cÁlculo de ciclos teÓricos aire-combustible para motores endotÉrmicos, mediante el
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CÁLCULO DE CICLOS TEÓRICOS AIRE-COMBUSTIBLE PARA MOTORES ENDOTÉRMICOS, MEDIANTE EL PROGRAMA PROGASES CÁLCULO DE CICLO RANKINE PARA CENTRALES TÉRMICAS, MEDIANTE EL PROGRAMA PROPAGUA. MOTORES ALTERNATIVOS. GENERALIDADES. Punto muerto inferior PMI Punto muerto superior PMS - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
José Agüera Soriano 2012 1
CÁLCULO DE CICLOS TEÓRICOS AIRE-COMBUSTIBLE PARA
MOTORES ENDOTÉRMICOS, MEDIANTE EL
PROGRAMA PROGASES
CÁLCULO DE CICLO RANKINEPARA CENTRALES TÉRMICAS,
MEDIANTE EL PROGRAMA PROPAGUA
José Agüera Soriano 2012 2
Punto muerto inferior PMI
Punto muerto superior PMS
Carrera h
Volumen del cilindro V1
Volumen cámara comb. V2
Cilindrada V = V1-V2
Relación de compresión : r = V1/V2
GENERALIDADES
MOTORES ALTERNATIVOS
h
C
B
B'
B''
válvulas
admisión escape
PMS
PMI
biela
manivela
cilindro
pistón
V - 2V1
V2
A
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PROCESOS FUNDAMENRALESadmisióncompresióncombustión-expansiónescape-barrido
admisión compresión expansión barrido
motor de 4 tiempos
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DIAGRAMA TEÓRICO
p
OTTO
W
2
2
Q
V
1Q
3
4
1pa0
PMS PMIA
E
4
PMSA
E
0pa
PMI
2
1
Q
W
2
p
DIESEL LENTO
V
3
Q 1
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Motor de 2 tiempos
expansión barrido-admisión compresión
barrido-admisión
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El motor de 2 tiempos realiza un ciclo termodinámico cada dos carreras (una revolución), en lugar de cuatro del de 4 tiempos. Tiene por tanto mayor potencia; o lo que es lo mismo menores dimensiones.
Tiene el inconveniente de que, parte de la nueva carga que entra en el cilindro, se pierde a través de las lumbreras de escape. Esto es un inconveniente para los de gasolina, por lo que sólo resultan adecuados para pequeñas potencias; no así para los diesel que la admisión es sólo con aire, por lo que se utilizan para grandes potencias.
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En gasolina se utiliza para pequeñas potencias
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En gasolina se utiliza para pequeñas potencias
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Los diesel de 2 tiempos para grandes potencias
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cigüeñal
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Se trata de un Wartsila-Sulzer RTA96-C. Su versión más grande es un 14 cilindros en línea, turbodiesel de dos tiempos, con una cilindrada de 25480 litros y una potencia de 108920 caballos y unpar motor de 7,6 millones de N/m a 102 rpm. Pesa 2086 toneladasy consume 6000 litros de gasoil por hora.
cilindros
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José Agüera Soriano 2012 16
Se llama poder calorífico inferior Hu de un
combustible a su poder calorífico (superior), menos el calor de vaporización del agua
que se forma en la combustión, que se pierde fuera.
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La compresión se realiza con aire (biatómico).
La expansión se realiza con gases de combustión(mezcla de biatómicos y triatómicos).
Ambas son transformaciones termodinámicas
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La compresión se realiza con aire (biatómico).
La expansión se realiza con gases de combustión(mezcla de biatómicos y triatómicos).
Ambas son transformaciones termodinámicas
Los procesos de combustión y escape no son transforma- ciones termodinámicas, pero a efectos de cálculo pueden considerarse como tales, realizadas por los gases de combustión. Su demostración puede verse en el capítulo VII del libro de Termodinámica del autor.
Así pues, a partir de ahora, utilizaremos el diagrama de estado p-v, en lugar del diagrama (no de estado) p-V.
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Influencia de la relación de compresión
v1/v2 > v1/v2
v
2'
ap
v2
Q 1
2
p
3'
3
4'
1
1
4
v A
1
2'2
T =v v
T4T
B
4'
sB'
4 4'
3
3'
2
2'v
1Q
2'=vv
1=vv
En igualdad de condiciones, el rendimiento térmicoaumenta cuando aumenta la relación de compresión,r = V1/V2.
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Influencia de la relación de compresiónEn igualdad de condiciones, el rendimiento térmicoaumenta cuando aumenta la relación de compresión,r = V1/V2.
v1/v2 > v1/v2
área A23B = área A2’3’B’
t4’>t4
gases de escape más calientesv
2'
ap
v2
Q 1
2
p
3'
3
4'
1
1
4
v A
1
2'2
T =v v
T4T
B
4'
sB'
4 4'
3
3'
2
2'v
1Q
2'=vv
1=vv
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Volatilidad
100 200 300 400
20
40
60
80
100
0ºC
% v
apor
izad
o
temperatura
gasolina gasoil
La gasolina es muy volátil; se gasifica a bajas temperaturas.
El gasóleo es poco volátil; se gasifica a temperaturas altas.
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PropiedadesGasolinas carbono, c
85,6%hidrógeno, h
14,4%poder calorífico inferior, Hu
10400 kcal/kg combustibleaire mínimo para la combustión 14,756 kg/kg combustible
Gasóleos carbono, c
86%hidrógeno, h
12%azufre, oxígeno y nitrógeno
2%
poder calorífico inferior, Hu
10000 kcal/kg combustibleaire mínimo para la combustión
13,981 kg/kg combustible
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Dosado y coeficiente de aire
Dosado
ecombustibl kg
aire kg
c
a m
mA
c
mína )(
m
mAe
mína
a
)(m
m
A
A
e
Dosado estequiométrico
Dosado relativo, o coeficiente de aire
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Si,
> 1: mezcla pobre (exceso de aire),
= 1: mezcla estequiométrica,
< 1: mezcla rica (defecto de aire).
mezcla estequiométrica: CO2, H2O, N2 mezcla rica ( < 1): CO2, H2O, N2, CO, H2
mezcla pobre ( > 1): CO2, H2O, N2, O2.Para consumo óptimo,
en los MEP (gasolina) entre 1,05 y 1,15
en los MEC (gasoil): entre 1,2 y 1,8
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Retardo al encendidoCuando se alcanzan las temperaturas para el autoencendido de una mezcla aire-combustible, transcurre un tiempo hasta que se produce (generalmente menos de una milésima de segundo), llamado retardo al encendido.
400
t
T K
rms
0,4
0,8
1,2
500 600
gasolina
gasóleo
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Encendido y combustión en los MEP
La combustión se inicia con una chispa que inflama la capa de combustible gasificado que la envuelve. Esta primera capa inflama a una segunda, ésta a la siguiente, y así sucesivamente hasta el final. Es como un frente de llama que nace en la chispa, recorriendo toda la cámara de combustión.
Para que la combustión progreseha de haber una mínima concen-tración de combustible gasificadoo una mínima cantidad de aire: entre 0,4 y 1,4; en la prácticaentre 0,6 y 1,25.
de llamafrente
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Autoencendido y detonaciónEn los MEP (motores de encendido provocado) la compresión la realiza la mezcla aire-combustible. Si comprimimos demasiado puede autoencenderse, apareciendo el fenómeno de detonación. Por ello, la relación de compresión está limitada.
Si el frente de llama no ha barrido toda la cámara de combustión antes de haber consumido su tiempo de retardo, la mezcla aún por arderexplosiona bruscamente (detona-ción), provocando una fuerza sobre ese extremo del pistón, que luego pasa al otro extremo. El motor tra- bajaría con mayor dureza y además vibrando. Inadmisible.
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Características de los combustiblesPara los MEP interesan combustibles muy volátiles para que estén totalmente vaporizados cuando salta la chispa.
100 200 300 400
20
40
60
80
100
0ºC
% v
apor
izad
o
temperatura
gasolina gasoil
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Características de los combustiblesPara los MEP interesan combustibles muy volátiles para que estén totalmente vaporizados cuando salta la chispa.
Deben tener largo retardo al encendido; cuanto mayor sea, másposibilidad hay de que el frente de llama recorra toda la cámarade combustión antes de que se consuma dicho tiempo.
retardo al encendido
400
t
T K
rms
0,4
0,8
1,2
500 600
gasolina
gasóleo
100 200 300 400
20
40
60
80
100
0ºC
% v
apor
izad
o
temperatura
gasolina gasoil
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retardo al encendido
100 200 300 400
20
40
60
80
100
0ºC
% v
apor
izad
o
temperatura
gasolina gasoil
Los MEC no necesitan combustibles tan volátiles, pues cuando se inyecta en la cámara de combustión, las temperaturas son suficien- temente elevadas. Deben tener corto retardo de encendido; cuanto menor sea, menos hay que adelantar la inyección, se acumula me- nos combustible y la combustión a volumen constante es menor. La brusca presión que aparece es menor: el motor trabaja con menos dureza.
400
t
T K
rms
0,4
0,8
1,2
500 600
gasolina
gasóleo
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Ciclo mixto En motores diesel lentos (100 rpm), el tiempo de retardo al encendido es despreciable y nohay que adelantar la inyección.
En motores diesel rápidos, hay que adelantar la inyección con objeto de que comience la combustión en las proximidades del PMS, una vez consumido el tiempo de retardo. El combustible acumulado se inflama casi a volumen constante (2-3), por lo que el retardo debe ser corto para que se acumule menos combustible y así el motor trabaje con menos dureza.v v2 4
1
v1 v
5
2
p3
p
3 4
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Cálculo del ciclo aire-combustibleLa mejor forma de calcular los ciclos teóricos es considerando gases de combustión y capacidades caloríficas variables. Mediante el programa PROGASES se resuelve fácil.
Compresión 1-2 (aire) Tenemos dos opciones: a) considerarla isoentrópica, aunque operando con el valor medio que en cada caso corresponda; b) considerarla politrópica de exponente n = 1,35; lo que se ajusta bien a la realidad, tanto en Otto como en Diesel.
Con la segunda opción, operaremos desde el principio con gases de combustión, pues quien manda es el exponente politrópico; no importa el gas que lo realice.
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Expansión 4-5 (gases de combustión) Tenemos dos opciones: a) considerarla isoentrópica, aunque operando con el valor medio que en cada caso corresponda; b) considerarla politrópica de exponente n = 1,30 en el Otto y n = 1,25 en los Diesel, lo que se ajusta bien a la realidad..
Con la segunda opción, operaremos desde el principio con gases de combustión, pues quien manda es el exponente politrópico; no importa el gas que lo realice.
Con primera opción, hay que sacar dos listados, uno con aire para la 1-2 y otro con gases de combustión para el resto de transformaciones. El estado 1 del segundo listado se definirá conla presión y la temperatura del estado 2 del listado anterior.
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Ciclo mixto
Datos:p1 = 1 bar
t1 = 20 ºCr = 13,52 = 1,3202Q23 = 29,1%
n1-2 = 1,35
n4-5 = 1,25
Ejercicio
MIXTO
2v v4
1
5
v1 v
p
máxp3 4
CICLO
2 2
34Q
Q23
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2. v2 = v1/r = 24,3609/13,2 = 1,802 n = 1,35
1. p1= 1 bar t1 = 20 ºC
3 y 4. v3 = v2
Q23 = 0,291
5. v5 = v1
n = 1,25
MIXTO
2v v4
1
5
v1 v
p
máxp3 4
CICLO
2 2
34Q
Q23
PROPIEDADES DE ESTADOS INTRODUCIDOSGAS: Gasóleo, (c= 86,0%; h= 12,0%; Hu= 41868,0 kJ/kg combustible)aire=1,3202; aire(mín) = 13,981 kg/kg combustible; M=29,057 kg/kmolmc = 1,4949 kg combustible/kmol humos; mc·Hu = 62587,8 kJ/kmol humosExergías referidas a ta = 20 °C y pa = 1 bar—————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. presión temp. energía entalpía entropía exergía volumen n° absoluta absoluta interna específica específ. entálpica específico p T u h s e v bar K kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmolK kJ/kmol m³/kmol————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 1,00 293,00 6260,6 8696,7 194,796 0,0 24,3609 2 33,63 728,95 16569,3 22630,0 194,448 14035,3 1,8020 3 63,82 1383,24 34782,4 46283,0 212,109 32510,9 1,8020 4 63,82 2500,43 69868,5 90657,8 235,528 70020,5 3,2574 5 5,16 1512,03 38641,6 51213,1 236,391 30322,6 24,3609
José Agüera Soriano 2012 36
510,08,62587
5,328717,938810356
Q
Wt
PROPIEDADES DE ESTADOS INTRODUCIDOSGAS: Gasóleo, (c= 86,0%; h= 12,0%; Hu= 41868,0 kJ/kg combustible)aire=1,3202; aire(mín) = 13,981 kg/kg combustible; M=29,057 kg/kmolmc = 1,4949 kg combustible/kmol humos; mc·Hu = 62587,8 kJ/kmol humosExergías referidas a ta = 20 °C y pa = 1 bar—————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. presión temp. energía entalpía entropía exergía volumen n° absoluta absoluta interna específica específ. entálpica específico p T u h s e v bar K kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmolK kJ/kmol m³/kmol————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 1,00 293,00 6260,6 8696,7 194,796 0,0 24,3609 2 33,63 728,95 16569,3 22630,0 194,448 14035,3 1,8020 3 63,82 1383,24 34782,4 46283,0 212,109 32510,9 1,8020 4 63,82 2500,43 69868,5 90657,8 235,528 70020,5 3,2574 5 5,16 1512,03 38641,6 51213,1 236,391 30322,6 24,3609
TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS. GAS: Gasóleo—————————————————————————————————————————————————————————————————————————trans- tipo trabajo variación variación variaciónforma-transformaciónexpansión energía entalpía exergíación interna entálpica W=p·dv -v·dp u h e kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1-2 n=1,3500 -10356,0 -13980,6 10308,7 13933,3 14035,3 2-3 isócora 0,0 -5439,9 18213,0 23653,0 18475,7 3-4 isobara 9288,7 0,0 35086,1 44374,7 37509,5 4-5 n=1,2500 32871,5 41089,4 -31226,9 -39444,7 -39697,9
José Agüera Soriano 2012 37
Ciclo Otto
Datos:p1 = 1 bar
t1 = 20 ºCr = 7,8 = 1,0655Q23 = 100%
n1-2 = 1,35
n4-5 = 1,30
Ejercicio p
OTTO
W
2
2
Q
1Q
3
4
1pa0
v2vv1
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2. v2 = v1/r = 24,3609/7,8 =3,1230 n = 1,35
1. p1= 1 bar t1 = 20 ºC
3. v3 = v2
Q23 = 1
4. v4 = v1
n = 1,30
PROPIEDADES DE ESTADOS INTRODUCIDOSGAS: Gasolina, (c= 85,6%; h= 14,4%; Hu= 43543,0 kJ/kg combustible)aire=1,0665; aire(mín) = 14,756 kg/kg combustible; M=28,804 kg/kmolmc = 1,7209 kg combustible/kmol humos; mc·Hu = 74933,8 kJ/kmol humosExergías referidas a ta = 20 °C y pa = 1 bar—————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. presión temp. energía entalpía entropía exergía volumen n° absoluta absoluta interna específica específ. entálpica específico p T u h s e v bar K kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmolK kJ/kmol m³/kmol————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 1,00 293,00 6311,7 8747,8 193,978 0,0 24,3609 2 16,01 601,33 13549,9 18549,5 193,668 9892,7 3,1230 3 80,07 3007,41 88483,7 113488,3 241,790 90724,4 3,1230 4 5,54 1623,89 42801,6 56303,1 238,560 34486,0 24,3609
v2vv1
p
OTTO
W
2
2
Q
1Q
3
4
1pa0
José Agüera Soriano 2012 39
414,08,74933
4,383433,7324
Q
Wt
PROPIEDADES DE ESTADOS INTRODUCIDOSGAS: Gasolina, (c= 85,6%; h= 14,4%; Hu= 43543,0 kJ/kg combustible)aire=1,0665; aire(mín) = 14,756 kg/kg combustible; M=28,804 kg/kmolmc = 1,7209 kg combustible/kmol humos; mc·Hu = 74933,8 kJ/kmol humosExergías referidas a ta = 20 °C y pa = 1 bar—————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. presión temp. energía entalpía entropía exergía volumen n° absoluta absoluta interna específica específ. entálpica específico p T u h s e v bar K kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmolK kJ/kmol m³/kmol————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 1,00 293,00 6311,7 8747,8 193,978 0,0 24,3609 2 16,01 601,33 13549,9 18549,5 193,668 9892,7 3,1230 3 80,07 3007,41 88483,7 113488,3 241,790 90724,4 3,1230 4 5,54 1623,89 42801,6 56303,1 238,560 34486,0 24,3609
TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS. GAS: Gasolina—————————————————————————————————————————————————————————————————————————trans- tipo trabajo variación variación variaciónforma-transformaciónexpansión energía entalpía exergíación interna entálpica W=p·dv -v·dp u h e kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1-2 n=1,3500 -7324,3 -9887,8 7238,2 9801,8 9892,7 2-3 isócora 0,0 -20004,9 74933,8 94938,7 80831,7 3-4 n=1,3000 38343,4 49846,4 -45682,2 -57185,2 -56238,4
José Agüera Soriano 2012 40
CÁLCULO DEL CICLO RANKINE PARA CENTRALES TÉRMICAS,
MEDIANTE EL PROGRAMA PROPAGUA
José Agüera Soriano 2012 41
Ciclo Rankine
Calcular el rendimiento neto del ciclo.
Datos:p1 = 165,33 bar; t1 = 500
oC
p2 = 39 bar
t3 = t1
p4 = 0,053 bar
1
s
p
T
5
6
4
31
2
7
1T 3T
p=
T1
8
José Agüera Soriano 2012 42
81
s
p
T
5
6
4
31
2
7
1T 3T
p=
T1
Agua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg —————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 V 165,330 500,00 3289,85 6,28292 18,5663 1450,87 2 V 39,000 281,35 2910,47 6,28292 57,3614 1071,49 3 V 39,000 500,00 3446,10 7,10370 88,6290 1366,51 4 0,83874 0,053 33,94 2173,03 7,10370 22382,7812 93,44 5 0,00000 0,053 33,94 142,11 0,49044 1,0056 1,20 6 L 165,330 34,36 158,66 0,49044 0,9985 17,75 7 0,00000 165,330 349,98 1671,66 3,77983 1,7406 566,47 8 1,00000 165,330 349,98 2567,82 5,21786 8,8024 1041,07
José Agüera Soriano 2012 43
Wt = Wt1-2 + Wt3-4 = h1 h2 + h3 h4 =
= 3289,85 2910,47 + 3446,1 2173,03 =
= 1652,45 kJ/kg
81
s
p
T
5
6
4
31
2
7
1T 3T
p=
T1
Agua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg —————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 V 165,330 500,00 3289,85 6,28292 18,5663 1450,87 2 V 39,000 281,35 2910,47 6,28292 57,3614 1071,49 3 V 39,000 500,00 3446,10 7,10370 88,6290 1366,51 4 0,83874 0,053 33,94 2173,03 7,10370 22382,7812 93,44 5 0,00000 0,053 33,94 142,11 0,49044 1,0056 1,20 6 L 165,330 34,36 158,66 0,49044 0,9985 17,75 7 0,00000 165,330 349,98 1671,66 3,77983 1,7406 566,47 8 1,00000 165,330 349,98 2567,82 5,21786 8,8024 1041,07
José Agüera Soriano 2012 44
Wt = Wt1-2 + Wt3-4 = h1 h2 + h3 h4 =
= 3289,85 2910,47 + 3446,1 2173,03 =
= 1652,45 kJ/kg
8
Wt5-6 = h5 h6 = 142,11 - 158,66 = 16,55 kJ/kg
1
s
p
T
5
6
4
31
2
7
1T 3T
p=
T1
Agua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg —————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 V 165,330 500,00 3289,85 6,28292 18,5663 1450,87 2 V 39,000 281,35 2910,47 6,28292 57,3614 1071,49 3 V 39,000 500,00 3446,10 7,10370 88,6290 1366,51 4 0,83874 0,053 33,94 2173,03 7,10370 22382,7812 93,44 5 0,00000 0,053 33,94 142,11 0,49044 1,0056 1,20 6 L 165,330 34,36 158,66 0,49044 0,9985 17,75 7 0,00000 165,330 349,98 1671,66 3,77983 1,7406 566,47 8 1,00000 165,330 349,98 2567,82 5,21786 8,8024 1041,07
José Agüera Soriano 2012 45
Wt = Wt1-2 + Wt3-4 = h1 h2 + h3 h4 =
= 3289,85 2910,47 + 3446,1 2173,03 =
= 1652,45 kJ/kg
8
Wt5-6 = h5 h6 = 142,11 - 158,66 = 16,55 kJ/kg
Q = Q6-1 + Q2-3 = h1 h6 + h3 h2 =
= 3289,85 - 158,66 + 3446,1 - 2910,47 =
= 3666,82 kJ/kg
1
s
p
T
5
6
4
31
2
7
1T 3T
p=
T1
Agua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg —————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 V 165,330 500,00 3289,85 6,28292 18,5663 1450,87 2 V 39,000 281,35 2910,47 6,28292 57,3614 1071,49 3 V 39,000 500,00 3446,10 7,10370 88,6290 1366,51 4 0,83874 0,053 33,94 2173,03 7,10370 22382,7812 93,44 5 0,00000 0,053 33,94 142,11 0,49044 1,0056 1,20 6 L 165,330 34,36 158,66 0,49044 0,9985 17,75 7 0,00000 165,330 349,98 1671,66 3,77983 1,7406 566,47 8 1,00000 165,330 349,98 2567,82 5,21786 8,8024 1041,07
José Agüera Soriano 2012 46
Wt = Wt1-2 + Wt3-4 = h1 h2 + h3 h4 =
= 3289,85 2910,47 + 3446,1 2173,03 =
= 1652,45 kJ/kg
8
Wt5-6 = h5 h6 = 142,11 - 158,66 = 16,55 kJ/kg
Q = Q6-1 + Q2-3 = h1 h6 + h3 h2 =
= 3289,85 - 158,66 + 3446,1 - 2910,47 =
= 3666,82 kJ/kg
= (1652,45 16,55)/ 3666,82 = 0,446
1
s
p
T
5
6
4
31
2
7
1T 3T
p=
T1
Agua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg —————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 V 165,330 500,00 3289,85 6,28292 18,5663 1450,87 2 V 39,000 281,35 2910,47 6,28292 57,3614 1071,49 3 V 39,000 500,00 3446,10 7,10370 88,6290 1366,51 4 0,83874 0,053 33,94 2173,03 7,10370 22382,7812 93,44 5 0,00000 0,053 33,94 142,11 0,49044 1,0056 1,20 6 L 165,330 34,36 158,66 0,49044 0,9985 17,75 7 0,00000 165,330 349,98 1671,66 3,77983 1,7406 566,47 8 1,00000 165,330 349,98 2567,82 5,21786 8,8024 1041,07
José Agüera Soriano 2012 47
CÁLCULO DE CICLOS TEÓRICOS AIRE-COMBUSTIBLE PARA
MOTORES ENDOTÉRMICOS, MEDIANTE EL
PROGRAMA PROGASES
CÁLCULO DE CICLO RANKINEPARA CENTRALES TÉRMICAS,
MEDIANTE EL PROGRAMA PROPAGUA
José Agüera Soriano 2012 48
Figuras no incluidas en las diapositivas
PMS
ap
p
V
E(MEP)
E(MEC)
D
F
CA
BPMI
Wi ( )+
( )-PMI
PMS
D
CC F
F
BE
A B
O
Figura 7-17 Figura 7-18
José Agüera Soriano 2012 49
PMS PMI
ip_
pmáx
a
PMS PMI
p
p
OTTOPMS
DIESELPMI
pa
p
VV
régimen de alta potenciarégimen de baja potencia
DIESELOTTO
p
V
marcha en vacíomarcha a plena carga
p
VV1
pmáx
ip
2V
PMS PMI
_
2V 1VDIESELOTTO
p
V
marcha en vacíomarcha a plena carga
p
VV1
pmáx
ip
2V
PMS PMI
_
2V 1V
PMS PMI
ip_
pmáx
Figura 7-20
Figura 7-19
José Agüera Soriano 2012 50
P N
M
pa
p
V
p
pa
V
AB
p
p
V
a
Figura 7-21
Ejercicio 7-4.5 ap
p
V
E''
E
E'
ap
A'
p
V
AA''
José Agüera Soriano 2012 51
p DIAGRAMA REAL
2VPMS
ap
PMI1V
h
V
uhh0,3·
v
2'
ap
v2
Q 1
2
p
3'
3
4'
1
1
4
v A
1
2'2
T =v v
T4T
B
4'
sB'
4 4'
3
3'
2
2'v
1Q
2'=vv
1=vv
T
pa
v2'2v
2'
1Q
Q 1
p
41
4'
1v v A
2'
1T4
B'B s
T
4'4
4'
2
3'
vv=
1
2
3
vv =
vv
=2'
2 3 3'pmáx
p p= máx
Figura 7-28
Figura 7-30
Figura 7-31
José Agüera Soriano 2012 52
Figura 7-33
2N16
25
10
14
10
12
4
2
6
8
0
20
30
40
50
60
70
80
90
50 12,516,7 10=A=3,39 1,69 0,851,13 0,68
% e
n vo
lum
en N
2
% d
e H
O,
2C
O , 2
H , 2
O , 2
CH
4
2O
2H
H O2
CO
,
CO
CO2
CH4
José Agüera Soriano 2012 53
12v v
2
1
v
4
1v2 v
4
1
v
pmáx
2p
3
CICLO
v3
3
OTTO DIESEL
CICLO
MIXTO
2v v4
1
5
v1 v
p
máxp3 4
CICLO
2 2
34Q
Q23
v2
2
1v
1
v
3p3p 3p = pmáx
v2
2
1v v
1
4
p 3
Figura 7-35 Figura 7-36
Figura 7-39Figura 7-38 Ejercicio 7-8.3
Figura 7-37
1
v
p3p máxp=p3
2
4
José Agüera Soriano 2012 54
vv2 4
3
2
p
1v
5
1
v
3
p
4
V2 1V
4
3p
V
23'
2' 1
4'
pW
Ejercicio 7-8.3 Figura 7-40
100
pote
ncia
20
40
60
80
120
cons
umo250
espe
cífic
o
g/ kWh270
N·m
par m
otor
500
650
kW
140
260
230
240
575
725
poten
cia in
dicad
a
poten
cia ef
ectiva
par motor
consumo específico
20
40
60
80
100
120
kW
pote
ncia
7
6
8bar
pres
ión
med
iaef
ectiv
are
ndim
ient
ovo
lum
étric
o
0,8
0,9
0,7
presión media efectiva
poten
cia ef
ectiva
rendimiento volumétrico
Figura 7-41
José Agüera Soriano 2012 55
pres
ión
med
ia e
fect
iva
en b
ar
1
2
4
3
8
9
7
6
5
1000 1500 25002000 3000 3500 4000 rpm
kW
60
50
40
30
20
10800
650
500450
425400
375
350
325
300 g/ kWh
800 1000 14001200 1600 1800 2000rpm
1
2
4
3
6
5
7
8
pres
ión
med
ia e
fect
iva
en b
ar
160 kW
140
120
100
80
60
40
20475
340
300
270
e
Figura 7-42 Figura 7-43
José Agüera Soriano 2012 56
de llamafrente
1v2 1
2
3p
vv
3'3''
2'44'4''
PMS PMIp
vPMS
10
20
40
30
60
50
bar B
A
2 3
2 1
-80º 0º 80º40º
60
20
10
40
30
50
barp
-40º
c
1 2 3
expansión
combustiónexpansión sin
PMS
PMS Figura 7-46
Figura 7-47
Figura 7-45
José Agüera Soriano 2012 57
cons
umo
espe
cífi
copo
tenc
ia e
fect
iva
0,7 0,8 10,9 1,1 1,2 1,3=
consumo mínimo
potencia máxima
= C= H
isoctano (C H )8 18
heptano (C H )7 16
10ºPMS
máxp
p
adelanto del encendido20º 30º 40º
e
p máx
máx máxp
p
e
= 3s1s
Figura 7-50
Figura 7-48
Figura 7-49
Figura 7-51
José Agüera Soriano 2012 58
-40º -20º 20º0º 40º 60º
40
80
60
1 2
PMS
c
máxp
20
barp
3
PMS
expansión
combustiónexpansión sin
1,5 2,52 3 3,5 4 4,50,5co
nsum
o es
pecí
fico
área
de
hum
os in
acep
tabl
e
consumo mínimo
=1po
tenc
ia e
fect
iva
Figura 7-53Figura 7-52
José Agüera Soriano 2012 59
4
2
h
=pp
s
5
2
1
3
=pp 1
=pap
depósito
émboloimaginario
p >p21
p2
1 2
turbinaa
válv
ula
esca
pe
aT
ap
4
=p
1
T
3
s
=p1p
2
s1 s3=
pa
cilindro y émboloadiabáticos imaginarios
turbina I II
pa
T2
ESTADO 2
p
v
ap
PMS PMIA B
5
43
2
61
Figura 7-57
Figura 7-61
Figura 7-59Figura 7-58
Figura 7-60
José Agüera Soriano 2012 60
250
P
900 1200 1500 1800 rpm600
500
750
1000
1250
W
10
5
15
ne
e( )
= n( )P
Pm= m
n( )
PP
e=e
e% g/ kWh
( )nmme=e
( )npp e=e
2600
3
4
bar
15001200900 1800
750
rpm
pe
1000
500
250
me
h
s
p
5
4
32 6
1
cámara decombustión
compresor de gasturbina
combustible
gases escapeaire
1 6
3 4 p a
2pp =
==
1p
Problema 7-12
Problema 7-17