Proceso Termodinámico Del Ciclo Otto

Proceso Termodinámico del ciclo Otto.

Considerando al motor como un sistema cerrado en un cilindro y un ciclo se cumplirá:

Por otra parte, si consideramos a la mezcla de aire más combustible como un gas ideal y estudiamos el trabajo producido en las diferentes transformaciones termo-dinámicas, obtendríamos la siguiente ecuación:

Ecuación conocida como relación de compresión

Volumen total del cilindro, se obtiene cuando el pistón se encuentra en el PMI.

Volumen de la cámara de combustión, es el volumen del cilindro que queda cuando el pistón se encuentra en el PMS.

Ciclo termodinámico de Otto

Transformación 0-1 y 1-0 ⇒Isobara a presión atmosférica.

Transformación 1-2⇒Adiabática (Q= 0)

Transformación 2-3 ⇒Isócora (V= cte)

Transformación 3-4⇒Adiabática (Q= 0)

Transformación 4-1 ⇒Isócora (V= cte)

Q1⇒Calor generado en la combustión.

Q2⇒Calor cedido al ambiente o perdido

Procesos Isentropicos del ciclo Otto.

El ciclo Otto se ejecuta en un sistema cerrado, por eso la relación de la primera ley para cualquiera de los procesos se expresa, en base unitaria como:

Nada de trabajo está implicado durante los dos procesos de transferencia de calor, ya que ambos toman lugar a volumen constante. En consecuencia, las transferencias de calor hacia y desde el fluido de trabajo puede expresarse, bajo las suposiciones de aire frio estándar, como:

Entonces la eficiencia térmica del ciclo Otto ideal de aire estándar viene a ser:

Los procesos 1-2 y 3-4 son Isentropicos, y v_2=v_3 y v_4=v_1 de tal modo,

Al sustituir estas ecuaciones en la relación de la eficiencia termia y simplificar se encuentra que:

Donde: r=V_máx/V_min =V_1/V_2 =V_1/V_2

Ciclos Genéricos del motor Otto

Una característica clave de los motores de combustión interna es que en cada ciclo se aspira aire fresco, luego se adiciona el combustible y se quema en el interior del motor. Luego los gases quemados son expulsados del sistema y se debe aspirar nueva mezcla o aire. Por lo tanto se trata de un ciclo abierto.

Vemos un ciclo genérico de un motor de combustión interna.

Este consta de las siguientes partes generales: Existe una presión mínima en el sistema equivalente a pa. Desde 1 hasta 2 se realiza una compresión, en teoría adiabática sin roce. Entre 2 y 3 se realiza la combustión, con un aporte de calor Qabs. Entre 3 y 4 se realiza la expansión de los gases calientes. Normalmente es en esta etapa donde se entrega la mayor parte del trabajo. Esta expansión es también, en teoría, adiabática y sin roce. En 4 se botan los gases quemados a la atmósfera. El ciclo es realmente abierto, pero (para efectos de análisis) se supone que se cierra entre 4 y 1, volviéndose el estado inicial. Se introduce, por lo tanto, el concepto de Ciclo de aire equivalente. Esto significa que suponemos que el ciclo lo describe solo aire, al cual lo hacemos pasar por una sucesión de estados tal que se reproduce el ciclo real. Esto implica las siguientes suposiciones y simplificaciones:

Las propiedades del aire se suponen constantes para todo el ciclo (no varían ni Cp ni Cv, aunque en el caso real sí lo hacen por variación

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