Ciclo Otto

Ingeniería 

E nu nm o t o rd ec o m b u s t i ó ni n t e r n ae x i s t el at r a n s f o r m a c i ó nd ee n e r g í aQ u í m i c ae ne n e r g í a C a l o r í f i c aye s t au l t i m ae ne n e r g í aM e c á n i c a .E ne lm u n d ol a b o r a ld e li n g e n i e r oE l e c t r o m e c á n i c o y / oM e c á n i c oe le s t u d i od ed i s e ñ o ,f u n c i o n a m i e n t oyr e s o l u c i ó nd ep r o b l e m a se l e c t r o m e c á n i c o sd e m o t o r e sd ec o m b u s t i ó ni n t e r n ae sa l g oc o m ú n ,e ld e b e r áe s t a rp r e p a r a d op a r ap o d e rr e s o l v e r s a t i s f a c t o r i a m e n t ee st o si n c o n v e n i e n t e s . E s t ap r á c t i c ac o n s i s t ee np o d e rd e t e r m i n a re lá r e aq u er e p r e s e n t ae lt r a b a j op r o d u c i d op o ru n m o t o ro t t o( m o t o rd ec o m b u s t i ó ni n t e r n ap o ri g n i c i ó nd ec h i s p a )l om a sc e r c a n oal ar e a l i d a dy c o ne s t ed a t oo b t e n e rl u e g ol ap o t e n c i ad e lm o t o r .

E lc i c l oO T T Os ed e s a r r o l l ad el af o r m as i g u i e n t e : 

C a r r e r ad ea s p i r a c i ó n .

L av á l v u l ad ea d m i s i ó ns ea b r e ,p e r m i t i e n d ol ae n t r a d ae ne lc i l i n d r od el am e z c l ad ea i r ey g a s o l i n a .A lf i n a l i z a re s t ap r i m e r ae t a p a ,l av á l v u l ad ea d m i s i ó ns ec i e r r a .E lp i s t ó ns e d e s p l a z ah a s t ae ld e n o m i n a d op u n t om u e r t oi n f e r i o r( P M I ) . 

C a r r e r ad ec o m p r e s i ó n .

L am e z c l ad ea i r eyg a s o l i n as ec o m p r i m ec o nu nm o v i m i e n t od e le m b o l od ed e r e c h aa i z q u i e r d a d e s d ee lP M Ia lP M S.L ap o s i c i ó nq u ea l c a n z ae lp i s t ó ns ed e n o m i n ap u n t om u e r t os u p e r i o r( P M S ) . S er e d u c ee lv o l u m end el am e z c l ac o nu n a“r “r e l a c i ó nd ec o m p r e s i ó n ” :e=V 1 / V 2 . L ap r e s i ó nd el am e z c l aa u m e n t ac o nu n ae x p r e s i ó n P . Vn= c o n t s .Q u ee sl ac o r r e s p o n d i e n t ea l a t r a n s f o r m a c i ó np o l it r ó p i c a.A ll l e g a re le m b o l oa lP . M . S ,l am e z c l as ei n f l a m ac o nu n ac h i s p a , p r o d u c i e n d ol u e g ol ac o m b u s t i ó nd el am e z c l a( e x p l o s i ó n ) ,e s t ac o m b u s t i ó ne si n s t a n t á n e a , e l e v a n d ol at e m p e r a t u r aT 2aT 3yl ap r e s i ó nP 2aP 3 . 

C a r r e r ad ee x p a n s i ó n .

E le m b o l or e g r e s aa lp u n t om u e r t oi n f e r i o rP . M . I , l ae x p a n s i ó ns er e a l i z aat r a v é sd eu n ac u r v a p o l it it r ó p i c a. 

C a r r e r ad e E s c a p e .

L av á l v u l ad ee s c a p es ea b r e ,e x p u l s a n d oa le x t e r i o rl o sp r o d u c t o sd el ac o m b u s t i ó n .A l f i n a l i z a re s t ae t a p ae lp r o c e s ov u e l v e ac o m e n z a r . E lc i c l od ec u a t r ot i e m p o sd e s c r i t oa n t e r i o r m e n t e ,l l a m a d ot e ó r i c o ,e nl ap r á c t i c an os er e a l i z a e x a c t a m e n t ec o m os eh ai n d i c a d o ,e nc u a n t oal o sm o m e n t o sd ea p e r t u r ayc i e r r ed el a sv á l v u l a s , e x i s t i e n d oe nl ar e a l i d a du nd e s f a s ec o nr e s p e c t oal o sm o m e n t o se nq u ee lp i s t ó na l c a n z al o s p u n t o sm u e r t o s .C o ne s t ed e s f a s es ec o n s i g u en os o l a m e n t eu nm e j o rl l e n a d od e lc i l i n d r oym e j o r v a c i a d od el o sg a s e sq u e m a d o s ,s i n oq u es em e j o r al ap o t e n c i aye lr e n d i m i e n t od e lm o t o r .

Maquinas Térmicas

Página 1

Ingeniería 

E lp r i n c i p a lo b j e t i v od el ap r á c t i c ae sg r a f i c a r e lc i c l oi n d i c a d od e lm o t o rO T T O( c u r v a sd e a d m i s i ó n ,c o m p r e s i ó n ,e x p l o s i ó nye x p a n s i ó nd e l m o t o r ), s e g ú nl ac o n s t r u c c i ó nd eB a u e r. A p a r t i rd ee s t eg r a f i c o c o m p r o b a rd em a n e r aa n a l í t i c au np u n t oc u a l q u i e r ad el ac u r v a p o l i t r ó p i c ad el ac o m p r e s i ó n oe x p a n s i ó n. L u e g od ef o r m aa n a l í t i c ac a l c u l a rl ap o t e n c i ai n d i c a d ad e l m o t o r yc o m p a r a re s t ap o t e n c i ac o n l ae n t r e g a d ap o re lf a b r i c a n t e . M e d i re lp u n t om á x i m od el ac o m p r e s i ó n( P 2 ) e ne l c i l i n d r oc o nu n C o m p r e s o m e t r o l u e g o c a l c u l a ra n a l í t i c a m e n t ee lc o e f i c i e n t ep o l it r ó p i c o, l ap o t e n c i ae n t r e g a d ap o rc a d ap o rc a d a c i l i n d r o ,yl ap o t e n c i at o t a l . D e t e r m i n a d oe lf u n c i o n a m i e n t oe l e c t r o m e c á n i c oyt e r m o d i n á m i c od e lm o t o r ,i n v e s t i g a rp o s i b l e s m e j o r a se ne lr e n d i m i e n t od e lm i s m o .

M o t o rF i a t( R e g a t t a8 5 ) . C o m p r e s o m e t r o 0-2 0k g /c m 2 . H e r r a m i e n t a sd et a l l e r . M a n u a ld et a l l e rd e lm o t o r .

P 1 =1 k g / c m2 4c i l i n d r o s

D i á m e t r o =8 6 , 3 8m m C =6 3 , 9 0m m e=9,2:1 P =8 2C . V( a5 6 0 0R P M )

4t i: 4t i e m p o s

V o l u m e nd ec i l i n d r a d a :

Vc 

    2  C  4

   8,638 cm   6,39 cm 2



4

 374 ,4700933 cm 3

V o l u m e nt o t a ld ec i l i n d r a d a :

Vct   Vc  n º cilindro  1497,880373cm3 V o l u m e nd el ac á m a r ad ec o m b u s t i ó n :

V  2 

Vc (    1)

 45,66708455cm3

V o l u m e nt o t a ld e lc i l i n d r o : V 1      V  2  420 ,13779 cm

Maquinas Térmicas

3

Página 2

Ingeniería 

E ne le n s a y os em i d i ól a p r e s i ó nf i n a l d ec o m p r e s i ó nd ec a d ac i l i n d r od e lm o t o r ,e s t a s m e d i c i o n e sf u e r o nr e a l i z a d a sc o nu nc o m p r e s om e t r o . L a s m e d i c i o n e ss er e a l i z os a c a n d ot o d a sl a sb u j í a sd e lm o t o ry a b r i e n d ot o t a l m e n t el aa p e r t u r a d el am a r i p o s ad e lc a r b u r a d o r . C o m op r e c a u c i ó ns ed e s c o n e c t oe lc i r c u i t oe l e c t r ó n i c oq u eg e n e r al ac h i s p ae nl ab u j í a ,q u ee s l an e c e s a r i ap a r aq u es er e a l i c el ae x p l o s i ó ne ne lc i l i n d r o . U n av e zr e a l i z a d oe le n s a y os ep u d ol e v a n t a rt o d o sl o sd a t o sd el ap r e s i ó n d ec o m p r e s i ó nm á x i m a d ec a d ac i l i n d r o c o ne s t ed a t oyc o n o c i e n d ol ag e o m e t r í ad ec a d ac i l i n d r os ep r o c e d i ó a c a l c u l a r ,l ap r e s i ó nm á x i m aa lf i n a ld el ac o m b u s t i ó n ,p r e s i ó na lf i n a ld el ae x p a n s i ó n , e x p o n e n t ep o l it r ó p i c a ,l ap r e s i ó nm e d i a ,t r a b a j oú t i l yl ap o t e n c i ai n d i c a d a . L o sc á l c u l o sm e n c i o n a d o sa n t e r i o r m e n t es er e a l i z a r o nc o nl a ss i g u i e n t e sf o r m u l a s : S et o m ac o m oP 1l ap r e s i ó na t m o s f é r i c aq u ee s=1K g / c m2. P r e s i ó nm á x i m aa lf i n a ld el ac o m b u s t i ó n( P3) e sc a l c u l a d ac o nu n af o r m u l ae m p í r i c ap r o p u e s t a p o r I n g .D a n t eG i a c o s a .

 kg    cm2 

P3  (7    2)0,85

P r e s i ó na lf i n a ld el ae x p a n s i ó n( P4)e sc a l c u l a d aap a r t i rd el af o r m u l ad et r a n s f o r m a c i ó n p o l it r ó p i c ad ee x p a n s i ó n .

P4 

P3  kg    

n

   cm2 

E x p o n e n t ep o l it r ó p i c a( n )e sc a l c u l a d aap a r t i rd el af o r m u l ad el at r a n s f o r m a c i ó n p o l i t r ó p i c a( c o m p r e s i ó nye x p a n s i ó n) .P a r t i e n d od el as i g u i e n t ef o r m u l as ed e s p e j ae le x p o n e n t epo l i t r ó p i c o.A c l a r a c i ó n ,e s t ee x p o n e n t e e sl e v e m e n t ed i f e r e n t ee nl ac u r v ad ec o m p r e s i ó nc o nl ad e e x p a n s i ó nys u sv a l o r e sc a l c u l a d o ss ee n c u e n t r a n h a b i t u a l m e n t e1 , 2 0y1 ,2 5v a l i d o sp a r ac i c l o O T T O .

P1  V 1n  P2  V 2n n

log P2 log   

P r e s i ó nm e d i ai n d i c a d a( P m )e sc a l c u l a d ap o rl ad i f e r e n c i ae n t r el ap r e s i ó nm e d i ai n f e r i o r ( P M i )yl ap r e s i ó nm e d i as u p e r i o r( P M s ) .

         P3  P1   P 2  P1  kg    Pmed    2  P3   P2    ln   ln  cm  P1     P1    

Maquinas Térmicas

Página 3

Ingeniería  T r a b a j oú t i l( W i n d )e se lt r a b a j oú t i li n d i c a d od e lc i c l o ,s ep u e d ea p r e c i a rc o m o e lá r e ae n c e r r a d ap o re lc i c l od e lm o t o r .

Wind   Pmed   VcKgm -P o t e n c i ai n d i c a d a( N )e sl ap o t e n c i ae n t r e g a d ap o re lm o t o rs i nc o n s i d e r a rl a s p e r d i d a sm e c á n i c a s ,s ec a l c u l ac o nl as i g u i e n t ef o r m u l a .

 N  

C i l i n d r o 1 2 3 4

P P 1 2 2 2 k g / c m k g / c m 1 2 1 3 1 2 1 2 , 5

Pmed  Vc   RPM 

900

P 3 2 k g / c m 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0

P 4 2 k g / c m 4 , 4 1 4 , 1 3 4 , 1 2 4 , 2 2

n 1 , 1 2 1 , 1 5 1 , 1 2 1 , 1 4

C .V 

P m 2 k g / c m 8 , 6 7 8 , 4 2 8 , 6 7 8 , 5 5

W i n d . k g m 3 2 , 4 7 3 1 , 5 3 3 2 , 4 7 3 2 , 0 2

N C V 2 0 . 1 7 1 9 . 6 5 2 0 . 1 7 1 9 , 9 5

R P M 1 m i n 5 6 0 0 5 6 0 0 5 6 0 0 5 6 0 0

P a r at a b l an º1s eg r a f i c a r a ,p o rl ac o n s t r u c c i ó nd eB a u e r ,e lc i c l oq u er e a l i z ae l c i l i n d r on º4 .

S ev e r i f i c a r ae lp u n t o2 ”’ d el ac u r v ad ec o m p r e s i ó ns et o m a r al o ss i g u i e n t ed a t o s p a r ae lc á l c u l oa n a l í t i c o ,q u el u e g oe lp u n t oc a l c u l a d os ev e r i f i c a r ac o ne lg r a f i c o . 2 P 1=1K g / c m V 1=4 2 0 ,1 3 7 7 9c m3 n=1 ,1 5 3 V 1 8 0c m 2 ”’ = 2 P , 7 5K g / c m > >e s t ev a l o re so b t e n i d od e lg r a f i c o . 2 ”’g ra fi co=2

F ó r m u l ap o l it r ó p i c a= P1

 V 1n  P2

D e s p e j a m o sP 2 ”’

Maquinas Térmicas

P2

"'

"'

 V  n 2

"'

  V 1    P1   "'   V 2  

n

Página 4

Ingeniería  1,15

 420,13779  P2  1     180   "'

 2,740085803

Kg 2

cm

E r r o r=P 2 ”’ =( 2 , 7 5–2 , 7 4 0 0 8 5 8 0 3 )K g / c m2=9 , 9 1 4 1 9 7 x 1 0 3K g / c m 2 2”’gr af ic o -P

E ne ld i a g r a m aP -Vs et r a z a n2l í n e a sa u x i l i a r e sq u ef o r m a nc o nl o se j e sp r i n c i p a l e sá n g u l o sα yβ q u ec u m p l a nc o nl ac o n d i c i ó n :

      

    

Tabla nº 2:

C i l i n d r o 1 2 3 4

P P 1 2 2 2 k g / c m k g / c m 1 2 , 5 1 3 1 2 , 5 1 2 , 5

P 3 2 k g / c m 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0

P 4 2 k g / c m 4 , 2 4 4 , 0 7 4 , 2 4 4 , 2 4

n 1 , 1 3 8 1 , 1 5 6 1 , 1 3 8 1 , 1 3 8

P m 2 k g / c m 8 , 5 5 8 , 4 3 8 , 5 5 8 , 5 5

W i n d . k g m 3 2 , 0 2 3 1 , 5 6 3 2 , 0 2 3 2 , 0 2

N C V 1 9 , 9 5 1 9 , 6 7 1 9 , 9 5 1 9 , 9 5

R P M 1 m i n 5 6 0 0 5 6 0 0 5 6 0 0 5 6 0 0

E nl am i s m ap r á c t i c as er e a l i z ou n at a b l an º2c u a n d oe lm o t o re s t ac o nl a .C o ne s t at a b l a am o d od ea n á l i s i ss ev eq u el ap r e s i ó nP 2e s m e n o rq u e c u a n d os er e a l i z oc o nl a e s t os ed e b e a q u e e ll l e n a d od el o sc i l i n d r os ev e nl i m i t a d op o re lc i e r r ed el am a r i p o s aya lc o m p r i m i r s ee n c u e n t r ec o nm e n o sc a n t i d a dd ea i r eq u ee nc a s oa n t e r i o r .D em a n e r aq u el a s p r e s i o n e sa ls e rp e q u e ñ aa u m e n t ae lt r a b a j oi n d i c a d o( á r e ae n c e r r a d op o re lc i c l od e l m o t o r ) ,p o rl ot a n t oa u m e n t al ap o t e n c i ai n d i c a d at o t a ld em o t o r .

Maquinas Térmicas

Página 5

Ingeniería 

Tabla nº 3:

C i l i n d r o 1 2 3 4

P P 1 2 2 2 k g / c m k g / c m 1 3 1 3 1 2 , 5 1 2 , 5

P 3 2 k g / c m 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0 5 3 , 0 4 0

P 4 2 k g / c m 4 , 0 7 4 , 0 7 4 , 2 4 4 , 2 4

n 1 , 1 5 6 1 , 1 5 6 1 , 1 3 8 1 , 1 3 8

P m 2 k g / c m 8 , 4 3 8 , 4 3 8 , 5 5 8 , 5 5

W i n d . k g m 3 1 , 5 6 3 1 , 5 6 3 2 , 0 2 3 2 . 0 2

N C V 1 9 , 6 7 1 9 , 6 7 1 9 , 9 5 1 9 , 9 5

R P M 1 m i n 5 6 0 0 5 6 0 0 5 6 0 0 5 6 0 0

T a b l an º3 ,a lc o m p a r a rl a sp r e s i o n e sq u es em i d i ó c o nl ap r i m e r at a b l an os ev eu n av a r i a c i ó ne nc a s it o d o sl o sc i l i n d r o s ,s a l v oe l c i l i n d r on º1a h ís ev eu n ap e q u e ñ av a r i a c i ó n ,e s t on o sq u i e r ed e c i rq u el am e d i d ad e l ap r e s i ó nn os ev ea f e c t a d ac u a n d ol a s bu j í a se s t é np u e s t a s ,l oú n i c oq u eh i z oe sq u e e lm o t o rg i r em a sl e n t op o rl ap r e s i ó nq u ee j e r c ee nl o sd e m á sc i l i n d r o s .

Maquinas Térmicas

Página 6

Ingeniería 

E l c i c l o O T T O i d e a l n o s m u e s t r a u n a n á l i s i s d e u n a p r i m e r a a p r o x i m a c i ó n d e l f u n c i o n a m i e n t od eu nm o t o rO T T O ,ye s t oe ss u p o n i e n d oa la i r ec o m og a sp e r f e c t oy c a l o r e se s p e c í f i c o sc o n s t a n t e sd u r a n t el at r a n s f o r m a c i ó nt e r m o d i n á m i c a .E ne ld i a g r a m a d eB R A U E Rp o d e m o sv i s u a l i z a re lc i c l ot e r m o d i n á m i c od e lm o t o rm a ss e m e j a n t eal a r e a l i d a d ,e sd e c i rh a yc a l o rq u es a l ed e ls i s t e m ad u r a n t ee lp r o c e s o ( n os o na d i a b á t i c o s m = k ) s i n e m b a r g o , a u m e n t a r a n l a s t e m p e r a t u r a s ( d e b i d o a q u e l o s p r o c e s o s n o s o n i s o t é r m i c o se ns ut o t a l i d a d ) ye s t oq u i e r ed e c i rq u el o se x p o n e n t e s “n ” d e b e ns e r m a y o r e sq u e1p e r om e n o r e sq u eK = 1 , 4 . E lá r e ao b t e n i d ab a j ol ac u r v ae ne ld i a g r a m ah e c h or e p r e s e n t ae lt r a b a j od e lc i c l oy l ap o t e n c i aq u ee sl at a s ad ee s t et r a b a j oc o nr e s p e c t oa lt i e m p o ,n oe sl ap o t e n c i a q u ep r o d u c ee nr e a l i d a de lm o t o rp a r ai m p u l s a ra le j e ,s i no m a sb i e nl aq u es ep o d r í a p r o d u c i re ne lp i s t ó nd e lm o t o rs i nf r i c c i ó n .Ae s t os ed e b el ad i f e r e n c i ao b t e n i d ae n l ap o t e n c i aNc o nr e s p e c t oal ad e lf a b r i c a n t e . N oe sn e c e s a r i or e a l i z a rl ap r u e b ac o nl am e z c l aa i r ec o m b u s t i b l e ,p o r q u ep a r an u e s t r o s o b j e t i v o sn oi n f l u y e ,s it u v i é r a m o sq u el ac a n t i d a dd ec a l o rp r o d u c i d oe nl ae x p l o s i ó n s is e r í an e c e s a r i o ,t e n d r í a m o sq u es a b e rq u éc a n t i d a dd ec o m b u s t i b l e / a i r eh a ye nl a c á m a r ad em e z c l a . E lc i c l or e a l i z a d op o re lc i l i n d r on º2 ,d i b u j a d op o re lm é t o d od ec o n s t r u c c i ó nd e 3 2 B a u e rs ep u d ov e r i f i c a rc o nu nc i e r t op a r á m e t r od ee r r o rd e9 , 9 1 4 1 9 7 x 1 0 K g / c m,d e b i d o a lt r a z od el a sl í n e a se nl ah o j am i l i m e t r a d a .E s t en o sq u i e r ed e c i rq u ee su n ab u e n a f o r m ad ea p r o x i m a se lc i c l or e a l i z a d op o re lm o t o r . L ap o t e n c i ai n di c a d ac a l c u l a d ad em a n e r aa n a l í t i c a ,s ea p r o x i m ac o nu ne r r o rd e l 7 , 2 1 3%al ap o t e n c i ad e s c r i t ap o re lf a b r i c a n t e .L ap o t e n c i ad e lm o t o rd e s c r i t ap o re l f a b r i c a n t ee sp o t e n c i ae f e c t i v a ,m i e n t r a sl oq u en o s o t r o sc a l c u l a m o sf u el ap o t e n c i a i n d i c a d a ,s ib i e ne s t o sd o sv a l o r e sn ot e n d r í a nq u es e ri g u a l ,y aq u el ap o t e n c i a i n d i c a d ac a l c u l a d op a r ae s t ep r a c t i c ot i e n es u sl i m i t a c i o n e sc o m op o re j e m p l o ,l a o b t e n c i ó nd el a sp r e s i o n e sP 1 ,P 2 ,P 3 ,P 4 ,s o l ol a sp r e s i o n e sP 1yP 2f u e r o no b t e n i d a c o nu n am e d i c i ó nd i r e c ta ,c o nu ne q u ip oa d e c u a d o ,c o m oe le sc o m p r e s ó m e t r om i e n t r a sq u e l a so t r a sd o sf u e r o no b t e n i d am e d i a n t ef o r m u l ae m p í r i c ayf o r m u l ad eu nm o d e l ot e ó r i c o , p e r on o ss i r v ec o m p a r a re s t a sd o sp o t e n c i a ,p a r av e r i f i c a rq u el ap r a c t i c ar e a l i z a d an o p r e s e n t av a l o r e sp r ó x i m o sal o se n t r e g a d op o re lf a b r i c a n t e .

Maquinas Térmicas

Página 7