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Motores Térmicos – 2.015
TEMA 3 – Ciclos de funcionamiento de los MCIA
Dpto de Máquinas
y Motores Térmicos
TEMA 3: CICLOS TERMODINÁMICOS DE TRABAJO EN LOS MCIA
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TEMA 3 – Ciclos de funcionamiento de los MCIA
Dpto de Máquinas
y Motores Térmicos
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
- CICLOS TERMODINÁMICOS TEÓRICOS OTTO Y DIESEL.
- CICLO TERMODINÁMICOS REALES OTTO Y DIESEL
- CICLOS TERMODINÁMICOS DE AIRE EQUIVALENTE OTTO Y DIESEL
- CICLO TEÓRICO DE AIRE-COMBUSTIBLE
ÍNDICE DE CONTENIDOS
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TEMA 3 – Ciclos de funcionamiento de los MCIA
Dpto de Máquinas
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INTRODUCCIÓN
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
EVOLUCIÓN DEL FLUÍDO
1. ADMISIÓN DEL FLUÍDO MOTOR
2. COMPRESIÓN
3. COMBUSTIÓN Y EXPANSIÓN
4. ESCAPE DE LOS PRODUCTOS QUEMADOS
RENOVACIÓN DE LA CARGA
PROCESO TERMODINÁMICO
BÁSICO
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TEMA 3 – Ciclos de funcionamiento de los MCIA
Dpto de Máquinas
y Motores TérmicosCICLO TEÓRICO EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
OTTO
1-2 � ADMISIÓN: ISÓBARA (Patm)
2-3 � COMPRESIÓN: ADIABÁTICA
3-4 � EXPLOSIÓN: ISÓCORA
APORTE DE CALOR (Q1)
4-5 � EXPANSIÓN: ADIABÁTICA
5-2 � INICIO DE ESCAPE: ISÓCORA
CESIÓN DE CALOR (Q2)
2-1 � ESCAPE: ISÓBARA
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Q1
Q2
TODO OCURRE EN LOS PUNTOS MUERTOS
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Dpto de Máquinas
y Motores TérmicosCICLO REAL EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
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ADMISIÓN
NADA OCURRE EN LOS PUNTOS MUERTOS
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CICLO REAL EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
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COMPRESIÓN
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y Motores TérmicosCICLO REAL EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
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EXPLOSIÓN
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CICLO REAL EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
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ESCAPE
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y Motores Térmicos CICLO REAL EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
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DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓNAAA-RCA-AAE-RCE
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y Motores Térmicos CICLO REAL EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
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DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓNAAA-RCA-AAE-RCE
ÁNGULO DE CADA FASE
AD: 180+AAA+RCA
COM:180-RCA-AE
EXP: 180+AE-AAE
ESC:180+AAE+RCE
SOLAPE:AAA+RCE
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Dpto de Máquinas
y Motores TérmicosCICLO REAL EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
ANÁLISIS DE PÉRDIDAS
A: COMBUSTIÓN NO INSTANTÁNEA � AE.
B: TRANSFERENCIA DE CALOR ENTRE
CILINDRO Y LÍQUIDO DE REFRIGERACIÓN.
C: TIEMPO DE APERTURA DE LA VÁLV. DE
ESCAPE
D: ESFUERZO QUE REALIZA EL MOTOR EN LA
ASPIRACIÓN Y EL ESCAPE:
LAZO DE BOMBEO.
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y Motores TérmicosCICLO REAL EN UN MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
CICLO TEÓRICO EN UN MEC
ADMISIÓN:ISÓBARA (Patm)
COMPRESIÓN:ADIABÁTICA
COMBUSTIÓN:ISÓBARA
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
CICLO TEÓRICO EN UN MEC
EXPANSIÓN:ADIABÁTICA
ESCAPE:ISÓCORA-ISÓBARA
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
CICLO TEÓRICO EN UN MEC
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
CICLO TEÓRICO MIXTO EN UN MEC
3
4
P
P=α
4
5
V
V=β
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
CICLO REAL EN UN MEC
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PRESIÓN MEDIA Y POTENCIA INDICADA
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
PRESIÓN CONSTANTE QUE DURANTE UNA CARRERA
PROPORCIONARÍA UN TRABAJO IGUAL AL INDICADO POR EL CICLO
umii VPW ⋅=
inVPN Tmii ⋅⋅⋅=
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CILINDRO
MOTOR
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PRESIÓN MEDIA EFECTIVA
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
PRESIÓN CONSTANTE QUE DURANTE UNA CARRERA
PROPORCIONA UN TRABAJO IGUAL AL EFECTIVO DEL MOTOR
inVPN Tmee ⋅⋅⋅=
pmie NNN −=
ns2csiendoiczAP2
1N mmPmee ⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅=
O BIEN:
DE MANERA QUE:
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RENDIMIENTO Y CONSUMO ESPECÍFICO
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
cf
ii Hm
Nη
⋅=
&
i
e
mi
me
i
em P
P
N
N
ηη===η
cf
ee Hm
Nη
⋅=
& e
fef N
mg
&=
i
fif N
mg
&=
INDICADO Y EFECTIVO
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CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A V=CTE � MEP
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
1. SUCESIÓN SIMILAR DE PROCESOS QUE EL REAL
2. MISMA RELACIÓN DE COMPRESIÓN VOLUMÉTRICA
3. MISMA APORTACIÓN DE ENERGÍA POR UNIDAD DE MASA
4. MISMA PRESIÓN Y TEMPERATURA AL FINAL DE LA ADMISIÓN
COMPARACIÓN RESPECTO AL REAL
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
WEXP
WCOM
ANÁLISIS DE PROCESOS
1-2 � COMPRESIÓN ADIABÁTICA
2-3 � CALOR A V=CTE � W23=0
3-4 � EXPANSIÓN ADIABÁTICA
4-1 � CESIÓN DE CALOR A V=CTE � W41=0
γγ2211 VPVP ⋅=⋅
γγ4433 VPVP ⋅=⋅
V
P
c
c=γKKg
Kj1CP ⋅
=
KKg
Kj713.0CV ⋅
=
KKg
Kj287R
⋅=
CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A V=CTE � MEP
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
WEXP
WCOM
ap
cedap
ap
ÚTILt Q
Q
W −==η
1
11 −−= γη
ct R
RENDIMIENTO
CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A V=CTE � MEP
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
1. RENDIMIENTO DEPENDE ÚNICAMENTE DE LA Rc
EN EL REAL CONLLEVA INCREMENTOS DE RENDIMIENTO MÁS
BAJOS Y ADEMÁS TAMBIEN DEPENDE DEL GRADO DE ADMISIÓN,
TEMPERATURAS, ETC.
2. LOS RENDIMIENTOS DE LOS CICLOS REALES SE APROXIMAN
MÁS AL CICLO DE AIRE, CUANTO MÁS POBRE ES LA MEZCLA.
CONCLUSIONES RESPECTO AL CICLO REAL
CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A V=CTE � MEP
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
a
cat Q
QQ −=η
)1(1
1
R
11
1c
t −β⋅γα+−α−βα⋅−=η
γ
−γ
1)(βγ
1β
R
11η
γ
1γc
t −⋅−⋅−= −
CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A PRESIÓN LIMITADA � MEC
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Si α = 1
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1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
1. SI β DECRECE Y α CRECE � EL RENDIMIENTO AUMENTA.
2. RENDIMIENTO CRECE LENTAMENTE CON Rc.
3. SI AUMENTA EL GASTO DE COMBUSTIBLE.
CONCLUSIONES RESPECTO AL CICLO REAL
PctePVcte WWW >> lim
CICLO DE AIRE EQUIVALENTE A PRESIÓN LIMITADA � MEC
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CICLO DE AIRE COMBUSTIBLE
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
RELACIÓN IDEAL AIRE/COMBUSTIBLE PARA LOGRAR UNA COMBUSTIÓN COMPLETA
EJEMPLO: COMBUSTIÓN DEL HEPTANO
C7H16 + 11 (O2 + 4N2) � 7CO2 + 8H2O + 44N2
COMBUSTIÓN DEL HEPTANO
PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN
LA GASOLINA ES UN LÍQUIDO DE DENSIDAD APROX. 0,76 KG/L CON HC DE 10500 KCAL/KG.
EL AIRE ESTÁ COMPUESTO POR UN 21% DE O2 Y UN 79% DE NITRÓGENO.
DOSADO
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CICLO DE AIRE COMBUSTIBLE
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
DOSADO
PC7H16 = 100 gr/mol
P 11 (O2 + 4N2) =1584 gr/mol
SON NECESARIOS 15,8 KG DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN COMPLETA DE 1 KG DE HEPTANO.
15/1==aire
combleGASOLINAe m
mF
EN PESO
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DADO QUE LA GASOLINA ES UNA MEZCLA RELATIVAMENTE
HETEROGÉNEA EL DOSADO ESTEQUIOMÉTRICO PUEDE VARIAR,
CONSIDERAREMOS
8,15/1==aire
combleHEPTANOe m
mF
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CICLO DE AIRE COMBUSTIBLE
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
DOSADOδcomble ~ 0,76 kg/l
δ aire ~ 1,16 kg/l
SON NECESARIOS UNOS 10000 LITROS DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN COMPLETA DE 1 LITRO DE GASOLINA.
000.10/1≈=aire
combleGASOLINAe V
VF
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CICLO DE AIRE COMBUSTIBLE
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
DOSADO RELATIVO
< 1 � MEZCLA POBRE
⇒=e
R F
FF
COCIENTE ENTRE EL DOSADO DE TRABAJO Y EL DOSADO ESTEQUIOMÉTRICO
= 1 � MEZCLA ESTEQUIOMÉTRICA
> 1 � MEZCLA RICA
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λ � Inversa del dosado relativo: coeficiente de exceso de aire
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y Motores Térmicos CICLO REAL EN UN MEP 2T
1. CICLOS DE FUNCIONAMIENTO EN LOS MCIA
1 Cierre lumbrera de transferencia
2 Cierre lumbrera de escape
3 Encendido
4 Presión máxima de combustión
5 Apertura del escape
6 Apertura lumbrera de transferencia
P0 Presión atmosférica
P1 Presión de combustión
P2 Presión al abrirse el escape
L Carrera
LE Lumbrera de escape
LT Lumbrera de transferencia
AE Avance del encendido
P
P1
P2
P0
VLE
PMIPMS
AE
LT
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