Ciclo dual: 11 factores importantes relacionados con él

Contenido : Ciclo dual

¿Qué es el ciclo dual?

Ciclo de combustión dual | Ciclo mixto | Ciclo sabático

El ciclo dual lleva el nombre del ingeniero ruso-alemán Gustav Trikler. También se conoce como ciclo mixto, ciclo Trinkler, ciclo seiliger o ciclo sabathe..

El ciclo dual es una combinación de ciclo Otto de volumen constante y ciclo diesel de presión constante. La adición de calor tiene lugar en dos partes en este ciclo. La adición de calor parcial tiene lugar a un volumen constante similar al ciclo Otto, mientras que la adición de calor parcial restante tiene lugar a una presión constante similar al ciclo diesel. La importancia de tal método de adición de calor es que le da más tiempo al combustible para una combustión completa.

Diagrama PV de ciclo dual | Diagrama TS de ciclo dual

El ciclo dual consta de las siguientes operaciones:

El proceso 1-2 sigue la adiabática reversible o Isentrópico compresión
En el proceso 2-3 calor parcial de volumen constante tiene lugar la adición
En el proceso 3-4 se produce la adición de calor parcial a presión constante
El proceso 4-5 sigue a la expansión adiabática o isentrópica reversible.
En el Proceso 5-1 tiene lugar el rechazo de calor a volumen constante

Diagrama TS de ciclo dual — Diagrama TS
Credito de imagen :Shoji Yamauchi, Gráfico TS del ciclo Sabathe, CC BY-SA 4.0

Diagrama fotovoltaico de ciclo dual — Diagrama fotovoltaico
Credito de imagen : Shoji Yamauchi, Gráfico PV del ciclo Sabathe, CC BY-SA 4.0

Eficiencia de ciclo dual | Eficiencia térmica de ciclo dual

La eficiencia del ciclo dual viene dada por

$\\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Donde, r_p = Relación de presión = P₃/P₂

r_k = relación de compresión = V₁/V₂

r_c = relación de corte = V₄ /V₃

r_e = relación de expansión = V₅/V₄

Cuando rc = 1, el ciclo se convierte en Ciclo Otto

rp = 1, el ciclo se convierte en ciclo diesel.

Diagrama PV y TS de ciclo dual

Ciclo de duelo 1 — Diagrama fotovoltaico
Credito de imagen : Shoji Yamauchi, Gráfico PV del ciclo Sabathe, CC BY-SA 4.0

Ciclo de duelo 2 — Diagrama TS
Credito de imagen :Shoji Yamauchi, Gráfico TS del ciclo Sabathe, CC BY-SA 4.0

Aire doble ciclo estándar | Derivación de eficiencia de ciclo dual

El ciclo dual consta de las siguientes operaciones:

El proceso 1-2 sigue la adiabática reversible o Isentrópico compresión
En el proceso 2-3 calor parcial de volumen constante tiene lugar la adición
En el proceso 3-4 se produce la adición de calor parcial a presión constante
El proceso 4-5 sigue a la expansión adiabática o isentrópica reversible.
En el Proceso 5-1 tiene lugar el rechazo de calor a volumen constante

El calor total suministrado viene dado por

$Q_s = mC_v [T_3-T_2] + mC_p [T_4-T_3]$

Donde se suministra calor a volumen constante

$Q_v = mC_v [T_3-T_2]$

Donde se suministra calor a presión constante

$Q_p = mC_p [T_4-T_3]$

El calor rechazado a volumen constante viene dado por

$Q_r = mC_v [T_5-T_1]$

La eficiencia del ciclo dual viene dada por

$\\eta=\\frac{(mC_v [T_3-T_2 ]+mC_p [T_4-T_3 ]-mC_v [T_5-T_1 ])}{(mC_v [T_3-T_2 ]+mC_p [T_4-T_3])}$

$\\\\\\eta=1-\\frac{(T_5-T_1)}{([T_3-T_2 ]+\\gamma[T_4-T_3])}\\\\\\\\ \\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Donde, r_p = Relación de presión = P₃/P₂

r_k = relación de compresión = V₁/V₂

r_c = relación de corte = V₄ /V₃

r_e = relación de expansión = V₅/V₄

Cuando r_c = 1, el ciclo se convierte en ciclo Otto

r_p= 1, el ciclo se convierte en ciclo diesel.

Presión media efectiva de ciclo dual

La presión media efectiva de ciclo dual viene dada por

$M.E.P=\\frac{(P_1 [\\gamma r_p r_k^\\gamma (r_c-1)+r_k^\\gamma (r_p-1)-r_k (r_p r_c^\\gamma-1) ] )}{ (\\gamma-1)(r_k-1) }$

Donde, r_p = Relación de presión = P₃/P₂

r_k = relación de compresión = V₁/V₂

r_c = relación de corte = V₄ /V₃

r_e = relación de expansión = V₅/V₄

Otto Diesel de ciclo dual Diagrama

Ciclo Otto Diesel Duelo — Crédito de la imagen: Wikipedia Commons

Comparación entre Otto, diesel y ciclo dual

Caso 1: Para una relación de compresión similar y un calor i / p similar, esta relación será

[Q_in]_ocho = [Q_in]_Diesel.

[Q_R]_ocho<[Q_R]_Diesel.

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D<\\eta_O$

En este caso de la misma relación de compresión e igual aporte de calor, será

$\\eta_D<\\eta_{dual}<\\eta_O$

Caso 2: En este caso de la misma relación de compresión y el mismo rechazo de calor, esta relación será

[Q_in]_ocho> [Q_in]_Diesel.

[Q_R]_ocho= [Q_R]_Diesel.

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D<\\eta_O$

En este caso, la misma relación de compresión y el mismo rechazo de calor.

Vea también Tasa de flujo másico y temperatura: efecto, relación, ejemplos de problemas

$\\eta_D<\\eta_{dual}<\\eta_O$

Caso 3: En este caso de, misma Temperatura Máxima y mismo rechazo de calor.

[Q_R]_ocho= [Q_R]_Diesel

[Q_in]_Diesel> [Q_in]_ocho

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D>\\eta_O$

Para la misma temperatura máxima y el mismo rechazo de calor

$\\eta_D>\\eta_{dual}>\\eta_O$

Ciclo de motor de combustible dual | Ciclo dual mixto

Motor de ciclo dual

El motor de combustible dual funciona principalmente en ciclo diesel. El combustible gaseoso [gas natural] se introduce en el sistema de admisión del motor a través de un sobrealimentador a mayor presión atmosférica.

Durante la carrera de succión, la relación más pobre de aire a combustible [mezcla de aire a gas natural] se introduce en el cilindro, siguiendo el ciclo Otto, tal como se usa en un motor de encendido por chispa. Se inyecta una pequeña carga de combustible piloto cerca del punto muerto superior y, de manera similar al motor CI, se enciende cerca del final de la carrera de compresión, lo que hace que se queme el gas secundario. La combustión se produce de forma suave y rápida.

En el motor de combustible dual, el combustible piloto y el combustible secundario se queman simultáneamente en un motor de encendido por compresión. Después de la compresión del combustible secundario en la carrera de succión, el combustible piloto se utiliza como fuente de ignición.

El costo operativo de este motor es menor que el del motor diesel convencional sin comprometer la potencia de entrega, el par elevado y la respuesta transitoria.

Aplicación de ciclo dual

El ciclo dual se usa ampliamente para motores de propulsión pequeños y maquinaria pesada portátil como perforadoras por compañías como Cummins, etc. La razón principal del uso del ciclo dual en equipos móviles es que proporciona una alta relación potencia / masa en comparación con el ciclo Otto y diesel.
Tienen una amplia gama de aplicaciones en aviones y barcos. Los motores de ciclo dual también se denominan motores marinos.

Ventaja del ciclo dual

Mayor rendimiento térmico: el metano tiene la producción térmica más alta por unidad de masa de combustible, con 50,500 kJ / kg de metano quemado en comparación con 44,390 kJ calor / kg gasolina quemado o 43,896 kJ calor / kg diesel quemado. Muchos motores de combustión dual usan gas natural cuyo contenido principal es metano como combustibles de arranque debido a su mayor producción de calor.
Con un motor de combustión de combustible dual, se deben comprar dos combustibles en lugar de uno. Esto puede ayudar cuando el barco tiene poco combustible y la ubicación de repostaje carece de uno de los dos combustibles que consume el motor.
Un equilibrio potencial entre combustible limpio y almacenamiento económico: el gas natural necesita mayor presión y volumen de almacenamiento, pero ofrece una mejor eficiencia de combustión. El diesel es más fácil de almacenar (es un aceite líquido) pero no se quema tan rápido a la misma temperatura y presión que los otros combustibles. Con un motor de combustión dual, se puede arrancar el motor diesel y luego cambiar a gas natural cuando el espacio de combustión esté lo suficientemente caliente.

Problemas y soluciones de ciclo dual

Un motor de CI tiene una relación de compresión de 10. El calor liberado a volumen constante es 2/3 del calor total, mientras que el resto se libera a presión constante. La presión y temperatura inicial es de 1 bar y 27^oC. La presión máxima del ciclo es de 40 bares. Encuentre la temperatura al final de la compresión y expansión. [PV^1.35 = C, ϒ = 1.4]

Solución: r_k = 10, PAG₁ = 1 barra = 100 kPa, T₁= 27 C = 300K, P₃ = P₄ = 40 bares, PV^1.35 = C, ϒ = 1.4

Vea también Refrigeración con sobrecalentamiento: 15 datos que debe saber

$\\\\T_2=T_1 r_k^{n-1}=300*10^{0.35}=671 K\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^n=100*10^{1.35}=2238.7 kPa\\\\\\\\ \\frac{P_2}{P_3}=\\frac{T_2}{T_3}\\\\\\\\ \\frac{2238.7}{671}=\\frac{400}{T_3}\\\\\\\\ T_3=1199\\;K$

Entrada de calor a volumen constante

$\\\\Q_v=C_v [T_3-T_2 ]=0.718*[1199-671]=379kJ/kg\\\\\\\\ (2/3)*Q=Q_v\\\\\\\\ Q =(3/2)*379=568.5 kJ/kg\\\\\\\\ C_p [T_4-T_3 ]=Q/3\\\\\\\\ 1.005*[T_4-1199]=568.5/3 \\\\\\\\ T_4=1387.55K$

$\\\\r_c=(V_4/V_3) =(T_4/T_3) =(1387.55/1199)=1.157\\\\\\\\ r_e=\\frac{r_k}{r_c} =\\frac{10}{1.157}=8.64\\\\\\\\ T_5=\\frac{T_4}{r_e^{n-1}} =\\frac{1387.55}{8.64^{0.35}} =652.33 K$

Un ciclo doble estándar de aire antes del aire de compresión es de 100 kPa y 300 K. Durante la compresión, el volumen cambia de 0.07 m.³ a 0.004m³. Para la adición de calor a presión constante, la temperatura varía de 1160 C a 1600C. Encuentre la relación de compresión; presión efectiva media y relación de corte para el ciclo.

P₁ = 100 kPa, T₁= 27 C = 300 K

Relación de compresión

$r_k=[V_1/V_2] =[0.07/0.004]=17.5$

T₃ = 1160C = 1433 K, T₄ = 1600°C = 1873°K

Para proceso de compresión isentrópica

$\\\\P_1 V_1^\\gamma=P_2 V_2^\\gamma\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^{\\gamma}=100*17.5^{1.4}=5498.6 kPa\\\\\\\\ \\frac{T_2}{T_1}=r_k^{\\gamma -1}\\\\\\\\ T_2=300*17.5^{1.4-1}=942.6 K$

Relación de corte

$\\\\r_c=[T_4/T_3 ]=[1873/1433]=1.307\\\\\\\\ Also \\;\\\\\\\\ r_c=[V_4/V_3] =1.307\\\\\\\\ V_4=1.307*0.004=5.228*10^{-3} m^3$

Para proceso de expansión isentrópica

$\\\\T_5/T_4 =[V_4/V_5] ^{\\gamma-1}\\\\\\\\ (T_5/1873)=[\\frac{(5.228*10^{-3})}{0.07}]^{1.4-1}\\\\\\\\ T_5=663.48 K$

Calor total suministrado

$\\\\Q_s=C_v [T_3-T_2 ]+C_p [T_4-T_3 ]\\\\\\\\ Q_s=0.717*(1433-942.6)+1.005*(1873-1433)\\\\\\ \\ Q_s=793.81 kJ$

Calor rechazado

$\\\\Q_r=C_v (T_5-T_1)\\\\\\\\ Q_r=0.717*(663.45-300)=260.6 kJ$

El trabajo realizado viene dado por

$W = Q_s-Q_r = 793.81-260.6 = 533.21 kJ$

Presión efectiva media para ciclo dual

$\\\\MEP=\\frac{W}{(V_1-V_2 )}\\\\\\\\ MEP=\\frac{W}{V_1-\\frac{V_1}{17.5}}=\\frac{533.21}{0.07-\\frac{0.07}{17.5}}\\\\\\\\ MEP=8078.94 kPa=8.0789 MPa$

Preguntas Frecuentes

P.1) ¿dónde se usa el ciclo dual?

Respuesta: - El ciclo dual se usa ampliamente para motores de propulsión pequeños y maquinaria pesada portátil como perforadoras por compañías como Cummins, etc.La razón principal del uso de ciclo dual en equipos móviles es que proporciona una alta relación de potencia a masa en comparación con Otto y ciclo diesel.

Tienen una amplia gama de aplicaciones en aviones y barcos. Los motores de ciclo dual también se denominan motores marinos.

P.2) ¿cuál es la eficiencia del ciclo dual?

La eficiencia del ciclo dual viene dada por

$\\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Donde, r_p = Relación de presión = P₃/P₂

r_k = relación de compresión = V₁/V₂

r_c = relación de corte = V₄ /V₃

r_e = relación de expansión = V₅/V₄

Cuando r_c = 1, el ciclo se convierte en ciclo Otto

r_p= 1, el ciclo se convierte en ciclo diesel.

P.3) ¿cuál es la importancia del ciclo dual en las operaciones del motor diesel?

El costo operativo de este motor es menor que el del motor diesel convencional sin comprometer la potencia de entrega, el par elevado y la respuesta transitoria.

P.4) ¿por que el ciclo dual se conoce como ciclo mixto?

Vea también Medidor SWR: 9 explicaciones importantes

El costo operativo de este motor es menor que el del motor diesel convencional sin comprometer la potencia de entrega, el par elevado y la respuesta transitoria.

P.5) ¿que es la relación de corte en ciclo dual?

La relación de corte para ciclo dual viene dada por

r_c = relación de corte = V₄ /V₃

Donde, V₄ = volumen después de la adición parcial de calor a presión constante

V₃ = volumen después de la adición de calor parcial a volumen constante

P.6) ¿Qué es el diagrama PV y TS de ciclo dual? ?

Para ver la respuesta Haga clic aquí

Q.7) Ejemplo resuelto de ciclo dual.

Un motor de CI tiene una relación de compresión de 10. El calor liberado a volumen constante es 2/3 del calor total, mientras que el resto se libera a presión constante. La presión y temperatura inicial es de 1 bar y 27^oC. La presión máxima del ciclo es de 40 bares. Encuentre la temperatura al final de la compresión y expansión. [PV^1.35 = C, ϒ = 1.4]

Solución: r_k = 10, PAG₁ = 1 barra = 100 kPa, T₁= 27 C = 300K, P₃ = P₄ = 40 bares, PV^1.35 = C, ϒ = 1.4

$\\\\T_2=T_1 r_k^{n-1}=300*10^{0.35}=671 K\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^n=100*10^{1.35}=2238.7 kPa\\\\\\\\ \\frac{P_2}{P_3}=\\frac{T_2}{T_3}\\\\\\\\ \\frac{2238.7}{671}=\\frac{400}{T_3}\\\\\\\\ T_3=1199\\;K$

Entrada de calor a volumen constante

$\\\\Q_v=C_v [T_3-T_2 ]=0.718*[1199-671]=379kJ/kg\\\\\\\\ (2/3)*Q=Q_v\\\\\\\\ Q =(3/2)*379=568.5 kJ/kg\\\\\\\\ C_p [T_4-T_3 ]=Q/3\\\\\\\\ 1.005*[T_4-1199]=568.5/3 \\\\\\\\ T_4=1387.55K$

$\\\\r_c=(V_4/V_3) =(T_4/T_3) =(1387.55/1199)=1.157\\\\\\\\ r_e=\\frac{r_k}{r_c} =\\frac{10}{1.157}=8.64\\\\\\\\ T_5=\\frac{T_4}{r_e^{n-1}} =\\frac{1387.55}{8.64^{0.35}} =652.33 K$

Un ciclo doble estándar de aire antes del aire de compresión es de 100 kPa y 300 K. Durante la compresión, el volumen cambia de 0.07 m.³ a 0.004m³. Para la adición de calor a presión constante, la temperatura varía de 1160 C a 1600C. Encuentre la relación de compresión; presión efectiva media y relación de corte para el ciclo.

P₁ = 100 kPa, T₁= 27 C = 300 K

Relación de compresión

$r_k=[V_1/V_2] =[0.07/0.004]=17.5$

T₃ = 1160C = 1433 K, T₄ = 1600°C = 1873°K

Para proceso de compresión isentrópica

$\\\\P_1 V_1^\\gamma=P_2 V_2^\\gamma\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^{\\gamma}=100*17.5^{1.4}=5498.6 kPa\\\\\\\\ \\frac{T_2}{T_1}=r_k^{\\gamma -1}\\\\\\\\ T_2=300*17.5^{1.4-1}=942.6 K$

Relación de corte

$\\\\r_c=[T_4/T_3 ]=[1873/1433]=1.307\\\\\\\\ Also \\;\\\\\\\\ r_c=[V_4/V_3] =1.307\\\\\\\\ V_4=1.307*0.004=5.228*10^{-3} m^3$

Para proceso de expansión isentrópica

$\\\\T_5/T_4 =[V_4/V_5] ^{\\gamma-1}\\\\\\\\ (T_5/1873)=[\\frac{(5.228*10^{-3})}{0.07}]^{1.4-1}\\\\\\\\ T_5=663.48 K$

Calor total suministrado

$\\\\Q_s=C_v [T_3-T_2 ]+C_p [T_4-T_3 ]\\\\\\\\ Q_s=0.717*(1433-942.6)+1.005*(1873-1433)\\\\\\ \\ Q_s=793.81 kJ$

Calor rechazado

$\\\\Q_r=C_v (T_5-T_1)\\\\\\\\ Q_r=0.717*(663.45-300)=260.6 kJ$

El trabajo realizado viene dado por

$W = Q_s-Q_r = 793.81-260.6 = 533.21 kJ$

Presión efectiva media para ciclo dual

$\\\\MEP=\\frac{W}{(V_1-V_2 )}\\\\\\\\ MEP=\\frac{W}{V_1-\\frac{V_1}{17.5}}=\\frac{533.21}{0.07-\\frac{0.07}{17.5}}\\\\\\\\ MEP=8078.94 kPa=8.0789 MPa$

Para conocer el proceso politrópico (haga clic aquí)y número de Prandtl (Haga clic aquí)

Hakimuddin Bawangaonwala

Soy Hakimuddin Bawangaonwala, ingeniero de diseño mecánico con experiencia en diseño y desarrollo mecánico. He completado la maestría en tecnología en ingeniería de diseño y tengo 2.5 años de experiencia en investigación. Hasta ahora publicado Dos artículos de investigación sobre torneado duro y análisis de elementos finitos de accesorios de tratamiento térmico. Mi área de interés es el diseño de máquinas, resistencia de materiales, transferencia de calor, ingeniería térmica, etc. Competente en software CATIA y ANSYS para CAD y CAE. Aparte de la investigación.

Contenido : Ciclo dual

¿Qué es el ciclo dual?

Ciclo de combustión dual | Ciclo mixto | Ciclo sabático

Diagrama PV de ciclo dual | Diagrama TS de ciclo dual

Eficiencia de ciclo dual | Eficiencia térmica de ciclo dual

Diagrama PV y TS de ciclo dual

Aire doble ciclo estándar | Derivación de eficiencia de ciclo dual

El ciclo dual consta de las siguientes operaciones:

Presión media efectiva de ciclo dual

Otto Diesel de ciclo dual Diagrama

Comparación entre Otto, diesel y ciclo dual

Ciclo de motor de combustible dual | Ciclo dual mixto

Motor de ciclo dual

Aplicación de ciclo dual

Ventaja del ciclo dual

Problemas y soluciones de ciclo dual

Relación de compresión

Para proceso de compresión isentrópica

Relación de corte

Para proceso de expansión isentrópica

Calor total suministrado

Calor rechazado

El trabajo realizado viene dado por

Presión efectiva media para ciclo dual

Preguntas Frecuentes

P.1) ¿dónde se usa el ciclo dual?

P.2) ¿cuál es la eficiencia del ciclo dual?

P.3) ¿cuál es la importancia del ciclo dual en las operaciones del motor diesel?

P.4) ¿por que el ciclo dual se conoce como ciclo mixto?

P.5) ¿que es la relación de corte en ciclo dual?

P.6) ¿Qué es el diagrama PV y TS de ciclo dual? ?

Q.7) Ejemplo resuelto de ciclo dual.

Entrada de calor a volumen constante

Relación de compresión

Para proceso de compresión isentrópica

Relación de corte

Para proceso de expansión isentrópica

Calor total suministrado

Calor rechazado

El trabajo realizado viene dado por

Presión efectiva media para ciclo dual

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