EJERCICIO REALIZADO 1. Un motor de gasolina de cuatro cilindros, de cuatro tiempos, de 2.2 L opera en un ciclo Otto con una relación de compresión de 10. El aire está a 100 kPa y 60 °C al principio del proceso de compresión, y la presión máxima para el ciclo es 8 MPa. Los procesos de compresión y expansión pueden ser modelados como politrópicos, cuya constante politrópica es de 1,3. Usando calores específicos constantes constantes a 850 K, determine: a) b) c) d) e)
La temperatura final del proceso de expansión La salida de trabajo neto y la eficiencia térmica La presión media efectiva La velocidad del motor para una salida neta de potencia neta de 70 kW El consumo especifico de combustible, definida como la cantidad de aire dividida por la cantidad de combustible a la entrada es 16.
Desarrollo: Suposiciones: Las suposiciones de aire estándar son aplicables. Los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes. Propiedades Las propiedades del aire a 850 K son c p = 1.110 kJ/kg·K,
c = 0.823 kJ/kg·K, R = 0.287 kJ/kg·K, k = 1.349 v
PARTE A) La temperatura final del proceso de Expansión
Proceso 1-2 Compresión Politrópica.
Proceso 2-3 Adición de calor a volumen constante.
Proceso 3-4 Expansión Politrópica.
Proceso 4-1 rechazo de calor a volumen constante.
PARTE B) La salida de trabajo neto y la eficiencia térmica
PARTE C) La presión media efectiva
PARTE D) La velocidad del motor para una salida neta de potencia neta de 70 kW El volumen de separación y el volumen total del motor al comienzo del proceso de compresión (estado 1) son:
La masa total contenida en el cilindro es:
La velocidad del motor para una potencia neta de 70 kW es:
PARTE E) El consumo especifico de combustible, definida como la cantidad de aire dividida por la cantidad de combustible a la entrada es 16.
Finalmente, el consumo específico de combustible es:
2. Un motor de encendido por compresión de 6 cilindros, de 4 tiempos y de 4.5 L, opera en un ciclo diésel ideal con una relación de compresión de 17. El aire esta al principio a 95 kPa y 55 °C del proceso de compresión y la velocidad de giro del motor es 2000 rpm. El motor usa combustible diésel ligero con un poder calorífico de 42500 kJ/kg, una relación de aire combustible de 24 y una eficiencia del combustible de 98 %. Utilizando calores específicos constantes a 850 K, determinar: a) b) c) d) e)
La temperatura máxima en el ciclo y la relación de corte La salida de trabajo neto por ciclo y la eficiencia térmica. La presión media efectiva La salida de potencia neta El consumo de combustible especifico, en gramos/kWh, definido como la relación entre la masa del combustible consumida y el trabajo neto producido.
Suposiciones: Las suposiciones de aire estándar son aplicables. Los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes. El aire es un gas ideal con calores específicos constantes. Propiedades:
c p = 1.110 kJ/kg·K, c = 0.823 kJ/kg·K, R = 0.287 kJ/kg·K, k = 1.349 v
PARTE A) La temperatura máxima en el ciclo y la relación de corte
Proceso 1-2 Compresión Politrópica.
El volumen de separación y el volumen total del motor al comienzo del proceso de compresión (estado 1) son:
La masa total contenida en el cilindro es:
La masa de combustible consumido durante un ciclo es:
Proceso 2-3 Adición de calor a presión constante.
La relación de corte es:
PARTE B) La salida de trabajo neto por ciclo y la eficiencia térmica.
Proceso 3-4 Expansión Isentrópica.
Proceso 4-1 rechazo de calor a volumen constante.
La salida del trabajo por ciclo y el rendimiento térmico son
PARTE C) La presión media efectiva
PARTE D) La salida de potencia neta
PARTE E) El consumo especifico de combustible, en gramos/kWh, definido como la relación entre la masa del combustible consumida y el trabajo neto producido
EJERCICIO PROPUESTO: 1. Un motor de cuatro cilindros de encendido por chispa y de cuatro tiempos opera sobre el ciclo Otto ideal con una relación de compresión de 11 y un volumen de desplazamiento total de 1.8 litros. El aire está a 90 kPa y 50°C al principio del proceso de compresión. La entrada de calor es de 1.5 kJ por ciclo por cada cilindro. Si se considera la variación de calores específicos del aire con l temperatura, determine: a) b) c) d)
La temperatura máxima y presión que ocurre durante el ciclo El trabajo neto por ciclo por cada cilindro y la eficiencia térmica del ciclo La presión media efectiva La salida de potencia para una velocidad de giro de motor de 3000 rpm
2. Se tiene un motor que opera en el ciclo Diésel Ideal con aire como fluido de trabajo. Al 3 3 inicio del proceso de compresión el volumen del cilindro es de 1200 cm , 75 cm al final 3 y 150 cm después del proceso de adición de calor. También al inicio del proceso de compresión el aire está a 17°C y 100 KPa. Determinar: a) La presión al inicio del proceso de rechazo de calor. b) El trabajo neto por ciclo, en kJ c) La presión media efectiva.
