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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD CIENCIAS Y TECNOLOGIA

PRACTICA N°1 MOTORES DE COMBUSTION

INTEGRANTES:      

Fernández Aquino Andrea Alejandra Mamani Corpus Norma Montaño Encinas Mary Liseth Ramos Pacci Tania Lily Verduguez Alcalá Brayan Zerda Rodríguez Helen Dayana

MATERIA: Laboratorio de Termodinámica DOCENTE: Rojas Michaga María Fernanda AUXILIAR: Aguilar C. Maiber FECHA DE ENTREGA: C/23/04/2019 EQUIPO: 15 GRUPO: 2 COCHABAMBA - BOLIVIA

MOTORES DE COMBUSTION

1. INTRODUCCION El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado por una chispa eléctrica (motores de gasolina, etanol, gases derivados del petróleo y otras sustancias altamente volátiles e inflamabe). El ciclo de cuatro tiempos es también llamado ciclo de Otto en honor a Nicolás Otto:    

Admisión Compresión Expansión Escape

En la práctica se registró datos de presión por lo tanto se necesitó que el pistón suba hasta el punto muerto superior que es el punto más alto donde puede llegar el motor y todo lo que está dentro de la culata se encuentra la cámara de combustión ahí se encuentra el aire comprimido, es en este punto donde se registra la presión. Se realizó cuatro mediciones de presión para los cilindros. Finalmente se tomó la temperatura y la presión del ambiente para los respectivos cálculos. Se llegó a calcular la eficiencia real con un valor de (nprom.)=0.3358. Y el coeficiente poli trópico de compresión (𝑛) Real con un valor de nprom.=1.1864. También Se calculó la temperatura final de compresión (𝑇𝑐 ) Real con un valor de T C prom.= 443.33 [K]. 2. OBJETIVOS  2.1. OBJETIVO GENERAL: Calcular la eficiencia del motor compresor NISAN. (AL4)  2.2. OBJETIVO ESPECIFICO: ● Definir lo que es un ciclo de Otto. ● Conocer las funciones y aplicaciones del ciclo de Otto en el campo termodinámico. ● Calcular la eficiencia ideal y Real del compresor, motor NISAN AL4. ● Hallar el valor ideal y Real del coeficiente poli trópico. ● Hallar la temperatura del compresor, tanto ideal y Real.

3. MARCO TEORICO MOTORES DE COMBUSTION: Son una máquina que convierten la energía térmica en energía mecánica. En los motores de gasolina o gas ocurre el ciclo Otto, donde ocurre una explosión, se comprime y causa el movimiento de los pistones.

Motores de combustión de ciclo Otto En los motores de combustión ciclo Otto el proceso es que durante las cuales un pistón que se desplaza en el interior de un cilindro efectúa cuatro desplazamientos o carreras alternativas y, gracias a un sistema biela-manivela, transforma el movimiento lineal del pistón en movimiento de rotación del árbol cigüeñal, realizando este dos vueltas completas en cada ciclo de funcionamiento. CICLO TERMODINAMICO:

Este ciclo ingresa calor, se genera trabajo y sale calor con un descenso de temperatura

TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTION:

EXOTERMICO:

Es un motor donde la cámara de combustión se encuentra fuera del cilindro y del pistón. Es el que quema el combustible empleado en un lugar distinto en el que se encuentra el fluido utilizado en las transformaciones termodinámicas. ENDOTERMICO:

Es un motor donde la cámara de combustión se encuentra dentro del cilindro y el pistón donde eso significa que la compresión y explosión ocurren dentro. La combustión efectuada es la del fluido empleado CICLOS TERMODINAMICOS: CICLO OTTO:

En el ciclo Otto existe de 4 y 2 tiempos. CICLO DE 4 TIEMPOS: En la primera etapa se produce la admisión de la mezcla del combustible aire, donde los pistones están en la parte superior que se denomina punto muerto superior, la válvula de escape cierra y la válvula de admisión abre que al desplazarse hacia abajo donde el punto muerto inferior donde entra mezcla del combustible aire. En la segunda etapa se produce la compresión donde el pistón se desplaza del punto muerto realizando trabajo mecánico necesario para ello se obtiene de la energía cinética de la masa de inercia en rotación llegando al punto muerto inferior, luego va al punto muerto superior realizando una compresión en el cual se eleva la presión y el volumen reduce. En el tercer tiempo se produce la expansión en un instante se genera la chispa complexionada por una bugía, cuando se genera la explosión esa energía donde se genera energía térmica que es convertida a energía mecánica lo cual hace que se desplace al pistón hacia el punto muerto inferior moviendo el cigüeñal. En el cuarto tiempo se produce el escape donde se comprime y se abre la válvula de escape, se retira los humos que se generó en la combustión. El motor diésel de 4 tiempos está formado básicamente de las mismas piezas que un motor de gasolina, algunas de las cuales son: • Segmento • Bloque del motor • Culata • Cigüeñal • Volante • Pistón • Árbol de levas • Válvulas • Cárter Mientras que las siguientes son características del motor diésel: • Bomba inyectora

• Ductos • Inyectores • Bomba de transferencia • Toberas • Bujías de Precalentamiento CICLO DE 2 TIEMPOS:

La eficiencia de este tipo de motores es menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar sólo dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen más potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamaño. En el primer tiempo produce admisión que ya bota los gases que se generaron en la explosión donde al descender el pistón por una válvula sale los gases de escape y por el otro ingresa. Este tipo de ciclos se ve en motocicletas, motosierras, cortadoras de pasto. COMPORTAMIENTO EN GRAFICA P vs V DEL CICLO DE OTTO:

Que de volumen inicial al punto B se realiza la admisión

Del B al C ocurre calentamiento. Del C al D ocurre compresión donde aumenta la presión. Del D al A ocurre enfriamiento.

CICLO OTTO REAL:

En admisión habrá una caída de presión, en compresión habrá una perdida que en un motor real la chispa se enciende más antes. En este proceso se va adelantando un poco el proceso.

COMPARACION DE UN CICLO IDEAL Vs UN CICLO REAL: En el ciclo ideal la presión es constante mientras en el ciclo real hay una caída de presión, en la parte de combustión en el ciclo ideal el volumen es constante mientras que en un ciclo real hay una variación de volúmenes, también la pérdida de tiempo, calor y perdida de escape varia en ambos casos. Pérdidas de calor, las cuales son bastante importantes en el ciclo real, ya que, al estar el cilindro refrigerado, para asegurar el buen funcionamiento del pistón, una cierta parte de calor del fluido se transmite a las paredes, y las líneas de compresión y expansión no son adiabáticas sino politrópicas. Tiempo de apertura y cierre de la válvula de admisión y de escape, aunque en el ciclo ideal se supuso que la apertura y cierre de válvulas ocurría instantáneamente, al ser físicamente imposible, esta acción tiene lugar en un tiempo relativamente largo, por lo que, para mejorar el llenado y vaciado del cilindro, las válvulas de admisión y de escape se abren con anticipación lo que provoca una pérdida de trabajo útil. Combustión no instantánea, ya que aunque en el ciclo teórico se supone que la combustión se realiza según una transformación isocora instantánea, en el ciclo real la combustión dura un cierto tiempo. Por ello, si el encendido o la inyección tuviese lugar justamente en el P.M.S., la combustión ocurriría mientras el pistón se aleja de dicho punto, con la correspondiente pérdida de trabajo. Para evitarlo se recurre a anticipar el encendido de forma que la combustión tenga lugar, en su mayor parte, cuando el pistón se encuentra en la proximidad del P.M.S, lo que en el ciclo se representa por un redondeamiento de la isocora de introducción del calor, y por tanto, una pérdida de trabajo útil. Evidentemente esta pérdida resulta bastante menor que la que se tendría sin adelantar el encendido. Pérdidas por bombeo, las cuales aunque en el ciclo teórico se supone que tanto la admisión como el escape se realizan a presión constante, considerando que el fluido activo circula por los conductos de admisión y escape sin rozamiento, en el ciclo aparece una pérdida de carga debida al rozamiento, que causa una notable pérdida energética.

4. MATERIALES Y EQUIPOS     

Manómetro: (válvula anti retorno, botón de purga Zonda rígida Zonda flexible Cronometro Medidor de presión ambiental zonda rígida

Manómetro

Pistón

bujía

Botón de purga

zonda flexible

EQUIPOS  Motor de 4 cilindros Distribuidor Cilindro 4

cilindro 3

cilindro 2

cilindro 1 Capuchones Polea

Cable negativo Cable positivo Bobina Batería eléctrica Palanca de aceleración

5. METODOLOGIA DE LA PRÁCTICA  Primeramente se saco los materiales respectivos para la medicion de la presion.

 El motor que se utilizo es banco de prueba en este caso es un motor de cuatro cilindros, su cilindrada es de 1400, 1,24 Litros de capacidad que tiene tiene cuatro bujias.  Para poder medir la presion se necesita que el piston suba hasta el punto muerto superior que es el punto mas alto donde puede llegar el motor y todo lo que esta dentro de la culata se encuentra la camara de combustion ahí se encuentra el aire comprimido, es en este punto donde

se mide la presion.  Se necesita que el cigüeñal gire para que el piston suba y baje y empiece a comprimirse, a esto se necesita una bateria electrica en nuestro caso es de 12 voltios que hace que el cigüeñal se mueva para el cual es necesario un volante de inercia.  Se puso la llave y se enciende el motor para que caliente 5 minutos antes de empezar.  Para empezar la medicion nos fijamos la ubicación de la polea el cual sera nuestro punto de referencia.  Se comenzo por el lado izquierdo hacia la derecha asi nombrandola bujia 1,2,3 y 4  Se tomo la palanca de aceleracion para dar arranque enseguida se abre al maximo una valvula mariposa que permite el ingreso de combustible para la medicion.  Se retiraron las 4 bujias

 Se enrosco la sonda en el orificio donde va la bujia,

 Se tomo la medicion de la compresion en el manometro

 Se purgo ,retiro la sonda y se jala el manometro.  Se realizo el mismo procedimiento para cuatro mediciones de presion para los cilindros.  Finalmente se tomo la temperatura y la presion del ambiente para los respectivos calculos. 6. CALCULOS Y RESULTADOS 6.1 DATOS Proceso ideal: 𝑇𝑎𝑡𝑚 = 25º𝐶 = 298,15 [𝐾] 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 559.5 [𝑚𝑚𝐻𝑔] = 10.81893 [𝑝𝑠𝑖] 𝑃𝐶 = 180 [𝑝𝑠𝑖] 𝑟𝑐 = 9 Proceso real:

𝑇𝑎𝑡𝑚 = 21º𝐶 = 294,15 [𝐾] 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 559.5 [𝑚𝑚𝐻𝑔] = 10.81893 [𝑝𝑠𝑖] 𝑟𝑐 = 9 Datos tomados en la práctica: 𝑷𝒄 [𝑝𝑠𝑖]

Nº cilindro Cilindro 1 Cilindro 2 Cilindro 3 Cilindro 4

152 150 145 140

6.2. CALCULOS 6.2.1. Proceso ideal a) Calculo del Coeficiente poli trópico de compresión (𝑛) 𝑃𝐶 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 ∗ 𝑟𝑐 𝑛 𝑟𝑐 𝑛 = 𝑛=

𝑃𝐶 𝑃𝑎𝑡𝑚

ln(𝑃𝐶 ⁄𝑃𝑎𝑡𝑚 ) ln(𝑟𝑐 )

=

ln(180⁄10.81893 ) ln(9)

𝑛 = 1,27964 b) Calculo de la temperatura final de compresión (𝑇𝑐 ) 𝑇𝑐 = 𝑇𝐴𝑡𝑚 ∗ 𝑟𝑐 𝑛−1 𝑇𝑐 = 298,15 ∗ (9)1,27964−1 𝑇𝑐 = 551,16 [𝐾] c) Calculo de la Eficiencia ideal (η) η= 1− η= 1−

1 𝑟𝑐 𝑛−1 1 (9)1,27964−1

η = 0,4590 6.2.2. Proceso real a) Calculo del Coeficiente poli trópico de compresión (𝑛) 𝑷𝑪 = 𝑷𝒂𝒕𝒎 ∗ 𝒓𝒄 𝒏

𝒓𝒄 𝒏 = 𝒏=

𝑛(1) = 𝑛(2) = 𝑛(3) = 𝑛(4) =

𝑷𝑪 𝑷𝒂𝒕𝒎

𝐥𝐧(𝑷𝑪 ⁄𝑷𝒂𝒕𝒎 ) 𝐥𝐧(𝒓𝒄 )

ln(152⁄10.81893) ln(9) ln(150⁄10.81893) ln(9) ln(145⁄10.81893) ln(9) ln(140⁄10.81893) ln(9)

= 1,2027 = 1,1967 = 1,1812 = 1,1653

b) Calculo de la temperatura final de compresión (𝑇𝑐 ) 𝑻𝑪 = 𝑻𝑨𝒕𝒎 ∗ 𝒓𝒄 𝒏−𝟏

𝑇𝐶 (1) = 294,15 ∗ (9)1,2027−1 = 459,19 [𝐾] 𝑇𝐶 (2) = 294,15 ∗ (9)1,1967−1 = 453,18 [𝐾] 𝑇𝐶 (3) = 294,15 ∗ (9)1,1812−1 = 438,00 [𝐾] 𝑇𝐶 (4) = 294,15 ∗ (9)1,1653−1 = 422,97 [𝐾]

c) Calculo de la Eficiencia real (η) 𝛈=𝟏−

𝟏 𝒓𝒄 𝒏−𝟏 1

η(1) = 1 −

(9)1,2027−1

η(2) = 1 −

(9)1,1967−1

η(3) = 1 −

1 1 (9)1,1812−1

= 0,3594 = 0,3509 = 0,3284

η(4) = 1 −

1 (9)1,1653−1

= 0,3046

6.3. RESULTADOS Tabla comparativa de resultados: Variables

Ideal

𝒏 𝑻𝑪 [𝐾] 𝛈

1,27964 551,16 0,4590

Cilindro 1 1,2027 459,19 0,3594

Real Cilindro Cilindro 2 3 1,1967 1,1812 453,18 438,00 0,3509 0,3509

Cilindro 4 1,1653 422,97 0,3046

7. CONCLUSIONES  Se puede decir que las características principales del ciclo Otto son que este es un ciclo en el cual se presentan dos tipos de procesos dos adiabáticos y dos isotérmicos. La principal aplicación del ciclo Otto es a los motores de combustión interna, los mismos que operan en 4 tiempos: Admisión, compresión, expansión y Escape.  El ciclo de Otto ha sido un avance en el ámbito científico y automotriz puesto que para su creación se involucran temas como lo es la termodinámica con el fin de brindar comodidad al ser humano.  El motor de cuatro tiempos brinda mayor seguridad a sus piezas y preserva su vida útil en comparación con el motor de dos tiempos puesto que el trabajo Que están en dos piezas es distribuido en las piezas de más.  Se Calculó el Coeficiente poli trópico de compresión (𝑛) ideal con un valor de 𝑛 = 1,27964 y Real con un valor de nprom.=1.1864.  Se calculó la temperatura final de compresión (𝑇𝑐 ) Ideal con un valor de 𝑇𝑐 = 551,16 [𝐾] y Real con un valor de T C prom.= 443.33 [K].  Calculo de la Eficiencia ideal (𝜂)𝜂 = 0,4590, Y la Eficiencia real (nprom.)=0.3358.  Para hallar el coeficiente poli trópico ideal se usó la presión a nivel del mar. 8. BIBLIOGRAFIA     

https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_teorico.pdf https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.pdf Guia de Laboratorio de Motores Diapositivas de Motores de combustión Yunus A. Cengel/Termodinamica