Dr. Andrés López Velázquez | Recursos Académicos

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE ING. MECÁNICA ELÉCTRICA

EXPERIENCIA EDUCATIVA:

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

ENCARGADO DE LA EXPERIENCIA EDUCATIVA:

Dr. Andrés López Velásquez

TEMA:

PROBLEMAS DE

ELABORO:

HERNÁNDEZ ROMERO OSCAR

Olalla Preza Oscar

04/11/09

1. La relación de compresión de un ciclo Otto es de 8:1. Antes de iniciar la carrera de compresión del ciclo, la presión absoluta es de 14.5 lbf/in2 y la temperatura es de 80 °F. El calor agregado al aire por el ciclo es de 888 BTU/lb de aire.

Sobre la base del ciclo estándar de aire, determinar:

a) La presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo.

b) La eficiencia térmica teórica.

c) La presión media efectiva para el ciclo, en lb/in2.

a) De la ecuación de la eficiencia

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[pic]

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Despejando [pic]:

[pic]

[pic]

Entonces:

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Sabemos que;

[pic]

Despejando [pic]

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Como [pic] ;

[pic]

Por lo tanto: [pic]

[pic]

[pic]

El suministro de calor esta dado por:

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Despejando [pic] y sabiendo que:

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Por ley general del estado gaseoso en el punto 2 y teniendo en cuenta que: [pic]

[pic]

Despejando [pic]

[pic]

[pic]

Como [pic], y utilizando la ecuación general de los gases en el estad tres;

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[pic]

[pic]

Sabemos que: [pic]

Y que [pic], entonces: [pic]

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Calculamos V1 mediante la ecuación general de los gases

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[pic]

[pic]

Nuevamente de la ecuación general para gases y sabiendo que [pic];

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b) La eficiencia esta dada por:

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c) La potencia media se determina mediante la ecuación siguiente:

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Sustituyendo en la fórmula de potencia media

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2. El aire al inicio de compresión de un ciclo Otto estándar de aire esta a 14 psi y 80°F, el volumen del cilindro es de 0.2 ft3. El radio de compresión 9; y se agregan 9.2 BTU durante el proceso de adición de calor. Calcular:

a) Las temperaturas y presiones después de los procesos de compresión y adición de calor.

b) La eficiencia térmica.

Calculando la eficiencia tenemos:

[pic]

[pic]

[pic]58.47%

Calculando t2: [pic]

[pic]

T2= 840.26

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P2=303.43lbf/in2

V1/v2= [pic]

[pic]

V2=.022 ft3

T3=1300.26 °R+9.2btu/(.140 lbm)(171 btu/lbm°R)

T3= 4683.2 °F

M= P1V1/°RT1

M=(14 lbf/in2)(o.2 ft3)(144 in2/ft2)/(5313 lbf.ft/lbm°R)(540°R)

P2V2/RT2=P3V3/RT3

DESPEJANDO P3=(303.43)(5143.2)/1300.26

P3=1200.22 PSI

3. Un ciclo Otto estándar de aire opera con una razón de compresión de 8.5. Al principio de la compresión el aire posee una presión de 14.5 psia y 90°F, y durante el proceso de adición de calor la presión se triplica.

a) Calcular la eficiencia térmica del ciclo.

b) Determinar la eficiencia de una máquina de Carnot operando entre los mismos límites de temperatura total.

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[pic]

[pic]

P1V1=RT1

V1=RT1/P1= (53.34 lbf/lbm°R)(90+460)/(14.5 lbf/in2)(144.4 ft2)

V2=V1/[pic]= 14.05/8.5 = 1.65 ft3/lbm

CALCULANDO P2

P2=14.5 PSI(8.5)1.4

P2=290 PSI

CALCULANDO T2= P2V2/°R = (290 PSI)(1.65 ft3/lbm)(144 ft2)

T2= 831.7 °F

n=1-T1/T2 =1-(90/831.7)°F =.8017 =80.17%

4. Un ciclo Otto estándar de aire que tienen una razón de compresión de 9 y una adición de calor de 870 BTU/lb de aire. Si la presión y la temperatura al inicio del proceso de compresión son de 14 psia y 40°F, respectivamente. Determinar:

a) La presión y la temperatura máxima para el ciclo.

b) La eficiencia térmica.

c) La presión media efectiva.

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a) [pic]

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b)

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Como V2=V3

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a) Para la eficiencia

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b) Para la presión media efectiva

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[pic]

5. Al inicio de la compresión de un ciclo Otto estándar de aire la presión es de 14 psia y la temperatura es de 80°F. Al final de la compresión se ha incrementado por un factor de 15.3 y durante el proceso de combustión se agregan 497 BTU/lb de calor.

Empleando las tablas de aire, determinar:

a) La razón de compresión.

b) La temperatura al final de la compresión en °R.

c) La temperatura al final de la expansión en °R.

d) El trabajo realizado durante la expansión en BTU/lb.

e) El trabajo efectuado durante la compresión en BTU/lb.

f) La eficiencia térmica del ciclo.

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b)

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[pic]

c)

[pic]

d)

[pic] [pic] [pic],

[pic]

e)

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[pic]

g)

6. Un ciclo Diesel de aire estándar opera con una razón de compresión de 14.8 y una razón de carga de 2. Al iniciar la compresión la temperatura y la presión son 100°F y 14.5 psia, respectivamente. Determinar:

a) La máxima temperatura del ciclo en °R.

b) El calor de entrada en BTU/lb.

T2= T1 [pic] = (560°R)(14.8)1.4-1= 1645.48°R

T3= (1645.48°R)(2)= 3290.96°R

2Q3= CP aire (T3-T2)= (0.24 BTU/lbm°R)(3290.96°R-1645.48°R)=394.915 BTU/lbm

7. Una máquina opera en el ciclo Diesel teórico con una razón de compresión de 12:1, y el combustible es inyectado a 10% de la carrera. La presión del aire que entra al cilindro es de 14 psia y su temperatura es de 60°F.

a) Determinar la razón de carga.

b) Determinar la temperatura en °R al final del proceso de compresión y al final del proceso de adición de calor.

8. Un ciclo Diesel estándar de aire opera con una razón de compresión de 10 y una razón de carga de 2. Al principio de la compresión la temperatura de aire y la presión son de 90°F y 14.5 psia. Determinar la temperatura máxima en el ciclo en °F.

9. Un ciclo Diesel operando en un ciclo estándar de aire posee una razón de compresión de 15. La presión y la temperatura al principio de la compresión son 15 psia y 60°F. Si la temperatura máxima del ciclo es de 4 200 °R, determinar:

a) La eficiencia térmica.

b) La presión media efectiva.

10. Las condiciones de entrada para un ciclo Diesel teórico operando con una razón de compresión de 15, son 14.4 psia y 60°F. Al inicio de la compresión el volumen del cilindro es de 270 in2, y se añaden 9 BTU de calor al gas durante el proceso de calentamiento a presión constante.

a) Calcular la presión y temperatura al final de cada proceso del ciclo.

b) Determinar la eficiencia térmica y la presión media efectiva.

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