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Ciclos teóricos y ciclos reales
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Ciclos teóricos y ciclos reales

Ciclos teóricos de los motores endotérmicos

Para los ciclos teóricos, las aproximaciones más empleadas en orden de aproximación a la condiciones reales son tres:

  • ciclo real
  • ciclo de aire
  • ciclo aire-combustible.

A estos ciclos teóricos se comparan en la práctica los ciclos reales. Los ciclos reales se obtienen experimentalmente por medio de los indicadores. El uso de estos idndicadores es el motivo por el qual los ciclos reales también son llamados ciclos indicados.

Los ciclos teóricos no són idénticos a los ciclos reales, pero són una herramienta muy útil para estudiar termodinámicamente los motores de combustión interna. Especialmente para comprender cuanto influyen sobre su utilización las condiciones de funcionamiento y para comparar entre sí diversos tipos de motores.

Suposiciones de los ciclos teóricos

Los ciclos teóricos también se pueden llamar ciclos ideales ya que se calcula suponiendo que las condiciones de operación són ideales tal y como se detalla a continuación.

En los ciclos teóricos (o ciclos ideales) se supone que el fluido operante está constituido por aire y que éste se comporta como un gas perfecto. Por ello, los valores de los calores específicos se consideran constantes e iguales al del aire a las condiciones tipo 15º de temperatura y 1 atmósfera de presión:

Cp = 0.241 Ca/kg ºC ;
Cv = 0.172 Ca/kg ºC ;

Donde resulta:

Suponemos, además, que en el ciclo teórico (o ciclo ideal) las fases de introducción y sustracción de calor tienen una duración bien determinada, dependiente del tipo de ciclo (ciclo otto, ciclo diésel, ciclo de sabathé), y que en las otras fases no hay pérdidas de calor.

Es natural, que, con estas hipótesis, los valores máximos de temperatura y presión, así como, en consecuencia, el trabajo y el rendimiento térmico calculados para el ciclo teórico (o ciclo ideal), sean más elevados que los correspondientes a los otros tipos de ciclos.

El ciclo teórico (o ciclo ideal) representa, por tanto, el límite máximo que teóricamente puede alcanzar el motor y permite un fácil estudio matemático basado en las leyes de los gases perfectos. A él nos referimos al emplear a lo largo de este tratado, la expresión “ciclo teórico”.

Ciclo de aire

En el ciclo de aire, el fluido operante es también aire, pero se supone que los calores específicos son variables a lo largo de la gama de temperaturas en que se opera.

Las condiciones de introducción y sustracción del calor son iguales a las del ciclo ideal y tampoco hay pérdidas de calor. Como el cálculo de los calores específicos medios es complicado, se usan tablas que dan directamente los valores del calor y el trabajo, en términos de energía interna y entalpía para los diversos puntos de las transformaciones isentrópicas del aire. Teniendo en cuenta la variaciones de los calores específicos, se obtienen, para la temperaturas y presiones máximas, valores inferiores a los calculados para el ciclo ideal; por consiguiente, el trabajo y el rendimiento térmico asimismo más bajos, pero, así y todo, son aún mayores que los correspondientes a un ciclo real.

El ciclo aire-combustible es, entre todos los que por lo general se calculan, el más próximo al ciclo real. En el motor de encendido por chispa (ciclo otto), el fluido está compuesto, durante la fase de aspiración, por la mezcla y los gases residuales de la combustión anterior; en el motor de encendido por compresión (ciclo diésel) está formado por aire y los gases residuales. Después de la combustión, el fluido está constituido por productos de la misma, esto es, una mezcla de CO2, CO, H2O,N2. Estos gases tienen un calor específico medio todavía más alto que el del aire; pero además, se cuenta con un incremento posterior de los calores específicos, a causa de la disociación o descomposición química de las moléculas más ligeras sometidas a la acción de altas temperaturas. El aumento de los calores específicos, así como la disociación que, por ser reacción endotérmica, absorbe una parte del calor de la combustión, producen un posterior descenso de la temperatura y la presión máxima en comparación con las calculadas para el ciclo de aire.

Para el cálculo del ciclo aire-combustible se recurre a tablas que contienen datos obtenidos experimentalmente. Incluso para este ciclo se admite no sólo que el calor es introducido y sustraído de manera instantánea, como en el ciclo ideal, sino que no se producen pérdidas de calor.

Ciclo real de los motores endotérmicos

El ciclo real se obtiene experimentalmente, como ya hemos indicado, por medio de diversos aparatos indicadores, capaces de registrar el diagrama de presiones en función de los volúmenes, en un cilindro motor en funcionamiento. El diagrama indicada refleja las condiciones reales del ciclo y, por tanto, tiene en cuenta también –además de las variaciones ya enunciadas para el ciclo aire y para el de aire-combustible en la comparación de ciclos ideales- las pérdidas de calor, la duración de combustión, las pérdidas causadas por el rozamiento del fluido, la duración del tiempo de abertura de las válvulas, el tiempo de encendido, así como de inyección y las pérdidas del escape.

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