Sistemas de potencia
de gas -1
Ciclos estándar de aire
Máquina de ignición por
chispa
Ayudas visuales para el instructor
Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica
© 2002, F. A. Kulacki
Capítulo 8. Módulo 1. Transparencia ‹#›
Sistemas de potencia de gas - 1
Máquina de ignición por chispa
Panorama
• Ciclos estándar de aire para
máquinas recíprocas
• Características generales de
operación
– Diagramas indicadores
• Máquinas de ignición por chispa
– El ciclo Otto
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Máquina de ignición por chispa
Tipos generales de máquinas
• Máquinas de combustión
interna recíprocas.
• Compresores recíprocos
• Máquinas de vapor
recíprocas
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Máquina de ignición por chispa
Máquinas de un solo tiempo vs. dos
tiempos
Máquina recíproca de un tiempo.
Máquina recíproca de dos tiempos.
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Máquina de ignición por chispa
Diagramas indicadores
Instrumento analógico que mide la presión vs. el
desplazamiento en una máquina recíproca. La
gráfica está en términos de P y V.
p
El área es proporcional al
trabajo realizado por ciclo
V
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Máquina de ignición por chispa
Diagramas indicadores
El trabajo por ciclo se representa en términos
de la presión efectiva media y el desplazamiento.
p
MEP = Presión efectiva media
V
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X = Desplazamiento
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Máquina de ignición por chispa
Diagramas indicadores
Para calcular el trabajo por ciclo utilice el MEP
y el desplazamiento.
Trabajo = MEP  A  desplazamiento
MEP = kiY, donde ki es una constante
Y = ordenada promedio en el diagrama indicador.
X = desplazamiento
A = área del calor del cilindro.
Trabajo  k i YA
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Máquina de ignición por chispa
Diagrama indicador ideal
Máquina de ignición por chispa: el ciclo Otto
p
d
c
e
a
b
V
Desplazamiento
Procesos:
a-b Entrada
b-c Compresión
c-d Combustión
(ignición iniciada
por chispa)
d-e Golpe de fuerza
e-f Gas exhausto
b-a Golpe exhausto
Volumen de vacío
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Máquina de ignición por chispa
Máquina de ignición
por chispa: el ciclo Otto
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Máquina de ignición por chispa
El ciclo Otto
El ciclo Otto de aire
estándar se aproxima a
la máquina automotriz
de combustión interna y
a las máquinas de
aeronaves.
Suponga un proceso
cuasiestático, de
compresión isentrópica y
exhausto isentrópico.
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p 4
s = constante
3
5
1
6
2
V
Desplazamiento
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Máquina de ignición por chispa
El ciclo Otto
s = constante
4
T
p 4
3
3
5
1
6
2
Diagrama P-V para el
sistema de masa real
variable.
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5
V
2 6
V = constante
s
Este es el diagrama T-s para
el sistema de masa fija.
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Máquina de ignición por chispa
El ciclo Otto de aire estándar
Proceso real
• 1-2. Entrada de la mezcla
de combustible/aire a P1
• 2-3. Compresión a P3
• 3-4. Combustión, V = cons.
y P creciente
• 4-5. Expansión
• 5-6. Exhausto a V
constante y presión
decreciente
• 6-1. Exhausto a P1
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Aproximación del ciclo del aire
(Ciclo de masa constante,
cerrado e internamente
reversible)
• 2-3. Compresión isentrópica
• 3-4. Adición de calor a
volumen constante
• 4-5. Expansión isentrópica
• 5-6. Eliminación de calor a
volumen constante
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Máquina de ignición por chispa
El ciclo Otto reversible
• Procesos internamente
reversibles
• Calores específicos constantes
–k = Cp/Cv = constante
• Compresión y expansión
politrópicas, PVk = constante
• Trata al aire como gas ideal.
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Máquina de ignición por chispa
Análisis termodinámico del ciclo
Otto reversible
T
QH
4
QC
5
Q H  C v (T 4  T 3 )
Q L  C v (T 5  T 6 )
3
2 6
V = constante
s
 
QH  QC
QH
1
T5  T6
T4  T3
(1)
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Máquina de ignición por chispa
Ds34  Ds56
Ds34
Análisis termodinámico
del ciclo Otto de aire estándar
dQrev
Cv dt
 
 
3 4 T
trayectoria
a T
T4 
Ds34  Cv ln  ,
 T3 
T4 T5(2)
\

T3 T6
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Ds56
T6 
 Cv ln  
 T5 
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Máquina de ignición por chispa
Análisis termodinámico
del ciclo Otto de aire estándar
T4  T5
T3 T6
s2  s3
T3  v2 

 
T2  v3 
T4   v5 
 
T5  v4 
k 1
k 1
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Máquina de ignición por chispa
Eficiencia térmica
T4

T3
T5
T 4  T3

T6
  1
T3
T6

T3
rv 
v6
v3

T5  T6

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T6
 v3 
  1  
 v6 
  1 r
1 k
1 k
v
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Máquina de ignición por chispa
Eficiencia térmica
rv 
v6

  1 r
v3
1 k
v
Suposiciones clave:
(1) Procesos internamente reversibles
(2) Calores específicos constantes
Consecuencias importantes:
(1) La eficiencia es independiente del fluido de trabajo
(2) La eficiencia es independiente de las temperaturas
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Máquina de ignición por chispa
Eficiencia del ciclo Otto de aire estándar
k = 1.3 = Cp/Cv
QH

T
4
3
5
2,6
WNETO
QC
s
rv
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Ciclo Otto de aire estándar
0.8
0.7
0.6
Eficiencia
0.5
k = 1.4
0.4
0.3
k = 1.3
0.2
0.1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13 14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Razón de presión, Pv
Serie1
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Serie2
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Máquina de ignición por chispa
El ciclo Otto con gases reales
• Calores específicos variables.
• Eficiencia basada en energías internas
obtenidas de las tablas de gases que toman en
cuenta los calores específicos.
 1
T
u5  u6
QH
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Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica
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4
QC
5
3
u4  u3
   ( rv , T 2 ,
QH
m TOT
)
2,6
V = constante
s
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Máquina de ignición por chispa
Fin de sistemas de potencia de gas - 1
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Términos y conceptos clave
Máquina de ignición por chispa
Ciclo Otto
Volumen de vacío
Diagrama indicador
Constante indicadora, ki
Presión efectiva media
Desplazamiento
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