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El Ciclo Otto
El Ciclo Otto
El Ciclo Otto
EL CICLO OTTO
Es el ciclo termodinmico que se aplica en los motores de combustin interna de
encendido provocado (motores de gasolina). Inventado por Nicolaus Otto en 1876. Se
caracteriza porque en una primera aproximacin terica, todo el calor se aporta a volumen
constante.
Un ciclo Otto ideal modela el comportamiento de un motor de explosin. Este ciclo
est formado por seis pasos, segn se indica en la figura. Pruebe que el rendimiento de este
ciclo viene dado por la expresin:
Siendo r = VA / VB
La razn de compresin igual al cociente entre el volumen al inicio del ciclo de
compresin y al final de l. Para ello, halle el rendimiento a partir del calor que entra en el
sistema y el que sale de l; exprese el resultado en trminos de las temperaturas en los
vrtices del ciclo y, con ayuda de la ley de Poisson, relacione este resultado con los
volmenes VA y VB
DESCRIPCIN DEL CICLO.
Un ciclo Otto ideal es una aproximacin terica al comportamiento de un motor de
explosin. Las fases de operacin de este motor son las siguientes:
EL PROCESO CONSTA DE SEIS ETAPAS:
Admisin: la vlvula de admisin se abre, permitiendo la entrada en el cilindro de la
mezcla de aire y gasolina. Al finalizar esta primera etapa, la vlvula de admisin se cierra.
El pistn se desplaza hasta el denominado punto muerto inferior (PMI).
Compresin adiabtica: la mezcla de aire y gasolina se comprime sin intercambiar calor
con el exterior. La transformacin es por tanto isentrpica. La posicin que alcanza el
pistn se denomina punto muerto superior (PMS). El trabajo realizado por la mezcla en esta
etapa es negativo, ya que sta se comprime.
Explosin: la buja se activa, salta una chispa y la mezcla se enciende. Durante esta
transformacin la presin aumenta a volumen constante.
Expansin adiabtica: la mezcla se expande adiabticamente. Durante este proceso, la
energa qumica liberada durante la combustin se transforma en energa mecnica, ya que
el trabajo durante esta transformacin es positivo.
vlvula de escape antes de finalizar la carrera de expansin, por tanto cuando iniciamos la
carrera de escape la presin interna a disminuido notablemente reduciendo en gran medida
el trabajo requerido para dicha operacin. Como vemos en le dibujo anterior solo el 35% de
la energa entregada por el combustible el motor lo transforma en trabajo til, sea para
mover el auto.
Es importante saber que en estos tipos de motores al cilindro ya ingresa una mezcla de aire
y combustible e iniciara su combustin por medio de una chispa genera da libremente. La
idea es que al comprimirse la mezcla se caliente lo suficiente como para que todo el
combustible mezclado con el aire se gasifique y facilite el proceso de combustin, pero que
no se caliente tanto como para que s autoinflame, lo que traera como consecuencia el
temido fenmeno de la detonacin o pistoneo.
Los sistemas de inyeccin electrnica, o sea motores sin carburador, donde el combustible
se mezcla con el aire por medio de inyectores, el control de la combustin solo puede
lograrse por medio de una cmara de combustin adecuada, por un riguroso control de la
relacin de aire y combustible, y por un exacto control que establezca el punto de
encendido optimo para cada situacin. Es de vital importancia, para lograr gases de escape
transformables en el catalizador, mantener durante toda la gama de operaciones del motor
una relacin en peso de aire y combustible de 14.7 partes de aire por una parte de
combustible, o sea 14.7:1.
CICLO OTTO FUNCIONANDO A GNC (GAS NATURAL COMPRIMIDO)
Para transformar un vehculo naftero sea de ciclo Otto a un motor que utilice gas natural
comprimido (GNC) este debe estar en buenas condiciones de funcionamiento, es decir no
presentar problemas con el motor. El GNC para ser utilizado como combustible alterno a
las naftas requiere de la instalacin de un equipo de conversin:
1. Uno o varios cilindros de acero de alta resistencia para almacenar el gas a una
presin de 200 atmsfera, equipados con vlvulas con dispositivos de seguridad.
2. Un regulador para reducir la alta presin del gas almacenado en los cilindros.
3. Un mezclador de aire-gas, adaptado al carburador ya existente de la nafta.
4. Vlvulas para el llenado y control del sistema.
5. Indicador elctrico del contenido de GNC en los cilindros.
6. Selector de combustible GNC / nafta.
7. Mdulo de control de encendido, que adapta la curva de encendido del vehculo a
las caractersticas del GNC en el sistema dual nafta / GNC.
La conversin de un motor a nafta para operar con GNC no involucra ninguna modificacin
del motor o remocin de algn componente, solo la incorporacin de los elementos antes
mencionados.
Al convertir el vehculo para que funcione con GNC, se puede seguir usando nafta, porque
los equipos que se instalan trabajan en forma dual (naftas / GNC). El equipo de GNC
cuenta con un selector de combustible ubicado en el tablero. El conductor puede
seleccionar el combustible que desee utilizar, bien sea nafta o GNC, inclusive en
movimiento.
FUNCIONAMIENTO DE MOTORES DE CUATRO Y DOS TIEMPOS
CICLO DE CUATRO TIEMPOS.
El motor a gasolina trasforma energa mecnica, la energa calorfica contenida en el
carburante, utilizando directamente en el cilindro, el calor desarrollado por la combustin
de la mezcla explosiva, que eleva la temperatura, por consiguiente, la presin de los gases
producidos.
Estos gases calientes se expansionan rpidamente, empujando el mbolo que transmite su
movimiento rotacional. Los motores de vehculo pueden funcionar mediante un ciclo de
cuatro o de dos tiempos. Veamos a continuacin los tiempos:
1.
2.
3.
4.
Admisin
Compresin
Combustin o trabajo
Escape
1.-Admisin o aspiracin.-El aire ingresa justamente con gasolina en 14,7 Kg. /Kg. de aire
hacia la cmara de combustin y cilindro, en donde la vlvula de admisin es abierta hasta
que llene el cilindro, el mbolo desciende de PMS a PMI. En este tiempo el cigeal a
girado vuelta = 180, y el eje de levas de vuelta = 90, la vlvula de admisin se abre 5
a 25 APMS.
2.-Compresin.-El mbolo asciende de PMI a PMS, las dos vlvulas estn cerradas tanto de
admisin y escape), comprimiendo la mezcla carburante, en este tiempo el cigeal a
girado 1 vuelta = 350 y eje de levas vuelta = 180.
3.-Combustin o trabajo.-en este tiempo salta la chispa de la buja y realiza la combustin
(las vlvulas estn cerradas tanto de admisin y escape), desciende el mbolo del PMS
hacia PMI. En este tiempo el cigeal a girado 1 vuelta y eje de levas de vuelta 0 270.
4.-Escape.-El mbolo asciende de PMI a PMS, barriendo todo los gases quemados y la
vlvula de escape est abierta hasta este instante el cigeal a girado 2 vueltas = 720 y eje
de levas 1 vuelta = 360, vlvula reescape se abre de 35 a 60 APMI. (Fig. 4).
En el ciclo el mbolo realiza 4 carreras y la depresin de mltiple de admisin es 0,1 a 0,2
bares.
Pequeo
Grande
Combustible
Diesel N 02
30 a 50 C
55 a 100 C
A1
A3
Temperatura de encendido
480 a 550 C
350 C
Consumo de combustible
Admisin
Llenado de aire
14,7:1 (aire/combustible)
400 a 600 C
700 a 900 C
Relacin de compresin
6 a 10:1
14 a 23:1
Presin de compresin
12 a 18 bar
30 a 50 bar
Presin de admisin
90 a 200 bar
Presin de combustin
40 a 60 bar
65 a 90 bar
Temperatura de combustin
2000 a 2500 C
2000 a 2500 C
Temperatura de escape
700 a 1000 C
500 a 700 C
1 a 6 % convencionales
0,3 a 0,5 EFI
Punto de inflamacin
Clase de riego
Temperatura de compresin
Contenido de CO en gases
de escape
Densidad
0,82 g/cm3
Nmero de revoluciones
Rendimiento
Energa recuperada 25 a 30
%
Refrigeracin -15 %
Radiacin -05 %
Escape -35 a -40 %
Perdidas mecnicas -15 %
BOMBAS DEFINICIN:
Una bomba es una turbo mquina generadora para lquidos. La bomba se usa para
transformar la energa mecnica en energa hidrulica.
Una bomba centrfuga es una mquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias
encerradas dentro de una caja o crter; o una cubierta o carcasa. Las paletas imparten
energa al fluido por la fuerza centrfuga. El elemento rotativo de una bomba centrfuga se
denomina impulsor. La forma del impulsor puede forzar al agua a salir en un plano
perpendicular a su eje (flujo radial); puede dar al agua una velocidad con componentes
tanto axial como radial (flujo mixto) o puede inducir un flujo en espiral en cilindros
coaxiales segn la direccin del eje (flujo axial). Normalmente, a las mquinas con flujo
radial o mixto se les denomina bombas centrfugas, mientras a las de flujo axial se las llama
bombas de flujo axial o bombas de hlice. Los impulsores de las bombas radiales y de las
mixtas pueden abiertos o cerrados. Los impulsores abiertos consisten en un eje al cual estn
unidos los labes, mientras que los impulsores cerrados tienen lminas (o cubiertas) a cada
lado de los labes. Las bombas de flujo radial tienen una envolvente helicoidal, que se
denomina voluta, que qua el flujo desde el impulsor hasta el tubo de descarga. El
incremento de la seccin transversal a lo largo de la envolvente tiende a mantener constante
la velocidad en su interior.
LOS TIPOS DE BOMBA DE INYECCIN EMPLEADOS EN EL MUNDO DEL
AUTOMVIL SE DIVIDEN EN DOS GRUPOS:
empujador a su vez acciona el mbolo en el interior del cilindro, que recibe el gasleo a
travs de varias canalizaciones.
Ahora se proceder a explicar cada una de sus partes:
a) ELEMENTO DE BOMBEO:
Est constituido por un pistn y un cilindro. Cada cilindro est comunicado con la tubera
de admisin por medio de unas lumbreras y con el de salida por medio de una vlvula, que
es mantenida por un muelle tarado. En su parte superior, el pistn tiene un rebaje que
comunica con la cara superior por medio de una rampa helicoidal y una ranura.
El comienzo de la inyeccin se produce siempre para la misma posicin del pistn, pues a
medida que va subiendo la presin crece en el interior del cilindro. Cuando esta presin
excede la fuerza que hace el muelle, se abre la vlvula de retencin y el combustible pasa al
circuito de inyeccin.
Mientras el combustible no salga por el inyector, la presin ir subiendo en toda la
canalizacin a medida que el pistn suba, y llegado el momento en que se produzca la
apertura del inyector la presin en el interior del cilindro caer bruscamente, cesando el
suministro de combustible.
Con esto se deduce que la cantidad de gasleo inyectado depende de la carrera del pistn,
por lo que modificando dicha carrera se vara la cantidad de combustible a inyectar.
Para modificarla se usa la cremallera de control que al ser movida en un sentido o en otro
vara la carrera del pistn, consiguiendo posiciones de suministro parcial, suministro nulo y
suministro mximo.
b) VLVULA DE RETENCIN:
Es la encargada de abrir el paso del combustible que sale del cilindro camino del inyector,
al presionar sobre su cara inferior.
Tan pronto como la rampa helicoidal del mbolo descubre la lumbrera de comunicacin
con la galera de alimentacin, desciende la presin en la cmara de impulsin
producindose el cierre en la vlvula de retencin.
c) CREMALLERA DE CONTROL:
Es la encargada de modificar los tiempos de inyeccin del combustible. Esta cremallera es
movida por el pedal del acelerador a travs de una palanca y su desplazamiento modifica la
posicin de la rampa helicoidal de los pistones.
Para transmitir este movimiento usa un sector dentado en cada elemento, que es actuado
por la cremallera. La posicin que esta toma por la posicin del acelerador puede variar por
el mando regulador, como se ver ms adelante. Una de ellas es la posicin de paro, que
corta el suministro de combustible a los inyectores.
El recorrido mximo de la cremallera est limitado por un tope ajustable, al que se conoce
como tope de emisin de humos y se dispone en la carcasa de la bomba.
d) RBOL DE MANDO:
Generalmente fabricado en acero al nquel, dispone de tantas levas como cilindros el motor.
Dichas levas las tiene labradas.
El resalte de cada una de ellas est mecanizado de tal manera que la secuencia de las
inyecciones en los distintos elementos de bombeo se produzca en el orden adecuado.
El rbol de levas se apoya en sus extremos, en dos cojinetes de rodillos o bolas y a l se
acoplan el regulador y el variador de avance en el extremo opuesto. A travs de este
mecanismo recibe movimiento del motor, desde los piones de la distribucin
concretamente.
e) REGULADOR DE VELOCIDAD:
Su instalacin es necesaria para evitar que el motor sobrepase un nivel mximo de
revoluciones, ya que sera peligroso alcanzar ciertos regmenes de giro, sobre todo en los
motores Diesel.
En las aplicaciones automovilsticas se emplean los reguladores mecnicos de mxima y de
mnima.
La cremallera de control est enlazada a la biela de mando del acelerador por medio de un
sistema de palancas, al que se acopla tambin el mecanismo regulador, emplazado sobre el
rbol de mando de la bomba. Este regulador est constituido por unos contrapesos, que
debido a la fuerza centrfuga tienden a desplazarse al exterior cuando giran, contra la
oposicin de los muelles.
Si el motor gira a ralent, los contrapesos tienden a separase, venciendo la accin del muelle
exterior, que se comprime un poco. Inmediatamente despus entran en accin los muelles
de mxima, que impiden que las masas continen separndose, mantenindose en esta
posicin hasta que se alcanza la velocidad mxima.
Las pequeas variaciones hacen que las masas se separen o se junten, variando la carrera de
los elementos la cremallera y variando a su vez el caudal inyectado, manteniendo un ralent
estable.
Menor peso.
Caudales inyectados rigurosamente iguales para todos los cilindros.
Velocidad de rotacin elevada.
Menor precio de costo.
Menor tamao.
Mayor facilidad de acoplamiento al motor.
variador de avance y al interior del cuerpo de bomba. La presin de impulsin est regulada
por la vlvula, que vierte el combustible sobrante al lado de aspiracin de la bomba.
Desde el interior del cuerpo de bomba, el combustible pasa al cuerpo de bombeo a travs
del conducto que desemboca por debajo de la electrovlvula. En este cuerpo, el mbolo
somete al combustible a una elevada presin, para hacerlo salir en el momento adecuado
hacia el inyector correspondiente, a travs de la vlvula de retencin.
La vlvula electromagntica corta la alimentacin de combustible hacia el cuerpo de
bombeo en la parada del motor.
El movimiento de rotacin del mbolo de bombeo se logra por medio de un enlace estriado
con el rbol de mando. El desplazamiento del mismo en el interior de la cabeza hidrulica
lo proporcionan las levas o salientes del plato, que gira solidario con el eje de mando del
mbolo, mientras que los rodillos del plato permanecen quietos.
De esta manera, cada vez que se presenta un saliente al rodillo, es empujado el plato de
levas hacia la derecha, contra la accin del muelle, que tiende a aplicarlo contra el rodillo.
El acoplamiento estriado permite este deslizamiento.
Con esta transmisin de movimiento, el mbolo se desplaza en el interior de la cabeza
hidrulica hacia adelante y hacia atrs, al mismo tiempo que gira en su interior. Con ello se
consigue bombear el gasleo hacia los inyectores, como se ver posteriormente.
El tope de caudal determina el final de la inyeccin, poniendo en comunicacin la cmara
de bombeo con el cuerpo de bomba al final del recorrido de compresin del mbolo. Este
tope es movido por unas palancas, que son gobernadas por el regulador y la palanca del
acelerador.
El regulador centrfugo dispone de unos contrapesos que en funcin de su desplazamiento
por la fuerza centrfuga, determinan la posicin del manguito desplazable, que a su vez
posiciona la palanca y, con ella, el tope de caudal, determinando as la duracin de la
inyeccin y el caudal inyectado. Este sistema est accionado por un pin, que engrana con
otro que forma parte del rbol de mando de la bomba.
El sistema de avance de la inyeccin es del tipo hidrulico. Dicho avance depende de la
presin a la que es enviado el combustible por la bomba de transferencia, que es
proporcional al rgimen de giro del motor.
En la parte superior de la bomba se encuentra el regulador, que en estas bombas es de tipo
centrfugo y que es movido por el pin del rbol de mando.
El mecanismo regulador acta por medio de una serie de palancas sobre el tope de
regulacin, que determina el final de la inyeccin en el mbolo por medio del vertido del
caudal.
Este conjunto se cierra con una tapa, en la que se monta la palanca de mando del acelerador
y el tornillo tope de caudal.
BOMBA ROTATIVA CAV.
En estos modelos de bomba rotativa, el rotor distribuidor est dotado de un elemento de
bombeo nico, compuesto por dos mbolos de carrera opuesta. Un conjunto de rodillozapata, movido por el relieve interior de un anillo de levas fijo acciona los mbolos.
El volumen de combustible adecuado a las condiciones de marcha del motor es distribuido
a cada uno de los inyectores en el orden preciso y en el instante deseado, por medio de un
sistema de orificios taladrados en el rotor y el cabezal hidrulico, dosificado con exactitud a
su llegada al dispositivo de bombeo.
La bomba est dotada de un regulador mecnico centrfugo y un variador del inicio de la
inyeccin, que actan del modo ya conocido en los otros tipos de bomba rotativa.
En la bomba CAV, el elemento de bombeo est situado dentro de un orificio transversal, en
un eje rotativo central que acta como distribuidor y que gira dentro de la cabeza
hidrulica.
Los mbolos son accionados por lbulos situados en el interior de la corona de levas.
La implantacin en el motor y el sistema por el que recibe el movimiento del motor es igual
al de las bombas rotativas Bosch.
En estas bombas se suele utilizar un regulador de tipo mecnico, accionado por la fuerza
centrfuga, que acta sobre la vlvula dosificadora para ajustar con precisin el caudal
inyectado.
La fuerza centrfuga acta sobre los contrapesos, de forma que se separen y desplacen la
palanca de control, que es la que acta sobre la vlvula dosificadora para modificar el
caudal de gasleo inyectado.
El sistema que vara el avance de la inyeccin es igual al empleado en las bombas rotativas
Bosch.
Adems de estos sistemas, las bombas CAV disponen de otros mecanismos correctores
capaces de adecuar convenientemente los caudales de inyeccin a las distintas fases de
funcionamiento del motor Diesel. Entre ellos destacan el sistema de sobrecarga y el de
avance con carga ligera.
En el variador de avance se dispone otro captador, que en este caso detecta la posicin de la
leva y, consecuentemente, el avance de la inyeccin.
En las bombas de inyeccin CAV se suprime la vlvula dosificadora convencional y las
funciones de dosificacin y bombeo las realiza el propio cabezal hidrulico, para lo cual
est constituido por una cabeza hidrulica en la que se aloja el rotor distribuidor, que porta
los mbolos de bombeo y las zapatas, las cuales presentan una rampa inclinada, que a su
vez se aloja en las rampas del eje de transmisin.
El conjunto queda ensamblado en el anillo de levas de forma que los rodillos sigan el perfil
de las levas para producir el movimiento de bombeo de los mbolos de manera similar a las
bombas convencionales.
As pues, la dosificacin del caudal de inyeccin se obtiene por la posicin axial del rotor,
que permite ajustar la apertura mxima de los mbolos de bombeo, que en todo momento
est controlada por las electrovlvulas de caudal, las cuales reciben impulsos de control
desde la UCE, en funcin de las condiciones de marcha del motor, detectadas por los
diferentes sensores.
SISTEMA BOMBA-INYECTOR CON MANDO ELECTRNICO.
Las mayores exigencias que imponen cada da las normativas sobre emisiones sonoras y
gases de escape en los motores Diesel, hacen necesario el desarrollo de nuevas tcnicas. Por
lo que se refiere a los sistemas de inyeccin directa, una de estas soluciones la constituye el
sistema de inyeccin de alta presin por medio de un inyector bomba con mando
electrnico, en el que la bomba, el inyector y una vlvula electromagntica constituyen una
unidad compacta ubicada en la culata del motor y accionada mecnicamente por una leva
adicional del rbol de levas y elctricamente por la unidad de control.
PRINCIPALES APLICACIONES DE LAS BOMBAS
La bombas se emplean para bombear toda clase de lquidos, (agua, aceites de lubricacin,
combustibles cidos, lquidos alimenticios, cerveza, leche, etc.), ste grupo constituyen el
grupo importante de l as bombas sanitaria. Tambin se emplean las bombas para bombear
los lquidos espesos con slidos en suspensin, como pastas de papel, melazas, fangos,
desperdicios, etc
Uno de los factores mas importantes que contribuyen al creciente uso de bombas
centrfugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza elctrica. Un sistema de bombeo
puede definirse como la adicin de energa a un fluido para moverse o trasladarse de un
punto a otro.
CONCLUSINES
BIBLIOGRAFA
http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/alimentacion_otto.pdf
https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba
https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Otto
http://www.monografias.com/trabajos95/motor-tipo-otto/motor-tipo-otto.shtml
http://www.wikiteka.com/apuntes/motores-tipos-caracteristicas-y-funcionamiento/
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto
http://www.oni.escuelas.edu.ar/2001/santa-fe-sur/motor/Esquema/otto.htm