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• Fernando V.C

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Tabla de Contenidos INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 2 OBJETIVO PRINCIPAL .................................................................................................... 2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................................. 2 Capítulo 1 Fundamento Teórico y Antecedentes ........................................................................... 3 Marco Teórico:.................................................................................................................... 3 Funcionamiento y Análisis de los Tiempos del motor ECOM. .......................................... 4 2.1. Primer Tiempo: Admisión .......................................................................................... 4 2.2. Segundo tiempo: Compresión ..................................................................................... 5 2.3. Tercer Tiempo: Trabajo-Expansión ............................................................................ 5 2.4. Cuarto Tiempo: Escape ............................................................................................... 5 Capítulo 2 ........................................................................................................................................ 6 Análisis Termodinámico del Ciclo Diésel ...................................................................................... 6 Eficiencia en Función de las Temperaturas ........................................................................ 7 Eficiencia en Función de los Volúmenes ............................................................................ 7 Capítulo 3 ........................................................................................................................................ 9 Problema Práctico ........................................................................................................................... 9 Anexo ............................................................................................................................................ 19 Comparación de los motores Otto y Diésel Teóricos ................................................................... 19 Conclusiones ................................................................................................................................. 20 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 21

1

INTRODUCCIÓN

Las aplicaciones más importantes en el área de la termodinámica son la de generación de potencia y refrigeración. Centrándonos en la generación de potencia, el cual consiste en llenar a un fluido, también llamada sustancia termodinámica, con energía para que haga un recorrido hacia un dispositivo, maquina térmica, y esta a su vez realice un trabajo. Dependiendo del ciclo termodinámico en el cual opera esta máquina térmica se puede clasificar en ciclos de gas y ciclos de vapor. Los ciclos que se llevan a cabo en los dispositivos reales son difíciles de analizar debido a la existencia de efectos como la fricción y la inexactitud del tiempo para establecer condiciones de equilibrio durante el ciclo para que sea posible. Para esto se debe manejar el estudio de un ciclo en idealizaciones, partiendo de la base de que el ciclo que está siendo analizado es real, cuando se le quitan las complejidades y las irreversibilidades el ciclo es denominado ideal. El ciclo Diésel, en su modelo ideal, es un modelo simplificado de lo que ocurre en un motor diésel. “El ciclo Diésel es el ciclo ideal para las maquinas reciprocantes ECOM (encendido por compresión)” [Cengel, 2012, p504]. Siendo este ciclo muy similar al ciclo del motor ECH (encendido por chispa) su diferencia se encuentra en el método para iniciar la combustión. La diferencia entre el ciclo diésel (motores ECOM) y el ciclo otto (motores ECH) no solo se encuentra en el método para iniciar la combustión, como se verá en secciones más adelante existe diferencia entre las eficiencias de los 2 ciclos, siendo el ciclo otto quien se impone en cuanto a energía se habla. Como se estudiara posteriormente el ciclo de los motores ECOM, es un ciclo de 4 tiempos, al igual que el ciclo otto, tienen un tiempo de admisión, uno de compresión, uno de expansión y por ultimo uno de escape. Pero a pesar de tener los mismos tiempos, estos no se dan con los mismos procesos, de ahí la diferencia de eficiencias y ciclos.

OBJETIVO PRINCIPAL 

Análisis del funcionamiento de los motores ECOM y del ciclo base del cual está diseñado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS   

Encontrar la eficiencia del motor ECOM. Describir los tiempos que suceden en el ciclo Diésel. Analizar y resolver un caso práctico.

2

Capítulo 1 Fundamento Teórico y Antecedentes

Marco Teórico:

El ciclo Diésel, como ya se mencionó anteriormente, es un ciclo ideal de las maquina ECOM. Siendo este propuesto por primera vez por Rudolph Diesel en la década de 1892. También se menciono acerca de la diferencia entre los motores ECOM e ECH, siendo la principal el método de inicio de combustión. En la figura 1.1 se muestra esta diferencia. “En los motores de encendido por chispa (motores de gasolina), la mezcla de aire y combustible se comprime hasta una temperatura inferior a la temperatura de autoencendido y el proceso de combustión se inicia al encender una bujía” [Cengel, 2012, p504]. En los motores ECOM (motores diésel), es necesario comprimir el aire a una temperatura que supere la temperatura de autoencendido del combustible (temperatura a la que una sustancia arde espontáneamente al contacto con el aire), lo cual hará que la combustión inicie cuando el aire entre en contacto con el combustible, lo que sucede cuando el combustible se inyecta dentro del aire caliente.

Figura 1.1 Comparación del encendió entre un motor de gasolina y un motor diésel. [Cengel, 2012,p504]. Entonces, por lo antes dicho, es necesario sustituir la bujía y el carburador de los motores Otto, por un inyector de combustible.

3

En el proceso de compresión, en un motor Otto, se comprime una mezcla de aire y combustible; en contraste, “En los motores Diesel, solamente se comprime aire durante la carrera de compresión, eliminando la posibilidad de autoencendido”. [Cengel, 2012, p504]. Funcionamiento y Análisis de los Tiempos del motor ECOM. En la figura 1.2 se presenta el funcionamiento de los motores ECOM, a continuación se explica en que consiste este funcionamiento.

Figura 1.2 Tiempos de un motor ECOM. Fuente: http://www.fierrosclasicos.com/el-motor-diesel4-tiempos/ 2.1.

Primer Tiempo: Admisión

El pistón realiza la primera carrera desde el PMS (punto muerto superior) al PMI (punto muerto inferior), obteniendo aire debidamente purificado por un filtro y este a su vez pasa por la válvula de admisión el cual permanece abierta con el fin de obtener todo el volumen del cilindro con aire. ” Esto se modela como una expansión a presión constante (ya que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior). Como se verá posteriormente, en un diagrama P-V aparece como una recta horizontal.”[US. 2013] Cuando el pistón llega al PMI la válvula de admisión se cierra instantáneamente. En este tiempo el cigüeñal gira 180°. 4

2.2.

Segundo tiempo: Compresión

“Con la válvula de escape y de admisión totalmente cerrada, el pistón comprime el aire a gran presión llevándolo a una sección del cilindro llamada cámara de combustión. La temperatura que se consigue debido a la presión en la cámara de combustión es de más 600°C.” [US. 2013] Dada la velocidad del proceso, se supone que el aire no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente, por lo que el proceso es adiabático. Por lo que este proceso se modela como una curva adiabática reversible. Por último el cigüeñal dará otros 180° completando así la primera vuelta del árbol del motor. 2.3.

Tercer Tiempo: Trabajo-Expansión

Con el pistón en el PMS se le inyecta combustible regulado por la bomba de inyección ya que la presión en la cámara de combustión es elevada se tiene que inyectar el combustible a una presión superior, comúnmente entre 150 a 300 atmosferas. Nuevamente al ser un proceso a velocidad alta se aproxima a una curva adiabática reversible. “El combustible sale pulverizado e instantáneamente se inflama al hacer contacto con el aire caliente creándose la congestión que hará que el pistón se mueva a PMI, durante este tiempo el cigüeñal gira otros 180°.”[US.2013] 2.4.

Cuarto Tiempo: Escape

La válvula de escape se abre instantáneamente permaneciendo abierta para que el pistón en su movimiento ascendente expulse los gases remanentes a la atmosfera. El cigüeñal realiza otro giro de 180° completando así las 2 vueltas del árbol por ciclo. Este proceso se modela en un proceso isobárico.[Anónimo, 2013]

5

Capítulo 2 Análisis Termodinámico del Ciclo Diésel En la figura 2.1(a) y 2.1(b) se muestran los diagramas para el ciclo diésel en función de P-V y T-S respectivamente.

Figura 2.1. Diagramas P-V y T-S para el ciclo diésel [Cengel, 2012, p504] 6

Analizando la figura 2.1.tenemos que: El proceso 1-2 es una expansión isentrópica, el 2-3 adición de calor a presión constante, el 3-4 una expansión isentrópica y el 4-1 un rechazo de calor a volumen constante. Eficiencia en Función de las Temperaturas Un ciclo diésel contiene dos procesos adiabáticos, 1-2 y 3-4 (figura 2.1), en los que no se intercambia calor. De los otros dos en el calentamiento a presión constante 2-3, el gas recibe una cantidad de calor QC del exterior igual a: 𝑄𝐶 = 𝑚𝐶𝑃 (𝑇3 − 𝑇2 )

𝑒. 𝑐 1

En el enfriamiento a volumen constante 4-1 el sistema cede una cantidad de calor al ambiente QF 𝑄𝐹 = 𝑚𝐶𝑉 (𝑇4 − 𝑇1)

𝑒. 𝑐 2

Entonces la eficiencia del ciclo será: 𝑛=1−

𝑄𝐹 𝑄𝐶

𝑒. 𝑐 3

Entonces reemplazando e.c 1 y e.c 2 en e.c 3 obtenemos que:

𝑛=1−

(𝑇4 − 𝑇1 ) 𝑚𝐶𝑉 (𝑇1 − 𝑇4 ) = 1− 𝑚𝐶𝑃 (𝑇3 − 𝑇2 ) γ(𝑇3 − 𝑇2 )

Donde γ = CP / CV, que es la proporción entre capacidades caloríficas Eficiencia en Función de los Volúmenes La expresión anterior requiere conocer las cuatro temperaturas de los vértices del ciclo. Puede simplificarse teniendo en cuenta las características de cada uno de los procesos que lo componen. Así tenemos, para la compresión adiabática 1→2. 𝑇1 𝑉1 γ−1 =

𝑇2 𝑉2 γ−1

𝑒. 𝑐 4

Que, teniendo en cuenta la relación de compresión, podemos reescribir como

7

𝑟=

𝑉1 𝑉2

⟹

𝑇2 = 𝑇1 𝑟 γ−1

𝑒. 𝑐 5

Para la expansión a presión constante, aplicando la ecuación de estado de los gases ideales

𝑃2 = 𝑃3 ⟹

𝑇2 𝑇3 = 𝑉2 𝑉3

𝑒. 𝑐 6

Introduciendo ahora la relación rc = V3/ V2 obtenemos 𝑇2 = 𝑇2 𝑟𝑐 = 𝑇1𝑟𝑐 γ−1

𝑒. 𝑐 7

Por último, para la temperatura en 4 aplicamos de nuevo la ley de Poisson y el que el enfriamiento es a volumen constante: 𝑉4 = 𝑉1

𝑉3 𝑇3 𝑉3γ−1 = 𝑇4 𝑉4 γ−1 ⟹ 𝑇4 = 𝑇3 ( )γ−1 𝑉1

𝑒. 𝑐 8

Multiplicando y dividiendo por V2 y aplicando el valor de la temperatura en 3 𝑟𝑐 𝑇4 = 𝑇1𝑟𝑐 𝑟 γ−1 ( )γ−1 = 𝑇1𝑟𝑐 γ 𝑟

𝑒. 𝑐 9

Combinado estos resultados nos queda: 𝑇4 − 𝑇1 = 𝑇1 𝑟𝑐 γ − 𝑇1 = 𝑇1 (𝑟𝑐 γ − 1) 𝑇3 − 𝑇2 = 𝑇1𝑟𝑐 𝑟 γ−1 − 𝑇1𝑟 γ−1 = 𝑇1 𝑟 γ−1(𝑟𝑐 − 1)

𝑒. 𝑐 10 𝑒. 𝑐 11

Sustituyendo esto en la expresión del rendimiento obtenemos finalmente (𝑇4 − 𝑇1 ) 𝑟𝑐 γ − 1 𝑛 = 1− = 1 − γ−1 γ(𝑇3 − 𝑇2 ) γ 𝑟 (𝑟𝑐 − 1)

8

Capítulo 3 Problema Práctico CASO DE ESTUDIO – CICLO DIESEL En un ciclo Diesel de aire estándar funciona con una razón de compresión de 16 y temperaturas de ciclo máxima y mínima de 1675 K y 300 K respectivamente. Al principio del proceso de compresión, la presión es de 1 atm. Determine considerando los calores específicos cp y cv constantes (para el aire, suponga k=1.4 y cp = 1.005 kJ/kg), y luego considerando los calores específicos cp y cv variables. Datos: E=16=V1/V2 k=1.4 T1=300k Cp=1.005 KJ/Kg T3=1675k R=0.287 P1=1atm=101.325kpa Cp y Cv constantes: Estado 1-2(compresión) Presión 2

Temperatura 2 1

𝑇1 𝑃1 1−𝑘 =( ) 𝑇2 𝑃2

𝑃1 ∗ 𝛾1 𝑘 = 𝑃2 ∗ 𝛾2 𝑘 𝛾1 𝑘 𝑃2 = 𝑃1 ∗ ( ) 𝛾2 𝑃2 = 101.325 ∗ (16)1.4 𝑃2 = 4914.559𝑘𝑝𝑎 Volumen específico

Estado 2-3(combustión) 𝑃1 ∗ 𝛾1 = 𝑅 ∗ 𝑇1 𝑅 ∗ 𝑇1 𝛾1 = 𝑃1 𝑚3 𝛾1 = 0.8497 𝑘𝑔

1

300 101.325 1−1.4 ) =( 𝑇2 4914.56 𝑇2 = 909.43𝑘

1

Volumen especifico 2 𝛾1 𝛾2 0.8497 16 = 𝛾2 𝑚3 𝛾2 = 0.0531 𝑘𝑔 𝐸=

9

Volumen específico 3

Temperatura y Presión 3

𝑃2 ∗ 𝛾2 𝑃3 ∗ 𝛾3 = 𝑇2 𝑇3

𝑇3 = 1675𝑘

𝑃2 = 𝑃3

𝑃2 = 𝑃3

𝛾3 =

𝛾2 ∗ 𝑇3 𝑇2

𝑃3 = 4914.559𝐾𝑝𝑎

𝑚3 𝛾3 = 0.0978 𝑘𝑔 Estado 3-4(expansión) Presión 4 𝑃3 ∗ 𝛾3 𝑘 = 𝑃4 ∗ 𝛾4 𝑘 𝛾3 𝑘 𝑃4 = 𝑃3 ∗ ( ) 𝛾4 𝛾4 = 𝛾1 𝑃4 = 4914.56 ∗ (

0.0978 1.4 ) 0.8497

Temperatura 4 1

𝑇3 𝑃3 1−𝑘 ( ) = 𝑇4 𝑃4 1

1675 4914.56 1−1.4 ) =( 𝑇4 238.22 𝑇4 = 705.41𝑘

𝑃4 = 238.225𝑘𝑝𝑎

10

Trabajo específico neto 𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐶𝑒 ∗ ∆𝑇 𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐶𝑝 ∗ (𝑇3 − 𝑇2 ) 𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1.005 ∗ (1675 − 909.43) 𝐾𝐽 𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 769.40 𝑘𝑔 𝑅 = 𝐶𝑝 − 𝐶𝑣 0.287 = 1.005 − 𝐶𝑣 𝐶𝑣 = 0.718

Eficiencia del ciclo

0.0978 = 1.84 0.0531 1 ƥ𝑘 − 1 1 𝑒𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 1 − ∗ ∗ 𝑘−1 𝑘 ƥ−1 𝜀 1 1.841.4 − 1 𝑒𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 1 − ∗ 1.4 1.84 − 1 1 ∗ 1.4−1 16 𝑒𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 62.18% ƥ=

𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝐶𝑣 ∗ ∆𝑇 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝐶𝑣 ∗ (𝑇4 − 𝑇1) 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 0.718 ∗ (705.41 − 300) 𝐾𝐽 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 291.08 𝑘𝑔 𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 = 𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝐾𝐽 𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 = 478.32 𝑘𝑔

Presión media efectiva

𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝛾𝑚𝑎𝑥 − 𝛾𝑚𝑖𝑛 478.32 𝑃𝑀𝐸 = 0.8497 − 0.0531 𝑃𝑀𝐸 = 600.45𝐾𝑝𝑎 𝑃𝑀𝐸 =

11

Cp y Cv variables: Datos: E=16=V1/V2

k=1.4

T1=300k

Cp=1.005 KJ/Kg

T3=1675k

R=0.287

P1=1atm=101.325kpa

En el punto 1 T1 = 300k

P1 = 101.325kpa

Para T1=300k

Vr1=621.2

𝑉𝑟1 =𝜖 𝑉𝑟2 𝑉𝑟1 = 𝑉𝑟2 𝜖 𝑉𝑟2 = 38.825 𝑃1 ∗ 𝛾1 = 𝑅 ∗ 𝑇1 𝛾1 = 𝛾1 =

𝑅 ∗ 𝑇1 𝑃1

0.287 ∗ 300 101.325

En el punto 2 Interpolando 880 − 𝑇2 36.61 − 38.825 = 20 36.61 − 39.12 𝑇2 = 862.35 Hallamos presión 2 𝑃1 ∗ 𝛾1 𝑃2 ∗ 𝛾2 = 𝑇1 𝑇2 𝑃1 ∗ 𝛾1 ∗ 𝑇2 = 𝑃2 𝑇1 ∗ 𝛾2 101.325 ∗ 862.35 ∗ 16 = 𝑃2 300 4660.14 = 𝑃2

𝛾1 = 0.8496

12

En el punto 3 𝑉𝑟3 𝛾3 = 𝑉𝑟4 𝛾4

T3 = 1675k Interpolamos 4.949 − 𝑉𝑟3 1680 − 1675 = 4.949 − 5.147 1680 − 1660 𝑉𝑟3 = 4.999 𝑃3 ∗ 𝛾3 = 𝑅 ∗ 𝑇3 𝑅 ∗ 𝑇3 𝛾3 = 𝑃3 𝛾3 =

0.287 ∗ 1675 4660.14

𝛾3 = 0.1031

𝛾1 = 0.8496 4.999 0.1031 = 𝑉𝑟4 0.8496 𝑉𝑟4 = 41.194 Interpolamos 900 − 𝑇4 39.64 − 41.194 = 900 − 880 39.64 − 42.01 𝑇4 = 886.89𝐾

𝑚3 𝑘𝑔

Hallamos la presión 4 𝑃3 ∗ 𝛾3 𝑃4 ∗ 𝛾4 = 𝑇3 𝑇4 𝑃3 ∗ 𝛾3 ∗ 𝑇4 = 𝑃4 𝑇3 ∗ 𝛾4 4660.14 ∗ 0.1031 ∗ 886.89 = 𝑃4 1675 ∗ 0.8496

Hallamos la energía interna y las entalpias necesarias 𝑈1 = 214.07

𝐾𝐽 𝐾𝑔

𝑈4 = 663.64

𝐾𝐽 𝐾𝑔

𝐻3 = 1849.365

𝐾𝐽 𝐾𝑔

𝐻2 = 890.889

𝐾𝐽 𝐾𝑔

299.43𝐾𝑝𝑎 = 𝑃4

13

𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐶𝑒 ∗ ∆𝑇

𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝐶𝑣 ∗ ∆𝑇

𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐶𝑝 ∗ (𝑇3 − 𝑇2 )

𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝐶𝑣 ∗ (𝑇4 − 𝑇1 )

𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐻3 − 𝐻2

𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝑈4 − 𝑈1

𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1849.365 − 890.889

𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 663.64 − 214.07

𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 958.476

𝐾𝐽 𝐾𝑔

Trabajo específico neto

𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 = 𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 = 958.476 − 449.57 𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜

𝐾𝐽 = 508.906 𝐾𝑔

𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 449.57

𝐾𝐽 𝐾𝑔

Eficiencia del ciclo

𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 =

𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 =

508.906 958.476

𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 = 53.09%

Presión media efectiva

𝑃𝑀𝐸 =

𝑃𝑀𝐸 =

𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝛾𝑚𝑎𝑥 − 𝛾𝑚𝑖𝑛

508.906 0.8497 − 0.0531

𝑃𝑀𝐸 = 600.45𝐾𝑝𝑎

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GRÁFICO 1

Fuente: Propia

Diagrama 1,ciclo diesel en Matlab



COMPRESÍON: tomamos como referencia el punto 1 y aplicamos 𝑃1 ∗ 𝛾1 𝑘 = 𝑃2 ∗ 𝛾2 𝑘 Se graficará: Y=80665.6203./x.^1.4



CALENTAMIENTO: será una línea horizontal 𝑃2 = 4914.559𝑘𝑝𝑎 Se graficará:



EXPANSIÓN: tomamos como referencia el punto 4 y aplicamos 𝑃3 ∗ 𝛾3 𝑘 = 𝑃4 ∗ 𝛾4 𝑘

[0.0531, 0.0978], [4914559, 4914559]

Se graficará: 189652.7748./x1.^1.4; 

ESCAPE: será una línea vertical 𝛾1 = 0.8497

𝑚3 𝑘𝑔

Se graficará: [0.8497, 0.8497], [101325, 238225]

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GRÁFICO 2:

Fuente: Propia ;Diagrama 2, Razón de trabajo y relación de compresión con tendencia lineal 

Partimos de la ecuación : 𝑊𝑔𝑎𝑠𝑡𝑑𝑜 𝑊12 = 𝑊𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑊23 + 𝑊34 𝑊𝑔𝑎𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝐶𝑣 ∗ (𝑇2 − 𝑇1 ) = 𝑊𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝐶𝑣 ∗ (𝑇3 − 𝑇4 ) + 𝑃(𝛾3− 𝛾2 ) Teniendo en cuenta que: 𝑇2 = 300 ∗ 𝜀 0.4 𝑇4 = 3332.52 ∗ 𝜀 −0.56 Por lo tanto se graficará:

y4=(215.4*x4.^(0.4)-1)./(1683.35-2392.75*x4.^(-0.56)86.1*x4.^(0.4));

16

GRÁFICO 3

Fuente: Propia; Diagrama 3, Trabajo específico y Relación de compresión con escala logarítmica 

Partimos de la siguiente ecuación: 𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 = 𝑞𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑊𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 = 𝐶𝑝 ∗ (𝑇3 − 𝑇2 ) − 𝐶𝑣 ∗ (𝑇4 − 𝑇1 ) Teniendo en cuenta que: 𝑇2 = 300 ∗ 𝜀 0.4 𝑇4 = 3332.52 ∗ 𝜀 −0.56 Por lo tanto se graficará:

Y6=1898.775-(301.5*x6. ^0.4)-(2392.75*x6. ^-0.56);

17

GRÁFICO 4

Fuente: Propia; Diagrama 4, Eficiencia y Relación de compresión escala logarítmica 

Partimos de la siguiente ecuación: 𝑒𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 1 −

1 ƥ𝑘 − 1 1 ∗ ∗ 𝑘−1 𝑘 ƥ−1 𝜀

Teniendo en cuenta que: ƥ=

0.0978 = 1.84 0.0531 𝑘 = 1.4

Por lo tanto se graficará:

y=1-1.146*x.^-0.4;

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Anexo Comparación de los motores Otto y Diésel Teóricos Los motores Otto y Diésel, que tienen una forma constructiva, una disposición de elementos y un funcionamiento semejantes, se diferencian esencialmente por su sistema de alimentación y por su combustión. En la tabla 1 se muestra una comparación entre estos dos motores. TABLA 1 Descripción y comparación de los motores Diésel y Otto Motores Otto La alimentación en los motores tipo Otto se realiza introduciendo una mezcla de aire y combustible en el interior del cilindro durante la admisión.

Motores Diésel En los motores Diésel el llenado de los cilindros se realiza solamente con aire, introduciendo el combustible a alta presión el cual arde espontáneamente.

Los motores Otto no pueden trabajar con grandes relaciones de compresión. El valor máximo queda limitado a una relación de 9/1 a 10/1 para que la temperatura alcanzada no rebase el punto de inflamación de la mezcla.

En los motores Diésel es necesaria una elevada relación de compresión, del orden de 22/1 a 24/1, para conseguir las temperaturas adecuadas en el interior del cilindro.

Debido a la forma de realizar la mezcla, los motores de tipo Otto necesitan utilizar combustibles ligeros y fácilmente valorizables con el objetivo de obtener una buena mezcla aire- combustible.

En los motores Diésel como la mezcla de aire-combustible se realiza al pulverizar el combustible, la volatilidad del combustible no tiene gran importancia y por ello se pueden utilizar algunos combustibles más pesados.

En los motores Otto la relación de compresión En los motores Diésel el bajo consumo de está muy por debajo del límite crítico, porque combustible se debe, funcionalmente, al alto está limitado por la temperatura cámara de grado de compresión con que trabajan. combustión, al término de la compresión. Por esta razón el consumo de combustible en estos motores es mayor. Debido al tiempo disponible para realizar la mezcla, unos 360° de giro del cigüeñal, y al poco peso de sus elementos móviles, los motores de tipo Otto no tienen limitaciones para alcanzar un gran número de revoluciones. La velocidad a la que pueden llegar es 17000 rpm.

En los motores Diésel, la velocidad de régimen está limitada por el corto tiempo de que disponen para la formación de la mezcla en el interior de sus cilindros, unos 30 ° máximo, lo cual limita la velocidad de los mismos. La velocidad que pueden alcanzar, aun hoy en día, no supera las 6000 rpm.

Fuente: [UCLM, 2014] 19

Conclusiones 

Analizamos el funcionamiento del motor ECOM, y los cambios que se dan en este con respecto a su similar el motor ECH.



Se halló la eficiencia de un motor ECOM, también se demostró por medio del caso práctico, que al considerar calores específicos variables esta eficiencia varia haciéndose menor.



Describimos también los tiempos del motor ECOM, y los procesos que se dan con cada uno de estos tiempos.



Se logró resolver exitosamente un caso práctico, del cual se consideraron dos opciones de desarrollo.

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BIBLIOGRAFÍA [Anónimo, 2013]

Anónimo (2013). Ciclo Ingenieriadelpetroleo.com.

[Cengel, 2012]

YUNES CENGEL Y MICHAEL BOLES (2012). Termodinámica, Editorial McGrawHill.

[UCLM, 2014]

Universidad de Castilla la Mancha (2014). Ciclos Teóricos de Funcionamiento. Universidad de Sevilla - Departamento de Física Aplicada III (2013). Ciclo Diesel.

[US, 2013]

de

Diesel

y

Motor

Diesel.

21