1. Laboratori de Mecànica de Fluids i Motors Tèrmics. E.U.P.M.
Departament de Màquines i Motors Tèrmics. U.P.C.
Prof.: J.J. de Felipe 1
TEMA 4.-CICLOS REALES.
1.- Ciclo indicado y presión media indicada.
El ciclo real refleja las condiciones reales de funcionamiento de un motor y se identifica con
el diagrama de las presiones medidas en el cilindro correspondiente a las diferentes
posiciones del pistón.este diagrama, se llama diagrama indicado, ya que antiguamente se
tomaba en un aparato denominado indicador.
Hoy en dia se utilizan los registradores electrónicos u osciloscopio.El elemento de medida de
presiones consiste en un trozo de cuarzo en contacto con el interior del cilindro, este
elemento de cuarzo puede ir en combinación con una bujía reducida (motores de Otto), o
como elemento independiente.
El cuarzo tiene la popiedad de generar cargas eléctricas proporcionales a la presión que se le
somete.Estas cargas pasan a un amplificador, con el objeto de obtener tensiones suficientes
para desviar el haz electrónico de un tubo de rayos catódicos (tubo de Braun) que nos
produce desviación vertical, que nos representa las presiones y la desviación horizontal
(volúmenes) puede conseguirse con un generador eléctrico acoplado al eje motor.Mediante
unas escobillas se manda la señal a las placas del tubo catódico.
Dando una forma adecuada al inductor del generador, puede conseguirse un transmisor de
carrera, que daría sobre la pantalla una linea horizontal proporcional a los volúmenes.La
resultante de ambas señales sería el diagrama indicado P-V, del motor.
El área superior de ambos ciclos representados (área 234562) representa el trabajo positivo
realizado por el motor, y el área inferior definida por (1261` 1) representa el trabajo negativo
debido al efecto de bombeo tanto en las fases de admisión como de escape.
La diferencia entre ambas áreas nos daría el trabajo útil o indicado, dividiendo esta área por
el volumen de la cilindrada o la carrera dependiendo de la escala elegida, se obtiene la
presión media indicada(Pmi).
2.- Diferencias entre el ciclo Otto real y teórico.
Entre el ciclo indicado y el correspondiente ciclo teórico , existen diferencias fundamentales,
tanto en la forma del diagrama como en los valores de las temperaturas y de las presiones.
a)Diferencias de forma:
-Existe un diferente recorrido entre las curvas de expansión y de compresión.
-No existen ángulos ni tramos rectilineos, ambos son sustituidos por curvas y enlaces curvos.
Las causas de estas diferencias son:
a)Perdidas de calor:
-En el ciclo teórico son nulas, en el real son apreciables, existe la refrigeración.(Pérdida de
trabajo área A).
El calor perdido por refrigeración es el calor perdido que pasa de los gases al refrigerante
mediante convección y conducción; cuya ecuación general sería:
Q = K * S * (t f 1 − t f 2 ) * t(Julios)
Si tenemos un motor rápido el tiempo t de duración del ciclo es menor, y por lo tanto menor
sera Q.
Pero al ir más rápido el motor dará mayor velocidad a los gases por lo que aumentará el
coeficiente de convección α, con lo que aumenta K y aumenta Q.
Las dos influencias son contrarias, pero al ser más importante la referida al tiempo,aumentará
con la velocidad el rendimiento térmico, como se puede ver en la curva experimental.

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Se deduce por la forma de la curva que más alla de una velocidad de 3000 r.p.m.,el aumento
de rendimiento es insignificante y el aumento de velocidad se realiza con objeto de reducir el
peso del motor por unidad de potencia.
Otra característica del motor que influye en su rendimiento, en este aspecto es la relación
entre la superficie total de paredes en contacto con los gases en evolución y el volumen de
estos gases, cuanto mayor es esta superficie mayor será la cantidad de calor que , por ciclo,
pasará al refrigerante y menor será el rendimiento.
Para saber de que depende este factor, analizaremos un cilindro, cuya cilindrada vendrá dada
por:
Π * D2
V= *C
4
V1 = V + V2
La superficie total de paredes cuando el émbolo se halla en el PMS, la llamaremos So, y
cuando se encuentra en el PMI, será:
S = Π * D * C + So
Para un determinado motor con un determinado r Cv y cilindrada , la superficie de
transmisión de calor valdrá:
Π * D2 4(V1 − V 2 )
V1 − V2 = * C => C =
4 Π * D2
4(V 1 − V 2 )
S = Π* D* + So
Π * D2
Puesto que V y So son constantes, nos dice que la superficie de enfriamiento será tanto
menor cuanto mayor sea el diámetro del cilindro.
Referente a este aspecto geométrico, también hemos de tener en cuenta las aceleraciones
máximas permisibles. La aceleración máxima a que se hallan sometidas las piezas dotadas
de movimiento, nos viene dado por:
Π2 * n
a max = * Vm
60
2* C* n
Vm =
60
Siendo Vm , la velocidad media del émbolo, y teniendo unos valores que oscilan entre 8 y 15
m/s.
Π * D2
V= *C
4
De cumplirse ambas limitaciones, obtendremos la geometría del motor, y dependiendo de la
relación D y C, podemos encontrarnos con motores del tipo:
Si D>C -> Hiper cuadradas.
Si D<C->Hipo cuadradas.
Si D=C cuadradas.
b)Combustión no instantánea.
En el teórico se realiza a V=cte, en el ciclo real se requiere un cierto periodo de tiempo; por
lo que se ha realizar el encendido antes de alcanzar el PMS.
La explosión normal de estas mezclas ocurre de la siguiente forma:

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El arco voltaico, que es la chispa eléctrica en la bujía, deja después de él una llama filiforme
que más tarde se propaga a velocidad que depende de la turbulencia, de la presión, de la
temperatura y de la naturaleza y proporción de la mezcla.
El frente de la llama no es regular, lo cual aumenta el área de la superficie frontera, y va
precedido de una transmisión de calor suficiente para asegurar la propagación, y de una
expansión.
La máxima velocidad de llama corresponde a la máxima turbulencia; ésta a su vez depende
de la forma y disposición respecto al cilindro de la culata y de las válvulas, y a las n.
puesto que la carga de combustible por ciclo ha de quemarse a V=cte y esta constancia tiene
lugar muy aproximadamente durante unos grados de giro del cigüeñal a uno y otro lado del
punto muerto, y que por otra parte la llama necesita un cierto tiempo para propagarse desde
la bujía hasta los confines de la cámara de combustión, se comprende que la chispa eléctrica
deberá hacerse saltar antes del citado punto muerto.
Si representamos por Cllama la velocidad de la llama, por l la distancia máxima que ésta
debe recorrer, por W la velocidad angular del cigüeñal y por α1 el ángulo girado mientras la
llama recorre l, el tiempo que dura la propagación de la llama valdrá:
l α1 l α1
t= ;t = => =
Cllama w Cllama w
Se deduce pues:
l *w
α1 =
Cllama
Pero ocurre que para que la chispa salte en un instante dado el mecanismo productor debe
ponerse en movimiento antes, debido a la inercia mecánica, este adelanto lo podemos
expresar como αo, por tanto el adelanto al encendido valdrá:
l *w
α= + αo
C llama
Esta expresión nos dice que el avance al encendido α es función de la dimensión l, constante
para un motor dado; de la velocidad de rotación del eje w, de la velocidad Cllama de
propagación de la llama, la cual depende del dosaje, de la turbulencia, de la presión y de la
temperatura; y del anticipo αο,función a su vez de las formas, dimensiones y peso especifico
de los mecanismos, y de la resistencia ,autoinducción y capacidad de los circuitos eléctricos.
Los únicos valores constantes son l y αο, siendo w y Cllama no proporcionales entre sí.
Debido a estos efectos escritos, s pierde el área "B" del diagrama.
c)Tiempo de apertura de la válvula de escape y de admisión.
El ciclo teórico termina con una caida de presión a volumen constante , lo cual no es posible
en la práctica; asi pues es necesario abrir la válvula de escape antes del PMI, a fin de que la
presión residual caiga, la mitad antes del PMI, y la mitad después,en consecuencia, el avance
al escape dependerá:
-De la presión residual(P4).
-De la forma y dimensiones del conducto de salida.
-De la velocidad angular del motor.
Esto nos lleva a una pérdida de trabajo útil, dado por el área "C".
Así como al principio del periodo de escape existe un avance, en su final existe un retardo,lo
cual significa que la válvula de escape no cierra en el mismo punto muerto superior, si no
después; de esta manera aunque el émbolo no empuja a los gases, estos continúan saliendo,
por su ligera sobrepresión respecto a la atmósfera, y por su inercia.
En el periodo de admisión existen también un avance y un retardo;el avance, al principio del
período, tiene por objeto disponer de abertura de válvula suficiente para dar paso a

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volúmenes de mezcla iguales a los volúmenes barridos por el émbolo; el retardo al final del
periodo, tiene por objeto permitir, por inercia y depresión, la entraa de mezcla cuando el
émbolo, llegado al PMI y aún ascendiendo, ya no ejerce succión alguna, obteniendose así
una mayor carga del cilindro; los valores numéricos de tales avances o retardos dependen
igualmente de las diferencias de presiones, de los conductos y de la velocidad del motor.
Rendimiento volumétrico:
Se define como la razón entre la masa de aire efectiva de aire introducida en el cilindro por
unidad de tiempo y la masa del aire que teóricamente debería ser introducida en el mismo
tiempo, calculada en base a la cilindrada y a las condiciones de temperatura y presión a la
entrada del cilindro.
ma real
ηv =
maideal
Siendo:
Pentradacilindro
ma ideal = V * ρ entradacilindro = V *
Raire * Tentradacilindro
d)Trabajo de bombeo.
El ciclo real presenta otra diferencia importante en la comparación del ciclo teórico:
Durante la carrera de admisión la presión en el cilindro es inferior a la que se tiene durante la
carrera de escape.Salvo casos particulares,durante la admisión la presión es inferior a la
atmosférica y durante el escape es superior.Se crea por tanto en el diagrama indicado un área
negativa "d", que corresponde a trabajo perdido.Este trabajo hecho por el motor para llevar a
cabo la admisión y el escape se llama trabajo de bombeo, y se evalúa como trabajo perdido
por rozamiento.
L V2
w2 = f * *
D 2
b)Diferencia en los valores de las presiones y temperaturas máximas.
a)Aumento de los calores específicos del fluido con la temperatura.
Como se puede comprobar , las presiones máximas y temperaturas máximas son menores
que en el ciclo ideal,por tanto el rendimiento disminuye.
b)Disociación en la combustión( ya comentado)
c)Fugas
3.- Diferencias entre ciclo Diesel real y teórico.
Las diferencias son comunes a las del ciclo Otto, pero existe una que es peculiar al motor
Diesel, y que se refiere a la combustión que en el caso del ciclo real, no se realiza a P=cte.