Problema 1. Un motor E.CH., automotriz, a gasolina, con carburador, de cuatro tiempos, tiene una

eficiencia volumétrica de 80%, un coeficiente de exceso de aire ( ) de 0,96, una eficiencia indicada de 36%

y una eficiencia mecánica de m =80% a su velocidad nominal, de 6000 RPM, con la válvula de mariposa

completamente abierta. El motor es convertido para que trabaje alternativamente con gas natural (GNV), y

para ello se le instala un “kit de conversión”. Cuando el motor trabaja a GNV, a la misma velocidad y con la

misma posición de la mariposa del caso anterior, el coeficiente de exceso de aire es =0,98, la eficiencia

volumétrica varía en 5%, la eficiencia indicada varía en 6%. Asumir que p0=1,01 bar; T0=20°C; que para la

gasolina Hu=44 MJ/kg y l0=14,65; que para el GNV, Hu=49 MJ/kg, l0=17,1 kg/kg. Asumiendo lo demás que

sea necesario, determinar:

a) La presión media efectiva cuando el motor trabaja a gasolina en el régimen indicado, en MPa.

b) La presión media indicada, en MPa, cuando el motor trabaja a GNV.

c) La reducción de la potencia efectiva del motor cuando éste trabaja a GNV, en porcentaje.

Problema 2. Un motor Diesel de 1,93 L de cilindrada, de cuatro tiempos, de cuatro cilindros,

S/D=1,2; a 2200 rpm (régimen nominal), tiene una eficiencia efectiva de 38%, un coeficiente de

exceso de aire =1,5, una eficiencia volumétrica de v =82%, y trabaja acoplado en este régimen a

una bomba hidráulica mediante un reductor de velocidades con relación de transmisión constante. Si

se considera que la presión media de las pérdidas mecánicas del motor se puede calcular por la

fórmula

pm=0,105+0,012Vp (en MPa),

Donde Vp es la velocidad media de los pistones (en m/s). Asumiendo que p0=1,01 bar; T0=20°C; que para el

petróleo Hu=42 MJ/kg y l0=14,3 kg/kg; y que para la bomba hidráulica se cumple las leyes de semejanza de

las turbomáquinas (potencia n3), determinar:

a) La potencia efectiva del motor cuando la velocidad de la bomba (con respecto a la inicial) desciende

en 50%, en kW.

b) La eficiencia mecánica del motor correspondiente al régimen de la pregunta anterior, en %

Problema 3. La tabla que se muestra, corresponde a datos de motores Diesel de aspiración natural, de cuatro

tiempos, con cámaras de inyección directa (fijarse en las unidades)..

Parámetro Valor numérico

Velocidad media del pistón (m/s) 4 6 8 10 12

Consumo específico de combustible (kg/MJ) 0,068 0,063 0,061 0,064 0,076

Presión media efectiva (bar) 7,24 8,00 8,08 7,70 6,93

Eficiencia volumétrica (%) 89,8 88,3 82,1 77,7 76,2

Coeficiente de exceso de aire

Potencia específica por unidad de área

eN (MW/m2)

Completar la tabla, considerando que la potencia específica por unidad de área se define como TA

NeeN ,

en MW/m2; donde AT es el área transversal total de los cilindros (AT = i D2/4). Además, p0=1,01 bar,

T0=18°C y l0=14,45kg/kg.

Problema 4. Un motor Diesel de aspiración natural, de cuatro tiempos, de cuatro cilindros, de relación de

compresión =16/1, de cilindrada VH=3,0 L, es modificado para trabajar con metano (R=0,5196 kJ/kg.K),

pero con encendido por chispa, para lo cual se rebaja la cabeza de los pistones de tal forma que la nueva

relación de compresión sea 12,0/1; se cambian los inyectores por bujías y se instala un mezclador con su

válvula de mariposa en el ducto de admisión. Todos los demás componentes del motor se mantienen

invariables. Considerar que el caudal de mezcla aire-metano (m3/h) que ingresa al motor es igual al 90% del

caudal de aire que ingresaba en la versión Diesel a 3000 RPM. Asumir los siguientes datos:

Versión

del motor

Hu

(MJ/kg)

l0

(kg/kg) 0

(kg/m3)

v

(%)

n

(RPM) i

(%)

m

(%)

Diesel 42,5 14,3 1,21 80 3000 46 82 1,50

E.CH. 50,0 ------ 1,21 ----- 3000 33 ------ 1,00

a) ¿Cuál es la potencia efectiva con metano?

Problema 5. Un motor Diesel de aspiración natural, de cuatro cilindros, cuya velocidad nominal es 2500

rpm, trabaja en vacío a esta velocidad, siendo la eficiencia indicada en este régimen 54%, y el consumo

horario de combustible de 2litro/h de petróleo D-2. Si el consumo horario de combustible en el régimen

nominal es 5,5 veces mayor que en vacío (a la velocidad nominal) y la eficiencia mecánica es 80%. Datos:

2D 0,83 kg/L, Hu=42,50 MJ/kg.

Calcular:

a) La potencia de pérdidas mecánicas, en kW, en el régimen de vacío.

b) La potencia efectiva nominal, en kW.

c) La eficiencia indicada en el régimen nominal, en porcentaje.

Problema 6. La hélice de un yate es accionada por un motor Diesel, cuyos cilindros tienen una carrera

S=12,8 cm, de 140 kW de potencia efectiva a 2200 rpm (régimen nominal), siendo su eficiencia mecánica en

este régimen 83%. La potencia consumida por la hélice del yate está determinada por la siguiente ecuación:

Nhélice=a n3 , en kW

Donde a es una constante, y n es la velocidad del motor. La presión media de las pérdidas mecánicas se

puede calcular por la fórmula pm=0,105+0,012Vp (en MPa), donde Vp es la velocidad media del pistón (en

m/s). Determinar:

a) La cilindrada del motor, en L.

b) La eficiencia mecánica del motor, en porcentaje, cuando su velocidad (con respecto a la nominal)

desciende a la mitad.

Problema 7. Se desea obtener algunos parámetros de un motor mediante el método de desconexión de

cilindros. El motor objeto de estudio es un motor Diesel, de seis cilindros, cuatro tiempos y desarrolla en

el régimen nominal (3200 r.p.m) una potencia efectiva de 180 kW. Durante la prueba de desconexión de

cilindros se obtuvieron los siguientes resultados: Al desconectarse los cilindros 1 y 5, la potencia efectiva

del motor cayó en 20 y 23%, respectivamente; luego cuando se desconectaron los cilindros 3 y 6, la

potencia del motor cayó en 19 y 22%, respectivamente; finalmente, cuando se desconectaron los

cilindros 2 y 4 la potencia del motor cayó en 21,5 y 22,5%, respectivamente.

a) Calcular la eficiencia mecánica del motor, en %.

b) Calcular la presión media indicada del motor en el mismo régimen de velocidad, sabiendo que la

relación S/D = 1,10 y la velocidad media del pistón es 10,5 m/s.

c) Si el orden de encendido del motor es: 1-5-3-6-2-4, escriba usted en qué procesos reales se

encuentran los cilindros 2 y 4 cuando el cigüeñal ha girado 470 grados.

Problema 8. En la tabla siguiente se dan los datos numéricos de 04 parámetros obtenidos durante el

ensayo de un motor Diesel de cuatro tiempos, cuatro cilindros y de aspiración natural, con la

finalidad de obtener los valores que corresponden a los parámetros efectivos del motor. El ensayo se

realizó variando con el freno dinamométrico la velocidad del motor y manteniendo constante la

posición del órgano de control de suministro de combustible. El combustible que se empleó en el

ensayo fue combustible Diesel, con un poder calorífico inferior igual a 43 MJ/kg y densidad igual a

0,85 kg/litro. Asumir que l0 = 14,4; p0=1,013 bar y T0=25°C.

n (rpm)

Va (m3/min) Gc (kg/h) Me (N.m)

Número de

revoluciones

Caudal de aire Consumo de

combustible

Par de giro del

motor

1779 1,473 5,58 125,6

2029 1,581 6,3 128,0

2591 2,022 7,74 120,0

3013 2,619 9,36 114,0

3426 3,138 10,26 106,0

3673 3,045 10,44 95,1

3832 2,277 6,84 40,0

3924 2,973 4,5 8,1

Determinar:

a) El coeficiente de exceso de aire del motor en el régimen de máxima potencia

b) El coeficiente de exceso de aire del motor en el régimen de mayor economía de combustible

c) El coeficiente de adaptabilidad del motor

Problema 9. Un motor Diesel, sobrealimentado con turbocompresor, de 04 tiempos, con una

cilindrada de 04 litros, tiene una velocidad nominal de 3600 rpm. Si este motor, en el régimen

nominal, tiene los siguientes parámetros de funcionamiento: ge=230g/(kW.h); Ne =102 kW;

86,0v ; Pk=1,8 bar; el exponente politrópico del compresor (del sobrealimentador) nc=1,5,

82,0m .

Asumir: Hu=42,50MJ/kg; lo=14,3; 84,0c kg/litro; Po=1,01 bar, To=25ºC; R=0,287KJ/(kg.K);

Calcular:

a) El coeficiente de exceso de aire en este régimen, en kg/h.

b) La presión media indicada del motor, en MPa.

Problema 10. Un motor Diesel de cuatro tiempos y 6 cilindros es instalado en una embarcación de

pesca, cuya hélice demanda una potencia de propulsión igual a 300kW a 2500 rpm. La potencia del

motor en función de sus rpm, cuando está conectada a la hélice varía de acuerdo con la expresión: 0,3

,

nomnome

e

n

n

N

N.

a) Construir la curva característica de potencia (Ne=f(n)) del motor si nommín nn 5

1

b) Calcular la cantidad de petróleo diesel que requerirá el motor para una travesía de 18 horas de

navegación con el motor desarrollando 85% de su potencia nominal y 38% de eficiencia

indicada. El combustible empleado tiene un poder calorífico inferior igual a 44MJ/kg, la

eficiencia mecánica del motor es igual a 0,78.