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Motores térmicos 2º Bto

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Introducción a los motores térmicos para la asignatura Tecnología Industrial II

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Motores térmicos 2º Bto

  1. 1. Motores térmicos Tecnología Industrial II
  2. 2. Índice Máquinas térmicas Ciclo de Carnot Ciclo Rankine Ciclo Brayton Ciclo Otto Ciclo Diesel Motores de cuatro y de dos tiempos Máquinas frigoríficas
  3. 3. Máquinas térmicas Máquina: conjunto de elementos que permiten vencer una resistencia o transformar una información aplicando una energía Máquina térmica: dispositivo que trabaja de forma cíclica o de forma continua para producir trabajo mientras se le da y cede calor, aprovechando las expansiones de un gas que sufre transformaciones de presión, volumen y temperatura en el interior de dicha máquina
  4. 4. Hipótesis usadas con máquinas térmicas      El gas del interior de la máquina es ideal. Se analiza un volumen fijo, como si fuera siempre el mismo gas el que se calienta, se enfría, recibe o realiza trabajo. Las combustiones se consideran como aportes de calor desde una fuente a temperatura elevada La expulsión de gases quemados con la pérdida de calor que eso supone, se considera enfriar el volumen fijo. Los procesos que sufre el gas son cíclicos, y el final de cada ciclo coincide con el estado inicial del gas.
  5. 5. Representación simplificada MOTOR Q = ΔE i + W En un ciclo TF=TI ∆E i = 0 W = Q ENTRA − QSALE η= E ÚTIL E CONSUMIDA = W Q ENTRA
  6. 6. Clasificación de los motores  Por la forma del aporte de calor: − −  De combustión interna De combustión externa Por el movimiento de sus piezas: − Alternativos − Rotativos − De chorro
  7. 7. Frigoríficos
  8. 8. Ciclo de Carnot
  9. 9. Descripción Transformaciones A-B: Isoterma B-C: Adiabática C-D: Isoterma D-A: Adiabática Pulsa para ver la animación
  10. 10. Cálculos W = Q ENTRA − QSALE W Q E − QS QS η= = =1− QE QE QE QS TBAJA = Q E TALTA ηTÉRMICO TBAJA =1− TALTA
  11. 11. Consecuencias     El rendimiento de Carnot sólo depende de las temperaturas máxima y mínima que se alcanzan en el ciclo El rendimiento es mayor cuanto más elevada es la temperatura alta y cuanto menor es la tempreratura baja No existe ninguna máquina que genere trabajo de forma continua si sólo le damos energía calorífica y no la refrigeramos. No puede existir una máquina térmica que funcionando entre dos temperaturas dadas tenga mayor rendimiento que una de Carnot.
  12. 12. Ciclo Rankine
  13. 13. Diagrama p-V con cambio de fase
  14. 14. Descripción Transformaciones 1-2: Compresión de líquido 2-3: Vaporización isocora 3-4: Expansión adiabática 4-1: Condensación Pulsa para ver la animación
  15. 15. Cálculos W = Q ENTRA − QSALE W Q E − QS QS η= = =1− QE QE QE QS TBAJA = Q E TALTA ηTÉRMICO TBAJA = 1− TALTA Nunca se alcanza este rendimiento ideal
  16. 16. Aplicaciones   Centrales termoeléctricas Locomotoras de vapor
  17. 17. Ciclo Brayton
  18. 18. Descripción Transformaciones 1-2: Compresión adiabática 2-3: Calentamiento isobárico 3-4: Expansión adiabática Pulsa para ver la animación 4-1: Refrigeración isobara
  19. 19. Cálculos W = Q ENTRA − QSALE Q E = m · C P · (T3 − T2 ) QS = m · CP · (T4 − T1 ) T4 − T1 η =1− T3 − T2 T3 − T2  p 2  =  T4 − T1  p1    ηTÉRMICO = 1 − γ −1 γ 1 rP γ −1 γ
  20. 20. Aplicaciones   Centrales termoeléctricas de gas Reactores
  21. 21. Partes
  22. 22. Ciclo Otto
  23. 23. Descripción Transformaciones 2-3: Compresión adiabática 3-4: Calentamiento a V constante 4-5: Expansión adiabática 5-6: Refrigeración a V constante Pulsa para ver la animación 6-7/1-2: Renovación de gases
  24. 24. Valores geométricos del motor Carrera  Valores derivados Diámetro  Datos  Relación de compresión rC  Cilindrada  Volumen de la cámara de combustión  Volumen máximo  Radio de giro del cigüeñal
  25. 25. Descripción del motor de gasolina Pulsa para ver la animación
  26. 26. Descripción del motor de gasolina
  27. 27. Cálculos W = Q ENTRA − QSALE Q E = m · C V · (T4 − T3 ) QS = m · CV · (T5 − T6 ) η =1− 1 γ −1 rC
  28. 28. Correcciones a los ciclos Pulsa para ver la animación
  29. 29. Correcciones a los ciclos  Adelanto del encendido Adelanto apertura de la admisión (AAA)  Retraso cierre de la admisión (RCA)  Adelanto apertura del escape (AAE)  Retraso cierre del escape (RCE)  Ciclo indicado WINDICADO ηDIAGRAMA = WTEÓRICO
  30. 30. Correcciones al ciclo indicado  Teniendo en cuenta los rozamientos ηMECÁNICO = WEJE WINDICADO
  31. 31. Rendimientos Q ENTRA Rozamiento Ciclo ideal Trabajo teórico ηTEÓRICO WTEÓRICO Q ENTRA ηTOTAL Ciclo indicado Trabajo indicado ηDIAGRAMA WINDICADO WTEÓRICO Trabajo útil ηMECÁNICO WÚTIL WINDICADO WÚTIL = = ηTÉRMICO · ηDIAGRAMA · ηMECÁNICO Q ENTRA
  32. 32. Cálculo de la potencia • Cada ciclo se produce un trabajo W ÚTIL • Un ciclo completo se realiza en dos vueltas • La velocidad de giro del motor n se mide en r.p.m. WÚTIL P= t En 2 vueltas se hace un trabajo WÚTIL El motor gira n vueltas en 60 segundos El tiempo que se tarda en girar dos vueltas es: n vueltas → 60 s 2 · 60 t= 2 vueltas → t s n
  33. 33. Cálculo del par motor • Se usa el par en vez de fuerza en la mecánica de rotación En mecánica lineal: W F·d P= = = F· v t t En mecánica de rotación: P = F · v = F · ω · r = C · ω ω en rad/s: 1 vueltas → 2π rad n vueltas → ω rad rad  1 min  2π · n ω = 2π · n ·  60 s  = 60  min  
  34. 34. Cuatro cilindros en línea
  35. 35. Otros motores
  36. 36. Otros motores
  37. 37. Otros motores
  38. 38. Motores Wankel • Motor rotativo de cuatro tiempos
  39. 39. Motores de dos tiempos Pulsa para ver la animación
  40. 40. Ciclo Diesel
  41. 41. Descripción Transformaciones 2-3: Compresión adiabática 3-4: Calentamiento a p constante 4-5: Expansión adiabática 5-6: Refrigeración a V constante Pulsa para ver la animación 6-7/1-2: Renovación de gases
  42. 42. Valores geométricos del motor Datos     Diámetro Carrera Relación de compresión rC Relación de volúmenes rV
  43. 43. Cálculos W = Q ENTRA − QSALE Q E = m · C P · (T4 − T3 ) QS = m · C V · (T6 − T7 ) γ rV − 1 η = 1 − γ −1 · rC γ·(rV − 1) 1
  44. 44. Introducir combustible
  45. 45. Gasolina
  46. 46. Gasolina
  47. 47. Diesel
  48. 48. Sobrealimentación
  49. 49. Ciclos frigoríficos
  50. 50. Máquinas frigoríficas  Funcionamiento inverso respecto a los motores MOTOR FRIGORÍFICO
  51. 51. Tipos de máquinas frigoríficas REFRIGERADOR COPFRIGO Q ENTRA = W TB COPFRIGO = TA − TB BOMBA DE CALOR QSALE COPBOMBA = W TA COPBOMBA = TA − TB
  52. 52. Refrigeración por absorción  Cambio de fase  Ciclo Brayton inverso Pulsa para ver la animación
  53. 53. Refrigeración por compresión  Sin cambio de fase  Ciclo Rankine inverso
  54. 54. FIN José Ramón López - 2013

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