Page 436 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

20.12 Máquinas de combustión interna 417

Figura 20.14 El ciclo de Otto de un m otor de gasolina de cuatro tiempos.

se reduce. En el punto b se enciende la mezcla, con lo que se suministra una cantidad de calor
<2ent al sistema. Esto ocasiona una brusca elevación en la presión, como lo indica la línea be.
En la carrera de trabajo (cd) los gases se expanden adiabáticamente efectuando trabajo externo.
Luego el sistema se enfría a volumen constante hasta el punto a, cediendo una cantidad de calor
<2sal. Los gases de la combustión son expulsados en la siguiente carrera del pistón hacia arriba,
suministrándose más combustible en la siguiente carrera cuando el pistón se mueve hacia abajo.
Después el ciclo vuelve a empezar. La razón de volúmenes V/V,, como se indica en el diagrama
P-V, se llama razón de compresión y es igual a 8 para la mayoría de los motores de automóvil.
La eficiencia del ciclo de Otto ideal se muestra en la ecuación (20.10):

e = 1 -------- --------7 (20.10)
( y j v 2y ~ l
donde y es la constante adiabática para la sustancia de trabajo. La constante adiabática se
define por
cp
v
donde cp es el calor específico del gas a presión constante y c, es el calor específico a volumen
constante. Para gases monoatómicos y = 1.67, y para gases diatómicos y = 1.4. En el motor
de gasolina la sustancia de trabajo es en su mayoría aire, para el cual y = 1.4. En el caso ideal,
la ecuación (20.10) muestra que las razones de compresión más altas producen rendimientos
superiores puesto que y es siempre mayor que 1.

Mz/s
Ejemplo 20.4 Calcule la eficiencia de un motor de gasolina para el cual la razón de compresión es 8 y
y = 1.4.
Solución: A partir de la información proporcionada, observamos que
Vi
— = 8 y y - 1 = 1.4 - 1 = 0.4
y2
Entonces, a partir de la ecuación (20.10),
1 1
e = 1 — n, = 1 ------- = 57%
30'4 2.3
En este ejemplo, 57% representa la eficiencia máxima posible de un motor de gasoli­
na con los parámetros proporcionados. En realidad, la eficiencia de una máquina así casi
siempre es de aproximadamente 30% debido a las pérdidas de calor no controladas.