre que, mucho antes de que haya terminado la inyección de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se auto inflaman y dan comienzo a una primera combustión 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 rápida, y en el presente ciclo se obvia, pero no así en el llamado ciclo Diesel rápido, en el que se simboliza como una compresión isocora al final de la compresión.

3. Explosión/Expansión, proceso 3-4: se simplifica por una expansión isotrópico del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el punto Superior hacia el punto inferior, produciendo un trabajo. Nótese como, como en todo ciclo de motor de cuatro tiempos o dos tiempos, solo en esta carrera, en la de expansión, se produce un trabajo.

4. Última etapa, proceso 4-1: esta etapa es un proceso isocórico (escape) es decir a volumen constante. Desde la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de cualquier significado físico, 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 físico a esta etapa, y la asocian a la renovación de la carga. , pues, razonan, es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresión y siguen a la expansión: el escape de masa quemada y la admisión de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho más trabajo que el

que implica este proceso (ninguno), y además ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen específico constante.

Ciclo Brayton

Es un ciclo termodinámico que consiste, de forma más sencilla en una etapa de compresión adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido compresible. Es uno de los ciclos termodinámicos con una amplia aplicación, al ser la base un motor de turbina de gas, por lo que el producto de ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para producción de energía eléctrica o algún otro

aprovechamiento.

El ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de un motor de turbina de gas, como los utilizados en las aeronaves. Las etapas del proceso son las siguientes:

1. Admisión

El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina

2. Compresor

El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor (movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una compresión adiabática A→B.

3. Cámara de combustión

En la cámara, el aire es calentado por la combustión del queroseno. Puesto que la cámara está abierta el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isóbaro B→C.

4. Turbina

El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se expande y se enfría rápidamente, lo que se describe mediante una expansión adiabática C →D.

5. Escape

Por último, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al exterior. Técnicamente, este es un ciclo abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que sí entra en la misma

cantidad y a la misma presión, en este modelo el aire de salida simplemente cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca ya frío. En el diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento a presión constante D→A.

Existen de hecho motores de turbina de gas en los que el fluido efectivamente recircula y solo el calor es cedido al ambiente. Para estos motores, el modelo del ciclo de Brayton ideal es más aproximado que para los de ciclo abierto.

Ciclo brayton Regenerativo

En ocasiones se presenta que la temperatura de los gases a la salida de la turbina en el ciclo Brayton es mayor que la temperatura del aire a la salida del compresor.

El ciclo regenerativo aprovecha esta diferencia de temperaturas para transferir a un regenerador o intercambiador de calor, energía térmica de los gases que salen de la turbina, al aire que sale del compresor.

En los motores de las turbinas de gas, la temperatura de los gases de escape que salen de la turbina suelen ser bastante mayor que la temperatura del aire que abandona el compresor. Por consiguiente, el aire de alta presión que sale del compresor puede calentarse transfiriéndole calor de los gases de escape calientes en un intercambiador de calor a contraflujo, el cual se conoce también como un regenerador o recuperador.

Ciclo Brayton con interenfriamiento

Una Turbina de Gas, es una turbo máquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomáquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí.

Las turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeración.

Lo que se hace en este ciclo básicamente es aumentar la cantidad de ciclo ya sea para la compresión (interenfriamiento) como para turbina (recalentamiento) aproximando cada proceso al isotérmico disminuyendo

su trabajo tanto de compresión como de expansión. 

La combustión en las entradas de las turbinas ocurre comúnmente en 4 veces la cantidad requerida de aire para la completa combustión, para evitar temperaturas excesivas.

El trabajo neto de un ciclo de turbina de gas es la diferencia entre trabajo neto de turbina y entrada de trabajo de compresor y puede incrementar si se reduce el trabajo del compresor o si aumenta el de la turbina, o ambos. El trabajo para comprimir un gas entre dos presiones especificadas puede disminuir si se efectúa compresión de etapas múltiples con ciclo Brayton con regeneración. 

Expansión

Tan común es realizar trabajo termodinámico expandiendo un gas para que empuje algo.Es lo que sucede en muchísimas máquinas que construye el ser humano, en las que algún gas se calienta y luego se expande empujando un pistón… tal vez no para levantar muebles sino para hacer girar ejes –como sucede, por ejemplo, en el motor de un coche– pero el concepto es el mismo. Eso sí, recuerda que el trabajo, en Termodinámica, puede tomar muchas

otras formas que no sean ésta, dada la “amplitud” de su definición por exclusión. Ésta es simplemente una muy común.

Ciclo con Recalentamiento

El recalentamiento consiste en prolongar la etapa de absorción de calor para producir un sobrecalentamiento del vapor saturado elevando su temperatura. De esta forma, las limitaciones de temperatura máxima ya

no son de tipo termodinámico sino que vienen impuestas por la resistencia térmica del material en contacto con el vapor en su punto de máxima temperatura, es decir, a la entrada de la turbina. El rendimiento de este ciclo es superior al del de Rankine simple, pues si se descompone el nuevo ciclo en ciclos diferenciales de Carnot, las temperaturas de los focos calientes de los ciclos añadidos son mayores, por lo que éstos contribuyen a incrementar el rendimiento. Además el rendimiento isotrópico de la turbina se incrementa por encontrarse el vapor a la salida de la misma mas seco.

En un intento de mejorar aún más el rendimiento del ciclo, es posible realizar varios recalentamientos del vapor a diferentes presiones, para lo cual la turbina se descompone en dos o tres cuerpos (de alta y de baja presión,

o de alta, media y baja presión respectivamente) unidos generalmente por un mismo árbol entre los cuales el vapor, en condiciones próximas a las de saturación, se dirige a recalentadores específicos integrados o no en la propia caldera. El calentamiento al que se somete el vapor en cada caso en condiciones de diseño suele apurarse hasta la máxima temperatura recomendada para el material de los álabes de entrada de los diferentes cuerpos de la turbina.

Ciclo Impulsor Por Reacción

Es un tipo de motor que descarga un chorro de fluido a gran velocidad para generar un empuje de acuerdo a las Leyes de Newton.

Esta definición generalizada del motor de reacción incluye turborreactores, turbofanes, cohetes, estatorreactores y motores de agua, pero, en su uso común, el término se refiere generalmente a una turbina de gas utilizada para producir un chorro de gases para propósitos de propulsión. Los motores de reacción pueden ser datados desde el siglo I d. C. , cuando Herón de Alejandría inventó la eolípila. Ésta utilizaba el poder del vapor dirigido a través de dos salidas, que causaba que una esfera girase rápidamente sobre su eje dando así un giro raramente hexagonal. Sin embargo, el aparato nunca fue utilizado para realizar trabajos mecánicos y las potenciales aplicaciones prácticas de la invención de Herón no fueron reconocidas. Se consideró como una curiosidad, ya que no tenía uso alguno y en su momento no tenía utilidad específica.