Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

506
CICLOS DE POTENCIA DE GAS
EJEMPLO 9-3 El ciclo Diesel ideal
P, psia
14.7
q entrada
2 3
Isentrópico
Isentrópico
V 2 = V 1 /18 V 3 = 2V 2 V 1 = V 4 V
FIGURA 9-24
Diagrama P-V para el ciclo Diesel
ideal analizado en el ejemplo 9-3.
4
1
q salida
Un ciclo Diesel ideal con aire como fluido de trabajo tiene una relación de
compresión de 18 y una relación de corte de admisión de 2. Al principio del
proceso de compresión el fluido de trabajo está a 14.7 psia, 80 °F y 117
pulg 3 . Utilice las suposiciones de aire estándar frío y determine a) la temperatura
y presión del aire al final de cada proceso, b) la salida de trabajo neto y
la eficiencia térmica y c) la presión media efectiva.
Solución Se tiene un ciclo Diesel ideal. Se determinará la temperatura y la
presión al final de cada proceso, la salida de trabajo neto y la eficiencia térmica,
así como la presión media efectiva.
Suposiciones 1 Las suposiciones de aire estándar frío son aplicables, por lo
tanto puede suponerse que el aire tiene calores específicos constantes a temperatura
ambiente. 2 Los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes.
Propiedades La constante de gas del aire es R 0.3704 psia · pie 3 /lbm · R,
mientras que sus otras propiedades a temperatura ambiente son c p 0.240
Btu/lbm · R, c V 0.171 Btu/lbm · R y k 1.4 (Tabla A-2Ea).
Análisis El diagrama P-V del ciclo Diesel ideal se muestra en la figura 9-24.
Observe que el aire contenido en el cilindro forma un sistema cerrado.
a) Los valores de la temperatura y la presión al final de cada proceso pueden
determinarse si se utilizan las relaciones isentrópicas de gas ideal para los
procesos 1-2 y 3-4. Pero primero determine los volúmenes al final de cada proceso
a partir de las definiciones de la relación de compresión y de la relación
de corte de admisión:
V 2
V 1
r
117 pulg 3
18
6.5 pulg 3
V 3 r c V 2 26.5 pulg 3 13 pulg 3
V 4 V 1 117 pulg 3
Proceso 1-2 (compresión isentrópica de un gas ideal, calores específicos constantes):
T 2 T 1 a V k 1
1
b 1540 R 21182 1. 4 1 1 716 R
V 2
P 2 P 1 a V k
1
b 114.7 psia 21182 1. 4 841 psia
V 2
Proceso 2-3 (adición de calor a un gas ideal a presión constante):
P 3 P 2 841 psia
P 2 V 2
T 2
P 3 V 3
T 3
S T 3 T 2 a V 3
V 2
b 11 716 R 2 12 2 3 432 R
Proceso 3-4 (expansión isentrópica de un gas ideal, calores específicos constantes):
T 4 T 3 a V k 1 1.41
3
13 pulg3
b 13 432 R 2a V 4 117 pulg b 1 425 R
3
P 4 P 3 a V k 3 1.4
3
13 pulg
b 1841 psi a 2a V 4 117 pulg b 38.8 psia
3