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622 Capítulo 22 Máquinas térmicas, entropía y segunda ley de la termodinámica
Respuesta Una T determinada tendría un mayor efecto fraccionario en una temperatura menor, así que se esperaría
un mayor cambio en eficiencia si se altera T c en T. Pruebe esto numéricamente. Elevar T h en 50 K, lo que corresponde a
T h 550 K, daría una máxima eficiencia de
e C 1
T c
T h
1
300 K
550 K
0.455
Reducir T c en 50 K, lo que corresponde a T c 250 K, daría una eficiencia máxima de
e C 1
T c
T h
1
250 K
500 K
0.500
Aunque cambiar T c es matemáticamente más efectivo, con frecuencia cambiar T h es prácticamente más factible.
22.5 Motores de gasolina y diesel
En cada ciclo de un motor de gasolina se presentan seis procesos; cinco de ellos se ilustran
en la figura 22.11. En esta explicación considere el interior del cilindro arriba del pistón,
como el sistema que se lleva a través de ciclos repetidos en el funcionamiento del motor.
Para un ciclo determinado, el pistón se mueve arriba y abajo dos veces, lo que representa
un ciclo de cuatro tiempos que consiste de dos recorridos ascendentes y dos recorridos
descendentes. Los procesos en el ciclo se pueden aproximar mediante el ciclo de Otto
que se muestra en el diagrama PV en la figura 22.12. En la siguiente explicación consulte
la figura 22.11 para la representación ilustrada de los tiempos y la figura 22.12 para el
significado del diagrama PV de la siguiente designación de caracteres:
1. Durante el tiempo de admisión O A (figura 22.11a), el pistón se mueve hacia abajo y
una mezcla gaseosa de aire y combustible entra al cilindro a presión atmosférica. En
este proceso el volumen aumenta de V 2 a V 1 . Esta es la parte de entrada de energía
del ciclo: la energía entra al sistema (el interior del cilindro) por transferencia de
materia como energía potencial almacenada en el combustible.
2. Durante el tiempo de compresión A B (figura 22.11b), el pistón se mueve hacia arriba,
la mezcla aire–combustible se comprime adiabáticamente del volumen V 1 al volumen
V 2 y la temperatura aumenta de T A a T B . El trabajo consumido en el gas es positivo y
su valor es igual al negativo del área bajo la curva AB en la figura 22.12.
Bujía
Aire
y
combustible
Pistón
Expulsión
Admisión
a)
Compresión
b)
Chispa
c)
Potencia
d)
Expulsión
e)
Figura 22.11 Ciclo de cuatro tiempos de un motor de gasolina convencional. Las flechas en el pistón indican la
dirección de su movimiento durante cada proceso. a) En el tiempo de admisión, aire y combustible entran al cilindro.
b) La válvula de admisión está cerrada y la mezcla aire–combustible se comprime mediante el pistón. c) La mezcla se
enciende por la bujía, con el resultado de que la temperatura de la mezcla aumenta esencialmente a volumen constante.
d) En el tiempo de trabajo, el gas se expande contra el pistón. e) Por último, los gases residuales se expulsan y el ciclo
se repite.