Termodinmica II

Ciclos de aire normal

Juan Esteban Tibaquir G.

Facultad de Ingeniera Mecnica

Universidad Tecnolgica 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 vehculos,

barcos, plantas de

generacin elctrica o

mecnica y muchas otras

aplicaciones

Ciclos real e ideal

Ciclo real:

Friccin

Transferencia de calor

hacia los alrededores

Proceso de

combustin

Ciclo ideal: aqu se hacen una serie de suposiciones

que hacen que el anlisis

sea mas simple. Los

resultados obtenidos son de

gran utilidad para conocer el

comportamiento de una

mquina 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 combustin 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 especficos Cp y Cv se suponen constantes a temperatura ambiente

Los resultados obtenidos pueden resultar considerablemente diferentes de los obtenidos

con calores especficos variables con la

temperatura

Las suposiciones de aire frio normal se usan fundamentalmente para para indicar las

tendencias.

Suposiciones de aire frio normal

Mquinas reciprocantes

Algunas definiciones:

Carrera: distancia entre el PMS y el PMI.

Calibre: dimetro del pistn.

Volumen de espacio libre: volumen formado

en el cilindro cuando el pistn esta en el

PMS.

Volumen de desplazamiento: volumen

desplazado por el cilindro cuando se mueve

entre el PMI y el PMS.

Mquinas reciprocantes 2

Relacin de compresin (r)

Es la relacin entre el mximo volumen

formado en el cilindro

y el volumen mnimo

(Espacio libre).

min

max

r

Vmin

Vmax

Presin media efectiva (PME)

Es una presin ficticia que si actuar sobre el

mbolo durante la

carrera de potencia

completa, producira la

misma cantidad de

trabajo neto que el

producido durante el

ciclo real. Se usa como

parmetro de

comparacin

minmaxminmax vv

wWnetoPME neto

Clasificacin de las mquinas

reciprocantes

Mquinas de encendido por chispa

(ECH): como el motor

a gasolina.

Mquinas de encendido por

compresin

(EC):como el motor

diesel.

Ciclo Otto: ciclo ideal para las

mquinas de encendido por chispa

Procesos ciclo Otto

Admisin Escape Expansin Compresin

Mquina de cuatro tiempos

Mquina de dos tiempos

Mquina de dos tiempos (2)

Comparacin 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: Compresin

isentrpica

2-3: Adicin de calor a volumen constante

3-4: Expansin isentrpica

4-1: Rechazo de calor a volumen constante

Eficiencia trmica del ciclo Otto

Eficiencia trmica del ciclo Otto vs. relacin de

compresin, con k=1.4 (aire)

0

0.2

0.4

0.6

0 2 4 6 8 10 12 14

Relacin de compresin

Efi

cie

ncia

t

rmic

a

Eficiencia trmica del ciclo Otto

Eficiencia trmica de un ciclo Otto vs. r (Diferentes

valores de k)

0

0.5

1

0 2 4 6 8 10 12 14

Relacion de compresin

Efi

cie

ncia

trm

ica k=1.4

k=1.3

k=1.667