tema_7_ciclos_termodinamicos sc3b3lo lectura modo de compatibilidad

TEMA 7
CICLOS

“OTTO”

TERMODINÁMICOS

MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA (ECh)

NIKOLAUS AUGUST OTTO

Mezcla airecombustible
Admisión

Bujía
Escape

• Ingeniero alemán (1832 PMS

1891). En 1876 perfeccionó
aquel modelo aplicando el
ciclo de cuatro tiempos que
había patentado Alphonse
Beau de Rochas seis años
antes; desde entonces se
llama ciclo de Otto al ciclo
de cuatro tiempos

CARRERA
DE ADMISIÓNAire

PMI

Pistón

Manivela

MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA (ECh)

MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA (ECh)
Bujía

Bujía
Admisión

Escape

CARRERA DE
COMPRESIÓNIGNICIÓN

PMS

Admisión

Escape

PMS
Gases
quemados

CARRERA DE
TRABAJO

Aire

PMI

Pistón

Manivela

PMI

Pistón

Manivela

1

MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA (ECh)
Bujía
Admisión

Escape

PMS
Gases
quemados

PMI

EL CICLO OTTO

Gases
quemados

CARRERA DEESCAPE
Pistón

Manivela

Es el ciclo termodinámico ideal que se aplica en
los motores de combustión interna. Se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen
constante. El ciclo consta de cuatro procesos,
sin considerar dos procesos que se cancelan
mutuamente, y que a continuación se detallan:
E-A: Admisión a presión constante
A-B: Compresión isoentrópica
B-C: Combustión, aporte de calor avolumen constante. La presión se eleva rápidamente antes de
comenzar la carrera de trabajo.

C-D: De potencia con expansión isoentrópica en
la que el ciclo entrega trabajo
D-A: Rechazo de calor a través de los gases
quemados expulsados al ambiente en un
proceso a volumen constante
A-E: Escape, vaciado de gases producto de la
combustión de la cámara a presión constante.
Hay dos tipos de motores quese rigen por el ciclo
de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este último, junto con el
motor Diésel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

DIAGRAMA P-v
P
3

2

Q3

3

Q4 = 0

2

4
4
1

Q2 = 0

Q1

1

v

2

3

CICLO OTTO DE
AIRE NORMAL

DIAGRAMA T-s

T

∆s₃₄
V = ctte

PROCESOSREVERSIBLES

₂Q₃
4

2
∆s₁₂

1 - 2 Compresión Adiabática (1Q2 = 0)
0
1Q2 + 1W 2 = ∆U12 = mCv (T2 – T1)

V = ctte
₄Q₁

1

∆S12 = 0; Proceso isoentrópico

s
b)

2 – 3 ISOMÉTRICO:
SUMINISTRO DE CALOR
2

3 – 4 EXPANSIÓN ADIABÁTICA:
(₃₃Q₄₄ = 0)

Q3 + 2W 3 = ∆U23 = mCv (T3 - T2)
3 - 4 Expansión Adiabática (3Q4 = 0)
0
3Q4 + 3W 4 = ∆U34 = mCv (T4 – T3)

0

3
2

∫

W 3 = - PdV = 02
2

2

Q3 = U3 – U2
∆S34 = 0;Proceso isoentrópico

2

Q3 = U3 – U2 = mCV(T3 – T2)
0

S3 – S2 = mcVLn T3 + mRLn V3 … Gas Ideal
T2
V2

4 – 1 ISOMÉTRICO:
RECHAZO DE CALOR
4

Relación de compresión = r = V1
V2

Q1 + 4W 1 = ∆U41 = mCv (T1 - T4)
4

∫

1

0

1ª LEY DE LA TERMODINÁMICA PARA CICLOS

W 1 = - PdV = 0
4

4

4

Q1 = U1 – U4

§dQ + §dW = 0, §dQ = - §dW

Q1 = U1 – U4 = mCV(T1 – T4)
0

S1 – S4 = mcVLn T1 + mRLn V1 …
T4
V4Gas Ideal

ηOTTO = |W ciclo| = Qciclo
Qsum
Qsum

3

ηOTTO = 2Q3 + 4Q1 = 1 + 4Q1
2Q3
2Q3

ηOTTO = ηOTTO (k, r)
ηOTTO = 1 - T1(T4/T1 – 1)
T2(T3/T2- 1)

ηOTTO = 1 + mcv(T1 – T4)
mcv(T3 – T2)

1
K–1

V1 = T2
V2 T1

ηOTTO = 1 - (T4 – T1)
(T3 – T2)

T2 = T3
T1 T4

= V4 = T3
V3 T4

1
K-1

T4 = T3
T1 T2

1

ηOTTO = 1 - (T4/T1 – 1)
T2/T1(T3/T2- 1)

PRESIÓN MEDIA EFECTIVA (PME)
W = PME (V1 – V2)

ciclo
K-1T2 = V1 = r
T1
V2

ηOTTO = 1 -

K-1

PME = W ciclo
V1 - V2

1
r (K – 1)

*EJERCICIO: 4

DIAGRAMA P-v

Primer final, Semestre 2009 -2

1. Un ciclo Otto ideal monocilíndrico de cuatro tiem-

pos y 60 (mm) de diámetro de pistón esta limitado
por los volúmenes V₁ = 480 (cm³) y V₂ = 120
(cm³), y por las presiones absolutas siguientes: P₁ =
0.1 (MPa), P₂ = 0.7 (MPa), P₃ = 3.5 (MPa) y P₄ =
0.5 (MPa). Siconsideramos que la sustancia de trabajo es aire como gas ideal, determine:

P

3
2

Q3
2
1

3

Q4 = 0

W ciclo

4
4

Q2 = 0

Q1

a) El diagrama de la presión en función del volumen, P

1

PME

= f(V) y la relación de compresión.

W ciclo

V

4

b) La temperatura del fluido al final de la compresión,

si la temperatura al final del rechazo de calor al
medio, a volumen constante es 35 (°C).
c)...