Menu

Refineria
Port Arthur Texas

Cicles teòrics

Cicles teòrics

Els cicles teòrics són aproximacions als cicles reals. Serveixen per estudiar el rendiment d'un motor. En un cicle real hi ha tantes variables que afecten l'eficiència de l'motor que resultaria impossible realitzar càlculs exactes. No obstant això, els cicles teòrics ens permeten fer aproximacions molt fiables.

Per als cicles dels motors endotèrmics, les aproximacions més emprades en ordre d'aproximació a la condicions reals són tres:

  • Cicle real o cicle indicat, mesurat empíricament.
  • Ciclo de aire
  • Cicle aire-combustible.

A aquests cicles teòrics es comparen en la pràctica els cicles reals. Els cicles reals s'obtenen experimentalment per mitjà dels indicadors. L'ús d'aquests indicadors és el motiu pel qual els cicles reals també són anomenats cicles indicats.

Els cicles teòrics no són idèntics als cicles reals, però són una eina molt útil per estudiar termodinàmicament els motors de combustió interna. Especialment per a comprendre com influeixen sobre la seva utilització les condicions de funcionament i per comparar entre si diversos tipus de motors.

Suposicions dels cicles teòrics

Els cicles teòrics també es poden cridar cicles ideals ja que es calcula suposant que les condicions d'operació són ideals tal com es detalla a continuació.

En els cicles teòrics (o cicles ideals) se suposa que el fluid operant està constituït per aire i que aquest es comporta com un gas perfecte. Per això, els valors de les calors específiques es consideren constants i iguals a el de l'aire a les condicions tipus 15º de temperatura i 1 atmosfera de pressió:

Cp = 0,241 Ca / kg ºC;
Cv = 0,172 Ca / kg ºC;

On resulta:
Rendimient dels cicles teòrics

Suposem, a més, que en el cicle teòric (o cicle ideal) les fases d'introducció i sostracció de calor tenen una durada ben determinada, depenent de el tipus de cicle (cicle Otto, cicle dièsel, cicle de Sabathé), i que en les altres fases no hi ha pèrdues de calor.

Amb aquestes hipòtesis els valors màxims de temperatura i pressió, així com, el treball i el rendiment tèrmic calculats per al cicle teòric (o cicle ideal), siguin més elevats que els corresponents als altres tipus de cicles.

El cicle teòric (o cicle ideal) representa el límit màxim que teòricament pot arribar al motor i permet un fàcil estudi matemàtic basat en les lleis dels gasos perfectes.

Cicle d'aire

En el cicle d'aire, el fluid operant és també aire, però se suposa que les calors específiques són variables al llarg de la gamma de temperatures en què s'opera.

Les condicions d'introducció i sostracció de la calor són iguals a les de l'cicle ideal i tampoc hi ha pèrdues de calor. Com el càlcul de les variables termodinàmiques de les calors específiques mitjans és complicat, s'usen taules que donen directament els valors de la calor i el treball. Aquests valors d'energia són en termes d'energia interna i entalpia per als diversos punts de les transformacions isentròpiques de l'aire. Tenint en compte la variacions de les calors específiques, s'obtenen, per la temperatures i pressions màximes, valors inferiors als calculats per al cicle ideal; per tant, el treball i el rendiment tèrmic així mateix més baixos. No obstant això, són encara més grans que els corresponents a un cicle real.

Cicle aire-combustible

Entre tots els cicles que es calculen, el cicle aire-combustible és el més proper a l'cicle real. En el motor d'encesa per guspira (cicle Otto), el fluid està compost, durant la fase d'aspiració, per la barreja i els gasos residuals de la combustió anterior. En el motor d'encesa per compressió està format per aire i els gasos residuals. Després de la combustió, el fluid està constituït per productes de la mateixa, és a dir, una barreja de CO 2 , CO, H 2 O, N 2 .

Aquests gasos tenen una calor específica mitjà encara més alt que el de l'aire; però a més, es compta amb un increment posterior de les calors específics. Aquest increment es deu a la dissociació o descomposició química de les molècules més lleugeres sotmeses a l'acció d'altes temperatures. L'augment de les calors específiques, així com la dissociació que, per ser reacció endotèrmica, absorbeix una part de la calor de la combustió, produeixen un posterior descens de la temperatura i la pressió màxima en comparació amb les calculades per al cicle d'aire.

Per al càlcul de l'cicle aire-combustible es recorre a taules que contenen dades obtingudes experimentalment. Fins i tot per a aquest cicle s'admet no només que la calor és introduït i sostret de manera instantània, com en el cicle ideal, sinó que no es produeixen pèrdues de calor.

Cicle real dels motors endotèrmics

El cicle real s'obté experimentalment. El cicle real es realitza per mitjà de diversos aparells indicadors, capaços de registrar el diagrama de pressions en funció dels volums, en un cilindre motor en funcionament. El diagrama indicat reflecteix les condicions reals de l'cicle i, per tant, té en compte també -a més de les variacions ja enunciades per al cicle aire i per al d'aire-combustible en la comparació de cicles ideals- les pèrdues de calor, la durada de combustió, les pèrdues causades pel fregament de l'fluid, la durada de el temps d'obertura de les vàlvules, el temps d'encesa, així com d'injecció i les pèrdues de la fuita.

Referències

Autor:

Data de publicació: 10 de desembre de 2009
Última revisió: 16 de febrer de 2020