cliclo ideal y ciclo real de los ciclos otto y diesel-fluidos compresibles

CONTENIDO. Introducción………………………………………………………………………...

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Capitulo I (Justificaciones) . Justificación………………………………………………………………………... 4 … Objetivo general y específico……………………………………………………. 5 … Capitulo II (Desarrollo) . Fundamento teórico……………………………………………….………………… 6 Ciclo reales……………………………………………………………………………. 6 Pérdidas de tiempo………………………………………………………………... 7 Combustión progresiva…………………………………………………………... 7 Perdidas de calor………………………………………………………………….. 7 Perdidas de escape……………………………………………………………….. 7 Ciclo ideal……………………………………………………………………………... 9 Volumen constante………………………………………………………………... 9 Presión constante…………………………………………………………………. 9 El ciclo Otto ideal............................................................................................... 9 Ciclo Diesel ideal................................................................................................ 10 Consideraciones finales sobre el ciclo ideal de aire...................................... 10 Comparación…………………………………………………………………………. Comparación de los ciclos real e ideal………………………………………….. Capitulo III (Conclusiones) . Conclusión….………………………………………………………………………

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Bibliografía………...………………………………………………………….…… Anexo…………………………………………………………………………………

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INTRODUCCIÓN Durante el paso por el motor el fluido de trabajo está sometido a una serie de transformaciones químicas y físicas (compresión, expansión, combustión, transferencia de calor a través de las paredes, rozamientos en el interior del fluido y con las paredes, etc.) que constituyen el ciclo del motor. Para los ciclos teóricos, las aproximaciones normalmente empleadas, en orden de similitud con las condiciones reales, son tres, y son llamadas: ciclo ideal, ciclo de aire, ciclo de aire-combustible. Estos ciclos teóricos han de confrontarse en la práctica con los ciclos reales, obtenidos experimentalmente mediante aparatos llamados indicadores. Por esto al ciclo real se le llama también ciclo indicado.

JUSTIFICACION 2

CAPITULO I (Justificaciones)

El ciclo real refleja las condiciones reales del funcionamiento y su identificación de presión es medida en el cilindro que corresponde a las diferentes posiciones del pistón. Entre el ciclo real y el ciclo ideal correspondiente existen diferencias sustanciales tanto en la forma del diagrama como en los valores de temperaturas y presiones. La diferencia de forma consiste en un perfil distinto en las curvas de expansión y compresión, en la sustitución de los trazos rectilíneos de introducción y sustracción del calor por trazos curvos y el redondeamiento de los ángulos agudos.

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OBJETIVO GENERAL Y ESPECÍFICO OBJETIVO GENERAL Conocer la importancia y el funcionamiento de los ciclos reales e ideales y sus aplicaciones en la vida real.

OBJETIVOS ESPECIFICOS    

Conocer más sobre los ciclos reales e ideales Donde aplican los ciclos reales e ideales Cuál es su la finalidad de cada ciclo La comparación que hay entre los dos ciclos

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FUNDAMENTO TEÓRICO CAPITULO lI (Desarrollo)

CICLO REALES Registra el las presiones en función de los volúmenes en el cilindro. El diagrama indicado refleja las condiciones reales del ciclo y por lo tanto tiene en cuenta también las pérdidas de calor, la duración de la combustión, las pérdidas debidas al rozamiento en el fluido, a la duración del tiempo de apertura de las válvulas, al tiempo de encendido, al tiempo de inyección, y las pérdidas en el escape.

Estudia la influencia que ejercen sobre el diagrama del ciclo las condiciones reales (no ideales): - pérdidas de carga en válvulas. - retardos en apertura de válvulas. - compresión y expansión no exactamente politrópicas. Las válvulas de admisión y de escape usuales en los compresores actuales abren o cierran obedeciendo únicamente a diferencias de presión, con un resorte en forma de lámina

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Pérdidas de tiempo En el proceso de combustión existe un frente de llama que tiene que recorrer toda la cámara de combustión para que la combustión se complete.

Combustión progresiva Debido a que las condiciones de presión y temperatura a lo largo del periodo de combustión varían, el rendimiento del proceso también varía, dando lugar a una pérdida.

Pérdidas de calor Es necesario refrigerar la cámara de combustión y esto provoca las pérdidas de calor. La mayor transmisión de calor se produce durante el proceso de expansión y escape, siendo muy poco lo que se produce durante la compresión. Durante el proceso de admisión el calor se transmite de las paredes al fluido (ganancia de calor).

Pérdidas de escape La válvula de escape se abre antes del PMI intencionadamente para mejorar el proceso de renovación de la carga. Lo que se pierde en el proceso de expansión se recupera en el proceso de renovación de la carga, por lo que en cierto modo no se pueden considerar como pérdidas

Se analiza a partir del diagrama indicador (medidas de presión en el cilindro)

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Todo el combustible se quema a presión constante, son de tipo ciclo motor diésel lentos.

CICLO IDEAL Supone que el fluido de trabajo está constituido por aire y que se comporta como un gas perfecto. En consecuencia los valores de los calores específicos se consideran constantes e iguales a los del aire en las condiciones normales de 288 K (15 C) de temperatura y 1,013 bar (1 atmósfera) de presión. Se supone además que las fases de introducción y de extracción de calor tienen una duración bien determinada, que depende del tipo de ciclo (Otto, Diesel, Sabathé) y que en las demás fases del ciclo no se producen pérdidas de calor. Está claro que, con estas hipótesis, los valores máximos de temperatura y de presión, y por lo tanto el trabajo y el rendimiento térmico calculados para el ciclo ideal, son mayores que los de los otros tipos de ciclos. El ciclo ideal representa por lo tanto el límite máximo que el motor puede teóricamente alcanzar en lo concerniente a prestaciones y permite un estudio

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matemático sencillo basado en las leyes de los gases perfectos. A este nos referiremos en lo que sigue, cuando digamos ciclo teórico.

Volumen constante: La aportación de calor al fluido se hace instantáneamente en el punto muerto superior al final de la carrera de compresión. 1. El rendimiento aumenta con la relación de compresión. 2. El rendimiento sólo depende de la relación de compresión. 3. El rendimiento aumenta con γ la cual disminuye con el dosado.

Presión Constante: Es una particularización del anterior en el que ALFA es 1 y todo el combustible se quema a presión constante.

El ciclo Otto ideal El ciclo Otto teórico es el ciclo ideal del motor de encendido por chispa (ECh), y está representado gráficamente en la figura en coordenadas p-v. Los procesos termodinámicos que tienen lugar durante el ciclo son: 1-2. Adiabático o isentrópico (sin transferencia de calor con el exterior): compresión del fluido de trabajo, correspondiente al trabajo W1 realizado por el pistón. 2-3. A volumen constante: introducción instantánea del calor aportado Q1. 3-4. Adiabático: expansión, correspondiente al trabajo W2 realizado por el fluido de trabajo. 8

4-1. A volumen constante: extracción instantánea del calor Q2 En realidad en los motores de 4 tiempos la extracción del calor se produce durante la carrera de escape 1 - 0 y el fluido es introducido en el motor en la carrera de admisión 0 - 1. Sólo valen los puntos del espacio p,V,T que cumplen con la ecuación de los gases perfectos.

Ciclo otto teorico Conclusiones principales: 1. El rendimiento aumenta con la relación de compresión. 2. El rendimiento sólo depende de la relación de compresión. 3. El rendimiento aumenta con  la cual disminuye con el dosado.

Ciclo Diesel teórico Es el ciclo teórico de los motores de encendido por compresión. La diferencia fundamental entre los ciclos Otto y Diesel está en la fase de aportación del calor. En el ciclo Otto el calor es introducido a volumen constante, mientras en el ciclo Diesel es introducido a presión constante.

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Ciclo Diesel teorico

CONSIDERACIONES IDEAL DE AIRE 

     

FINALES

SOBRE

EL

CICLO

Los motores de encendido provocado tienen menor relación de compresión que los motores de encendido por compresión y dentro de estos últimos los lentos tienen menor relación de compresión que los rápidos. La comparación de ciclos sólo tiene sentido para situaciones similares. En motores de encendido provocado el calor aportado por unidad de masa es mayor (mayor dosado). El grado de explosión a volumen constante  está muy relacionado con la primera fase de la combustión en MEC. En MEC la relación de compresión mínima viene fijada por razones de arranque en frío y en MEP la relación de compresión máxima viene fijada por razones de detonación (picado de biela). Las presiones máximas son mayores en los MEC rápidos que en los lentos y son menores aún en los MEP.

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DIFERENCIAS ENTRE LOS CICLOS OTTO Y DIESEL REALES Y TEÓRICOS. Las diferencias de forma del ciclo indicado con respecto al teórico consisten en un diferente recorrido seguido por las curvas de expansión y de compresión, en la sustitución de los tramos rectilíneos y en la sustitución de los ángulos por curvas de enlace. Las causas de estas diferencias han de buscarse en las siguientes razones: a) Pérdidas de calor. En el ciclo teórico son nulas, en el ciclo real son en cambio apreciables. Puesto que el cilindro y la culata están refrigerados, una parte del calor es transmitida por el fluido a las paredes. Las líneas de compresión y expansión no son por lo tanto adiabáticas, sino politrópicas con exponente n diferente de  . Como el fluido sufre pérdidas de calor, para la expansión se tendrá n >  y para la compresión n < . Se verifica por lo tanto una pérdida de trabajo útil correspondiente a las áreas A. b) Combustión no instantánea. En el ciclo Otto teórico se supone que la combustión se realiza a volumen constante, es decir, que es instantánea, en el ciclo real, en cambio, se requiere un cierto espacio de tiempo. Si el encendido tuviera lugar coincidiendo con el P.M.S., la combustión tendría lugar mientras el pistón se va alejando de él, y el valor de la presión sería inferior al previsto con la consiguiente pérdida de trabajo útil. Por ello conviene anticipar el encendido de modo que la combustión pueda llevarse a cabo en su mayor parte cuando el pistón se encuentra en las cercanías del P.M.S. Esto produce un redondeamiento de la línea teórica de aportación de calor, y por lo tanto una pérdida de trabajo útil representada por las áreas B, pero esta pérdida resulta de magnitud mucho menor que la que se tendría sin adelanto del encendido. En los motores Diesel la combustión se realiza en condiciones tales que la presión varía durante el proceso, mientras que en el ciclo teórico habíamos supuesto que se mantiene constante. En realidad la combustión se realiza en parte a volumen constante y en parte a presión constante, casi como en el 11

ciclo Otto real. Sólo en el caso de motores muy lentos la combustión se aproxima un poco al proceso teórico. c) Tiempo de apertura de la válvula de escape. En el ciclo teórico se ha supuesto que también la extracción de calor se lleva a cabo instantáneamente coincidiendo con la posición del pistón en el P.M.I, En el ciclo real la extracción de calor se produce durante un tiempo relativamente largo. La válvula de escape debe abrirse anticipadamente para dar tiempo a una parte de los gases quemados para salir del cilindro antes que el pistón alcance el P.M.I., de modo que la presión descienda aproximadamente hasta el valor de la presión exterior al comienzo de la carrera de escape. Este hecho produce una pérdida que sin embargo es menor que la que se tendría sin el avance de la apertura de la válvula de escape. d) Aumento de los calores específicos del fluido con la temperatura. Tanto el calor específico a presión constante cp como el a volumen constante cv, de un gas real aumentan con la temperatura, pero de modo que su diferencia permanece constante, es decir, cp-cv= R, en consecuencia al aumentar la temperatura disminuye el valor de y. De lo anterior se deduce que los valores de la presión y de la temperatura máxima resultan siempre inferiores a los obtenibles en el caso de que los calores específicos fueran constantes para las variaciones de temperatura. e) Pérdidas en la renovación de la carga. El ciclo real presenta otra diferencia importante en comparación con el ciclo teórico. Durante la carrera de admisión la presión en el cilindro es inferior a la que se tiene durante la carrera de escape. Salvo casos particulares, durante la admisión la presión es inferior a la atmosférica y durante el escape es superior. Se crea por lo tanto en el diagrama indicado un área negativa D que corresponde a trabajo perdido. Este trabajo, realizado por el motor para llevar a cabo la admisión y el escape, se llama trabajo de bombeo y generalmente se evalúa como trabajo perdido por rozamiento.

COMPARACIÓN Entre el ciclo real y el ciclo ideal correspondiente existen diferencias sustanciales tanto en la forma del diagrama como en los valores de temperaturas y presiones. La diferencia de forma consiste en un perfil distinto en las curvas de expansión y compresión, en la sustitución de los trazos rectilíneos de introducción y sustracción del calor por trazos curvos y el redondeamiento de los ángulos agudo. Las causas de tales diferencias se fundan en las siguientes razones:

COMPARACIÓN DE LOS CICLOS REAL E IDEAL 12

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CONCLUSIÓN El ciclo Brayton es un ciclo de potencia de gas y es la base de las turbinas de gas. Tiene como función transformar energía que se encuentra en forma de calor a potencia para realizar un trabajo, tiene varias aplicaciones, principalmente en propulsión de aviones, y la generación de energía eléctrica, aunque se ha utilizado también en otras aplicaciones. Este puede ser operado de varias maneras, ya sea abierto o cerrado, existen formas de optimizar su rendimiento, pero hay que tener mucho cuidado en examinar si vale la pena hacer cambios. Una manera de mejorar un ciclo cerrado es la regeneración empleando parte de la energía desechada para calentar los gases que dejan el compresor y, por ende, reducir la transferencia de calor requerida por el ciclo Para el mejor estudio de los ciclos de potencia se utiliza una manera idealizada de los mismos en la que se eliminan ciertos puntos para no complicar su razonamiento, en estas formas de análisis todos los procesos, son reversibles.

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BIBLIOGRAFÍA

 https://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_re al.pdf  http://www.km77.com/glosario/p/puntmuer.asp  https://sites.google.com/site/todomecanicabasica/home/ciclo-real-cuatrotiempos  https://es.scribd.com/doc/55040206/Ciclo-Ideal-y-Real  http://html.rincondelvago.com/ciclo-de-brayton.html  PDF ciclo comparados

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ANEXOS Adosado: pegadoarrimado, adherido, adyacente, contiguo, junto, unido, anexo Carrera (s). Distancia entre el P.M.S. y el P.M.I., igual, salvo en raras ocasiones, al doble del radio de manivela del cigüeñal. Diámetro o calibre (D). Diámetro interior del cilindro. Medido generalmente en mm. el pistón cuando este está en el P.M.S. medido generalmente en cm3 o en litros Particularización: Exposición o referencia detallada y concreta que se hace de alguna cosa Politrópicas: una línea que representa un proceso real (con fricción y/o pérdida/ganancia de calor) en el que se da una cierta variación de la presión. Punto muerto inferior (PMI): Es el punto más cercano al cigüeñal que alcanza el pistón en su movimiento alternativo dentro del cilindro. Antes de llegar a ese punto, el pistón reduce su velocidad, se para, e inicia un nuevo recorrido en sentido contrario en constante aceleración hasta que alcanza su velocidad lineal máxima. Punto muerto superior (PMS): Es el punto más cercano a la culata que alcanza el pistón en su movimiento alternativo dentro del cilindro. Antes de llegar a ese punto, el pistón reduce su velocidad, se para, e inicia un nuevo recorrido en sentido contrario en constante aceleración hasta que alcanza su velocidad lineal máxima. Relación volumétrica de compresión (): relación entre el volumen total del cilindro V1 y el volumen de la cámara de combustión V2,. Generalmente se la llama simplemente relación de compresión: Volumen de la cámara de combustión o volumen de espacio libre (V2): Volumen comprendido entre la cabeza y Volumen desplazado por el pistón o cilindrada unitaria (V1 – V2): Volumen generado por el pistón en movimiento desde el P.M.S. al P.M.I. medido generalmente en cm3 o en litros Volumen total del cilindro (V1): Volumen comprendido entre la cabeza o culata y el pistón cuando este está en el P.M.I., medido generalmente en cm3 o en litros.

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