CICLO DE OTTO REAL INTRODUCCIÓN Ciclo real es el que refleja las condiciones efectivas de funcionamiento de un motor y, cuando se representa en un diagrama P-V, se denomina diagrama indicado . P
3
2
Encendido
4 Pat
0
V2 PMS
BOMBEO
1
V1 V PMI
Figura 1.- Ciclos Otto teórico e indicado. Las diferencias que surgen entre el ciclo indicado y el ciclo teórico, tanto en los motores de ciclo Otto, como en los de ciclo Diesel, estn causadas por! "#$D%D&' D# C&LO$, las cuales son (astante importantes en el ciclo real, ya que al estar el cilindro refrigerado, para asegurar el (uen funcionamiento del pistón, una cierta parte de calor del fluido se transmite a las paredes, y las l)neas de compresión y e*pansión no son adia(ticas sino politrópicas.
•
+%#"O D# &"#$+$& C%#$$# D# L& /0L/L& D# &D%'%2 D# #'C&"#, aunque en el ciclo teórico se supuso que la apertura y cierre de vlvulas ocurr)a instantneamente, al ser f)sicamente imposi(le, esta acción tiene lugar en un tiempo relativamente largo, por lo que, para mejorar el llenado y vaciado del cilindro, las vlvulas de admisión y de escape se a(ren con anticipación lo que provoca una p3rdida de tra(ajo 4til. •
CO5'+% CO5'+%2 2 2O %2'+&2 %2'+&2+02#&, +02#&, ya que aunque en el ciclo teórico se supone supone que la com(ustión com(ustión se reali6a seg4n una transformación isócora instantnea, en el ciclo real la com(ustión dura un cierto tiempo. "or ello, si el encend encendido ido o la inyecció inyección n tuvies tuviese e lugar lugar justam justament ente e en el P.M.S., la com(ustión ocurrir)a mientras el pistón se aleja de dic7o punto, con la correspondiente p3rdida de tra(ajo. •
"ara evitarlo se recurre a anticipar el encendido de forma que la com(ustión tenga lugar, en su mayor parte, cuando el pistón se encuentra en la pro*imidad del P.M.S, lo que en el ciclo se representa por un redo redond ndea eami mien ento to de la isócora de intr introd oduc ucci ción ón del del calo calor, r, y por por tant tanto, o, una una p3rd p3rdid ida a de tra( tra(aj ajo o 4til 4til.. #videntemente esta p3rdida resulta (astante menor que la que se tendr)a sin adelantar el encendido.
"8$D%D&' "O$ 5O5#O, las cuales aunque en el ciclo teórico se supone que tanto la admisión como el escape se reali6an a presión constante, considerando que el fluido activo circula por los conductos de admisión y escape sin ro6amiento, en el ciclo aparece una p3rdida de carga de(ida al ro6amiento, que causa una nota(le p3rdida energ3tica. •
"ara conseguir que el ciclo indicado se acerque lo ms posi(le al teórico, se act4a so(re la distri(ución adelantando y retrasando el instante de comien6o y de finali6ación de la entrada y salida de fluido operante del cilindro, con el propósito de conseguir un mejor llenado y evacuación de los gases y adems se reali6a un adelanto del encendido o de la inyección para compensar el tiempo necesario para la com(ustión. #stas variaciones en la apertura y cierre de vlvulas y en el adelanto del encendido o de la inyección, conocidas como cotas de reglaje en la distribución , son las siguientes! •
Adelanto en la apertura de la admisión (AAA), consigue que al 7acer que la vlvula se a(ra antes de
que el pistón llegue al P.M.S. en su carrera de escape, al iniciarse la aspiración de la me6cla, la vlvula est3 muy a(ierta, evitando la estrangulación a la entrada de los gases. •
Retraso en el cierre de la admisión (RCA), consigue que al 7acer que la vlvula se cierre un poco
despu3s de que el pistón llegue a su P.M.I. , de(ido a la inercia de los gases al final de la admisión 3stos siguen entrando en el cilindro, aunque el pistón comience a despla6arse 7acia el P.M.S. Adelanto del encendido (AE) o de la inyección (AI), consigue compensar el tiempo necesario para que,
•
al final de la com(ustión, el movimiento del pistón en su fase de tra(ajo sea m)nimo. 'e puede cifrar en unos 9: ;. •
Adelanto en la apertura de escape (AAE), consigue que la presión interna (aje antes, y que cuando se
inicie el escape la vlvula, est3 completamente a(ierta, evitando el estrangulamiento a la salida y la p3rdida de energ)a necesaria para reali6ar el (arrido de gases. •
Retraso en el cierre del escape (RCE), consigue una mejor evacuación de los gases quemados de(ido
a la succión provocada por la alta velocidad de los gases de escape, evitndose as) que los gases residuales que pueden quedar en el interior del cilindro impidan la entrada de gases frescos. •
Cruce de válvulas, es el per)odo en el que las vlvulas de admisión y escape estn simultneamente
a(iertas. Durante el mismo, de(ido a la velocidad de los gases de escape, crean una succión que facilita la entrada de la nueva me6cla y (arre los gases residuales. Cuando los gases frescos llegan a la vlvula de escape 3sta ya est cerrada sin que se pierdan en la atmósfera. #l cruce de las vlvulas (eneficia nota(lemente el rendimiento del motor, ya que elimina mejor los residuos de gases quemados y 7ace que la me6cla contenida en el cilindro para reali6ar el nuevo ciclo sea lo ms pura posi(le, con lo cual el aprovec7amiento de la cilindrada y energ)a del com(usti(le es mayor. . Las cotas de reglaje son prefijadas por el constructor, y se fijan, en principio, por comparación con otros tipos de motores con caracter)sticas anlogas, y posteriormente se corrigen durante los ensayos en el (anco, 7asta conseguir los datos óptimos de m*imo rendimiento. #stas cotas de reglaje en la distri(ución, que suelen estar comprendidas dentro de los valores indicados a continuación, son, una ve6 fijadas, invaria(les, e*cepto en algunos motores que llevan sistemas dinmicos de variación.
+ipo otores lentos otores rpidos
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+a(la 1.- Cotas de distri(ución normales en motores actuales. #l adelanto del encendido o de la inyección, dado que de(e ser varia(le en función de la velocidad de r3gimen del motor se efect4a automticamente. n inadecuado instante de encendido en los motores causa una serie de deformaciones en el ciclo, que 7acen que disminuya su rendimiento, tal como se puede o(servar en el siguiente diagrama "-/. P
3 4 2 1
1.- Encendido normal. 2.- Encendido retardado. 3.- Ciclo normal. 4.- Ciclo modificado.
V2 P.M.S.
V1
V
P.M.I.
Figura ?.- $etraso del encendido.
VARIACIÓN DE LA PRESIÓN EN EL CILINDRO EN FUNCIÓN DEL GIRO DEL CIGÜEÑAL "ara comprender el ciclo de un motor alternativo, estudiar la variación de la presión en el interior del cilindro en función del ngulo girado por el cigeal, representando en unos ejes cartesianos en a(scisas el giro del cigeal contado desde el comien6o de la admisión, y en ordenadas las presiones en el interior del cilindro durante el desarrollo de un ciclo completo permite, adems de dejar claros los principios de funcionamiento de los motores alternativos, mejorar su rendimiento y calcular las cargas so(re los cojinetes del motor. "ara ello se de(e considerar que al comien6o de la admisión , el interior del cilindro se encuentra a una presión ligeramente superior a la atmosf3rica por no 7a(er terminado todav)a la fase de escape. Cuando el pistón se despla6a 7acia el P.M.I. , aspira cierta cantidad de aire o me6cla gaseosa a trav3s de la vlvula de aspiración, a(ierta oportunamente. Durante toda esta fase, en primer lugar la presión se 7ace igual a la atmosf3rica, punto 2, y en el resto de la carrera en el interior del cilindro e*iste una presión menor, a causa de la resistencia que encuentra el gas en los conductos. #llo origina la llamada depresión en la aspiración , la cual resulta tanto ms intensa cuanto mayor es la velocidad del gas, de(ido a de la mayor resistencia que este fluido 7a de vencer a su paso por dic7os conductos. Como es evidente, esta fase representa tra(ajo negativo. •
PMS
PMI
PMS
PMI
PMS
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# 11
1
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540$
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Figura 9.- Diagrama de presiones en función del giro del cigeal. Cuando en el punto 3 el pistón inicia su carrera 7acia el PMS el cilindro se encuentra todav)a en depresión, por este motivo, y a pesar del movimiento del pistón contin4a la introducción del fluido 7asta 4, punto en el que se igualan la presión interna y la atmosf3rica. #n este punto se de(e cerrar la vlvula de aspiración. 'i el conducto de admisión es largo, se puede utili6ar el efecto de inercia de la columna gaseosa, para continuar la admisión despu3s del punto 4 retardando, para ello, el cierre de la vlvula. #n el punto 4 se inicia realmente la compresión. La compresión de la carga se produce como consecuencia del movimiento del pistón 7acia el PMS. & partir del punto 4 el fluido operante, a la presión atmosf3rica, es comprimido por el pistón, con lo que la presión aumentar)a 7asta el punto 6, si no se produjese, como es necesario, el AE o el AI, lo cual se da en el punto 5. •
La combustión comien6a con el encendido o inyección del com(usti(le en el punto 5 lo que origina una repentina elevación de temperatura y de presión que alcan6a su valor m*imo en el punto 7. La com(ustión de(e finali6ar cuando el pistón 7a recorrido una parte reducida de la carrera 7acia el P.M.I. •
+erminada la com(ustión, de(ido al aumento de presión el pistón e*perimenta un rpido descenso 7acia el PMI, lo cual de(er)a prolongarse, para aprovec7ar al m*imo la fase 4til, 7asta la pro*imidad del P.M.I. , pero, para facilitar la e*pulsión de los gases, se interrumpe 3sta con la apertura anticipada respecto al punto muerto inferior de la vlvula de escape en el punto . #l escape, que se inicia en el momento de comien6o de la apertura de la vlvula correspondiente, como los gases se encuentran a presión superior a la atmosf3rica, se descargan en estampida al e*terior, de forma tan rpida que la transformación discurre casi a volumen constante, la presión desciende con rapide6, y es en el punto !, cuando realmente se inicia la carrera de escape. •
De(ido a la inercia de los gases en los conductos de escape, la presión puede alcan6ar un valor con presión inferior a la atmosf3rica, seg4n se representa en el punto "#. #n "" se inicia el segundo periodo del escape. #n 3l el pistón e*pulsa los gases que ocupan el cilindro, con lo que la presión se 7ace ligeramente superior a la atmosf3rica de(ido a la resistencia de los gases a circular atravesando la vlvula y los conductos de escape. Como el pistón no puede e*pulsar todos los gases, porque una parte de ellos ocupa la cmara de com(ustión, al final de la carrera de escape, la presión tiene todav)a un valor ligeramente superior a la atmosf3rica.
