COMPARATIVA CICLOS TEÓRICOS TERMODINÁMICOS MEP, MEC Y MEC LENTO. Capítulo 1. Ciclo Termodinámico Teórico de un MEP

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Natividad Ferreyra Quintana
hace 7 años
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1 COMARATIVA CICLOS TEÓRICOS TERMODINÁMICOS ME, MEC Y MEC LENTO Capítulo. Ciclo Termodinámico Teórico de un ME En el presente trabajo, se pone de manifiesto el estudio de los ciclos termodinámicos, de los diferentes motores de combustión interna alternativos, obteniendo valores numéricos del rendimiento térmico de cada uno, para su posterior análisis. Siguiendo las leyes termodinámicas, que rigen las transformaciones referidas al aire considerándolo como gas perfecto, se puede observar que para valores constructivos iguales en los tres motores, se obtienen rendimientos térmicos diferentes. Aunque de sobra se sabe, que el diseño geométrico de un motor de encendido provocado, no es el mismo que en un motor de encendido por compresión. Tanto por limitaciones mecánicas, como termodinámicas. Se trata de realizar una serie de cálculos referidos a un motor cuya geometría se conoce, así como sus valores de presión y temperatura iniciales. Ya que éstos, coinciden con los valores de presión y temperatura que tendría el aire ambiente. En el ciclo de trabajo -V, se van a representar las evoluciones termodinámicas, correspondientes a los tiempos de compresión, combustión, expansión y principio del escape. Ignorando los tiempos de admisión y final del escape, ya que siguen un proceso isóbaro, e igual a la presión atmosférica y no realizan ningún trabajo en el ciclo. Las condiciones ambientales consideradas para dichos cálculos son las siguientes: -El aire se comporta como gas perfecto -Cp KJ/Kg -Ri 0.87 KJ/KgK -resión atmosférica bar -Temperatura ambiental 0ºC Los datos referidos al motor son los siguientes: -Relación de compresión / -Calor aportado por el combustible al ciclo 00 KJ/Kg

2 Comenzaremos analizando, el ciclo termodinámico teórico de un ME, de combustión a volumen constante. unto. El pistón se encuentra en el MI, preparado para realizar la carrera de compresión, y en dicho instante, los valores de presión y temperatura son los siguientes: bar T 0 7 0K Según la ecuación de Clapeyron o de los gases perfectos aplicada en el punto, se obtiene: v R T v R T R T 0.87Kj/ Kg K 0K v v 0.87m 00KN/ m Los valores de presión, temperatura y volumen específicos para el punto quedan de la siguiente forma. bar T 0ºC V 0.87m/Kg

3 unto. El pistón ha realizado la carrera de compresión, desplazándose desde el MI, hasta el MS. Durante este proceso no se cede calor a las paredes el cilindro, por tanto se considera un proceso adiabático. Haciendo uso de la ecuación que rige los procesos adiabáticos entre los puntos y, se obtiene la presión, al final de la compresión. v v Cp Cv Relación termodinámica de calores específicos Cp Kj/ Kg K Calor específico del aire como gas ideal, a presión constante. Cv 0.7Kj/ Kg K Calor específico del aire como gas ideal, a volumen constante. Cp Cv 0.7. Observando la ecuación de las adiabáticas, para poder obtener es necesario conocer antes v.,

4 v v 0.87 Rc v 0.079m v Rc Aplicamos ahora la ecuación de las adiabáticas y despejamos : v v v v Rc Rc. 8.88bar ara obtener la temperatura, se aplica la ecuación de los gases perfectos en el punto y se despeja T v R T v R T v 888KN/ m 0.079m T K R 0.87KJ/ KgK T ºC Los parámetros termodinámicos al final de la compresión son los siguientes: 8.88bar T 5.5ºC V 0.079m/Kg

5 unto. El pistón se encuentra en el MS y se ha realizado la combustión. El aporte de calor tiene lugar mediante un proceso isócoro - or la condición de ser un proceso isócoro, se tiene que v v 0.079m El calor aportado al ciclo es dato del problema, por lo que si Cv es el calor específico a volumen constante, se tiene que: Q a Cv T T T T Q a Cv T Cv ( ) T T Se despeja T ; Qa 00KJ/ Kg T T 795.8K C 0.7KJ/ KgK v T ºC 88K

6 Utilizando la ecuación de los gases perfectos, se obtiene la presión al final de la combustión; v R T v R T R T 0.87KJ/ KgK 88K v R T 099.KN/ m 0. 99bar v 0.079m 0.99bar T 608ºC V 0.079m/Kg unto. Se ha producido la carrera de expansión o trabajo durante el proceso -, considerado adiabático porque no existe cesión de calor. El pistón se encuentra en el MI a una presión superior a la atmosférica.

7 ara calcular las coordenadas del punto, tenemos dos datos, la evolución - que es adiabática, por la propia definición del ciclo y el volumen v v, así pues; v v 0.87m Haciendo uso de la ecuación en el proceso adiabático -, se obtiene la presión en el punto. v v v v v v 099.KN/ m ; 099.KN/ m KN/ m.90bar Con la ecuación de los gases perfectos aplicada en el punto, se obtiene la temperatura; v R T v R T Se despeja la temperatura; v 90.KN/ m 0.87m 6.65 T 86K º C R 0.87KJ/ Kg K bar T ºC V 0.87m/Kg

8 Una vez obtenidos los valores de presión, temperatura y volumen específico, en cada uno de los puntos del ciclo y conociendo el calor aportado por el combustible (que es un dato), se puede aplicar el primer principio de la termodinámica, para obtener el trabajo específico; W Qa Qc W Trabajo específico Qa Calor aportado Qc Calor cedido El calor aportado es un dato Qa 00KJ/ Kg, pero que podemos hallar y comprobar con los parámetros que ya conocemos. El aporte de calor al ciclo, tiene lugar siguiendo el proceso isócoro -. Qa Cv T Cv ( T T ) 0.7KJ/ KgK ( ) 99.99KJ/ kg Qa 99.99KJ/ Kg 00KJ/ Kg Se halla ahora el calor cedido en el principio del escape, proceso isócoro -. Qc Cv T Cv ( T T ) 0.7KJ/ KgK ( 86 0) 8.7KJ/ kg El trabajo específico resultante es; W Qa Qc KJ/ Kg El rendimiento termodinámico es; η tme Qa Qc Qa W Qa

9 Resultados obtenidos para el ciclo teórico de un ME ME (bar) T(K) V(m/Kg) η0.66

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