Fase otto, kinerja, aplikasi, latihan terpecahkan

Dia Siklus Otto Ini adalah siklus termodinamika yang terdiri dari dua proses isokorik dan dua proses adiabatik. Siklus ini terjadi pada cairan termodinamika yang dapat dikompres. Itu diciptakan oleh insinyur Jerman Nikolaus Otto pada akhir abad ke -19, yang menyempurnakan mesin pembakaran internal, pendahulu yang dibawa mobil modern. Kemudian putranya Gustav Otto akan menemukan perusahaan BMW yang terkenal itu.

Siklus Otto berlaku untuk mesin pembakaran internal yang bekerja dengan campuran udara dan bahan bakar yang mudah menguap seperti bensin, gas, atau alkohol, dan yang pembakarannya dimulai dengan percikan listrik.

Gambar 1. Mobil dalam kompetisi NASCAR. Sumber: Pixabay.

[TOC]

Fase siklus Otto

Langkah -langkah siklus Otto adalah:

1. Kompresi adiabatik (tanpa pertukaran panas dengan lingkungan).
2. Penyerapan energi kalori dalam bentuk isokorik (tanpa mengubah volume).
3. Ekspansi adiabatik (tanpa pertukaran panas dengan lingkungan).
4. Pengusiran energi kalori dalam bentuk isokorik (tanpa mengubah volume).

Gambar 2, yang ditunjukkan di bawah ini, ditunjukkan dalam diagram P -V (tekanan - volume) Fase yang berbeda dari siklus Otto.

Gambar 2. Diagram P-V dari siklus Otto. Sumber: Made sendiri.

Aplikasi

Siklus Otto berlaku sama untuk mesin pembakaran internal empat stroke dan dua stroke.

-Mesin 4 -stroke

Mesin ini terdiri dari satu atau lebih piston dalam silinder, masing -masing dengan satu (atau dua) katup asupan dan satu (atau dua) katup buang.

Ini disebut demikian karena operasinya hanya memiliki empat tahapan atau tahapan yang ditandai dengan baik yaitu:

1. Penerimaan.
2. Kompresi.
3. Ledakan.
4. Pelarian.

Tahap atau waktu ini terjadi selama dua putaran poros engkol, karena piston lebih rendah dan naik dalam waktu 1 dan 2, dan lagi turun dan naik dalam waktu 3 dan 4.

Selanjutnya kami menggambarkan apa yang terjadi selama tahap -tahap ini.

Langkah 1

Keturunan piston dari titik tertinggi dengan katup asupan terbuka dan knalpot tertutup, sehingga campuran bahan bakar udara disedot oleh piston selama keturunannya.

Penerimaan terjadi selama OA Pass. Pada tahap ini campuran udara - bahan bakar telah dimasukkan, yang merupakan cairan kompresibel di mana tahapan AB, BC, CD dan DA dari siklus Otto akan diterapkan.

Langkah 2

Sedikit sebelum piston mencapai titik terendah kedua katup tutup. Kemudian mulai memanjat sehingga mengompres campuran bahan bakar udara. Proses kompresi ini terjadi begitu cepat sehingga praktis tidak memberikan panas pada lingkungan. Dalam siklus Otto itu sesuai dengan proses adiabatik AB.

Dapat melayani Anda: Neptunus (planet)

Langkah 3

Pada titik tertinggi piston, dengan campuran terkompresi dan katup tertutup, pembakaran eksplosif dari campuran yang dimulai oleh percikan terjadi. Ledakan ini sangat cepat sehingga piston hampir tidak turun.

Dalam siklus Otto sesuai dengan proses isocoric BC di mana panas disuntikkan tanpa perubahan volume yang cukup besar, akibatnya meningkatkan tekanan campuran. Panas disediakan oleh reaksi pembakaran kimia oksigen udara dengan bahan bakar.

Langkah 4

Campuran tekanan tinggi mengembang bahwa piston turun saat katup tetap tertutup. Proses ini terjadi begitu cepat sehingga pertukaran panas dengan bagian luar dapat diabaikan.

Pada titik ini, pekerjaan positif dilakukan pada piston, yang ditransmisikan oleh batang penghubung ke poros engkol yang menghasilkan gaya motor. Dalam siklus Otto sesuai dengan CD proses adiabatik.

Langkah 5

Selama bagian terendah dari rute, panas dikeluarkan melalui silinder ke refrigeran, tanpa volume berubah. Dalam siklus Otto sesuai dengan proses isokoris.

Langkah 6

Di bagian terakhir dari rute piston, campuran yang dibakar oleh katup buang yang tetap terbuka dikeluarkan, sementara penerimaan ditutup. Escape of Burned Gases terjadi selama langkah AO dalam diagram siklus Otto.

Seluruh proses diulangi dengan pintu masuk melalui katup penerimaan campuran bahan bakar udara baru.

Gambar 3. Mesin empat-tak. Sumber: Pixabay

Pekerjaan bersih dilakukan dalam siklus Otto

Otto Cycle berfungsi sebagai mesin termal dan bepergian dalam jadwal.

Pekerjaan W yang melakukan gas yang memperluas dinding yang mengandungnya dihitung dengan rumus berikut:

Dimana vi adalah volume awal dan vf volume akhir.

Dalam siklus termodinamika, pekerjaan bersih sesuai dengan area yang terkunci dalam siklus diagram P - V.

Dalam kasus siklus Otto sesuai dengan pekerjaan mekanis yang dilakukan dari A ke B ditambah pekerjaan mekanis yang dilakukan dari C ke D. Antara B dan C Pekerjaan yang dilakukan batal karena tidak ada perubahan volume. Serupa antara D dan pekerjaan tidak berlaku.

Pekerjaan dilakukan dari a ke b

Misalkan kita mulai dari titik A, di mana volumenya diketahui, tekanannya PA dan suhunya TA.

Itu dapat melayani Anda: induksi magnetik: formula, bagaimana itu dihitung dan contohnya

Dari titik A ke titik B kompresi adiabatik dilakukan. Dalam kondisi quasiestatic, proses adiabatik mematuhi hukum Poisson, yang menetapkan bahwa:

Di mana γ adalah hasil bagi adiabatik yang didefinisikan sebagai rasio antara panas spesifik pada tekanan konstan antara panas spesifik pada volume konstan.

Sehingga pekerjaan yang dilakukan dari A ke B akan dihitung melalui hubungan:

Setelah mengambil bagian integral dan menggunakan hubungan Poisson untuk proses adiabatik yang Anda miliki:

Di mana R Itu adalah hubungan kompresi R = VA/VB.

Pekerjaan dilakukan dari c ke d

Demikian pula, pekerjaan yang dilakukan dari C ke D akan dihitung dengan integral:

Yang hasilnya

Makhluk R = VD/VC = VA/VB Hubungan kompresi.

Pekerjaan bersih akan menjadi jumlah dari dua karya:

Panas bersih dalam siklus Otto

Dalam proses dari A B dan dari C ke D, panas tidak dipertukarkan karena mereka adalah proses adiabatik.

Untuk proses B A C, pekerjaan tidak dilakukan dan panas yang ditetapkan oleh pembakaran meningkatkan energi internal gas dan oleh karena itu suhu TB ke TC.

Demikian pula, dalam proses D A ada penugasan panas yang juga dihitung sebagai:

Panas bersih akan menjadi:

Pertunjukan

Kinerja atau efisiensi mesin siklik dihitung dengan menemukan rasio antara pekerjaan bersih yang dilakukan dan panas yang dipasok ke sistem untuk setiap siklus operasi.

Jika hasil di atas diganti dalam ekspresi sebelumnya dan asumsi juga diasumsikan bahwa campuran udara bahan bakar berperilaku sebagai gas yang ideal, maka efisiensi teoritis siklus tercapai, yang hanya tergantung pada rasio kompresi:

Latihan Siklus Otto

-Latihan 1

Mesin bensin silindrat empat kali dan rasio kompresi 7,5 bekerja di lingkungan tekanan atmosfer 100 kPa dan 20 derajat Celcius. Tentukan pekerjaan bersih yang dilakukan dengan siklus. Asumsikan bahwa pembakaran menyediakan 850 joule untuk setiap gram campuran udara - bahan bakar.

Larutan

Ekspresi pekerjaan bersih telah dihitung sebelumnya:

Kita perlu menentukan volume dan tekanan pada titik B dan C dari siklus untuk menentukan pekerjaan bersih yang dilakukan.

Volume pada titik di mana ia telah diisi dalam silinder dengan campuran udara - bensin adalah perpindahan 1500 cc. Pada titik B volume adalah VB = VA / R = 200 cc.

Volume pada titik C juga 200 cc.

Perhitungan tekanan dalam a, b dan c

Arahkan tekanan adalah tekanan atmosfer. Tekanan pada titik B dapat dihitung menggunakan hubungan Poisson untuk proses adiabatik:

Dapat melayani Anda: apa listriknya? (Dengan percobaan)

Mempertimbangkan bahwa campuran tersebut sebagian besar udara yang dapat diperlakukan sebagai gas diatomik yang ideal, koefisien adiabatik gamma mengambil nilai 1.4. Maka tekanan pada titik B akan menjadi 1837,9 kPa.

Volume titik C sama dengan titik B, yaitu 200 cc.

Tekanan pada titik C lebih besar dari pada titik B karena peningkatan suhu yang disebabkan oleh pembakaran. Untuk menghitungnya, kita perlu tahu berapa banyak panas pembakaran yang berkontribusi.

Panas yang disediakan oleh pembakaran sebanding dengan jumlah campuran yang terbakar.

Menggunakan persamaan status gas yang ideal:

Di mana Rm Ini adalah konstanta udara yang nilainya 286,9 J / (kg k) dan m adalah massa campuran yang diambil dalam proses penerimaan. Membersihkan massa M dari persamaan keadaan dan mengganti nilai tekanan, suhu dan volume pada titik A diperoleh 1,78 gram campuran.

Kemudian panas yang dikontribusikan oleh pembakaran adalah 1,78 gram x 850 joules/gram = 1513 joule. Ini menyebabkan kenaikan suhu yang dapat dihitung dari

TB dapat dihitung dari persamaan keadaan yang menghasilkan 718 K, kemudian untuk data kami, nilai yang dihasilkan dari TC adalah 1902 K.

Tekanan pada titik C diberikan oleh persamaan keadaan yang diterapkan pada titik yang menghasilkan 4868,6 kPa.

Pekerjaan bersih per siklus ternyata 838,5 joule.

-Latihan 2

Tentukan efisiensi atau kinerja mesin Latihan 1. Dengan asumsi bahwa mesin bekerja pada 3000 r.P.m Tentukan kekuatannya.

Larutan

Membagi pekerjaan bersih antara panas yang disediakan efisiensi 55,4% diperoleh. Hasil ini bertepatan dengan yang diperoleh dengan aplikasi langsung dari rumus efisiensi berdasarkan rasio kompresi.

Daya adalah pekerjaan yang dilakukan per unit waktu. 3000 r.P.M. setara dengan 50 putaran per detik. Tapi siklus Otto selesai untuk setiap dua putaran mesin karena itu adalah empat stroke, seperti yang kami jelaskan di atas.

Ini berarti bahwa dalam sedetik siklus Otto diulang 25 kali sehingga pekerjaan yang dilakukan adalah 25 x 838.5 joule dalam satu detik.

Ini sesuai dengan 20,9 kilowatt daya yang setara dengan 28 kuda uap.

Referensi

1. Siklus termodinamika. Pulih dari: fis.Puc.Cl
2. Martín, t. Dan Serrano, untuk. Siklus Otto. Pulih dari: 2.Montes.UPM.adalah.
3. Universitas Sevilla. Wiki Departemen Siklus Kasus Fisika Terapan Siklus Otto. Pulih dari: Laplace.kita.adalah.
4. Wikipedia. Siklus Otto. Pulih dari: is.Wikipedia.com
5. Wikipedia. Mesin otto. Pulih dari: is.Wikipedia.com