Ciclo de Otto (de cuatro tiempos)

Transcripción

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2 Admisión Inicio compresión Fin de compresión

3 Combustión Expansión Escape de gases

4 0 Admisión (Proceso Isobárico): Se supone que la circulación de los gases desde la atmósfera al interior del cilindro se realiza sin rozamiento y, por tanto, la presión en el interior del cilindro durante toda esta carrera se mantiene constante e igual a la atmosférica. Compresión adiabática: Se supone que, como se realiza muy rápidamente, el fluido de trabajo no intercambia calor con el medio exterior, por lo que el proceso puede ser considerado adiabático.

5 Combustión (Isócora): Se supone que salta la chispa y se produce una combustión instantánea del combustible, produciendo una cantidad de calor Q A. Al ser tan rápida se puede suponer que el pistón no se ha desplazado, por lo que el volumen durante el proceso se mantiene constante Expansión adiabática: Se supone que debido a la rapidez de giro del motor los gases quemados no tienen tiempo para intercambiar calor con el medio exterior, por lo que se puede considerar que sufren un proceso adiabático.

6 Primera fase del escape (Isócora): Se supone una apertura instantánea de la válvula de escape, lo que genera una salida tan súbita de gases del interior del cilindro y una pérdida de calor Q B que permite considerar un proceso a volumen constante. 0 Segunda fase del escape (Isobara): El pistón al desplazarse hacia el PMS provoca la expulsión de gases remanentes en el interior del cilindro, y se supone que los gases quemados no ofrecen resistencia alguna para salir a la atmósfera, por lo que la presión en el interior del cilindro se mantiene constante e igual a la atmosférica.

7 Diagramas v,p y s,

8 Cálculo de la eficiencia El ciclo idealizado que se analiza aquí, supone que la sustancia de trabajo es un gas ideal y no una mezcla aire combustible como ocurre en la realidad. Analizaremos los procesos con la finalidad de encontrar la eficiencia del ciclo. η = W Q neto sum

9 En el proceso el sistema recibe calor : Q = mcv ( ) En el proceso el sistema transmite calor al medio ambiente: Q = mcv ( ) W neto = Q Q

10 Desarrollando la expresión de la eficiencia tenemos: η = Q Q Q mc ( mc ) mc ( La eficiencia del ciclo estará dada por: = v v v ( ) ) η = ( ( ) ( ) Si definimos la relación de compresión como: η = k r ) r =

11 Cálculo de la entropia del ciclo de Otto El ciclo idealizado que se analiza aquí, supone que la sustancia de trabajo es un gas ideal., además consideramos que los procesos son reversibles. El proceso es adiabático por lo que : S = 0 El proceso es isométrico por lo que : S = mcv ln + mr ln

12 pero =, por lo que: Facultad de Ingeniería El proceso es adiabático por lo que : S = 0 El proceso es isométrico por lo que : pero =, por lo que: S = mc S = mcv ln + mr ln S = mc v v ln ln

13 Facultad de Ingeniería Además: por lo que : k k = = = v S ln mc S = =

14 Ejemplo: Un ciclo de Otto ideal funciona con aire, la relación de compresión es de 6. Si la máxima temperatura en el ciclo se limita a 50 ºC, la presión máxima de operación es de 5. bar y las condiciones del aire al iniciarse el proceso de compresión son bar y 0 ºC, calcular: a) La eficiencia térmica del ciclo. b) El calor por unidad de masa suministrado al ciclo. c) El trabajo por unidad de masa desarrollado por el ciclo. d) La variación de entropia en cada proceso. Datos complementarios: c p = 00 J/kgK, c v = 77 J/kgK, R = 87 J/kgK, k =.