Funcionamiento Detallado de Motores de Combustión y Ciclos Termodinámicos

Funcionamiento de Motores y Ciclos Termodinámicos

Ciclo de Motor de Cuatro Tiempos (4T)

El ciclo de cuatro tiempos describe la operación fundamental de muchos motores de combustión interna:

1. Admisión (1): El pistón desciende desde el Punto Muerto Superior (PMS), permitiendo la entrada de aire o mezcla gaseosa a través de la válvula de admisión.
2. Compresión (2): La válvula de admisión se cierra cuando el pistón alcanza el Punto Muerto Inferior (PMI). El pistón comienza a subir hasta el PMS, comprimiendo la mezcla.
3. Expansión (3): Antes de que el pistón finalice su carrera de compresión, se produce la inflamación de la mezcla. Esto empuja el pistón hacia abajo, produciéndose trabajo mecánico.
4. Escape (4): Cuando el pistón llega al PMI, se abre la válvula de escape. El pistón asciende, expulsando los gases quemados. Al llegar al PMS, la válvula de escape se cierra y la de admisión se abre, iniciando nuevamente el ciclo.

Ciclo de Motor de Dos Tiempos (2T)

El ciclo de dos tiempos combina las fases en solo dos movimientos del pistón:

1. Cuando el pistón está en el PMS, se produce la inflamación. Los gases se expanden hasta que el pistón abre la lumbrera de escape. A medida que el pistón baja, se abre la comunicación cilindro-cárter, lo que permite la entrada de fluido y termina de barrer los gases residuales.
2. El pistón comienza a subir desde el PMI, completando la fase de barrido y admisión. Entonces empieza la compresión hasta llegar al PMS. Al mismo tiempo, la lumbrera de admisión se abre y entra fluido en el cárter.

Representación de Ciclos Termodinámicos

Ciclo de Referencia por Gas (Ciclo Brayton Simplificado)

Este ciclo describe la operación de turbinas de gas:

• 1 a 2: Expansión adiabática del gas en la turbina, desde una presión $P_1$ hasta $P_2$, produciendo trabajo.
• 2 a 3: El gas pasa por un intercambiador de calor, manteniendo la presión constante y aumentando la temperatura, mientras se va refrigerando el espacio que se quería enfriar (o cediendo calor).
• 3 a 4: El gas se comprime adiabáticamente en un compresor desde $P_2$ hasta $P_1$, aumentando su temperatura.
• 4 a 1: El gas pasa por un enfriador a presión constante y vuelve a tener las mismas condiciones que poseía al comienzo del ciclo.

Ciclo de Referencia por Vapor (Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor)

Este ciclo describe el proceso de refrigeración:

• 1 a 2: Compresión adiabática del vapor saturado desde $P_1$ (presión del evaporador) hasta $P_2$ (presión del condensador), recalentándose el vapor y consumiendo trabajo.
• 2 a 3: Cesión de calor desde el refrigerante hacia el foco caliente. El vapor saturado entra en el condensador y sale como líquido saturado. La presión permanece constante y se cede calor al ambiente.
• 3 a 4: El líquido saturado entra en la válvula de expansión desde $P_2$ del condensador y sale en forma de mezcla bifásica de líquido y vapor húmedo. No se produce trabajo.
• 4 a 1: Absorción de calor por parte del refrigerante que entra en el evaporador como mezcla de líquido y vapor. La temperatura y la presión permanecen constantes, y se absorbe el calor preciso para el cambio de estado de los productos contenidos en el frigorífico. El refrigerante toma calor para su cambio de estado.