Ciclo de trabajo de motores a pistón

1. Motores de Aviación
CICLO DE TRABAJO DE
MOTORES A PISTÓN
By Ccoyure Tito

2. 1. Entender el funcionamiento del motor a través del Ciclo Otto teórico (ideal) y
el Ciclo Otto (practico) real.
2. Conocer los parámetros principales del motor a pistón, mediante cálculos de
cilindrada, relación de compresión y potencia.
3. Analizar la eficiencia del motor en sus diferentes formas.
OBJETIVOS

3. Principio básico de funcionamiento del motor
ADMISIÓN.- El pistón desciende
al PMI, la válvula de admisión
se abre dejando ingresar la
mezcla al interior, aumentando
el volumen.
COMPRESIÓN.- El pistón
asciende al PMS, las válvulas
cerradas, aumenta la presión y
temperatura.

4. Principio básico de funcionamiento del motor
EXPANSIÓN.- Se da la chispa y se
da la explosión, el pistón
desciende al PMI, generando
trabajo, ambas válvulas cerradas.
ESCAPE.- El pistón asciende al
PMS, la válvula de escape
abierta, expulsando los gases a
la atmósfera.

5. Principio básico de funcionamiento del motor
ADMISIÓN COMPRESIÓN
EXPANSIÓN
ESCAPE

6. Ciclo Otto Ideal del motor
El encendido y el cerrado o apertura de válvulas, ocurren en puntos específicos dentro de la
rotación del cigüeñal, los cuales son diseñados por el numero de grados que el cigüeñal ha
girado desde el PMS.
El pistón baja
y el cigüeñal
gira media
vuelta

7. Ciclo Otto Ideal del motor
El encendido y el cerrado o apertura de válvulas, ocurren en puntos específicos dentro de la
rotación del cigüeñal, los cuales son diseñados por el numero de grados que el cigüeñal ha
girado desde el PMS.
El pistón sube
y el cigüeñal
gira media
vuelta

8. Ciclo Otto Ideal del motor

9. Ciclo Otto Real del motor

10. Ciclo Otto Real del motor
Se considera un traslapo de válvulas (válvulas de admisión y escape abiertas), para dar
refrigeración, aumento de eficiencia volumétrica y limpieza de la cámara de combustión.

11. Ejercicios
1. Utilizar la siguiente información y determinar cuántos grados gira el cigüeñal con
ambas válvulas de admisión y de escape cerradas.
• La admisión se abre a 15° BTDC.
• El escape se abre a 70° BBDC.
• La admisión se cierra a 45° ABDC.
• El escape cierra a 10° ATDC.
2. El encendido se da a 28° BTDC en un motor de cuatro tiempos y la válvula de admisión
se abre a 15° BTDC. ¿A los cuántos grados de recorrido de cigüeñal después del
encendido se abre la válvula de admisión? (Considerar sólo un cilindro)
A. 707°.
B. 373°.
C. 347°.
A. 290°.
B. 245°.
C. 25°.

12. Cilindrada
• Punto muerto superior (PMS)
(Top Dead Center). Posición del embolo
que muestra el menor volumen
(Volumen de espacio libre).
• Punto muerto inferior (PMI)
(Bottom Dead Center). Posición del
émbolo que muestra el mayor volumen.
• Calibre (Bore).- Diámetro del cilindro.
• Carrera (Stroke).- Distancia recorrida por
el pistón entre el PMS y PMI.
• Volumen desplazado.- Volumen que crea
cuando el émbolo recorre desde el PMS al
PMI o viceversa.
TDC
BDC

13. Cilindrada (Volumen total)
TDC
BDC
Vt : Volumen total del motor
Vd : Volumen desplazado del cilindro
D : Diámetro interno del cilindro
C : Carrera
N : Número de cilindros
𝑉𝑑 =
𝜋𝐷2
4
C
𝑉𝑡 = 𝑉𝑑 × 𝑁

14. Relación de Compresión
Es una comparación del volumen cuando el pistón se encuentra en el PMI (volumen inicial)
y el volumen cuando el pistón se encuentra en el PMS (volumen final).
𝑅. 𝐶. =
𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑅. 𝐶. =
𝑉𝑑 + 𝑉𝑐
𝑉𝑐
Vd : Volumen desplazado del cilindro
Vc : Volumen de la cámara
R.C. motores Otto:
8:1 a 12:1
R.C. motores Diesel:
14:1 a 25:1

15. Ejercicios
El motor ASz-62IR de 9 cilindros del avión Antonov-2 tiene las sgtes. características: el
diámetro del cilindro mide 6.125 inch, la carrera es de 6.875 inch, la R.C. es de 6.4:1.
Calcular la cilindrada total y el volumen de la cámara de combustión?

16. Ejercicios
El motor Lycoming IO-720 de ocho cilindros del avión Embraer EMB-202 tiene las sgtes.
características: el diámetro del cilindro mide 5.125 inch, la carrera es de 4.375 inch, la R.C.
es de 8.7:1. Calcular la cilindrada total y el volumen de la cámara de combustión?

17. Diagrama P-V (Ciclo Otto)
Este diagrama es usado para plotear las variaciones de presión obtenidas, la cuales
determinan la forma y el área encerrada en el grafico. Esta área es representativa del trabajo
realizado del gas y la potencia producida por el motor.

18. Diagrama P-V (Ciclo Otto)
Pmax
Pamb

19. Diagrama indicador
Este diagrama muestra las aberturas de las áreas bajo la curva las cuales pueden ser
comparadas y medidas.

20. Diagrama indicador
El área dentro de la columna “potencia”, representa el trabajo realizado en el pistón durante
la carera de expansión.

21. Diagrama indicador
Las áreas azules representan el trabajo realizado por el pistón durante las carreras de
compresión y escape.

22. Diagrama indicador
Sustrayendo la suma de las áreas coloreadas de azul del área dentro de la columna de la
potencia, nos muestra el bloque rojo. El área representa la presión promedio durante el ciclo
de trabajo, esta área es denominada “PRESION MEDIA EFECTICA INDICADA”.

23. Potencia indicada IHP (Indicated Horse Power)
𝑃 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑃𝑆𝐼
𝐿 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑠
𝐴 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 𝑝𝑢𝑙𝑔2
𝑁 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜𝑠
𝐸 = 𝐶𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜/ min ó 𝑅𝑃𝑀/2

24. Potencia indicada IHP (Indicated Horse Power)
El número 33,000 es una constante que permite cambiar libras-pies de trabajo por minuto en
caballos de potencia (HP). 1 Watt=Joule/s

25. Potencia indicada IHP (Indicated Horse Power)
𝑰𝑯𝑷 = 𝑭𝑯𝑷 + 𝑩𝑯𝑷
FHP = Potencia de fricción. Potencia que se pierde durante el ciclo de trabajo.
BHP = Potencia al freno.- Potencia entregada a la hélice para generar empuje.

26. Engine specifications
SERIE AEIO-360
Certificado tipo FAA 1E10
Caballos de fuerza 200 HP.
Velocidad, RPM 2700
Diámetro interno, pulg. 5.125
Carrera del pistón, pulg. 4.375
Desplazamiento, pulg. Cúbicas 361.0
Relación de compresión 8.7:1
Orden de encendido 1-3-2-4
Disparo de la chispa, grados BTC 25°
Luz de los balancines (elevadores hidráulicos secos) 028-.080
Relación de giro de la hélice 1:1
Rotación de la hélice (visto de la Parte posterior) Horaria

27. Consumo Específico de Combustible (SFC)
Es la relación del peso del combustible quemado (en libras) por la potencia producida en BHP
en unidades de tiempo (horas)
1 galón de gasolina AVGAS = 6.0 lb
𝑆𝐹𝐶 =
𝑊𝑓𝑢𝑒𝑙
𝐵𝐻𝑃

28. Consumo Específico de Combustible (SFC)
La correcta operación del motor por el piloto es esencial si la optima performance es
alcanzada. Abrir y cerrar el acelerador suave y lentamente ayuda en obtener un buen SFC y
una larga vida del motor.

29. Eficiencias del motor
El termino “eficiencia” es usado para referirse a aquella fracción de energía que es útilmente
transferida, es decir, la fracción de energía desarrollada en el motor la cual es convertida en
trabajo útil. una larga vida del motor.

30. Eficiencia mecánica
Es la relación que existe entre el BHP y el IHP expresado en porcentaje. En un motor de
combustión interna esta entre 80 y 85%.
𝐸 𝑀𝑒𝑐 =
𝐵𝐻𝑃
𝐼𝐻𝑃
× 100

31. Eficiencia térmica
Es la capacidad del motor de convertir la energía del combustible en energía calorífica para
lograr el giro del cigüeñal. Oscila entre 20 a 28%.
𝑬 𝑻𝒆𝒓𝒎 =
𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
× 100

32. Eficiencia Volumétrica
A mayor cantidad de mezcla que un motor pueda introducir en el cilindro en la carrera de
admisión, mayor será la potencia de salida del motor.
Esta eficiencia es la relación del peso de la mezcla introducida en el cilindro en la admisión al
peso de la mezcla que llena al cilindro en condiciones estándar de temperatura y presión,
expresada en porcentaje.
𝑬 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝐼𝑆𝐴
× 100

33. Eficiencia Volumétrica
La eficiencia volumétrica es afectada por el carburador del motor, el múltiple de admisión,
sincronizado de válvulas y el diseño de la cabeza del cilindro

34. Motores de Aviación
By Ccoyure Tito