CICLURILE TEORETICE DE FUNCTIONARE. DIAGRAMA CICLULUI TEORETIC GENERALIZAT, DETERMINAREA RANDAMENTULUI TERMODINAMIC AL LUCRULUI MECANIC INDICAT

CICLURILE TEORETICE DE FUNCTIONARE. DIAGRAMA CICLULUI TEORETIC GENERALIZAT, DETERMINAREA RANDAMENTULUI TERMODINAMIC AL LUCRULUI MECANIC INDICAT

CICUL TEORETIC DE FUNCTIONARE

In orice masina termica, deci si in motorul cu ardere interna, cu piston, caldura (energia termica) obtinuta prin arderea combustibilului nu se transforma integral in lucru mecanic. Conform principiului al II-lea al Termodinamicii, pentru realizarea procesului de transformare a energiei termice in lucru mecanic este necesara o parte din caldura obtinuta prin arderea combustibilului sa fie cedata mediului inconjurator (surselor reci).

Ciclul teoretic de functionare al unui motor cu ardere interna reprezinta o schema termodinamica simplificata a ciclului de functionare a motorului, care nu are nici un fel de pierderi de energie, in afara cedarii inevitabile de caldura catre sursa rece.

Ciclul teoretic de functionare permite usurarea intelegerii transformarea energiei in m.a.i., acceptandu-se simplificarea fenomenelor prin introducerea urmatoarelor ipoteze simplificatoare:

a)      ciclul se realizeaza cu o cantitate de gaz ideal, care are o compozitie chimica si o caldura specifica invariabile si care respecta ecuatia caracteristica de stare:

(4.1)

unde: p este presiunea gazului, in Pa; V - volumul ocupat de gaz in m³; m - cantitatea de gaz in kg; m - cantitatea de gaz in kmol; M - masa moleculara relativa a gazului in kg/kmol; T - temperatura gazului, in K; R_g - constanta gazului, in J/kg grd; A - 8314,34 J/kmol grd - constanta universala a gazelor;

b)      comprimarea si destinderea sunt procese adiabatice reversibile, avand acelasi exponent adiabatic , constant de-a lungul transformarilor;

c)      arderea combustibilului si evacuarea produselor arderii sunt inlocuite cu procese izocore, izobare sau mixte (partial izocore, partial izobare) de incalzire si, respectiv, racire.

2.DIAGRAMA CICLULUI TEORETIC GENERALIZAT

Ciclul teoretic generalizat reprezentat in figura 4.1, este compus din urmatoarele procese:

comprimarea amestecului dupa adiabata a-c;

introducerea mixta a caldurii (izocor, c-y si, respectiv, izobar, y-z);

destinderea gazelor dupa adiabata z-b;

Fig.4.1

cedarea mixta de caldura (izocor, b-f si, respectiv, izobar, f-a).

In analiza termodinamica a ciclurilor teoretice de functionare se folosesc urmatoarele rapoarte caracteristice:

raportul de comprimare

(4.2)

raportul de crestere a presiunii

(4.3)

raportul de destindere prealabila

(4.4)

raportul de destindere ulterioara

(4.5)

raportul de scadere a presiunii

(4.6)

3. RANDAMENTUL TERMODINAMIC AL CICLULUI GENERALIZATA

Randamentul termodinamic al ciclului teoretic generalizat reprezinta raportul dintre lucrul mecanic realizat si cantitatea de caldura consumata:

(4.7)

Avand in vedere ca introducerea si cedarea de caldura au loc izocor sau izobar, cantitatile de caldura pot fi determinate cu ajutorul ecuatiei calorimetrice:

[J] (4.8)

unde: m este cantitatea de gaze, in kg; c - caldura masica medie a gazului, in J/kg grd si DT - diferenta de temperatura, in K. Rezulta,

(4.9)

Raportul dintre caldurile masice medii reprezinta tocmai exponentul adiabatic al ciclului:

(4.10)

si relatia (4.9) devine:

(4.11)

Pentru a determina expresia randamentului h_t in functie de rapoartele caracteristice, se utilizeaza urmatoarele relatii dintre temperaturi, relatii obtinute pe baza legilor de transformare ale fluidului:

(4.12)

Pentru exprimarea temperaturilor T_b si T_f in functie de T_a si de rapoartele caracteristice, se observa ca:

si:

de unde:

(4.13)

(4.14)

Prin urmare, sistemul de ecuatii (4.12) devine:

(4.12')

Introducand aceste expresii in relatia (4.11), rezulta:

(4.15)

sau, dupa efectuarea simplificarilor:

(4.16)

Plecand de la observatia ca:

(4.17)

se obtine pentru randamentul h_t si expresia:

(4.16')

Dintre cele doua expresii ale randamentului termodinamic reiese ca valoarea acestuia depinde de:

modul in care se realizeaza introducerea caldurii (rapoartele l si r

modul in care se realizeaza cedarea caldurii (raportul s

dimensiunile constructive ale motorului (raportul de comprimare e

proprietatile fizice ale fluidului motor (exponentul

4. LUCRUL MECANIC INDICAT AL CICLULUI GENERALIZAT

Lucrul mecanic indicat realizat in cadrul ciclului teoretic generalizat reprezinta suma lucrurilor mecanice ale transformarilor elementare din care este alcatuit ciclul:

[J] (4.18)

Avand in vedere expresiile lucrurilor mecanice ale transformarilor adiabatice, izocore si, respectiv, izobare, se poate scrie:

(4.19)

Intre presiunile si volumele punctelor caracteristice exista relatiile:

(4.20) (4.21)

Prin urmare, expresia lucrului mecanic indicat al ciclului teoretic generalizat va fi:

rezultand in final, dupa efectuarea simplificarilor:

[J] (4.22)