1. Motores trmicosTecnologa Industrial II

2. ndice Mquinas trmicas Ciclo de Carnot Ciclo Rankine Ciclo Brayton Ciclo Otto Ciclo Diesel Motores de cuatro y de dos tiempos Mquinas frigorficas 3. Mquinas trmicas Mquina: conjunto de elementos que permiten vencer una resistencia o transformar una informacin aplicando una energa Mquina trmica: dispositivo que trabaja de forma cclica o de forma continua para producir trabajo mientras se le da y cede calor, aprovechando las expansiones de un gas que sufre transformaciones de presin, volumen y temperatura en el interior de dicha mquina 4. Hiptesis usadas con mquinas trmicas El gas del interior de la mquina es ideal. Se analiza un volumen fijo, como si fuera siempre el mismo gas el que se calienta, se enfra, recibe o realiza trabajo. Las combustiones se consideran como aportes de calor desde una fuente a temperatura elevada La expulsin de gases quemados con la prdida de calor que eso supone, se considera enfriar el volumen fijo. Los procesos que sufre el gas son cclicos, y el final de cada ciclo coincide con el estado inicial del gas. 5. Representacin simplificadaMOTORQ = E i + W En un ciclo TF=TI E i = 0W = Q ENTRA QSALE=E TIL E CONSUMIDA=W Q ENTRA 6. Clasificacin de los motores Por la forma del aporte de calor: De combustin interna De combustin externaPor el movimiento de sus piezas: AlternativosRotativosDe chorro 7. Frigorficos 8. Ciclo de Carnot 9. Descripcin Transformaciones A-B: Isoterma B-C: Adiabtica C-D: Isoterma D-A: AdiabticaPulsa para ver la animacin 10. Clculos W = Q ENTRA QSALE W Q E QS QS = = =1 QE QE QE QS TBAJA = Q E TALTA TRMICOTBAJA =1 TALTA 11. Consecuencias El rendimiento de Carnot slo depende de las temperaturas mxima y mnima que se alcanzan en el ciclo El rendimiento es mayor cuanto ms elevada es la temperatura alta y cuanto menor es la tempreratura baja No existe ninguna mquina que genere trabajo de forma continua si slo le damos energa calorfica y no la refrigeramos. No puede existir una mquina trmica que funcionando entre dos temperaturas dadas tenga mayor rendimiento que una de Carnot. 12. Ciclo Rankine 13. Diagrama p-V con cambio de fase 14. Descripcin Transformaciones 1-2: Compresin de lquido 2-3: Vaporizacin isocora 3-4: Expansin adiabtica 4-1: Condensacin Pulsa para ver la animacin 15. Clculos W = Q ENTRA QSALE W Q E QS QS = = =1 QE QE QE QS TBAJA = Q E TALTA TRMICOTBAJA = 1 TALTANunca se alcanza este rendimiento ideal 16. Aplicaciones Centrales termoelctricasLocomotoras de vapor 17. Ciclo Brayton 18. Descripcin Transformaciones 1-2: Compresin adiabtica 2-3: Calentamiento isobrico 3-4: Expansin adiabticaPulsa para ver la animacin4-1: Refrigeracin isobara 19. Clculos W = Q ENTRA QSALE Q E = m C P (T3 T2 ) QS = m CP (T4 T1 ) T4 T1 =1 T3 T2 T3 T2 p 2 = T4 T1 p1 TRMICO = 1 11 rP 1 20. Aplicaciones Centrales termoelctricas de gasReactores 21. Partes 22. Ciclo Otto 23. Descripcin Transformaciones 2-3: Compresin adiabtica 3-4: Calentamiento a V constante 4-5: Expansin adiabtica 5-6: Refrigeracin a V constante Pulsa para ver la animacin6-7/1-2: Renovacin de gases 24. Valores geomtricos del motorCarreraValores derivadosDimetroDatosRelacin de compresin rCCilindradaVolumen de la cmara de combustinVolumen mximoRadio de giro del cigeal 25. Descripcin del motor de gasolinaPulsa para ver la animacin 26. Descripcin del motor de gasolina 27. Clculos W = Q ENTRA QSALE Q E = m C V (T4 T3 ) QS = m CV (T5 T6 ) =11 1 rC 28. Correcciones a los ciclosPulsa para ver la animacin 29. Correcciones a los ciclos Adelanto del encendidoAdelanto apertura de la admisin (AAA) Retraso cierre de la admisin (RCA) Adelanto apertura del escape (AAE) Retraso cierre del escape (RCE) Ciclo indicadoWINDICADO DIAGRAMA = WTERICO 30. Correcciones al ciclo indicado Teniendo en cuenta los rozamientosMECNICO =WEJE WINDICADO 31. RendimientosQ ENTRARozamiento Ciclo idealTrabajo tericoTERICO WTERICO Q ENTRA TOTALCiclo indicadoTrabajo indicadoDIAGRAMA WINDICADO WTERICOTrabajo tilMECNICO WTIL WINDICADOWTIL = = TRMICO DIAGRAMA MECNICO Q ENTRA 32. Clculo de la potencia Cada ciclo se produce un trabajo W TIL Un ciclo completo se realiza en dos vueltas La velocidad de giro del motor n se mide en r.p.m. WTIL P= tEn 2 vueltas se hace un trabajo WTIL El motor gira n vueltas en 60 segundos El tiempo que se tarda en girar dos vueltas es: n vueltas 60 s 2 60 t= 2 vueltas t s n 33. Clculo del par motor Se usa el par en vez de fuerza en la mecnica de rotacin En mecnica lineal:W Fd P= = = F v t tEn mecnica de rotacin: P = F v = F r = C en rad/s: 1 vueltas 2 rad n vueltas radrad 1 min 2 n = 2 n 60 s = 60 min 34. Cuatro cilindros en lnea 35. Otros motores 36. Otros motores 37. Otros motores 38. Motores Wankel Motor rotativo de cuatro tiempos 39. Motores de dos tiemposPulsa para ver la animacin 40. Ciclo Diesel 41. Descripcin Transformaciones 2-3: Compresin adiabtica 3-4: Calentamiento a p constante 4-5: Expansin adiabtica 5-6: Refrigeracin a V constante Pulsa para ver la animacin6-7/1-2: Renovacin de gases 42. Valores geomtricos del motor Datos Dimetro Carrera Relacin de compresin rC Relacin de volmenes rV 43. Clculos W = Q ENTRA QSALE Q E = m C P (T4 T3 )QS = m C V (T6 T7 ) rV 1 = 1 1 rC (rV 1)1 44. Introducir combustible 45. Gasolina 46. Gasolina 47. Diesel 48. Sobrealimentacin 49. Ciclos frigorficos 50. Mquinas frigorficas Funcionamiento inverso respecto a los motoresMOTORFRIGORFICO 51. Tipos de mquinas frigorficasREFRIGERADORCOPFRIGOQ ENTRA = W TBCOPFRIGO =TA TBBOMBA DE CALORQSALE COPBOMBA = W TA COPBOMBA = TA TB 52. Refrigeracin por absorcin Cambio de faseCiclo Brayton inversoPulsa para ver la animacin 53. Refrigeracin por compresin Sin cambio de faseCiclo Rankine inverso 54. FIN Jos Ramn Lpez - 2013