Termodinámica II Ciclos de aire normal - Univirtual

Termodinámica II
Ciclos de aire normal
Juan Esteban Tibaquirá G.
Facultad de Ingeniería Mecánica
Universidad Tecnológica de Pereira
Ciclos de Potencia de gas
•
•
•
•
•
•
Otto
Diesel
Dual
Stirling
Ericsson
Brayton
• Estos ciclos son los
modelos idealizados de
los ciclos reales, usados
en motores de vehículos,
barcos, plantas de
generación eléctrica o
mecánica y muchas otras
aplicaciones
Ciclos real e ideal
• Ciclo real:



• Ciclo ideal: aquí se hacen
una serie de suposiciones
Fricción
que hacen que el análisis
Transferencia de calor
sea mas simple. Los
hacia los alrededores
resultados obtenidos son de
Proceso de
gran utilidad para conocer el
combustión
comportamiento de una
máquina real desde el punto
de vista cualitativo.
Suposiciones de aire normal
• El fluido de trabajo es aire que circula de modo continuo
en un circuito cerrado y se modela como un gas ideal
• Todos los procesos son internamente reversibles
• El proceso de combustión se sustituye por la
transferencia de calor desde una fuente externa
• El proceso de escape de gases es sustituido por un
rechazo de calor que regresa el fluido de trabajo a su
estado inicial
Suposiciones de aire frio normal
• Los calores específicos Cp y Cv se suponen
constantes a temperatura ambiente
• Los resultados obtenidos pueden resultar
considerablemente diferentes de los obtenidos
con calores específicos variables con la
temperatura
• Las suposiciones de aire frio normal se usan
fundamentalmente para para indicar las
tendencias.
Máquinas reciprocantes
Máquinas reciprocantes 2
• Algunas definiciones:




Carrera: distancia entre el PMS y el PMI.
Calibre: diámetro del pistón.
Volumen de espacio libre: volumen formado
en el cilindro cuando el pistón esta en el
PMS.
Volumen de desplazamiento: volumen
desplazado por el cilindro cuando se mueve
entre el PMI y el PMS.
Relación de compresión (r)
• Es la relación entre el
máximo volumen
formado en el cilindro
y el volumen mínimo
(Espacio libre).
 max
r
 min
Vmin
Vmax
Presión media efectiva (PME)
• Es una presión ficticia
que si actuará sobre el
émbolo durante la
carrera de potencia
completa, produciría la
misma cantidad de
trabajo neto que el
producido durante el
ciclo real. Se usa como
parámetro de
comparación
wneto
Wneto
PME 

 max   min vmax  vmin
Clasificación de las máquinas
reciprocantes
• Máquinas de
encendido por chispa
(ECH): como el motor
a gasolina.
• Máquinas de
encendido por
compresión
(EC):como el motor
diesel.
Ciclo Otto: ciclo ideal para las
máquinas de encendido por chispa
Procesos ciclo Otto
Admisión
Compresión
Expansión
Escape
Máquina de cuatro tiempos
Máquina de dos tiempos
Máquina de dos tiempos (2)
Comparación entre motores de 2 y 4 tiempos
•
Four Stroke vs. Two Stroke Cost Factors:




Purchase costs: In general, four stroke motors cost about 25% more upfront to
purchase than two stroke engines.
Operating costs: Four stroke motors are more fuel efficient than two stroke
engines, so fuel costs are lower. Over time, the savings in fuel expenses may
compensate for the higher purchase cost of the four stroke engines.
Maintenance costs: For basic maintenance, four stroke engines use fewer
spark plugs than two strokes but need periodic checking of crankcase oil level,
and regular oil and filter changes. For larger repair issues, four stroke repairs are
generally more expensive and involved than for two stroke engines, simply
because there are more components in a four stroke engine.
Four Stroke vs. Two Stroke Performance:
* Four stroke engines are quieter and smoother running.
* Four stroke engine exhaust is cleaner and basically smokeless, because unlike
two stroke engines, no oil is mixed with gas.
* Two stroke engines generally weigh less than four stroke engines of comparable
horsepower.
* Power is not an issue because horsepower ratings are standard regardless of the
technology being used.
Ciclo Otto
• Cuatro procesos
internamente
reversibles:




1-2: Compresión
isentrópica
2-3: Adición de calor a
volumen constante
3-4: Expansión
isentrópica
4-1: Rechazo de calor
a volumen constante
Eficiencia térmica del ciclo Otto
Eficiencia térmica
Eficiencia térmica del ciclo Otto vs. relación de
compresión, con k=1.4 (aire)
0.6
0.4
0.2
0
0
2
4
6
8
10
Relación de compresión
12
14
Eficiencia térmica del ciclo Otto
Eficiencia
térm ica
Eficiencia térm ica de un ciclo Otto vs. r (Diferentes
valores de k)
1
k=1.4
0.5
k=1.3
k=1.667
0
0
2
4
6
8
10
12
Relacion de com presión
14