cÁlculo de ciclos teÓricos aire-combustible para motores endotÉrmicos, mediante el

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

José Agüera Soriano 2012 3

PROCESOS FUNDAMENRALESadmisióncompresióncombustión-expansiónescape-barrido

admisión compresión expansión barrido

motor de 4 tiempos

José Agüera Soriano 2012 4

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

José Agüera Soriano 2012 5

José Agüera Soriano 2012 6

José Agüera Soriano 2012 7

Motor de 2 tiempos

expansión barrido-admisión compresión

barrido-admisión

José Agüera Soriano 2012 8

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.

José Agüera Soriano 2012 9

José Agüera Soriano 2012 10

En gasolina se utiliza para pequeñas potencias

José Agüera Soriano 2012 11

En gasolina se utiliza para pequeñas potencias

José Agüera Soriano 2012 12

Los diesel de 2 tiempos para grandes potencias

José Agüera Soriano 2012 13

cigüeñal

José Agüera Soriano 2012 14

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

José Agüera Soriano 2012 15

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.

José Agüera Soriano 2012 17

La compresión se realiza con aire (biatómico).

La expansión se realiza con gases de combustión(mezcla de biatómicos y triatómicos).

Ambas son transformaciones termodinámicas

José Agüera Soriano 2012 18

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.

José Agüera Soriano 2012 19

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.

José Agüera Soriano 2012 20

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

José Agüera Soriano 2012 21

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.

José Agüera Soriano 2012 22

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

José Agüera Soriano 2012 23

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

José Agüera Soriano 2012 24

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

José Agüera Soriano 2012 25

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

José Agüera Soriano 2012 26

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

José Agüera Soriano 2012 27

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.

José Agüera Soriano 2012 28

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

José Agüera Soriano 2012 29

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

José Agüera Soriano 2012 30

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

José Agüera Soriano 2012 31

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

José Agüera Soriano 2012 32

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.

José Agüera Soriano 2012 33

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.

José Agüera Soriano 2012 34

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

José Agüera Soriano 2012 35

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

José Agüera Soriano 2012 38

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