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misael-patino-suarez
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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
Tema adicional Motores de combustión interna
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
Tema adicional Motores de combustión interna
Fuente: http://www.keveney.com/otto.html
Ciclo Otto. Motor a Gasolina: Operación a 4 tiempos
Tema adicional Motores de combustión interna
• 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
Tema adicional Motores de combustión interna
• 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
Tema adicional Motores de combustión interna
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
Tema adicional Motores de combustión interna
• 1-2: compresión isentrópica
• 2-3: calentamiento isocórico
• 3-4: expansión isentrópica
• 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
Tema adicional Motores de combustión interna
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:
Tema adicional Motores de combustión interna
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
Tema adicional Motores de combustión interna
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
Tema adicional Motores de combustión interna
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
Tema adicional Motores de combustión interna
Ciclo Diesel. Planta a Gasoil. Componentes
• 1-2: compresión isentrópica
• 2-3: calentamiento isobárico
• 3-4: expansión isentrópica
• 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
Tema adicional Motores de combustión interna
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
Tema adicional Motores de combustión interna
Ciclo Diesel (Ideal) estándar de Aire. Características
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
Tema adicional Motores de combustión interna
Ciclo Diesel (Ideal) estándar de Aire. Características
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
Tema adicional Motores de combustión interna
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
Tema adicional Motores de combustión interna
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
Tema adicional Motores de combustión interna