Fundamentos de Termodinámica y Ciclos de Motores de Combustión

Funcionamiento de los Motores de Combustión Interna

El motor admite aire puro a la presión atmosférica (0,1 MPa) y lo comprime adiabáticamente hasta alcanzar presiones y temperaturas altas. Se introduce gasóleo en el cilindro a elevada presión de forma controlada mediante una bomba inyectora, con lo que la mezcla se inflama a presión constante, produciéndose el avance del pistón. Cesa la inyección del gasóleo y el gas se expande adiabáticamente. Finalmente, se abre la válvula de escape, la presión desciende y los gases son expulsados.

Sistemas de Sobrealimentación

El sistema para incrementar la potencia de los motores de combustión interna consiste en aumentar la cantidad de mezcla combustible admitida en el cilindro durante el tiempo de admisión. Esto se consigue aumentando la presión del aire mediante un compresor intercalado en el circuito de entrada, accionado por una turbina.

Ciclos de Funcionamiento del Pistón

• Fase 1: El pistón se encuentra en el punto superior y los gases se expanden hasta que el movimiento del pistón deja al descubierto la lumbrera. A medida que baja, comprime el fluido y, al final, abre la lumbrera de transferencia.
• Fase 2: El pistón comienza su movimiento de ascenso hasta cerrar las lumbreras de admisión y escape, comenzando la compresión del gas. La lumbrera queda abierta y, a través de ella, penetra el fluido en el cilindro.

Ciclo de Bomba de Calor

El agua fría que circula por una conducción se enfría en el evaporador, cediendo una cantidad de calor Q2 al fluido frigorífico, el cual se evapora. El vapor, una vez atravesado el compresor, llega al condensador donde se licua, cediendo un calor Q1 al agua caliente que circula a través de un sistema de radiadores.

Ciclo de Carnot

• A-B (Expansión isotérmica): El gas a temperatura T1 se expande desde el volumen V1 al V2, absorbiendo calor Q1 y realizando un trabajo (W) contra el exterior.
• B-C (Expansión adiabática): El gas se expande desde V2 a V3 produciendo trabajo, mientras su temperatura disminuye de T1 a T2.
• C-D (Compresión isotérmica): El gas se comprime a la temperatura T2 del refrigerante, cediendo calor Q2 y experimentando la acción de un trabajo exterior.
• D-A (Compresión adiabática): Tiene lugar una compresión adiabática recuperando el gas su volumen primitivo V1 y aumentando su temperatura de T2 a T1.