Guia Eficiencia Teorica Ciclo Otto.docx

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERIA MECÁNICA LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

EFICIENCIA TEORICA DEL CICLO DE OTTO

ASIGNATURA: MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

ALUMNOS: NOMBRE ______________________________________

CÓDIGO _________________

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DOCENTE: _____________________________________

FECHA: _______________

OBJETIVOS

1. Utilizar la metodología del ciclo de Otto para determinar la eficiencia del motor. 2. Establecer y ubicar los parámetros de medida en el motor. 3. Analizar los resultados de eficiencia a diferentes posiciones de la mariposa del acelerador. 4. Hallar las pérdidas de calor de entrada al ciclo 5. Hallar las pérdidas de calor de salida del ciclo

MATERIAL Y EQUIPO

1. Motor de inyección electrónica Chevrolet Aveo 1.6 2. Termocupla tipo K con conector de rosca 3. Indicador de temperatura digital 5 zonas, display led rojo, precisión 0,5%, rango (0-1200°C) marca Autonics. 4. Tablas termodinámicas.

MARCO TEORICO

Ciclo Teórico Con Suministro De Calor A Volumen Constante (Ciclo Otto) La Figura representa los diagramas P-V, T-S y representación del ciclo teórico con suministro de calor a volumen constante (ciclo Otto). ab: compresión adiabática reversible : isoentrópico bc: proceso de calentamiento a volumen constante , se añade calor al aire. cd: expansión adiabática reversible : isoentrópico da: proceso de enfriamiento de aire a volumen constante, retornando a las condiciones iniciales. Teniendo en cuenta que y por primera ley de la termodinámica: QA  cv (Tc  Tb ) ; Calor suministrado QR  cv (Td  Ta ) ; Calor excluido C v = Calor específico a volumen constante El rendimiento térmico  t se define como lo producido sobre lo admitido W QA  QR  QA QA W = Trabajo volumétrico

t 

(1)

Ciclo teórico con suministro de calor a volumen constante Fuente: Motoresdecombustioninterna.Figura 6.1. Edward F. Obert

Las relaciones de volúmenes entre los procesos isoentrópicos ab y cd son iguales, se tendrá que:

rv 

Vmax vmax va vd    Vmin vmin vb v c

(2)

𝑟𝑣 = 𝐸 = Relación de compresión y expansión Para los procesos isoentrópicos a-b y c-d se cumple pv k  c y Tv k 1  c Tenemos: T  Ta  d  1 T Q T  Ta  (3) t  1  R  1  d 1  a QA Tc  Tb  Tc  Tb   1  Tb  Del proceso isoentrópico ab tenemos:

Ta  vb    Tb  va 

k 1



1

(4)

k 1 v

r

Del proceso isoentrópico cd tenemos:

Td  vc    Tc  vd 

k 1



1 r

Igualando las ecuaciones anteriores tenemos = Luego:

t  1 

1 k 1 v

r

(5)

k 1 v

Ta Td Td Tc    Tb Tc Ta Tb

PROCEDIMIENTO

1. INSPECCIONAR EL ESTADO DEL MOTOR Y SUS ACCESORIOS      

Revisar nivel de agua del tanque de depósito del radiador. Revisar nivel de aceite. Comprobar las conexiones de las mangueras del radiador. Examinar el nivel de gasolina del tanque. Revisar las conexiones de la batería. Compruebe que la termocupla esté conectada en el sistema de escape.

OBSERVACION:  

Tener el motor en un sitio ventilado, para evitar la concentración de gases y aumento de temperaturas. Conecte los cables a la batería, el rojo al positivo y el negro al negativo de la batería

2. PUESTA A PUNTO DEL MOTOR.     

Conectar el inversor de la batería al lector de termocuplas. Inserte la llave de encendido en el switch, localizado en el panel de instrumentos. Revise que el arnés esté conectado a la ECU, localizada en el panel de instrumentos. Abrir el switch de encendido, verificar que el tacómetro se encuentre funcionando y que la bomba de gasolina comience a operar. Dar estárter al motor con la llave de encendido y esperar 2 minutos a que se caliente en posición ralentí 830RPM.

OBSERVACION:    

Inspeccionar que la posición del acelerador se encuentre en ralentí. No acelerar bruscamente el motor cuando se encuentre en frio. Después de 2 minutos, acelerar el motor levemente por 1 minuto a 2000RPM para elevar temperatura para la toma de datos. Revisar continuamente el nivel de combustible en el panel de instrumentos.

 

Revise constantemente las conexiones de la batería, para evitar accidentes. Apague el motor de manera inmediata cuando se generen fallas, y coméntele al encargado del laboratorio

3. CÁLCULOS PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA 

Etapa de admisión Con la temperatura promedio de los últimos 10 años de la ciudad de Ibagué, vamos a las tablas de aire y hallamos energía interna y volumen relativo 𝑢1 Energía interna Kj/Kg 𝑣𝑟1 Volumen relativo



Etapa de combustión

E= Relación de compresión Aveo 1.6 [9,5] Con 𝑣𝑟1 y E se despeja 𝑣𝑟2

𝑣𝑟2 =

𝑣𝑟1 𝐸

(6)

Con el valor de 𝑣𝑟2 , interpolando en las tablas de aire se halla la temperatura T2 y con esta temperatura en las tablas tenemos energía interna (𝑢2 ). 

Etapa de expansión

𝑣𝑟3 =

𝑣𝑟4 𝐸

(7)

Con el valor de 𝑣𝑟3 , interpolando en las tablas de aire se halla la temperatura T3 y con esta temperatura en las tablas tenemos energía interna (𝑢3 ).



Ecuación perdida de calor en la entrada al ciclo

𝑞𝐴 = 𝑢3 − 𝑢2 

(8)

Ecuación perdida de calor en la salida del ciclo

𝑞𝐵 = 𝑢4 − 𝑢1 ɳ𝑜𝑡𝑡𝑜 = 1 −

𝑞𝐵 𝑞𝐴

(9)

∗ 100

(10)

4. ALISTAMIENTO DE LOS INSTRUMENTOS PARA LA MEDICIÓN.  

Tener las tablas termodinámicas. Observar que el indicador de temperatura no esté haciendo contacto con la estructura y genere señal de datos referente a la temperatura de los gases de escape.

5. PREGUNTAS: a. A que revoluciones trabaja el motor en estado ralentí, para hallar la eficiencia teórica del ciclo de Otto a temperatura ambiente. b. Cuál es la eficiencia teórica del ciclo de Otto para los motores de combustión interna c. Explique la influencia de la temperatura de salida de los gases en la eficiencia de los motores de combustión interna. d. Cuál es el rango de valores para la relación de compresión en los motores de combustión interna.

6. TOMA DE DATOS a. Etapa de compresión 

Temperatura ambiente promedio de los ultimo 10 años de la ciudad de Ibagué

b. Etapa de escape 

Tomar temperaturas de los gases de escape evidenciada por la termocupla en el indicador de temperatura en la posición 5 y promediarlas.

7. TABLA PARA VALORES DE DATOS

VARIABLE Temperatura admisión Energía interna admisión Volumen relativo admisión Temperatura combustión Energía interna combustión Volumen relativo combustión Temperatura expansión Energía interna expansión Volumen relativo expansión Temperatura escape Energía interna escape Volumen relativo escape Relación de compresión Perdida calor entrada Perdida calor

SIMBOLOGIA T1

UNIDADES °K

𝑢1

Kj/Kg

𝑣𝑟1 T2

°K

𝑢2

Kj/Kg

𝑣𝑟2 T3

°K

𝑢3

Kj/Kg

𝑣𝑟3 T4

°K

𝑢4

Kj/Kg

𝑣𝑟4 E

𝑞𝐴 𝑞𝐵

VALOR

salida Eficiencia teórica ciclo Otto

ɳ𝑜𝑡𝑡𝑜

%