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MOTORES TERMICOS:

DIESEL Y GASOLINA

INTRODUCCIÓN • • • • • • •

Termodinámica Calor Primer Principio de la Termodinámica Trabajo en una transformación cíclica Transformaciones de un sistema gaseoso Segundo principio de la termodinámica Ciclo de Carnot

DEFINICIONES BASICAS: *Termodinámica:parte de la ciencia que estudia las transformaciones del calor en energía mecánica y viceversa. *Calor: una forma de energía en tránsito que ocurre cuando dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto. *PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA (JOULE): en toda transformación que experimenta un sistema cerrado la diferencia entre el calor intercambiado con el medio exterior y el trabajo realizado por el sistema es un valor constante.

∆U= Q-W

Transformaciones de un sistema gaseoso: ISOBÁRICA

Se caracteriza por:

P = cte V1/V2=T1/T2

ISOCÓRICA

ISOTÉRMICA

V = cte P1/P2=T1/T2

T = cte

ADIABÁTICA

Q=0 pV*= cte

Q

Q=ncp∆T

W

W =p∆V=nR∆T

∆U

∆U =ncv∆T

Q = ncv ∆ T

Q=W

Q =0

W=0

W=nRTlnV2/V1

W=(P1V1P2V2)/*-1

∆U=0

∆U=0

∆U=ncv ∆T

*SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA: carácter cualitativo y advierte de la imposibilidad de construir máquinas ideales. *Clasius. *Carnot.

CICLO DE CARNOT

• • • •

Transformación 1->2 : expansión isotérmica. Transformación 2->3 : expansión adiabática. Transformación 3->4 : compresión isotérmica. Transformación 4->1 : compresión adiabática.

MOTORES ALTERNATIVOS DE COMBUSTION INTERNA MOTORES TERMICOS Alternativos Rotativos

Combustión interna Motor gasolina

Motor diesel

Combustión externa Máquina de vapor

Turborreactor

Central térmica

INDICE • Componentes básicos • Funcionamiento motor 2 tiempos motor 4 tiempos • Ciclos termodinámicos Otto Diesel • Rendimiento térmico motor gasolina • Rendimiento térmico motor diesel • Balance de potencias

COMPONENTES BASICOS • • • • • • • • • • • • •

Bloque motor Cárter Culata Cilindro Bujía Inyector Válvulas Levas Pistón. Anillos de pistón Cámara de combustión Conector Polea Cigüeñal

COMPONENTES BASICOS

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ALTERNATIVO DE COMBUSTION INTERNA Consiste en la sucesión de una serie de operaciones que se realizan en el interior del cilindro y que se repiten periódicamente. Aunque el ciclo termodinámico es básicamente el mismo, vamos a tener q distinguir desde el punto de vista mecánico entre los motores de dos y cuatro tiempos: • En los motores de 4 tiempos estas operaciones se llevan a cabo en cuatro carreras de pistón (2 vueltas completas del cigüeñal ) • En los motores de 2 tiempos solo son necesarias dos carreras de pistón.

Motores de 4 tiempos • Admisión • Compresión • Encendido y expansión explosión en motores gasolina combustión en motores diesel

• Escape

Motores de 2 tiempos

• Encendido, expansión y escape • Admisión, escape y compresión

Ciclos termodinámicos • Transformación M-A: admisión isobárica. • Transformación A-B: compresión adiabática. • Transformación B-C -Otto = explosión (no se mueve el pistón y aumenta la presión) -Diesel = combustión lenta

• Transformación C-D: expansión adiabática. • Transformación D-A: apertura de la válvula de escape (isocórica) • Transformación A-M: escape (isobárica)

CICLO OTTO

CICLO DIESEL

RENDIMIENTO TERMICO DEL MOTOR DE GASOLINA •

• •

Podemos determinar el rendimiento de un motor gasolina ideal estudiando su correspondiente ciclo termodinámico Otto. El Q absorbido en la transformación isocórica B-C es:

Q1 = Cv ( T3 – T2)

Y el absorbido al abrir la válvula de escape es:

Q2 = Cv (T4 – T1)

Y el rendimiento en función de las temperaturas se puede expresar como:

T4 – T1 Rendimiento = 1 – T3 – T2

TURBORREACTOR MOTORES TÉRMICOS

COMBUSTIÓN EXTERNA

COMBUSTIÓN INTERNA

Motor de gasolina ALTERNATIVOS Maquina de vapor Motor diesel ROTATIVOS

Turborreactor

Central termoeléctrica

INDICE • Componentes básicos de un turborreactor • Principio básico del funcionamiento de un turborreactor • Ciclo termodinámico: ciclo de Brayton

INTRODUCCION • Utilización principal de los motores de combustión externa -> en la industria aeronáutica y aeroespacial. • Tipos de motores que se emplean en la actualidad: estatorreactor, pulsorreactor y turborreactor.

COMPONENTES BASICOS DEL TURBORREACTOR •









Difusor de admisión -> el punto de entrada del aire exterior al motor. Compresor -> comprime el aire que le llega, transformando la energía mecánica que recibe de su eje. Cámara de combustión -> donde se mezclan el combustible y el aire. Turbina -> transforma la energía de los gases de salida de la cámara de combustión en energía. Tobera de escape -> conducto cuya función es hacer que los gases aumenten su velocidad disminuyendo su presión.

PRINCIPIO BASICO DEL FUNCIONAMIENTO DEL TURBORREACTOR

Cantidad de movimiento del aire aspirado:

m*ve

Cantidad de movimiento del gas expulsado: Incremento: m (vs – ve) Fuerza de los gases de salida :

m*vs

F = m*(Vs-Ve)/ ∆T

CICLO BRAYTON

   

Transformación 1-2: compresión adiabática Transformación 2-3: combustión isobárica Transformación 3-4 : expansión adiabática Transformación 4-1 : cesión del calor al exterior

MOTOR DE ALTERNATIVO DE COMBUSTIÓN EXTERNA MOTORES TERMICOS ALTERNATIVOS

COMBUSTION INTERNA Motor gasolina y diesel

COMBUSTION EXTERNA

ROTATIVOS

Turborreactor

Centrales térmicas

Maquina de vapor

INDICE • Definiciones • Componentes del motor alternativo de combustión externa • Ciclo de Rankine

DEFINICIONES • Motores de combustión externa: La combustión se realiza fuera del fluido activo. Es el caso de la máquina de vapor. En la máquina de vapor la combustión del combustible se realiza en un lugar externo a la máquina- motor.

COMPONENTES DE LA MÁQUINA DE VAPOR

CICLO TERMODINAMICO DE RANKINE (motores de combustión externa rotativos y alternativos)

•

Transformación a-b -> evaporación isobárica .

•

Transformación b-c -> expansión adiabática .

•

Transformación c-d -> condensación isobárica .

•

Transformación d-a -> compresión isocórica (mediante una bomba).

MOTOR ROTATIVO DE COMBUSTIÓN EXTERNA

• • • •

MOTORES TERMICOS

COMBUSTION INTERNA

COMBUSTION EXTERNA

ALTERNATIVOS

Motor de gasolina Motor diesel

Máquina de vapor

ROTATIVOS

Turborreactor

Central térmica

INDICE Definición Componentes y funcionamiento del motor rotativo de combustión externa Ciclo termodinámico de Rankine Centrales termoeléctricas convencionales

DEFINICIÓN • La combustión se realiza en el exterior de la máquina. •

Funcionamiento básicamente idéntico al del motor alternativo. Diferencia : el movimiento obtenido en esta ocasión es rotativo (no elementos mecánicos). Disposición de toberas y turbina:

COMPONENTES Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ROTATIVO DE COMBUSTION EXTERNA • El agua entra en la caldera (foco caliente). • El vapor se expande en la turbina->rotación de la misma. • El vapor llega al condensador-> se pone en contacto con el foco frío. • Se hace pasar nuevamente al liquido a la caldera para repetir el ciclo. • En el esquema de la derecha aparecen unos elementos para aumentar el rendimiento: -Sobrecalentador. -Economizador.

CENTRALES TERMOELECTRICAS •

Instalación que transforma la energía calorífica en energía eléctrica.

•

Funcionamiento: 1_Movimiento de las palas de la turbina. 2_ Transmisión del moviendo al eje de un generador >transformación de energía mecánica a eléctrica.

•

Para mover las palas se utiliza vapor de agua a gran presión .

*Centrales termoeléctricas de vapor:

*Centrales termoeléctricas de gas:

Dos tipos: • Ciclo abierto.

• Ciclo cerrado. Requieren de un calentamiento previo. No pueden pararse ->perdidas energéticas.

BIBLIOGRAFIA: •Motores de combustión interna alternativos M. Muñoz F. Payri •Motores de combustión interna Edward F. Obert •Turbomáquinas térmicas M. Muñoz F. Payri •Tecnología industrial 1

•Tecnología industrial 2 •Enciclopedias: Vox, Encarta, Larousse •Internet

COMPONENTES DEL GRUPO:

•SANDRA NIETO VELASCO •LAURA OLIVA OLIVA •VERONICA OLIVEROS ROJO