Problema Resuelto Ciclo De OTTO

Un ciclo Otto ideal tiene una relación de compresión de 8. Al inicio del proceso de compresión el aire esta a 100 kPa y 17 oC, y 800kJ/kg de calor se transfieren a volumen constante hacia elaire durante el proceso de adición de calor. Determine: a) Temperatura y presión máxima durante el ciclo, b) Trabajo neto de salida, c) Eficiencia térmica del ciclo y d) Presión media efectiva en elciclo.

Graficas del ciclo:

a) Temperatura y presión máxima durante el ciclo:
Estado 1:
T1 = 17 oC = 17 + 273 = 290 K; P1 = 100 KPa
En proceso isentrópico de un gas ideal se cumple que en donde vr1 yvr2 son los volúmenes específicos relativos del aire a las temperaturas correspondientes. Para la temperatura de 290 K vr1 = 676,1 y u1 = 206,91 kJ/kg
La relación de compresión r = Vmax/Vmin = V1/V2= 8, entonces calculamos vr2.
. Con este valor determinamos la temperatura en el estado 2 usando la tabla de propiedades del aire como podemos observar este valor no esta registrado en la tabla por lotanto interpolamos de acuerdo a los siguientes valores:

Vr
T[K]
85,34
650
84,51
T2
81,89
660


La ecuación de estado de un gas ideal es Pv = RT en donde P es la presión, v es el volumen especificodel gas, R es la constante universal de los gases y T la temperatura del gas, ahora v = V/m, en donde V es el volumen del gas y m la masa si sustituimos en la ecuación de estado tenemos que: PV = mRT.Para dos estados diferentes y una masa fija queda:
, igualando nos queda: despejando P2 nos queda:

Proceso 2 – 3: adición de calor a volumen constante:

Para la temperatura de T2 = 652,1 Kdeterminamos u2 en la tabla de propiedades del aire, lo cual haremos por interpolación:

T[K]
u[kJ/kg]
650
473,25
652,1
u2
660
481,01




Para determinar T3 buscamos en la tabla de propiedades del aire u3,de nuevo tenemos que interpolar:

u[kJ/kg]
T[K]
1260,99
1560
1274,9
T3
1279,75
1580



La temperatura máxima alcanzada por el ciclo es T3 = 1574,9 K.

Para el cálculo de P3 (presión máxima) usamos...