ciclos otto diesel

Tema adicional

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DEPARTAMENTO DE CONVERSIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA SISTEMAS ENERGETICOS CT-3413

Luis R. Rojas Solórzano, Ph.D. Profesor Titular

Ing. Elver Pérez

Ayudante docente

Enero-Abril 2010

Ciclo Otto. Planta a Gasolina

Fuente: http://www.usdieselengines.com/images/ETQ_Equipment/tg2500greencutoutlg.jpg

Mini-Planta Generadora a Gasolina

Notas:

.‐ Eficiencia 20‐35% (sin carrocería y ruedas)

.‐ Vel. 5000 RPM

.‐ 2 ó 4 tiempos

.‐ Rápido arranque en frío

.‐ Portable

.‐ Costo combustible

.‐ Contaminación

sonora y gaseosa

.‐ Tmax de 2000 °C

Tema adicional Motores de combustión interna

Fuente: http://www.eng.warwick.ac.uk/~espbc/courses/engine/

Sección frontal de MCI 4-cilindros

Carter y filtro

Filtro Volante de inercia

Cigueñal

Biela

Pistón

Válvulas

Bujía

Cámara

Combust.

Ciclo Otto. Motor a Gasolina: Componentes


Fuente:http://www.eng.warwick.ac.uk/~espbc/courses/engine/

Admisión Compresión Ignición Escape

El Motor de Cuatro Tiempos

Ciclo Otto. Motor a Gasolina: Operación


Fuente: http://www.keveney.com/otto.html

Ciclo Otto. Motor a Gasolina: Operación a 4 tiempos


• El motor de cuatro tiempos fue primero demostrado por Nikolaus Otto in 1876, autor del ciclo que lo idealiza.

• Requiere dos vueltas del cigϋeñal por cada carrera de potencia.

• El motor de cuatro tiempos es quizás el motor más común hoy día y está presente en la mayoría de los carros y camiones.

Fuente: http://www.animatedengines.com/twostroke.shtml

Ciclo Otto. Motor a Gasolina: Operación a 2 tiempos


• Una carrera de potencia por cada giro del cigϋeñal.

• Por lo anterior, es usualmente más potente y lento que motor de 4 tiempos de similar tamaño.

• Por lo compacto, es muy utilizado en cortadoras de grama, motores fuera de borda, jet-skis, motocicletas y modelos de aeroplanos.

• Desafortunadamente, la mayoría son ineficiente y contaminantes debido al combustible no quemado que escapa por la lumbrera de salida.

Carreras del Motor a Gasolina de 4 Tiempos Real

Compresión Expansión Escape Admisión

Admisión

Fin de combustión

V

Ciclo Otto. Motor a Gasolina: Diagrama real


Ciclo Otto (Ideal) estándar de Aire. Modelaje

• 1-2: compresión isentrópica

• 2-3: calentamiento isocórico

• 3-4: expansión isentrópica

• 4-1: enfriamiento isocórico

Compresión isentrópica

Calor entra isocórico

Expansión isentrópica

Calor sale isocórico



• 2-3: calentamiento isocórico


• 4-1: enfriamiento isocórico

.- Ciclo idealizado con aire

.- Combustión se aproxima a V ctte

.- Admisión se aproxima a V ctte

.- Relación de compresión Vpmi/Vpms

en orden de 7-10:1

.- RAC en orden 14.6-14.8:1

.- De las carreras solo una genera potencia


Ciclo Otto (Ideal) estándar de Aire. Características

Relación de compresión:

2

1

2

1

vv

VV

r

Eficiencia Térmica:

H

L

HT q

qqw

1

Intercambio de calor isocórico:

Como: 12134 1 krTTTT

Entonces:


Ciclo Otto (Ideal) estándar de Aire. Modelaje

Taller de Ejercicios: Problema 2.8 Se tiene un Ciclo Otto estándar de aire con relación de compresión r = 8. Al comienzo de la carrera de compresión p1=100 kPa, T1=15 ºC. Durante el ciclo se transfieren qH =1800 kJ/kg al aire. a) Determinar la eficiencia térmica b) Presiones y temperaturas al final de cada etapa c) Presión media efectiva R.‐

a) Eficiencia térmica:

b) A partir de relaciones adiabáticas‐reversibles:

c) Presión media efectiva:

Trabajo neto por ciclo:

Presión media efectiva (pme): kPavv

wpme 1406724,0

1017

34


Planta Generadora a Diesel

Fuente: http://www.vilspa.esa.es/historical/general_info/vt/facilities/pplant2.gif

Notas:

.‐ Eficiencia 25‐50% (sin carrocería y ruedas, 20% > gasolina)

.‐ 2 ó 4 tiempos

.‐ Rápido arranque en frío

.‐ Mediana y Gran carga

.‐ r = 20‐22:1

.‐ Más confiables que

Motor‐gasolina por no

tener sistema encen‐

dido

.‐ contaminación sonora‐gaseosa

.‐ Tmax de 2000 °C


Ciclo Diesel. Planta a Gasoil

Planta Generadora a Diesel. Partes del Motor

Fuente:http://www.eng.warwick.ac.uk/~espbc/courses/engine/ Fuente: http://www.vilspa.esa.es/historical/general_info/vt/facilities/pplant2.gif

Precámara

Inyector

Bujía de arranque

Admisión Escape

Cigueñal

Pistón

V. Escape

Cilindro

C.Combustión Válvula Admisión


Ciclo Diesel. Planta a Gasoil. Componentes


• 2-3: calentamiento isobárico


• 4-1: enfriamiento isócorico

.- Ciclo idealizado con aire

.- Combustión se aproxima a

p ctte

.- Admisión se aproxima a V

ctte

.- Relación de compresión Vpmi/Vpms orden de 20-22:1


Ciclo Diesel (Ideal) estándar de Aire. Características

Eficiencia Térmica:

H

L

HT q

qqw

1

Suministro de calor isobáricamente:

23 TTCq poH

adición de calor isocóricamente:

14 TTCq voL

Entonces eficiencia es:

11111

23

14

2

1_ TT

TTTT

kqq

H

LDieselT

Radio de admisión rc:

OttoCicloVVrc _,1

2

3

1111

111 1

23

14

2

1_

c

kc

kDieselT rkr

rTTTT

kTT



1111

111 1

23

14

2

1_

c

kc

kDieselT rkr

rTTTT

kTT

DieselT _

En general: 1

11

c

kc

rkr

DieselOtto Para similar radio de compresión:

Aunque en general, la eficiencia del Diesel es un 15% mayor que la del Otto



Taller de Ejercicios: Problema 2.8 (Ejemplo 9.5 del Potter and Somerton, 1993) Se tiene un Ciclo Diesel con radio de compresión 18 que opera con aire a una presión mínima de 200 kPa y temperatura mínima de 200 °C. Si el trabajo neto de salida es de 1000 kJ/kg, determinar: a) Eficiencia térmica (Comparar con Otto a misma pmáx) b) Presión media efectiva R.‐

a) Primero determinamos el radio de admisión rc. Para ello:

smp

RTv 3

1

11 6788,0

200473287,0

y

kgmvv 312 03771,018

Como el proceso 1‐2 es isentrópico:

KvvTT

k

150318473 4,01

2

112

y

MPavvpp

k

44,1118200 4,1

2

112


Taller de Ejercicios: Problema 2.8 (Ejemplo 9.5 del Potter and Somerton, 1993) (cont...) R.‐

Por otro lado, el trabajo para todo el ciclo es:

41231432 TTCTTCqqqw voponetoneto

Combinando (1), (2) y (3), queda:

43 473717,015030,11000 TT

Para procesos isentrópico 3‐4 e isobárico 2‐3, se tiene:

4,03

3

1

4

334 6788,0

vT

vvTT

k

y

3986003771,01503

2

2

3

3 vT

vT

(1)

(2)

(3)

4,133 46540473717,01503398600,11000 vv

Por tanteo, se obtiene:

KTKTkgmv 1290 ; 3080 ; 0773,0 433

3


Taller de Ejercicios: Problema 2.8 (Ejemplo 9.5 del Potter and Somerton, 1993)(cont...) R.‐

De esta forma, se tiene que el radio de admisión rc es:

05,223 vvrc

%9,62 ó 629,0

105,24,1105,2

1811

1111

4,1

4,01_

c

kc

kDieselT rkr

r

Y la eficiencia térmica es calculada como:

Nótese que para el Ciclo Otto, se tendría:

%1,58 ó 581,01178,80773,06788,0

1_31 kOttoTOtto rvvr

b) Para la pme:

0377,06788,01000

minmax vvwpme neto

kPapme 1570


ciclos otto diesel

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