Termodinámica II Ciclos de aire normal -...
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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:
Fricción
Transferencia de calor
hacia los alrededores
Proceso de
combustión
• Ciclo ideal: aquí se hacen
una serie de suposiciones
que hacen que el análisis
sea mas simple. Los
resultados obtenidos son de
gran utilidad para conocer el
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
• 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.
Suposiciones de aire frio normal
Máquinas reciprocantes
• 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.
Máquinas reciprocantes 2
Relación de compresión (r)
• Es la relación entre el
máximo volumen
formado en el cilindro
y el volumen mínimo
(Espacio libre).
min
max
r
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
minmaxminmax vv
wWnetoPME neto
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 Escape Expansión Compresión
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 del ciclo Otto vs. relación de
compresión, con k=1.4 (aire)
0
0.2
0.4
0.6
0 2 4 6 8 10 12 14
Relación de compresión
Efi
cie
ncia
té
rmic
a
Eficiencia térmica del ciclo Otto
Eficiencia térmica de un ciclo Otto vs. r (Diferentes
valores de k)
0
0.5
1
0 2 4 6 8 10 12 14
Relacion de compresión
Efi
cie
ncia
térm
ica k=1.4
k=1.3
k=1.667