motores térmicos - pt

7/25/2019 Motores Térmicos - PT

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Ciclos termodinámicosy motores térmicos



Tipos de ciclos termodinámicos

1. Ciclos de cambio de fase: En estos ciclos, el fluido de trabajo es un gas o unlíquido. La máquina convierte el fluido de trabajo de gas a líquido o viceversa,generando trabajo a partir de la expansión o compresión del fluido.

• Ciclo Rankine, ciclo Regenerativo, ciclo Rankine orgánico, ciclo vapor-líquido, ciclo líquido-sólido, ciclo sólido-gas.

2. Ciclos de gas: El fluido de trabajo es un gas.

• Ciclo de Carnot, ciclo Ericsson, ciclo Stirling (motor Stirling), ciclos decombustión interna: Otto, Diesel, Atkinson, Brayton, Lenoir, Miller…

3. Ciclos de líquido: El fluido de trabajo es un líquido.

• Ciclo Stirling (motor Malone)…

4. Ciclos electrónicos: El fluido de trabajo es una corriente eléctrica

•

Efectos termoeléctricos (Peltier, Seebeck), emision termoionica(bombilla)...

5. Ciclos magnéticos: El fluido de trabajo es una corriente magnética

• Motores termomagnéticos.



Tipos de ciclos termodinámicos

1. Ciclos abiertos: En estos ciclos, el fluido de trabajo es intercambiado con

el medio externo.

2. Ciclos cerrados: El fluido de trabajo no es intercambiado con el medio

externo y permanece siempre en el interior del sistema sin sufrir apenas

degradación



Como mejorar el rendimiento de ciclos termodinámicos

1.

Aumentando la diferencia de temperatura entre los focos:

• Aumentando la temperatura máxima: límite los materiales empleados

• Disminuyendo la temperatura del foco frío

2. Explotando las propiedades físicas del fluido de trabajo

• Fluidos supercríticos

3. Explotando las propiedades químicas del fluido de trabajo

• Mezclas agua/amoníaco (ciclo Kalina)



MOTORES TÉRMICOS

Un motor térmico es una máquina que opera según un ciclo termodinámico,

en el cual la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuyeobteniéndose energía mecánica.

El motor térmico transforma energía térmica

en

trabajo mecánico

por medio del

aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor (foco

caliente) y un sumidero de calor (foco frío). El calor se transfiere de la fuente alsumidero y, durante este proceso, parte del calor se convierte en trabajo por medio

del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un

gas o un líquido.

La eficiencia de varios motores térmicos propuestos o usados hoy en día oscilaentre el 3% (97% de calor desperdiciado) para los sistemas de conversión de

energía térmica del océano, el 25% para la mayor parte de los motores de

automóviles, el 35% para una planta generadora de carbón supercrítico, y el 60%

para una turbina de gas de ciclo combinado con enfriamiento de vapor. Todos

estos procesos obtienen su eficiencia (o la pierden) debido a la depresión de latemperatura a través de ellos.



Clasificación de los motores térmicos

Se realiza en función de:

a) Si el fluido es condensable (agua) o no condensable (aire).

b) Si en el proceso se produce una combustión externa o interna.



Máquinas (motores) de combustión interna

Tipo de máquina que obtiene

energía mecánica

directamente de la

energía química

de un

combustible

que arde dentro de una cámara de combustión.

Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en sí

misma, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor, donde tiene lugar en una

caldera externa.

Se consideran también máquinas de combustión interna aquellas en las que los

gases de combustión circulan por la propia máquina. En este caso, la máquina será

necesariamente de ciclo abierto, y el fluido será aire (no condensable) empleado

como comburente en la combustión



Motores de combustión interna

Rotativo(cigüeñal fijo y el bloque de

cilindros entero gira a su alrededor)

turbomáquina Turbina de gas de ciclo

abierto

Volumétrico Motor Wankel,cuasiturbina

Alternativo(movimiento alternativo de lospistones para convertir la presión

d e u n f l u i d o e n t r a b a j o ,generalmente en forma de

movimiento de rotación)

Encendido porcompresión

Motor diesel

Encendido provocado Motor de explosión (Otto,

Miller, de mezcla pobre,

de ciclo Atkinson)

Reacción(propulsión por chorro de fluido)

Motor cohete Cohete espacial de

propulsión líquido/sólido

Aerorreactor sincompresor

Estatorreactor

Pulsorreactor

Aerorreactor concompresor

Turborreactor

Turbofan

Turbohélice



Máquinas de combustión externa

Es una

máquina

que realiza una conversión de energía

calorífica

en

energía mecánica

mediante un proceso de

combustión

que se realiza fuera de la

máquina, generalmente para calentar agua que, en forma de

vapor, será la querealice el trabajo, en oposición a los

motores de combustión interna, en los que la

propia combustión, realizada dentro del

motor es la que lleva a cabo el

trabajo.

El calor de la combustión se transfiere al fluido a través de una pared, por ejemplo,

en un

intercambiador de calor. Dado que el fluido motor no sufre degradación

alguna, estas máquinas pueden ser de ciclo cerrado, a lo que actualmente se tiende

por razones económicas.

Los motores de combustión externa también pueden utilizar gas como fluido de

trabajo (aire, H2 y

He

los más comunes).



MOTORES/

SISTEMAS DE CICLO CERRADO

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Thermodynamic cycle is an ideal case of a heat engine



Then, which alternative do we have?



Not useful for car engines: larger efficiency but lower power (at same weight)



El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso

termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor.

El ciclo Rankine



Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si

bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine

orgánicos).

Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta

presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo

mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que

generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina

se introduce en un condensador, donde el vapor condensa y cambia al estado líquido

(habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del

mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión

del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de

esta manera el ciclo.

Cuatro procesos: dos isoentrópicos y dos isóbaros.



La bomba y la turbina son los equipos que operan según procesos isoentrópicos (adiabáticos

e internamente reversibles).

La caldera y el condensador operan sin pérdidas de carga y por tanto sin caídas de presión.



U t bi d t b á i t t f l í d



Una turbina de vapor es una

turbomáquina

motora, que transforma la energía de un

flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de

cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete,

órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes para poder realizar el

intercambio energético.

Las

turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un

fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el

cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada

temperatura y presión.

En la turbina se transforma la energía interna del vapor en

energía mecánica

que,

típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina

se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de

álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está

formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

TIPOS: 1. Turbina de acción: Cuando la expansión (“salto entálpico”) tiene lugar en

los álabes directores o toberas de inyección sujetas al estator

2. Turbina de reacción: cuando la expansión se puede realizar bien en el

rotor o en el estator.



En las centrales térmicas de gas (o en las turbinas de gas) se utiliza un ciclo

"hermano" del ciclo Rankine ideal: el ciclo Brayton ideal.

•

Utiliza un fluido de trabajo que se mantiene en estado de gas durante todo elciclo (no hay condensación).

•

Utiliza un compresor en lugar de una bomba (constructivamente suele ir

solidariamente unido a la turbina de gas en un eje común).

•

El equipo donde se produce la combustión no se denomina caldera sino

cámara de combustión o combustor.

Los equipos utilizados en estas instalaciones son más compactos que los de las

centrales térmicas de vapor y utilizan como combustible habitual el gas natural.

Ambos tipos de ciclos se integran en las centrales térmicas de ciclo combinado,

donde el calor rechazado por el ciclo Brayton (en su configuración más simple,

aportado por los gases calientes de la combustión que abandonan la turbina de

gas) es utilizado para alimentar el ciclo Rankine (sustituyendo a la caldera) para

sobrecalentar el vapor de agua.



El ciclo Brayton también es conocido como ciclo Joule o ciclo Froude



Consiste en: una etapa de compresión adiabática,

una etapa de calentamiento isobárico,

una expansión adiabática de un fluido termodinámico compresible.

El producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para la producción de energía

eléctrica o algún otro aprovechamiento –de algunos motores terrestres o marinos, o la generación de unempuje en un aerorreactor.



Ciclo combinado

Se denomina

ciclo combinado

en la

generación de energía

a la co-existencia de

dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo esel

vapor de agua

y otro cuyo fluido de trabajo es un

gas

producto de una

combustión.

E l lé i l i l d í lé i di



En una

central eléctrica,

el ciclo de gas genera

energía eléctrica

mediante una o

varias turbinas de gas

y el ciclo de vapor de agua lo hace mediante una o

varias turbinas de vapor.

El principio sobre el cual se basa es utilizar los gases de escape a alta temperaturade la turbina de gas para aportar calor a la caldera o generador de vapor de

recuperación, la que alimenta a su vez de vapor a la

turbina de vapor.

La principal ventaja de utilizar el ciclo combinado es su alta eficiencia, ya que se

obtienen rendimientos superiores al rendimiento de una central de ciclo único ymucho mayores que los de una de turbina de vapor.

Consiguiendo aumentar la temperatura de entrada de los gases en la turbina de gas,

se obtienen rendimientos de la turbina de gas cercanos al 60%.

Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el

ciclo

Joule

y permite, por ello, mejorar la recuperación térmica

En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del



En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del

mismo. La selección de la

presión

y la

temperatura

del vapor vivo se hace en

función de las turbinas de gas y vapor seleccionadas, selección que debe realizarse

con criterios de eficiencia y economía.

Cogeneración

Una variante del ciclo combinado de contrapresión clásico, es el ciclo combinado

a condensación que se realiza en procesos estrictamente cogenerativos

El proceso clásico de regulación de una planta de cogeneración consiste en

evacuar gases a través del bypass cuando la demanda de vapor es menor a la

producción y utilizar la post-combustión cuando sucede lo contrario

Un ciclo de contrapresión y condensación permite aprovechar la totalidad delvapor generado, regulando mediante la condensación del vapor que no puede

usarse en el proceso, produciendo una cantidad adicional de electricidad



Ciclo Ericsson

Se supone que el que sigue el ciclo es un gas. Consta de 4 fases:

Compresión isotérmica

Calor añadida a presión constante (calentamiento isobárico)

Expansión isotérmica

Enfriamiento a presión constante (enfriamiento isobárico)

Comparado con un ciclo Brayton normal (con compresión adiabática y expansión

adiabática), el ciclo Ericsson (con compresión y expansión isotérmicas) proporciona

más trabajo limpio por revolución. El uso de un intercambiador-regenerador aumenta

el rendimiento al reducir las necesidades de aportación de calor.

Motor Ericsson



• Es de combustión externa para

que el gas motriz caliente desdeel exterior.

• Para mejorar el rendimiento (el

rendimiento térmico y el

rendimiento total) el motor

Ericsson dispone de un

regenerador o recuperador de

calor.

• Puede funcionar en ciclo abierto

o cerrado.

• La expansión y la compresión se

producen simultáneamente, en las

caras opuestas del pistón.

Explicación del motor de la figura:

En la posición actual (el pistón en la posición más baja) el

aire de la cámara inferior se calienta mediante calor aportada

exteriormente (color rojo oscuro o rojo marrón). El aire de la

cámara superior ha sido aspirado al bajar el pistón a presiónatmosférica (color azul).

El pistón comienza a subir por la presión del aire calentado.

Se producen simultáneamente la expansión del aire caliente y

la compresión del aire de la cámara superior (aspirado en la

fase previa). El aire pasa obligado por la válvula antirretorno

de la admisión. Esta le permite el paso al depósito

acumulador de aire frío.

En la posición máxima superior pasa al depósito frío la

máxima cantidad de aire aspirado posible. La válvula de paso

(dibujada abajo ya la izquierda) se abre y permite el paso del

aire frío a traves del recuperador hasta la cámara inferior que

la aspira.

Un volante de inercia hace que el pistón doble-función

(compresión-expansión) empiece a bajar, comprimiendo el

aire precalentado en el recuperador y aspirante aire

atmosférico en la cámara superior.

En el cuarto inferior, el aire precalentado acaba de calentar

mientras se comprime. En la fase final el pistón llega a la

posición inferior y el proceso continúa.



MOTORES/

SISTEMAS DE CICLO ABIERTO

O l i



Open cycle engines

El ciclo Otto



El ciclo Otto

Renovación de carga



Motor de explosión (spark ignition engine)



Un motor de explosión (spark ignition engine) es un tipo de

motor de combustión interna

que utiliza la explosión de un combustible,

provocada mediante una chispa, para expandir un gas empujando así un

pistón.

Hay de dos y de cuatro tiempos. El ciclo termodinámico utilizado es conocidocomo

Ciclo Otto.

Pueden ser de 2T ó 4 T. Más potencia en 4T

4 TIEMPOS

p ( p g g )

Fase 1: ADMISIÓN: En esta fase el descenso del pistón aspira la

mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el

aire en motores de encendido por compresión. La válvula de escape

permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el

primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la

válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

Fase 2: COMPRESIÓN: La válvula de admisión se cierra,

comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del

pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º,

y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es

ascendente.

Fase 3: EXPLOSIÓN/EXPANSIÓN: Al llegar al final de la carrera

superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de



p g p

encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía,

provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores

diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy

pulverizado, que se autoinflama por la presión y temperatura

existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada

la combustión, esta progresa rápidamente incrementando latemperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los

gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se

obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el

árbol de levas da gira, ambas válvulas se encuentran cerradas y su

carrera es descendente. Fase 4: ESCAPE: El pistón empuja, en su movimiento ascendente,

los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape

que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior,

se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose

el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de 90º .

2 TIEMPOS



2 TIEMPOS

El motor de dos tiempos, también denominado

motor de dos ciclos, es

un


que realiza las cuatro etapas del

ciclo termodinámico

(admisión, compresión, expansión y escape) en dosmovimientos lineales del

pistón

(una vuelta del

cigüeñal). Se diferencia del más

conocido y frecuente

motor de cuatro tiempos de ciclo de Otto, en el que este

último realiza las cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal. Existe tanto en

ciclo Otto como en ciclo Diésel.

Fase admisión-compresión: El pistón se desplaza hacia arriba (la culata)desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de

admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el

cilindro, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la

lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado.

Fase de explosión escape: Al llegar el pistón a su punto muerto superior se

finaliza la compresión y se provoca la

combustión

de la mezcla gracias auna chispa eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de

combustión impulsan con fuerza el pistón que transmite su movimiento al

cigüeñal a través de la biela. En su recorrido descendente el pistón abre

la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la

lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del

cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender

de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.



L l ió d ió t d b tió i t l



La

relación de compresión

en un


es el

número que permite medir la proporción en que se ha comprimido la

mezcla de aire-combustible (Motor Otto ) o el aire (Motor Diésel) dentro de

la

cámara de combustión

de un

cilindro

Se demuestra que la relación de compresión define el

rendimiento térmico

del

motor de combustión interna, es decir, el grado de

aprovechamiento de la energía del combustible. En los motores de

ciclo Otto

el

rendimiento aumenta al aumentar la compresión, ventaja limitada por el

encendido espontáneo de la mezcla o detonación (motor alternativo). En los

motores de ciclo diesel debido a la relación de compresión, normalmente en un

rango doble del motor Otto, el

rendimiento térmico

es mayor por este motivo.

d = diámetro cilindros = carrera del pistónVc = volumen cámara combustión



El octanaje o índice de octano, RON (por sus siglas

en

inglés,

Research Octane Number), es una

escala

que mide la capacidad

antidetonante del

combustible

(como la

gasolina)

cuando se comprime

dentro del

cilindro

de un

motor. Las dos referencias que definen la escala

son el

heptano

lineal, que es el hidrocarburo que más detona, al que se

asigna un octanaje de 0, y el 2,2,4-trimetilpentano o

isoctano, que detona

poco, al que se asigna un valor de 100. Su utilidad radica en que la eficacia

del

motor aumenta con altos

índices de compresión, pero solamente

mientras el

combustible

utilizado soporte ese

nivel de compresión

sin sufrircombustión prematura o detonación.

En el ciclo Otto los motores trabajan en un rango de presiones de combustion de 25

a 30 bares, partiendo de una relacion de compresion de 9 a 10, y en los que larelación de aire/combustible (factor lambda), toma valores de 0,9 a 1,1.



El ciclo Miller



El ciclo Miller

es una variación del

ciclo Otto

en la que se utiliza

un

cilindro

más grande de lo habitual, se aumenta la

relación de compresión

mediante un compresor mecánico y se cambian losmomentos de apertura y cierre de las válvulas de escape. Otra modificación es

la utilización de un

intercooler

en la admisión.

Diferencias con ciclo Otto:

1. En el ciclo Miller, la válvula de admisión se mantiene más tiempo abierta

2. El aire de admisión primero es comprimido por el compresor volumétrico, y luego

enfriado por un intercooler. Esto hace que la temperatura que alcanza la mezcla al final de la

carrera de compresión sea considerablemente más baja. Esto da margen al punto de encendido

para que salte la chispa sin que llegue a detonar la mezcla, incrementando la eficiencia total del

ciclo termodinámico Miller.

El ciclo Miller

Atkinson cycle



Less consumptionBut lower power than Otto

Atkinson cycle



Diesel cycle



Diesel cycle explanation



Se omiten las fases de renovación de la carga, y se

asume que el fluido termodinámico que evoluciona

es un gas perfecto, en general aire. Además, se

acepta que todos los procesos son ideales y

reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido.

Proceso 1-2: COMPRESIÓN: Compresión adiabática reversible. Simboliza el proceso de compresión de la masa de

aire en el motor real, en el que en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso,

comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinámico del fluido, aumentando su presión, su

temperatura y disminuyendo su volumen específico.

Proceso 2-3: COMBUSTIÓN: El aporte de calor Qp se simplifica por un proceso isóbaro. En el entorno del punto

muerto superior (PMS) se inicia la inyección del combustible pulverizado, que comienza a evaporarse. Ya que el

combustible de un motor Diesel tiene que ser muy autoinflamable, ocurre que, mucho antes de que haya terminado la

inyección de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se autoinflaman y dan comienzo a una

primera combustión caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y

combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse. Esta etapa es muy rápida, y en el presente ciclo se obvia, pero

no así en el llamado ciclo Diesel rápido, en el que se simboliza como una compresión isócora al final de la compresión.Posteriormente, se da, sobre la masa fresca que no ha sido quemada, una segunda combustión, llamada combustión por

difusión, mucho más pausada y perfecta, que es la que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. En esta combustión por

difusión se suele quemar en torno al 80% de la masa fresca, de ahí que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo,

también es cierto que la inmensa mayoría del trabajo de presión y de las pérdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en

la combustión inicial. Consecuencia de la combustión es el elevamiento súbito del estado termodinámico del fluido, en

realidad debido a la energía química liberada en la combustión, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor

que el fluido termodinámico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isóbaro reversible.



Proceso 3-4: EXPANSIÓN: Expansión isentrópica del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía

al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico delos gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo.

Proceso 4-1: Proceso isocórico (escape) es decir a volumen constante. Desde la presión final de expansión hasta la

presión inicial de compresión.

Es importante notar cómo, en el ciclo Diesel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo

termodinámico que lo idealiza, que sólo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresión y la de expansión; elproceso de renovación de la carga cae fuera de los procesos del ciclo Diesel, y ni tan siquiera es un proceso

termodinámico en el sentido estricto.

Motor Diesel



Motor Diesel

Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del

combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en

una cámara (o precámara, en el caso de inyección indirecta) decombustión que contiene aire a una temperatura superior a

la

temperatura de autocombustión, sin necesidad de chispa como en

los motores de gasolina. Esta es la llamada autoinflamación

.

La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de

la presión que se produce en el segundo tiempo del motor, la

compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de

la


a gran presión desde unos orificiós muypequeños que presenta el

inyector

de forma que se atomiza y se

mezcla con el aire a alta temperatura y presión (entre 700 y 900 °C).

Como resultado, la mezcla se inflama muy rápidamente. Esta

combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda,

impulsando el pistón hacia abajo.

Esta expansión, al revés de lo que ocurre con el motor de gasolina, sehace a presión constante ya que continúa durante la carrera de trabajo

o de expansión. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al

que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un

movimiento de rotación.

Para que se produzca la autoinflamación es necesario alcanzar la

temperatura de inflamación espontánea del gasóleo.

Motor rotativo o Wankel



Motor rotativo o Wankel

Un motor rotativo o Wankel, en honor a su creador el

Dr. Felix Wankel, es un motor de combustión interna que

funciona de una manera completamente diferente de losmotores alternativos.

En un motor alternativo; en el mismo volumen (mililitros) se

efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos —admisión,

compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se

desarrollan los mismos

4 tiempos

pero en lugares distintos de la

carcasa o bloque; con el pistón

moviéndose continuamente de uno

a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con formade 8, dentro de la cual se encuentra un

rotor

triangular que realiza

un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento

rotatorio a un

cigüeñal

que se encuentra en su interior, y que gira

ya con un centro único.

Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presión creada por la combustión de la mezcla

aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara formada por una

parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular. El rotor sigue un recorrido en el que

mantiene sus 3 vértices en contacto con el "freno", delimitando así tres compartimentos separados de

mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cámara, cada uno de los 3 volúmenes se expanden y

contraen alternativamente; es esta expansión-contracción la que succiona el aire y el

combustible

hacia

el

motor, comprime la mezcla, extrae su

energía

expansiva y la expele hacia el escape.

V t j



Ventajas

Menos piezas móviles

Suavidad de marcha

Menor velocidad de rotación!mayor fiabilidad

Menos vibraciones

Menos peso

Inconvenientes

Más emisiones

Coste de mantenimiento

Más consumo

Difícil estanqueidad

Motores a reacción: Estatorreactor



Motores a reacción: Estatorreactor

Un motor de reacción reactor o jet es un tipo de motor que descarga un

chorro de

fluido

a gran velocidad para generar un empuje

de acuerdo a

la

tercera ley de Newton. Operan según ciclo Brayton

Un estatorreactor (también conocido por el nombre inglés:

ramjet ) es un tipo de

motor a reacción que carece de compresores y turbinas, pues la compresión se efectúa

debido a la alta velocidad a la que ha de funcionar. El aire ya comprimido, se somete a

un proceso de

combustión

en la


y una expansión en la

tobera deescape. El régimen de trabajo de este motor es continuo.

Los estatorreactores pueden funcionar a partir de velocidades de unos 300 km/h. Por lo

tanto la principal aplicación del estatorreactor es la de propulsión adicional, después de

haber adquirido la velocidad que necesita para su funcionamiento.

Funcionamiento



Funcionamiento

El aire se dirige hacia la entrada del reactor,

que está en movimiento a gran velocidad,

donde resulta parcialmente comprimido yaumenta su temperatura por el efecto de la

presión dinámica. Si la velocidad a la que

entra el aire en el motor es lo bastante alta,

esta compresión puede ser suficiente y el

r e a c t o r p o d r í a f u n c i o n a r

sin

compresor

ni

turbina.

El siguiente paso es el de la combustión del aire, cuyo proceso se realiza en la cámara

de combustión, donde hay una serie de inyectores que pulverizan el combustible de

manera continua. Cuando el combustible y el aire se mezclan en la cámara de

combustión una serie de bujías encienden la mezcla y comienza la combustión,

Finalmente, los gases resultantes de la combustión salen a gran velocidad por

la tobera de escape, la cual puede tener dos formas:convergente o divergente. La

principal diferencia está en su utilización: las convergentes son utilizadas para la

propulsión subsónica y las divergentes para velocidades supersónicas.

Motores a reacción: Pulsorreactor



Motores a reacción: Pulsorreactor

Su funcionamiento depende de un flujo de aire (1) que entra a través de las válvulas

situadas en la parte frontal del reactor donde se mezcla con el combustible (2) que sale de

un conjunto de inyectores situados en el sistema de válvulas. Una bujía hace explotar la

mezcla (3), haciendo que la fuerza de la explosión acelere los gases en ambas direcciones

lo cual provoca que las válvulas de admisión de aire se cierren haciendo que el gas se vea

forzosamente obligado a salir por el tubo de salida de gases (4), produciendo el empuje, y

luego crea un vacío haciendo que las válvulas de admisión vuelvan a abrirse para

posteriormente repetir la operación.

Una vez iniciada la ignición parte de la energía de la explosión se transforma en calor que

calienta el cuerpo del reactor, lo cual facilita después la tarea de la ignición pulsátil haciendo

innecesario después tener que utilizar la bujía como fuente de ignición, lo cual hace que el

reactor tenga un funcionamiento autosostenido sin la intervención de ningún mecanismo de

ignición externa tras el encendido. El mayor inconveniente de este sistema es

principalmente la vida útil de las válvulas de admisión

Su estructura consta de tres partes

fundamentales:

1. sistema de válvulas

2. cámara de

combustión

3. tubo de salida de gases

Motores a reacción: Turborreactor



Motores a reacción: Turborreactor

Un turborreactor consiste en una entrada de aire, un compresor de aire, una

cámara de combustión, una turbina de gas (que mueve el compresor del aire) y

una tobera. El aire entra comprimido en la cámara, se calienta y expande por la

combustión del combustible y entonces es expulsado a través de la turbina hacia la

tobera siendo acelerado a altas velocidades para proporcionar la propulsión

En este tipo de motores la fuerza impulsora o empuje se obtiene por la cantidad de

movimiento. Al lanzar grandes volúmenes de aire hacia atrás a gran velocidad, se

produce una reacción que impulsa la aeronave hacia adelante.

Motores a reacción: Turbofan



oto es a eacc ó : u bo a

Caracterizados por disponer de un ventilador o

fan en la parte frontal del motor, el aire

entrante se divide en dos caminos: flujo de aire primario y flujo secundario o flujo

derivado (bypass). El flujo primario penetra al núcleo del motor (compresores y

turbinas) y el flujo secundario se deriva a un conducto anular exterior y concéntrico

con el núcleo. Los turbofanes tienen varias ventajas respecto a los turborreactores:

consumen menos combustible, lo que los hace más económicos, producen menor

contaminación y reducen el ruido ambiental.

Motores a reacción: Turbohélice



El tipo de motor denominado turbohélice tiene montada delante del reactor

una hélice propulsada por una segunda turbina, denominada turbina libre, o por etapas

adicionales de la turbina que mueve el compresor

(tipo eje fijo).

Alrededor de un 90 % de la energía de los gases expandidos se absorbe en la parte de la

turbina que mueve la hélice y el 10 % restante se emplea para acelerar el chorro de gases de

escape. Esto hace que el chorro solo suponga una pequeña parte del empuje total.

motores térmicos - pt

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