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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL AGRO-INDUSTRIAL PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN MECÁNICA

Ciclo Otto

Autor Cañas Yordan CI: 21.000.257

Sección: SCD4A DOCENTE: Alexander Largo

San Cristóbal, mayo de 2020

1) ¿Cuáles son los cuatro procesos que constituyen el ciclo Otto ideal? Un ciclo Otto ideal es una aproximación teórica al comportamiento de un motor de explosión. Las fases de operación de este motor son las siguientes: Admisión (A) El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de mezcla (aire + combustible) en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante (ya que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior). En el diagrama PV aparece como la línea recta E→A. Compresión (B) El pistón sube comprimiendo la mezcla. Dada la velocidad del proceso se supone que la mezcla no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente, por lo que el proceso es adiabático. Se modela como la curva adiabática reversible A→B, aunque en realidad no lo es por la presencia de factores irreversibles como la fricción. Combustión Con el pistón en su punto más alto, salta la chispa de la bujía. El calor generado en la combustión calienta bruscamente el aire, que incrementa su temperatura a volumen prácticamente constante (ya que al pistón no le ha dado tiempo a bajar). Esto se representa por una isócora B→C. Este paso es claramente irreversible, pero para el caso de un proceso isócoro en un gas ideal el balance es el mismo que en uno reversible. Expansión (C) La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él. De nuevo, por ser un proceso muy rápido se aproxima por una curva adiabática reversible C→D. Escape (D) Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una temperatura mayor que la inicial, siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fría en la siguiente admisión. El sistema es realmente abierto, pues intercambia masa con el exterior. No obstante, dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la misma podemos, para el balance energético, suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón está en su punto más bajo, el volumen permanece aproximadamente constante y tenemos la isócora D→A. Cuando el pistón empuja el aire hacia el exterior, con la válvula abierta, empleamos la isobara A→E, cerrando el ciclo. En total, el ciclo se compone de dos subidas y dos bajadas del pistón, razón por la que se le llama motor de cuatro tiempos.

2) ¿Cómo se relacionan las rpm de un motor real de cuatro tiempos en el número de ciclos termodinámicos? ¿Cuál sería su respuesta para un motor de dos tiempos? En un motor de cuatro tiempos cada ciclo ocurre en dos vueltas del eje cigüeñal, por tanto, las rpm son el doble del número de ciclos termodinámicos. En cambio, en un motor de dos tiempos un ciclo ocurre en una vuelta del cigüeñal por lo que el número de revoluciones es igual al número de ciclos

3) ¿Los procesos que constituyen el ciclo Otto se analizan como procesos de sistema cerrado o abierto? ¿Por qué? Los procesos se analizan como sistemas cerrados debido a que en la realidad no se cumple el ciclo termodinámico teórico ya que el ciclo real funciona sobre un sistema abierto. Para el análisis del ciclo teórico se supone que el ciclo es cerrado y que el medio sufre el proceso del ciclo repetidas veces.

4) ¿Por qué no se usan altas relaciones de compresión en motores de ignición por chispa? Tanto en los motores de ciclo Otto como en el diésel el rendimiento aumenta al aumentar la compresión, pero en el caso del ciclo Otto se logra un rendimiento aproximado del 64% con una compresión de 12:1, y, en el caso de los Diésel es necesario una compresión de 21:1 para el mismo rendimiento. El mayor problema en los motores de encendido por chispa es evitar que se produzca autodetonación por compresión. Por su parte en los motores diésel se procura provocarla anticipadamente. Por ello en los motores de gasolina la relación de compresión no debe sobrepasar ciertos valores (12:1), mientras que en los motores diésel se alcanzan valores mucho más elevados, de hasta 22:1, para garantizar un arranque satisfactorio.

5) Un motor de ignición por chispa tiene una relación de compresión de 8, una eficiencia isentropica de compresión de 85 por ciento y una eficiencia isentropica de expansión de 95 por ciento. Al principio de la compresión, el aire en el cilindro está a 13 psia y 60°F. La temperatura máxima se encuentra por medición que es 2300°F. Determine el calor suministrado por unidad de masa, la eficiencia térmica y la presión efectiva media de este motor cuando se modela con el ciclo Otto. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente.

6) Un ciclo de Otto ideal con aire como fluido de trabajo tiene una relación de compresión de 8. Las temperaturas mínima y máxima del ciclo son 540 y 2400 R. Teniendo en cuenta la variación de calores específicos con la temperatura. Determine: a) la cantidad de calor transferido al aire durante el proceso de adición de calor b) la eficiencia térmica c) la eficiencia térmica de un ciclo de Carnot que opere entre los mismos límites de temperatura.