Deber Ciclo Otto - Copia.docx

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA INGENIERIA TERMODINAMICA

TEMA: Ciclo Otto

Integrantes Fátima Carvajal

Ayudante: Alexis Tiban

Fecha de entrega: Martes, 227 de noviembre del 2018

Quito – Ecuador

RESUMEN Determinación de presión y temperatura máximas, trabajo neto, eficiencia térmica y presión media efectiva de un ciclo ideal para máquinas reciprocantes de encendido por chispa mediante el empleo de un paquete informático; para ello se ingresó el valor de la temperatura, presión y calor de transferencia del fluido y relación de compresión, y a partir de dichas variables se obtuvieron algunas propiedades de estado del mismo en un ciclo que idealmente sufre procesos en cuatro tiempos: compresión isentrópica, expansión isentrópica a partir de adición de calor y rechazo de calor. Los cuales dependen de presión, temperatura y cambios de energía interna. A partir de la información dada en cada proceso y los valores calculados mediante el paquete informático se obtuvo la presión y temperaturas máximas, trabajo neto, eficiencia térmica y presión media efectiva. Se concluye que el ciclo ideal para las máquinas de encendido por chispa La eficiencia térmica del ciclo de Otto ideal aumenta tanto con la relación de compresión como con la relación de calores específicos. PALABRAS CLAVE: EFICIENCIA _TÉRMICA / CICLO_IDEAL_PARA_MÁQUINAS_RECIPROCANTES/ EXPANSIÓN_ISENTRÓPICA/COMPRESIÓN_ISENTRÓPICA/

1. DESARROLLO 1.1. Fundamentos de las máquinas reciprocantes Las máquinas reciprocantes son dispositivos de cilindro émbolo, son fuente de poder de algunos vehículos y otros dispositivos. Se clasifican de acuerdo de ignición por chispa (Ciclo Otto) o ignición por compresión (Ciclo Diésel), lo cual depende de cómo inicie la combustión en el cilindro.

Figura 1. Máquinas reciprocantes

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Punto Muerto Superior (PMS): Posición del émbolo cuando existe el menor volumen en el cilindro. Punto Muerto Inferior (PMI): Posición del émbolo cuando hay el mayor volumen en el cilindro. Carrera del motor: Es la distancia entre PMS y PMI es la más larga que el émbolo puede recorrer en una dirección. Calibre: Diámetro del pistón. Válvula de admisión: Es una válvula en donde se introduce al cilindro el flujo de aire mezclado con el combustible. Válvula de escape: Es una válvula en donde los gases de escape se expenden del cilindro. Volumen de espacio libre: Es el volumen mínimo formado en el cilindro cuando el émbolo se encuentra en el PMS. Volumen de desplazamiento: Es el volumen desplazado por el émbolo cuando se mueve entre el PMS y el PMI. Relación de compresión: Relaciona el volumen máximo respecto al volumen mínimo formado en el cilindro. 𝑉𝑚á𝑥 𝑉𝑃𝑀𝐼 𝑟= = 𝑉𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑃𝑀𝑆 Presión Media Efectiva (PME): Es una presión media ideal calculada a partir del trabajo medido en la salida del motor, cuyo trabajo es igual al trabajo neto producido durante el ciclo real.

𝑃𝑀𝐸 =

𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑉𝑚á𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛

1.2. Demostración de la eficiencia térmica respecto a la relación de compresión 𝑄𝑒 = 𝑄𝑠 ∆𝑄 = ∆𝑈 𝑄𝑒 = 𝑈3 − 𝑈2 = 𝐶𝑣(𝑇3 − 𝑇2 ) 𝑄𝑠 = 𝑈1 − 𝑈4 = 𝐶𝑣(𝑇4 − 𝑇1 ) 𝑛 𝑇𝐸𝑅 =

𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑄𝑒 − 𝑄𝑠 𝑄𝑠 = =1− 𝑄𝑒 𝑄𝑒 𝑄𝑒

𝑛 𝑇𝐸𝑅 = 1 −

𝐶𝑣(𝑇4 − 𝑇1 ) 𝑇4 − 𝑇1 =1− ) 𝐶𝑣(𝑇3 − 𝑇2 𝑇3 − 𝑇2 𝑟=

𝑉𝑚á𝑥 𝑉𝑚𝑖𝑛

𝑇4 𝑇1 𝑇1 − 1 𝑛 𝑇𝐸𝑅 = 1 − ∗ 𝑇2 𝑇3 − 1 𝑇2 𝑇2 𝑉1 𝑘−1 =( ) 𝑇1 𝑉2 𝑇3 𝑉4 = ( )𝑘−1 𝑇4 𝑉3 𝑉1 = 𝑉4 𝑉2 = 𝑉3 𝑇2 𝑇3 = 𝑇1 𝑇4 𝑛 𝑇𝐸𝑅 = 1 −

𝑇1 𝑇2

𝑉2 𝑉𝑚𝑖𝑛 𝑛 𝑇𝐸𝑅 = 1 − ( )𝑘−1 = 1 − 𝑉1 𝑉𝑚á𝑥 𝒏𝑻𝑬𝑹 = 𝟏 −

𝟏 𝒓𝒌−𝟏

1.3. Ejercicio Un ciclo de Otto ideal tiene una relación de compresión de 8. Al inicio del proceso de compresión el aire está a 100 kPa y 17 °C, y 800 kJ/kg de calor se transfieren a volumen constante hacia el aire durante el proceso de adición de calor. Tome en

cuenta la variación de los calores específicos del aire con la temperatura y determine. a) la temperatura y presión máximas que ocurren durante el ciclo b) la salida de trabajo neto c) la eficiencia térmica d) la presión media efectiva en el ciclo. Tabla 1. Presión y temperatura máxima

2. CONCLUSIONES 2.1. En la Tabla 1 se observan los resultados de temperatura y presión máximas correspondientes al tiempo 3 en el que corresponde a la adición de calor, por lo tanto el aire contenido se caliente durante la compresión y la presión máxima también corresponde al punto en de compresión durante el calentamiento del aire. 2.2. Se observa en el Anexo 1 que la eficiencia térmica es de 0.61 y la relación de compresión es de 8, es decir que a medida que aumenta la relación de compresión aumentará la eficiencia térmica. 2.3. La presión media efectiva presenta un valor aproximado de 672 kPa y un trabajo neto de 489 kj/kg por lo tanto la PME entrega mayor trabajo por ciclo, determinando así que su desempeño será mucho mejor.

Anexo 1