Ciclo Otto y sus aplicaciones

Ciclo Otto Introducción

[pic 1]

• Son de dos tipos principales: encendido por  chispa y encendido por compresión.[pic 2]
• En el de encendido por chispa, una mezcla de  combustible y aire se enciende por medio de  una bujía.
• En el encendido por compresión, es el aire  que es comprimido hasta altas presiones y  temperaturas que el encendido es  espontáneo cuando se inyecta el combustible.

• el calor qH proviene de la combustión de la mezcla  (combustible + aire) en el cilindro
• la composición del fluido de trabajo varía:

aire + combustible → productos de combustión operan en ciclos abiertos y no cerrados:

[pic 3]

• el calor qH proviene de la combustión de la mezcla  (combustible + aire) en el cilindro
• la composición del fluido de trabajo varía:
• aire + combustible → productos de combustión
• operan en ciclos abiertos y no cerrados:

[pic 4]

encendido[pic 5]

por chispa por compresión

PMS = Punto muerto superior  PMI = Punto muerto inferior

Vmin = volumen libre[pic 6]

Vmax = volumen de  desplazamiento relación de compresión:

Vmax

r ≡[pic 7]

Vmin

• Ciclo Otto (Spark Ignition – SI)

[pic 8]

• Ciclo Otto (Spark Ignition – SI)        [pic 9]

  ---

es la presión que produciría el mismo trabajo neto (en una carrera de potencia del pistón) que el ciclo real. P

w = P¯ × (vmax −vmin)

P¯ P¯ es útil para comparar máquinas de igual tamaño  (cilindrada).[pic 10]

        vmin        vmax v

A mayor P¯, mayor trabajo neto en cada carrera depotencia.

Parámetro para describir el comportamiento  de un motor alternativo: presión media  efectiva o pme

Trabajo neto para un ciclo pme= [pic 11]

cilindrada

• Debido a las complejidad de estudiar el ciclo  real de un motor, es necesario hacer  simplificaciones considerables, usando un  análisis aire-estándar:
• El fluido de trabajo es aire considerado como gas ideal. Además es una cantidad fija.
• La combustión es reemplazada por una transferencia de calor desde una fuente externa.
• No hay admisión ni escape.
• Todos los procesos son internamente reversibles.

[pic 12]

[pic 13]

etapas: 1-2: compresión isentrópica[pic 14]

2-3: calentamiento isócoro

3-4: expansión isentrópica

4-1: enfriamiento isócoro

q

relación de compresión

r = [pic 15]v1 v2

• Cuatro procesos internamente reversibles.
• Proceso 1-2: compresión isentrópica del aire  cuando el pistón va desde PMI a PMS.
• Proceso 2-3: aire absorbe calor a v cte.,  estando el pistón en el PMS. Este proceso  representa la combustión.
• Proceso 3-4: expansión isentrópica. Carrera  de trabajo.
• Proceso 4-1: aire cede calor. El pistón está en  PMI.
• Dos procesos donde hay trabajo y no  transferencia de calor: 1-2 y 3-4.

W[pic 16]12 =u2 −u1 ; W[pic 17]34 =u3 −u4 m        m

• Dos procesos donde hay transferencia de  calor y no trabajo: 2-3 y 4-1

[pic 18]Qm23 =u3 −u2 ; [pic 19]Qm41 = u4 −u1

eficiencia térmica,[pic 20]

w        qL ηt =        [pic 21] = 1− [pic 22]

        qH        qH

el calor se intercambia en etapas isócoras (w = 0), qH = u3 − u2 =cv (T3 − T2) qL = u4 − u1 = cv (T4 −T1)

de modo que

.

        ηt = 1 − TT[pic 23]12        TT34/T/T21 −−11        = 1− TT[pic 24]12 = 1− [pic 25]rk1−1

[pic 26](usando relaciones adiabáticas: T4/T3 = T1/T2 = 1/rk−1)

Rendimiento térmico:

Trabajo neto η= calor absorbido

= (u3 −u2)−(u4 −u1) =1− u4 −u1[pic 27]

        (u3  −u2 )        u3  −u2

=1− Cv (T4 −T1) =1− (T4 −T1)

...