1) El documento describe los principales componentes y ciclos de funcionamiento de los motores de combustión interna de 4 y 2 tiempos. 2) También explica el experimento clásico de Joule para determinar la equivalencia entre calor y trabajo mecánico. 3) Los hallazgos de Joule llevaron al desarrollo del primer principio de la termodinámica sobre la conservación de la energía.

1. FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL
UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO
TERMODINÁMICA
INTEGRANTES: Mosquera Patricio
CICLO: Séptimo Industrial
DOCENTE: Ing. Edisson Jordán

2. OBJETIVOS:
General
 Investigar acerca de los ciclos de combustión de los motores y el Principio de
Joule para conocer sus principales características mediante una investigación
bibliográfica.
Específicos
 Conocer los ciclos de combustión de los motores de diferentes tipos para
diferenciar sus principios de funcionamiento, mediante una investigación
bibliográfica.
 Investigar el principio de Joule para conocer su origen y aplicación mediante
graficas explicativas.
MARCO TEÒRICO:
MOTORES DE COMBUSTION
 Motores de 4 tiempos
Los motores de 4 tiempos son los
más populares de la actualidad, casi
en cualquier tipo de vehículo, y
entre las motos
se han terminado imponiendo a
los motores de 2 tiempos casi en
todas las disciplinas al ser más
limpios y menos contaminantes.
También llamado motor Otto.

3. Partes
Un motor de
explosión
con ciclo de 4
tiempos se
compone por un
cilindro
una biela, un
cigüeñal, al
menos dos
válvulas, una
bujía
y muchos otros
componentes
que hacen que
todo trabaje de
forma
coordinada.

4. Combustión
Tiempo 1:
ADMISIÓN
Tiempo 2:
COMPRESIÓN
Tiempo 3:
COMBUSTIÓN
Tiempo 4:
ESCAPE

5. Tiempo 1: ADMISIÓN
En el primer tiempo
una mezcla de
gasolina y aire va a
entrar en la cámara
de combustión del
cilindro.
Para ello el pistón
baja del punto
superior del cilindro al
inferior, mientras que
la válvula (o válvulas)
de admisión se abre y
deja entrar esa mezcla
de gasolina y aire al
interior del cilindro,
para cerrarse
posteriormente.
La gasolina es
combinada con aire ya
que, de por sí, la
gasolina sola no
ardería y necesita
oxígeno para su
combustión.
La relación teórica es
1 gramo de gasolina
por 14,8 gramos de
aire, pero depende de
muchos factores,
como por ejemplo de
la densidad de ese
aire.
Por eso en los
motores modernos
una sonda
lambda examina los
gases sobrantes de la
combustión e informa
a la centralita sobre
cómo ha de ser la
proporción de la
mezcla gasolina/aire a
suministrar por los
inyectores.
Tiempo 2: COMPRESIÓN
En el segundo tiempo, con el pistón en su posición más baja y la
cámara de combustión llena de gasolina y aire, la válvula de
admisión se cierra y deja la cámara cerrada herméticamente.
La inercia del cigüeñal al que está unida la biela del pistón hará
que el pistón vuelva a subir y comprima así la mezcla.
La gasolina y el aire se comprimen dentro de una cámara
hermética y, al reducirse de tal manera el espacio, las moléculas
chocan entre sí aumentando la temperatura de la mezcla.
La gasolina y el aire están listos para el tercer tiempo.

6. •En el tercer tiempo, con el pistón en su
posición más alta y comprimiendo la
mezcla de gasolina y aire, es
cuando entra en acción la bujía.
•Es en este preciso momento, con la
mezcla comprimida y a una alta
temperatura, cuando la bujía genera
una chispa que hace explotar
violentamente esa mezcla.
•La combustión hace empujar el pistón
hacia abajo con fuerza y la biela y el
cigüeñal se encargan de convertir ese
movimiento lineal del pistón, de arriba
a abajo, en un movimiento giratorio.
Tiempo 3:
COMBUSTIÓN
Tiempo 4: ESCAPE
En el cuarto tiempo, el último de este proceso y que
significará la cuarta carrera del pistón y la segunda
vuelta del cigüeñal, el pistón se encuentra en su parte
más baja de nuevo y con la cámara de combustión
llena de gases quemados productos de la combustión
de la gasolina y el aire.
Es ahora, con el pistón de nuevo en la parte superior
cuando se inicia el ciclo de nuevo desde el principio.
El pistón vuelve a subir en este cuarto tiempo y al
hacerlo empuja esos gases hacia arriba para que
salgan por la válvula de escape que se abre con el fin
de dejarlos salir y volver a dejar la cámara del cilindro
vacía.
El pistón volverá a bajar mientras que la válvula de
admisión se abre y deja pasar una nueva mezcla de
gasolina y aire, y así una y otra vez.

7.  Para que se produzca un ciclo ha debido haber dos subidas y dos bajadas del
pistón, por lo que recibe el nombre de motor de cuatro tiempos y el cigüeñal ha
necesitado dar dos vueltas para completar un ciclo.
Observando el ciclo Otto ideal, podemos considerar despreciables los procesos
de admisión y de escape a presión constante A-E y E-A, puesto que son idénticos
en la gráfica y de sentido opuesto, por lo que el calor y el trabajo intercambiados
entre ellos se anulan mutuamente.

8.  Motores de dos tiempos
El ciclo operativo se realiza en
dos carreras, por lo que la
admisión del fluido activo
debe efectuarse durante una
fracción de la carrera de
compresión, y el escape,
durante una fracción de la
carrera de trabajo.
El ciclo de 2 tiempos fue
concebido para simplificar el
sistema de distribución,
eliminando y reduciendo el
número de válvulas, y para
obtener una mayor potencia a
igualdad de dimensiones del
motor.
Con el motor de 2 tiempos se
tiene una carrera útil por
cada giro del eje cigijeñal. De
este modo la frecuencia de la
carrera útil y, por
consiguiente, la potencia
obtenida, resulta
teóricamente el doble de la
que se obtiene de un motor de
4 tiempos de igual cilindrada.
Sin embargo, el aumento de la
frecuencia de la carrera útil
tiende a producir un
calentamiento excesivo, y por
ello, a producir una rotura de
la película de aceite lubricante
con peligro de averías en el
pistón y en el cilindro.

9. Combustión
1er tiempo:
Combustión -
Expansión - Escape
2do tiempo :
Traspaso -
Aspiración -
Compresión
1er tiempo - Combustión
- Expansión - Escape
Corresponde a la carrera de trabajo, que se inicia conel
encendido y la combustión, y prosigue con la expansión
hasta que el pistón abre las lumbreras de escape.
Los gases de la combustión comienzan en ete punto a salir
por A a causa de su todavía elevada presión, creando en la
masa fluida una corriente directa hacia la salida:
Inmediatamente después se abren las lumbreras de
admisión C, y el fluido activo, empujado por la presión
alcanzada en el cárter y arrastrado, además por la corriente
de los gases de combustión que salen por A, entra en el
cilindro.
Se inicia así la fase de barrido y admisión, que comprende el
resto de la carrera.
2do tiempo - Traspaso -
Aspiración - Compresión
Corresponde a la carrera de retorno del pistón al punto
máximo superior (P.M.S.). La primera parte está todavía
dedicada a la fase de barrido y admisión, pero la segunda, a
la fase de compresión.
Antes de que la carrera esté terminada, el borde inferior del
pistón deja libre la lumbrera B de entrada del fluido en el
cárter;
Éste penetra por efecto de la depresión creada a causa del
movimiento del pistón y es luego comprimido durante la
carrera siguiente.

10. Motor de
5
tiempos
Otto diseñó y construyó
un motor con doble
expansión,
concepto propuesto por
los ingleses Jonathan
Hornblower y Artur Woolf.
En 1906 la empresa EHV
radicada en Connecticut,
EEUU, fabricó un motor de
combustión interna de tres
cilindros y doble expansión
que montaron en un
automóvil.
fabricó un motor de
combustión interna de
tres cilindros y doble
expansión que montaron
en un automóvil.
La primera expansión se
hacía en el cilindro donde
se realizó la combustión, y
una segunda en otro
pistón, este a baja presión,
con el objetivo de lograr el
aprovechamiento de la
energía de los gases de
escape
No solo se aumenta la
relación
potencia/cilindrada sino
que también aumenta la
eficiencia del motor.

11. EXPERIMENTO DE JOULE
Históricamente se tardó bastante tiempo en comprender cuál es la naturaleza del calor. En un primer
momento se pensaba que el calor era un fluido (denominado calórico) que impregnaba los cuerpos y era
responsable del calor que éstos intercambiaban al ser puestos en contacto.
En el siglo XIX, Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una forma
de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica. Dicho experimento se conoce
como experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor.
Antes del experimento de Joule se pensaba que calor y energía eran dos magnitudes diferentes,
por lo que las unidades en que se medían ambas eran también distintas. La unidad de calor que
se empleaba era la caloría.
Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua
destilada desde 14.5ºC a 15.5ºC.
Con su experimento, Joule se propuso demostrar que se podía elevar la temperatura del agua
transfiriéndole energía mecánica. El aparato que empleó se muestra en la siguiente figura. En el interior
de un recipiente se introduce 1 kg de agua a 14.5 ºC.

12. Lo que encontró Joule fue que, para elevar la temperatura
del kilogramo de agua hasta 15.5ºC (es decir, para
conseguir una energía de 1000 calorías), la energía
potencial de la masa debía disminuir en 4180 Julios. Por
tanto, la equivalencia entre unidades de calor y energía
es:
El descubrimiento de Joule llevó a la teoría de
la conservación de la energía lo que a su vez condujo al
desarrollo del primer principio de la Termodinámica.
El experimento clásico de Joule fue diseñado para determinar la cantidad de trabajo que se requiere para
producir una determinada cantidad de calor, es decir la cantidad de trabajo que es necesario realizar para
elevar la temperatura de 1 gramo (g) de agua en 1 grado Celsius ( ºC).
El instrumento de Joule consistía de un recipiente con agua (el sistema), en el que estaba sumergido un
agitador de unas paletas giratorias cuyo giro estaba accionado por un mecanismo que dependía de la
bajada de un peso.
El agua estaba en un contenedor de paredes adiabáticas (paredes que no permiten el paso del calor), de
forma que los alrededores (ambiente) no pudiera influir en la temperatura por conducción de calor. Las
pesas caían a velocidad constante, y al caer permiten que al agitador diera vueltas dentro del agua, esto
es se producía trabajo sobre el agua.
Despreciando la energía que se pierde en los rozamientos, el trabajo mecánico realizado sobre el agua es
igual a la pérdida de energía mecánica de las pesas que caen. La pérdida de energía potencial puede
medirse fácilmente determinando la distancia que descienden las pesas.
Si las pesas (de masa m) caen desde una distancia h, la perdida de energía potencial es igual a mgh. Esta
energía causa el incremento en la temperatura del agua (medida con un termómetro).

13. Al recipiente se le acoplan unas paletas
conectadas mediante una cuerda con una
masa que puede caer. Conforme la masa
cae a velocidad constante, las paletas giran,
por lo que se convierte la energía potencial
gravitatoria de la masa en energía para
hacer girar las paletas.
Debido a este giro, el agua aumenta de
temperatura (el giro de las paletas se
transforma en calor).

14. CONCLUSIONES
 Un motor de explosión con ciclo de 4 tiempos se compone por un cilindro una
biela, un cigüeñal, al menos dos válvulas, una bujía y muchos otros componentes
que hacen que todo trabaje de forma coordinada. En un motor de 2 tiempos el
ciclo de 2 tiempos fue concebido para simplificar el sistema de distribución,
eliminando y reduciendo el número de válvulas, y para obtener una mayor
potencia a igualdad de dimensiones del motor. En el motor de 5 pasos la primera
expansión se hacía en el cilindro donde se realizó la combustión, y una segunda
en otro pistón, este a baja presión, con el objetivo de lograr el aprovechamiento
de la energía de los gases de escape.
 Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una
forma de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica. El
experimento consta de un recipiente al que se acoplan unas paletas conectadas
mediante una cuerda con una masa que puede caer. Conforme la masa cae a
velocidad constante, las paletas giran, por lo que se convierte la energía
potencial gravitatoria de la masa en energía para hacer girar las paletas. Al girar
las paletas aumentó la temperatura y se convirtió en calor.
Bibliografía:
http://motos.about.com/od/mecanica-basica/ss/Como-Funciona-Un-Motor-De-4-
Tiempos.htm
http://demotor.net/motor_ciclo_4_y_2_tiempos.html
http://e-
ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/4932/html/2_moto
r_de_cuatro_tiempos_ciclo_de_otto.html
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/joule.htm
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