UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA INGENIERÍA MECÁNICA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Nombre: Byron Sanchez Sanchez Semestre: 9 “B”
Fecha: 29 – 06 06 – 2018 2018 1. Tema
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Motor de Atkinson
2. Objetivos
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Investigar que es un motor de Atkinson.
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Determinar el funcionamiento de un motor de Atkinson.
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Identificar las ventajas y desventajas desventajas de un motor de Atkinson. Atkinson.
3. Marco teórico 3.1 Motor Atkinson
Es un motor rotatorio, su carcasa tiene forma de 8 tumbado, y es asimétrica, estando la parte derecha reservada para la admisión y parte de la compresión y la izquierda para el ciclo de trabajo. t rabajo. Permite la expansión completa de los gases, por lo que extrae el máximo m áximo de energía de los mismos; aunque la compresión es mayor que en un motor normal y la T de combustión también, los gases de escape salen a una T inferior. [1]
Figura 1. Ciclo termodinámico Atkinson Fuente: [1]
Ciclo termodinámico ideal
El ciclo ideal Atkinson se compone de las siguientes operaciones:
1-2 isoentrópico o compresión adiabática reversible.
2-3 calefacción isócoro.
3-4 calentamiento isobárico.
4-5 expansión isoentrópico.
5-6 enfriamiento isócoro.
6-1 enfriamiento isobárico. [2]
3.2 Funcionamiento
El ciclo Atkinson se implementó originalmente extendiendo la carrera de expansión y manteniendo constante la carrera de compresión por medio de complejas soluciones mecánicas. En la figura 2 es evidente como la clave para obtener mayor trabajo indicado del ciclo y con ello mayor rendimiento térmico en comparación con el ciclo Otto o Diésel equivalente (misma relación de compresión) consiste precisamente en su mayor relación de expansión. Este resultado ha sido teóricamente confirmado por Kamiuto por medio de una comparación termodinámica detallada entre diferentes ciclos ideales (incluyendo los ciclos Otto, Diésel y Atkinson), siendo el ciclo Atkinson el que produce mejor rendimiento térmico solo superado por el ciclo de Carnot. [3]
Figura 2. Ciclo Atkinson ideal Fuente: [3]
Sin embargo, para extender la relación de expansión es necesario incrementar el volumen desplazado. Asumiendo que la energía suministrada al sistema por el proceso de combustión es la misma que en el caso del ciclo original, se reducen
tanto la presión media indicada como la potencia específica (tanto en
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como en
) suministradas por el motor. A partir de esta idea inicial, una nueva versión del
ciclo Atkinson 4 se puede implementar fácilmente flexibilizando el diagrama de distribución del motor y sin modificar la configuración estándar de pistón, biela y cigüeñal. En este caso la relación de expansión es constante y se ajusta la relación de compresión efectiva del motor bien adelantando (figura 3(a)) o bien retrasando (figura 3 (b)) el ángulo de cierre de las válvulas de admisión, sin modificar las presiones de admisión y escape. En motores tipo MEP de cuatro tiempos la gestión del ángulo de cierre de las válvulas de admisión es una estrategia cuyo uso se encuentra ampliamente generalizado. Sin embargo, como se indica en la revisión sobre diferentes métodos para incrementar el rendimiento térmico de este tipo de motores realizada por Kutlar, el objetivo fundamental que se persigue con ello es la reducción del trabajo de bombeo en condiciones de operación correspondientes a cargas parciales. [3]
Figura 3. Descripción del ciclo Atkinson Fuente: [3]
En estas condiciones, la regulación cuantitativa de la carga se consigue precisamente adelantando o retrasando el ángulo de cierre de las válvulas de admisión sin estrangular el flujo de aire que circula por el colector de admisión mediante una válvula de mariposa convencional. Son numerosos los resultados que han demostrado la efectividad de esta estrategia para reducir drásticamente las pérdidas por bombeo y mejorar el rendimiento térmico de este tipo de motores
en condiciones de carga parcial. En cualquier caso, sustituir el ciclo Otto por un ciclo Atkinson adelantando o retrasando el ángulo de cierre de las válvulas de admisión en motores tipo MEP implica una reducción de la masa de aire/combustible atrapada en el interior del cilindro y con ello se reduce obligatoriamente la potencia específica entregada por el motor. Por el contrario, al implementar un ciclo Atkinson en motores Diésel únicamente se reduce la masa de gas atrapada en el cilindro mientras que la cantidad de combustible inyectado puede mantenerse constante dentro de unos límites razonables de dosado relativo. Así pues, si se mantiene la masa de combustible inyectado por ciclo constante las diferencias en términos de potencia específica entre el ciclo Diésel original y el ciclo Atkinson van a depender principalmente de la modificaciones introducidas en los procesos de compresión y expansión, en el proceso de combustión y en el lazo de bombeo que involucra el comportamiento del turbo grupo si lo hubiera. [3] Motor Diésel Atkinson
El motor consta de dos cámaras circulares entrelazadas de diferentes diámetros, dentro de estas cámaras giran dos rotores con centros separados. Cada rotor sigue su propia trayectoria y no basan su recorrido en la carcasa, por lo que el sellado de los rotores contra las paredes de la cámara es excelente debido a sus órbitas circulares y grandes superficies de contacto. Los dos rotores están conectados entre sí por otro componente que tiene una cuasi-órbita circular, los tres elementos son el mecanismo interno del motor. [4] No se da la misma separación de ciclos que un motor diésel clásico. En este motor hay dos etapas de compresión: la primera tiene una baja relación de compresión. En la segunda el aire es llevado a una mayor presión y es en ese momento cuando el combustible es inyectado, se inflama y se inicia la expansión Después del barrido de los gases de escape (en esta fase hay una cierta recirculación), el aire se renovará parcialmente pues parte volverá a actuar de nuevo en la próxima fase de barrido, el resto del aire pasa a ser de nuevo comprimido en la segunda fase de compresión. [4] En la fase de admisión hay una parte de gases recirculados aportados por el barrido, esto reduce las emisiones y economiza combustible.
En la expansión de los gases se produce en un volumen mayor que el de compresión, esto disminuye la temperatura de los gases de escape y por lo tanto aumenta la eficiencia termodinámica: ↑ (T max – T min). [4]
Figura 4. Funcionamiento motor Diésel Atkinson Fuente: [4]
3.3 Ventajas y Desventajas Ventajas
a) La admisión se produce en el centro del motor compresión y expansión se producen en la periferia de manera uniforme, lo que facilita la evacuación del calor. b) La dilatación del motor es uniforme al no tener un lugar caliente y otro frío, por lo que no requiere una alta tolerancia de fabricación. c) Cada cámara del motor está totalmente separada de las demás, esto facilita el empleo de combustibles alternativos sin los problemas de válvulas asociados a los motores de pistón.
d) Por ser rotativo, la revolución máxima podrá ser más de una vez y media la de un motor convencional, lo que aumenta la elasticidad del motor. e) A igualdad de cilindrada tendría casi la mitad de tamaño y peso. f) Aumento del 12% en la eficiencia. [5] Desventajas
La principal desventaja de un motor con ciclo Atkinson es que ofrece menos potencia. [5] 3
Conclusiones
El motor Atkinson tiene una mayor relación de compresión a diferencia de los motores a gasolina y Diésel.
El cambio de un ciclo Otto por un ciclo Atkinson adelantando o retrasando el ángulo de cierre de las válvulas de admisión en motores tipo MEP implica una reducción de la masa de aire/combustible atrapada en el interior del cilindro y con ello se reduce obligatoriamente la potencia específica entregada por el motor.
En motores Diésel el cambio por un ciclo Atkinson provoca únicamente que se reduzca la masa de gas atrapada en el cilindro mientras que la cantidad de combustible inyectado puede mantenerse constante dentro de unos límites razonables de dosado relativo.
Un motor con ciclo Atkinson ofrece menos potencia.
La principal ventaja de un motor Atkinson es el aumento del 12% en la eficiencia versus motores convencionales.
La presión dentro del cilindro es aproximadamente igual a la presión atmosférica, es decir, toda la presión ha sido transformada en movimiento y la expansión del gas ya no puede empujar más.
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Bibliografía
[1] C. Renedo, «Motores Térmicos,» UC, Cantabria, 2015. [2] T. S. Guevara , «Ciclo Atkinson,» Quito, 2012. [3] R. Novella y J. Benaje, «Estudio de la influencia de los ciclos Atkinson y Miller sobre el proceos de combustión y las emisiones contaminantes de un motor Diésel,» Valencia, 2009. [4] Aprende Ciencia & Tecnología, «Aprende Ciencia & Tecnología,» Aprende Ciencia &
Tecnología,
31
Enero
2018.
[En
línea].
Available:
https://aprendecienciaytecnologia.com/2018/01/31/diferencias-entre-los-motoresde-ciclo-otto-ciclo-atkinson-y-ciclo-miller/. [Último acceso: 27 Junio 2018]. [5] J.
Pérez,
«Mecanicos,»
Junio
2015.
[En
línea].
http://www.blogmecanicos.com/2015/06/motores-de-gasolina-con-cicloatkinson_29.html. [Último acceso: 27 Junio 2018].
Available:
