Este documento trata sobre los ciclos ideales corregidos de motores alternativos de cuatro tiempos. Explica que los ciclos reales difieren de los ideales debido a pérdidas de calor, combustión no instantánea, efectos del avance de encendido y reglaje de válvulas. Finalmente, presenta diagramas de presión que muestran la diferencia entre ciclos ideales y reales medidos en un banco de pruebas.

1.
Departamento
de
Aeronáutica
Facultad
de
Ingeniería
Universidad
Nacional
de
La
Plata
MOTORES
ALTERNATIVOS
Ciclos
Ideales
Corregidos
Revisión
2014

2. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
2
de
34
MOTORES
ALTERNATIVOS
DE
4
TIEMPOS
ENCENDIDOS
POR
CHISPA
CICLOS
IDEALES
CORREGIDOS

3. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
3
de
34
Índice
1
Introducción
a
ciclos
ideales
de
cuatro
tiempos
4
2
Pérdidas
de
calor
9
3
Combustión
no
Instantánea
9
4
Efectos
del
avance
de
encendido
15
4.1
Efecto
del
avance
del
encendido
en
el
consumo
de
combustible
15
4.2
Efecto
del
avance
de
encendido
en
la
limitación
de
la
potencia
16
4.3
Efecto
del
avance
de
encendido
en
la
temperatura
de
culata
de
cilindros
19
4.4
Efecto
del
avance
de
encendido
en
la
temperatura
de
los
gases
de
escape
20
5
Reglaje
de
válvulas
22
5.1
Apertura
de
la
válvula
de
admisión.
(Reglaje
real)
22
5.2
Cierre
de
la
válvula
de
admisión
22
5.3
Apertura
de
la
válvula
de
escape
25
5.4
Cierre
de
la
válvula
de
escape
25
5.5
Influencia
de
la
velocidad
de
los
gases
y
de
los
tiempos
de
apertura
de
las
válvulas
sobre
la
curva
de
potencia
27
6
Diagramas
de
ciclos
reales
(Diagrama
indicado)
30
6.1
Diagrama
de
las
presiones
en
función
de
los
desplazamientos
angulares
del
eje
para
un
motor
de
4
tiempos
32

4. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
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4
de
34
1 Introducción
a
ciclos
ideales
de
cuatro
tiempos
El
ciclo
ideal
corregido
intenta,
a
través
de
aproximaciones,
acercarse
lo
más
posible
al
ciclo
real
que
se
obtendrá
al
ensayar
el
motor
de
referencia
en
un
banco
de
pruebas.
Un
ejemplo
básico
de
este
ensayo
se
muestra
en
la
siguiente
figura.
Figura
1 Esquema
básico
de
obtención
de
un
ciclo
real
indicado
en
banco
de
ensayo
Este
dispositivo
busca
determinar
las
presiones
reinantes
en
el
interior
del
cilindro
registrando
su
evolución
en
función
del
giro
del
cigüeñal
para
con
ello
calcular
la
potencia
real
del
motor.
En
este
contexto
las
performances
de
los
motores
reales,
son
apreciablemente
inferiores
que
las
correspondientes
a
los
ciclos
ideales.
Esta
diferencia
es
debida
a
que
los
fenómenos
reales
ocurren
dentro
del
cilindro
en
forma
distinta
a
lo
que
habíamos
supuesto
para
los
ciclos
ideales
lo
cual
da
como
resultado
una
deformación
del
ciclo
ideal
representado
en
el
siguiente
esquema.
Figura
2 Ciclo
ideal
vs
ciclo
ideal
corregido

5. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
5
de
34
Estas
deformaciones
surgen
por
varias
causas.
La
mezcla
real
entre
la
carga
admitida
y
los
gases
residuales
se
efectúa
en
el
cilindro
de
tal
manera
que
depende
su
homogeneidad
del
mecanismo
existente
para
realizarla.
Para
lograr
la
corriente
fluida
hacia
el
cilindro
es
necesario,
en
los
motores
de
funcionamiento
normal,
que
la
presión
en
el
interior
del
cilindro
sea
inferior
a
la
exterior.
Además
la
carga
antes
de
llegar
al
cilindro
debe
pasar
por
los
conductos
de
admisión
y
válvulas
que
se
encuentran
a
cierta
temperatura;
de
las
cuales
recibe
una
cierta
cantidad
de
calor
que
eleva
su
temperatura.
Esta
disminución
de
la
presión
y
aumento
de
la
temperatura
que
sufre
la
carga
fresca
hace
que
disminuya
su
peso
específico,
resultando
finalmente
que
el
peso
de
la
carga
admitida
en
el
ciclo
sea
menor
que
la
supuesta
en
el
ciclo
ideal.
Durante
la
compresión,
combustión
y
expansión
se
producen
fugas
a
través
de
los
aros
de
pistón.
La
combustión
no
es
instantánea,
sino
que
demora
un
cierto
tiempo,
durante
el
cual
el
pistón
realiza
un
cierto
desplazamiento
modificando
el
volumen
y
por
lo
tanto
la
combustión
no
se
realiza
a
volumen
constante
como
lo
habíamos
supuesto
en
el
ciclo
ideal.
Durante
la
combustión
y
expansión,
se
producen
pérdidas
de
calor
por
las
paredes
del
cilindro,
debido
a
las
altas
temperaturas
de
los
gases
producto
de
combustión.
Las
mezclas
reales
no
son
homogéneas
como
hemos
expresado
anteriormente
y
la
relación
aire-­‐combustible
no
es
constante,
variando
de
ciclo
a
ciclo
de
acuerdo
a
las
condiciones
de
funcionamiento.
En
el
caso
del
motor
a
explosión,
la
regulación
de
la
potencia
se
hace
introduciendo
un
parcializador
de
aire
de
admisión,
cuyo
efecto
es
modificar
el
peso
de
la
carga
admitida
en
el
cilindro,
y
como
el
peso
de
los
gases
residuales
es
aproximadamente
constante,
resulta
que
la
relación
entre
la
carga
fresca
y
los
gases
residuales
no
es
constante.
En
la
combustión
completa
del
octano
en
el
aire
tenemos
que
la
relación
aire-­‐
combustible,
como
habíamos
visto,
es
0.0662.
Sin
embargo
las
mezclas
reales
son
casi
siempre
ricas,
pues
el
poder
calorífico
de
una
mezcla
es
máximo
cuando
se
quema
la
cantidad
máxima
posible
de
combustible
y
esto
se
consigue
cuando
la
mezcla
es
aproximadamente
el
10%
rica.
Esta
condición
permite
la
máxima
potencia
para
una
carga
dada.
Por
todo
lo
anteriormente
explicado,
en
forma
sintética
y
antes
de
pasar
al
análisis
detallado
de
los
factores
más
importantes
podemos,
clasificar
las
causas
que
producen
deformaciones
del
ciclo
real
en
el
motor
a
explosión
de
la
manera
siguiente:

6. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
6
de
34
De
naturaleza
física,
entre
las
que
debemos
considerar
todas
aquellas
que
hacen
al
fluido
y
al
motor
real,
distintos
del
fluido
y
motor
ideales.
Tenemos
entre
ellas
la
variación
de
los
calores
específicos
con
la
temperatura,
y
las
pérdidas
de
calor
a
través
de
las
paredes
del
cilindro.
De
naturaleza
química,
son
aquellas
causas
que
afectan
el
fenómeno
de
la
combustión
en
el
motor,
velocidades
de
reacción,
disociación
de
los
productos
de
la
combustión,
etc.
De
naturaleza
mecánica,
son
aquellas
relaciones
con
la
forma
en
que
las
operaciones
de
carga
y
descarga
indispensable
para
la
realización
del
ciclo,
son
efectuadas
por
el
pistón.
La
velocidad
de
rotación
del
motor
juega
un
papel
preponderante
en
su
análisis.
Como
en
realidad
las
causas
de
distinta
naturaleza,
actúan
simultáneamente
en
el
funcionamiento
del
motor,
su
estudio
aislado
es
difícil
y
carente
de
interés
práctico;
es
evidente
además
que
nos
conviene
efectuar
el
estudio
desde
un
punto
de
vista
más
práctico
refiriéndonos
a
factores
que
se
pueden
determinar
y
aislar
en
el
laboratorio
aunque
sean
el
resultado
de
causas
de
distinta
naturaleza.
Los
factores
que
podemos
estudiar,
o
analizar
más
directamente
y
que
provocan
desviaciones
importantes
del
ciclo
real,
con
respecto
al
ideal,
son
en
síntesis:
Pérdidas
de
calor:
Las
transformaciones
reales
son
politrópicas
y
no
adiabáticas,
su
exponente
“n”
dependerá
del
comportamiento
de
los
cilindros
como
aislantes
o
conductores
térmicos
y
de
las
fugas
de
gases,
esto
último,
además
de
alterar
aparentemente
el
exponente,
constituye
en
sí,
una
pérdida
neta
de
energía
utilizable
en
el
proceso.
Heterogeneidad
de
la
carga:
La
mezcla
gaseosa
que
aspira
el
cilindro
no
es
ni
puede
ser
homogénea,
de
manera
que
siempre
se
pierde
algo
de
combustible
sin
quemar
o
parcialmente
quemado,
esta
es
una
de
las
razones
por
que
la
energía
liberada
en
realidad,
no
alcanza
al
valor
previsto
por
la
teoría,
ni
aún
en
el
caso
de
las
mezclas
ricas.
Por
otro
lado
la
relación
de
mezcla
es
variable
de
ciclo
en
ciclo
y
de
un
cilindro
a
otro
del
motor.
Aumento
de
los
calores
específicos
del
fluido
con
la
temperatura.
Como
ya
sabemos,
tanto
el
calor
especifico
a
presión
constante
cp
como
el
correspondiente
a
volumen
constante
cv,
de
un
gas
real,
crecen
con
la
temperatura,
pero
de
tal
forma
que
su
diferencia
permanece
constante,
es
decir,
cp
-­‐
cv
=
AR;
por
consiguiente,
al
aumentar
la
temperatura
disminuye
el
valor
de
la
relación
k
=
cp
/
cv.
De
lo
cual
se
infiere
que
los
valores
de
la
presión
y
la
temperatura
máximas
resultan
siempre
inferiores
a
las
que
se
alcanzarían
en
el
caso
en
que
los
calores
específicos
permanecieron
constantes
al
variar
la
temperatura.
Este
hecho
se
toma
en
consideración
también
al
trazar
el
ciclo
teórico
del
aire;
pero,
en
el
caso
real,
los
productos
de
la
combustión
tienen
calores
específicos
mayores
que
el
aire,
y,
por
tanto,
los
valores
de
la
presión
y
de
la
temperatura
máxima
son,
en
el
ciclo
real,

7. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
7
de
34
inferiores
a
los
correspondientes
al
ciclo
teórico.
Por
esta
razón,
la
superficie
y
el
rendimiento
térmico
resultan
disminuidos.
Disociación
en
la
combustión:
Como
la
disociación
de
los
productos
de
la
combustión,
constituidos
esencialmente
por
CO2
y
H2O,
en
otros
compuestos
tales
como
CO,
H2
y
O2,
es
una
reacción
que
se
realiza
con
absorción
de
calor,
la
temperatura
máxima
obtenible
se
reduce
y
se
pierde
una
cierta
cantidad
de
trabajo.
Pero,
dado
que
durante
la
expansión
la
temperatura
y
presión
se
reducen,
la
reacción
de
disociación
retrocede.
Produciendo
una
recombinación
parcial
con
desarrollo
de
calor.
El
valor
del
exponente
politrópico
de
la
expansión,
que
debería
ser
mayor
que
k
por
las
pérdidas
de
calor
a
través
de
las
paredes
del
cilindro,
se
reduce
acercándose
al
del
politrópico
de
compresión
y
por
esto
se
produce
una
recuperación
parcial
del
trabajo
anteriormente
perdido.
Dilución
de
la
carga:
La
carga
que
evoluciona
en
cada
ciclo
no
está
constituida
sólo
por
aire
y
combustible,
sino
que
está
diluida
parcialmente
por
productos
de
la
combustión
del
ciclo
anterior.
En
efecto
la
expulsión
de
los
residuos,
no
es
completa
en
la
carrera
de
escape
y
depende
notablemente
del
grado
de
estrangulación
del
motor
siendo
mínima
con
el
motor
a
pleno
gas.
Combustión
no
instantánea:
La
combustión
no
alcanza
instantáneamente
a
toda
la
carga,
sino
que
demora
un
cierto
tiempo
que
depende
de
varios
factores.
Esto
se
traduce
en
una
gran
deformación
del
diagrama
en
la
zona
representativa
del
proceso
de
combustión.
Reglaje
del
motor:
La
necesidad
de
cumplir
un
cierto
número
de
ciclos
por
unidad
de
tiempo,
o
sea
de
hacer
girar
el
motor
a
una
cierta
velocidad,
impone
algunas
condiciones
necesarias,
para
la
mejor
realización
de
las
operaciones
de
carga
y
descarga
del
cilindro.
La
presión
en
el
cilindro
al
final
de
la
carrera
de
admisión
es
menor
que
la
atmosférica
y
al
final
del
escape
es
mayor,
la
operación
de
descarga
de
los
gases
a
presión
no
es
instantánea.
Como
consecuencia
de
esto
debe
establecerse
en
cada
motor
un
cierto
“reglaje”
de
su
distribución
(reglaje
de
válvulas),
cuya
influencia
sobre
la
forma
final
del
diagrama
es
muy
importante.
Factores
Varios:
Además
de
los
mencionados
se
podrían
citar:
perdidas
por
bombeo,
forma
de
la
cámara
de
combustión,
número
y
posición
de
las
bujías,
tamaño
de
los
cilindros,
temperatura
de
los
cilindros,
velocidad
del
motor,
entre
otros
tantos.
Cada
uno
de
estos
factores
afecta
en
forma
diferente
a
las
performances
del
motor,
o
sea
a
su
ciclo
real
de
funcionamiento
y
todos
deben
ser
tenidos
en
cuenta
en
el
análisis
previo
del
diseño
del
motor.
Los
factores:
disociación
de
los
productos
de
la
combustión,
dilución
de
la
carga
y
propiedades
reales
del
fluido
que
evoluciona
en
el
motor
no
son
tan
importantes,
a
los
fines
de
cálculo,
como
las
pérdidas
de
calor,
tiempo
requerido
para
la
combustión
y
reglaje
del
motor.
Los
primeros
(disociación)
pueden
ser
tenidos
en
cuenta
mediante
coeficientes
experimentales
utilizando
el
ciclo
ideal
en
aire-­‐

8. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
8
de
34
combustible,
sin
error
apreciable,
los
últimos
en
cambio,
son
afectados
por
una
serie
de
variables
dependientes
de
las
condiciones
de
funcionamiento
del
motor.
Los
factores
que
afectan
al
ciclo
ideal
en
lo
que
respecta
a
forma
del
diagrama
y
a
los
valores
de
la
temperatura
y
de
las
presiones
son
Las
diferencias
de
forma
están
provocadas
por:
• Perdidas
de
calor
• Combustión
no
instantánea
• Reglaje
del
motor
Las
diferencias
en
los
valores
de
la
presión
y
la
temperatura
son
debidas
principalmente
por:
• Aumento
de
los
calores
específicos
del
fluido
con
la
temperatura
• Disociación
de
los
productos
de
la
combustión
Finalmente
el
ciclo
real
presenta
otra
diferencia
importante
en
comparación
con
el
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
(Sobrealimentados),
durante
la
admisión
la
presión
es
inferior
a
la
atmosférica
y
durante
el
escape
es
superior.
Se
crea
por
lo
tanto
en
el
diagrama
real
(indicado)
el
área
negativa
que
corresponde
a
trabajo
perdido
(trabajo
de
bombeo).
Figura
3 Ciclo
ideal
y
el
ciclo
real
(indicado)
Dónde:
Áreas
A:
Trabajo
perdido
por
pérdidas
de
calor
Áreas
B:
Trabajo
perdido
por
combustión
no
instantánea
Áreas
C:
Trabajo
perdido
por
reglaje
de
válvula
de
escape
Áreas
D:
Trabajo
perdido
por
bombeo.

9. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
9
de
34
Veremos
a
continuación
los
efectos
sobre
el
diagrama
del
ciclo
ideal,
provocados
por:
• Pérdidas
de
calor.
• Combustión
no
instantánea.
• Reglaje
del
motor.
2 Pérdidas
de
calor
Las
altas
temperaturas
alcanzadas,
durante
la
combustión,
y
que
reinan
durante
la
expansión
de
la
carga
en
el
cilindro,
hacen
que
el
factor
“pérdida
de
calor”
sea
importante
en
su
contribución
a
deformar
el
ciclo
ideal.
Durante
la
primera
parte
de
la
compresión,
probablemente
haya
transferencia
de
calor
de
las
paredes
del
cilindro,
pistón
y
culata
a
los
gases
frescos
que
se
encontrarán
algo
más
fríos,
pero
durante
la
mayor
parte
de
esta
etapa
del
proceso
y
en
el
resto
del
mismo,
es
decir
durante
la
expansión
y
escape,
los
gases
están
mucho
más
calientes
que
el
cilindro,
de
modo
que
la
transferencia
de
calor
será
de
los
gases
al
cilindro.
Las
pérdidas
de
calor
a
través
de
las
paredes,
alteran
el
diagrama
de
1-­‐2-­‐3-­‐4
pasando
al
1-­‐2’-­‐3’-­‐4’,
(Figura
4)
en
que
la
curva
de
compresión
es
1-­‐2’,
reduciéndose
el
trabajo
de
compresión;
pero
reduciéndose
aún
más
el
trabajo
de
expansión
3’-­‐4’,
de
modo
que
el
trabajo
útil
total
es
reducido
por
las
pérdidas
en
un
cierto
porcentaje.
Figura
4 Efectos
de
las
pérdidas
de
calor
3 Combustión
no
Instantánea
En
el
ciclo
teórico
se
supone
que
la
combustión
se
realiza
a
volumen
constante,
es
decir
se
está
considerando
que
la
combustión
es
instantánea;
en
el
ciclo
real,
en
cambio,
se
requiere
un
cierto
espacio
de
tiempo.

10. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
10
de
34
Si
el
encendido
tuviera
lugar
en
el
punto
muerto
superior
(PMS)
la
combustión
se
desarrollaría
mientras
el
pistón
se
va
alejando
del
PMS
y
la
presión
máxima
del
ciclo
sería
inferior
a
la
prevista
en
el
ciclo
ideal,
con
la
consiguiente
pérdida
de
trabajo
útil
y
por
consiguiente,
a
igualdad
de
consumo
de
combustible,
un
rendimiento
termodinámico
menor.
Figura
5 Ciclo
ideal
y
ciclo
con
encendido
en
el
PMS
Por
lo
expresado
anteriormente,
conviene
anticipar
el
encendido
de
modo
que
la
combustión
pueda
llevarse
a
cabo
en
su
mayor
parte
cuando
el
pistón
se
encuentra
en
la
cercanía
del
PMS.
Esto
también
trae
aparejado
una
pérdida
de
área
del
ciclo
(pérdida
de
trabajo
o
eficiencia),
pero
esta
pérdida
resulta
en
magnitud
mucho
menor
que
la
que
se
tendría
sin
adelanto
del
encendido.
Figura
6 Ciclo
ideal,
ciclo
con
encendido
en
el
PMS
y
ciclo
con
encendido
antes
del
PMS
El
anticipo
de
encendido
se
denomina
avance
de
encendido.
En
el
sistema
biela-­‐manivela
como
veremos
más
adelante,
el
volumen
es
una
función
del
ángulo
de
rotación
del
cigüeñal
y
por
lo
tanto
el
valor
del
avance
de
encendido
es
identificado
por
el
ángulo
medido
en
grados
del
recorrido
de
cigüeñal.
Por
ejemplo,
en
un
motor
de
cuatro
tiempos,
ciclo
Otto,
para
una
velocidad
del
frente
de
llama
entre
15
a
30
m/seg,
la
duración
total
de
la
combustión
a
2500
rpm
es
aproximadamente
2
a
2.7
10-­‐3
seg.
,
lo
que
implica
que
la
combustión
abarca

11. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
11
de
34
entre
30°
a
40°
de
rotación
del
cigüeñal.
Se
entiende
que
al
variar
la
velocidad
del
cigüeñal,
el
intervalo
medido
en
rotación
del
cigüeñal
varía.
El
adelanto
de
encendido
es
aproximadamente
15°
a
45°
antes
del
PMS
y
de
esta
forma
la
presión
máxima
del
ciclo
se
alcanza
del
orden
de
15°
después
de
pasar
el
pistón
por
el
PMS.
En
la
Figura
7
se
muestra
la
influencia
del
avance
de
encendido
en
un
ciclo
Otto
real.
Figura
7 Influencia
del
momento
del
encendido
en
un
Ciclo
Otto
En
la
Figura
7
está
marcado
el
punto
que
corresponde
al
encendido
de
la
carga.
Como
hemos
dicho
antes,
el
encendido
debe
producirse
antes
del
PMS
para
que
la
combustión,
que
requiere
de
un
cierto
tiempo
para
completarse,
se
produzca
de
la
manera
más
cercana
posible
a
la
teórica,
es
decir,
casi
a
volumen
constante.
Si
la
chispa
salta
con
retraso
(atrasada)
la
combustión
se
produce
casi
totalmente
después
del
PMS,
la
presión
máxima
se
alcanza
cuando
el
pistón
se
ha
alejado
notablemente
del
PMS,
y
su
valor
es
por
lo
tanto
más
bajo
que
el
normal.
Por
lo
tanto
el
área
del
ciclo
se
reduce
como
se
ve
en
la
Figura
7.
La
misma
deformación
del
diagrama
indicado
se
verifica
en
el
caso
de
combustión
lenta.
Cuando
en
cambio
la
chispa
salta
con
anticipación
la
combustión
se
realiza
en
gran
parte
antes
del
PMS,
la
presión
máxima
alcanza
un
valor
superior
al
normal
y
el
ciclo
se
deforma
como
se
ve
en
la
Figura
7.
El
momento
del
encendido
se
establece
experimentalmente
mediante
pruebas
para
corresponder
a
la
potencia
máxima
obtenible
al
límite
de
la
detonación,
a
la
regularidad
de
marcha
del
motor,
consumo
mínimo
o
bien
máximo
rendimiento.
Como
regla
general
se
puede
decir
que
el
momento
en
el
cual
se
hace
saltar
la
chispa
corresponde
al
punto
en
el
cual
la
presión
es
la
mitad
de
la
que
se
alcanza
en
el
PMS.

12. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
12
de
34
No
obstante
para
el
caso
del
avance
de
encendido
que
hace
máximo
el
rendimiento
térmico
medio
se
puede
calcular
como
se
verá
a
continuación.
La
combustión
real
puede
ser
supuesta
que
ocurre
como
una
serie
de
combustiones
instantáneas
en
intervalos
de
tiempo
Δt
quemando
en
cada
combustión
elemental
una
fracción
ΔM
de
la
masa
total
Mm
seguida
estas
combustiones
por
una
expansión
o
compresión
según
ocurra
en
la
carrera
de
expansión
o
en
la
de
compresión
(Fig.
8).
Figura
8 Aproximación
a
sucesivos
ciclos
ideales
Las
áreas
A1;
A2;
A3....Ai
correspondientes
a
cada
una
de
estas
combustiones
parciales,
representan
ciclos
ideales
realizados
con
distintas
relación
de
compresión.
Cada
uno
de
estos
ciclos
tiene
un
rendimiento
térmico
Δτ
1
1
1
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=
k
x
i
r
η
Como
en
cada
uno
de
estos
ciclos
se
quema
una
fracción
DMm
de
la
masa
total
de
la
mezcla
(Mm),
el
rendimiento
térmico
medio
del
ciclo
será:
∑
=
η
Δ
=
η
n
1
i
ti
i
tm M
Mm
1
Marvin
(Repor
N.A.C.A.
276)
después
de
estudiar
un
gran
número
de
procesos
de
combustión,
estableció
una
relación
entre
el
porcentaje
de
masa
quemada
con
el
tiempo
de
combustión,
trazando
la
curva
(Fig.
9)
que
se
considera
típica
para
combustión
normal.
La
pendiente
de
esta
curva
nos
da
la
velocidad
de
combustión.

13. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
13
de
34
Figura
9 Porcentaje
de
masa
quemada
según
el
tiempo
de
combustión
Utilizando
la
curva
de
Marvin
se
procede
de
la
siguiente
manera:
Se
traza
una
curva
de
rendimiento
como
ciclo
ideal
(como
sí
la
mezcla
quemada
en
forma
instantánea
en
cada
ciclo
A1;
A2;
A3;...Ai)
para
distintas
relaciones
de
compresión,
expresadas
en
función
del
ángulo
de
rotación
de
la
manivela.
El
rendimiento
térmico
de
cada
uno
de
estos
ciclos
es
igual
a:
1
1
2
1
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛ +
−
=
k
x
ti
V
V
V
η
donde
V2
es
el
volumen
de
la
cámara
de
combustión
y
Vx
es
el
volumen
debido
al
desplazamiento
del
pistón
igual
a:
x
4
d
V
2
x
π
=
siendo,
como
veremos
en
cinemática
del
sistema
biela
-­‐
manivela:
)
2
cos
1
(
4
R
)
cos
1
(
R
x θ
−
λ
+
θ
−
=
En
el
diagrama
de
los
rendimientos
hti
(Fig.
10)
se
lleva
el
diagrama
de
velocidad
de
combustión.
(Esto
se
puede
hacer
pues
fijando
el
tiempo
de
combustión
total
de
la
mezcla
y
sabiendo
la
velocidad
de
rotación
de
la
manivela
se
puede
obtener
el
ángulo
q
total
de
la
manivela
para
la
cual
se
quema
toda
la
masa
de
la
mezcla
Mm.)
Se
integra
las
áreas
bajo
la
curva
(1)
(velocidad
de
combustión)
para
pequeños
desplazamientos
de
Dq
y
se
multiplican
por
el
rendimiento
hti
correspondiente
a
esa
porción
de
masa
quemada,
se
suman
y
se
dividen
por
el
área
total
de
la
curva
(1).

14. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
14
de
34
De
esta
manera
se
obtiene
el
rendimiento
térmico
medio
del
ciclo
que
ocurre
con
este
avance
de
encendido.
Repitiendo
el
proceso
con
varios
avances,
para
la
misma
velocidad
del
cigüeñal,
se
puede
determinar
fácilmente
el
rendimiento
medio
máximo
con
la
condición
de
avance
óptimo.
Se
comprende
fácilmente
que
el
área
bajo
la
curva
(1)
multiplicada
por
el
desplazamiento
angular
Dq
representa
la
porción
DMm
quemada
de
ese
intervalo
angular.
Figura
10 Diagrama
de
rendimientos
en
función
de
la
posición
angular
de
la
manivela
En
general
se
puede
decir
que
el
momento
en
el
cual
se
hace
saltar
la
chispa
corresponde
al
punto
en
el
cual
la
presión
es
la
mitad
de
la
que
alcanza
en
el
PMS,
o
bien
en
base
a
la
regla
de
UPTON
que
dice:
El
avance
óptimo
de
encendido
es
aquel
que
permite
llegar
a
la
mitad
del
aumento
total
de
presión
cuando
el
pistón
llega
al
PMS
y
se
obtiene
prácticamente
cuando
al
llegar
el
pistón
a
este
punto,
el
tiempo
total
de
combustión
es
del
75
%.
Si
el
cálculo
se
realiza,
para
diferentes
duraciones
de
la
combustión,
por
ejemplo
para
distintas
revoluciones
del
cigüeñal,
se
puede
obtener
para
el
avance
óptimo,
la
variación
del
rendimiento
térmico
medio.
Refiriéndonos
a
la
Fig.
10,
el
posicionamiento
de
la
curva
(1)
será
de
tal
manera
que
siempre
este
ubicado
en
30°
antes
del
PMS
pero
el
ángulo
que
abarca
será
menor
o
mayor,
debido
a
la
variación
de
la
velocidad
del
cigüeñal
(Fig.
11
).

15. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
15
de
34
Figura
11 Rendimiento
de
la
combustión
4 Efectos
del
avance
de
encendido
Veremos
a
continuación
en
forma
general,
cual
es
el
efecto
del
encendido
sobre
algunas
características
de
los
motores
de
combustión
interna:
4.1 Efecto
del
avance
del
encendido
en
el
consumo
de
combustible
Valores
medios
de
avance
del
encendido
de
10°
aproximadamente
con
relación
al
punto
de
salto
de
la
chispa
respecto
del
menor
valor
de
avance,
demuestran
que
el
consumo
de
combustible
disminuye
aproximadamente
de
un
4%
a
un
5%
con
relación
al
consumo
para
mayor
economía
a
una
potencia
determinada.
Esto
se
explica,
porque
desde
que
ocurre
la
chispa
hasta
que
se
obtienen
las
máximas
temperaturas
y
presiones,
existe
un
intervalo
de
tiempo
que
será
tanto
mayor
cuanto
menor
sea
la
riqueza
de
la
mezcla.
Por
ejemplo:
en
la
mezcla
de
máxima
economía,
la
velocidad
media
de
la
llama
es
aproximadamente
un
70%
de
la
que
corresponde
a
la
mayor
potencia,
por
lo
tanto,
avanzando
el
encendido
se
tiene
un
intervalo
mayor
de
tiempo
aun
a
menos
velocidad
de
propagación
y,
por
lo
tanto,
se
contrarresta
esta
menor
velocidad
de
la
llama
con
un
tiempo
mayor
de
combustión.

16. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
16
de
34
4.2 Efecto
del
avance
de
encendido
en
la
limitación
de
la
potencia
Una
de
las
características
de
la
operación
con
avance
de
encendido,
es
la
mayor
estabilidad
de
la
combustión
en
las
cámaras,
para
riquezas
de
mezcla
en
la
gama
de
pobres.
Por
ejemplo:
Si
un
motor
estuviera
al
borde
de
la
inestabilidad
para
una
riqueza
de
mezcla
de
1/17
funcionando
con
20°
de
avance
al
encendido,
este
mismo
motor
bajo
las
mismas
condiciones
tendría
el
mismo
grado
de
inestabilidad
aproximadamente
con
1/19
de
riqueza
de
mezcla,
funcionando
con
40°
de
avance
al
encendido.
Estas
cifras
son
valores
medios
no
aplicables
a
todos
los
motores,
pero
dan
idea
del
orden
de
magnitud
de
la
relación
existente
entre
la
actuación
con
mezclas
pobres
a
mayor
avance
del
encendido.
En
la
Figura
10
se
pueden
ver
estos
dos
efectos.
Figura
12 Efectos
del
avance
de
encendido
en
la
potencia
y
en
el
consumo
específico
del
combustible
La
Figura
12
representa
resultados
experimentales
obtenidos
en
un
motor
monocilíndrico
refrigerado
con
agua,
en
el
que
con
defecto
de
aire
(l=0.8)
se
alcanzaba
la
potencia
máxima
con
unos
37°
de
avance
al
encendido,
mientras
que
con
un
exceso
importante
de
aire
(l=1.06)
eran
necesarios
unos
45°
de
avance
para
lograr
la
máxima
potencia.
Si
el
encendido
se
adelanta
tanto
que
la
mayor
parte
de
la
mezcla
se
queme
antes
del
punto
muerto,
se
producen
presiones
muy
altas.
Con
ello
crecen
las
pérdidas
mecánicas
y
térmicas,
de
modo
que
si
el
encendido
se
avanza
demasiado,
disminuye
la
potencia
(Fig.
11).

17. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
17
de
34
Figura
13 Relación
entre
la
presión
media
efectiva
y
el
avance
de
encendido
para
distintos
l
n=
2240
rpm
En
la
Figura
13
se
representa
el
resultado
de
medidas
de
potencia
con
diferentes
avances,
para
una
amplia
gama
de
proporciones
de
mezcla.
En
estos
ensayos,
por
ejemplo,
para
una
proporción
de
aire
l=0.85
(regulación
normal
de
mezcla
rica),
la
disminución
de
potencia
en
la
zona
de
30°
a
50°
de
avance
del
encendido
no
es
mayor
de
1%.También
puede
observarse
que
con
46°
de
avance,
por
ejemplo,
es
posible
obtener,
en
toda
la
gama
de
mezclas
que
puede
presentarse
en
la
regulación,
menos
del
1%
de
disminución
de
potencia
respecto
a
la
correspondiente
al
avance
óptimo.
En
la
práctica
se
adoptaría
un
encendido
algo
menos
avanzado.
Figura
14 Instante
óptimo
de
encendido
para
alcanzar
las
máximas
presiones
medias,
en
función
de
la
proporción
de
aire
El
excesivo
avance
tiene
como
consecuencia,
según
se
ha
dicho,
una
elevación
desfavorable
de
la
presión
máxima
(Fig.
14).
En
esta
figura
se
presentan
resultados
de
medidas
características
de
las
condiciones
de
funcionamiento
del
motor,
para
diferentes
avances
al
encendido.

18. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
18
de
34
La
presión
media
máxima
y
el
mejor
consumo
se
obtuvieron,
en
este
caso,
para
unos
38°
de
avance.
Al
disminuir
la
temperatura
del
aire
aspirado,
se
alcanza
la
máxima
presión
media
con
un
encendido
más
avanzado,
porque
la
velocidad
de
encendido
disminuye
también
cuando
baja
la
temperatura.
Con
un
encendido
avanzado,
la
relación
media
de
expansión
es
más
favorable,
porque
la
combustión
se
realiza
antes,
disminuyendo
notablemente
la
temperatura
de
escape
(Fig.
14).
Las
variaciones
en
la
temperatura
de
escape
proporcionan
ciertos
indicios
sobre
el
desarrollo
de
la
combustión.
Figura
15 Influencia
del
avance
de
encendido
sobre
la
potencia,
consumo,
temperatura
de
escape
y
presión
máxima
p1
=
12
at.abs.,
t1
=
90
ºC,
e
=
1:8,
l
=
0,85
,
n
=
2600
rpm
La
Figura
15
indica
que
la
disminución
de
la
temperatura
de
escape;
a
causa
del
encendido
más
avanzado,
aparece
de
modo
análogo
con
todas
las
proporciones
de
aire
y
número
de
revoluciones.
Las
temperaturas
de
escape
más
altas
se
observan,
como
es
natural,
en
las
proximidades
de
las
mezclas
estequiométricas.

19. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
19
de
34
Figura
16 Temperatura
de
escape
en
función
del
avance
de
encendido
(e
=
1:7.5)
a)
Para
diferentes
proporciones
de
aire
y
número
de
revoluciones
constante.
b)
Para
diferentes
números
de
revoluciones
y
proporción
de
aire
constante.
4.3 Efecto
del
avance
de
encendido
en
la
temperatura
de
culata
de
cilindros
El
avance
de
encendido
produce
un
aumento
de
la
temperatura
de
culatas
de
cilindros
por
dos
razones:
• La
temperatura
es
mayor
cuando
la
mezcla
se
quema
antes
• Los
gases
en
proceso
de
combustión
están
en
contacto
más
tiempo
con
la
cámara
en
el
cilindro.
Este
aumento
de
temperatura
de
culatas
normalmente
no
sobrepasa
del
10%
de
la
temperatura
correspondiente
a
retardo,
entendiéndose
en
este
caso
por
retardo
el
menor
valor
en
avance.
Puede
observarse
en
la
Figura
15
que
al
pasar
de
20°
a
30°
de
avance
el
encendido
en
la
gama
de
riquezas
de
mezcla
de
crucero,
aumenta
la
temperatura
de
culatas
aproximadamente
20°C.

20. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
20
de
34
Figura
17 Variación
de
la
temperatura
de
culata
del
cilindro
en
función
de
la
riqueza
de
la
mezcla
(cada
línea
horizontal
representan
10ºC)
4.4 Efecto
del
avance
de
encendido
en
la
temperatura
de
los
gases
de
escape
La
temperatura
de
los
gases
de
escape
decrece
al
avanzar
el
encendido,
pues
la
temperatura
de
combustión
alcanza
antes
su
valor
máximo
en
la
carrera
de
expansión
y
transfiere
antes
el
calor,
con
la
consiguiente
caída
de
temperatura.
Este
efecto
se
refleja
en
la
temperatura
de
las
guías
y
válvulas
de
escape,
cuya
temperatura
desciende
en
un
orden
de
magnitud
similar
al
que
se
indica
en
la
Figura
18.
Figura
18 Efecto
del
avance
del
encendido
en
diversas
variables
indicativas
de
la
operación
del
motor
(cada
línea
representa
saltos
de
20º)

21. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
21
de
34
Efecto
de
la
cantidad
de
bujías
(frentes
de
llamas)
y
su
ubicación
En
las
siguientes
figuras
se
aprecia
como
varía
la
presión
máxima
obtenida
en
un
ciclo
para
distintas
ubicaciones
de
la
bujía
Figura
19 .
Figura
20 Efecto
de
la
ubicación
de
chispa
sobre
la
presión
máxima
obtenida

22. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
22
de
34
5 Reglaje
de
válvulas
En
el
ciclo
ideal
la
apertura
y
cierre
de
la
válvula
de
admisión
y
escape
ocurren
en
forma
instantánea
y
en
el
punto
muerto
superior
(PMS)
o
punto
muerto
inferior
(PMI)
según
corresponda.
El
reglaje
se
especifica
en
ángulos
de
rotación
del
cigüeñal.
En
los
motores
reales,
las
válvulas
no
abren
o
cierran
instantáneamente
por
cuanto
la
inercia,
de
éstas
como
así
también
de
los
mecanismos
que
actúan
sobre
ellas,
son
considerables
y
por
lo
tanto
se
requiere
más
de
90°
de
rotación
del
cigüeñal
para
la
apertura
o
cierre
de
las
válvulas.
5.1 Apertura
de
la
válvula
de
admisión.
(Reglaje
real)
Si
la
apertura
de
la
válvula
de
admisión
se
efectúa
cuando
el
pistón
llega
al
PMS,
como
esta
apertura
no
es
instantánea
sino
progresiva,
debido
al
hecho
de
que
para
tener
un
movimiento
regular
de
la
válvula
no
deben
superarse
ciertos
valores
de
la
velocidad
y
aceleración,
la
mezcla
fresca
recién
llegará
en
su
totalidad
dentro
del
cilindro
cuando
el
pistón
haya
recorrido
una
cierta
parte
de
su
carrera,
por
esta
causa
no
se
aprovecha
enteramente
la
carrera
de
admisión
y
por
lo
tanto
el
llenado
del
cilindro
sería
menor
al
deseado.
Por
lo
tanto
para
que
la
válvula
esté
completamente
abierta
en
el
momento
más
conveniente
para
obtener
el
máximo
llenado
del
cilindro
(es
decir,
cuando
el
pistón
alcanza
la
velocidad
más
alta)
es
necesario
que
el
comienzo
de
la
apertura
se
produzca
antes
del
PMS.
El
valor
del
avance
de
apertura
de
la
válvula
de
admisión
(AAA)
depende
de
las
características
de
cada
motor,
tales
como
cilindrada,
dimensiones,
ubicación
de
las
válvulas,
tipo
de
carburador,
forma
del
conducto
de
admisión,
velocidad,
etc.
Este
valor
del
avance
está
comprendido
generalmente
entre
5
a
35°.
Figura
18.
5.2 Cierre
de
la
válvula
de
admisión
Si
al
legar
el
pistón
al
PMI
lo
suponemos
durante
un
pequeño
tiempo,
detenido
en
ese
punto,
la
masa
de
mezcla
fresca
no
se
detiene.
Si
en
este
punto
cerramos
la
válvula
de
admisión
estaremos
cortando
el
ingreso
de
una
importante
cantidad
de
mezcla
fresca,
disminuyendo
de
esta
manera
la
eficiencia
volumétrica.
(La
mezcla
fresca
viene
con
una
cierta
energía
cinética).
Por
lo
tanto
si
dejamos
abierta
la
válvula
de
admisión
durante
un
tiempo,
evaluado
en
ángulo
de
rotación
del
cigüeñal,
después
de
pasar
por
el
PMI
en
su
carrera
hacia
el
PMS
diremos
que
tendremos
un
retardo
del
cierre
de
la
válvula
de
admisión
(RCA),
este
retardo
aprovechará
la
energía
cinética
de
la
mezcla
fresca
y
por
lo
tanto
el
cierre
se
efectuará
cuando
esta
energía
sea
próxima
a
cero.
Este
retraso
tiene
valores
distintos
para
cada
tipo
de
motor
oscilando
entre
40
y
80°.
Cuanto
mayor
es

23. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
23
de
34
la
velocidad
de
rotación
del
motor,
tanto
mayor
es
la
energía
cinética
de
los
gases
y
por
lo
tanto
mayor
es
el
retraso
que
hay
que
dar
al
cierre
de
la
válvula,
con
respecto
al
PMI.
En
la
Figura
21
está
representado
el
reglaje
teórico
y
real.
Figura
21 Apertura
y
cierre
de
la
válvula
de
admisión
en
reglaje
teórico
y
real
En
los
conductos
de
admisión
se
forman
ondas
de
presión.
Escogiendo
adecuadamente
la
longitud
del
conducto
de
aspiración
se
puede
conseguir
que
las
oscilaciones
de
la
columna
de
gas
debida
a
la
sucesión
de
aspiración
estén
en
fase
con
el
movimiento
de
la
válvula
a
fin
de
resaltar
el
efecto
de
inercia
y
conseguir
un
grado
de
llenado
superior
al
normal.
Es
decir
que
cuando
las
ondas
de
presión
que
se
forman
en
el
conducto
de
aspiración
tienen
un
comportamiento
tal
que,
poco
antes
del
cierre
de
la
válvula,
la
presión
en
la
entrada
del
cilindro
alcanza
un
máximo
o
un
mínimo,
se
tiene
respectivamente
un
aumento
(sobrealimentación
por
inercia)
o
una
disminución
del
rendimiento
volumétrico.
El
rendimiento
volumétrico
depende,
además
de
la
velocidad
de
los
gases
en
los
conductos
y
a
través
de
las
válvulas,
también
de
los
ángulos
durante
los
cuales
las
válvulas
permanecen
abiertas.
Si
dependiese
sólo
de
la
velocidad
de
los
gases,
asumirá
su
valor
máximo
al
número
de
revoluciones
mínimo
porque
las
pérdidas
de
carga
son
aproximadamente
proporcionales
al
cuadrado
del
número
de
revoluciones.
Pero
la
elección
de
los
tiempos
de
apertura
de
las
válvulas
interviene
en
gran
medida
para
variar
esta
condición.
Así
por
ejemplo
un
motor
diseñado
para
funcionar
a
regímenes
elevados
tiene
un
ángulo
de
retraso
del
cierre
de
la
válvula
de
admisión
más
bien
amplio.
Por
debajo
de
un
cierto
régimen
sucede
que
la
inercia
de
la
columna
de
gas
aspirado
disminuye
en
relación
con
su
baja
velocidad
y
por
esto,
al
comienzo
de
la
carrera
de
compresión,
una
parte
del
gas
es
devuelta
hacia
atrás,
a
través
de
la
válvula
aún

24. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
24
de
34
abierta,
al
conducto
de
aspiración.
El
rendimiento
volumétrico,
en
consecuencia,
disminuye.
En
general
la
curva
de
rendimiento
volumétrico
presenta
un
punto
de
máxima
a
un
régimen
de
velocidad
intermedio,
como
se
ve
en
la
Figura
19,
donde
se
han
trazado
las
curvas
de
rendimiento
volumétrico
hv
y
de
la
velocidad
media
teórica
W
del
gas
a
través
de
las
válvulas
de
admisión,
en
función
del
número
de
revoluciones.
También
se
indica
la
curva
del
producto
hv*W.
Para
modificar
la
curva
del
rendimiento
volumétrico
es
necesario
por
lo
tanto
actuar
sobre
la
velocidad
de
los
gases
como
sobre
el
diagrama
de
la
distribución.
Es
extremadamente
difícil
establecer
por
medio
del
cálculo
cuáles
son
los
valores
óptimos
de
los
ángulos
de
adelanto
y
retraso
para
un
motor
dado.
Ellos
dependen
de
muchos
factores,
incluso
de
carácter
constructivo.
Pero,
en
base
a
consideraciones
teóricas
y
a
datos
de
comparación
con
motores
conocidos,
se
pueden
establecer
en
la
etapa
de
proyecto
valores
muy
cercanos,
si
no,
incluso,
coincidentes,
a
los
que
podrían
ser
definidos
experimentalmente
para
obtener
los
mejores
resultados.
Cuando
se
habla
del
diagrama
de
la
distribución
se
entiende
el
teórico,
es
decir,
aquél
definido
por
la
forma
de
la
leva
(excéntrica)
que
acciona
la
válvula,
considerando
la
cadena
cinemática
intermedia
como
indeformable
y
sin
juegos.
En
realidad,
entre
la
regulación
teórica
y
la
regulación
efectiva
existen
siempre
diferencias
debidas
a
la
elasticidad
de
los
órganos
que
componen
el
mecanismo,
a
los
juegos
existentes
entre
ellos
y
a
las
dilataciones
debidas
a
las
temperaturas
alcanzadas
durante
el
funcionamiento.
Teniendo
en
cuenta
estas
razones
de
carácter
constructivo,
que
pueden
determinar
variaciones
de
los
ángulos
de
hasta
6°
o
incluso
de
8°,
las
razones
principales
de
la
necesidad
de
anticipar
la
apertura
y
retrasar
el
cierre
de
la
válvula
de
admisión
deben
relacionarse
con
la
velocidad
W
del
fluido
y
con
la
forma
de
la
leva.

25. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
25
de
34
Figura
22 Rendimiento
volumétrico
y
velocidad
media
teórica
de
los
gases
a
través
de
las
válvulas
de
admisión
para
dos
motores
de
cuatro
tiempos.
5.3 Apertura
de
la
válvula
de
escape
La
presión
que
se
alcanza
en
la
combustión
y
luego
en
la
expansión
del
gas
constituye
la
energía
que
es
aprovechada
por
el
sistema
biela-­‐manivela.
A
medida
que
el
pistón
va
desde
el
PMS
al
PMI,
el
volumen
del
cilindro
aumenta
rápidamente
y
la
presión
decrece.
Por
lo
tanto
antes
del
que
el
pistón
llegue
al
PMI
la
presión
del
gas
ha
descendido
hasta
un
nivel
que
ya
prácticamente
no
ejerce
una
acción
útil
sobre
el
pistón
que
sigue
su
movimiento
debido
a
su
inercia
y
en
consecuencia
se
puede
efectuar
la
apertura
de
la
válvula
de
escape
con
anterioridad
al
PMI.
Esto
contribuye
al
aumento
del
rendimiento
por
cuanto
la
presión
reinante
dentro
del
cilindro
al
efectuar
la
apertura
de
la
válvula
de
escape,
es
mayor
que
la
atmosférica,
resultando
la
expulsión
de
los
gases
quemados
más
completa.
El
valor
de
apertura
de
la
válvula
de
escape
(AAE)
está
comprendido
entre
45
a
75°.
Figura
20.
5.4 Cierre
de
la
válvula
de
escape
El
cierre
de
la
válvula
de
escape
se
efectúa
después
de
que
el
pistón
llegue
al
PMS
y
prosiga
su
carrera
hacia
el
PMI
(retraso
cierre
de
válvula
de
escape-­‐RCE).
Pues
tiene
en
cuenta,
como
en
el
caso
de
la
aspiración,
el
cierre
progresivo
y
no
instantáneo
de

26. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
26
de
34
la
válvula
y
la
inercia
de
los
gases
quemados
y
teniendo
como
consecuencia
que
el
escape
sigue
realizándose
hasta
que
el
pistón
llega
al
PMS.
El
valor
puede
estar
comprendido
entre
5
y
35°.
Ver
Figura
20.
Figura
23 Apertura
y
cierre
de
la
válvula
de
escape
en
reglaje
teórico
y
real
En
la
Figura
21
se
representa
un
diagrama
típico
del
reglaje
de
válvulas.

27. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
27
de
34
Figura
24 Diagrama
de
la
distribución
típica
del
reglaje
de
válvulas
en
un
motor
de
cuatro
tiempos
De
la
Figura
21
se
puede
observar
que
cerca
del
P.M.S.
mientras
todavía
no
está
cerrada
la
válvula
de
escape,
ya
está
abierta
la
admisión.
El
ángulo
durante
el
cual
las
dos
válvulas
están
abiertas
al
mismo
tiempo
se
llama
“ángulo
de
cruces”
o
"cruce
de
válvulas".
Las
áreas
de
paso
entre
las
válvulas
y
sus
asientos,
durante
el
cruce,
son
bastante
pequeñas,
dado
que
la
válvula
de
admisión
está
iniciando
su
apertura
y
la
de
escape
está
acercándose
a
su
cierre,
por
lo
tanto
la
velocidad
de
los
gases
de
escape
es
alta
y
la
corriente
tiende
a
mantener
la
dirección
del
movimiento.
Esta
es
la
razón
por
la
cual
a
regímenes
de
uso
normal
del
motor,
los
gases
de
escape
no
tienden
a
penetrar
en
el
conducto
de
admisión
durante
el
cruce.
5.5 Influencia
de
la
velocidad
de
los
gases
y
de
los
tiempos
de
apertura
de
las
válvulas
sobre
la
curva
de
potencia
Variando
la
sección
de
los
conductos;
las
dimensiones
de
las
válvulas,
o
los
tiempos
de
apertura
de
las
válvulas
o
bien
unas
y
otras
en
conjunto,
se
pueden
provocar
apreciables
variaciones
de
la
potencia
en
el
rango
de
velocidades
establecido.
Aumentando
las
dimensiones
de
los
conductos
y
de
las
válvulas
de
admisión
disminuye
la
velocidad
de
los
gases,
por
lo
que
mejora
el
rendimiento
volumétrico
para
los
regímenes
altos
porque
la
resistencia
al
paso
de
los
gases
disminuye.
Para
regímenes
bajos
con
la
reducción
de
la
velocidad
de
los
gases
varía
la
influencia
que
los
tiempos
de
apertura
de
las
válvulas
de
admisión
tienen
sobre
el
rendimiento
volumétrico,
pudiendo
suceder
también
verificarse
que
al
comienzo
de
la
fase
de
compresión
una
cierta
cantidad
de
mezcla
sea
devuelta
atrás,
hacia
el
conducto
de
aspiración.

28. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
28
de
34
En
definitiva,
aumentando
las
dimensiones
de
las
válvulas
y
conductos,
se
desplaza
hacia
un
régimen
más
elevado
el
valor
máximo
del
rendimiento
volumétrico
y
por
lo
tanto
del
par
máximo
y
de
la
potencia
máxima.
El
régimen
máximo
del
motor
aumenta
como
así
también
la
potencia,
mientras
la
potencia
para
regímenes
bajos
disminuye.
Disminuyendo
las
dimensiones
de
los
conductos
y
de
las
válvulas,
las
variaciones
se
producen
en
sentido
opuesto.
El
aumento
de
la
velocidad
de
los
gases
en
los
conductos
desplaza
hacia
un
régimen
inferior
el
rendimiento
volumétrico
máximo
y
en
consecuencia
también
la
potencia
máxima.
El
régimen
máximo
del
motor
se
reduce,
la
potencia
correspondiente
disminuye,
mientras
la
potencia
a
bajos
regímenes
aumenta.
El
funcionamiento
del
motor
resulta
más
estable.
En
la
Figura
25
se
muestra
los
diagramas
característicos
de
un
típico
motor
de
combustión
interna
cuatro
tiempos
encendido
a
chispa:
las
curvas
de
línea
continua
han
sido
obtenidas
con
conductos
y
válvulas
de
dimensiones
grandes;
las
de
trazo
discontinuo,
con
conductos
y
válvulas
de
dimensiones
menores.
Figura
25 Curvas
características
de
un
motor
de
cuatro
tiempos
a
carburación
(4
cilindros,
DxC
=
82
x
66
mm,
cilindrada
1.395
cm
3
)
para
dos
diferentes
dimensiones
de
válvulas
y
conductos
de
aspiración

29. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
29
de
34
En
la
Figura
26
se
representan
la
curva
característica
y
de
rendimiento
volumétrico
de
un
motor
de
combustión
interna,
cuatro
tiempos,
encendido
a
chispa
con
tiempos
o
periodos
de
apertura
de
válvulas
de
admisión
y
escape
diferentes.
Figura
26 Curvas
características
de
un
motor
de
cuatro
tiempos
a
carburación
(4
cilindros,
DxC
=
68
x
75
mm,
cilindrada
1.089
cm
3
)
para
dos
diferentes
regulaciones
de
distribución
La
Figura
27
muestra
las
consecuencias
de
la
variación
de
las
dimensiones
de
los
conductos
y
de
las
válvulas
de
admisión
y
de
los
tiempos
de
apertura
de
las
válvulas
sobre
las
curvas
características
de
un
motor
normal
de
4
tiempos
de
carburación.

30. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
30
de
34
Figura
27 Curvas
características
de
un
motor
de
cuatro
tiempos
encendido
a
chispa
(4
cilindros,
DxC
=
82
x
90mm,
cilindrada
1.900
cm
3
)
para
dos
diferentes
regulaciones
de
distribución
y
dimensiones
de
la
válvula
y
de
los
conductos
de
aspiración
6 Diagramas
de
ciclos
reales
(Diagrama
indicado)
El
conocimiento
del
diagrama
indicado
de
un
motor
es
importante.
Midiendo
su
área
se
obtiene
la
p.m.i.
(presión
media
indicada).
Conociendo
la
p.m.i.
se
obtiene,
considerando
la
cilindrada
total
del
motor
y
el
número
de
carreras
útiles
en
la
unidad
de
tiempo,
la
potencia
indicada,
es
decir
la
potencia
desarrollada
en
los
cilindros.
En
la
práctica
la
potencia
indicada
se
obtiene
agregando
a
la
potencia

31. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
31
de
34
medida
al
freno
la
potencia
absorbida
por
los
rozamientos,
la
que
se
mide
haciendo
girar
el
motor
sin
encendido.
Los
aparatos
indicadores
se
usan
para
estudios
de
laboratorios
(lo
trataremos
en
el
capítulo
referente
a
Banco
de
Prueba)
y
para
controlar
la
regularidad
del
ciclo.
Puesto
que
la
forma
del
ciclo
depende
del
modo
en
que
se
desarrollan
los
procesos
que
se
verifican
en
el
motor,
las
irregularidades
de
funcionamiento
pueden
ser
estudiadas
examinando
el
ciclo
indicado.
Estudiemos
entonces
con
un
poco
de
detalle
el
diagrama
indicado
tomado
como
referencia
el
motor
de
4
tiempos.
Muchos
de
los
razonamientos
que
haremos
son
válidos
tanto
para
los
motores
del
ciclo
Otto
como
para
los
de
ciclo
Diesel,
puesto
que,
como
hemos
demostrado
en
los
párrafos
precedentes,
las
formas
de
sus
diagramas
son
similares,
diferenciado
solo
los
valores
de
las
presiones
y
de
las
temperaturas
máximas.
La
Figura
28
ilustra
dos
diagramas
indicados
de
un
motor;
uno
a
plena
abertura,
es
decir,
con
la
mariposa
del
carburador
plenamente
abierta,
y
el
otro
a
abertura
parcial,
es
decir
con
la
mariposa
cerrada
en
parte.
Figura
28 Ciclos
Otto
indicados
a
plena
abertura
y
abertura
parcial
Como
sabemos,
el
área
en
blanco
es
positiva
y
el
área
rayada
es
negativa,
la
cual
representa
en
efecto
el
trabajo
perdido
por
el
bombeo
durante
las
fases
de
escape
y
admisión.
Cuando
la
mariposa
está
totalmente
abierta
la
resistencia
al
paso
del
aire
es
mínima
y
entra
la
máxima
cantidad
de
mezcla.
El
área
positiva,
que
representa
el
trabajo
útil,
es
por
lo
tanto
máxima.
Cuando
en
cambio
al
mariposa
está
parcialmente
cerrada,
entra
una
menor
cantidad
de
mezcla,
por
lo
tanto
el
trabajo
realizado
por
el
fluido
es
menor
y
el
área
positiva
es
más
pequeña.

32. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
32
de
34
Sobre
el
área
rayada
el
efecto
de
la
estrangulación
mediante
la
mariposa
es
totalmente
opuesto.
Cuando
la
mariposa
está
abierta
la
resistencia
al
paso
del
aire
es
mínima
y,
si
el
conducto
está
bien
diseñado,
la
presión
en
el
cilindro
es
muy
próxima
a
la
atmosférica.
En
cambio,
cuando
la
mariposa
está
parcialmente
cerrada,
la
resistencia
al
paso
de
la
mezcla
es
considerable;
esta
no
entra
con
la
misma
rapidez
con
la
que
está
aumentando
el
volumen
en
el
cilindro
por
el
movimiento
del
pistón,
por
lo
que
se
crea
una
depresión.
En
el
primer
caso
el
trabajo
perdido
por
bombeo
es
mínimo
y
en
el
segundo
la
pérdida
por
bombeo.
Por
lo
tanto
el
trabajo
perdido
por
bombeo
está
muy
influenciado
por
la
posición
de
la
mariposa
del
carburador.
En
la
Figura
29
se
muestra
la
influencia
de
las
condiciones
de
apertura
de
las
válvulas
en
el
ciclo
indicado.
Figura
29 Influencia
de
las
condiciones
de
apertura
de
las
válvulas
en
el
ciclo
indicado
6.1 Diagrama
de
las
presiones
en
función
de
los
desplazamientos
angulares
del
eje
para
un
motor
de
4
tiempos
Conociendo
el
ciclo
indicado
es
fácil
trazar
el
diagrama
de
las
presiones
en
el
cilindro
en
función
de
los
desplazamientos
angulares
de
la
manivela,
más
que
en
función
de
los
volúmenes
o
de
los
desplazamientos
del
pistón,
dada
la
relación
sistemática
que
une
estos
últimos
a
la
rotación
del
eje.
Este
diagrama
sirve
como
veremos
más
adelante,
para
el
cálculo
de
las
cargas
sobre
los
cojinetes,
pero
anticipamos
aquí
su
estudio
para
adquirir
mayor
familiaridad
con
los
razonamientos
sobre
los
ciclos.
En
la
Figura
30
se
presenta
el
diagrama
para
un
motor
de
4
tiempos.

33. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
33
de
34
Figura
30 Diagrama
de
presiones
referido
a
los
desplazamientos
angulares
del
eje
motor
Como
ya
hemos
visto,
en
el
ciclo
real
los
procesos
no
se
realizan
como
se
suponen
en
el
ciclo
teórico,
dentro
de
los
límites
representados
por
los
puntos
muertos.
Por
lo
tanto
las
fases
del
ciclo
se
cumplen
durante
desplazamientos
angulares
de
la
manivela
que
son
diferentes
entre
sí
y
de
los
que
corresponden
a
las
carreras
totales
del
pistón.
Examinemos
en
forma
de
resumen,
con
los
conocimientos
adquiridos
anteriormente,
como
varían
los
valores
de
la
presión
durante
el
desarrollo
del
ciclo:
Admisión.-­‐
Al
comienzo
de
la
carrera
de
aspiración
(o
admisión)
1-­‐2
el
interior
del
cilindro
se
encuentra
a
una
presión
ligeramente
superior
a
la
atmosférica,
porque
aún
no
ha
terminado
la
fase
de
escape.
Coincidiendo
con
el
punto
2
el
pistón,
en
su
carrera
hacia
el
P.M.I.,
aspira
aire
o
mezcla
gaseosa
a
través
de
la
válvula
de
admisión
que
se
ha
abierto
en
el
momento
oportuno.
Como
ya
hemos
visto,
a
causa
de
las
resistencias
que
el
gas
encuentra
en
los
conductos
en
la
mayor
parte
de
esta
fase
se
tiene
una
presión
menor
que
la
exterior
(depresión
de
la
aspiración).
La
depresión
es
tanto
mayor
cuanto
mayor
es
la
velocidad
del
gas
en
los
conductos
porque
mayores
resultan
las
resistencias
a
su
paso.
Esta
fase
representa
trabajo
pasivo.
Cuando
en
3
el
pistón
inicia
la
carrera
hacia
el
P.M.S.,
el
interior
del
cilindro
se
halla
aún
en
depresión
por
lo
que,
a
pesar
del
movimiento
contrario
del
pistón,
continúa
la
introducción
del
fluido,
hasta
que
en
4
se
verifica
el
equilibrio
entre
la
presión

34. Motores
Alternativos
Ciclos
Ideales
Departamento
de
Aeronáutica
Página
34
de
34
interna
y
la
atmosférica.
En
este
punto
debe
cerrarse
la
válvula
de
admisión.
Si
los
conductos
de
aspiración
son
largos,
se
puede
utilizar
el
efecto
de
la
inercia
de
la
columna
gaseosa
para
prolongar
la
introducción
incluso
después
del
punto
4
retrasando
aún
más
el
cierre
de
la
válvula.
En
el
punto
4
comienza
por
lo
tanto
la
verdadera
fase
de
compresión.
Compresión.-­‐
La
compresión
de
la
carga
se
produce
por
efecto
del
movimiento
del
pistón
en
la
carrera
4-­‐6.
Teniendo
en
cuenta
el
hecho
de
que
la
combustión
requiere
de
un
cierto
tiempo
para
completarse,
para
permitir
el
desarrollo
más
satisfactorio
de
la
fase
útil
(combustión
y
expansión)
se
hace
comenzar
el
encendido
antes
del
P.M.S.
El
punto
6’
da
el
valor
máximo
de
la
presión
en
el
caso
de
falta
de
encendido.
Combustión
y
expansión.-­‐
Con
el
encendido
coincidiendo
con
el
punto
5,
poco
antes
del
final
de
la
carrera
de
compresión,
comienza
la
combustión;
ésta
genera
una
repentina
elevación
de
temperatura
y
de
presión
que
alcanza
su
valor
máximo
en
el
punto
7.
La
combustión
termina
cuando
el
pistón
ya
ha
recorrido
un
primer
tramo
de
la
carrera.
Terminada
la
combustión,
se
lleva
a
cabo
la
expansión.
El
volumen
aumenta
y
la
presión
experimenta
una
rápida
caída,
que
es
debida
también
en
parte
a
la
cesión
de
calor
a
las
paredes
del
cilindro.
La
expansión
debería
prolongarse
lo
más
posible
para
aprovechar
al
máximo
la
fase
útil,
es
decir,
hasta
alcanzarse
el
P.M.I.,
pero
en
la
práctica,
para
facilitar
la
expulsión
de
los
gases
quemados,
ésta
es
interrumpida
con
la
apertura
anticipada
con
respecto
al
P.M.I.
de
la
válvula
de
escape,
en
el
punto
8.
Escape.-­‐
Los
gases
que
en
el
momento
de
la
apertura
de
la
válvula
de
escape
se
encuentran
a
una
presión
superior
a
la
atmosférica,
se
descargan
violentamente
al
exterior.
En
este
primer
periodo
de
la
fase,
que
se
produce
casi
a
volumen
constante
(escape
espontáneo),
la
presión
se
reduce
rápidamente
y
en
9,
cuando
comienza
la
carrera
de
escape,
supera
por
poco
la
presión
atmosférica
con
tendencia
a
reducirse
aún
más
durante
el
primer
tramo
de
esta
carrera.
A
veces,
si
los
conductos
de
escapes
son
largos,
por
efecto
de
inercia
de
la
columna
gaseosa
puede
además
tenerse
en
10
una
rápida
punta
de
depresión.
En
11
comienza
el
segundo
periodo
de
la
fase;
el
pistón,
desplazándose
hacia
el
P.M.S.,
expulsa
los
gases
que
aun
ocupan
el
cilindro.
Este
periodo
se
desarrolla
a
presión
ligeramente
superior
a
la
atmosférica
(sobre
presión
de
escape)
por
efecto
de
la
resistencia
que
los
gases
encuentran
al
atravesar
las
válvulas
y
las
tuberías
de
escape,
y
representa
trabajo
pasivo.
El
pistón,
sin
embargo,
no
puede
expulsar
completamente
los
gases
quemados
porque
una
parte
de
ellos
ocupa
la
cámara
de
combustión.
En
1,
al
final
de
la
carrera
de
escape,
la
presión
tiene
aun
un
valor
ligeramente
superior
a
la
atmosférica,
por
lo
que
la
fase
se
prolonga
últimamente
hasta
el
punto
2.
Mientras
tanto,
a
comenzado
a
reabrirse
en
12
la
válvula
de
admisión
de
modo
que
en
2
esta
se
encuentra
ya
completamente
abierta
y
ofrece
la
máxima
sección
de
paso
para
la
nueva
fase
de
admisión:
así
comienza
un
nuevo
ciclo,
que
continuara
repitiéndose
regularmente.