¿Qué son los procesos termodinámicos en el ciclo diesel? Definición

En un ciclo Diesel ideal, el sistema que ejecuta el ciclo se somete a una serie de cuatro procesos: dos procesos adiabáticos alternados con un proceso isocrórico y un proceso isobárico. Ingenieria termal

Procesos termodinámicos en ciclo diésel

En un ciclo Diesel ideal, el sistema que ejecuta el ciclo se somete a una serie de cuatro procesos: dos procesos isentrópicos (adiabáticos reversibles) alternados con un proceso isocrórico y un proceso isobárico.

Procesos termodinámicos en ciclo diésel:

  • diagrama pV de un ciclo diésel ideal
    diagrama pV de un ciclo diésel ideal

    Compresión isentrópica (carrera de compresión): el aire se comprime adiabáticamente desde el estado 1 al estado 2, a medida que el pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior. Los alrededores trabajan con el gas, aumentando su energía interna (temperatura) y comprimiéndolo. Por otro lado, la entropía permanece sin cambios. Los cambios en los volúmenes y su relación ( 1 / V 2 ) se conocen como la relación de compresión.

  • Expansión isobárica (fase de ignición): en esta fase (entre el estado 2 y el estado 3) hay una transferencia de calor a presión constante (modelo idealizado) al aire desde una fuente externa (combustión del combustible inyectado) mientras el pistón se mueve hacia el V 3 . Durante el proceso de presión constante, la energía ingresa al sistema a medida que se agrega calor Q , y una parte del trabajo se realiza moviendo el pistón.
  • Expansión isentrópica (golpe de poder): el gas se expande adiabáticamente desde el estado 3 al estado 4, a medida que el pistón se mueve desde V 3 hasta el punto muerto inferior. El gas funciona en el entorno (pistón) y pierde una cantidad de energía interna igual al trabajo que abandona el sistema. Nuevamente, la entropía permanece sin cambios. La relación de volumen ( 4 / V 3 ) se conoce como la relación de expansión isentrópica.
  • Descompresión isocórica (carrera de escape) : en esta fase, el ciclo se completa con un proceso de volumen constante en el que el calor se rechaza del aire mientras el pistón está en el punto muerto inferior. La presión de gas de trabajo cae instantáneamente desde el punto 4 al punto 1. La válvula de escape se abre en el punto 4. La carrera de escape se produce directamente después de esta descompresión. A medida que el pistón se mueve desde el punto muerto inferior (punto 1) al punto muerto superior (punto 0) con la válvula de escape abierta, la mezcla gaseosa se ventila a la atmósfera y el proceso comienza de nuevo.

Durante el ciclo Diesel, el pistón realiza el trabajo en el gas entre los estados 1 y 2 ( compresión sentrópica ). El gas en el pistón realiza el trabajo entre las etapas 2 y 3 ( adición de calor sobárico ) y entre las etapas 2 y 3 ( expansión sentrópica ). La diferencia entre el trabajo realizado por el gas y el trabajo realizado sobre el gas es el trabajo neto producido por el ciclo y corresponde al área encerrada por la curva del ciclo. El trabajo producido por el ciclo multiplicado por la velocidad del ciclo (ciclos por segundo) es igual a la potencia producida por el motor Diesel.

Proceso isentrópico

Un proceso isentrópico es un proceso termodinámico , en el cual la entropía del fluido o gas permanece constante. Significa que el proceso isentrópico es un caso especial de un proceso adiabático en el que no hay transferencia de calor o materia. Es un proceso adiabático reversible . La suposición de que no hay transferencia de calor es muy importante, ya que podemos usar la aproximación adiabática solo en procesos muy rápidos .

Proceso isentrópico y la primera ley

Para un sistema cerrado, podemos escribir la primera ley de la termodinámica en términos de entalpía :

dH = dQ + Vdp

o

dH = TdS + Vdp

Proceso isentrópico (dQ = 0):

dH = Vdp → W = H 2 – H 1     → H 2 – H 1 = p (T 2 – T 1 )     (para gas ideal )

Proceso isentrópico del gas ideal

El proceso isentrópico (un caso especial de proceso adiabático) se puede expresar con la ley de los gases ideales como:

pV κ = constante

o

1 V κ = p 2 V κ

en el que κ = c p / c v es la relación de los calores específicos (o capacidades de calor ) para el gas. Uno para presión constante (c p ) y otro para volumen constante (c v ) . Tenga en cuenta que esta relación κ  = c p / c v es un factor para determinar la velocidad del sonido en un gas y otros procesos adiabáticos.

Proceso isocorico

Un proceso isocrórico es un proceso termodinámico, en el que el volumen del sistema cerrado permanece constante (V = constante). Describe el comportamiento del gas dentro del contenedor, que no puede deformarse. Como el volumen permanece constante, la transferencia de calor dentro o fuera del sistema no funciona con el p∆V , sino que solo cambia la energía interna (la temperatura) del sistema.

Proceso isocrórico y la primera ley

La forma clásica de la primera ley de la termodinámica es la siguiente ecuación:

dU = dQ – dW

En esta ecuación, dW es igual a dW = pdV y se conoce como el trabajo límite . Luego:

dU = dQ – pdV

En el proceso isocrórico y el gas ideal , todo el calor agregado al sistema se utilizará para aumentar la energía interna.

Proceso isocórico (pdV = 0):

dU = dQ     (para gas ideal)

dU = 0 = Q – W → W = Q       (para gas ideal)

Proceso isocrórico del gas ideal

El proceso isocrórico se puede expresar con la ley de los gases ideales como:

proceso isocrórico - ecuación 1

o

proceso isocrórico - ecuación 2

En un diagrama pV , el proceso ocurre a lo largo de una línea horizontal que tiene la ecuación V = constante.

Ver también:  Ley de Guy-Lussac

Proceso isobárico

Un proceso isobárico es un proceso termodinámico , en el cual la presión del sistema permanece constante (p = const). La transferencia de calor dentro o fuera del sistema funciona, pero también cambia la energía interna del sistema.

Dado que hay cambios en la energía interna (dU) y cambios en el volumen del sistema (∆V), los ingenieros a menudo usan la entalpía del sistema, que se define como:

H = U + pV

Proceso isobárico y la primera ley

La forma clásica de la primera ley de la termodinámica es la siguiente ecuación:

dU = dQ – dW

En esta ecuación, dW es igual a dW = pdV y se conoce como el trabajo límite . En un proceso isobárico y el gas ideal, parte del calor agregado al sistema se utilizará para hacer el trabajo y parte del calor agregado aumentará la energía interna (aumentará la temperatura). Por lo tanto, es conveniente utilizar la entalpía en lugar de la energía interna.

Proceso isobárico (Vdp = 0):

dH = dQ → Q = H 2 – H 1

En una entropía constante , es decir, en un proceso isentrópico, el cambio de entalpía equivale al trabajo del proceso de flujo realizado en o por el sistema.

Proceso isobárico del gas ideal

El proceso isobárico se puede expresar con la ley de los gases ideales como:

proceso isobárico - ecuación - 2

o

proceso isobárico - ecuación - 3

En un diagrama pV , el proceso ocurre a lo largo de una línea horizontal (llamada isobar) que tiene la ecuación p = constante.

Ver también: Ley de Charles

Proceso isentrópico - características
Proceso isentrópico – características principales
Proceso isocrórico - características principales
Proceso isocrórico – características principales
Proceso isobárico - características principales
Proceso isobárico – características principales

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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: [email protected] o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.