“Año de la Integración Nacional”

Termodinámica

Profesor : Ing. Roberto Pineda León

Aula : B - 402

Periodo : 2012 - I

Tema : Motores del Ciclo Otto y Diesel

Alumno : Talla Bazán, William

Fecha de entrega : 24 de julio de 2012

2012

Dedico el presente trabajo a mis padres que me dieron el impulso de acabar una carrera universitaria y que sus enseñanzas y sus buenas costumbres han creado en mi sabiduría haciendo que hoy tenga el conocimiento de lo que soy.

MOTORES DEL CICLO OTTO Y DEL CICLO DIESEL

DIFERENCIAS

Introducción

En la mayor parte de los motores de encendido por chispa, el aire y el combustible son introducidos en la cámara de combustión bajo forma de mezcla gaseosa. La mezcla se efectúa en el carburador, y la regulación de la cantidad de mezcla introducida se obtiene por medio de una válvula de mariposa.

En los motores de encendido por compresión, el aire se introduce en la cámara de combustión a través de conductos que van a la válvula de aspiración, mientras el combustible se introduce directamente por medio de un inyector. La mezcla aire-combustible se realiza en la cámara de combustión; no hay regulación de la cantidad de aire, sino tan sólo una regulación de la cantidad de combustible introducido.

En el siguiente informe mostraremos las diferencias entre el motor del ciclo Diesel y el motor del ciclo Otto y darnos.

Objetivos

Conocer los elementos y el funcionamiento de los motores, comprender el funcionamiento de un motor de combustión interna de cuatro tiempos (Otto) y un motor del ciclo Diesel ya que todo este tema nos ayudara a tener mejores ideas de desarrollo con nuestra carrera universitaria

Realizar las gráficas necesarias para analizar el ciclo Otto y el ciclo Diesel.

Marco Teórico

El motor diesel es un motor térmico de combustión interna cuyo encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por Rudolf Diesel en 1895, del cual deriva su nombre. Fue diseñado inicialmente y presentado en la feria internacional de 1900 en París como el primer motor para "biocombustible", como aceite puro de palma o de soya. Diesel también reivindicó en su patente el uso de polvo de carbón como combustible, aunque no se utiliza por lo abrasivo que es.

Un motor diesel funciona mediante la ignición (quema) del combustible al ser inyectado en una cámara (o pre cámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión, sin necesidad de chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión.

Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación.

Para que se produzca la auto inflamación es necesario pre-calentar el aceite-combustible o emplear combustibles más pesados que los empleados en el motor de gasolina, empleándose la fracción de destilación del petróleo comprendida entre los 220º C y 350º C, que recibe la denominación de diesel.

La principal ventaja de los motores diesel frente a los motores de gasolina estriba en su menor consumo de combustible, el cual es, además, más barato. Por esta razón su uso se ha extendido en aplicaciones con elevada tasa de utilización.

Los motores naftenos a cuatro tiempos se denominaban genéricamente Otto en honor a su inventor, el alemán Nikalous August Otto. Se basan en la existencia de cuatro movimientos en el funcionamiento del motor: admisión, compresión y explosión de la mezcla, y expulsión de los gases quemados. Ideado para combustibles ligeros, capaces de vaporizarse, se trata de motores de chispa, es decir, que necesitaban la ayuda de una chispa para iniciar la combustión.

A la categoría de encendido por chispa pertenece la mayor parte de los motores de automovilismo, una gran parte de los motores para tracción industrial, todos los motores para motociclos y aeronaves y una buena parte de los motores para aplicaciones náuticas y grícolas.

Los motores de encendido por chispa funcionan a 4 o a 2 tiempos, pero el ciclo de 2 tiempos es poco usado a causa de las pérdidas de mezcla que se producen a través del escape y del consiguiente elevado consumo del combustible.

Por tanto, la gran mayoría de los motores de encendido por chispa funcionan según el ciclo operatorio de 4 tiempos. El de 2 tiempos se adopta solamente en casos particulares, como son los motores fuera-borda y los pequeños motores de motocicleta.

El combustible es la gasolina, esto es: hidrocarburos ligeros de elevado poder calorífico, que se evaporan fácilmente. Pueden usarse también combustibles gaseosos o asimismo gas licuado, pero su empleo es menos práctico y, por ello, mucho menos difundido.

Los motores de encendido por chispa pueden ser alimentados por carburación o por Inyección. En este segundo caso, el combustible se mezcla al aire inyectándolo en el conducto de aspiración en la toma de la válvula, o bien directamente en la cámara de combustión; con todo, este último método es el menos empleado.

La alimentación por inyección tiene la ventaja, en el caso de los motores pluricilíndricos, de distribuir de manera uniforme el combustible en los diversos cilindros, de no ser sensible a la aceleración y de no estar sujeto a formaciones de hielo, pero es más complicada y costosa, especialmente por lo que respecta a la regulación y, por ello, no ha tenido todavía una gran difusión.

CUESTIONARIO

Definir y establecer 5 diferencias entre un motor del ciclo Otto y un motor del ciclo Diesel

Ciclo Otto (Gasolina): aunque existen los motores de dos tiempos, nos centraremos en detallar uno de cuatro tiempos que son los que copan casi toda la producción automovilística. Para empezar tenemos cuatro tiempos bien diferenciados que son: admisión, compresión, explosión y escape. Durante el primer tiempo, se abre la válvula de admisión en la cual aspira la mezcla aire/gasolina al interior de los cilindros. Poco antes del PMI (Punto Muerto Inferior), se cierra la válvula de admisión y el pistón comienza su carrera ascendente, comprimiendo la mezcla (Compresión). Esta compresión será mayor o menor teniendo en cuenta las características de construcción del motor, y de que se quiera obtener de él. Poco antes del PMS (Punto Muerto Superior), salta la chispa de la bujía (a una tensión superior a los 14000 voltios) proveniente del circuito de alta tensión, produciéndose una explosión y una carrera descendente del pistón (Explosión). Poco antes del PMI se abre la válvula de escape y el pistón comienza su carrera ascendente, empujando los gases quemados que salen expulsados por el escape a través de dicha válvula (Escape), repitiéndose de nuevo todo el ciclo detallado. Este es el funcionamiento básico del ciclo Otto sin entrar en detalles tales como adelanto del encendido, cruce de válvulas, si es una culata de flujo lateral o transversal, tipos de culata (trapezoidal, hemisférica...).

Ciclo Diesel (D2, Petrolero): aquí no se produce una explosión, sino una combustión. Existen los siguientes ciclos de trabajo diferenciados: Admisión, Compresión, Combustión y Escape. Durante el ciclo de Admisión se abre dicha válvula poco antes del PMS aspirando aire para llenar por completo el cilindro. Cuanto más aire aspire, mejor y más eficiente es la combustión. Así como cuanto más fresco esté el aire mejor, puesto que así es menos denso y entra más cantidad (de ahí la razón de ser los radiadores de aire, o intercooler también conocidos como intercambiadores de calor). Una vez se cierra la válvula, comienza el movimiento lineal ascendente del pistón comprimiendo el aire aspirado. Poco antes del PMS comienza a producirse la inyección de combustible (a elevadísima presión), que al encontrarse con un aire comprimido que se ha calentado a mucha temperatura debido a este efecto, se inflama empujando el pistón hacia abajo. Poco antes de llegar al PMI se abre la válvula de escape y al comenzar la carrera ascendente el pistón empuja los gases quemados que son expulsados a elevada temperatura por el escape del mismo modo que en el motor de gasolina. Al igual que en el caso anterior, esto es lo básico y suficiente para entender el funcionamiento del motor diesel, sin entrar en detalles como tipos de inyección (directa, indirecta, con pre cámara), tipos de bombas (rotativas, lineales), o sistemas alimentación (atmosférico o turboalimentado, o mediante compresor).

1.- A igualdad de cilindros y cilindrada el motor de gasoil es más pesado dado que son materiales más resistentes debido los esfuerzos mayores que tienen que soportar.

Antiguamente los motores diesel eran mucho más fiables que los de gasolina, siendo en algunos casos prácticamente irrompibles siempre que se realizase el mantenimiento estipulado. Actualmente los motores diesel y gasolina debido a la carga electrónica en ambos son igual de fiables, no siendo uno mejor que el otro.

El motor diesel sufre menos desgaste debido a que siempre gira a menos revoluciones que uno de gasolina a igualdad de velocidad y marcha engranada. Esto es debido a que el motor Diesel tiene por sus características estructurales una carrera muy larga lo que es contraproducente con las altas revoluciones. Además, y aunque en los últimos años hay ya varios diesel que logran alcanzar con facilidad las 5000 rpm, todavía queda algo de camino en conseguir bombas de inyección capaces de suministrar alta presión a altas revoluciones. De todas formas tampoco interesa demasiado que alcancen altos giros de cigüeñal, porque si funcionan rápidos ¿dónde se queda el bajo consumo? 2.- El motor diesel se usa sobretodo en camiones y autobuses debido a que tiene un reparto de su fuerza más lineal que un motor de gasolina. En este último la fuerza es mediante una explosión momentánea, mientras que en el diesel la fuerza se produce durante toda la carrera descendente del pistón. Antiguamente se usaban también motores de gasolina para camiones y autobuses, o incluso excavadores o tractores. 3.- El rendimiento específico de un motor de gasoil es mejor que el de un motor de gasolina, porque a igualdad de potencia y prestaciones el de gasoil saca más rendimiento al motor. No por velocidad o aceleración, sino por relación gramos de combustible/caballo/hora. Esto es, porque para un mismo trabajo gasta menos cantidad de combustible. 4.- El mito de quien corre más, si un diesel o un gasolina (inventado desde que existen los TDI, y luego todos los que vinieron detrás) siempre seguirá en el aire. Los diesel corren tanto, no porque tengan alta potencia, sino porque tienen mucho par motor. Tienen sobre todo capacidad de recuperación debido al elevado par motor que les proporciona la sobrepresión atmosférica del turbo, y la alta presión de la bomba. Si a un motor atmosférico de gasolina de 150cv le comparamos con un motor atmosférico de gasoil de la misma potencia, montado sobre un vehículo idéntico en peso, aerodinámica y desarrollos de cambio, ganaría el motor de gasolina debido a su capacidad para coger más revoluciones y hacerlo con más facilidad. Si estos dos ejemplos llevasen sobrealimentación, seguiría ganando el gasolina en aceleración pura y dura. Sin embargo en recuperación es posible que el par motor del diesel acabara imponiéndose. Un coche diesel en aceleraciones cortas coge rápidamente velocidad porque tienen desarrollos muy cortos debido a que no cogen más allá de 5000 revoluciones.

5.- Los motores de gasolina, por lo general, al ser más ligeros en sus piezas móviles, tienen más facilidad para revolucionarse. Es por ello que siguiendo un patrón estándar una gasolina funcionaría mejor en altas y un diesel en bajas. Esto como digo siguiendo un patrón ideal y estándar, ya que influyen muchísimos apartados en la respuesta del motor: potencia, cilindrada, relación calibre x carrera, cruce de válvulas, sistema de alimentación, peso, desarrollos, aerodinámica, etc. Y normalmente los fabricantes diseñan el motor de cara ya a los resultados que se quieren obtener.

Otras diferencias adicionales

Diesel:

a. El motor Diesel no usa las bujías para hacer explosión

b. El combustible es más económico

c. El motor diesel se puede lavar y no tendrá problemas de anomalías.

d. El motor diesel es ruidoso

e. El motor diesel utiliza un turbo para las cuestas

f. El motor diesel es más costoso en lo que es mantenimiento

g. El motor diesel es más contaminante que el de gasolina

h. Las válvulas están colocadas de diferente manera

i. El combustible se calienta antes de entrar en el cilindro

j. La forma del motor y el peso es mayor al de gasolina

Gasolina:

a. El motor a gasolina usa las bujías para hacer explosión en el pistón

b. El combustible es más costoso

c. El motor gasolina si se moja o se lava queda temblando hasta que se seca el agua.

d. El motor a gasolina no emite mucho ruido

e. El motor a gasolina no necesariamente tiene que tener un turbo cargador para tener buena velocidad

f. El motor a gasolina es menos costoso de reparar a diferencia del diesel

g. El motor a gasolina es menos contaminante que el diesel

h. Las válvulas de entrada y de escape están situadas en la parte de arriba del motor

i. El combustible no se calienta

j. El motor de gasolina pesa menos que el motor diesel

Dibujar y explicar el funcionamiento teórico de los 2 ciclos

Motor ciclo Otto (Gasolina)

Admisión: El pistón comienza a descender desde su posición más alta o PMS hacia su punto más bajo o PMI al tiempo que se abre la válvula de admisión de la culata. A través de esta válvula es aspirada la mezcla de aire y gasolina, que va llenando así el cilindro. Cuando el pistón llega a su PMI, y una vez lleno el cilindro, se cierra la válvula de admisión y el pistón queda dispuesto a iniciar su carrera ascendente de retorno al PMS.

Compresión: Con las dos válvulas cerradas el pistón sube desde el PMI al PMS. El volumen ocupado por la masa de aire y gasolina va siendo más reducido a medida que el pistón asciende. La mezcla es así comprimida hasta alcanzar un valor máximo de compresión cuando el pistón alcanza el PMS y el volumen queda reducido al espacio contenido entre la cabeza del pistón y el techo o cámara de combustión de la culata. Paralelamente a la compresión ha ido aumentando también a la temperatura de la masa de combustible, al tiempo que se ha hecho más homogénea la mezcla del aire y la gasolina. Todo lo cual ha contribuido a dejar el combustible en las condiciones mas idóneas para que tenga lugar su explosión

Explosión y Expansión: En el instante en que finaliza la carrera de compresión se produce la inflamación de la mezcla por medio de una chispa que salta de la bujía. La inflamación de la masa combustible es rapidísima, con los efectos de una violenta explosión. La presión de los gases se eleva, en el instante de inflamarse, hasta un valor tres a cuatro veces superior al que tenían antes del salto de la chispa. Este fuerte aumento de la presión provoca que el pistón sea empujado violentamente hacia abajo, mientras tiene lugar la expansión de los gases.

Escape: Finalizada la carrera de expansión, el pistón inicia de nuevo la subida hacia el PMI (Punto Muerto Inferior), momento en que se abre la válvula de escape a través de la cual son expulsados los gases procedentes de la combustión, hasta que finalmente se cierra la válvula de escape cuando el pistón alcanza el PMS (Punto Muerto Superior)

Motor Ciclo Diesel (Petrolero)

Admisión: En la carrera de admisión penetra una carga completa de aire a cada cilindro. Su relación de compresión es de 12 y 20. Retardo de inyección, el combustible es alimentado al motor por una bomba alternativa que lo hace pasar por un inyector, pero no entra al cilindro inmediatamente de producirse el desplazamiento del embolo a la bomba. La capacidad de compresión del combustible, la elasticidad de las cañerías y el tiempo que tarda la válvula de aguja del inyector en levantarse, se suman para originar un ligero retardo.

Compresión: Durante la carrera de compresión, se eleva la temperatura del aire a causa de la alta compresión. El combustible es atomizado en la cámara de combustión poco antes de llegar al PMS en la carrera de compresión. Retardo de ignición, una vez que el combustible ha entrado en el cilindro, existe un retardo antes de que comience la combustión, pues el combustible debe de ser calentado a la temperatura del aire comprimido y mezclando con este para formar una mezcla combustible.

Al calentarse, cada gota de combustible se rodea de una capa de vapor, y el aire que rodea al vapor pierde calor, por lo tanto, debe absorberse calor de la masa principal del aire para aumentar aún más la temperatura del vapor.

Combustión y Expansión: (autocombustión de gasoil). Teniendo el aire a una presión y temperatura adecuada, se introduce en la cámara de compresión un chorro de gasoil, a gran presión, que lo pulveriza y mezcla con la mayor parte posible del aire. Este aire calienta las finas gotas de gasoil, elevando su temperatura hasta que éste empieza a quemarse. Los gases se dilatan en la cámara de compresión, se produce un extraordinario aumento de presión. Esta presión, que sólo encuentra como punto móvil la cabeza del pistón, carga sobre él toda la fuerza, obligándole a descender bruscamente del P.M.S. al P.M.I. constituyendo el tiempo motor. El pistón ha ido del P.M.S. al P.M.I y ambas válvulas permanecen cerradas.

Escape: Es igual que en los motores de explosión. El pistón expulsa los gases quemados al exterior dejando el cilindro preparado para un próximo ciclo. El pistón se ha desplazado del P.M.I. al P.M.S. La válvula de admisión permanece cerrada y la de escape abierta. De esta forma termina el ciclo y el cigüeñal ha dado dos vueltas.

Formulas correspondientes a Potencia, Calor, Eficiencia de ambos ciclos

Cuadro estadístico del parque automotor nacional indicando vehículos a gasolina, diesel y GNV

Solo en Lima hasta el 2010

Cuadro estadístico de conversiones a Gas Natural Vehicular

Conclusiones

Conocimos quien y cuando se inventó los motores mencionados Se conoció básicamente el funcionamiento de los ciclos Otto y Diesel Vimos el diseño y aplicación de los ciclos Se vio el parque automotor en el Perú según el tipo de combustible Conocimiento de las formulas aplicadas a los ciclos

Bibliografía y Referencias

http://www.demotor.net/motor_otto.html

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6400/1/Memoria.pdf

http://www.cenidet.edu.mx/subaca/web-mktro/submenus/investigacion/tesis/51%20Orlando%20Montoya%20M%C3%A1rquez.pdf

http://www.cpgnv.org.pe/estadisticasnacional.php

http://www.portalcoches.net/blogs-coches/Sin-rueda-de-repuesto/Diferencias-entre-un-motor-de-gasolina-y-uno-diesel/11/21.html

http://mtcgeo2.mtc.gob.pe/ANUARIO/ANUARIO_ESTADISTICO_2011%2828.06.12%29.pdf

Enciclopedia Practica del Automóvil Nº2 - EDICIONES NUEVA LENTE – MADRID 1981

TINS – INTRODUCCION A LA INGENIERIA AUTOMOTRIZ - UTP