Termodinamica

Capitulo Nº 9: Ciclo “Otto” y Ciclo “Diesel” (ideal)

Ciclo “Otto”

Motor de combustión interna con N ignición por chispa electrica

* Un cilindro y sus etapas

1 2 3 4

Procesos termodinamicos del ciclo “Otto” (ideal)

1. Compresion Isentropica

2. Adicion de calor isometrica

3.Expansión Isentropica

4. Salida de calor isometrica

Diagrama T-S del ciclo “Otto”(ideal)

Diagrama P-V del ciclo “Otto” (ideal)

V2 V1

12/04/2010

Ejemplo:

Un motor opera en un ciclo “Otto” ideal con una reaccion de compresión de 8. Al inicio del proceso de compresión isentropica el fluido de trabajo tiene unatemperatura de 50 ºC y una presion de 110 KPa. Al final del preceso de combustión (adicion de calor). La temperatura es de 900 ºC. Considerando calores especificos constantes y K = 1.4, determine: a) Todas las temperaturas y presiones del ciclo, b) El calor de entrada, el calor de salida y el trabajo del ciclo, c) La eficiencia termica del ciclo, d) Los cambios de entropia durante el ciclo, e) Lapresion media efectiva.

rcompresion= 8 = v1 ⁄ v2

T1 = 50 ºC = 323 K

P1 = 110 KPa

T3 = 900 ºC = 1173 K

K = 1.4

a)

v1 = R T1 ⁄ P1 = (0.287 KPa . m3 ⁄ Kg . K ) ( 323 K) ⁄ 110 Kpa

v1 = 0.8427 m3 ⁄ Kg

tomando de 1 a 2 ( compresión isentropica)

T2 / T1 = (v1 / v2)k-1 T2 = T1 (v1 / v2)k-1 T2 = 323 K (8)0.4

T2 = 742.05 K P1Vk1 = P2Vk2P2 = P1 (v1 / v2)k

P2 = 110 K (8)1.4 P2 = 2071. 70 Kpa

v2 = v1 / 8 v2 = 0.1052 m3 / Kg v2 = 0.8427 m3 ⁄ Kg / 8

Tomando de 2 a 3 (adicion de calor isometrica)

P3 / P2 = T3 / T2 P3 = P2 (T3 / T2) P3 = 2021.7 KPa( 1173 K / 742 K)

P3 = 3196 KPa

Tomando de 3 a 4 (Expansión Isentropica)

T4 / T3 = (v3 / v4)k-1 T4= T3 (v3 / v4)k-1 T2 = 1173 K (1/8)0.4

T4 = 510 K P3Vk3 = P4Vk4 P4 = P4 (v3 / v4)k

P4 = 3196 KPa (1 / 8)1.4 P4 = 174 KPa

14 / 04 / 2010

b)

De 2 a 3

Q entra = m Cv (T3 – T2 )

Q entra / m = Cv (T3 – T2 )

Q entra / m = (0.718 KJ / Kg . K ) (1173 K – 724.05 K )

Q entra / m = 309.45 KJ / Kg

De 4 a 1

Q entra = m Cv (T4 – T1 )Q entra / m = Cv (T4 – T1 )

Q entra / m = (0.718 KJ / Kg . K ) ( 323 K – 510. 5 K )

Q entra / m = -134.62 KJ / Kg

ΔUciclo = Qciclo – Wciclo

ΔUciclo = 0

ΔUciclo = Uf – Ui = 0

Wciclo = Qciclo

Wciclo = Q1(2 + Q2(3 + Q3(4 + Q4(1

Wciclo = Qentra + Qsale

Wciclo = 309.45 KJ / Kg + (-134.62 KJ / Kg)

Wciclo = 174.83 KJ / Kg

c)

n = Wciclo / Q entra

n = 174.83 KJ /Kg / 309.45 KJ / Kg

n= 0.5649 = 56. 49 %

Ecuacion para ciclo “Otto” (ideal)

n = 1 – 1 / rk-1compresion

n = 1 – 1 /80.4

n = 0.564

d)

ΔS1(2 = 0 ΔS3(4 = 0

ΔS2(3 /m = Cv ln T3 / T2

ΔS2(3 /m = (0.718 KJ / Kg . K ) ( ln 1173 K / 742 K)

ΔS2(3 /m = 0.328 KJ / Kg . K

ΔS4(1 /m = Cv ln T1 / T4

ΔS4(1 /m = (0.718 KJ / Kg . K) (ln 323 K / 510 K)

ΔS4(1 /m = - 0.328 KJ/ Kg . K

e)

PME = WEntra / vdesplazado

Volumen desplazado = Vmaximo – Vminimo

Volumen desplazado = 0.8427 m3 / kg – 0.1053m3 / kg

Volumen desplazado = 0.7374 m3 / kg

PME = 174.83 KJ / kg / 0.7374 m3 / kg

PME = 237. 21 Kpa

16 / 04 / 2010

Ciclo “Diesel” (ideal)

Motor de combustión interna con ignición por compresión

• Principales diferencias entre el ciclo“Diesel” y el ciclo “Otto”

1.- En el ciclo “Diesel” solamente entra aire cuando se llena el cilindro

En el ciclo “Otto” entra la mezcla aire – combustible

2.- Los motores de ciclo “Diesel” logran una mayor compresión (alta presión)

Los motores del ciclo “Otto” son de baja compresión

3.- En los motores de ciclo “Diesel” al entrar combustible y entrar en contacto con el aire a alta...