Análisis 118: Combustión a volumen constante de metano en proceso no adiabático

Una mezcla estequiométrica de metano (CH₄) y aire se quema en un motor de combustión interna de bujía, que tiene una relación de compresión efectiva de 8:1. Calcula las condiciones al final de la combustión (adiabática) a volumen constante si la temperatura y presión iniciales son 27 ºC y 1 bar respectivamente. Suponga que la relación de calores específicos (k) para la carrera de compresión es de 1.4.

Si hubiera un 10 % (con respecto al PCI) de pérdidas energéticas en forma de calor, ¿Cuáles serían ahora los resultados?

(Advanced Thermodynamics for Engineers, 2 ed., D. E. Winterbone, 2015)

El diagrama p-V del ciclo a volumen constante:

Forma Descripción generada automáticamente

Es fácil obtener la presión y la temperatura al inicio del proceso de combustión a volumen constante:

p₂ = p₁ (V₁ / V₂)^k = 100 ∙ 8^1.4 = 1837.9 kPa

T₂ = T₁ (V₁ / V₂)^(k-1) = 300 ∙ 8^0.4 = 689.2 K = 416 ºC

A partir de ahora es posible obtener la solución mediante el software:

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Actualizando la temperatura de los productos, se obtiene la presión final de combustión:

Si hubiera una pérdida de calor del 10 % respecto al PCI=802.3 kJ/mol fuel: