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Qué es Pascal – Unidad de presión – Definición

2020-01-182019-09-25 por Nick Connor

Pascal – Unidad de presión. Pascal se define como un newton por metro cuadrado. Sin embargo, es conveniente trabajar con múltiplos del pascal: el kPa, la barra y el MPa. Ingenieria termal

¿Qué es la presión?

La presión es una medida de la fuerza ejercida por unidad de área en los límites de una sustancia. La unidad estándar de presión en el sistema SI es el Newton por metro cuadrado o pascal (Pa) . Matemáticamente:

p = F / A

dónde

p es la presión
F es la fuerza normal
A es el área del límite

Pascal se define como la fuerza de 1N que se ejerce sobre el área de la unidad.

1 Pascal = 1 N / m ²

Sin embargo, para la mayoría de los problemas de ingeniería es una unidad bastante pequeña, por lo que es conveniente trabajar con múltiplos del pascal: el kPa , la barra y el MPa .

1 MPa 10 ⁶ N / m ²
1 bar 10 ⁵ N / m ²
1 kPa 10 ³ N / m ²

En general, la presión o la fuerza ejercida por unidad de área en los límites de una sustancia es causada por las colisiones de las moléculas de la sustancia con los límites del sistema. Cuando las moléculas golpean las paredes, ejercen fuerzas que intentan empujar las paredes hacia afuera. Las fuerzas resultantes de todas estas colisiones causan la presión ejercida por un sistema en su entorno. La presión como variable intensiva es constante en un sistema cerrado. Realmente solo es relevante en sistemas líquidos o gaseosos.

[fragmento de xyz-ihs = “presión”]

Pascal – Unidad de presión

Como se discutió, la unidad SI de presión y estrés es el pascal .

1 pascal 1 N / m ² = 1 kg / (ms ² )

Pascal se define como un newton por metro cuadrado. Sin embargo, para la mayoría de los problemas de ingeniería es una unidad bastante pequeña, por lo que es conveniente trabajar con múltiplos del pascal: el kPa , la barra y el MPa .

1 MPa 10 ⁶ N / m ²
1 bar 10 ⁵ N / m ²
1 kPa 10 ³ N / m ²

La unidad de medida llamada atmósfera estándar ( atm ) se define como:

1 atm = 101.33 kPa

La atmósfera estándar se aproxima a la presión promedio al nivel del mar en la latitud 45 ° N. Tenga en cuenta que existe una diferencia entre la atmósfera estándar (atm) y la atmósfera técnica (at).

Una atmósfera técnica es una unidad de presión no SI igual a un kilogramo de fuerza por centímetro cuadrado.

1 a = 98.67 kPa

Ver también: libra por pulgada cuadrada – psi

Ver también: barra – Unidad de presión

Ver también: presiones típicas en ingeniería

Presión absoluta versus presión manométrica

La presión como se discutió anteriormente se llama presión absoluta . A menudo será importante distinguir entre presión absoluta y presión manométrica . En este artículo, el término presión se refiere a presión absoluta a menos que se indique explícitamente lo contrario. Pero en ingeniería a menudo tratamos con presiones, que son medidas por algunos dispositivos. Aunque las presiones absolutas deben usarse en las relaciones termodinámicas, los dispositivos de medición de presión a menudo indican la diferencia entre la presión absoluta en un sistema y la presión absoluta de la atmósfera existente fuera del dispositivo de medición. Miden la presión manométrica .

Presión absoluta. Cuando la presión se mide en relación con un vacío perfecto, se llama presión absoluta (psia). Libras por pulgada cuadrada absoluta (psia) se utiliza para dejar en claro que la presión es relativa a un vacío en lugar de la presión atmosférica ambiental. Dado que la presión atmosférica al nivel del mar es de alrededor de 101.3 kPa (14.7 psi), esto se agregará a cualquier lectura de presión realizada en el aire al nivel del mar.
Presión manométrica. Cuando la presión se mide en relación con la presión atmosférica (14,7 psi), se denomina presión manométrica (psig). El término presión manométrica se aplica cuando la presión en el sistema es mayor que la presión atmosférica local, p _atm . La última escala de presión se desarrolló porque casi todos los manómetros registran cero cuando están abiertos a la atmósfera. Las presiones de los manómetros son positivas si están por encima de la presión atmosférica y negativas si están por debajo de la presión atmosférica.

p _gauge = p _absoluto – p _{absoluto; Cajero automático}

Presión atmosférica. La presión atmosférica es la presión en el aire circundante en – o “cerca” de – la superficie de la tierra. La presión atmosférica varía con la temperatura y la altitud sobre el nivel del mar. La presión atmosférica estándar se aproxima a la presión promedio al nivel del mar en la latitud 45 ° N. La presión atmosférica estándar se define al nivel del mar a 273 ^o K (0 ^o C) y es:
- 101325 Pa
- 1.01325 bar
- 14.696 psi
- 760 mmHg
- 760 torr
Presión negativa del manómetro – Presión de vacío. Cuando la presión atmosférica local es mayor que la presión en el sistema, se utiliza el término presión de vacío . Un vacío perfecto correspondería a la presión cero absoluta. Ciertamente es posible tener una presión manométrica negativa, pero no es posible tener una presión absoluta negativa. Por ejemplo, una presión absoluta de 80 kPa puede describirse como una presión manométrica de −21 kPa (es decir, 21 kPa por debajo de una presión atmosférica de 101 kPa).

p _vacío = p _{absoluto; cajero automático} – p _absoluto

Por ejemplo, un neumático de automóvil bombeado hasta 2.5 atm (36.75 psig) por encima de la presión atmosférica local (digamos 1 atm o 14.7 psia localmente), tendrá una presión absoluta de 2.5 + 1 = 3.5 atm (36.75 + 14.7 = 51.45 psia o 36,75 psig).

Por otro lado, las turbinas de vapor de condensación (en centrales nucleares ) extraen vapor a una presión muy inferior a la atmosférica (p. Ej., A 0,08 bar u 8 kPa o 1,16 psia) y en un estado parcialmente condensado. En unidades relativas es una presión manométrica negativa de aproximadamente – 0.92 bar, – 92 kPa, o – 13.54 psig.

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Qué es la escala de presión – Unidad de presión – Definición

2020-01-182019-09-25 por Nick Connor

Hay varias escalas de presión y unidades de presión. La unidad SI de presión y estrés es el pascal. La unidad estándar en el sistema inglés es la fuerza de libra por pulgada cuadrada (psi). Ingenieria termal

Escalas de presión – Unidades de presión

Pascal – Unidad de presión

Como se discutió, la unidad SI de presión y estrés es el pascal .

1 pascal 1 N / m ² = 1 kg / (ms ² )

1 MPa 10 ⁶ N / m ²
1 bar 10 ⁵ N / m ²
1 kPa 10 ³ N / m ²

La unidad de medida llamada atmósfera estándar ( atm ) se define como:

1 atm = 101.33 kPa

Una atmósfera técnica es una unidad de presión no SI equivalente a un kilogramo de fuerza por centímetro cuadrado.

1 a = 98.67 kPa

Libras por pulgada cuadrada – psi

La unidad estándar en el sistema inglés es la fuerza de libra por pulgada cuadrada (psi) . Es la presión resultante de una fuerza de una libra de fuerza aplicada a un área de una pulgada cuadrada.

1 psi 1 lbf / in ² = 4.45 N / (0.0254 m) ² ≈ 6895 kg / m ²

Por lo tanto, una libra por pulgada cuadrada es aproximadamente 6895 Pa.

La unidad de medida llamada atmósfera estándar (atm) se define como:

1 atm = 14.7 psi

Una atmósfera técnica es una unidad de presión no SI igual a un kilogramo de fuerza por centímetro cuadrado.

1 a = 14.2 psi

Bar – Unidad de presión

La barra es una unidad métrica de presión . No forma parte del Sistema Internacional de Unidades (SI). La barra se usa comúnmente en la industria y en la meteorología , y un instrumento utilizado en meteorología para medir la presión atmosférica se llama barómetro.

Una barra es exactamente igual a 100 000 Pa , y es ligeramente menor que la presión atmosférica promedio en la Tierra al nivel del mar ( 1 bar = 0,9869 atm). La presión atmosférica a menudo se da en milibares donde la presión estándar al nivel del mar se define como 1013 mbar, 1.013 bar o 101.3 (kPa).

Algunas veces, “Bar (a)” y “bara” se usan para indicar presiones absolutas y “bar (g)” y “barg” para presiones de manómetro.

Presiones típicas en ingeniería – Ejemplos

El pascal (Pa) como unidad de medida de presión se usa ampliamente en todo el mundo y ha reemplazado en gran medida la unidad de libras por pulgada cuadrada (psi) , excepto en algunos países que todavía usan el sistema de medida Imperial, incluido Estados Unidos. Para la mayoría de los problemas de ingeniería, el pascal (Pa) es una unidad bastante pequeña, por lo que es conveniente trabajar con múltiplos del pascal: el kPa, el MPa o la barra. La siguiente lista resume algunos ejemplos:

Típicamente, la mayoría de las centrales nucleares opera turbinas de vapor de condensación de múltiples etapas . Estas turbinas extraen vapor a una presión muy inferior a la atmosférica (p. Ej., A 0,08 bar u 8 kPa o 1,16 psia) y en un estado parcialmente condensado. En unidades relativas es una presión manométrica negativa de aproximadamente – 0.92 bar, – 92 kPa, o – 13.54 psig.
La presión atmosférica estándar se aproxima a la presión promedio al nivel del mar en la latitud 45 ° N. La presión atmosférica estándar se define al nivel del mar a 273 ^o K (0 ^o C) y es:
- 101325 Pa
- 1.01325 bar
- 14.696 psi
- 760 mmHg
- 760 torr
La sobrepresión de los neumáticos del automóvil es de aproximadamente 2.5 bar, 0.25 MPa o 36 psig.
Caldera de tubo de fuego de locomotora a vapor: 150–250 psig
Una etapa de alta presión de la turbina de vapor de condensación en la planta de energía nuclear funciona en estado estable con condiciones de entrada de 6 MPa (60 bar o 870 psig), t = 275.6 ° C, x = 1
Un reactor de agua hirviendo se enfría y modera con agua como un PWR, pero a una presión más baja (por ejemplo, 7MPa, 70 bar o 1015 psig), lo que permite que el agua hierva dentro del recipiente a presión produciendo el vapor que hace funcionar las turbinas.
Los reactores de agua a presión se enfrían y moderan con agua líquida a alta presión (por ejemplo, 16MPa, 160 bar o 2320 psig). A esta presión, el agua hierve a aproximadamente 350 ° C (662 ° F), lo que proporciona un margen de subenfriamiento de aproximadamente 25 ° C.
El reactor de agua supercrítico (SCWR) funciona a presión supercrítica . El término supercrítico en este contexto se refiere al punto termodinámico crítico del agua (T _CR = 374 ° C; p _CR = 22.1 MPa)
Inyección directa de combustible common rail: en los motores diesel, presenta un riel de combustible de alta presión (más de 1 000 bar o 100 MPa o 14500 psi).

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Qué es el ciclo de Otto – Problema con la solución – Definición

2020-01-112019-09-25 por Nick Connor

Ciclo Otto – Problema con la solución – Ejemplo. Supongamos el ciclo de Otto. Calcule características clave como la masa de aire de admisión, presiones y MEP. Ingenieria termal

Ciclo Otto – Problema con la solución

Supongamos el ciclo Otto , que es uno de los ciclos termodinámicos más comunes que se pueden encontrar en los motores de automóviles . Uno de los parámetros clave de tales motores es el cambio en los volúmenes entre el punto muerto superior (TDC) y el punto muerto inferior (BDC). La relación de estos volúmenes ( V ₁ / V ₂ ) se conoce como la relación de compresión .

La relación de compresión en un motor de gasolina generalmente no será mucho mayor que 10: 1 debido a un potencial golpe del motor (autoencendido) y no menor a 6: 1. Por ejemplo, algunos motores de autos deportivos pueden tener una relación de compresión de hasta 12.5: 1 (por ejemplo, Ferrari 458 Italia).

Otto Cycle - Diagrama PV — Diagrama pV del ciclo Otto. El área delimitada por la ruta completa del ciclo representa el trabajo total que se puede hacer durante un ciclo.

En este ejemplo, supongamos un ciclo Otto con una relación de compresión de CR = 9: 1 . El aire de admisión está a 100 kPa = 1 bar, 20 ° C, y el volumen de la cámara es de 500 cm³ antes de la carrera de compresión. La temperatura al final de la expansión adiabática es T ₄ = 800 K.

Capacidad calorífica específica a presión constante del aire a presión atmosférica y temperatura ambiente: c _p = 1,01 kJ / kgK.
Capacidad calorífica específica a volumen constante de aire a presión atmosférica y temperatura ambiente: c _v = 0.718 kJ / kgK.
κ = c _p / c _v = 1.4

Calcular:

la masa de aire de admisión
la temperatura T ₃
la presión p ₃
la cantidad de calor agregado al quemar la mezcla de combustible y aire
la eficiencia térmica de este ciclo
el eurodiputado

Solución:

1) la masa del aire de admisión

Al comienzo de los cálculos tenemos que determinar la cantidad de gas en el cilindro antes de la carrera de compresión. Usando la ley de los gases ideales, podemos encontrar la masa:

pV = mR _específico T

dónde:

p es la presión absoluta del gas
m es la masa de sustancia
T es la temperatura absoluta
V es el volumen
R _específica es la constante de gas específica, igual a la constante de gas universal dividida por la masa molar (M) del gas o mezcla. Para aire seco R _específico = 287.1 J.kg ^-1 .K ^-1 .

por lo tanto

m = p ₁ V ₁ / R _específico T ₁ = (100000 × 500 × ^10-6 ) / (287.1 × 293) = 5.95 × 10 ^-4 kg

En este problema se conocen todos los volúmenes:

V ₁ = V ₄ = V _máx= 500 × 10 ^-6 m ³ (0.5l)
V ₂ = V ₃ = V _min = V _max / CR = 55,56 × 10 ^-6 m ³

Tenga en cuenta que (V _max – V _min ) x número de cilindros = desplazamiento total del motor.

2) la temperatura T ₃

Dado que el proceso es adiabático, podemos usar la siguiente relación p, V, T para procesos adiabáticos :

así

T ₃ = T ₄ . CR ^{κ – 1} = 800. 9 ^0.4 = 1926 K

3) la presión p ₃

Nuevamente, podemos usar la ley de gas ideal para encontrar la presión al comienzo de la carrera de potencia como:

p ₃ = mR _específico T ₃ / V ₃ = 5.95 × 10 ^-4 x 287.1 x 1926 / 55.56 × 10 ^-6 = 5920000 Pa = 59.2 bar

4) la cantidad de calor agregado

Para calcular la cantidad de calor agregado al quemar la mezcla de combustible y aire, Q _add , tenemos que usar la primera ley de la termodinámica para el proceso isocrórico , que establece que Q _add = ∆U, por lo tanto:

Q _add = mc _v (T ₃ – T ₂ )

La temperatura al final de la carrera de compresión se puede determinar utilizando la relación p, V, T para procesos adiabáticos entre los puntos 1 → 2.

T ₂ = T ₁ . CR ^{κ – 1} = 293. 9 ^0.4 = 706 K

luego

Q _add = mc _v (T ₃ – T ₂ ) = 5.95 × 10 ^-4 x 718 x 1220 = 521.2 J

5) la eficiencia térmica

Eficiencia térmica para un ciclo Otto:

Como se dedujo en la sección anterior, la eficiencia térmica de un ciclo Otto es una función de la relación de compresión y κ:

6) la presión efectiva media

El MEP se definió como:

En esta ecuación, el volumen de desplazamiento es igual a V _max – V _min . El trabajo neto para un ciclo se puede calcular utilizando el calor agregado y la eficiencia térmica:

W _net = Q _add . η _Otto = 521.2 x 0.5847 = 304.7 J
MEP = 304.7 / ( 500 ×^10-6 – 55.56 × 10^-6) = 685.6 kPa = 6.856 bar

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Qué es la presión efectiva media – MEP – ciclo de Otto – Definición

2019-09-25 por Nick Connor

La presión efectiva media, MEP es la presión constante teórica que, si actuaba sobre el pistón durante la carrera de potencia. Existen varios tipos de diputados. Ingenieria termal

Presión efectiva media – MEP

MEP es una medida muy útil de la capacidad de un motor para realizar trabajos que es independiente del desplazamiento del motor.

Un parámetro utilizado por los ingenieros para describir el rendimiento de los motores de pistón alternativo se conoce como presión efectiva media , o MEP . MEP es una medida muy útil de la capacidad de un motor para realizar trabajos que es independiente del desplazamiento del motor. Hay varios tipos de eurodiputados. Estos MEP se definen por la medición de la ubicación y el método de cálculo (por ejemplo, BMEP o IMEP).

En general, la presión efectiva media es la presión constante teórica que, si actuara sobre el pistón durante la carrera de potencia, produciría el mismo trabajo neto que realmente se desarrolla en un ciclo completo. El MEP se puede definir como:

Por ejemplo, la presión efectiva media neta indicada , conocida como IMEP _n es igual a la presión efectiva media calculada a partir de la presión dentro del cilindro (debe haber esta medición) durante todo el ciclo del motor. Tenga en cuenta que es 720 ° para un motor de cuatro tiempos y 360 ° para un motor de dos tiempos.

Algunos ejemplos:

El MEP de un motor de gasolina atmosférico puede variar de 8 a 11 bar en la región de par máximo.
El MEP de un motor de gasolina turboalimentado puede variar de 12 a 17 bar.
El MEP de un motor diesel atmosférico puede variar de 7 a 9 bar.
El MEP de un motor diesel turboalimentado puede variar de 14 a 18 bar

Por ejemplo, un motor de gasolina de cuatro tiempos que produce 200 N · m de 2 litros de desplazamiento tiene un MEP de (4π) (200 N · m) / (0.002 m³) = 1256000 Pa = 12 bar. Como se puede ver, el MEP es características útiles de un motor . Para dos motores de igual volumen de desplazamiento, el que tenga un MEP más alto produciría el mayor trabajo neto y, si los motores funcionan a la misma velocidad, mayor potencia .

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¿Qué es la densidad en la ciencia? Definición

2020-01-182019-09-25 por Nick Connor

¿Qué es la densidad en la ciencia? En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. Ingenieria termal

¿Qué es la densidad en la ciencia?

Densidad - Gas - Líquido - Sólido — Densidades típicas de varias sustancias a presión atmosférica.

La densidad se define como la masa por unidad de volumen . Es una propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad SI estándar es kilogramos por metro cúbico ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es libras de masa por pie cúbico ( lbm / ft ³ ). La densidad (ρ) de una sustancia es el recíproco de su volumen específico (ν).

ρ = m / V = 1 / ρ

El volumen específico es una variable intensiva , mientras que el volumen es una variable extensa. La unidad estándar para un volumen específico en el sistema SI es metros cúbicos por kilogramo (m ³ / kg). La unidad estándar en el sistema inglés es pies cúbicos por libra de masa (ft ³ / lbm).

Ver también: cómo la densidad influye en la reactividad del reactor

Densidad de materia nuclear

La densidad nuclear es la densidad del núcleo de un átomo. Es la relación de masa por unidad de volumen dentro del núcleo. Como el núcleo atómico transporta la mayor parte de la masa del átomo y el núcleo atómico es muy pequeño en comparación con el átomo completo, la densidad nuclear es muy alta.

La densidad nuclear de un núcleo típico puede calcularse aproximadamente a partir del tamaño del núcleo y de su masa. Los radios nucleares típicos son del orden 10 ⁻¹⁴ m . Asumiendo forma esférica, los radios nucleares se pueden calcular de acuerdo con la siguiente fórmula:

r = r ₀ . A ^1/3

donde r ₀ = 1.2 x ^10-15 m = 1.2 fm

Por ejemplo, el uranio natural consiste principalmente en el isótopo ²³⁸ U (99.28%), por lo tanto, la masa atómica del elemento de uranio está cerca de la masa atómica del isótopo ²³⁸ U (238.03u). Su radio de este núcleo será:

r = r ₀ . A ^1/3 = 7.44 fm.

Suponiendo que sea esférico, su volumen será:

V = 4πr ³ /3 = 1,73 x 10 ^-42 m ³ .

La definición habitual de densidad nuclear da por su densidad:

ρ _núcleo = m / V = 238 x 1.66 x 10 ^-27 / (1.73 x 10 ^-42 ) = 2.3 x 10 ¹⁷ kg / m ³ .

Por lo tanto, la densidad del material nuclear es más de 2.10 ¹⁴ veces mayor que la del agua. Es una inmensa densidad. El término descriptivo densidad nuclear también se aplica a situaciones en las que se producen densidades igualmente altas, como dentro de las estrellas de neutrones. Tales densidades inmensas también se encuentran en las estrellas de neutrones.

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¿Qué es la autoignición en Otto Engine?

2020-01-112019-09-25 por Nick Connor

Autoignición – Golpe del motor. La relación de compresión en un motor de gasolina generalmente no será mucho mayor que 10: 1 debido al potencial golpe del motor (autoencendido). Ingenieria termal

Autoignición en Otto Engine – Golpe del motor

En un motor de gasolina común, la relación de compresión tiene sus límites. La relación de compresión en un motor de gasolina generalmente no será mucho mayor que 10: 1 debido a un potencial golpe del motor ( autoencendido ) y no menor a 6: 1 . Sin embargo, las relaciones de compresión más altas harán que los motores de gasolina estén sujetos a golpes de motor, causados por la autoignición de una mezcla no quemada , si se usa combustible de menor octanaje. La mezcla no quemada puede autoignificarse detonando solo por presión y calor, en lugar de encenderse desde la bujía exactamente en el momento correcto. El golpeteo del motor se puede reducir mediante el uso de combustible de alto octanaje, lo que aumenta la resistencia de la gasolina a la autoignición . Cuanto más alto es el número de octano, más compresión puede soportar el combustible antes de detonar (encenderse). Dado que la temperatura alcanzada por la mezcla de combustible y aire durante la compresión aumenta a medida que aumenta la relación de compresión, la probabilidad de autoignición aumenta con la relación de compresión. La autoignición puede reducir la eficiencia o dañar el motor si no hay sensores de detonación para modificar la sincronización del encendido.

Se pueden lograr relaciones de compresión más altas en motores diesel (también conocidos como motores de encendido por compresión ), porque no comprimen el combustible, sino que comprimen solo aire y luego inyectan combustible en el aire que se calentó por compresión. Las relaciones de compresión en el rango de 12 a 20 son típicas para motores diesel. La mayor expansión en los motores diesel significa que rechazan menos calor en su escape más frío. La relación de compresión más alta (mayor expansión) y la temperatura máxima más alta hacen que los motores diesel alcancen una mayor eficiencia térmica.

Motor de cuatro tiempos - motor Otto — Motor de cuatro tiempos – Motor Otto
Fuente: wikipedia.org, Trabajo propio de Zephyris, CC BY-SA 3.0

Ejemplos de relaciones de compresión: gasolina versus diesel

La relación de compresión en un motor de gasolina generalmente no será mucho mayor que 10: 1 debido a un potencial golpe del motor (autoencendido) y no menor a 6: 1 .
Un Subaru Impreza WRX turboalimentado tiene una relación de compresión de 8.0: 1 . En general, los motores turboalimentados o sobrealimentados ya tienen aire comprimido en la entrada de aire, por lo tanto, generalmente están construidos con una relación de compresión más baja.
Un motor Honda S2000 estándar (F22C1) tiene una relación de compresión de 11.1: 1 .
Algunos motores deportivos deportivos pueden tener una relación de compresión de hasta 12.5: 1 (por ejemplo, Ferrari 458 Italia).
En 2012, Mazda lanzó nuevos motores de gasolina bajo la marca SkyActiv con una relación de compresión de 14: 1 . Para reducir el riesgo de golpe del motor, el gas residual se reduce mediante el uso de sistemas de escape del motor 4-2-1 , implementando una cavidad de pistón y optimizando la inyección de combustible.
Los motores Diesel tienen una relación de compresión que normalmente supera 14: 1 y también son comunes relaciones superiores a 22: 1.

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¿Qué es la eficiencia térmica para el ciclo Otto? Definición

2020-01-112019-09-25 por Nick Connor

La eficiencia térmica del ciclo Otto estándar de aire es una función de la relación de compresión y κ. Un motor automotriz de gasolina típico opera alrededor del 25% al 30% de la eficiencia térmica. Ingenieria termal

Eficiencia térmica para el ciclo Otto

En general, la eficiencia térmica , η _º , de cualquier motor de calor se define como la relación de la obra lo hace, W , para el calor de entrada a la alta temperatura, Q _H .

La eficiencia térmica , η _th , representa la fracción de calor , Q _H , que se convierte en trabajo . Dado que la energía se conserva de acuerdo con la primera ley de la termodinámica y la energía no se puede convertir en trabajo por completo, la entrada de calor, Q _H , debe ser igual al trabajo realizado, W, más el calor que se debe disipar como calor residual Q _C en el ambiente. Por lo tanto, podemos reescribir la fórmula para la eficiencia térmica como:

El calor absorbido ocurre durante la combustión de la mezcla de combustible y aire, cuando se produce la chispa, aproximadamente a un volumen constante. Dado que durante un proceso isocrórico no hay trabajo realizado por o sobre el sistema, la primera ley de la termodinámica dicta ∆U = ∆Q. Por lo tanto, el calor agregado y rechazado están dados por:

Q _add = mc _v (T ₃ – T ₂ )

Q _out = mc _v (T ₄ – T ₁ )

Sustituyendo estas expresiones por el calor agregado y rechazado en la expresión por rendimientos de eficiencia térmica:

Podemos simplificar la expresión anterior usando el hecho de que los procesos 1 → 2 y de 3 → 4 son adiabáticos y para un proceso adiabático la siguiente fórmula p, V, T es válida:

Se puede derivar que:

En esta ecuación, la relación V ₁ / V ₂ se conoce como la relación de compresión, CR . Cuando reescribimos la expresión de eficiencia térmica usando la relación de compresión, concluimos que la eficiencia térmica del ciclo Otto estándar de aire es una función de la relación de compresión y κ = c _p / c _v .

eficiencia térmica - Otto Cycle - Motor — Eficiencia térmica para el ciclo Otto – κ = 1.4

Es una conclusión muy útil, porque es deseable lograr una alta relación de compresión para extraer más energía mecánica de una masa dada de mezcla aire-combustible. Una relación de compresión más alta permite alcanzar la misma temperatura de combustión con menos combustible, al tiempo que proporciona un ciclo de expansión más largo. Esto crea más potencia mecánica y reduce la temperatura de escape . Disminuir la temperatura de escape provoca la disminución de la energía rechazada a la atmósfera. Esta relación se muestra en la figura para κ = 1.4, que representa el aire ambiente.

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¿Qué es el volumen de masa de densidad? Definición

2019-09-252019-09-25 por Nick Connor

La masa y el volumen de un objeto son propiedades extensivas fundamentales del objeto. La densidad es una propiedad intensiva que se puede derivar del volumen dado en masa. Ingenieria termal

¿Qué es masa y peso?

La masa de un objeto es una propiedad fundamental del objeto. Es una medida numérica de su inercia y la medida de la resistencia de un objeto a la aceleración cuando se aplica una fuerza. También es una medida fundamental de la cantidad de materia en el objeto. Cuanto mayor es la masa, mayor es la fuerza necesaria para causar una aceleración dada. Esto se refleja en la segunda ley de Newton (F = ma).

La masa de un determinado cuerpo permanecerá constante incluso si cambia la aceleración gravitacional que actúa sobre ese cuerpo. Por ejemplo, en la tierra un objeto tiene una cierta masa y un cierto peso . Cuando el mismo objeto se coloca en el espacio exterior, lejos del campo gravitacional de la Tierra, su masa permanece igual, pero ahora está en una condición “ingrávida”. Esto significa que en esta condición pesará cero, porque la aceleración gravitacional y, por lo tanto, la fuerza será igual a cero.

La masa y el peso están relacionados : los cuerpos que tienen una gran masa también tienen un gran peso. Una piedra grande es difícil de lanzar debido a su gran masa, y difícil de levantar del suelo debido a su gran peso. Para comprender la relación entre masa y peso, considere una piedra que cae libremente, que tiene una aceleración de magnitud g (g = 9.81 m / s² es la aceleración debida al campo gravitacional de la Tierra). La segunda ley de Newton nos dice que una fuerza debe actuar para producir esta aceleración. Si una piedra de 1 kilogramo cae con una aceleración de la fuerza requerida tiene magnitud:

F = ma = 1 [kg] x 9.81 [m / s ² ] = 9.8 [kg m / s ² ] = 9.8 N

¿Qué es la densidad?

La densidad se define como la masa por unidad de volumen . Es una propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

ρ = m / V = 1 / ρ

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Qué es la Unidad de Densidad – Unidades de Volumen Específico – Definición

2020-01-182019-09-25 por Nick Connor

La unidad estándar de densidad SI es kilogramos por metro cúbico (kg / m3). La unidad de densidad del inglés estándar es libras de masa por pie cúbico (lbm / ft3). Ingenieria termal

¿Qué es la densidad?

La densidad se define como la masa por unidad de volumen . Es una propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

ρ = m / V = 1 / ρ

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¿Qué es un ejemplo de relación de compresión? Gasolina vs. diésel: definición

2020-01-112019-09-25 por Nick Connor

La relación de compresión en un motor de gasolina generalmente no será mucho mayor que 10: 1 debido a un potencial golpe del motor (autoencendido) y no menor a 6: 1. Ingenieria termal

Ejemplos de relaciones de compresión: gasolina versus diesel

La relación de compresión en un motor de gasolina generalmente no será mucho mayor que 10: 1 debido a un potencial golpe del motor (autoencendido) y no menor a 6: 1 .
Un Subaru Impreza WRX turboalimentado tiene una relación de compresión de 8.0: 1 . En general, los motores turboalimentados o sobrealimentados ya tienen aire comprimido en la entrada de aire, por lo tanto, generalmente están construidos con una relación de compresión más baja.
Un motor Honda S2000 estándar (F22C1) tiene una relación de compresión de 11.1: 1 .
Algunos motores deportivos deportivos pueden tener una relación de compresión de hasta 12.5: 1 (por ejemplo, Ferrari 458 Italia).
En 2012, Mazda lanzó nuevos motores de gasolina bajo la marca SkyActiv con una relación de compresión de 14: 1 . Para reducir el riesgo de golpe del motor, el gas residual se reduce mediante el uso de sistemas de escape del motor 4-2-1 , implementando una cavidad de pistón y optimizando la inyección de combustible.
Los motores Diesel tienen una relación de compresión que normalmente supera 14: 1 y también son comunes relaciones superiores a 22: 1.

Autoinflamación: límite para la relación de compresión

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