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“AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN DEL MAR DE GRAU”

CICLOS TERMODINÁMICOS Alumno:

Manuel Fuentes Yupanqui

Docente: ing. Luis. A. Alva Reyes Facultad: Ingeniería de mina Ciclo:

VI

Trujillo-Perú 2016

CICLO OTTO El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Inventado por Nicolaus Otto en 1876. Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante. Un ciclo Otto ideal modela el comportamiento de un motor de explosión. Este ciclo está formado por seis pasos

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este último, junto con el motor diésel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

1) CICLO DE DOS TIEMPOS El motor de dos tiempos, también denominado motor de ciclos, es un motor de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico (admisión, compresión, explosión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal).

2) CICLO DE 4 TIEMPOS Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel, que precisa cuatro carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión. Estos cuatro tiempos son: admisión, compresión, combustión y escape.

El ciclo de 4 tiempos consta de seis procesos, dos de los cuales (E-A y A-E) no participan en el ciclo termodinámico del fluido operante pero son fundamentales para la renovación de la carga del mismo:

1. E-A: admisión a presión constante (renovación de la carga 2. A-B: compresión de los gases e isoentrópica. 3. B-C: combustión, aporte de calor a volumen constante. La presión se eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo útil. 4. C-D: fuerza, expansión isoentrópica o parte del ciclo que entrega trabajo. 5. D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a volumen constante. 6. A-E: Escape, vaciado de la cámara a presión constante (renovación de la carga.)(isocónica).

CICLO DIESEL ciclo del diésel es el Ciclo de un tipo de motor de combustión interna, en el cual el quemado del combustible es accionado por el calor generado en la primera compresión de aire en la cavidad del pistón, en la cual entonces se inyecta el combustible

CARACTERÍSTICAS DEL CICLO DIÉSEL El ciclo diésel tiene muchas similitudes con el ciclo Otto o de gasolina. Al igual que los motores de gasolina, los de gasóleo también pueden funcionar en ciclos de dos y cuatro tiempos. No todos los motores diésel son iguales. Al principio, la inmensa mayoría funcionaba con bombas mecánicas muy complicadas y contaban con pre cámara de inyección. Ahora, la norma imperante es la inyección directa de combustible mediante conducto común y controlada electrónicamente.

CICLO DIÉSEL TEÓRICO El método utilizado aquí es en elevar la temperatura de la mezcla de combustible y aire por encima de su temperatura de ignición utilizando relaciones de compresión en el intervalo 14:1 a 24:1 y presiones de compresión de 400 a 700 lb/in2. El ciclo que describe el comportamiento de este proceso es el ciclo Diésel, como el ciclo teórico es limitado solo se describirán sus características básicas. Este ciclo se compone de 4 procesos internamente reversibles, este solo difiere del ciclo de Otto en la fase de combustión (2-3), prevista a presión constante. Mediante un ciclo de aire estándar basado en capacidades térmicas específicas constantes se puede hacer un análisis útil del ciclo diésel

FASES

Compresión: es un proceso de compresión adiabática reversible (isentrópica), es decir sinintercambio de calor con el exterior. Viene a simbolizar el proceso de compresión de la masa fresca en el motor real, en el que, en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinámico del fluido, aumentando su presión, su temperatura y disminuyendo su volumen específico, en virtud del efecto adiabático.

Combustión: en esta idealización, el aporte de calor Qp se simplifica por un proceso isóbaro (a presión constante). Sin embargo, la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del punto muerto superior (PMS) (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos, es decir el retraso que hay entre la inyección y la inflamación espontánea), se inicia la inyección del combustible (en motores de automóviles, gasóleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente autoinflamable y poco volátil). El inyector pulveriza y perliza "atomiza" el combustible, que, en contacto con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse.

Explosión/Expansión: se simplifica por una expansión isentrópica (adiabática) del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo

Última etapa: esta etapa es un proceso isocórico (escape) es decir a volumen constante. Desde la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de cualquier significado físico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un siginificado físico a esta etapa, y la asocian a la renovación de la carga. , pues, razonan, es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresión y siguen a la expansión: el escape de masa quemada y la admisión de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho más trabajo que el que implica este proceso (ninguno), y además ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen específico constante.

CICLO BRAYTON El ciclo Brayton, también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, es un ciclo termodinámico consistente, en su forma más sencilla, en una etapa de compresión adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido termodinámico compresible. Es uno de los ciclos termodinámicos de más amplia aplicación, al ser la base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para la producción de electricidad en los quemadores de gas natural o algún otro aprovechamiento –caso de las industrias de generación eléctrica y de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente–, hasta la generación de un empuje en un aerorreactor.

Desarrollo histórico El ciclo Brayton aparece por primera vez asociado a la patente de una máquina de gas del inventor inglés John Barber, en 1791. Formalmente, el motor de Barber podría ser clasificado como de flujo discontinuo, si bien su rudimentario sistema de compresión, incapaz de alcanzar siquiera las 2 atmósferas de presión, y las elevadísimas pérdidas de calor asociadas al sistema de calentamiento, así como las complicaciones asociadas al emplear aire en vez de vapor de agua, hicieron que el motor fracasara estrepitosamente frente a la mucho más eficaz máquina de vapor de James Watt. Del mismo modo en que ocurrió con otros motores de la época, como el motor Stirling, la idea de Barber cayó en el olvido. En la década de 1840 el físico británico James Prescott Joule planteó de manera teórica y formal, por primera vez, el ciclo Brayton. Su trabajo se limitó al ámbito teórico y termodinámico, al reconocer que la obtención de elevadas potencias mecánicas del ciclo exigiría o bien elevadísimos costes de combustible, o sistemas de compresión de gas extremadamente grandes y resistentes, ya que Joule planteó la implantación del ciclo Brayton como un ciclo de flujo discontinuo, en el que el gas debía comprimirse mediante un cilindro y un pistón.

ETAPAS 1. Compresión adiabática e isentrópica. Se comprime el fluido con un compresor sin que haya intercambio de calor con el entorno. Se produce un aumento de la temperatura y de la entalpía. 2. Calentamiento isobárico. El fluido obtiene calor por la combustión del propio gas en la cámara de combustión por lo que aumenta enormemente su temperatura y lo hace a presión constante. 3. Expansión adiabática e iséntrópica. El gas a alta presión y alta temperatura es expandido en una turbina de tal forma que somos capaces de obtener trabajo. Esta expansión (disminución de la presión) se realiza de forma que el gas no transfiera calor con el exterior e idealmente no varíe su entropía, por lo que disminuye la temperatura del gas. 4. Enfriamiento isobárico. En esta etapa el gas es enfriado en contacto con el ambiente a presión constante. Realmente esta etapa no se da pues es un ciclo abierto y se vierte el fluido al ambiente y se inyecta nuevo al ciclo.