ciclos de potencia

5/14/2018 ciclos de potencia - slidepdf.com

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Máquinas de Fluidos

Compresibles

Ciclos Termodinámicos de Potencia



Ciclo Otto de Aire Estándar

Condiciones de Operación:

Volumen máximo de cilindro con mínima superficie

expuesta, con el fin de reducir la transmisión de calor.

Presión máxima posible al comenzar el tiempo de

expansión o útil.

Velocidad del émbolo máxima para limitar latransmisión de calor.

Máxima expansión posible.




Tiempos del ciclo:

Admisión: El pistón, desde su punto muerto superior, inicia su carrera

descendente provocando un vacío parcial, el cual induce al aire a introducirse enel cilindro. Prácticamente este proceso se realiza a presión constante.

Compresión: Al iniciar su carrera ascendente, desde el PMI, el pistón comprime el

aire-combustible admitido en forma isentrópica.

Encendido: Al llegar el pistón al PMS, se agrega calor a la mezcla, o energía, por medio de la bujía, iniciando un desplazamiento descendente en forma isentrópica.

Escape: El último movimiento ascendente del pistón es con el fin de evacuar los

gases producto de la combustión, liberando la energía a volumen constante.




Diagramas P-V, T-S



Ciclo Diesel de Aire Estándar


Este ciclo funciona bajo los mismo principios queel motor con ciclo Otto, se caracteriza por la

adición de calor a presión constante, la cesión

de calor a volumen constante, así como los

procesos de compresión y expansión

isentrópicos.




Tiempos del ciclo:

Admisión: El pistón, desde su punto muerto superior, inicia su carrera

descendente provocando un vacío parcial, el cual induce al aire a introducirse

en el cilindro. Prácticamente este proceso se realiza a presión constante.

Compresión: Al iniciar su carrera ascendente, desde el PMI, el pistón comprime

el aire-combustible admitido en forma isentrópica.

Encendido: Al llegar el pistón al PMS, se agrega calor a la mezcla, o energía, por

medio de la inyección del combustible, iniciando un desplazamientodescendente en forma isentrópica.

Escape: El último movimiento ascendente del pistón es con el fin de evacuar los

gases producto de la combustión, liberando la energía a volumen constante.




Diagramas P-V, T-S



Ciclo Dual


El ciclo dual fue ideado para compensar el

comportamiento no ideal en ambos tipos de máquinas.En dicho ciclo el calor se agrega a volumen y presión

constante. La adición de calor simula el

comportamiento de una u otra de estas máquinas, pues

en ambas se experimentan cambios de presión y devolumen durante el proceso de la combustión.



Ciclo Dual

Procesos del ciclo:1-2 Compresión isentrópica,

2-2’ Adición de calor a volumen constante,

2’-3 Adición de calor a presión constante,3-4 Expansión isentrópica.



Ciclo Dual

Diagramas P-V, T-S



Geometría del Pistón

PMS

PMI,




El ciclo de Otto teórico se compone de los

siguientes procesos reversibles internamente:

1.- Compresión adiabática, 1-2

2.- Adición de calor a volumen constante, 2-3

3.- Expansión adiabática, 3-4

4.- Expulsión de calor a volumen constante, 4-1




Como el aire actúa como un sistema cerrado, el principiode conservación de la energía, al aplicarse a losdiversos procesos, lleva a las ecuaciones siguientes:para los procesos adiabáticos de compresión yexpansión, como q = 0,

W = u

Para los procesos de adición y eliminación de calor avolumen constante, como w = 0,

q = u




Debido a que los procesos en que participa un flujo de calor involucran un

sistema cerrado como masa constante, la primera ley de la termodinámica

indica que

)(

y

)(

1414

2323

T T mCvU U Q

T T mCvU U Q

ced

sum

y por unidad de masa se puede escribir

)(

y

)(

1414

2323

T T Cvuuq

T T Cvuuq

ced

sum




La eficiencia térmica será:

sum

ced

sun

ced sum

sum

neto

t

q

q

q

qq

Q

W

1

considerando el calor específico

23

14

23

14 11T T

T T

T T C

T T C

v

vt




La relación de compresión r se define de la siguiente manera

superiormuertopuntoelenvolumen

inferiormuertopuntoelenvolumenr

de la geometría del pistón se puede escribir

3

4

2

1

V

V

V

Vr




Los procesos en donde está involucrado el trabajo se pueden modelar como procesos

isoentrópicos, por lo que para el proceso de compresión se puede escribir

C V P y

C V P

k

k

22

11

igualando estas ecuaciones, se tiene lo siguiente:

k

r P

P

1

2

con la ecuación del gas ideal se obtiene la siguiente relación de temperatura

1

1

2 k r

T

T



Ciclo Brayton

En estos ciclos inicialmente el aire se comprime en forma adiabática en un

compresor rotatorio axial o en uno centrífugo. Al final de este proceso, el

aire entra en una cámara de combustión donde se inyecta y quema

combustible a presión esencialmente constante. Los productos de lacombustión se expanden luego a través de una turbina hasta alcanzar la

presión ambiente de los alrededores. Un ciclo compuesto por estos tres

pasos recibe el nombre de ciclo abierto, ya que el ciclo en realidad no se

completa. Los ciclos de las turbinas de gas reales son de tipo abierto, ya

que se debe introducir aire en forma continua en el compresor. Si se deseaexaminar un ciclo cerrado, los productos de la combustión que se han

expandido a través de la turbina deben enviarse a través de un

intercambiador de calor, donde éste se elimina del gas hasta que se obtiene

la temperatura inicial



Ciclo Brayton



Ciclo Brayton



Ciclo Brayton

EC hw

EC hq

s

s

sum

lib

sum

net th

hh

hh

q

q

q

w

23

1411

La aplicación de la primera ley, para los procesos de compresión y

expansión, resulta

De igual manera, para los procesos de suministro y liberación de calor

La eficiencia térmica se expresará de la siguiente forma:



Ciclo Brayton

Hasta ahora los procesos de compresión y expansión se han considerados

como ideales, sin embargo, existe una pérdida de energía en ellos. De

donde se puede definir que su eficiencia es

coisoentropi

realadiab

ww



Ciclo Brayton



Ciclo Brayton

25

23

Re

hh

hh

Transferir por MáximoCalor

aloTransferid Calor reg

Una estrategia posible para aumentar la eficiencia es disminuir

el calor suministrado, lo cual se logra mediante un regenerador,

cuya eficiencia se expresa

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