Técnicas del automóvil motores

ANALISIS DE LOS CICLOS. DIAGRAMAS El ciclo a volumen constante Este ciclo fue enunciado en 1862 por Beau de Rochas con el título de “ciclo de cuatro tiem­ pos”. Posteriormente, el alemán Otto lo aplicó a un motor térmico, denominándolo “ciclo de Otto”. En la Figura 1.31 se han representado las gráficas correspondientes a este ciclo teórico, tanto en coordenadas p-v como en T-S. Las transfonnaciones termodinámicas (referidas a las gráfi­ cas citadas) que tienen lugar son: • Compresión adiabática (1-2): El fluido activo es comprimido en el interior del cilindro sin intercambio de calor con el exterior. La compresión lleva al gas hasta una cierta temperatu­ ra, insuficiente para provocar su inflamación. El trabajo realizado por el pistón es el corres­ pondiente al área 1-2-5-6-1 en el diagrama p-v. La presión alcanzada por el gas al final de esta transformación es: Pj/Pi = (V¡/V;^K Lla­ mando /? a la relación de volúmenes V¡/V 2 (correspondientes a las posiciones del pistón en el p.m.i y p.m.s., respectivamente), la anterior expresión queda así: P 2 /P] = R , ^ P 2 = P iR \ expresión ésta que nos permite calcular la presión al final de la compresión, conocida la relación de compresión del motor. El exponente tiene por valor 1,33 para los gases mezcla de aire y gasolina, y 1,4 para el aire. Ejemplo de aplicación: Calcular la presión y temperatura alcanzadas por el gas mezcla de aire y gasolina comprimido en el cilindro de un motor de relación de compresión 9:1, que es admitido a la presión de 1 bar y a una temperatura de 90 °C. P¡ = P,R^= I = 18,58 bar T 2 = T,R^‘ = (90 + 273) 9 "-’^ = 750 °K = 477 "C • Transformación isócora (2-3): En esta fase, se introduce calor de manera instantánea (por medio de una chispa eléctrica que produce la inflamación del gas), de manera que se eleve bruscamente la presión, sin que el pistón haya tenido tiempo de desplazarse durante esta transformación a volumen constante. El calor suministrado en esta fase está representado por el área 2-3-6-5-2 en el diagrama T-S y puede ser calculado de manera aproximada a partir de la masa de combustible introducida en el cilindro. Teniendo en cuenta que un kilogramo de combustible necesita combinarse con 14,7 Kg de aire para una perfecta combustión (mezcla estequiométrica), la masa de combustible que debe ser introducida en el cilindro en cada ciclo viene dada por la expresión: G = V, S - 8 ■Iff'^ gramos, siendo G la masa de combustible, V, la cilindrada del motor, y J la densidad del combustible. La inflamación de este combustible genera una cantidad de calor Qi que viene dada por la expresión: Q\ = G ■ siendo el poder calorífico del combustible. Ejemplo: Calcular el