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PRÁCTICA
TERMODINÁMICA II
CICLO OTTO
CICLO DIESEL
CICLO BRAYTON
Prof. Nicolas Diestra Sanchez
Motores Alternativos
Cilindro-Pistón 2
Motor de combustión
interna alternativo
Motor de combustión
interna alternativo
Análisis Aire - Estándar
El fluido de trabajo es considerado gas ideal
La combustión se sustituye por una transferencia de
calor desde una fuente externa
No hay procesos de admisión y de descarga
Todos los procesos son internamente reversibles.
Análisis de aire- estándar frio:
Los calores específicos son considerados constantes
en sus valores para temperatura ambiente.
Este análisis puede ser muy diferente del caso real.
Por lo tanto, sólo permite un análisis cualitativo.
6
Análisis Aire - Estándar Otto
Compresión
Isoentrópica
Wcompr
Transf. Calor Isocórica
Qco
mb
Expansión
Isoentrópica
Wexpansión
Transf. Calor Isocórica
Qesca
pe
Ciclo Otto Ideal
04/10/2009 Termodinâmica - Cap. 9 - Prof. Douglas Bressan Riffel
Análisis del ciclo
21
uum
W
m
W comprentra
23
uum
Q
m
Q combentra
4321uuuu
m
W
m
W
m
W saientraciclo
4123
uuuum
Q
m
Q
m
W saientraciclo
Por que no h1 – h2?
43
expuu
m
W
m
W ansiónsal
41
uum
Q
m
Q escapesal
Eficiencia Térmica
entra
sai
entra
ciclo
Q
Q
uu
uu
uu
uuuu
Q
W
11
23
41
23
4123
1
2
1 1111
k
entra
sai
rT
T
Q
Q
3
4
2
1
V
V
V
Vr r
V
V
r
r 2
1
2
1
Como: entonces, para procesos isoentrópicos:
1
1
2
1
1
2
1
1
2
k
kk
r
r rV
V
T
T
Para gases ideales, Cp constante:
Eficiencia Térmica del ciclo de
estándar frio Otto
1
11
kr
, para k = Cp/Cv = 1,4
(aire ambiente)
VG.1 :
La temperatura al principio del proceso de compresión en un ciclo Otto de aire-estándar, con una relación de compresión de 8, es 300 K, la presión es 1 atm, y el volumen del cilindro es 0,6 dm3. La temperatura máxima durante el ciclo es 2000 K. Determínese (a) la temperatura y la presión al final de cada proceso del ciclo, (b) el rendimiento térmico, y (c) la presion media efectiva, en atm.
Solución:
1. Variables conocidas :
r= V1/V2=8
Especificaciones:
Ciclo Otto aire estándar.
2. Constantes
3. Sistemas de unidades
SI
4. Variables a determinar: a) la temperatura y la presión al final
de cada proceso del ciclo
b) el rendimiento térmico
c) la presión media efectiva, en atm.
m
5. Diagrama del ciclo:
6. Consideraciones: Sistema cerrado
Compresión y expansión adiabático
Procesos internamente reversibles
El aire es gas ideal
Energía cinética y potencial despreciables
1 atm, 0,6 dm³
7. Determinación de estados:
8. Análisis: (ecuaciones y solución)
Ecuaciones:
2
1
2
1
V
V
r
r
2r A-22 22 ,uT
2
1
1
212
V
V
T
Tpp
Idem para p3
4
3
4
3
V
V
r
r
4r A-22 44 ,uT
1
414T
Tpp
23
411uu
uu
4321uuuumWciclo
1
11
RT
Vpm Calculando, para el gas ideal:
Presión media Efectiva = atmVV
Wciclo 03,821
volumen de desplazamiento
1T 11, rvu
3T 33, rvu
15
Ciclo de Aire- estándar Diesel
Compresión
Isoentrópica
Wcompr
Transf. Calor
Isobárica
Qco
mb
Expansión
Isoentrópica
Wexpansión
Transf. Calor
Isocórica
Qesca
pe
Diesel
04/10/2009 Termodinâmica - Cap. 9 - Prof. Douglas Bressan Riffel
16
Eficiencia Térmica
23
22233323
232323
23223
hhm
Q
m
Q
pupumQ
WQuumU
pm
W
combentra
23
4111hh
uu
Q
Q
Q
W
entra
sal
entra
ciclo
41
uum
Q
m
Q escapesal
Relación de Compresión
1
1111
1
c
k
c
k
entra
sai
rk
r
rQ
Q
2
1
V
Vr
rV
V
r
r 2
1
2
1
Como: y
1
1
2
1
1
2
1
1
2
k
kk
r
r rV
V
T
T
Para gases ideales, Cp constante, tenemos:
2
3
V
Vrc
enttonces, para procesos isoentrópicos, 12 y 34:
r
r
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V c
r
r 2
3
1
2
2
3
4
2
4
3
4
3
11
4
3
1
4
3
3
4
k
c
kk
r
r
r
r
V
V
T
T
Relación de combustión: Relación de compresión:
Eficiencia 19
VG. 2:
Al comienzo del proceso de compresión de un ciclo Diesel de aire- estándar, que opera con una relación de compresión de 18, la temperatura es 300 K y la presión es 0,1 MPa. La relación de combustión del ciclo es 2. Determínese (a) la temperatura y presión al final de cada proceso del ciclo, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva, en MPa.
Solución:
1. Variables conocidas :
r= V1/V2=18
rc=
Especificaciones:
Ciclo Otto aire estándar.
2. Constantes
3. Sistemas de unidades
SI
4. Variables a determinar: a) la temperatura y presión al final de
cada proceso del ciclo
b) el rendimiento térmico
c) la presión media efectiva, en MPa.
m
5. Diagrama del ciclo:
6. Consideraciones: Sistema cerrado
Compresión y expansión adiabático
Procesos internamente reversibles
El aire es gas ideal
Energía cinética y potencial despreciables
0,3 MPa
5,39 MPa
7. Determinación de estados:
8. Análisis: (ecuaciones y solución)
Ecuaciones:
2
3
2
3
V
V
T
Trc
2
1
2
1
V
V
r
r
51,34
18
2,6212 r A-22 KhT 3,898, 22
2
1
1
212
V
V
T
Tpp
%8,571
23
41
hh
uu
3T A-22 33 ,hr
41234123 uuhhQQWciclo
Pressión média Efectiva =
MPar
WW ciclociclo 76,011121
volumen de deslizamiento
1
11
p
RT
Calculando,
para o gas ideal:
Turbina a gas simples
Abierta a la Atmosfera Cerrada
Ciclo de Aire- estándar Brayton
Compresión
Isoentrópica
Wcompr
Transf. Calor
Isobárica
Qco
mb
Expansión
Isoentrópica
Wexpansión
Transf. Calor
Isobárica
Qesca
pe
Ciclo de Aire- estándar Brayton
26
21
hhm
W
m
W comprentra
23
hhm
Q
m
Q combentra
41
hhm
Q
m
Q escapesai
23
2143
hh
hhhh
Q
WW
entra
entrasai
43
12
hh
hh
W
Wbwr
sai
entra
43
hhm
W
m
W turbsal
Ciclo de Aire- estándar Brayton
k
k
entra
sai
p
p
T
T
Q
Q
1
1
2
2
1 111
3
4
3
4
2
1
2
1
p
p
p
p
p
p
p
p
r
r
r
r
k
k
k
k
r
r
p
p
p
p
T
T1
1
2
1
1
2
1
2
Para gases ideales, Cp constante, tenemos:
para procesos isoentrópicos, 1-2 e 3-4:
k
k
k
k
p
p
p
p
T
T1
2
1
1
3
4
3
4
, para k = Cp/Cv = 1,4
(aire ambiente)
VG. 3:
En el compresor de un ciclo Brayton de aire-estandar entra aire a 100 kPa y 300 K con un flujo volumétrico de 5 m3/s. La relación de compresión en el compresor es 10. La temperatura de entrada en la turbina es 1400 K. Determínese (a) el rendimiento térmico del ciclo, (b) la relación de trabajos, (c) la potencia neta desarrollada, en kW.
Solución:
1. Variables conocidas :
r= p2/p1=10
Especificaciones:
Ciclo Brayton de aire-
estándar
2. Constantes
3. Sistemas de unidades
SI
4. Variables a determinar:
a) el rendimiento térmico del ciclo
b) la relación de trabajos
c) la potencia neta desarrollada,
en kW.
5. Diagrama del ciclo:
6. Consideraciones: Volumen de control estacionaria
Procesos en turbina y compresor isoentropicos
No caídas de presión en flujos que atraviesan intercambiadores.
El aire es gas ideal
Energía cinética y potencial despreciables
AV1 = 5 m³/s
7. Determinación de estados:
8. Análisis: (ecuaciones y solución)
Ecuaciones:
2
1
2
1
p
p
p
p
r
r 2rp A-22 2h
4
3
4
3
p
p
p
p
r
r 4rp A-22 4h
31,TT A-22 311 ,, hph r
%40
43
12
hh
hh
W
Wbwr
sai
entra
%46
23
2143
hh
hhhh
kWhhhhmWWmW turbcomprciclo 24812143
skg
AVm /8,5
1
1
Tabla A-22
04/10/2009 Termodinâmica - Cap. 9 - Prof. Douglas Bressan Riffel
32
Tabla A-22
04/10/2009 Termodinâmica - Cap. 9 - Prof. Douglas Bressan Riffel
33
Tabla A-22
04/10/2009 Termodinâmica - Cap. 9 - Prof. Douglas Bressan Riffel
34
Ejercicios
9.3
9.6
9.7
9.11
9.12
9.13
9.14
9.20
9.24
9.25
Muchas Gracias.