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Ciclo Otto - Funcionamiento del Motor




link: https://www.youtube.com/watch?v=wF_YhUjKI9A&feature=youtu.be

FUNCIONAMIENTO BÁSICO DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

El motor, para poder funcionar adecuadamente, requiere de la formación de una mezcla aire - combustible, que es introducida en cada cilindro, comprimida e inflamada, generara la presión necesaria dentro de dicho cilindro para mover el pistón, el pistón por medio de una biela hace girar el cigüeñal, y este comunica el giro las ruedas, pasando por la caja de velocidades y el diferencial, produciéndose el desplazamiento del pistón cómo resultado de la presión del cilindro, es necesario expulsar los gases quemados, reemplazarlos por mezcla fresca y reiniciar el ciclo.
Podemos mencionar dos tipos clásicos de motores:
Motores a nafta (ciclo Otto) en el cual la combustión de la mezcla y el aire se realiza en forma explosiva con la necesidad de una chispa, la cual se encarga de suministrar el sistema de encendido, por eso se lo conoce cómo motor a explosión.
Motor a gasoil (ciclo diesel) en el cual se realiza la compresión solamente del aire y luego una inyección de un aceite pulverizada lo que produce una combustión más lenta.
Generalmente se lo denomina de 4 tiempos cuando completa el ciclo con 4 movimientos del pistón:




1- Carrera de Admisión
2- Carrera de Compresión
3- Carrera de Expansión
4- Carrera de Escape


CICLO OTTO
Ciclo ideal Otto:

El tipo de fluido que evoluciona este tipo de motor es aire y combustible liviano.

Carrera de Admisión: el pistón se desplaza desde el punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI) manteniéndose abierta la válvula de admisión penetrando una mezcla de aire y combustible finalmente pulverizado.

Carrera de Compresión: el pistón se desplaza desde el PMI al PMS y cómo las dos válvulas se encuentran cerradas se comprime la mezcla previamente ingresada.

Carrera de Explosión y Expansión: al llegar al PMS la mezcla se inflama por presencia de la chispa proveniente de la bujía de 10000 V.
El calor que produce está violenta combustión eleva la temperatura y la presión.
Está transformación se realiza a volumen constante, tengamos en cuenta que es muy rápida.
Aquí es donde se libera la energía del combustible y el sistema recibe un importante aporte de calor.
Estos gases a elevadas temperaturas impulsan el pistón desde el PMS al PMI produciéndose la expansión adiabática (sin intercambio de calor).
La temperatura desciende y la presión. Cuando el pistón llega al PMI se completa otra media vuelta del cigüeñal. Poco después se abre la válvula de escape.

Carrera de escape: el pistón se desplaza desde el PMI al PMS barriendo los gases de combustión que salen a través de la válvula de escape. Cuando se abre la válvula la presión descendió

Ciclo real Otto
En el ciclo teórico que estudiamos anteriormente no tuvimos en cuenta ciertos fenómenos que ocurren en los procesos termodinámicos como:

· Tiempo en que se realiza la combustión
· Evolución politrópica tanto en la compresión como en la expansión.
· Resistencia de los conductos al paso de los fluidos.
· Transferencias de calor de las masas metálicas

Si tomamos el diagrama real un motor notaremos la incidencia de aquellos factores y las correcciones que se realizan con el fin de mejorar el rendimiento térmico.

Admisión: En esta carrera para lograr que la mezcla de aire combustible ingrese al cilindro, se debe vencer la resistencia del filtro de aire, carburador y conductos.
Todo esto trae como consecuencia que el pistón en su carrera descendente debe realizar un trabajo negativo, tanto mayor como sean estas resistencias antes mencionadas.

Compresión: En esta evolución la mezcla aire combustible es comprimida dentro del cilindro hasta alcanzar la temperatura optima.
Luego de esto se produce el encendido de la chispa. En el cilindro en este tipo de motores es una masa metálica refrigerada. Los elementos fundamentales que constituyen el sistema de refrigeración son el radiador, la bomba de agua termostatos y mangueras. Todo esto hace que el resultado de la transformación sea politrópica. Debemos recordar que la temperatura del motor se debe mantener dentro de cierto rango para lograr una efectiva lubricación de sus componentes.
Ignición: La ignición se produce por el salto de la chispa dentro del fluido comprimido a una determinada temperatura. La combustión es rápida pero no es instantánea como la pretende el ciclo teórico.
El tiempo real oscila entre 0.01-0.001 seg. , por lo tanto debemos tener en cuenta que si hacemos saltar la chispa al llegar al PMS la combustión se realizara cuando el motor esta retrocediendo, lo mencionado anteriormente produce una perdida importante en el ciclo.
Para dar solución a este problema se anticipa la chispa antes de llegar al PMS, está es lo que denomina avance al encendido, corrección en el ciclo real.
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Expansión: La expansión de los gases se produce según una transformación politrópica.
Podemos apreciar una perdida de trabajo respecto al ciclo ideal.

Escape: Finalizada la combustión de la mezcla los gases deben ser retirados del cilindro para el ingreso de la nueva mezcla y completar el ciclo.
Si esperamos abrir la válvula de escape en la coincidencia con el final de la carera de expansión la carrera de escape se iniciara con precisión dentro del cilindro. Para corregir este problema que demanda una potencia adicional se procede a comenzar la apertura de la válvula de escape antes de finalizar la carrera de expansión, por tanto cuando iniciamos la carrera de escape la presión interna a disminuido notablemente reduciendo en gran medida el trabajo requerido para dicha operación. Como vemos en le dibujo anterior solo el 35% de la energía entregada por el combustible el motor lo transforma en trabajo útil, ósea para mover el auto.





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