Combustion interna y externa
- 1. Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui” El Tigre, Estado Anzoátegui República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Universidad Politécnica Territorial José Antonio Anzoátegui El Tigre- Estado Anzoátegui Profesora: Ing.Lennys Betancourt Estudiante: Vallenilla Claudia V- 30.629.260 T-II FASE-II MM-01 El Tigre, noviembre de 2021. el proceso de combustión en motores de combustión interna y externa.
- 2. La máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. Este ciclo de trabajo se realiza en dos etapas: 1. Se genera vapor de agua por el calentamiento en una caldera cerrada herméticamente, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón. Mediante un mecanismo de biela- manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia. 2. El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos como bombas, locomotoras y motores marinos, entre otros. Las modernas máquinas de vapor utilizadas en la generación de energía eléctrica no son de desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbomáquinas; es decir, son atravesadas por un flujo continuo de vapor y reciben la denominación genérica de turbinas de vapor
- 3. MOTORES DE COMBUSTION MOTOR DE COMBUSTION EXTERNA Un motor de combustión externa es una máquina que realiza una conversión de energía calórica 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 que realice 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. Los motores de combustión externa también pueden utilizar gas como fluido de trabajo (aire, H2 y He los más comunes) como en el ciclo termodinámico Stirling. En un motor de combustión externa, el combustible se quema fuera del motor y la energía obtenida por la combustión del combustible se transporta al motor con la ayuda de un medio portador de calor. Este tipo de motores de combustión externa alternativos no se utilizan en la actualidad. Han sido totalmente sustituidos por motores de combustión interna. La razón de la sustitución fue su gran tamaño e ineficiencia. Además, requieren mucho mantenimiento. MOTOR DE COMBUSTION INTERNA Un motor de combustión interna o motor de explosión es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de la cámara de combustión. El nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor. Es un tipo de motor térmico en que la combustión se da en el interior de sí mismo, es decir dentro del cilindro; es un proceso donde se transforma la energía química del combustible en energía mecánica. Estos motores están impulsados por un combustible (gasolina si es Ciclo Otto o diesel si es de ciclo diesel); dentro del cilindro tendremos los distintos componentes como válvulas, pistones, bielas, etc; es aquí donde se realizan los 4 tiempos del ciclo termodinámico: Admisión, Compresión, Explosión y Escape. Combustión interna
- 4. Ciclo Otto El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado por una chispa eléctrica (motores de gasolina, etanol, gases derivados del petróleo u otras sustancias altamente volátiles e inflamables). 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. Estos procesos corresponden a la admisión y al vaciado a presión constante de la cámara de combustión. Admisión: La válvula de entrada o admisión está abierta y la de escape se encuentra cerrada. La fase de admisión 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). Compresión: Al momento que el pistón se ubica en el PMI, la válvula de admisión cierra y la de escape también se mantiene cerrada. 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. 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. Ciclo Diesel El ciclo diesel es uno de los ciclos termodinámicos más comunes que se pueden encontrar en los motores de automóviles y describe el funcionamiento de un motor de pistón de encendido por compresión típico. Ciclo Diesel – Procesos Compresión isentrópica (carrera de compresión): el aire se comprime adiabáticamente desde el estado 1 al estado 2, a medida que el pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior. Expansión isentrópica (golpe de poder): el gas se expande adiabáticamente desde el estado 3 al estado 4, a medida que el pistón se mueve desde V 3 hasta el punto muerto inferior. Descompresión isocórica (carrera de escape) : en esta fase, el ciclo se completa con un proceso de volumen constante en el que el calor se rechaza del aire mientras el pistón está en el punto muerto inferior.
- 5. CICLO MIXTO Los ciclos combinados son centrales de generación de energía eléctrica en las que se transforma la energía térmica del gas natural en electricidad mediante dos ciclos consecutivos: el que corresponde a una turbina de gas convencional y el de una turbina de vapor. Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la coexistencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es un gas que entra en combustión o quema, y otro cuyo fluido de trabajo es vapor de agua a presión. En la propulsión de buques se denomina ciclo combinado al sistema de propulsión COGAS. El ciclo combinado se genera electricidad en dos etapas utilizando una única fuente de energía (el gas natural). Primera etapa El gas natural es inyectado en el combustor junto con aire de combustión que ha sido previamente filtrado y comprimido en el compresor interno de la turbina de gas. En el combustor se produce el proceso de combustión a alta presión. La energía de los gases de combustión cuando se expanden, hace girar el eje principal de la turbina de gas que, acoplado al generador, transforma la energía mecánica en eléctrica. Segunda etapa Los gases de escape de la turbina, a una temperatura de 600 º C, circulan a través de una caldera donde se recupera la mayor parte del calor que contienen en forma de vapor recalentado. Este vapor se expansiona en una turbina de vapor que acoplada a un alternador constituye la segunda etapa de generación eléctrica. el vapor expandido a baja presión a la salida de la turbina de vapor pasa a un condensador donde el agua, otra vez en fase líquida, se introducida en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.
- 6. Ciclo Brayton El ciclo Brayton, también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, es un ciclo termodinámico consistente, en su forma más sencilla, en una etapa de compresión adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido termodinámico compresible. Ciclo de Brayton abierto Como la mayoría de las turbinas de gas se basan en el ciclo Brayton con combustión interna (por ejemplo, motores a reacción), se basan en el ciclo abierto de Brayton . TIPOS DE CICLOS: Ciclo cerrado de Brayton En un ciclo cerrado de Brayton, el medio de trabajo (por ejemplo, helio) recircula en el circuito y el gas expulsado de la turbina se reintroduce en el compresor. Ciclo Brayton – Procesos Compresión isentrópica (compresión en un compresor): el gas de trabajo (por ejemplo, helio) se comprime adiabáticamente desde el estado 1 al estado 2 mediante el compresor (generalmente un compresor de flujo axial). Adición de calor isobárico (en un intercambiador de calor): en esta fase (entre el estado 2 y el estado 3) hay una transferencia de calor a presión constante al gas desde una fuente externa, ya que la cámara está abierta para fluir hacia adentro y hacia afuera. Expansión isentrópica (expansión en una turbina): el gas comprimido y calentado se expande adiabáticamente desde el estado 3 al estado 4 en una turbina.