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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica Facultad de Ingeniería Mecánica-Eléctrica y Electrónica
Departamento de Energía y Producción
Motores de Combustión Interna
Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica Facultad de Ingeniería Mecánica-Eléctrica y Electrónica
Departamento de Energía y Producción
Profesor:
Mag. Ing. José R. Campos Barrientos
Jcampos_b@hotmail.com
Capítulo VI:
Semanas: ⑫, ⑬ y ⑭
Parámetros Indicados, Efectivos y Rendimiento económico de los MCI
CONTENIDO
Introducción
1. Parámetros Indicados.
2. Pérdidas mecánica.
3. Parámetros Efectivos.
Resumen.
Bibliografía.
Introducción
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Parámetros Indicados, Efectivos y Rendimiento económico de los M.C.I.
Parámetros Indicados, Efectivos y Rendimiento económico de los M.C.I.
Pmi
Trabajo indicado: Wi
Presión media indicada: Pmi
Potencia indicada: Ni
Eficiencia indicada: ηi
Consumo específico indicado de combustible: gi
Nm = Nf + Nma + Ng + Nk
ηm = Ne / Ni
Trabajo efectivo: We
Presión media efectiva: Pme
Potencia efectiva: Ne
Eficiencia efectiva: ηe
Consumo específico efectivo de combustible: ge
- 1 -
Parámetros Indicados
1. Parámetros Indicados Es todo lo que ocurre dentro del
cilindro.
Interesa conocer:
Presión media indicada: Pmi
Potencia indicada: Ni
Rendimiento indicado: ηi
Consumo específico indicado de combustible: gi
Solo se toman en cuenta todo aquello que se relaciona con la combustión energética.
La ingeniería busca:
• Gasto de combustible mínimo.
• Potencia máxima en el eje.
Pmi
Wi Pmi
Ni
gi
ηi
Es la potencia generada por la combustión en el cilindro.
Potencia = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
Ni = Wi * Nc kg-m/s
Nc = 𝑛
Ƭ =
𝑟𝑝𝑚
Ƭ *
1
60
Wi = Pmi * Vh
Ni = Pmi * Vh * rpm
Ƭ *
1
60
Pmi – kg/m² Vh – m³ n - rpm
Siendo: Ƭ: nº de giro del motor para realizar los cuatro procesos. Ƭ=2 para motores de 4 tiempos y Ƭ=1 para motores de
2 tiempos.
Sabemos que: Pmi = 𝑊𝑖
𝑉ℎ
Reemplazando, tenemos:
* kg−m
seg. ∗
CV
75 kg−m
seg.
𝑁𝑖 = 𝑃𝑚𝑖
∗ 𝑉ℎ ∗ 𝑛 ∗𝑖
4500 Ƭ CV
1 HP = 1,014 CV 1 HP = 0,74573 Kw
POTENCIA INDICADA (Ni)
Eficiencia o Rendimiento Indicado: η𝒊
Es la eficiencia con que se aprovecha el calor
en el ciclo real.
Este rendimiento es la relación del calor,
transformado en trabajo útil Wi del ciclo, a todo
el calor Q1 introducido en el motor con el
combustible.
η𝒊 = 𝑾𝒊
𝑸𝟏
Consumo Específico Indicado de Combustible: gi
Es lo que se está gastando en combustible
para generar una potencia indicada.
Es la cantidad de combustible (gr.) que
consume un motor por 1C.V.-hr.
𝑔𝑟.
𝐶𝑉 − ℎ𝑟. 𝐺𝑖 =
𝐺𝑐
𝑁𝑖
- 2 -
Pérdidas Mecánicas: 𝑵𝒎
2. Pérdidas Mecánicas: 𝑵𝒎 Una parte del trabajo indicado se gasta en vencer el
rozamiento en las piezas móviles conjugadas, en el
intercambio de gases y en el accionamiento de los
mecanismos auxiliares.
TIPOS Y LUGAR DE LAS PÉRDIDAS MECÁNICAS
Pérdidas por fricción ≈ (70 – 75) % 𝑁𝑚
1. Grupo pistón ≈ (40-65) %: (rozamiento del émbolo y
sus anillos con las paredes del cilindro)
Depende del diámetro del pistón y número de anillos.
2. Muñones de biela y bancada ≈ (12-25)%
Pérdidas por accionamiento:
1. Del mecanismo de distribución de los gases (12-20)%.
2. Bomba de aceite, de agua, de combustible, etc. (6-12)%.
3. En las carreras de bombeo (6-12)%
Luego, la suma de todas las pérdidas de potencia es la potencia
de las pérdidas mecánicas: 𝐍𝐦
d). Para la potencia que se gasta en accionar el compresor, en
los motores sobrealimentados y en los de dos tiempos, ésta
potencia se toma en consideración en el caso de que, entre el
compresor y el cigüeñal exista transmisión mecánica ……. 𝐍𝐤
Introduzcamos los siguientes términos:
a). Para la potencia que se gasta en vencer el rozamiento: 𝐍𝐫
b). Para la potencia que se invierte en accionar los mecanismos
auxiliares (bomba de agua y de aceite, ventilador, generador,
etc.….. 𝐍𝐦𝐚
c). Para la potencia que se emplea en la admisión de la carga
fresca y en el escape de los gases quemados del cilindro del
motor (se tiene en cuenta solamente para los motores de 4
tiempos) ……………… 𝐍𝐠
𝐍𝐦 = 𝐍𝒇 + 𝐍𝒎𝒂 + 𝐍𝒈 + 𝐍𝐤
Donde:
Nm : potencia de pérdidas mecánicas.
Nma : potencia de pérdidas por accionar mecanismos auxiliares.
Nf : potencia de pérdidas por fricción.
Ng : potencia de pérdidas en el intercambio de gases.
Nk : potencia de pérdidas por accionamiento del compresor.
Del tipo del motor.
Del diámetro del cilindro.
De la carrera del émbolo.
De los regímenes de velocidad, de la carga y de las
condiciones de explotación.
Siendo Pm, presión media de las pérdidas mecánicas.
𝐍𝐦 = 𝐍𝒇 + 𝐍𝒎𝒂 + 𝐍𝒈 + 𝐍𝐤
𝑵𝒎 = 𝑷𝒎 ∗ 𝑽𝒉 ∗ 𝒏 ∗𝒊
𝟒𝟓𝟎𝟎 Ƭ CV
La potencia de las pérdidas mecánicas 𝑵𝒎, depende:
La potencia de pérdidas mecánicas 𝑵𝒎 depende
también de la temperatura del agua de
refrigeración y del aceite que hay en el motor.
Cuando la temperatura del agua y del aceite se
elevan hasta cierto límite, las pérdidas por
rozamiento disminuyen. Pero una elevación
exagerada de dicha temperatura puede hacer
que se rompa la película de aceite y que se
produzcan rozamientos semisecos.
La temperatura debe estar entre 85 – 90ºC para
que 𝑵𝒎 sean las mínimas posibles.
- 3 -
Parámetros Efectivos: Ne
3. Parámetros Efectivos del Motor
Es la potencia que se obtiene en el cigüeñal del
motor y es la que se aprovecha para accionar
cualquier máquina.
Potencia Efectiva: Ne
Ne = Ni - Nm
Pe – kg/m²
Vh – m³
n - rpm
Siendo Pe, presión efectiva.
𝑵𝒆 = 𝑷𝒆 ∗ 𝑽𝒉 ∗ 𝒏 ∗𝒊
𝟒𝟓𝟎𝟎 Ƭ CV
Se calcula por la ecuación:
Vincula todas las pérdidas del motor, tanto térmicas
como mecánicas.
Es la parte del calor que se transforma en trabajo
efectivo.
Rendimiento Efectivo al Freno: η𝒆
η𝒆 = 𝑾𝒆
𝑸
η𝒆 = η𝒊 * η𝒎 E.CH. - η𝒆 : 0,22 – 0,27
E.C. - η𝒆 : 0,33 – 0,39
η𝒊 = 𝑾𝒊
𝑸 Sabemos que:
Haciendo: η𝑒
η𝑖
= 𝑊𝑒
𝑊𝑖=
𝑁𝑒
𝑁𝑖= η𝑚
Una de las características fundamentales de la calidad de
un motor es su consumo de combustible o economía.
Consumo específico efectivo de combustible: 𝒈𝒆
gr/kw-h
𝑁𝑒
𝑁𝑖 = η𝑚
g𝒆= G𝒄
N𝒆∗𝟏𝟎𝟑
Sabemos que: Ne = ηm *Ni 𝑔𝑖 = 𝐺𝑐
𝑁𝑖 y
g𝒆= G𝒄
η𝒎∗ N𝒊∗𝟏𝟎𝟑
g𝒆= 𝑵𝒊 ∗ 𝒈𝒊
η𝒎∗ N𝒊 g𝒆=
𝒈𝒊
η𝒎
Es la parte de la potencia indicada correspondiente
a las pérdidas mecánicas.
Rendimiento Mecánico de un motor: ηm
A medida que aumenta la carga se eleva el
rendimiento mecánico, el cual alcanza su valor
máximo cuando el motor funciona a plena carga.
η𝑚 = 𝑁𝑒
𝑁𝑖=
𝑝𝑒
𝑝𝑖
Eficiencia o Rendimiento Indicado: ηi
Consumo Específico Indicado de Combustible: gi Gr/C.V.-hr.
Pérdidas Mecánicas: Nm
Potencia Efectiva: Ne Ne = Ni – Nm
Pe – kg/m²
Vh – m³
n - rpm
η𝒊 = 𝑾𝒊
𝑸𝟏
𝐺𝑖 = 𝐺𝑐
𝑁𝑖
𝐍𝐦 = 𝐍𝒇 + 𝐍𝒎𝒂 + 𝐍𝒈 + 𝐍𝐤
𝑵𝒎 = 𝑷𝒎 ∗ 𝑽𝒉 ∗ 𝒏 ∗𝒊
𝟒𝟓𝟎𝟎 Ƭ CV
𝑵𝒆 = 𝑷𝒆 ∗ 𝑽𝒉 ∗ 𝒏 ∗𝒊
𝟒𝟓𝟎𝟎 Ƭ CV
RESUMEN
Consumo Específico Efectivo de Combustible: ge
Rendimiento Efectivo al Freno: ηe
Sabemos que:
E.CH. - ηe: 0,22 – 0,27
E.C. - ηe: 0,33 – 0,39
gr/kw-h Sabemos que:
g𝒆= G𝒄
N𝒆∗𝟏𝟎𝟑 𝑁𝑒
𝑁𝑖 = η𝑚 Ne = ηm *Ni
𝑔𝑖 = 𝐺𝑐
𝑁𝑖 ; y g𝒆=
G𝒄
η𝒎∗ N𝒊∗𝟏𝟎𝟑 ; g𝒆= 𝑵𝒊 ∗ 𝒈𝒊
η𝒎∗ N𝒊 g𝒆=
𝒈𝒊
η𝒎
Haciendo :
η𝒆 = 𝑾𝒆
𝑸
η𝒆 = η𝒊 * η𝒎
η𝒊 = 𝑾𝒊
𝑸
η𝑒
η𝑖
= 𝑊𝑒
𝑊𝑖=
𝑁𝑒
𝑁𝑖= η𝑚
RESUMEN
BIBLIOGRAFÍA
Payri F. Desantes J.M. (2011). Motores de Combustión Interna
Alternativos. USA
Jovaj M.s. y Máslov G.S. (1982). Motores de automóvil. Editorial
MIR. Moscú.
Jovaj M.S. y Máslov G.S. (1982). Motores de automóvil. Editorial
MIR. Moscú.
Heywood John B. (1988). Internal Combustion Engine
Fundamentals. Editorial, McGraw-Hill, USA.
Stone Richard (1999). Introduction to Internal Combustion
Engines. Editorial, Society of Automotive Engineers, USA.