PROCESOS DE COMBUSTIÓN EN MOTORES

1. PROFESOR: Gabriel Lobaton
Ing. Lennys Betancourt C.I: 27.076.524
El Tigre, Noviembre 2020

2. Procesos de combustión en motores de
combustión interna y externa
CONTENIDO:
PLANTA DE ENERGIA DE VAPOR
MAQUINA DE COMBUSTIÓN EXTERNA
MAQUINA DE COMBUSTIÓN INTERNA
CICLO DE OTTO
CICLO DIESEL
CICLO MIXTO
CICLO BRAYTON

3.  LA PLANTA DE VAPOR CONSISTE EN UN VERDADERO MOTOR DE VAPOR, DE TIPO
OSCILANTE, ALIMENTADO CON UNA CALDERA QUE FUNCIONA CON UN QUEMADOR
DE ALCOHOL. ES UN MODELO DE MOTOR EN MINIATURA, CON UN CILINDRO DE
DOBLE EFECTO DE 8MM DE DIÁMETRO Y 19MM DE CARRERA DE PISTÓN.
 EL OBJETIVO PRINCIPAL DE UNA PLANTA DE POTENCIA DE VAPOR ES PRODUCIR
ENERGÍA ELÉCTRICA.
 LA MISMA POSEE UNA MÁQUINA DE VAPOR, LA CUAL ES UN DISPOSITIVO PARA
CONVERTIR LA ENERGÍA TÉRMICA DEL CALOR QUE PRODUCE UN COMBUSTIBLE
EN TRABAJO MECÁNICO. LA ENERGÍA TÉRMICA A SU VEZ SE UTILIZA PARA HERVIR
EL AGUA PARA FORMAR VAPOR, Y LA ENERGÍA EN EL VAPOR SE CONVIERTE EN
ENERGÍA MECÁNICA.

4. • En los motores de combustión externa tradicionales, el combustible se quema en un
hogar, produciéndose en una caldera el vapor que actúa en forma de fluido activo y
acciona los pistones, si se trata de un motor alternativo, o los alabes de la turbina, si
se trata de un motor rotativo. El vapor, después de la expansión, puede condensarse y
regresar a la caldera.

5.  El propósito de los motores de combustión interna (CI) es producir un par mecánico
mediante la transformación de la energía química contenida en el combustible. A
diferencia de los motores de combustión externa, los motores CI generan un par
mecánico como resultado de la explosión u oxidación del combustible, dentro de los
cilindros del motor. A la mezcla aire-combustible antes de la combustión y de los
productos derivados de la combustión, se le conoce como flujo de trabajo

6. El ciclo Otto es característico de los motores de combustión
interna a gasolina, que encienden por la ignición de un
combustible, provocada por una chispa eléctrica; se trata de un
ciclo termodinámico en donde, teóricamente, el calor se aporta a
un volumen constante.
puede estar presente en motores de dos tiempos y en motores de
cuatro tiempo, y este principio se basa en que, para su
funcionamiento, aspira una mezcla precisa de aire/combustible
(generalmente gasolina). El espacio es un sistema de
pistón/cilindro, y la precisión la marcan válvulas de admisión y
escape
Tipos, fases y como funciona
Las fases que posee el ciclo Otto se conocen como: Admisión,
compresión, explosión y escape. Estas son las que definen todo el
proceso que se lleva a cabo en el cilindro y que resulta en movimiento
del motor.
Ciclo Otto en motores de cuatro tiempos
El ciclo Otto en motores de cuatro tiempos está conformado por seis
procesos, de los cuales dos de ellos no participan como tal en el ciclo
termodinámico del fluido que opera. Sin embargo, son esenciales para
renovar la carga del mismo.

7. 1.Admisión: La válvula de entrada o admisión está abierta y la de escape se
encuentra cerrada. se desarrolla desde el momento en que el pistón, se
ubica en la parte superior (Punto Muerto Superior – PMS) hasta que baja al
punto inferior (Punto Muerto Inferior – PMI). A medida que el pistón va
descendiendo, se produce un efecto de succión que hace entrar la mezcla
en la cámara de combustión.
2.Compresión: Al momento que el pistón se ubica en el PMI, la válvula de
admisión cierra y la de escape también se mantiene cerrada. En esta fase el
pistón asciende y la cámara de combustión disminuye claramente su
volumen, comprimiendo la mezcla. La relación que hay entre el volumen
máximo existente antes de que el pistón baje al PMI y el volumen mínimo
que tiene cuando el pistón está en el PMS se conoce como relación de
compresión del motor.
3.Explosión: Cuando la mezcla se encuentra totalmente comprimida y las
válvulas están cerradas, una chispa se produce en la bujía y hace que la
mezcla arda. Esta explosión generada por la combustión es lo que empuja al
pistón hacia la parte de abajo. Esta es la fase efectiva de todo el ciclo y es la
que define la potencia de un motor.
4.Escape: Al volver el pistón al PMI, la válvula de escape se abre para que el
pistón ascienda y libera fuera del cilindro los gases que resultan de la
explosión. Esto permite que haya nuevamente aire limpio para comenzar el
ciclo en la fase de admisión.

8. En el caso de los motores que trabajan a dos tiempos, el cambio de los gases es dirigido por el pistón y no por las válvulas. El
pistón a medida que se mueve, varía las condiciones de compresión en el Carter y el cilindro para completar el ciclo.
1.Compresión y Aspiración: Un pistón ascendente comprime la mezcla de aire/combustible y aceite que está en el cilindro. De
forma simultánea se crea vacío en el cárter y al finalizar la carrera del pistón queda libre una lumbrera de aspiración que llenará el
cárter con la mezcla carburante.
2.Explosión y Escape de gases: Por medio de una chispa ocasionada por la bujía se prende la mezcla comprimida y se crea una
explosión que empuja el pistón con fuerza hacia abajo. Dentro del cárter, la mezcla carburante se pre comprime por acción del
pistón descendente. En un momento específico, el pistón libera la lumbrera o el canal de escape en el cilindro y deja salir los gases
resultantes del cilindro, después de la lumbrera de carga (la que conecta cárter con cilindro). De esta manera, la mezcla pre
comprimida pasa a llenar el cilindro y libera los restos de gases, quedando todo listo para un ciclo nuevo. Este tipo de motor se usa
principalmente en motores con poca cilindrada, porque es más económico y fácil de construir.
El rendimiento térmico o eficiencia de un motor con ciclo Otto va a depender de la relación de compresión que este posea.
La proporción entre aire y combustible en un motor con ciclo Otto debe ser lo más pareja posible, dentro de unos márgenes de
variación bastante estrechos.

9. El ciclo de diesel es un motor de encendido por compresión (en
lugar de encendido por chispa). El combustible atomizado se inyecta
en el cilindro en p2 (alta presión) cuando la compresión se completa,
y hay encendido sin una chispa.
Etapas del ciclo Diesel 4 tiempos
Los procesos llevados a cabo son el de admisión, compresión,
combustión, expansión y escape, los cuales tienen lugar de la siguiente
manera:
Admisión
El pistón desciende y con el movimiento succiona aire en el cilindro a
través de la válvula de admisión. Dicho proceso se modela como
“expansión a presión constante” ya que la válvula permanece abierta y por
ello, es la misma que en el exterior.
Compresión
Una vez el pistón llega al punto inferior las válvulas de admisión se cierran
y el aire no puede intercambiar calor con el ambiente (siendo un proceso
de compresión adiabática). Luego el movimiento ascendente del pistón
comprime el aire contenido en la cámara, aumentando el estado
termodinámico (presión y temperatura) y disminuyendo el volumen.

10. Combustión y Expansión
El proceso de combustión se da antes de que el pistón
ascienda por completo y continúa en parte de su bajada. En el
mismo el inyector se encarga de atomizar el combustible, el
cual se evapora en la atmósfera del cilindro.
Con respecto la fase de expansión, el combustible al entrar en
contacto con el aire en altas temperaturas se produce la
combustión y los gases empujan e pistón desde el punto
superior al inferior, lo que produce un trabajo.
Escape
En el último proceso del ciclo diesel 4 tiempos el pistón vuelve a
descender y la válvula de escape se abre, permitiendo la salida
del gas al exterior y el reinicio del ciclo.
Fases del ciclo de Diesel 2 tiempos
El motor de dos tiempos también cuenta con las cuatro fases del motor de 4
tiempos, solo que este lo realiza en dos movimientos del pistón (una vuelta del
cigüeñal).
Primer tiempo
En el primer tiempo el pistón se encuentra en el Punto Muerto Superior (PMS) y el
aire se encuentra a altas temperaturas debido a la presión. Al inyectarse el
combustible, se genera la combustión y sucede la expansión cuando los gases
empujan el pistón hacia el Punto Muerto Inferior (PMI).
Dicho movimiento del pistón abre la válvula y galería de escape, permitiendo que
salgan al exterior los gases producidos en la combustión. A su vez, la expansión
provoca que la presión interior del cilindro sea igual a la de la atmósfera.

11. Segundo tiempo
El pistón empieza su movimiento de ascenso y cierra las válvulas de admisión, lo que finaliza el
proceso de barrido. A su vez, las galerías y válvulas de escape se cierran y comienza la
compresión; terminando la etapa cuando el pistón llega al Punto Muerto Superior y el ciclo se
reinicia.
En teoría, la combustión se lleva a cabo por la presión constante y el nivel de la temperatura, la
cual supera el grado de auto inflamación del combustible.
los motores diésel generan mayor ruido y su mantenimiento es más costoso.
MOTOR DIESEL

12. CICLO DUAL O MIXTO - (gasolina- gas)
Representa mejor los motores actuales de encendido por
compresión. el proceso de suministro de calor se realiza una
parte a volumen constante similar al ciclo Otto y otra parte a
presión constante similar al ciclo diesel, el resto del ciclo es
similar a los ciclos Otto y diesel.
ciclo teórico mixto en el cual la combustión (es decir, la fase durante
la cual se suministra energía en forma de calor al fluido activo) se
produce en parte a volumen constante y en parte a presión
constante.
si las presiones superiores por razones de orden constructivo, o de
técnicas de combustión (detonación) resultan muy altas, entonces se
hace que el encendido tenga lugar mas tarde, por lo que la
combustión no solo transcurre isocora, sino también isobaramente,
debido a la rapidez creciente del pistón.

13.  El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la
atmósfera y se somete a un calentamiento y compresión para
aprovecharlo como energía mecánica o eléctrica.
El ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de un motor de turbina de
gas, como los utilizados en las aeronaves. Las etapas del proceso son las
siguientes:
Admisión
El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina
Compresor
El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un
compresor (movido por la turbina).
Cámara de combustión
En la cámara, el aire es calentado por la combustión del queroseno. Puesto que
la cámara está abierta el aire puede expandirse
Turbina
El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se
expande y se enfría rápidamente.
Escape
Por último, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al
exterior. Técnicamente, este es un ciclo abierto ya que el aire que escapa no es
el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que sí entra en la
misma cantidad y a la misma presión, se hace la aproximación de suponer
una recirculación. En este modelo el aire de salida simplemente cede calor al
ambiente y vuelve a entrar por la boca ya frío.