rikyleyva

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 nocerrados:
3

2
combustion

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 nocerrados:
2

qH

3

ciclo
cerrado
4

1
qL

´
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 media efectiva P
es la presión que produciría
el mismo trabajo neto (en una
carrera de potencia del pistón)
que el ciclo real.

P
w

¯
P
w

¯
w = P × (vmax − vmin )
vmin

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 se modela 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 ideal diátomico
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 idealpara un motor de 4 tiempos
encedido por chispa

´
Ciclos Termodinamicos – p. 9/2

ciclo Otto

qH

qH
qL
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

v2
v1

k

v2
v1

k−1

T v k−1

T1
= cte −→
=
T2

P1
P2

1−1/k

T k P 1−k

T1
= cte −→
=
T2

´
Ciclos Termodinamicos – p. 11/2

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

qH

qH
qL
qL

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 antes de 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...