Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
T
2
1
v = const.
q entrada
v = const.
3
4
q salida
FIGURA 9-16
Diagrama T-s para el ciclo de Otto.
s
Las principales compañías de automóviles realizan programas de investigación
para motores de dos tiempos que se espera que vuelvan a aparecer en el
futuro cercano.
El análisis termodinámico de los ciclos reales de cuatro y dos tiempos antes descritos
no es una tarea simple. Sin embargo, el análisis puede simplificarse de manera
significativa si se utilizan las suposiciones de aire estándar, ya que el ciclo que
resulta y que es parecido a las condiciones de operación reales es el ciclo de Otto
ideal, el cual se compone de cuatro procesos reversibles internamente:
1-2 Compresión isentrópica
2-3 Adición de calor a volumen constante
3-4 Expansión isentrópica
4-1 Rechazo de calor a volumen constante
La ejecución del ciclo de Otto en un dispositivo de émbolo y cilindro junto a
un diagrama P-v se ilustra en la figura 9-13b). El diagrama T-s del ciclo de Otto
se presenta en la figura 9-16.
El ciclo de Otto se ejecuta en un sistema cerrado, y sin tomar en cuenta los
cambios en las energías cinética y potencial, el balance de energía para cualquiera
de los procesos se expresa, por unidad de masa, como
(q entrada – q salida ) (w entrada – w salida ) Δu (kJ/kg) (9-5)
No hay trabajo involucrado durante los dos procesos de transferencia de calor
porque ambos toman lugar a volumen constante. Por lo tanto, la transferencia
de calor hacia y desde el fluido de trabajo puede expresarse como
y
h tér,Otto
q entrada u 3 u 2 c v 1T 3 T 2 2
q salida u 4 u 1 c v 1T 4 T 1 2
w ne to
1 q salida
1 T 4 T 1
1 T 1 1T 4 >T 1 12
q entrada q entrada T 3 T 2 T 2 1T 3 >T 2 12
(9-6a)
(9-6b)
Entonces, la eficiencia térmica del ciclo de Otto ideal supuesto para el aire
estándar frío es
Los procesos 1-2 y 3-4 son isentrópicos, y v 2 v 3 y v 4 v 1 . Por lo tanto,
h tér,Otto 1 1
r k1
r V má x
V 1
v 1
(9-9)
V mí n V 2 v 2
que es la relación de compresión, y k es la relación de calores específicos
c p /c v .
En la ecuación 9-8 se muestra que bajo las suposiciones de aire estándar frío,
la eficiencia térmica de un ciclo de Otto ideal depende de la relación de compresión
de la máquina y de la relación de calores específicos del fluido de trabajo.
La eficiencia térmica del ciclo de Otto ideal aumenta tanto con la relación de
compresión como con la relación de calores específicos. Esto también es cierto
para las máquinas de combustión interna reales de encendido por chispa. Una
(9-7)
Sustituyendo estas ecuaciones en la relación de la eficiencia térmica y simplificando,
se obtiene
donde
T 1
v k 1
2
T 2 v 1
v 3
v 4
k 1
T 4
T 3
(9-8)