Ciclo Otto teórico: motor de cuatro tiempos

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR GUAYAQUIL

• Ciclo Otto Teórico:
• Típicamente
• el ciclo lo describe un sistema cilindro-pistón, accionado por un
• mecanismo biela-manivela. La descripción del ciclo Otto teórico
• se hizo en un punto anterior. Aquí tenemos que recordar los siguientes
• aspectos básicos que valen para un ciclo de cuatro tiempos:
• El pistón se mueve entre dos extremos llamados Punto Muerto
• Superior (PMS) y Punto Muerto Inferior (PMI). Se usa el término
• de punto muerto pues cuando el cigueñal se mueve una cierta
• cantidad de grados en torno al punto muerto, el desplazamiento vertical
• del pistón es pequeño. En cambio cuando se mueve los mismos
• grados a mitad de carrera, el desplazamiento es grande.
• Se llama carrera la distancia que hay entre el PMS y PMI. Una
• carrera, por lo tanto, corresponde a media vuelta de cigueñal.
• El cilindro se conecta con el exterior por medio de un sistema de
• admisión y un sistema de escape. La admisión de
• mezcla aire/combustible se controla por medio de una válvula
• de admisión (VA) y la expulsión de gases quemados a la
• atmósfera se controla por medio de una válvula de escape
• (VE).

NOMBRE: ALVARO CORTEZ

• El desplazamiento es el volumen que desplaza el pistón
• entre su carrera desde el PMS a PMI o vice versa.
• El volumen mínimo o volumen muerto es el volumen
• que queda adentro del cilindro cuando el pistón está justo
• en el PMS.
• El volumen máximo es el volumen dentro del cilindro cuando
• el pistón está en el PMI.
• La razón de compresión es el cuociente entre el
• volumen máximo y volumen mínimo.
• Un ciclo de 4 tiempos completo se realiza en dos revoluciones
• completas del motor (4 carreras): carrera de admisión (VA
• abierta y VE cerrada, desde PMS a PMI); carrera de compresión
• (VA y VE cerradas, desde PMI a PMS); carrera de trabajo (VA y VE
• cerradas, desde PMS a PMI) y carrera de expulsión o escape (VA
• cerrada, VE abierta, desde PMI a PMS).

CUARTO "C"

• Factores que Afectan Rendimiento de Ciclo Real:
• En la figura 2 se sobreponen el ciclo Otto teórico y lo que ocurriría
• si la apertura y cierre de válvulas así como el encendido
• de mezcla ocurra justo en los puntos claves del ciclo. En la descripción
• que sigue se compara lo que en teoría ocurre en cada evolución
• del ciclo y lo que ocurriría si se sigue el ciclo teórico.
• Evolución 0-1; Aspiración: la válvula de
• admisión (VA) se abre y la válvula de escape está
• cerrada. En teoría el cilindro se llena con mezcla a presión
• ambiente. En realidad hay pérdida de carga en el sistema de admisión
• (filtro de aire, múltiple de admisión, flujo por válvula
• de admisión), esto hace que la presión en 1, p_1 sea
• menor que la presión ambiente. si en ese instante se cierra la válvula
• de admisión, el cilindro queda lleno de mezcla a presión
• significativamente menor que el ambiente. Al haber menos mezcla (menos
• aire), esto afectará negativamente la potencia que puede desarrollar
• el motor.
• Evolución 1-2; Compresión: esta evolución
• en principio es una adiabática. Como p_1 es menor que el ambiente,
• la presión p_2 también termina de estar bastante por debajo
• de lo que ocurre en teoría.

Diapositiva 4

• Evolución 2-3; Combustión: La combustión
• en teoría es a volumen constante (isócora). Esto sería
• así si el tiempo de combustión fuera 0. Pero en realidad
• el frente de llama tiene una velocidad finita (del orden de la decena de
• metros por segundo). Cuando los motores Otto eran muy lentos (100 a 200
• rpm), en la práctica la combustión se podía considerar
• instantánea, pero al sobrepasar las 2.000 a 3.000 rpm, la velocidad
• del pistón es del mismo orden de magnitud que el frente de llama.
• Además, al iniciarse la combustión, esta se propaga desde
• la bujía al entorno de la cámara de combustión. Como
• el frente de llama es pequeño en un inicio, la presión subre
• relativamente lento. Entonces si se enciende la chispa justo en el punto
• 2 (PMS), el pistón comenzará a bajar de inmediato
• y el volumen a aumentar y la presión crecer menos de lo que debería.
• Evolución 3-4; Carrera de trabajo: Esta evolución,
• en teoría, es expansión adiabática sin roce. Como
• el punto 3 termina a menor presión y más volumen que
• la teoría, es pierde área de trabajo.
• Evolución 4-1; apertura Válvula de Escape: en teoría,
• al abrir la válvula de escape (lo que debería ocurrir instantáneamente
• en el punto 4), la presión dentro de la cámara de
• combustión cae en forma instantánea de p_4 a p_a (presión
• ambiente). Sin embargo ocurre que la apertura de la VE no es instantánea
• y además los gases de escape tienen que vencer el roce de fluir
• en torno a la VE y del sistema de escape (múltiple de escape, catalizador,
• ducto de escape y silenciador). Todo esto hace que la presión no
• caiga instantáneamente hasta p_a, sino que más lentamente,
• lo cual hace que de a poco se acerque la presión a p_a.

Diapositiva 5

• El ciclo real presenta, por ultimo, otra diferencia importante al
• compararlo con el ciclo teórico; durante la carrera de aspiración, la
• presión en el cilindro es inferior a la que se tiene durante la carrera de escape. Salvo casos particulares, en el decurso de la aspiración, la presión
• resulta inferior a la atmosférica, mientras que durante el escape es
• superior. Se crea, por tanto, en el diagrama indicado una superficie
• negativa (D, en la figura), que corresponde al trabajo perdido. El
• esfuerzo realizado por el motor para efectuar la aspiración y el escape
• se llama trabajo de bombeo y esta, por lo general, comprendido en el
• trabajo perdido por rozamientos.