UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD ACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL. INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO LABORATORIO PREPARADO POR EL ESTUDIANTE
CONSULTA : CICLO DE OTTO , RANKINE , DIESEL ESTUDIANTE CARRERA SEMESTRE DOCENTE Erick Sa!ia"o I"%i%ría !%rc%ro Quim) *o(í+ar Eríu%& L#$%& Am'i%!a( Ca'asca"o
Físico-Química FECHA ./0
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Ciclo de Oo Muchas Muchas de las máquinas máquinas térmicas térmicas que se construyen construyen en la actualidad actualidad (motores (motores de camion camiones, es, coches coches,, maquina maquinaria ria,, etc.) etc.) están están provi provista stas s de un motor motor denomi denominad nado o !oo" de c#$"o ie!%o&. El ciclo que describe el fuido de trabajo de dichas máquin máquinas as se denomi denomina na ciclo ciclo de Otto Otto,, inve inventa ntado do a nal nales es del del si!l si!lo o "#" "#" por por el in!eniero alemán del mismo nombre. En el ciclo de Oo, el fuido de trabajo es una me$cla de aire y !asolina que e%pe e%peri rime ment nta a una una seri serie e de tran trans& s&or orma maci cion ones es (sei (seis s etap etapas as,, aunq aunque ue el trab trabaj ajo o reali$ado en dos de ellas se cancela) en el interior de un cilindro provisto de un pist'n (ver si!uiente animaci'n).
'. Ad! Ad!i&i( i&i() ) la válvula de admisi'n se abre, permitiendo la entrada en el cilindro de la me$cla de aire y !asolina. *l nali$ar esta primera etapa, la válvula de admisi'n se cierra. El pist'n se despla$a hasta el denominado %#)o !#e"o i)*e"io" +PMI. '-. Co!%"e&i() $di$/ic$ la me$cla de aire y !asolina se comprime sin sin int interca ercam mbia biar calo calorr con el e%ter %terio iorr. +a trans rans&o &orrmac maci'n i'n es por por tanto i&e)"(%ic$. +a posici posici'n 'n que alcan$a alcan$a el pist'n pist'n se denomi denomina na %#)o !#e"o &#%e"io" +PMS. El trabajo reali$ado por la me$cla en esta etapa es ne!ativo, ya que ésta se comprime. -0. E1%lo&i() la buja se activa, salta una chispa y la me$cla se enciende. -urante esta trans&ormaci'n la presi'n aumenta a volumen constante. me$cla la se e%pa e%pand nde e adia adiabá báti tica came ment nte. e. 02. E1%$)&i() $di$/ic$ la me$c -urante este proceso, la ener!a qumica liberada durante la combusti'n se tra trans&o ns&orrma en ener ener! !a mec mecánica nica,, ya que el traba rabajo jo dura urante nte esta esta trans&ormaci'n es positivo. 2'. E)*"i$!ie)o i&(co"o durante esta etapa la presi'n disminuye y la me$cla se en&ra en &ra liberándose calor al e%terior. e%terior. válvul ula a de esca escape pe se abre abre,, e%pu e%pulsa lsand ndo o al e%te e%teri rior or los los '3. E&c$%e la válv produ product ctos os de la combus combusti' ti'n. n. *l nali$ nali$ar ar esta esta etapa etapa el proce proceso so vuelve vuelve a comen$ar.
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Re)di!ie)o del ciclo de Oo ide$l El rendimiento del ciclo de Otto, como el de cualquier otra máquina térmica, viene dado por la relaci'n entre el trabajo total reali$ado durante el ciclo y el calor suministrado al fuido de trabajo
+a absorci'n de calor tiene lu!ar en la etapa y la cesi'n en la /, por lo que
0uponiendo que la me$cla de aire y !asolina se comporta como un !as ideal, los calores que aparecen el ecuaci'n anterior vienen dados por
1a que ambas trans&ormaciones son isoc'ricas. 0ustituyendo en la e%presi'n del rendimiento
+as trans&ormaciones 23 y 4 son adiabáticas, por lo que
5uesto que 7estando,
V 3
6 V y V 4 6 V 2.
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+a relaci'n entre vol8menes
V '4V - se
denomina relaci'n de compresi'n ( r ).
0ustituyendo en la e%presi'n del rendimiento se obtiene
El rendimiento e%presado en &unci'n de la relaci'n de compresi'n es
Ciclo de Rankine
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El ciclo 7an9ine opera con vapor, y es el utili$ado en las centrales termoeléctricas. :onsiste en calentar a!ua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presi'n del vapor, que se hace incidir sobre los álabes de una turbina, donde pierde presi'n produciendo ener!a cinética. 5rosi!ue el ciclo hacia un condensador donde el fuido se lic8a, para posteriormente introducirlo en una bomba que de nuevo aumentará la presi'n, y ser de nuevo introducido en la caldera. +a representaci'n en dia!rama p;< de ciclos en los que el fuido se vapori$a, presentan una di&erencia con respecto a los ciclos de !as, ya que aparece una campana, llamada de cambio de &ase. * la i$quierda corresponde al estado lquido, en el que prácticamente no hay modicaciones de volumen, cuando se aumenta su temperatura o su presi'n. 5or ello las isotermas son prácticamente verticales. * la derecha corresponde al estado vapor, aqu el fuido se comporta como un !as, y por ello las isotermas son muy parecidas a las de los !ases ideales.
-entro de la campana, el fuido se está evaporando, y las isotermas son hori$ontales. Esto es as porqué dada una presi'n, el calor que se le aporta al fuido no se emplea en elevar la temperatura, sino en su evaporaci'n. El rendimiento ideal de este ciclo tiene es el mismo que el ciclo de :arnot, aunque no alcan$a valores tan elevados.
El ciclo de di5&el
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El ciclo de diésel es un motor de encendido por compresi'n (en lu!ar de encendido por chispa). El combustible atomi$ado se inyecta en el cilindro en p 3(alta presi'n) cuando la compresi'n se completa, y hay encendido sin una chispa. =n ciclo -iesel es una apro%imaci'n te'rica al comportamiento de un motor de encendido por compresi'n. 0e representa en un dia!rama p;< como en la !ura adjunta. 0iendo sus &ases las si!uientes
Ad!i&i() E6A. El pist'n desciende mientras la válvula de admisi'n permanece abierta, absorbiendo aire a presi'n constante de la atm's&era. 0e representa como una lnea hori$ontal.
Co!%"e&i() A6B. *sciende el pist'n estando cerradas las válvulas de admisi'n y de escape, se produce la comprensi'n del aire sin intercambio de calor, es decir es una trans&ormaci'n adiabática.
Co!#&i() B6C. =n instante antes de que el pist'n alcance el 5M0 y hasta un poco después de que comience la carrera descendente, el inyector introduce !asoil en el cilindro produciéndose la combusti'n a presi'n constante durante un instante de tiempo mayor que en el motor de encendido por chispa (es la di&erencia más notable con el ciclo de Otto, estudiado anteriormente). *mbas válvulas se mantienen cerradas.
E1%$)&i() C6D. +a reacci'n qumica e%otérmica producida en la combusti'n !enera ener!a que impulsa el pist'n hacia abajo, aportando trabajo al ciclo, correspondiendo esta trans&ormaci'n a una curva adiabática, las válvulas de admisi'n y de escape permanecen cerradas. Escape -;* y *;E. +a válvula de escape se abre, el pist'n prosi!ue su movimiento ascendente y va barriendo y e%pulsando los !ases de la combusti'n, cerrándose el ciclo al producirse una nueva admisi'n de aire cuando se cierra la válvula de escape, a continuaci'n se abre la de admisi'n y el pist'n contin8a su carrera descendente. :omo la cantidad de aire que sale y la que entra en el cilindro es idéntica podemos considerar que es el mismo que ha su&rido un proceso de en&riamiento que se produce en dos &ases, cuando alcan$a el pist'n el 5M#, el volumen se mantiene apro%imadamente constante y se representa en el dia!rama como la is'cora -;*, para posteriormente ser e%pulsado al e%terior a presi'n constante (la de la atm's&era), representándose por la is'bara *;E. :on lo que se cierra el ciclo, tras dos movimientos de subida y bajada del pist'n, tras dos vueltas del ci!>e?al, que corresponden con los cuatro tiempos del motor.
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Observando el ciclo -iesel ideal, podemos considerar despreciables los procesos de admisi'n y de escape a presi'n constante *;E y E;*, puesto que son idénticos en la !ráca y de sentido opuesto, por lo que el calor y el trabajo intercambiados entre ellos se anulan mutuamente.
@iblio!ra&a 1.
H. Callen (1985) Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, Wiley, NY.
2.
A. Bejan, (2006). 'Advanced Eninee!in "#e!$%dyna$ic&', Wiley. BN 0*+16++69
. -eni& . Evan&, E./.-. C%#en /.. %!!i&& (199). 3!%4a4iliy % &ec%nd la7 vi%lai%n& in &#ea!in &eady &ae&3. #y&ical evie7 ee!& +1 (15): 2*01;2*0*. *. -eni& . Evan&, E./.-. C%#en /.. %!!i&& (199). 3!%4a4iliy % &ec%nd la7 vi%lai%n& in &#ea!in &eady &ae&3. #y&ical evie7 ee!& +1 (15): 2*01;2*0*. 5. -eni& . Evan& -e4!a . ea!le& (199*). 3E<=ili4!i=$ $ic!%&ae& 7#ic# ene!ae &ec%nd la7 vi%lain &eady &ae&3. #y&ical evie7 E 50 (2): 16*5;16*8.
