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Ciclos reales de los motores térmicos

Ciclos reales de los motores térmicos

El ciclo real de un motor térmico es el que refleja las condiciones efectivas de su funcionamiento. Estas condiciones se identifican con el diagrama de presiones medias en el cilindro en correspondencia a las diversas posiciones del pistón. La presión mostrada en un diagrama de presiones media es la denominada presión media indicada.

El diagrama indicado es el gráfico que representa este ciclo.

Funcionamiento simplificado del indicador

El indicador es un aparato que sirve para obtener el diagrama indicado del ciclo de un motor térmico.

En el indicador del diagrama indicado, un pequeño cilindro provisto de un pistón retenido por un muelle comunica con la cámara de combustión del cilindro motor por medio de un tubo. El vástago del pistón actúa sobre un sistema de palancas que forman un cuadrilátero amplificador. El brazo de palanca mas largo del cuadrilátero está provisto en su extremidad de un estilete.

El dibujo expuesto a continuación muestra de forma esquemática, como se traza el diagrama indicado por medio del indicador. El aparato esquematizado sirve para mostrar como se obtiene un diagrama indicado, pero no es realizable en la practica. Los indicadores son, en realidad, aparatos mas complicados, que utilizan los técnicos especializados.

Esquema de un indicador de ciclos reales en motores térmicos

La presión de los gases se transmite a través del cilindro. La presión actúa sobre el pistón y, venciendo la carga del muelle, desplaza el pistón a una longitud proporcional al valor de la presión. El estilete traza, por tanto, en sentido vertical una linea de longitud proporcional a la presión que actúa sobre el pistón. Como todo el dispositivo indicador esta fijo al pistón motor, el estilete se mueve linealmente con él, y su posición horizontal corresponde en cada punto a la del pistón motor.

La curva trazada por el estilete esta referida, pues, a dos ejes coordenados. Las abscisas representan los espacios recorridos por el pistón y, por tanto, los volúmenes. Las ordenadas representan las presiones.

Ejemplo en motor térmico de ciclo otto y 4 tiempos

Supongamos que el motor es de encendido por chispa (ciclo otto) y de un ciclo de 4 tiempos. Asimismo, supondremos que las condiciones de funcionamiento son aproximadamente las teóricas.

Deslizamos el pistón del punto muerto superior (P.M.S.) al punto muerto inferior (P.M.I.) y viceversa, con la válvula abierta. Suponemos que el pistón no ofrece ninguna resistencia al paso del gas. La presión en el cilindro se mantiene igual a la presión atmosférica. Durante este movimiento el estilete va trazando un segmento horizontal A-A, de longitud igual a la carrera del pistón. El segmento dibujado representa el diagrama de las presiones para la fase de aspiración y de escape.

Posteriormente se cierra la válvula durante la carrera de compresión. El estilete describe la curva A-B. Al final de la carrera de compresión se verifica la combustión y, en consecuencia, se produce un aumento repentino de presión que hace trazar al estilete la línea casi vertical B-C. Sucesivamente, durante la carrera de expansión, el estilete describe la curva C-D. Poco antes de terminar la carrera de expansión, se abre la válvula de escape, la presión desciende a un valor muy próximo al atmosférico y, por tanto, el estilete traza el pequeño rasgo, casi vertical, D-A.

Comparación de dos ciclos reales de motores otto y motores diesel

A continuación mostramos la representación de dos ciclos reales típicos de motores otto y motores diesel de igual cilindrada unitaria.

Comparación ciclo real de motor otto y motor dieselPara facilitar la comparación entre los dos ciclos, los diagramas se han dibujado superpuestos. El eje de las presiones para el ciclo otto, como consecuencia de la diferencia de volumen Vc de la cámara de combustión. En efecto, a igualdad de cilindrada unitaria Vp, siendo mas elevada la relación de compresión del motor diesel que la del motor otto, resulta menor el volumen Vc, de la cámara de combustión.

La superficie 1 2 6 1' 1 representa el trabajo negativo debido al bombeo en la fase de aspiración y de escape. La superficie 2 3 4 5 6 2 representa el trabajo positivo. Su diferencia es el trabajo útil. Dividiendo el area correspondiente al trabajo útil efectuado por el fluido, por la longitud de la carrera, o por la cilindrada Vp con arreglo a la escala elegida para el eje de las abscisas, se obtiene el valor de la presión media indicada (p.m.i.).

Si deseamos valorar la diferencia del trabajo útil entre el ciclo teórico y el ciclo indicado, estableceremos la relación comparativa entre las superficies correspondientes. Dividiendo la superficie del ciclo indicado por la respectiva del ciclo teórico de aire, se obtiene el rendimiento indicado.

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Última revisión: 22 de noviembre de 2017