Ciclo otto/ diesel

CICLO OTTO
CICLO DIESEL

Francisco Javier Lozano Cortés

Fases ciclo otto 4 tiempos
• ADMISIÓN
• COMPRESIÓN
• EXPLOSIÓN
• ESCAPE

Fase de admisión
• Durante la primera fase el
pistón se desplaza hasta el
PMI y la válvula de admisión
permanece
abierta, permitiendo que se
aspire la mezcla
de combustible y aire hacia
dentro del cilindro (esto no
significa que entre de
forma gaseosa).

FASE DE COMPRESIÓN
• Durante la segunda fase
las válvulas permanecen
cerradas y el pistón se
mueve hacia el
PMS, comprimiendo la
mezcla de aire y
combustible. Cuando el
pistón llega al final de
esta fase, la bujía se
activa y enciende la
mezcla.

FASE DE EXPLOSIÓN
• Durante la tercera fase se
produce la combustión de la
mezcla, liberando energía que
provoca la expansión de los
gases y el movimiento del
pistón hacia el PMI. Se produce
la transformación de la energía
química contenida en el
combustible en energía
mecánica trasmitida al pistón.
Él la trasmite a la biela, y la
biela la trasmite al cigüeñal, de
donde se toma para su
utilización.

FASE DE ESCAPE
• En la cuarta fase se
abre la válvula de
escape y el pistón se
mueve hacia el
PMS, expulsando los
gases producidos
durante la combustión
y quedando
preparado para
empezar un nuevo
ciclo (renovación de la
carga)

CICLO TEÓRICO OTTO
• Admisión 0-1
• Compresión 1-2
• Encendido 2-3
• Trabajo 3-4
• Apertura Válvula de
Escape 4-1
• Escape 1-0

ISOBARA
• Admisión:
• El pistón se desplaza
desde el PMS al PMI.
• La válvula de admisión se
encuentra abierta.
• El cilindro se llena con
mezcla aire/combustible.
• El llenado del cilindro
requiere un trabajo
negativo

ADIABATICA
• Compresión:
• Con las dos válvulas
cerradas, el pistón se
desplaza desde el PMI al
PMS.
• Se realiza una carrera
completa.
• Se comprime la mezcla
aire/combustible.
• La compresión requiere
trabajo negativo.

ISOCORA
• Encendido:
• Cuando el pistón llega
al PMS, se enciende la
chispa en la bujía y se
quema la mezcla en la
cámara de
combustión, aumentan
do la presión

ADIABATICA
• Trabajo:
• Con las dos válvulas
cerradas el pistón se
desplaza desde
el PMS al PMI.
completa.
• La evolución genera trabajo
positivo. De hecho es la
única evolución del total del
ciclo en que se genera
trabajo positivo al exterior.

ISOCORA
• Ap. Válvula de Escape:
• En teoría esta caída de
presión de 4 a 1 es
instantánea y ocurre
cuando se abre la
válvula de escape.

ISOBARA
• Escape: El pistón se
desplaza desde
el PMI al PMS.
completa. En principio
la presión dentro del
cilindro es igual a la
atmosférica, por lo cual
el trabajo requerido es
cero.

1. PÉRDIDAS DE CALOR
Como el cilindro esta
refrigerado para
asegurar el buen
funcionamiento del
pistón, una cierta parte
de calor del fluido se
transmite a las paredes.
Se produce, por
tanto, una perdida de
trabajo útil
correspondiente a la
superficie A de la figura.

2. COMBUSTIÓN NO INSTANTÁNEA
• En el ciclo teórico, se supone que la
combustión se realiza a volumen
constante; es, por tanto, instantánea; en
el ciclo real, por el contrario, la
combustión dura un cierto tiempo.
• Si el encendido tuviese lugar justamente
en el P.M.S., la combustión ocurriría
mientras el pistón se aleja de dicho
punto, y el valor de la presión seria
inferior al previsto, con la correspondiente
perdida de trabajo útil, por lo que es
necesario anticipar el encendido de forma
que la combustión pueda tener lugar, en
su mayor parte, cuando el pistón se
encuentra en la proximidad del P.M.S.
• Esto produce un redondeamiento de la
línea teórica 2-3 de introducción del calor
y, por tanto, una perdida de trabajo útil
representada por el área B.

3. TIEMPO DE ABERTURA DE LA
VÁLVULA DE ESCAPE
• En el ciclo teórico también habíamos
supuesto que la sustracción de calor
ocurría instantáneamente en el P.M.I
• En el ciclo real la sustracción de calor
tiene lugar en un tiempo a que una
parte de los gases salgan del cilindro
antes de que el pistón alcance el
P.M.I. de manera que su presión
descienda cerca del valor de la
presión exterior al comienzo de la
carrera de expulsión.
• Este hecho provoca una perdida de
trabajo útil representada por el arrea
C, perdida que es, sin
embargo, menor que la que se
tendría sin el adelanto de la abertura
de la válvula de escape.

• http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica
/asignaturas/fisica/termo2p/otto.html

Ciclo Otto dos tiempos
• (Admisión - Compresión). Cuando
el pistón alcanza el PMI empieza a
desplazarse hasta el PMS, creando una
diferencia de presión que aspira la
mezcla de aire y gasolina. Cuando el
pistón tapa la lumbrera, deja de entrar
mezcla.
• (Expansión - Escape de Gases). Una vez
que el pistón ha alcanzado el PMS, se la
enciende una chispa de la bujía. El
pistón se desplaza hacia
abajo, realizando trabajo hasta que se
descubre la lumbrera de escape. Los
gases quemados salen por ese orificio.

Fases ciclo diesel 4 tiempos
• ADMISIÓN
• COMPRESIÓN
• EXPANSIÓN
• ESCAPE

FASE DE ADMISIÓN
Aire puro entra en el
cilindro por el
movimiento de
retroceso del pistón.

FASE DE COMPRESIÓN
El pistón comprime el
aire muy fuerte y
éste alcanza una
temperatura muy
elevada.

FASE DE EXPANSIÓN
Se inyecta el gasoil, y
éste se enciende
inmediatamente por
causa de la alta
temperatura

FASE DE ESCAPE
El pistón empuja los
gases de combustión
hacia el tubo de
escape

CICLO DIÉSEL DOS TIEMPOS

VIDEO CICLO DIESEL DOS TIEMPOS

CICLO TEÓRICO DIÉSEL
• Admisión E→A
• Compresión A→B
• Combustión B→C
• Expansión C→D
• Escape D→A y A→E

ISOBARA
• Admisión E→A
• El pistón baja con la válvula
de admisión
abierta, aumentando la
cantidad de aire en la
cámara.
• Esto se modela como una
expansión a presión
constante (ya que al estar la
válvula abierta la presión es
igual a la exterior). En el
diagrama PV aparece como
una recta horizontal.

ADIABATICA
• Compresión A→B
• El pistón sube comprimiendo
el aire. Dada la velocidad del
proceso se supone que el aire
no tiene posibilidad de
intercambiar calor con el
ambiente, por lo que el
proceso es adiabático.
• Se modela como la curva
adiabática reversible A→B, aun
que en realidad no lo es por la
presencia de factores
irreversibles como la fricción.

ISOBARA
• Combustión B→C
• Un poco antes de que el pistón
llegue a su punto más alto y
continuando hasta un poco
después de que empiece a
bajar, el inyector introduce el
combustible en la cámara.
• Al ser de mayor duración que
la combustión en el ciclo
Otto, este paso se modela
como una adición de calor a
presión constante.
• Éste es el único paso en el que
el ciclo Diesel se diferencia del
Otto.

ADIABATICA
• Expansión C→D
• La alta temperatura del
gas empuja al pistón
hacia abajo, realizando
trabajo sobre él.
• De nuevo, por ser un
proceso muy rápido se
aproxima por una curva
adiabática reversible.

ISOCORA
• Escape D→A
• Se abre la válvula de escape y el gas
sale al exterior, empujado por el
pistón a una temperatura mayor que
la inicial, siendo sustituido por la
misma cantidad de mezcla fría en la
siguiente admisión.
• No obstante, dado que la cantidad de
aire que sale y la que entra es la
misma podemos, para el balance
energético, suponer que es el mismo
aire, que se ha enfriado. Este
enfriamiento ocurre en dos fases.
Cuando el pistón está en su punto
más bajo, el volumen permanece
aproximadamente constante y
tenemos la isócora D→A.

ISOBARA
• Escape A→E
• Cuando el pistón
empuja el aire hacia el
exterior, con la válvula
abierta, empleamos la
isobara A→E, cerrando
el ciclo.

1.COMBUSTIÓN A PRESIÓN
CONSTANTE
• Como se ve en el diagrama
indicado, en la practica la
combustión se realiza en tales
condiciones, que la presión
varia durante el
proceso, mientras que en el
ciclo teórico habíamos
supuesto que se mantenía
constante.
• En realidad, una parte de la
combustión se lleva a cabo a
volumen constante, y otra
parte, a presión
constante, casi como en el
ciclo Otto real.

2.PÉRDIDA POR BOMBEO
• Las perdidas por bombeo son
inferiores a las que se
producen n ciclo Otto, puesto
que no hay estrangulamiento
en el aire de aspiración; en los
motores de encendido por
compresión no existe la
válvula
mariposa, característica de los
motores de encendido por
chispa, provistos de
carburador. Por ello, la
superficie negativa del ciclo
Diesel real es menor que la del
ciclo Otto.

APLICACIONES
• 2T gasolina: tuvo gran aplicación en las motocicletas , motores de
ultraligeros (ULM) y motores marinos fuera-borda hasta una cierta
cilindrada, habiendo perdido mucho terreno en este campo por las
normas anticontaminación. Sólo motores muy pequeños como
moto sierras y pequeños grupos electrógenos siguen llevándolo.
• 4T gasolina: domina en las aplicaciones en motocicletas de todas las
cilindradas, automóviles, aviación deportiva y fuera borda.
• 2T diesel: domina en las aplicaciones navales de gran
potencia, hasta 100000 CV hoy día , tracción ferroviaria. En su día se
usó en aviación con cierto éxito.
• 4T diesel: domina en el transporte terrestre
, automóviles, aplicaciones navales hasta una cierta potencia.
Empieza a aparecer en la aviación deportiva.

Diferencias motor gasolina / motor
diesel

• Las diferencias principales entre el motor a gasolina y el Diesel son:
• Un motor a gasolina succiona una mezcla de gas y aire, los comprime y
enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo succiona aire, lo
comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. EL calor
del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente.
• Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina.
Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un
motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta
compresión se traduce en mejor eficiencia.
• Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el
combustible diesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a
gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el
combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o
inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado
a la válvula de succión (fuera del cilindro).

Rendimiento
El motor Diesel funciona de una forma distinta al de gasolina; ambos son de
combustión pero la diferencia esta en como la logran.

En el motor de gasolina, se realiza una mezcla de aire con combustible y se pasa al
cilindro del motor. Se comprime la mezcla y se provoca una explosión con la chispa
de la bujía. Este proceso se repite una y otra vez para mantener en marcha al
motor.

El motor diesel realiza el proceso de forma diferente: El aire (sin mezclarse con el
diesel) se pasa al cilindro del motor. Se comprime el aire y una vez en este punto
se inyecta combustible para generar la explosión (no se utilizan bujías). Esto ocurre
porque el aire al comprimirse se calienta y cuando el combustible entra en
contacto con este, se genera la explosión. Este proceso se repite una y otra vez
para mantener en marcha al motor.

• Ahora viene lo interesante: ¿ que hay de especial en el método empleado
por el motor Diesel?
El secreto esta en la compresión del aire. Mientras mas aire se
comprime, el combustible puede interactuar con más oxigeno y originar
una explosión mayor que resulta en más potencia para el motor. El motor
de gasolina tiene un radio de compresión de 8:1 a 12:1 mientras que el
Diesel lo tiene entre 14:1 y 25:1.
Si parte del secreto esta en la compresión, entonces ¿ por qué los motores
de gasolina no la aumentan?
Sencillo, como en los motores de gasolina el aire y el combustible entran
mezclados al cilindro no se puede aumentar tanto la compresión porque la
mezcla se calentaría demasiado y explotaría de forma descontrolada
provocando daños al motor. En los motores diesel esto no ocurre porque
el aire se comprime sin el combustible y cuando llega al punto máximo
entonces se realiza la inyección, resultando en una explosión controlada.

MOTORES GASOLINA
• Tenemos a una industria petrolera que aparentemente
no ha reaccionado ante tanto coche eléctrico y de
hidrógeno. El motivo es muy sencillo: sienten que su
posición de privilegio es todavía muy segura y que
mientras haya reservas de petróleo para refinar
combustibles fósiles, el público seguirá optando por la
gasolina y sus derivados en el futuro cercano. Se
calcula que las actuales reservas mundiales de
petróleo alcanzarán para abastecer al mundo por
aproximadamente otros 60 años, promediando las
reservas de los países de la OPEP, con la demanda de
los tres grandes consumidores mundiales: Rusia, China
y EEUU.

MOTORES DIESEL
• Hoy en día, los Diesel consumen aproximadamente un 30%
menos que los motores de inyección de gasolina y alrededor de un
25% menos que los motores de gasolina por inyección directa. El
Diesel es una solución eficiente, incluso, para coches deportivos.
Además las emisiones de CO2 son, de media, un 25% inferiores que
las de un vehículo de gasolina de las mismas prestaciones.
El motor de Diesel, va a seguir siendo el sistema de propulsión
principal en las próximas décadas, mientras que el automóvil
eléctrico se mejorará notablemente en el futuro, pero aún necesita
tiempo para reemplazar, a largo plazo, a los motores de
combustión. Según las previsiones, en 2025, aproximadamente, el
3% de las ventas mundiales de vehículos serán de eléctricos.

CÉLULA COMBUSTIBLE

• Motores más silenciosos
• No emite gases tóxicos
• No es fácil almacenar hidrógeno
líquido.
• Las células todavía tardan demasiado
en "calentarse", y el rendimiento de
estos motores es menor que el de
aquellos que funcionan a gasolina.
• El proceso para extraer hidrógeno del
agua insume gran cantidad de
energía (combustible fósil) y
contamina el ambiente.

HÍBRIDOS
• un automóvil que aprovecha la
potencia de su motor a gasolina
para alimentar un motor eléctrico
paralelo. De este modo se logra gran
eficiencia en el uso del combustible.
• son casi tan eficientes como los
diesel
• queda mucho para que los
automóviles híbridos igualen a los
actuales en precio.
• en países como Estados Unidos y el
Reino Unidos no parecen estar en la
preferencia de los consumidores.

BIO - COMBUSTIBLES
• Si bien la idea nunca germinó, muchos
creen que ha puesto de relieve un
hecho fundamental: que la naturaleza
puede proveernos de numerosas
fuentes de energía más baratas y
limpias que el petróleo.
• En Brasil y Francia ya se utiliza el bio-
etanol mezclado con gasolina. Se trata
de un alcohol obtenido de la caña de
azúcar o la remolacha.
• Teóricamente, el aceite de cocina
puede ser utilizado en automóviles
diesel. Algunas firmas británicas han
comenzado a ofrecerlo y podría
reemplazar enteramente al
combustible diesel.

ENERGÍA ELEMENTAL
• Este automóvil utiliza, de hecho, aire
comprimido como combustible y su
inventor, el ingeniero francés Guy
Negre, asegura que no contamina el
ambiente.
• Otra alternativa gratuita, la energía
solar, tampoco ha logrado
imponerse, aunque existe un gran
entusiasmo en el mundo científico.
Frecuentemente se realizan carreras de
automóviles solares en las que compiten
equipos de investigadores.
• Los críticos han objetado que de todos
modos se necesita electricidad para
comprimir el aire.
• En países como en Reino Unido, la escasez
de días soleados ha jugado en contra de
esta tecnología.

MECANISMO DE RELOJERÍA
• Si las reservas de petróleo
realmente se acaban, los
conductores podrían hallar
algún "consuelo" en los
trabajos de Leonardo da
Vinci.
• El vehículo de madera es
accionado por resortes
extendidos en la dirección
opuesta al destino del
conductor. También
incorpora un sistema
rudimentario de frenos.

EFECTOS MEDIOAMBIENTALES
MOTORES DIESEL MOTORES GASOLINA

MONOXIDO DE CARBONO 0,2 % 6%

OXIDOS DE NITROGENO 0,45 % 0,35 %

HIDROCARBUROS 0,04 % 0,4 %

DIOXIDO DE AZUFRE 0,04 % 0,007 %

HOLLIN 0,3 % 0,05 %

• http://www.elpais.com/articulo/sociedad/dies
el/compensa/sucio/elpepisoc/20110121elpepi
soc_1/Tes

• Motores diesel emiten menos CO2 que los
motores gasolina
• En cambio, los motores diesel emiten más
partículas en suspensión (PM2,5) y más óxido
de nitrógeno.
• Las partículas PM2,5 se pueden acumular en
el sistema respiratorio y están asociadas con el
aumento de las enfermedades respiratorias.

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