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

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Tabla A-22

04/10/2009 Termodinâmica - Cap. 9 - Prof. Douglas Bressan Riffel

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Tabla A-22

04/10/2009 Termodinâmica - Cap. 9 - Prof. Douglas Bressan Riffel

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Ejercicios

9.3

9.6

9.7

9.11

9.12

9.13

9.14

9.20

9.24

9.25

Muchas Gracias.