Motores de Combustión Interna UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Motores de Combustión Interna TERMODINAMICA. PROF. CARLOS G. VILLAMAR LINARES Abril 2003.

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Ciclo de Aire Normal Se considera un ciclo de gas ya que la sustancia de trabajo siempre estará en estado gaseoso, siempre ocurre un proceso de combustión. Es un ciclo de aire cerrado se desarrolla en máquinas alternativas. TERMODINAMICA. COMBUSTION Productos de combustión CO, CO2 , H2O Combustible Aire REAL Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Ciclo de Aire Normal SIMPLIFICACIONES - La sustancia de trabajo es aire y se comporta como un gas ideal. Todo proceso de combustión se reemplaza por de transferencia de calor desde una fuente externa. TERMODINAMICA. - El escape o expulsión de calor se reemplaza por transferencia de calor hacia el medio circundante hasta llegar al estado inicial del ciclo. - Se considera los calores específicos constantes - Todos los procesos son reversibles. Absorción de calor Expulsión de Calor Aire IDEAL Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

TERMODINAMICA. CICLOS DE CARNOT DE AIRE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLOS DE CARNOT DE AIRE El ciclo de Carnot esta compuesto por los siguientes ciclos reversibles. P v T s QH 1 1 – 2 Expansión isotermica con absorción de calor. 2 2 – 3 Expansión adiabática 3 – 4 Compresión isotérmica con rechazo de calor. TERMODINAMICA. 3 QH 1 2 3 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

TERMODINAMICA. CICLOS DE CARNOT DE AIRE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLOS DE CARNOT DE AIRE El ciclo de Carnot esta compuesto por los siguientes ciclos reversibles. P v T s QH 1 1 – 2 Expansión isotermica con absorción de calor. 2 2 – 3 Expansión adiabática 3 – 4 Compresión isotérmica con rechazo de calor. TERMODINAMICA. 4 3 QL 4 – 1 Compresión adiabática QH 1 2 3 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA 4 QL

TERMODINAMICA. CICLOS DE CARNOT DE AIRE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLOS DE CARNOT DE AIRE El ciclo de Carnot esta compuesto por los siguientes ciclos reversibles. P v T s QH 1 1 – 2 Expansión isotermica con absorción de calor. 2 2 – 3 Expansión adiabática 3 – 4 Compresión isotérmica con rechazo de calor. TERMODINAMICA. 4 3 QL 4 – 1 Compresión adiabática Por ser una máquina térmica la eficiencia viene dada por: QH 1 2 3 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA 4 QL

TERMODINAMICA. CICLOS DE CARNOT DE AIRE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLOS DE CARNOT DE AIRE Pero para cualquier máquina de térmica reversible se cumple que: P v T s QH 1 2 Por tanto: TERMODINAMICA. 4 3 QL Por ser una máquina térmica la eficiencia viene dada por: QH 1 2 3 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA 4 QL

TERMODINAMICA. CICLOS DE CARNOT DE AIRE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLOS DE CARNOT DE AIRE La eficiencia de Carnot es la mayor eficiencia que se puede obtener en cualquier máquina térmica que trabaje entre las mismas TH y TL P v T s QH 1 2 TERMODINAMICA. Definimos: Relación de Compresión rc = rv Es la relación de los volúmenes en el proceso de compresión. 4 3 QL QH 1 2 A pesar de que 3 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA 4 QL

TERMODINAMICA. CICLOS DE CARNOT DE AIRE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLOS DE CARNOT DE AIRE Relación de presión isentrópica. Es la relación entre la presión a la entrada y a la salida en el proceso de compresión P v T s QH 1 2 TERMODINAMICA. 4 3 Para un proceso adiabático reversible el cual es isentrópico se cumple que: QL QH 1 2 Para gases ideales se cumple: 3 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA 4 QL

TERMODINAMICA. CICLOS DE CARNOT DE AIRE Proceso 1 - 4 P v T s QH 1 2 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLOS DE CARNOT DE AIRE Proceso 1 - 4 P v T s QH 1 2 La eficiencia de Carnot aumenta si rp aumenta TERMODINAMICA. 4 3 QL QH 1 2 La eficiencia de Carnot aumenta si rc aumenta 3 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA 4 QL

TERMODINAMICA. MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MOTORES RECIPROCANTES UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MOTORES RECIPROCANTES Estos motores trabajan utilizando el mecanismo cilindro pistón. Parámetros importantes: - Área del pistón Ap depende del diámetro del pistón Dp TERMODINAMICA. Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

TERMODINAMICA. MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MOTORES RECIPROCANTES UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MOTORES RECIPROCANTES Estos motores trabajan utilizando el mecanismo cilindro pistón. Parámetros importantes: - Área del pistón Ap depende del diámetro del pistón Dp PMS TERMODINAMICA. - Punto muerto superior (PMS): es la altura máxima a la que sube el pistón, el volumen encerrado es mínimo, llamado volumen muerto o volumen mínimo PMI - Punto muerto inferior (PMI): es la altura mínima a a la que baja el pistón, el volumen encerrado es máximo, llamado volumen máximo. - Carrera L es la distancia máxima recorrida por el pistón, representa el recorrido entre el PMS y el PMI Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

TERMODINAMICA. MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MOTORES RECIPROCANTES UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MOTORES RECIPROCANTES Estos motores trabajan utilizando el mecanismo cilindro pistón. Parámetros importantes: - Área del pistón Ap depende del diámetro del pistón Dp PMS TERMODINAMICA. - Punto muerto superior (PMS): es la altura máxima a la que sube el pistón, el volumen encerrado es mínimo, llamado volumen muerto o volumen mínimo L PMI - Punto muerto inferior (PMI): es la altura mínima a a la que baja el pistón, el volumen encerrado es máximo, llamado volumen máximo. - Carrera L es la distancia máxima recorrida por el pistón, representa el recorrido entre el PMS y el PMI Entre el PMS y el PMI el pistón se desplazara un volumen Vd Vd = Volumen desplazado. Para un cilindro Vd = Ap * L = Cilindrada Si un motor tiene n cilindros. Cilindrada del motor = n Ap L Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. PRESION MEDIA EFECTIVA. Pme En un diagrama P – V de un ciclo el área encerrada repreenta el trabajo del ciclo. - La presión media efectiva Pme es una presión constante promedio que producirá la misma cantidad de trabajo que el ciclo real operando entre el mismo vmax y Vmin V P Vmin Vmax TERMODINAMICA. - A mayor Pme para un mismo motor operando a una misma velocidad implica mayor producción de trabajo y mayor eficiencia. Pme Por unidad de masa La Pme no debe disminuir mucho ya que debe ser suficiente para vencer el roce y producir trabajo. Para un ciclo de Carnot si aumenta QL Pme disminuye Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Relación de Compresión rc Es la relación entre el volumen máximo y el volumen mínimo TERMODINAMICA. Ciclos estudiados: Ciclo de motores de encendido por chispa. Simplificación Ciclo Otto. Ciclos de motores de encendido por compresión. Simplificación Ciclo Diesel. Combinación de los dos ciclos. Ciclo Dual o Semidiesel Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

TERMODINAMICA. MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA Admisión(a-1) Válvula de admisión abierta ingresa la mezcla aire combustible, el pistón se mueve hasta llegar al PMI en donde tenemos el Vmax, el proceso es a P=Cte Compresión(1-2) Con las válvulas cerradas el pistón sube hasta el PMS, comprimiendo la mezcla hasta el volumen muerto TERMODINAMICA. Tiempo de expansión Combustión:(2-3) Aproximadamente un poco antes del PMS, salta la chispa de la bujía y la mezcla se enciende en un proceso a V=Cte. Expansión(3-4): El pistón se mueve hasta el PMI, la mezcla se expende hasta el volumen máximo Tiempo de Barrido Expulsión(4-1): La válvula de escape se abre y se expulsan los gases en un proceso a V= Cte aproximadamente. Barrido(1-a): Con la válvula de escape abierta el pistón asciende hasta el PMS, expulsando el resto de los productos de combustión, en un proceso a P=Cte Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Representación de los procesos en un diagrama P - v Los procesos a-1 y 1-a se pueden eliminar ya que producen aproximadamente el mismo trabajo. Por tanto se estudia un ciclo termodinámico Cerrado Este es un motor de 4 tiempos. Un ciclo es igual a dos vueltas del cigüeñal TERMODINAMICA. El ciclo teórico que mas se aproxima a un motor de encendido por chispa es el ciclo Otto. Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLO OTTO El ciclo Otto esta formado por los siguientes procesos. 1 – 2 Compresión Adiabática 3 – 4 Expansión adiabática 4 - 1 Rechazo de Calor a V = Cte. 2 – 3 Absorción de Calor a V = Cte 4 – 1 Compresión adiabática Absorción de Calor a V = Cte. Expansión adiabática Rechazo de Calor a V = Cte TERMODINAMICA. P V T s 3 3 2Q3 S = Cte 2Q3 4 2 4 2 4Q1 4Q1 1 V = Cte 1 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Calor Absorbido: 2Q3 Calor Cedido: 4Q1 Aplicando 1° Ley para Sistemas Cerrados Proceso 2 - 3 TERMODINAMICA. Proceso 4 – 1 1 2 3 4 2Q3 4Q1 V = Cte T s Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Calor Absorbido: 2Q3 Calor Cedido: 4Q1 Aplicando 1° Ley para Sistemas Cerrados Proceso 2 - 3 TERMODINAMICA. Proceso 4 – 1 1 2 3 4 2Q3 4Q1 V = Cte T s Dividiendo y multiplicando por T1 el numerador y por T2 el denominador Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Analizando los procesos isentrópicos. Proceso 1 – 2 Proceso 3 - 4 TERMODINAMICA. 1 2 3 4 2Q3 4Q1 V = Cte T s Dividiendo y multiplicando por T1 el numerador y por T2 el denominador Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. De los procesos 3 – 4 y 1 - 2 TERMODINAMICA. 1 2 3 4 2Q3 4Q1 V = Cte T s Dividiendo y multiplicando por T1 el numerador y por T2 el denominador Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. De los procesos 3 – 4 y 1 - 2 La eficiencia del ciclo Otto aumenta si: Aumenta la relación de Compresión. Si k aumenta TERMODINAMICA. 1 2 3 4 2Q3 4Q1 V = Cte T s - La eficiencia aumenta notablemente hasta rc<8, pero luego el grado de aumento de la eficiencia se nivela. A elevadas rc la temperatura aumenta y puede llegar a la temperatura de autoencendido. (golpeteo)  ≈ 25 a 30% Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

TERMODINAMICA. CICLO DIESEL CON AIRE ESTANDAR UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLO DIESEL CON AIRE ESTANDAR Este ciclo es una simplificación de los motores que tienen encendido por compresión. - Se eleva la presión hasta que la temperatura aumente por encima de la temperatura de autoignición. - Se comprime solamente aire, el combustible se inyecta a presión cuando el pistón esta cerca del PMS, el resto del ciclo es similar al ciclo Otto. TERMODINAMICA. - En los motores primitivos de este tipo operaban a bajas velocidades, el proceso de combustión en el ciclo se realiza con un proceso que tiende a Presión constante P v PMS PMI Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Procesos: 1 – 2 Compresión adiabática. 2 – 3 Suministro de Calor a P = Cte. 3 – 4 Expansión adiabática. 4 – 1 Expulsión de Calor a V = Cte. TERMODINAMICA. T P Prof. Carlos G. Villamar L. ULA v s

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Procesos: 1 – 2 Compresión adiabática. 2 – 3 Suministro de Calor a P = Cte. 3 – 4 Expansión adiabática. 4 – 1 Expulsión de Calor a V = Cte. TERMODINAMICA. P = Cte T P 3 2Q3 2Q3 2 3 S = Cte 4 2 4 V = Cte 4Q1 4Q1 1 1 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA v s

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Procesos: 1 – 2 Compresión adiabática. 2 – 3 Suministro de Calor a P = Cte. 3 – 4 Expansión adiabática. 4 – 1 Expulsión de Calor a V = Cte. TERMODINAMICA. P = Cte T P 3 2Q3 2Q3 2 3 S = Cte 4 2 4 V = Cte 4Q1 4Q1 1 1 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA v s

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. La eficiencia del ciclo Diesel viene dada por: Proceso 1 - 4 Proceso 2 - 3 TERMODINAMICA. P = Cte T 3 2Q3 4 2 La eficiencia viene dada por: V = Cte 4Q1 1 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA s

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Proceso 1 - 2 Proceso 3 - 4 TERMODINAMICA. P = Cte T 3 2Q3 4 2 La eficiencia viene dada por: V = Cte 4Q1 1 Prof. Carlos G. Villamar L. ULA s

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Proceso 1 - 2 Proceso 3 - 4 TERMODINAMICA. P = Cte T 3 2Q3 4 2 Proceso 2 – 3 a P = Cte. A partir de la Ec. De gases ideales V = Cte 4Q1 1 Donde rcp = Relación de suministro de calor a P = Cte = Relación de Corte o interrupción. s Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. A partir de la ecuación de la eficiencia. Manipulando matemáticamente las anteriores ecuaciones e introduciendo la relación de corte y de compresión obtenemos: TERMODINAMICA. La diferencia en eficiencia entre el ciclo Diesel y el Otto esta representa por la cantidad entre corchetes. El caso límite es cuando rcp = 1 La eficiencia aumenta si: rc Aumenta y/o rcp Aumenta Para igual rc otto > Diesel Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. VENTAJAS DEL CICLO DIESEL SOBRE EL CICLO OTTO Pueden trabajar con mayores rv sin que ocurra detonación (14 a 18) ya que solo se comprime aire, el combustible se inyecta al final del proceso de compresión. - Los motores Diesel queman el combustible de manera mas completa ya que operan a menores RPM, por tanto producen menos contaminación. TERMODINAMICA. - Utilizan combustible Diesel que es mas económico - Diesel ≈ 35 a 40% La mayor eficiencia y menor costo lo hacen la opción mas indicada para operar dispositivos que requieren cantidades de potencia relativamente grandes - Pueden trabaja durante largos períodos de tiempo. - Son de gran tamaño y peso ya que deben soportar mayores presiones (rv Altas) Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. CICLO DUAL O MIXTO - Representa mejor los motores actuales de encendido por compresión. El proceso de suministro de calor se realiza una parte a volumen constante similar al ciclo Otto y otra parte a presión constante similar al ciclo Diesel, el resto del ciclo es similar a los ciclos Otto y Diesel. Este ciclo también se conoce como ciclo Semi-Diesel. Trabaja a menores rv que el ciclo Diesel. Se debe precalentar el combustible para que pase al punto de autoignición de la mezcla. - Modela mejor la parte superior del diagrama P – V real. TERMODINAMICA. Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. P = Cte 3Q4 P V T s 3Q4 2Q3 4 3 4 3 V = Cte 2Q3 S = Cte 5 5 2 2 1Q5 1 1Q5 1 TERMODINAMICA. Procesos 1 – 2 Compresión adaiabática reversible. 2 – 3 Absorción de Calor a V = Cte 3 – 4 Absorción de Calor a P = Cte 4 – 5 Expansión adiabatica reversible 5 – 6 Rechazo de Calor a P = Cte Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. P = Cte 3Q4 P V T s 3Q4 2Q3 4 3 4 3 V = Cte 2Q3 S = Cte 5 5 2 2 1Q5 1 1Q5 1 TERMODINAMICA. Procesos 1 – 2 Compresión adaiabática reversible. 2 – 3 Absorción de Calor a V = Cte 3 – 4 Absorción de Calor a P = Cte 4 – 5 Expansión adiabatica reversible 5 – 6 Rechazo de Calor a P = Cte Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. T 1 2 3 4 5 P = Cte V = Cte 1Q5 2Q3 3Q4 La eficiencia del ciclo viene dada por: Definimos: TERMODINAMICA. s Relación de Compresión (rv) Relación de Presiones (rp) Relación de interrupción o corte (rcp) Relación de calores específicos (k) Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. T 1 2 3 4 5 P = Cte V = Cte 1Q5 2Q3 3Q4 Proceso 2 – 3 Proceso 5 - 1 Se cambia el orden de las temperatura para que de positivo TERMODINAMICA. s Proceso 3 - 4 Se introduce Cp0 ya que hay involucrado trabajo de frontera Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. Introduciendo la ecuación de gases ideales. Analizando los proceso isentrópicos con la ecuación Tvk-1 = Cte y realizando ciertas manipulaciones matemáticas obtenemos: TERMODINAMICA. La eficiencia aumenta si: rv Aumenta y/o rpv Aumenta y/o rcp Disminuye Para la misma rv y entrada de calor otto > dual > Diesel Es posible que la eficiencia del ciclo Diesel sea mayor si se aumenta rv Los ciclos Otto, Diesel y Dual están compuestos por procesos internamente reversibles pero totalmente reversibles por lo tanto la eficiencia de Carnot será siempre mayor. Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. DIVERGENCIAS MAS IMPORTANTES ENTRE EL CICLO ABIERTO IDEAL DE LOS MCI Y EL CICLO DE AIRE NORMAL 1.- El calor específico de los gases reales aumenta a medida que aumenta la temperatura. 2.- El proceso de combustión reemplaza el proceso de transmisión de calor a alta temperatura. TERMODINAMICA. 3.- La combustión puede ser incompleta. 4.- Cada ciclo mecánico involucra procesos de entrada y salida que hacen que el descenso de la presión a través de las válvulas se traduzca en un aumento de trabajo para llenar el cilindro con aire y para expulsar los productos de combustión. 5.- El calor transmitido entre los gases en el cilindro y sus paredes es considerable. 6.- Hay irreversibilidades asociadas con los gradientes de presión y temperatura, así como en los proceso de compresión y expansión Prof. Carlos G. Villamar L. ULA

Prof. Carlos G. Villamar L. ULA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS. FIN Preguntas? TERMODINAMICA. Prof. Carlos G. Villamar L. ULA