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CICLO MILLER Una evolución reciente del ciclo Otto en la línea de aumentar el rendimiento es el llamado ciclo Miller. La eficiencia del ciclo Otto depende de manera fundamental de la relación de compresión. Esto se debe a que un aumento de la relación de compresión geométrica implica un aumento de la presión máxima y de la presión media efectiva, lo cual supone un mayor rendimiento del proceso. Sin embargo, el ciclo real es más complicado que el ciclo ideal de aire, haciendo que el rendimiento sea dependiente de muchos otros parámetros. Así los mismos efectos beneficiosos conseguidos con un aumento de la relación de compresión geométrica se pueden conseguir con otros medios. En concreto, la aplicación del ciclo Miller en los motores industriales se obtiene combinando la sobrealimentación y el juego con el cierre de la válvula de admisión. El ciclo Miller se aplica tanto a motores Otto como Diesel, pero por motivos diferentes. Para comprender el fundamento y los principios en que se basa la mejora de rendimiento debida al ciclo Miller conviene estudiar lo que pasa en los motores diesel. El ciclo Miller fue introducido en los motores diesel en primer lugar para reducir la emisiones de NOx, que como se sabe es una de sus principales desventajas. La idea es bajar la temperatura de combustión. El avance en el diseño de turbocompresores con mayores relaciones de compresión cada vez, permitió disminuir el trabajo de compresión mecánico para la misma presión final, de esta manera aumentando la capacidad de refrigeración después del turbocompresor, se puede mantener la temperatura de inicio de la compresión en los mismos valores, y por lo tanto la temperatura final de compresión disminuye.

En el gráfico p-V situado a la izquierda de la figura se puede observar el incremento en la presión de admisión gracias a la utilización de un turbocompresor con mayor relación de compresión. Sin embargo, la presión de al final de la carrera de compresión se mantiene constante (debido a una reducción de la relación de compresión geométrica), quedando constante también la presión después de la combustión. A su vez, el gráfico T-S situado a la derecha de la figura 3.8 muestra que si se refrigera el fluido antes de entrar al cilindro para que no aumente la temperatura de inicio de la compresión geométrica, se obtiene también una menor temperatura al final de la compresión y, por tanto, una temperatura de combustión menor. En el ciclo Miller, la válvula de admisión se mantiene más tiempo abierta que en un motor de ciclo Otto. El tiempo de compresión está dividido en dos etapas: 1.ª parte: cuando la válvula de admisión continúa abierta mientras el pistón ya está subiendo debido a un Retraso al Cierre de Admisión mayor que en el ciclo Otto convencional. 2.ª parte: cuando la válvula de admisión se cierra con aproximadamente un tercio de la carrera ascendente del pistón ya recorrida y se produce la compresión efectiva. Ésta compresión dividida crea un llamado quinto tiempo, que es el reflujo de parte de la mezcla del cilindro al colector de admisión. Ésta pérdida de carga de aire podría provocar una pérdida de potencia. Sin embargo, en el ciclo Miller el cilindro es sobrealimentado por una carga de aire proveniente de un compresor volumétrico tipo tornillo o Roots, con el que se empuja aire al colector de admisión. El compresor tradicionalmente se utilizaría para producir empuje a velocidades relativamente bajas del motor; sin embargo, disminuye el par disponible a bajas revoluciones del motor puesto que le roba potencia mecánica al cigüeñal para ser arrastrado. Un aspecto clave del ciclo Miller es que el tiempo de compresión comienza sólo después de que el pistón ha eliminado su carga "extra" y la válvula de admisión se cierra. La apertura dura aproximadamente el 20% o 30% del transcurso inicial del tiempo de compresión. De esta forma, la compresión real sucede aproximadamente en un 70% a 80% del tiempo total de compresión, después de la apertura. El pistón consigue los mismos niveles de compresión de un motor de ciclo Otto pero con menos trabajo, ya que una parte de la compresión total se ha logrado mediante el compresor volumétrico. El ciclo Miller aumenta su potencia en la medida en que el compresor volumétrico pueda comprimir la mezcla empleando menos energía que la requerida por el pistón para hacer el mismo trabajo. De la compresión total de la mezcla en la culata cuando el pistón está en punto muerto superior, El compresor volumétrico es más eficiente generando baja compresión de la mezcla en el colector de admisión (algo parecido a la precompresión en el cárter generada

en un motor de dos tiempos). El pistón es usado para generar los niveles más altos de compresión, donde resulta más efectivo que el compresor volumétrico.

EFICIENCIA DEL ENCENDIDO

Sobre un motor típico de encendido por chispa, (Ciclo Otto) el ciclo Miller proporciona un beneficio adicional. El aire de admisión primero es comprimido por el compresor volumétrico, y luego enfriado por un intercooler. Esta temperatura de entrada de aire en el interior del cilindro más baja, junto con la mayor densidad del aire debida a la PREcompresión en el colector de admisión, hace que la temperatura que alcanza la mezcla al final de la carrera de compresión sea considerablemente más baja. Esto da margen al punto de encendido para que salte la chispa sin que llegue a detonar la mezcla o a autoencenderse antes de tiempo, incrementando la eficiencia total del ciclo termodinámico Miller. La eficiencia es incrementada al elevar la compresión del motor. En un motor de gasolina común, la relación de compresión varía entre 6.5:1 a 10:1 en automóviles, y se limita a estas cifras ya que altos niveles producirían autoencendido de la mezcla que se comprime por efecto del incremento de la temperatura del gas cuando es comprimido, lo cual en motores de alta compresión se evita usando gasolina de alto octanaje. El tiempo de compresión reducido del ciclo Miller permite que sea posible una compresión total más elevada, obteniendo más rendimiento sin llegar al empleo de gasolinas especiales. Sin embargo, los beneficios de la utilización de compresores volumétricos tienen su costo. Entre un 15% y un 20% de la energía generada por un motor sobrealimentado mecánicamente es usualmente requerida para hacer trabajar el propio compresor volumétrico. En consecuencia, la eficiencia total del motor resulta de un delicado equilibrio, en el que la energía mecánica consumida por el compresor volumétrico para funcionar no sea mayor que el aumento de rendimiento dentro del motor.