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Experimento joule y motores

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termodinamica

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Experimento joule y motores

  1. 1. FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO TERMODINÁMICA INTEGRANTES: Mosquera Patricio CICLO: Séptimo Industrial DOCENTE: Ing. Edisson Jordán
  2. 2. OBJETIVOS: General  Investigar acerca de los ciclos de combustión de los motores y el Principio de Joule para conocer sus principales características mediante una investigación bibliográfica. Específicos  Conocer los ciclos de combustión de los motores de diferentes tipos para diferenciar sus principios de funcionamiento, mediante una investigación bibliográfica.  Investigar el principio de Joule para conocer su origen y aplicación mediante graficas explicativas. MARCO TEÒRICO: MOTORES DE COMBUSTION  Motores de 4 tiempos Los motores de 4 tiempos son los más populares de la actualidad, casi en cualquier tipo de vehículo, y entre las motos se han terminado imponiendo a los motores de 2 tiempos casi en todas las disciplinas al ser más limpios y menos contaminantes. También llamado motor Otto.
  3. 3. Partes Un motor de explosión con ciclo de 4 tiempos se compone por un cilindro una biela, un cigüeñal, al menos dos válvulas, una bujía y muchos otros componentes que hacen que todo trabaje de forma coordinada.
  4. 4. Combustión Tiempo 1: ADMISIÓN Tiempo 2: COMPRESIÓN Tiempo 3: COMBUSTIÓN Tiempo 4: ESCAPE
  5. 5. Tiempo 1: ADMISIÓN En el primer tiempo una mezcla de gasolina y aire va a entrar en la cámara de combustión del cilindro. Para ello el pistón baja del punto superior del cilindro al inferior, mientras que la válvula (o válvulas) de admisión se abre y deja entrar esa mezcla de gasolina y aire al interior del cilindro, para cerrarse posteriormente. La gasolina es combinada con aire ya que, de por sí, la gasolina sola no ardería y necesita oxígeno para su combustión. La relación teórica es 1 gramo de gasolina por 14,8 gramos de aire, pero depende de muchos factores, como por ejemplo de la densidad de ese aire. Por eso en los motores modernos una sonda lambda examina los gases sobrantes de la combustión e informa a la centralita sobre cómo ha de ser la proporción de la mezcla gasolina/aire a suministrar por los inyectores. Tiempo 2: COMPRESIÓN En el segundo tiempo, con el pistón en su posición más baja y la cámara de combustión llena de gasolina y aire, la válvula de admisión se cierra y deja la cámara cerrada herméticamente. La inercia del cigüeñal al que está unida la biela del pistón hará que el pistón vuelva a subir y comprima así la mezcla. La gasolina y el aire se comprimen dentro de una cámara hermética y, al reducirse de tal manera el espacio, las moléculas chocan entre sí aumentando la temperatura de la mezcla. La gasolina y el aire están listos para el tercer tiempo.
  6. 6. •En el tercer tiempo, con el pistón en su posición más alta y comprimiendo la mezcla de gasolina y aire, es cuando entra en acción la bujía. •Es en este preciso momento, con la mezcla comprimida y a una alta temperatura, cuando la bujía genera una chispa que hace explotar violentamente esa mezcla. •La combustión hace empujar el pistón hacia abajo con fuerza y la biela y el cigüeñal se encargan de convertir ese movimiento lineal del pistón, de arriba a abajo, en un movimiento giratorio. Tiempo 3: COMBUSTIÓN Tiempo 4: ESCAPE En el cuarto tiempo, el último de este proceso y que significará la cuarta carrera del pistón y la segunda vuelta del cigüeñal, el pistón se encuentra en su parte más baja de nuevo y con la cámara de combustión llena de gases quemados productos de la combustión de la gasolina y el aire. Es ahora, con el pistón de nuevo en la parte superior cuando se inicia el ciclo de nuevo desde el principio. El pistón vuelve a subir en este cuarto tiempo y al hacerlo empuja esos gases hacia arriba para que salgan por la válvula de escape que se abre con el fin de dejarlos salir y volver a dejar la cámara del cilindro vacía. El pistón volverá a bajar mientras que la válvula de admisión se abre y deja pasar una nueva mezcla de gasolina y aire, y así una y otra vez.
  7. 7.  Para que se produzca un ciclo ha debido haber dos subidas y dos bajadas del pistón, por lo que recibe el nombre de motor de cuatro tiempos y el cigüeñal ha necesitado dar dos vueltas para completar un ciclo. Observando el ciclo Otto ideal, podemos considerar despreciables los procesos de admisión y de escape a presión constante A-E y E-A, puesto que son idénticos en la gráfica y de sentido opuesto, por lo que el calor y el trabajo intercambiados entre ellos se anulan mutuamente.
  8. 8.  Motores de dos tiempos El ciclo operativo se realiza en dos carreras, por lo que la admisión del fluido activo debe efectuarse durante una fracción de la carrera de compresión, y el escape, durante una fracción de la carrera de trabajo. El ciclo de 2 tiempos fue concebido para simplificar el sistema de distribución, eliminando y reduciendo el número de válvulas, y para obtener una mayor potencia a igualdad de dimensiones del motor. Con el motor de 2 tiempos se tiene una carrera útil por cada giro del eje cigijeñal. De este modo la frecuencia de la carrera útil y, por consiguiente, la potencia obtenida, resulta teóricamente el doble de la que se obtiene de un motor de 4 tiempos de igual cilindrada. Sin embargo, el aumento de la frecuencia de la carrera útil tiende a producir un calentamiento excesivo, y por ello, a producir una rotura de la película de aceite lubricante con peligro de averías en el pistón y en el cilindro.
  9. 9. Combustión 1er tiempo: Combustión - Expansión - Escape 2do tiempo : Traspaso - Aspiración - Compresión 1er tiempo - Combustión - Expansión - Escape Corresponde a la carrera de trabajo, que se inicia conel encendido y la combustión, y prosigue con la expansión hasta que el pistón abre las lumbreras de escape. Los gases de la combustión comienzan en ete punto a salir por A a causa de su todavía elevada presión, creando en la masa fluida una corriente directa hacia la salida: Inmediatamente después se abren las lumbreras de admisión C, y el fluido activo, empujado por la presión alcanzada en el cárter y arrastrado, además por la corriente de los gases de combustión que salen por A, entra en el cilindro. Se inicia así la fase de barrido y admisión, que comprende el resto de la carrera. 2do tiempo - Traspaso - Aspiración - Compresión Corresponde a la carrera de retorno del pistón al punto máximo superior (P.M.S.). La primera parte está todavía dedicada a la fase de barrido y admisión, pero la segunda, a la fase de compresión. Antes de que la carrera esté terminada, el borde inferior del pistón deja libre la lumbrera B de entrada del fluido en el cárter; Éste penetra por efecto de la depresión creada a causa del movimiento del pistón y es luego comprimido durante la carrera siguiente.
  10. 10. Motor de 5 tiempos Otto diseñó y construyó un motor con doble expansión, concepto propuesto por los ingleses Jonathan Hornblower y Artur Woolf. En 1906 la empresa EHV radicada en Connecticut, EEUU, fabricó un motor de combustión interna de tres cilindros y doble expansión que montaron en un automóvil. fabricó un motor de combustión interna de tres cilindros y doble expansión que montaron en un automóvil. La primera expansión se hacía en el cilindro donde se realizó la combustión, y una segunda en otro pistón, este a baja presión, con el objetivo de lograr el aprovechamiento de la energía de los gases de escape No solo se aumenta la relación potencia/cilindrada sino que también aumenta la eficiencia del motor.
  11. 11. EXPERIMENTO DE JOULE Históricamente se tardó bastante tiempo en comprender cuál es la naturaleza del calor. En un primer momento se pensaba que el calor era un fluido (denominado calórico) que impregnaba los cuerpos y era responsable del calor que éstos intercambiaban al ser puestos en contacto. En el siglo XIX, Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una forma de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica. Dicho experimento se conoce como experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor. Antes del experimento de Joule se pensaba que calor y energía eran dos magnitudes diferentes, por lo que las unidades en que se medían ambas eran también distintas. La unidad de calor que se empleaba era la caloría. Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada desde 14.5ºC a 15.5ºC. Con su experimento, Joule se propuso demostrar que se podía elevar la temperatura del agua transfiriéndole energía mecánica. El aparato que empleó se muestra en la siguiente figura. En el interior de un recipiente se introduce 1 kg de agua a 14.5 ºC.
  12. 12. Lo que encontró Joule fue que, para elevar la temperatura del kilogramo de agua hasta 15.5ºC (es decir, para conseguir una energía de 1000 calorías), la energía potencial de la masa debía disminuir en 4180 Julios. Por tanto, la equivalencia entre unidades de calor y energía es: El descubrimiento de Joule llevó a la teoría de la conservación de la energía lo que a su vez condujo al desarrollo del primer principio de la Termodinámica. El experimento clásico de Joule fue diseñado para determinar la cantidad de trabajo que se requiere para producir una determinada cantidad de calor, es decir la cantidad de trabajo que es necesario realizar para elevar la temperatura de 1 gramo (g) de agua en 1 grado Celsius ( ºC). El instrumento de Joule consistía de un recipiente con agua (el sistema), en el que estaba sumergido un agitador de unas paletas giratorias cuyo giro estaba accionado por un mecanismo que dependía de la bajada de un peso. El agua estaba en un contenedor de paredes adiabáticas (paredes que no permiten el paso del calor), de forma que los alrededores (ambiente) no pudiera influir en la temperatura por conducción de calor. Las pesas caían a velocidad constante, y al caer permiten que al agitador diera vueltas dentro del agua, esto es se producía trabajo sobre el agua. Despreciando la energía que se pierde en los rozamientos, el trabajo mecánico realizado sobre el agua es igual a la pérdida de energía mecánica de las pesas que caen. La pérdida de energía potencial puede medirse fácilmente determinando la distancia que descienden las pesas. Si las pesas (de masa m) caen desde una distancia h, la perdida de energía potencial es igual a mgh. Esta energía causa el incremento en la temperatura del agua (medida con un termómetro).
  13. 13. Al recipiente se le acoplan unas paletas conectadas mediante una cuerda con una masa que puede caer. Conforme la masa cae a velocidad constante, las paletas giran, por lo que se convierte la energía potencial gravitatoria de la masa en energía para hacer girar las paletas. Debido a este giro, el agua aumenta de temperatura (el giro de las paletas se transforma en calor).
  14. 14. CONCLUSIONES  Un motor de explosión con ciclo de 4 tiempos se compone por un cilindro una biela, un cigüeñal, al menos dos válvulas, una bujía y muchos otros componentes que hacen que todo trabaje de forma coordinada. En un motor de 2 tiempos el ciclo de 2 tiempos fue concebido para simplificar el sistema de distribución, eliminando y reduciendo el número de válvulas, y para obtener una mayor potencia a igualdad de dimensiones del motor. En el motor de 5 pasos la primera expansión se hacía en el cilindro donde se realizó la combustión, y una segunda en otro pistón, este a baja presión, con el objetivo de lograr el aprovechamiento de la energía de los gases de escape.  Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una forma de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica. El experimento consta de un recipiente al que se acoplan unas paletas conectadas mediante una cuerda con una masa que puede caer. Conforme la masa cae a velocidad constante, las paletas giran, por lo que se convierte la energía potencial gravitatoria de la masa en energía para hacer girar las paletas. Al girar las paletas aumentó la temperatura y se convirtió en calor. Bibliografía: http://motos.about.com/od/mecanica-basica/ss/Como-Funciona-Un-Motor-De-4- Tiempos.htm http://demotor.net/motor_ciclo_4_y_2_tiempos.html http://e- ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/4932/html/2_moto r_de_cuatro_tiempos_ciclo_de_otto.html http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/joule.htm l

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