Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
ciclo de Otto ideal, disminuye cuando las moléculas del fluido de trabajo son
más grandes (Fig. 9-18). A temperatura ambiente, este valor es de 1.4 para
el aire, de 1.3 para el dióxido de carbono y de 1.2 para el etano. El fluido de
trabajo en máquinas reales contiene moléculas más grandes, como dióxido
de carbono, y la relación de calores específicos disminuye con la temperatura,
la cual es una de las razones por las que los ciclos reales tienen eficiencias
térmicas más bajas que el ciclo de Otto ideal. La eficiencia térmica de
máquinas reales de encendido por chispa varía de aproximadamente 25 a 30
por ciento.
P, kPa
3
Isentrópico
EJEMPLO 9-2 El ciclo de Otto ideal
Un ciclo de Otto ideal tiene una relación de compresión de 8. Al inicio del
proceso de compresión el aire está a 100 kPa y 17 °C, y 800 kJ/kg de calor
se transfieren a volumen constante hacia el aire durante el proceso de adición
de calor. Tome en cuenta la variación de los calores específicos del aire con
la temperatura y determine a) la temperatura y presión máximas que ocurren
durante el ciclo, b) la salida de trabajo neto, c) la eficiencia térmica y d) la
presión media efectiva en el ciclo.
100
2
q entrada
Isentrópico
1
v 2 = v 3 = – v
8 1
q salida
4
1
v 1 = v 4
v
FIGURA 9-19
Diagrama P-v para el ciclo de Otto
estudiado en el ejemplo 9-2.
Solución Se considera un ciclo de Otto ideal. Se determinarán la temperatura
y presión máximas, la salida de trabajo neto, la eficiencia térmica y la
presión media efectiva en el ciclo.
Suposiciones 1 Las suposiciones de aire estándar son aplicables. 2 Los cambios
de energías cinética y potencial son insignificantes. 3 Será considerada la
variación de los calores específicos debido a la temperatura.
Análisis El diagrama P-v para el ciclo de Otto ideal descrito se muestra en la
figura 9-19. Se observa que el aire contenido en el cilindro forma un sistema
cerrado.
a) La temperatura y presión máximas en un ciclo de Otto ocurren al final del
proceso de adición de calor a volumen constante (estado 3). Pero primero
necesitamos determinar la temperatura y presión del aire al final del proceso
isentrópico de compresión (estado 2), usando los datos de la tabla A-17:
T 1 290 K u 1 206.91 kJkg
v r1 676.1
Proceso 1-2 (compresión isentrópica de un gas ideal):
v r 2
v 2
1
v r 1 v 1 r
S v r 2 v r 1
r 676.1 84.51 S T
8
2 652.4 K
u 2 475.11 kJ >kg
P 2 v 2
T 2
P 1 v 1
T 1
S P 2 P 1 a T 2
T 1
ba v 1
v 2
b
1100 kP a 2a 652.4 K b18 2 1 799.7 kPa
290 K
Proceso 2-3 (adición de calor a volumen constante):
q entrad a u 3 u 2
800 kJ >kg u 3 475.11 kJ >kg
u 3 1 275.11 kJ>kg S T 3 1 575.1 K
v r3 6.108