CARACTERÍSTICAS Y CICLOS

I.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES TÉRMICOS:

SEGÚN EL MODO DE GENERAR EL ESTADO TÉRMICO:

De COMBUSTIÓN EXTERNA (MCE): Al fluido de trabajo se le

transmite el estado térmico a través de una pared.

De COMBUSTIÓN INTERNA (MCI): El estado térmico se genera en el

propio fluido de trabajo (mediante un proceso de combustión).

SEGÚN LA FORMA EN QUE SE RECUPERA LA ENERGÍA MECÁNICA:

ALTERNATIVOS:

Según el encendido de la mezcla aire-combustible:

- Motor de encendido

provocado (MEP)

- Motor de encendido por

compresión (MEC)

Según la forma en que se realiza el trabajo:

- Motor de 4 tiempos (4T): 2

giros de cigüeñal realizan 1

ciclo.

- Motor de 2 tiempos (2T): 1

giro de cigüeñal realiza 1 ciclo.

o ROTATIVOS:

Turbomáquinas: Turbina de gas.

Volumétricos: Motor Wankel.

o REACCIÓN:

Cohetes.

Aeroreactores.

I.2 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LOS MCIA:

CA: Colector de

Admisión.

CE: Colector de

Escape.

VA: Válvula de Admisión.

VE: Válvula de

Escape.

Bu: Bujía.

CC: Cámara de Combustión.

S: Segmentos.

P: Pistón.

Bi: Biela.

M: Manivela.

D: Diámetro del pistón.

S: Carrerera del pistón.

S/D: Relación carrera-

diámetro.

Ap: Sección del pistón.

Vd: Cilindrada Unitaria o

Volumen de Embolada.

Z: Número de Cilindros.

Vt: Cilidrada Total.

Vc: Volumen de la Cámara de Combustión.

Rc: Relación de Compresión.

n: Régimen de Giro.

Cm: Velocidad Media del

Pistón.

I.3 CICLOS REALES DE LOS MCI A 4T:

El ciclo es abierto, se intercambia masa con el exterior durante los procesos de

admisión y de escape.

El fluido operante es reactivo y modifica sus propiedades al producirse la combustión.

Proceso de compresión:

- Hay pequeñas fugas de gas.

- Se produce intercambio de calor entre el fluido y la pared

del cilindro, y por lo tanto el proceso no es adiabático.

- El retraso en el cierre de la válvula de admisión provoca

una pérdida de fluido por la pipa de admisión.

Proceso de combustión:

- Hay pérdidas de calor hacia el fluido refrigerante.

- La combustión es incompleta debido a las imperfecciones

en la formación de la mezcla.

- La velocidad media del pistón y la del frente de llama son

del mismo orden, esto impide que la combustión ocurra

instantáneamente en el PMS.

Proceso de expansión:

- Elevado gradiente de temperatura entre el fluido y la pared

del cilindro, el proceso no es adiabático y ocurren grandes

pérdidas de calor.

- La apertura de la válvula de escape antes del PMI provoca

pérdidas de calor en los gases enviados al exterior.

I.4 DIFERENCIAS ENTRE MEP Y MEC:

CARACTERÍSTICA MEP MEC

Formación de la mezcla Durante la admisión Final de la compresión

Encendido de la mezcla Provocado por una chispa

eléctrica

Autoinflamación del

combustible

Regulación de la carga Cuantitativa Cualitativa

Combustible Gasolina, GLP, GN, Etanol,

Biogas

Gasoil, Fueloil,

Biocombustibles

Fluido operante en el proceso de admisión Aire + Combustible Aire

Relación de compresión 8 a 11 12 a 23

Velocidad media del pistón (m/s)

8 a 16 turismos

15 a 23 deportivos

9 a 13 automoción

6 a 11 estacionarios

Régimen de giro máximo (rpm)

5500 a 8000 automoción

12000 competición

4000 a 5000 automoción

500 a 1500 estacionarios

70 a 200 lentos de 2T

ÍNDICES DEL CICLO DE FUNCIONAMIENTO Y

CURVAS CARACTERÍSTICAS

II.1 PARÁMETROS INDICADOS:

Los parámetros indicados hacen referencia al ciclo cerrado real del motor, es

decir, lo que ocurre dentro de la cámara de combustión (CC).

No tienen en cuenta el trabajo de bombeo (tanto del aire en MEC como la mezcla

aire-gasolina en MEP), los rozamientos mecánicos (fricción segmentos-camisa del

cilindro), ni el accionamiento de auxiliares (como el alternador, el aire

acondicionado, el turbo, ...)

TRABAJO INDICADO (Wi)

Es el trabajo producido en el ciclo cerrado (área encerrada dentro del diagrama p-V).

POTENCIA INDICADA (Ni)

Es el trabajo indicado por unidad de tiempo.

PRESIÓN MEDIA INDICADA (pmi)

Se define como la presión constante que durante una carrera produce un trabajo igual al

trabajo indicado.

2 Tiempos: i = 1

4Tiempos: i = 0,5

RENDIMIENTO INDICADO

II.2 PARÁMETROS EFECTIVOS:

Están referidos al eje del motor (cigüeñal), incluyen:

El ciclo cerrado (parámetros indicados).

El lazo de bombeo (escape + admisión).

Los rozamientos.

Accionamiento de auxiliares (Compresor, aire acondicionado, alternador,...).

TRABAJO EFECTIVO (We)

Es el trabajo indicado menos el de pérdidas mecánicas:

POTENCIA EFECTIVA (Ne)

Es el trabajo efectivo por unidad de tiempo.

La potencia es el producto del par motor por el régimen de giro del mismo. Esto implica

que si tenemos dos vehículos con la misma potencia, el que tenga menos par motor

obtendrá la potencia máxima a un régimen más elevado que el otro. Este echo influye en el

estilo de conducción.

La potencia es necesaria para obtener la velocidad máxima.

PRESIÓN MEDIA EFECTIVA (pme)

Se define como la presión constante que durante una carrera produce un trabajo igual al

trabajo efectivo.

Valores típicos de PME en bar:

MEP Turismos: 8 - 14

MEP Deportivos: 8,5 - 25

MEC Automoción: 6 - 16

MEC 4T Industriales: 5,5 - 23 (motores de camión)

MEC 2T Lentos: 10 - 15 (motores de barcos)

PAR EFECTIVO (Me)

Es el par mecánico obtenido en el eje del motor.

El par es proporcional al trabajo del ciclo y a la pme. El par motor es por así decirlo la

fuerza con que mueve el motor al vehículo e influye directamente sobre las aceleraciones y

recuperaciones del mismo.

RENDIMIENTO EFECTIVO

Es la relación entre la potencia efectiva producida por el motor y la potencia térmica

consumida.

El rendimiento efectivo máximo sólo se alcanza en determinadas condiciones de

funcionamiento.

Valores máximos:

MEP: 0,25 - 0,30 MEC: 0,30 - 0,50

RENDIMIENTO MECÁNICO

CONSUMO ESPECÍFICO EFECTIVO (gf)

Es la cantidad de combustible consumida referida a la potencia mecánica consumida:

Valores típicos:

MEC: 280 - 180 g/KWh MEC: 320 - 280 g/KWh

II.3 ESTIMACIÓN DE LA POTENCIA EFECTIVA:

Podemos expresar el gasto másico de combustible (mf) en función del dosado absoluto (F)

y el gasto másico de aire (ma):

O bien del dosado relativo (FR):

Fe es el dosado estequiométrico

Mezcla pobre: FR < 1

Mezcla estequiométrica: FR = 1

Mezcla rica: FR > 1

La reacción de combustión estequiométrica es una reacción ideal en la que se debe mezclar

1 g de gasolina con 14 g de aire (esto es, un dosado estequiométrico).

Valores típicos de dosado:

Fe Gas Natural 1 / 17

Gasolina 1 / 14,6

Gasoil 1 / 14,5

Fueloil 1 / 13,8

FR MEP en torno a 1

MEC < 0,7