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Ciclos de Aire Standard
máquinas reciprocantes modelo de aire standard ciclo Otto ciclo Diesel ciclo Brayton

´ Ciclos Termodinamicos – p. 1/2

máquinas de combustión interna
el calor qH proviene de la combustión de la mezcla (combustible + aire) en el cilindro la composición del fluido de trabajo varía: aire + combustible −→ productos de combustión operan en ciclos abiertos y no cerrados:2 combustion 3

ciclo abierto 1 mezcla (aire+combustible) 4 productos de combustion

´ Ciclos Termodinamicos – p. 2/2

máquinas de combustión interna
el calor qH proviene de la combustión de la mezcla (combustible + aire) en el cilindro la composición del fluido de trabajo varía: aire + combustible −→ productos de combustión operan en ciclos abiertos y no cerrados:
2 qH 3

ciclo cerrado1 qL 4

´ Ciclos Termodinamicos – p. 3/2

máquinas de combustión interna

encendido por chispa por compresión

PMS = Punto muerto superior PMI = Punto muerto inferior

´ Ciclos Termodinamicos – p. 4/2

máquinas de combustión interna
Vmin = volumen libre Vmax = volumen de desplazamiento

relación de compresión:
Vmax r≡ Vmin

´ Ciclos Termodinamicos – p. 5/2

¯ presión mediaefectiva P
es la presión que produciría el mismo trabajo neto (en una carrera de potencia del pistón) que el ciclo real.
¯ w = P × (vmax − vmin )
vmin P
w

¯ P
w

vmax v

¯ P es útil para comparar máquinas de igual tamaño (cilindrada). ¯ A mayor P , mayor trabajo neto en cada carrera de potencia.

´ Ciclos Termodinamicos – p. 6/2

modelo de aire standard
ciclo cerrado aire semodela como gas ideal sólo procesos internamente reversibles sustituye la combustión por adición de calor qH desde una fuente externa sustituye el escape de productos por la eliminación de calor qL al ambiente aire frío standard: además, supone calores específicos cp y cv constantes para el aire.

´ Ciclos Termodinamicos – p. 7/2

aire frío standard
propiedades del aire frío como gas idealdiátomico peso molecular: w = 29, 0 kg/kmol constante del gas: R = 0, 2870 kJ/kgK calor específico a P=cte,
7 cp = R = 1, 004 kJ/kgK 2

calor específico a v=cte,
5 cv = R = 0, 717 kJ/kgK 2

cociente de calores específicos,
7 cP = = 1, 40 k= cv 5

´ Ciclos Termodinamicos – p. 8/2

ciclo Otto
modelo ideal para un motor de 4 tiempos encedido por chispa

´ Ciclos Termodinamicos – p. 9/2

cicloOtto

qH qL

qH

qL

etapas: 1-2: compresión isentrópica 2-3: calentamiento isócoro 3-4: expansión isentrópica 4-1: enfriamiento isócoro

relación de compresión
v1 r= v2

´ Ciclos Termodinamicos – p. 10/2

relaciones isentrópicas (gas ideal)
para un gas ideal P v = RT , con k = cp /cv , en condiciones isentrópicas
P1 k = P v = cte −→ P2 T v k−1 T1 = cte −→ = T2 T1 = cte −→ = T2v2 v1 v2 v1 P1 P2
k

k−1

1−1/k

T k P 1−k

´ Ciclos Termodinamicos – p. 11/2

ciclo Otto - eficiencia
eficiencia térmica,
w qL =1− ηt = qH qH
qH qL qL qH

el calor se intercambia en etapas isócoras (w = 0),
qH = u3 − u2 = cv (T3 − T2 ) qL = u4 − u1 = cv (T4 − T1 )

de modo que
T1 ηt = 1 − T2 T4 /T1 − 1 T3 /T2 − 1 T1 1 =1− = 1 − k−1 T2 r

(usando relaciones adiabáticas: T4 /T3= T1 /T2 = 1/rk−1 )

´ Ciclos Termodinamicos – p. 12/2

ciclo Otto - eficiencia
para el aire, k = 1, 40

relación de compresión típica para motores a nafta r ∈ [7, 10]

´ Ciclos Termodinamicos – p. 13/2

ciclo Otto - eficiencia
en motores a nafta la relación de compresión r esta limitada por el problema de knocking... Si r es demasiado grande, la mezcla explota espontáneamente antesde que se produzca la chispa (knocking), se desincroniza y sufre el motor. solución: mejorar el combustible para que tolere r mas alto sin explotar solución vieja: agregar plomo → Pb es VENENO! ahora: MTV...

´ Ciclos Termodinamicos – p. 14/2

ciclo Otto: ejemplo
ciclo Otto de aire standard con relación de compresión r = 8. Al comienzo de la carrera de compresión P1 =100 kPa, T1 =15 o C y...
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