Clase IV MCI Otto 1.2

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO TRUJILLO ESCUELA DE ING. MECANICA CURSO: MAQUINAS TERMICAS

Docente. Mag. Ral Paredes Rosario [email protected]

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CLASE IV: MOTORES CON COMBUSTION INTERNA CON PISTON

El motor con combustin interna con pistn es una mquina trmica en la cual la energa qumica del combustible se transformas parcialmente, por combustin en el interior de los cilindros, en trabajo mecnico, cedido a los pistones en movimiento alternativo. El mecanismo biela manivela transforma el movimiento alternativo de los pistones en movimiento rotativo del cigeal del motor.

Por motor trmico en general se entiende una mquina que transforma el calor producido por combustin de un combustible en trabajo mecnico, por el intermedio de las transformaciones de estado de un agente trmico. Los motores trmicos comprenden dos categoras: 1) Motores con combustin externa

Los cuales son caracterizados por el hecho que el proceso de combustin con desarrollo de calor tiene lugar fuera del motor trmico (por ejemplo en las mquinas con vapor, en las cuales la combustin del combustible y el desarrollo de calor tienen lugar en el hogar de las calderas) 2) Motores con combustin interna En esta categora hace parte el motor con combustin interna con pistn. Clasificacin de los motores con combustin interna Segn el modo en que se hace la transformacin de la energa qumica liberada como calor en energa mecnica: Motores con pistn Turbinas a gas Motores a reaccin Los motores con combustin interna estn caracterizados tambin por el hecho que el agente trmico est representado por las sustancias resultadas como consecuencia del proceso de combustin, a diferencia de los motores con combustin externa en los cuales el agente trmico es diferente a las sustancias resultadas (por ejemplo, vapores de agua) Clasificacin de los motores con pistn 1) Segn la utilizacin del motor Estacionarios: Para alternadores, compresoras, bombas, molinos, etc. De transporte: E aviacin, vehculos de ruta, naves, locomotoras, mquinas de construccin 2) Segn el nmero de carreras simples del pistn: (Carreras en las que se efecta un ciclo, representan el nmero de tiempos) Motores de dos tiempos Motores de cuatro tiempos 3) Segn el lugar de formacin de la mezcla de aire y combustible - Con formacin de la mezcla en el exterior del cilindro: Motores con carburador

Motores con combustible gaseoso con cmara de mezcla

Motores con inyeccin de combustible en los conductos de aspiracin - Con formacin de la mezcla del combustible en el interior del cilindro: Motores con inyeccin de combustible en el interior del cilindro Motores con combustible gaseoso en el cual el combustible es introducido durante el tiempo de aspiracin por una vlvula aparte 4) Segn el modo de encendido de la mezcla del combustible:

Motor con encendido por chispa (Motor Otto, a gasolina)

Motor Copn encendido por compresin (Diesel)

Motor con encendido con cabezal incandescente (semiDiesel)

5) Segn la velocidad media del pistn ( pmW ):

Motores lentos. pmW = 45.5 m/s

Motores semirpidos: pmW = 6.510 m/s

Motores rpidos: pmW > 10 m/s

Tipos de motores Otto



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Motor con carburador

Motor carburador la gasolina se mezcla con el aire necesario para la combustin en el carburador.

Motor con inyeccin

Motor inyeccinla gasolina es inyectada con una bomba de inyeccin en condiciones de combustin sin detonaciones. La detonacin aparece cuando el carburante combustiona instantneamente provocando el desgaste por gripado del motor. el remedio es aditivar la gasolina aumentando la cifra octnica.

Cifra octanica (CO = % en volumen de isooctano) se determina en comparacin con una mezcla (isooctano +heptano).

Cifra octanica cero significa heptano y cifra octanica 100 significa isooctano.

Establecimiento de la cifra octanica: % en volumen de isooctano de la mezcla que tiene la misma sensibilidad a la detonacin que la gasolina en causa.

Sistemas auxiliares del motor de combustin interna

Sistema de distribucin que controla el cierre y apertura de las vlvulas

Sistema de encendido (para los motores a gasolina)

Sistema de enfriamiento

Sistema de lubricacin

Sistema de arranque

Sistema de regulacin Durante el funcionamiento el pistn se desplaza entre dos posiciones extremas determinadas de la posicin del

cigeal en relacin al cilindro, llamados puntos muertos (en los cuales la velocidad del pistn es nula) La posicin del pistn correspondiente al volumen mnimo cerrado en el cilindro se denomina Punto Muerto Interior

(PMI) y la posicin del pistn correspondiente al volumen mximo cerrado en el cilindro se denomina Punto muerto Exterior (PME). Carrera del pistn: Es el espacio recorrido por el pistn entre los dos puntos muertos, se nota con C Cilindrada del motor: Es el volumen descrito por el pistn en la carrera C, se nota con Vc. Para un motor con varios cilindros en el cual i representa el nmero de cilindros, se llama cilindrada total o litraje la suma de las cilindradas de

todos los cilindros, t CV i * V

Volumen total del cilindro: Es el volumen mximo ocupado por los gases en la situacin en la cual el pistn se encuentra

en el punto muerto exterior, notado con 1V

Volumen de la cmara de combustin: Es el volumen mnimo ocupado por los gases para la posicin del pistn en el

punto muerto interior, se nota con 0V

Relacin de compresin volumtrica: es la relacin entre el volumen total y el volumen de la cmara de combustin:

1

0

V

V . Representa una caracterstica constructiva del motor.

Angulo de rotacin del cigeal: Es el ngulo hecho por la manivela del cigeal con el eje del cilindro. El origen del ngulo de rotacin se elige para la posicin del pistn en la posicin de PMI En una carrera simple del pistn entre los puntos muertos corresponde a un ngulo de rotacin de 180. En una rotacin completa del cigeal el pistn efecta dos carreras simples. Entonces, un motor de dos tiempos realiza un ciclo durante una rotacin completa del cigeal, y un motor de cuatro tiempos en dos rotaciones completas del cigeal. Velocidad de rotacin del motor: Es el nmero de rotaciones hechas por el cigeal durante un minuto (rpm) Funcionamiento de un motor en cuatro tiempos



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Figura 4.1. Funcionamiento del motor Otto en cuatro tiempos Tiempo 1: Admisin: El pistn delimita inicialmente en el cilindro el volumen ms pequeo. La vlvula de admisin est abierta, y la de evacuacin cerrada. El pistn es tirado (por la rotacin del eje del motor) y en el cilindro penetra la mezcla de aire y vapores de combustible (figura 4.1 a) Tiempo 2: Compresin: Al final de la admisin, el pistn delimita en el cilindro el volumen ms grande. Ambas vlvulas estn cerradas. El pistn es empujado (por la rotacin del eje del motor) y la mezcla es comprimida (figura 4.1 b) Tiempo 3: Combustin: Al final de la compresin el pistn delimita en el cilindro el volumen ms pequeo. Ambas vlvulas estn cerradas. La mezcla combustible es encendida por una chispa producida por la buja y combustiona muy rpido. El motor recibe calor de la combustin del combustible. La presin y la temperatura crecen bruscamente. El pistn es empujado por el gas que se distiende el motor efecta trabajo mecnico (figura 4.1 c) Tiempo 4: Evacuacin: Al final de la combustin el pistn delimita inicialmente en el cilindro el mayor volumen. La vlvula de evacuacin se abre y el gas del cilindro reduce bruscamente su presin. El pistn es empujado y el gas es evacuado del cilindro. (Figura 4.1 d) Ciclos tericos de funcionamiento de los motores con combustin interna

Los fenmenos reales que se desarrollan en el cilindro del motor siendo complejos y difciles de seguir por clculos, para determinar el trabajo mecnico efectuado durante las fases componentes de un ciclo, a sido necesaria la introduccin de una hiptesis simplificadoras, que estn en la base de estos ciclos tericos: 1) hiptesis referentes al agente motor

Se considera el agente como una mezcla de gases perfectos

El calor especfico del agente motor es constante en toda la duracin del ciclo.

La composicin del gas no cambia a los largo del ciclo 2) hiptesis referentes al ciclo

La cantidad de agente motor es invariable a lo largo de un ciclo

Las evoluciones de compresin y distensin son adiabticas reversibles

Los procesos de combustin son reemplazados por intercambios de energa bajo forma de calor, cuantitativamente iguales con el calor desarrollado en la combustin del combustible. Desde este punto de vista en los ciclos tericos los procesos de combustin (calentamiento) pueden tener lugar a volumen constante y luego a presin constante.

La fase de evacuacin de los gases de combustin del motor es reemplazada con un enfriamiento isocrico durante el cual se cede calor a la fuente fra, es decir al medio ambiente.



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La Cifra octanica: La Cifra octanica (C.O.) o ndice octnico muestra la resistencia a la detonacin de un combustible (como la gasolina) para los motores con encendido desde el exterior.

En la prctica, se ha observado que la aparicin del fenmeno de martilleo o detonacin del motor se produce debido a una combustin anormal del carburante, produciendo la reduccin de la potencia del motor. Se ha constatado, tambin, que los hidrocarburos que entran en composicin de las gasolinas se comportan diferente en el motor en lo que se refiere al fenmeno de detonacin; mientras que los alcanos normales producen detonacin fuerte en el motor, los isoalcanos y los hidrocarburos aromticos impiden la aparicin de este fenmeno. .

Para apreciar la tendencia a la detonacin de una gasolina se compara su comportamiento en un motor experimental y en condiciones standard con las de las mezclas formadas de hidrocarburos n-heptano (C7H16), considerado que tiene cifra octanica cero (que produce detonacin fuerte en el motor) y de isooctano (2, 2, 4- trimetilo-pentano), al cual se le ha atribuido la cifra octanica 100 (menos sensible al autoencendido). Debido a sus propiedades antidetonantes, El isooctano a sido tomado como sustancia de referencia. De este modo se establece una escala (elegida en modo arbitrario) con lmites comprendidos entre 0 y 100 en la cual las gasolinas con una cierta cifra, por ejemplo C.O. 86, se comportan en este motor como una mezcla formada de 86% isooctan y 14% n-heptano.

CICLO DEL MOTOR CON COMBUSTION A VOLUMEN CONSTANTE = CICLO DE OTTO Descripcin del ciclo: El ciclo del motor con combustin a volumen constante est representado en diagrama p, V, en la figura 4.2. Se considera el pistn encontrado en la posicin de PMI, la vlvula de admisin est abierta, y la de evacuacin cerrada. El pistn efecta la carrera desde PMI hasta el PME.

p

V0 1

2

3

4

ffq

fcq

0V CV

aV

VA

VE

Figura 4.2. Ciclo Otto Motor con combustin a V = constante

PMI PME

q0

q0

T

S

dV0

dV0

2

1

3

4

1s 2s

Figura 4.3. diagrama trmico para Motor en ciclo de Otto

En el cilindro es introducida la mezcla de aire y combustible, proceso representado por el segmento 0-1, fase que porta el nombre de admisin. En la carrera siguiente del pistn desde PME hasta PMI ambas vlvulas estn cerradas, por el desplazamiento del pistn el volumen del cilindro se reduce, la presin del gas aumenta, el proceso est representado por la evolucin adiabtica 1-2. Sigue el encendido y la combustin del combustible en el aire, representado por la evolucin de calentamiento a volumen constante, igual con el volumen V0 de la cmara de combustin, 2 3. Esto supone la produccin de la chispa al trmino de la carrera de compresin y la combustin instantnea del combustible.

La fase de calentamiento a volumen constante est caracterizada por (relacin de aumento de la presin,

durante la combustin isocrica): 3

2

p

p (4.1)

La fase activa del ciclo es la fase de distensin de los gases resultados de la combustin, representada por la evolucin adiabtica 3- 4, en la cual el pistn es empujado desde la PMI hasta la PME. Cuando el pistn llega a PME se abre la vlvula de evacuacin, lo que tiene como efecto la reduccin de la presin del cilindro, debido a la evacuacin



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libre de los gases hasta el valor de la presin del medio ambiente, proceso representado por la evolucin de enfriamiento a volumen constante 4 1. Sigue a continuacin la FESE de evacuacin forzada de los gases por el desplazamiento del pistn entre PME y PMI, proceso representado por la curva isobrica 1 0. el ciclo tomado en consideracin es cerrado por el contorno 1234, en el cual el calor intercambiado en la evolucin 2 3 representa el calor recibido a la fuente fra (

ffq ). Al analizar este ciclo se asume que el agente de trabajo es un kg de mezcla de combustible-aire.

Rendimiento trmico terico del ciclo

Se conoce que el rendimiento trmico del ciclo representa la relacin entre el trabajo mecnico obtenido en el

ciclo y el calor consumido de la fuente caliente, fc

q

fc ff ffcT

fc fc fc

q q qw1

q q q

(4.2)

En la cual: fc 2 3 v 3 2q q c * T T y: ff 4 1 v 4 1q q c * T T

Reemplazando en la ecuacin del rendimiento (4.2): 4 1T3 2

T T1

T T

(4.3)

Si se consideran conocidos los parmetros de estado en el punto 1: 1p , 1T , 1V se pude escribir la ecuacin de la curva

adiabtica 1 2: k k1 1 2 2p * V p * V ; o:

k

2 1

1 0

p V

p V

Conforme a la definicin de la relacin de compresin: 1

0

V

V , k2 1p p * (4.4)

De la ecuacin de la curva adiabtica en coordenadas T, V, se obtiene. k 1 k 1

1 1 2 2T * V T * V . Procesando. k 12 1T T *

(4.5)

Para la transformacin isocrica 2 3 (a volumen constante), se conoce la relacin: 3 3

2 2

p T

p T

Teniendo en cuenta de la definicin de = relacin de aumento de la presin:

3 3

2 2

p T

p T . De donde: 3 2p * p , y: 3 2T * T (4.6)

Reemplazando a 2p de (4.4) y 2T de (4.5) resulta: k

3 1p * p * y k 1

3 1T * T * (4.7)

Para la transformacin adiabtica 3 4: k k4 1 3 0p * V p * V y: k 1 k 1

4 1 3 0T * V T * V (4.8)

Teniendo en cuenta las relaciones 84.7) resulta: 4 1p * p y: 4 1T * T (4.9)

Reemplazando en la expresin del rendimiento trmico (4.39 se obtiene.

1

T k 11

T * 11

T * 1 *

.

Procesando: T k 11

1

(4.10)

El rendimiento trmico aumenta con el aumento del grado de compresin Trabajo mecnico del ciclo de Otto

El trabajo mecnico del ciclo est dado por la relacin: c fc ffw q q (4.11)

Esta relacin representa la ecuacin del Primer Principio de la Termodinmica aplicada a un ciclo. Tambin se puede

expresar de la relacin del rendimiento: c T fcw * q (4.12)

Teniendo en cuenta la relacin fc 2 3 v 3 2q q c * T T , reemplazando a 3T y 2T de las relaciones (4.5) y (4.7) y el

calor especfico vR

ck 1

resulta para el trabajo mecnico:

k 11C k 1RT1

w 1 * * 1 *k 1

.

Procesando el primer trmino y simplificando: k 11CRT

w * 1 * 1k 1

(4.13)



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De la ecuacin de estado aplicada en el estado 1, se expresa el producto 1 1 1RT p V y, teniendo en cuenta la relacin de

compresin 1

0

V

V se puede escribir. C1

* VV

1

(4.14)

Reemplazando esta expresin en la relacin (4.13), resulta, finalmente el trabajo mecnico:

k 11 C

c

p * V * 1 * 1 Jw

1 * k 1 ciclo

(4.15)

Presin media terica del ciclo:

Se llama presin media terica, a la presin constante durante la evolucin isobrica en la cual el pistn describe

el volumen CV , evolucin caracterizada por el trabajo mecnico igual con el del ciclo. Se nota esta presin con med,tp . Se

remarca que la presin media terica representa tambin un trabajo mecnico especfico (reportado a la unidad de volumen del cilindro). Por definicin:

Cmed,t

C

wp

V

Con el trabajo mecnico de la relacin (4.15) se obtiene:

k 11

med,t

p * * 1 * 1p

1 * k 1

(4.16)

La relacin (4.16) indica parmetros sobre los cuales debe accionarse para aumentar la presin media terica.

Esta crece al aumentar la presin de admisin 1p , con el aumento de la relacin de compresin , explicable por el

aumento del rendimiento trmico del ciclo y con el aumento de , es decir a la vez con el aumento del calor recibido de

la fuente caliente. El ciclo del motor con combustin a volumen constante, ciclo de Otto; es caracterstico a los motores por

encendido por chispa, siendo motores de elevadas velocidades de rotacin (rpm)

Potencia del motor Otto:

cc

W * nP kw

60 *1000 *

cW Es el trabajo desarrollado por el motor en un ciclo (Joule/ciclo)

n son las rpm del motor , cNr.tiempos

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Consumo de combustible:

CbleOtto

fc Cble Otto

kJ kJP P

P kgs sm

skg kJ kJQ m * P.C.I. * P.C.I.

s kg kg

P.C.I. = Poder calorfico inferior del combustible, en kJ/kg Anlisis del ciclo Otto real

Trabajo mecnico en fase 12 (compresin)

k 1v 112' v 1 2is Comp

c * T Jw * 1 c * T T

kg

Temperatura real al terminar fase de compresin:

k 1

2' 1is Comp

1T T * 1

Fase de calentamiento 23:



7

Calor unitario recibido:

k 1

12'3 v 3 2 v 3

3 is Comp

T 1q c * T T c * T * 1 * 1

T

Fase 34: Expansin adiabtica

34 is Exp v 3 v 3 4k 11 J

w * c * T * 1 c * T T kg

Temperatura de evacuacin del gas de escape:

4 3 is Exp k 1

1T T * 1 * 1

Salida de trabajo neto real:

k 1112' 34 a Exp v 3 k 1

is C is Exp 3

T1 1w w w * c * T * 1 * 1 * *

* T

Eficiencia del ciclo real:

k 11is Exp

is Comp is Exp 3

real Otto k 1k 123 1

3 is Comp is Comp

T1* 1 * *

* Tw 1* 1

q T 11 * 1

T

Relacin de compresin volumtrica mxima:

1

k 13

max is Exp is Comp1

T* *

T

Relacin ptima de compresin volumtrica:

1

2* k 13

ptimo is Exp is Comp max1

T* *

T

Un motor alternativo de combustin interna y encendido provocado produce trabajo mecnico haciendo uso de un ciclo termodinmico denominado Otto. El ciclo Otto, cuyas fases se representan en la figura 1.1, utiliza un fluido de trabajo que en el caso de motores de combustin interna, coincide con la mezcla combustible. El trmino encendido provocado proviene de que la combustin se inicia mediante el salto de una chispa controlada en los electrodos de una buja, y se propaga al resto de la mezcla en la cmara de combustin. Un motor de cuatro tiempos, que es lo ms corriente en automocin, realiza estas fases mediante un mecanismo de pistnbiela- cigeal, en dos vueltas completas, o lo que es lo mismo, cuatro carreras o tiempos, descritos en la figura 1.2: admisin de la mezcla, compresin de esta, explosin, y escape de los gases quemados. De ello se deduce que tan slo un tiempo es activo, el correspondiente a la explosin, mientras que los otros tres hacen uso de la energa cintica acumulada en un elemento de gran momento de inercia, el volante, solidario al cigeal. Normalmente, los motores constan de ms de un cilindro. En el caso ms habitual, que es de cuatro cilindros en lnea, las bielas van unidas a un cigeal comn, de forma que los ciclos de trabajo estn desfasados 180 y se realizan en el orden 1-3-4-2, con objeto de conseguir ofrecer un par lo ms regular posible, y un equilibrado dinmico del cigeal



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Fig. 1.1: Diagrama del ciclo Otto: 1-2 admisin; 2-3 compresin adiabtica; 3-4 calentamiento a volumen constante; 4-5 expansin adiabtica; 5-6 enfriamiento a volumen constante; 6-7 escape

Fig. 1.2: Los cuatro tiempos del motor Otto La combustin en un motor trmico es una reaccin exotrmica, en la que parte de este calor de reaccin se transforma en trabajo mecnico. Para ello es necesario lograr una mezcla de un combustible (la gasolina, formada por un conjunto de hidrocarburos) y un comburente (el oxgeno, contenido en el aire atmosfrico) de tal calidad que proporcione una combustin correcta. Independientemente de la tecnologa utilizada y del objetivo, esta mezcla ha de cumplir una serie de requerimientos:

Que sea combustible, por lo cual la mezcla debe contener todos los reactivos. Que sea gaseosa en el momento del encendido, por lo que el combustible deber estar perfectamente vaporizado

dentro de la cmara de combustin. Que sea homognea. Esto implica que la mezcla que llega a la cmara de combustin debe tener iguales caractersticas

en todos los puntos del espacio. Como consecuencia, debe repartirse por igual entre todos los cilindros.

Que est correctamente dosificada. De todas estas condiciones, se da por supuesto que se cumplen las tres primeras. Ahora bien, queda por ver qu significa "correctamente dosificada", y esto es lo que se trata a continuacin. Se entiende como dosado o relacin aire-combustible (air-fuel ratio: AFR) el cociente entre la masa de aire y la masa de combustible existente en la mezcla. En las gasolinas comerciales utilizadas en automocin, el valor para el cual la reaccin de combustin es tericamente completa sin que sobre ninguno de los reactivos, se sita entre 14 y 15. Esto es lo que se denomina dosado estequiomtrico. Si se normaliza el dosado respecto al dosado estequiomtrico, se obtiene una



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variable denominada con la letra griega lambda ( ). En relacin al valor estequiomtrico, se define como mezcla rica aquella que tiene un exceso de combustible ( 1).

El dosado requerido por un motor depender del objetivo buscado, siempre y cuando se site dentro de los lmites de inflamabilidad de la mezcla, [0,5 1,5].

Dosado de mxima potencia: es aquel que permite obtener la mxima potencia calorfica en la combustin; se da para mezclas ricas, con un exceso de combustible del orden del 10 % ( 0,9). Se aplica solamente cuando la carga del motor es la mxima.

Dosado de mnimo consumo: es aquel que permite un aprovechamiento mximo del combustible introducido, manteniendo una combustin correcta, por tanto con exceso de aire (mezcla pobre), alrededor del 15% ( 1,5). Tradicionalmente se ha aplicado a todo el mapa de cargas parciales del motor, con objeto de lograr un mximo rendimiento energtico del motor. A su vez, el dosado de la mezcla tiene una gran influencia en las emisiones contaminantes. La combustin completa de un hidrocarburo debera proporcionar dixido de carbono (CO2) y agua (H2O). Lo que sucede es que, o bien la combustin no es completa, o bien resulta que las altas presiones y temperaturas reinantes en la cmara de combustin hacen que estos productos reaccionen entre s, dando lugar a otros productos contaminantes resultantes de estas reacciones secundarias. El contenido total de contaminantes en los gases de escape es de aproximadamente el 1% en volumen de los gases totales emitidos, y en un motor Otto, se agrupan en tres categoras:

Monxido de carbono (CO): Aparece como consecuencia de una oxidacin parcial. Es altamente txico, al impedir la aportacin de oxgeno por la sangre a los tejidos del cuerpo.

Hidrocarburos (HC): Proceden de la propia gasolina y del aceite sin quemar o quemados parcialmente. Son muy irritantes para los seres vivos.

xidos de nitrgeno (NOx): Consisten en una mezcla de diferentes xidos de nitrgeno, producidos por la oxidacin del nitrgeno atmosfrico como consecuencia de las altas temperaturas y presiones existentes en la cmara de combustin, lo cual favorece este tipo de reaccin. PROBLEMAS RESUELTOS DE MOTORES OTTO 1. - Un motor tiene una potencia de 1600 CV y una presin media de 13,2 Kg/cm2. El nmero de tiempos es cuatro, y el de cilindros ocho. Calcular la carrera del mbolo sabiendo que el nmero de revoluciones por minuto es 375 y que su



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dimetro es igual a la mitad de la carrera. Wi = trabajo, Vu = volumen del cilindro, pmi 0 la presin media, N al nmero de cilindros y Pi a la potencia, nc al nmero de ciclos

El volumen o cilindrada unitaria Vu = A L donde A es la seccin del cilindro y L su carrera.

En un motor de cuatro tiempos, si el nmero de r.p.m. es n, luego 2

375

2

nnc

Como se da nc (por minuto), tenemos que dividir por 60

La potencia vendr dada por cmicumici n*L*A*pn*N*V*pn*Wit

WiP

60

1*

2

n*N*L *A*p n*N*L*A*p Pi micmi

LD L 2 * D

2 y como 1C.V. = 736W 1600 C.V*1177600W =1177600 N m s =

1177600 100kgf*N*m *cm/(N*m*s) 120,163.26 kgf*cm/ s

9.80

s*cm

N*kgf

120

375*8*D* 2*

4

D *13.2 cm/s*kgf 120,163.26

2

2

cm50.28Dcm23193375*8**20.13

120*2*12016326D 33

. La carrera ser L = 2*D = 2*28,5 = 57cm

5. - En una revista, se observa los siguientes datos oficiales referidos a un automvil: Dimetro x carrera: 82.5*92.8 mm. Relacin de compresin: 10.5:1. Potencia mxima: 110 KW a 6000 r.p.m. Par mximo: 180.32 Nm a 4600 r.p.m. A la vista de estos datos: a) Se trata de un motor de encendido por chispa o de encendido por compresin? b) Cul es su cilindrada, si tiene cuatro cilindros?. c) Cul ser el par motor al rgimen de potencia mxima?. a. En los motores de encendido por compresin, la relacin de la misma es del orden de 20: 1 o superior. Es por lo que se deduce que el motor es de encendido por chispa

222

mm 5342.94

50.82*

4

D*A

Si Vu es el volumen unitario del cilindro, el volumen total de los cuatro cilindros es Vt = 4*Vu = 4*A* L = 4*3542.9*92.8 =1983284,4 mm3 =1983,28 cm3 b. La potencia mxima: Pmx = M* 3

mxP 110 *10 wM 175 N m2 rad / s

6000 *60

6. - Un motor de tipo Otto de cuatro tiempos posee un rendimiento mecnico del 50% y desarrolla una potencia til o efectiva de 60 KW a 4000 r.p.m. Calcule: a) Par que est suministrando, b) Trabajo producido en una hora, c) Trabajo indicado por ciclo.

a. El par motor: eP 60000M 143.31N* m2

4000*60

b. El trabajo efectivo: We = Pe t = 60 103 3600W s = 2,16 108 J

c. El rendimiento mecnico m: em

i

PPotencia efectiva

PPotencia Indicada

3

ei

m

P 60* 10P 120kw

0.50

La potencia indicada en funcin del trabajo indicado y del tiempo: ii i c

WP W* n

t

En un motor de cuatro tiempos, el nmero de ciclos nc: c

rpm 4000n 2000cpm

2 2

Luego el trabajo indicado: 3

ii

c

P 120* 10 JW 60

n 2000 ciclo

7. - Un motor Otto de un cilindro con espacio muerto de 50 cm3, funciona en dos tiempos, a n = 4,000 r.p.m.. La relacin de compresin es 6 y la de aumento de presin 2.5 . La temperatura de aspiracin es 353K y la presin 0.9 bar.

La mezcla aire combustible as como los gases de combustin tienen las caractersticas del aire. Determinar: a. Los parmetros de estado de los puntos caractersticos del ciclo, b. La potencia terica del ciclo



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c. El rendimiento terico, comparativamente con el rendimiento del ciclo Carnot entre los mismos lmites de temperaturas, d. El consumo de combustible por cada si el motor quema gasolina con PCI = 44000 kJ/kg SOLUCION

1. - Los parmetros de estado: 31 2 2V * V ;V 50cm

31V 6 * 50 300cm

Cilindrada del motor: 31 2V V 300 50 250cm

k 1.412 1 1

2

Vp p * p * 0.9 * 6 11.05bar

V

;

k 1

k 1 1.4 112 1 1

2

VT T * T * 353 * 6 725K

V

V

p

1

2

3

4

V2 V1

q = 0

q = 0

q23

q41

1

ss1 s2

3

4

3T

dV=0

dV=0

3 2p *p 2.5 *11.05 27.6bar 3

3 2 22

pT T * T * 725 * 2.5 1,810K

p

33 2V V 50cm

k k

3 34 24k k 1.4 1

3 4 1

V pp V 1 27.6p 2.25bar

p V V 6

k 1

3 34 3 k 1 1.4 1

4

V T 1,810T T * 880K

V 6

Estado P*10-5 (Bar) V*10-6 (m3) T (K)

1 0.90 300 353

2 11.05 50 725

3 27.6 50 1810

4 2.25 309 880

2. El trabajo mecnico por ciclo: k 11cmRT

W * 1 * 1k 1

Masa de gas del cilindro en el ciclo:5 6

31 1

1

p * V 0.90 *10 * 300 *10m 0.265 *10 kg / ciclo

R * T 287 * 353

3

1.4 1c

0.265 *10 * 290 * 353W * 6 1 * 2.5 1 106.5J / ciclo

1.4 1

Potencia terica: c

c

W * n 106.5 * 4,000P 7.03kw

60 *1000 * 60 *1000 *1

3. Rendimiento terico del ciclo: k 1 1.4 1

1 11 1 0.51 51%

6

Rendimiento del ciclo Carnot entre los mismos lmites de temperatura: 1Carnot

2

T 3531 1 0.805

T 1,180

4. Consumo de combustible: 4Cble

Otto

kJ kJP 7.03kg s sm 3.45 *10 kg / s 1.242kg / h

kJs kJ 0.51* 40000* P.C.I.kgkg

5. Se tiene un motor Otto de combustible de PCI = 42500 kJ/kg, de cuatro tiempos Tiene 12 cilindros con dimetro interior de 137 mm y carrera = 152 mm. Su relacin de compresin es 8.5, k = 1.40, cp del

aire = 1.0065 kJ/(kg*C). El aire entra a 1 bar (absoluto) y 20C, = 2.50, n= 2500 rpm. is compresor 87% .

Hallar el rendimiento terico



12

Hallar la potencia en su eje Hallar el consumo de combustible SOLUCION T1 = 293 K; T2 = 293*8.5

(1.4 -1)/1.40 = 540 K, T2 = 293 + (540 293)/0.87 = 576.90 K

T3 = T2* = 576.90*2.50 = 1442.25 K Trabajo mecnico desarrollado por el MCI: Wc = 0.95*105*2.2406*10-3 *(1.75 1) * (8.50.40 -1) / ((8.5 1)*(1.40-1)) = 720 J/ciclo Potencia desarrollada por el MCI: 720*2500*(60*1000*2) = 15 kw

Vcarrera = V1 V2 = V2*8.50 V2 = 7.50*V2 V2 = 2.24065*10-3 / 7.50 = 2.9875*10-4 m3 Masa del aire (por cada cilindro): 0.90*105 * 2.5396*10-3 /(288.28*293) = 2.7057*10-3 kg/ciclo Trabajo desarrollado por el MCI: Wc = 12*2.7057*10-3*288.28*293/0.40 *(8.50.40-1)*(2.50 -1) = 13920.702 J/ciclo b) Potencia en eje del MCI = 13920.702*2500/(60*1000*2) = 290.014 kw a) Rendimiento terico del MCI = 1 1 / 80.4 = 0.5751 Q23 = ma*cv*(T3 T2) = 2.7057*10-3*717.85*(1442.25 576.90) = 20169.12 J/ciclo

Flujo de combustible: c) Mcble*42500 = 20169.12*2500*60/2 mcble = 35.592 kg/h 3. Un motor Otto de dos tiempos acciona una bomba centrifuga, 35 m3/h, Hsuccin = - 8.5m, Hsalida = 30m, con rendimiento de 80.50%. El MCI tiene una cilindrada de 125 cm3, 1 pistn, relacin de compresin volumtrica de 6.5, consume GNV con PCI = 30000 kJ/kg.; succiona el aire a 30C y a 0.9 bar (absolutos).

MCI Compresor97%

. La relacin

de aumento de presin del MCI es 2.60, k = 1.40.

Rendimientos isoentrpicos: En la compresin inicial: 1 82% , en la distensin (fase motriz): 87%

El GNV cuesta 13.50 N.S. por cada 1055000 kJ. Hallar: Los parmetros del ciclo motriz del motor trmico El consumo de combustible del motor trmico (kg/h) El rendimiento real del motor trmico El torque (en N*m) en el eje del MCI SOLUCION

Potencia demandada por la bomba: BC(35 / 3600) * 995 * 9.81* 38.50

P 4.53kw805

Potencia en eje del MCI: MCI4.53

P 4.67kw0.97

Parmetros del ciclo:

1T 30 273 303K 1p 0.90bar

k 1 0.40

2 real 1C

1 6.50 1T T * 1 303 * 1 714.745

0.82

22 1

1

T 714.745p p * * 0.9 * 6.5 * 13.80bar

T 303

3 2p *p 2.60 *13.80 35.88bar 3 2T * T 2.60 * 714.745 1858.377K

34 k

pp 1.0041bar

6 32Cilindrada 1 * V 125 *10 m 6 3

2V 22.727 *10 m 6 31V 147.727 *10 m

Masa del gas en un ciclo: 5 6

40.90 *10 *147.727 *10 kgm 1.522 *10288.28 * 303 ciclo

Trabajo mecnico desarrollado en un ciclo:

4

1.4 1c

1.522 *10 * 288.28 * 303 JW * 6.5 1 * 2.60 1 59.255

0.40 ciclo

Velocidad de rotacin del MCI: MCI60 *1000 *1* 4.67

n 4728.715rpm59.255



13

4 real 3 0.4

1T T * 1 0.87 * 1 1006.261K

6.5

Rendimiento real del ciclo:

0.40

Otto 0.400.40real

1 3030.87 * 1 * * 6.5

10.80 * 0.87 1858.337* 1 0.2174

6.50303 1 6.51 * 1

1858.337 0.80 0.80

Torque entregado por el MCI:

t

4.67M 95500 79.815daN* cm 7.98N.m

5587.68

Calor entregado en fase 2-3:

423 3 2kg J J

Q m * cp * T T 1.522 *10 * 718.90 * 1858.337 714.745 k 125.128ciclo kg * k ciclo


23 MCIcble

3MCI

J ciclo min125.128 * 4728.715 * 60

Q * n * 60 kgciclo min hm 4.082JPCI * * h

40000 *10 *1* 0.2174kg

2. - Un motor Otto de cuatro tiempos acciona una compresora porttil a pistones, de dos etapas, 25 m3/minuto (a condiciones de entrada), p manomtrica succin = - 0.15 bar, presin manomtrica de salida = 9.5 bar, con rendimiento de 78.50%. El k = 1.40. El MCI tiene una cilindrada de 2000 cm3, tres pistones, relacin de compresin volumtrica de 6.5, consume combustible con PCI = 40000 kJ/kg.; succiona el aire a 40C y a 0.9 bar (absolutos).

MCI Compresor97%

. La

relacin de aumento de presin, es 2.70, k = 1.40 El MCI consume Gasolina de 84 octanos, la cual cuesta 7.90 N.S. 1 galn tiene 3.62 kg. Hallar: Los parmetros del ciclo motriz del motor trmico El consumo de combustible del motor trmico (kg/h) El rendimiento del motor trmico El torque (en N*m) en el eje del MCI

El costo unitario de generar aire comprimido con el MCI (N.S./kg), si aire 3

kg1.20

m

SOLUCION Potencia demandada por el compresor:

1.40 13

2*1.405

2

c

2 *1.40 m N 10.50* 0.4167 * 0.85 *10 * 1

1.40 1 s 0.85m

P 136.63kw0.785 *1000

Potencia en eje del MCI: eje MCIP 136.63 / 0.97 140.85kw

3 31 2V V 2 *10 m

3 3 3 32 21 * V 2 *10 m V 0.3636 *10 m 3 31V 2.3634 *10 m

Proceso 2-3: 1.42p 0.90 * 6.5 12.37bar 0.40

2T 313 * 6.5 661.774K

3 2p *p 2.70 *12.37 33.399bar 3 2T * T 2.70 * 661.774 1786.80K 3 3

3 2V V 0.3636 *10 m

34 k 1.40

p 33.399p 2.43bar

6.50

34 k 1 0.40

T 1786.80T 845.10K

6.50


3

k 1 0.401ciclo

mRT 2.357 *10 * 288.28 * 313W * 1 * 1 * 6.50 1 * 2.70 1 1007.18J / ciclo

k 1 0.40

Masa del gas: 5 3

30.90 *10 * 2.3634 *10m 2.357 *10 kg / ciclo288.28 * 313



14

Velocidad de rotacin del eje del MCI: 60 *1000 * 2 *140.85

n 4193.38rpm1007.18 * 4

Rendimiento terico del ciclo: t 1.40 11

1 0.52706.50

Calor de la fuente caliente:

323 u 3 2Q m* cp * T T 2.357 *10 * 718.93 * 1786.80 661.774 1906.38J / ciclo

Calor total de la fuente caliente: 23 23 uQ 4 * Q 7625.52J / ciclo

Flujo del combustible: 23 Tcble 3 3Q * n 7625.52 * 4193.38 * 60

m 47.965kg / hPCI*10 * 40000 *10 *1

Momento de torsin en eje del MCI:

t MCI

P 140.85kwM 95500 * 95500 * 3207.72daN* cm 320.77N* m

n 4193.38rpm

Costo de generacin del aire comprimido:

aire 3comprimido

3

kg cble N.S.33.575 * 2.182

N.S.h kg cbleC 0.01017

kg airem s kg4 * 0.4167 * 3600 *1.20

s h m

2. - Un motor Otto de cuatro tiempos acciona una compresora porttil a pistones, de dos etapas, 25 m3/minuto (a condiciones de entrada), p manomtrica succin = - 0.15 bar, presin manomtrica de salida = 9.5 bar, con rendimiento de 78.50%. El k = 1.40. El MCI tiene una cilindrada de 2000 cm3, tres pistones, relacin de compresin volumtrica de 6.5, consume combustible con PCI = 40000 kJ/kg.;



15

succiona el aire a 40C y a 0.9 bar (absolutos). MCI Compresor

97%

. La relacin de aumento de

presin, es 2.70, k = 1.40 El MCI consume Gasolina de 84 octanos, la cual cuesta 7.90 N.S. 1 galn tiene 3.62 kg. Hallar: Los parmetros del ciclo motriz del motor trmico El consumo de combustible del motor trmico (kg/h) El rendimiento del motor trmico El torque (en N*m) en el eje del MCI

El costo unitario de generar aire comprimido con el MCI(N.S./kg), si aire 3

kg1.20

m


1.40 13

2*1.405

2

c

2 *1.40 m N 10.50* 0.4167 * 0.85 *10 * 1

1.40 1 s 0.85m

P 136.63kw0.785 *1000


3 31 2V V 2 *10 m

3 3 3 32 21 * V 2 *10 m V 0.3636 *10 m 3 31V 2.3634 *10 m

Proceso 2-3: 1.42p 0.90 * 6.5 12.37bar 0.40

2T 313 * 6.5 661.774K

3 2p *p 2.70 *12.37 33.399bar 3 2T * T 2.70 * 661.774 1786.80K 3 3

3 2V V 0.3636 *10 m

34 k 1.40

p 33.399p 2.43bar

6.50

34 k 1 0.40

T 1786.80T 845.10K

6.50


3

k 1 0.401ciclo

mRT 2.357 *10 * 288.28 * 313W * 1 * 1 * 6.50 1 * 2.70 1 1007.18J / ciclo

k 1 0.40

Masa del gas: 5 3

30.90 *10 * 2.3634 *10m 2.357 *10 kg / ciclo288.28 * 313


n 4193.38rpm1007.18 * 4


1 0.52706.50


323 u 3 2Q m* cp * T T 2.357 *10 * 718.93 * 1786.80 661.774 1906.38J / ciclo



m 47.965kg / hPCI*10 * 40000 *10 *1

Momento de torsin en eje del MCI:

t MCI

P 140.85kwM 95500 * 95500 * 3207.72daN* cm 320.77N* m

n 4193.38rpm

Costo de generacin del aire comprimido:

aire 3comprimido

3

kg cble N.S.33.575 * 2.182


kg airem s kg4 * 0.4167 * 3600 *1.20

s h m



16

3. Un motor Otto de dos tiempos acciona una bomba centrifuga, 35 m3/h, Hsuccin = - 8.5m, Hsalida = 30m, con rendimiento de 80.50%. El MCI tiene una cilindrada de 125 cm3, 1 pistn, relacin de compresin volumtrica de 6.5, consume GNV con PCI = 30000 kJ/kg.; succiona el aire a 30C y a 0.9 bar (absolutos).

MCI Compresor97%

. La relacin de aumento de presin del MCI es 2.60, k = 1.40.

Rendimientos isoentrpicos: En la compresin inicial: 1 82% , en la distensin (fase motriz): 87%

El GNV cuesta 13.50 N.S. por cada 1055000 kJ. Hallar: Los parmetros del ciclo motriz del motor trmico El consumo de combustible del motor trmico (kg/h) El rendimiento real del motor trmico El torque (en N*m) en el eje del MCI SOLUCION

Potencia demandada por la bomba: BC(35 / 3600) * 995 * 9.81* 38.50

P 4.53kw805

Potencia en eje del MCI: MCI4.53

P 4.67kw0.97

Parmetros del ciclo:

1T 30 273 303K 1p 0.90bar k 1 0.40

2 real 1C

1 6.50 1T T * 1 303 * 1 714.745

0.82

22 1

1

T 714.745p p * * 0.9 * 6.5 * 13.80bar

T 303

3 2p *p 2.60 *13.80 35.88bar 3 2T * T 2.60 * 714.745 1858.377K

34 k

pp 1.0041bar

6 321 * V 125 *10 m 6 32V 22.727 *10 m

6 31V 147.727 *10 m

Masa del gas en un ciclo: 5 6

40.90 *10 *147.727 *10 kgm 1.522 *10288.28 * 303 ciclo


4

1.4 1c

1.522 *10 * 288.28 * 303 JW * 6.5 1 * 2.60 1 59.255

0.40 ciclo

Velocidad de rotacin del MCI: MCI60 *1000 *1* 4.67

n 4728.715rpm59.255

4 real 3 0.4

1T T * 1 0.87 * 1 1006.261K

6.5

Rendimiento real del ciclo:

0.40

Otto 0.400.40real

1 3030.87 * 1 * * 6.5

10.80 * 0.87 1858.337* 1 0.2174

6.50303 1 6.51 * 1

1858.337 0.80 0.80

Torque entregado por el MCI:

t

4.67M 95500 79.815daN* cm 7.98N.m

5587.68

Calor entregado en fase 2-3:

423 3 2kg J J

Q m * cp * T T 1.522 *10 * 718.90 * 1858.337 714.745 k 125.128ciclo kg * k ciclo




17

23 MCIcble

3MCI

J ciclo min125.128 * 4728.715 * 60

Q * n * 60 kgciclo min hm 4.082JPCI * * h

40000 *10 *1* 0.2174kg

2. - Un motor Otto de cuatro tiempos acciona una compresora porttil a pistones, de dos etapas, 25 m3/minuto (a condiciones de entrada), p manomtrica succin = - 0.15 bar, presin manomtrica de salida = 9.5 bar, con rendimiento de 78.50%. El k = 1.40. El MCI tiene una cilindrada de 2000 cm3, tres pistones, relacin de compresin volumtrica de 6.5, consume combustible con PCI = 40000 kJ/kg.; succiona el aire a 40C y a 0.9 bar (absolutos).

MCI Compresor97%

. La relacin de aumento de

presin, es 2.70, k = 1.40 El MCI consume Gasolina de 84 octanos, la cual cuesta 7.90 N.S. 1 galn tiene 3.62 kg. Hallar: El consumo de combustible del motor trmico (kg/h) El rendimiento terico del motor trmico

El costo unitario terico de generar aire comprimido con el MCI(N.S./kg), si aire 3

kg1.20

m

El rendimiento real del MCi si el

is Compresin

85%y

is Expansin

87.50%

El costo unitario real de generar aire comprimido con el MCI(N.S./kg), si aire 3

kg1.20

m


1.40 13

2*1.405

2

c

2 *1.40 m N 10.50* 0.4167 * 0.85 *10 * 1

1.40 1 s 0.85m

P 136.63kw0.785 *1000


3 31 2V V 2 *10 m

3 3 3 32 21 * V 2 *10 m V 0.3636 *10 m 3 31V 2.3634 *10 m

Proceso 2-3: 1.42p 0.90 * 6.5 12.37bar 0.40

2T 313 * 6.5 661.774K

3 2p *p 2.70 *12.37 33.399bar 3 2T * T 2.70 * 661.774 1786.80K 3 3

3 2V V 0.3636 *10 m

34 k 1.40

p 33.399p 2.43bar

6.50

34 k 1 0.40

T 1786.80T 845.10K

6.50


3

k 1 0.401ciclo

mRT 2.357 *10 * 288.28 * 313W * 1 * 1 * 6.50 1 * 2.70 1 1007.18J / ciclo

k 1 0.40

Masa del gas: 5 3

30.90 *10 * 2.3634 *10m 2.357 *10 kg / ciclo288.28 * 313


n 4193.38rpm1007.18 * 4


1 0.52706.50


323 u 3 2Q m* cp * T T 2.357 *10 * 718.93 * 1786.80 661.774 1906.38J / ciclo



m 23.9825kg / hPCI*10 * 40000 *10 * 2

Costo real de generacin del aire comprimido:



18

aire 3comprimido t

3

kg cble N.S.23.9825 * 2.182


kg airem s kg0.4167 * 3600 *1.20

s h m

Rendimiento real del MCI Otto

k 1 1.4 1

2R 1ac

1 6.5 1T T 1 K 313.15 K 1 723.67K

0.85

Trabajo consumido en la compresin adiabtica:

k 1vo 112 vo 1 2aC

c * T kJ kJw * 1 c * T T 0.71893 * 313 723.67 K 295.243

kg*K kg

Calentamiento especfico a volumen constante:

23 v 3 2rkJ

q c * T T 0.71893 * 1786.80 723.67 764.316kg


323 u 3 2rQ m* cp * T T 2.357 *10 * 718.93 * 1786.80 723.67 1801.50J / ciclo

Calor total de la fuente caliente: 23 23 uQ 4 * Q 7206J / ciclo

Trabajo generado en la expansin adiabtica

34 aexp v 3 v 3 4k 1 0.40

1 1 kJw * c * T * 1 c * T T 0.875 * 0.71893 *1786.80 * 1 592.386

kg6.5

Temperatura real de salida del gas

4 3 aexp k 1 0.40

1 1T T * 1 * 1 1786.80 * 1 0.85 * 1 941.695K

6.50

Salida de trabajo especfica neto real.

k 11real 12 34 aexp v 3 k 1

acomp aexp 3ciclo Otto

T1 1W w w * c * T * 1 * 1 * *

* T

real OttokJ

w 295.243 592.386 297.143kg

Trabajo real desarrollado por ciclo:

3 3real 12 34ciclo Otto

kJ kg kJ JW w w * m 297.143 * 2.357 *10 700.366 *10 700.366

kg ciclo ciclo ciclo

Velocidad real de rotacin del eje del MCI: 60 *1000 * 2 *140.85

n 6033.27rpm700.366 * 4

Flujo del combustible: 23 rcble real 3 3Q * n 7206 * 6033.27 * 60

m 32.61kg / hPCI*10 * 40000 *10 * 2

Costo real de generacin del aire comprimido:

aire 3comprimido

3

kg cble N.S.32.61 * 2.182


kg airem s kg4 * 0.4167 * 3600 *1.20

s h m



19

1. - Un motor Otto de ocho cilindros con espacio muerto de 95 cm3 c/u, funciona en cuatro tiempos, a 3600 rpm. Trabaja con relacin de compresin de 7.50 y la de aumento de presin 2.25. Aspira el aire a 15C y se encuentra en una

localidad a 2000 m.s.n.m. El motor tiene los rendimientos isentrpicos: 845.0Compresinis y 875.0

ansinexpis . La

mezcla aire combustible y de gases de combustin tienen las caractersticas del aire. El motor acciona un compresor frigorfico, con rendimiento mecnico = 98%, el motor comprime R 22 hasta 13.50 bar y 70C, y lo aspira a 3.50 bar como vapor saturado seco. En el condensador se alcanza el nivel de lquido sub enfriado, en 3.5c en relacin a la temperatura de saturacin. El sistema de refrigeracin es utilizado para fabricar hielo desde agua a 20c hasta hielo a -5c, con una eficiencia trmica de 75%, el lsolidific. del agua es 435 kJ/kg, cp = 4.187. Determinar: a. El rendimiento real del ciclo real del ciclo.2p b. El consumo de combustible si el motor quema gasolina con PCI = 40000 kJ/kg.1p c. La capacidad de fabricacin de hielo, en TM/h1p d. La eficiencia frigorfica de la instalacin..1p

Solucin 3

1 cm570095*50.7*8V 3

21 cm 49409520.712*8VV

;Pa776882000*20.1*81.9101232p ;K288T 11 bar 045.1377688.0*50.7p40.1

2

bar35.29045.13*25.2p ;K78.64450.7*288T 340.0

2

bar748.150.7

35.29pp ;K755.145078.644*25.2T

40.1k

343

K992.647

50.7

755.1450TT

40.01k

34

Temperatura real al final de la fase de compresin: K23.710845.0

150.71*288T

40.0

r2

Trabajo especfico en fase de compresin real: kg

kJ55.30328823.710*71893.0w r12

Calor unitario recibido en la fase de combustin: kg

kJ385.53223.710755.1450*71893.0q 3r2

Temperatura real de gases de escape: K95.74750.7

11*875.01*1450T

40.0r4

Trabajo real unitario en fase de expansin (desarrollo de trabajo):

kg

kJ27.50595.747755.1450*71893.0w r43

kg

kJ431.20150.7*

75.1450

288*

875.0*85.0

11*

50.7

11*755.1450*71893.0*875.0w 40.0

40.0neto

Potencia que entrega el MCI: kw302

s60

min1*

rev

kg10*33.5*

min

rev3600*

kg

kJ27.505

P

3

En la cual, la masa del agente trmico: ciclo

kg10*33.5

288*28.288

10*5700*77688m 3

6

s

kg4778.0

10.401445

7134.0*40.29m

hh*mkw40.2998.0*30P refr.gas

is

12refr.gas

compresoreje

7134.050.3

50.13*038.086.0compis

h

TM509.0

s

kg14156.0m90.18710.401*4778.0

75.0

5*187.443520*187.4*magua

agua

Eficiencia frigorfica de la instalacin: 856.4975.20

86.101f

Consumo de combustible: h

kg92.11

s

kg10*31.3

40000

rev

kg10*33.5*

s60

min*

min

rev2800*

kg

kJ385.532

m 3

3

cble



20

3. - Un motor Otto de dos cilindros con espacio muerto unitario de 50 cm3, funciona en dos tiempos, a n = 4,000 r.p.m. La

relacin de compresin es 6 y la de aumento de presin 2.5 . La temperatura de aspiracin es 30c y la presin

0.95 bar. La mezcla aire combustible y de gases de combustin tienen las caractersticas del aire. Determinar: a. el rendimiento terico del ciclo b. El consumo de combustible si el motor quema gasolina con PCI = 40000 kJ/kg c. El flujo de aire que vehiculara un ventilador de tiro forzado accionado por el MCI si el mismo tiene un rendimiento de 75%, presin succin = 25 mm. Columna de agua, presin salida = 175 mm columna de agua, el rendimiento mecnico MCI ventilador es 97% d. La relacin aire combustible que utiliza el MCI para su funcionamiento Solucin

31 cm30050*6V

3T2T1

3T1 cm500100600VVcm600V K303T1

bar 671.116*95.0*pV

V*pp 40.1k1

2

112

K444.6206*303*TT 40.01k12 bar 1775.29671.11*50.2p*p 23

K11.155150.2*444.620*TT 23 3

T2T3 cm 100VV

K 50.7576

TTbar 37.2

6

1775.29pp

40.0

3440.1k

34

Masa de agente trmico: ciclo

kg10*5546.6

303*287

10*600*10*95.0m 4

65

ciclo

j94.22315.2*16*

40.0

303*287*10*5546.6w 40.0

4

comp

Potencia desarrollada por MCI: kw 93.141*60000

4000*94.223P

Rendimiento terico del ciclo: 5116.06

11

40.0t

Flujo de combustible que quema en el MCI: h

kg626.2

s

kg10*296.7

40000*5116.0

93.14m 4cble

Clculo del flujo de aire en el ventilador. Potencia en eje del ventilador:

h

m835.19550

s

m43.5

m

N2000

750*kw4821.14V

1000*

pt*Vkw4821.1497.0*93.14P

33

2

ventiladoreje

d) Determinacin de la relacin aire combustible:

h

kg626.2mcble

hora

GCkg31.157

h

min60*

min

ciclo4000*

ciclo

kg10*5546.6n*mm 4cicloGC

h

kg68.154626.231.157maire

Resulta: kgcble

kgaire904.58

626.2

68.154R cblea



21

2. Se tiene un compresor a pistones, con dos etapas de compresin, los cilindros tienen las siguientes caractersticas: Carrera = 12 cm, dimetro interior = 10 cm, Volumen nocivo = 5% Vcarrera. Las rpm del cigeal del compresor son 700. La relacin de transmisin por fajas trapezoidales es igual a 0.25 (desde MCI a compresor). El compresor es accionado por un MCI Otto con cuatro cilindros, de cilindrada unitaria = 355 cm3, el MCI trabaja en cuatro tiempos, con relacin de compresin de 8.25 y la de aumento de presin 2.35. Aspira el aire a 25C y se encuentra en una localidad a 150 m.s.n.m.

El motor tiene los rendimientos isentrpicos: 845.0Compresinis y 875.0

ansinexpis . La mezcla aire combustible y

de gases de combustin tienen las caractersticas del aire. Hallar: a. El rendimiento real del ciclo real del ciclo Otto b. El consumo de combustible si el motor quema gasolina con PCI = 40000 kJ/kg c. La capacidad de fabricacin de hielo, en TM/h d. La capacidad del compresor si aspirara aire a 35C, con las misma presin que la inicial presentada Solucin

342

carrera m10*4248.912.0*4

10.0*V

354cc m10*7124.410*4248.9*05.0V

341 m10*89604.9V

; s

m0115.0

s60

min*

min

rev700*m10*89604.9Vrpm700n

333

1compresor

rpm2800nMCI bar 9946.0Pa 20.99466s

m81.9*

m

kg20.1*m150101232p

231

K103.69325.8*298TK298T 40.021 K57.765845.0

125.81*298T

40.0

r2

K80.1628T*35.2T 23 K36.81625.8

11*875.01*80.1628T

40.0r4

Trabajo en fase de compresin: kg

kJ15.33629857.765*

K*kg

kJ71893.0w comp

kg

kJ6019.62057.76580.1628*71893.0Q23

kg

kJ906.24725.8*

80.1628

298*

875.0*845.0

11*

25.8

11*80.1628*71893.0*875.0w 40.0

40.0neto

a) rendimiento real del MCI: 40.0620619

247906real

Masa del agente trmico: ciclo

kg10*151.1

K298*K*kg

kJ287

m10*89604.9*Pa20.99466m 3

34

Potencia en MCI: compresor4

3

Ph

kg3

s

kg10*33.8

kg

kJ40000

s60

min*

ciclo

kg10*151.1*

min

rev2800*

kg

kJ906.247

P

Reemplazando en la ecuacin de potencia del compresor a pistones:

bar 848.68p1p

p*Pa20.99466*

s

m0115.0*

40.0

40.1*2w6657 2

40.1*2

40.0

1

23

Flujo msico de aire aspirado a 35C:

s

kg052.0

308

298*

60

2800*10*151.1

T

T*mm 3

2

112

Flujo msico de aire inicial: s

kg05371.0m1



22

2. Se tiene un compresor a pistones, con tres etapas de compresin, con dos cilindros de baja presin y dos de alta presin, con: Carrera = 12 cm, dimetro interior = 10 cm, Volumen nocivo = 5% Vcarrera. Las rpm del cigeal del compresor son 750. La relacin de transmisin por fajas trapezoidales es igual a 0.25 (desde MCI a compresor). El compresor es accionado por un MCI Otto con cuatro cilindros, de cilindrada unitaria = 360 cm

3, el MCI trabaja en cuatro tiempos, con relacin de

compresin de 8.5 y la de aumento de presin 2.20. Aspira el aire a 25C y se encuentra en una localidad a 550 m.s.n.m.. La mezcla aire combustible y de gases de combustin tienen las caractersticas del aire. Hallar: a. El rendimiento del ciclo Otto b. El consumo de combustible si el motor quema metano (CH4) c. La capacidad del compresor si aspirara aire a 35C, con las misma presin que la inicial presentada Solucin

342

carrera m10*4248.912.0*4

10.0*V

354cc m10*7124.410*4248.9*05.0V

341 m10*89604.9V

; s

m0115.0

s60

min*

min

rev700*m10*89604.9Vrpm700n

333

1compresor

rpm2800nMCI bar 9946.0Pa 20.99466s

m81.9*

m

kg20.1*m150101232p

231

K103.69325.8*298TK298T 40.021 K57.765845.0

125.81*298T

40.0

r2

K80.1628T*35.2T 23 K36.81625.8

11*875.01*80.1628T

40.0r4

Trabajo en fase de compresin: kg

kJ15.33629857.765*

K*kg

kJ71893.0w comp

kg

kJ6019.62057.76580.1628*71893.0Q23

kg

kJ906.24725.8*

80.1628

298*

875.0*845.0

11*

25.8

11*80.1628*71893.0*875.0w 40.0

40.0neto

a) rendimiento real del MCI: 40.0620619

247906real

Masa del agente trmico: ciclo

kg10*151.1

K298*K*kg

kJ287

m10*89604.9*Pa20.99466m 3

34

Potencia en MCI: compresor4

3

Ph

kg3

s

kg10*33.8

kg

kJ40000

s60

min*

ciclo

kg10*151.1*

min

rev2800*

kg

kJ906.247

P

Reemplazando en la ecuacin de potencia del compresor a pistones:

bar 848.68p1p

p*Pa20.99466*

s

m0115.0*

40.0

40.1*2w6657 2

40.1*2

40.0

1

23

Flujo msico de aire aspirado a 35C:

s

kg052.0

308

298*

60

2800*10*151.1

T

T*mm 3

2

112

Flujo msico de aire inicial: s

kg05371.0m1



23

1. - Un motor Otto de ocho cilindros con espacio muerto de 95 cm3 c/u, funciona en cuatro tiempos, a 3800 rpm. Trabaja con relacin de compresin de 7.50 y la de aumento de presin 2.15. Aspira el aire a 15C y se encuentra en una localidad a 2000 m.s.n.m. La mezcla aire combustible y de gases de combustin tienen las caractersticas del aire. El motor acciona un compresor frigorfico, con rendimiento mecnico = 98%, el cual comprime R 22 hasta 13.50 bar y 70C, y lo aspira a 3.50 bar como vapor saturado seco. El sistema de refrigeracin es utilizado para fabricar hielo desde agua a 20C hasta hielo a -5C, con una eficiencia trmica de 75%, el calor latente de solidificacin del agua es 435 kJ/kg, cp = 4.187. Determinar: a. El rendimiento del ciclo de Otto b. El consumo de combustible si el motor quema propano (C3H8) c. La capacidad de fabricacin de hielo, en TM/h d. La eficiencia frigorfica de la instalacin

Solucin 3

1 cm570095*50.7*8V 3

21 cm 49409520.712*8VV

;Pa776882000*20.1*81.9101232p ;K288T 11 bar 045.1377688.0*50.7p40.1

2

bar35.29045.13*25.2p ;K78.64450.7*288T 340.0

2

bar748.150.7

35.29pp ;K755.145078.644*25.2T

40.1k

343

K992.647

50.7

755.1450TT

40.01k

34

Temperatura real al final de la fase de compresin: K23.710845.0

150.71*288T

40.0

r2

Trabajo especfico en fase de compresin real: kg

kJ55.30328823.710*71893.0w r12

Calor unitario recibido en la fase de combustin: kg

kJ385.53223.710755.1450*71893.0q 3r2

Temperatura real de gases de escape: K95.74750.7

11*875.01*1450T

40.0r4

Trabajo real unitario en fase de expansin (desarrollo de trabajo):

kg

kJ27.50595.747755.1450*71893.0w r43

kg

kJ431.20150.7*

75.1450

288*

875.0*85.0

11*

50.7

11*755.1450*71893.0*875.0w 40.0

40.0neto

Potencia que entrega el MCI: kw302

s60

min1*

rev

kg10*33.5*

min

rev3600*

kg

kJ27.505

P

3

En la cual, la masa del agente trmico: ciclo

kg10*33.5

288*28.288

10*5700*77688m 3

6

s

kg4778.0

10.401445

7134.0*40.29m

hh*mkw40.2998.0*30P refr.gas

is

12refr.gas

compresoreje

7134.050.3

50.13*038.086.0compis

h

TM509.0

s

kg14156.0m90.18710.401*4778.0

75.0

5*187.443520*187.4*magua

agua

Eficiencia frigorfica de la instalacin: 856.4975.20

86.101f

Consumo de combustible: h

kg92.11

s

kg10*31.3

40000

rev

kg10*33.5*

s60

min*

min

rev2800*

kg

kJ385.532

m 3

3

cble



24

PROBLEMAS PROPUESTOS 1. Un motor de ignicin forzada que sigue un ciclo de Otto tiene una relacin de compresin de 10 mientras funciona con una temperatura mnima de 200C y una presin mnima de 200 kPa. Si el trabajo que debe proporcionar es 1000 kJ/kg,

calclese el rendimiento trmico mximo posible y comprese con el de un ciclo de Carnot. Solucin: Otto = 60.2%;

Carnot = 86.5%

2. Un ciclo Otto terico de un motor monocilndrico, de dos tiempos y 60 mm de dimetro de pistn, est limitado por los volmenes de V1=480 cm3 y V2=120 cm3, y por las presiones de P1=0.1 MPa, P2=0.7 MPa, P3=3.5 MPa, P4=0.5 MPa. Halla: a) el diagrama terico del ciclo termodinmico, b) Cilindrada y carrera, c) Relacin volumtrica de compresin. 3. Un ciclo de Otto de aire tiene una relacin de compresin de 9. Al comienzo de la compresin, p1=95 kPa, y T1=37C. El calor absorbido por el aire es 0.75 kJ y la temperatura mxima del ciclo es de 1020 K. Calcular el calor cedido, el trabajo neto y el rendimiento. Solucin: h=0.565, W=0.423 kJ, Qs=-0.3266 kJ. 4.- Un motor de explosin de gasolina que funciona segn el ciclo terico de Otto, tiene una potencia til de 32 CV, el gasto de combustible es de 80 g/s y su rendimiento del 30%. La temperatura al final de la etapa de compresin adiabtica es de 377C y el calor especfico a volumen constante vale 0.2 Kcal g-1 K-1. Determina la potencia calorfica del combustible empleado 5) Cierta mezcla de combustible y aire genera 2800 kJ/kg al explotar en el cilindro. Para modelar el comportamiento de un motor de combustin interna que usa esta mezcla, se usa un ciclo Otto para aire estndar, que recibe un calor de 2800 kJ por kg de aire circulante. La razn de compresin es 8, y al comienzo de la compresin las condiciones son 100 kPa, 15 C. Asuma cp constante para el aire. Determine: a) Mxima presin y temperatura para el ciclo, b) Eficiencia trmica, c) Presin media efectiva. Nota: use valores de cv y cp adecuados para el intervalo de temperaturas relevante. R: Modelo de aire fro con cv =0, 717 kJ/kg.K, k =1, 40: a) 4567 K,12,7 MPa; b) 56,5%; c) 2,2 MPa (valores poco realistas) Modelo de aire caliente con cv y cp constantes a intervalos:

T (K) CV (kJ/kg.K) k

300 0.718 1.40

700 0.788 1.36

1000 0.874 1.32

1500 0.950 1.31

2000 0.986 1.31

2500 1.01 1.28

3000 1.03 1.27 R: a) 3462 K; 9,6 MPa; b) 47,9%; c) 1,9 MPa 6.- Al inicio de la compresin en un ciclo estndar de aire de Otto la presin y la temperatura son respectivamente, 14,7 lbf/plg

2 abs y 540 R. La relacin de compresin es 8 y el calor aadido por cada libra de aire es 800 Btu. Determinar: La eficiencia trmica del ciclo, La temperatura mxima durante el ciclo, La presin mxima durante el ciclo. 7.- La relacin de compresin en un ciclo de Otto de aire normal es de 8. Al empezar la carrera de compresin, la presin es de 1.03 kgf/cm

2, y la temperatura es 15.6 C. La transmisin de calor al aire por ciclo es de 445 kcal/kg m de aire. Calcule: a) La presin y la temperatura al final de cada proceso del ciclo, b) El rendimiento trmico, c) La presin media efectiva. Datos: Coeficiente adiabtico, k = 1.4, Capacidad Calorica, Cv = 0.171 kcal/kgm-K, Presin media efectiva (pme) = Wneto/(Ventrada-Vsalida) compresor 8 Estudiar el ciclo ideal de un motor alternativo de 4 cilindros y 4 tiempos, de relacin de compresin 9, que aspira 500 cm3 de gases frescos en cada cilindro, compuestos de aire con un 4% en peso de gasolina de poder calorfico inferior 42 MJ/kg, a 100 kPa y 15 C. En particular, se pide: a) Presin y temperatura tras la compresin, b) Presin y temperatura tras la combustin, c) Presin y temperatura tras la expansin, d) Rendimiento energtico, e) Potencia al eje, cuando funciona a 6000 rpm. 9. Un ciclo de Otto terico de un motor monocilndrico, de dos tiempos y 60 mm de dimetro de pistn, est limitado por los volmenes de V1=480 cm3 y V2=120 cm3, y por las presiones de P1=0.1 MPa, P2=0.7 MPa, P3=3.5 MPa, P4=0.5 MPa. Halla: a) el diagrama terico del ciclo termodinmico, b) Cilindrada y carrera, c) Relacin volumtrica de compresin.



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10. Hallar el dimetro de cilindro y la carrera de un motor de gasolina, de cuatro tiempos y seis cilindros, el cual desarrolla 120 HP al freno con una velocidad media de pistn de 762 m por minuto. Suponer: rendimiento volumtrico, 85%; rendimiento mecnico, 80%; gasolina, 11.200 kcal/kg; relacin terica aire-combustible, 15:1 (en peso); exceso de aire, 20%; rendimiento trmico en el freno, 23%; relacin carrera-dimetro de cilindro, 1:1; vapor de gasolina dos veces ms denso que el aire; aire y vapor de gasolina a una presin absoluta de 0,98 bar y 82,2 C al final del tiempo de aspiracin. Solucin: 113,5 mm. 11. Calcular la temperatura al final de la combustin a volumen constante de un ciclo mixto, suponiendo una relacin de compresin (volumtrica) r = 17 y una presin mxima de 85 bar. El estado inicial es, p1 = 1 bar y t1= 20 C. Solucin:1465.7 K 12. Calcular las temperaturas, las presiones y el rendimiento trmico del ciclo mixto del problema anterior, considerando ciclo terico aire-combustible, si la proporcin de aire es, lambda= 1.3 (PCI = 10.000 kcal/kg de gasleo). Resolverlo: (a) considerando la compresin una politrpica de exponente n = 1,35, y la expansin una politrpica de exponente n = 1,25, (b) considerando isoentrpicas la compresin y la expansin. Si p3/p2 = r" = 1,6 (fig. 7-39), y v4/v3 = r' = 1,345, hallar el rendimiento del ciclo suponiendo aire y capacidades calorficas constantes y compararlo con los resultados anteriores. Rpta:54.35%; 53.95% 13. Un motor Otto tiene una relacin de compresin, r =v1/v2= 9,25, y funciona con gasolina (PCI = 10.400 kcal/kg). Para un rgimen de elevada potencia, los datos son los siguientes: p1 = 1 bar, t1 = 20 C y lambda = 1,08. Calcular las temperaturas y las presiones en los vrtices del ciclo terico (airecombustible), y su rendimiento trmico: (a) considerando para la compresin n = 1,35 y para la expansin n = 1,3, (b) considerando isoentrpicas ambas transformaciones. (c) Obtener tambin el rendimiento suponiendo aire y capacidades calorficas constantes. Solucin: 43.72% 14. En el laboratorio se recibe para su evaluacin un motor de gasolina de un cilindro y 4T. Se conocen los siguientes datos: (1) el dimetro del cilindro, D = 76,2 mm; (2) la carrera, h= 60,32 mm; (3) el par mximo, Mmax = 14,9 Nm, a 2.600 rpm. Calcular: (a) la potencia efectiva, (b) la presin media efectiva. Solucin:4.06 kW; 6.81 bar 15. Ensayado en el banco de pruebas el motor del problema anterior, se obtiene las siguientes mediciones: (1) consumo especfico de gasolina en las condicones de par mximo, 10 cm3 en 25 s; (2) fuerza del par en la motorizacin sin encendido, para la eva luacin de rozamientos mecnicos a dichas revoluciones (2.600 rpm), Fm = 50 N. Calcular: (a) la potencia destruida en rozamientos mecnicos, (b) la potencia indicada, (c) el rendimiento mecnico, (d) el rendimiento efectivo, (e) el consumo especfico de combustible, (f) el rendimiento indicado, (g) la presin media indicada. Solucin:2723W; 6780W; 59.8%; 31.1% ; 266 g/kWh; 51.8%; 11.39 bar. 16: En un MEP de cuatro tiempos, se ha realizado un balance trmico que arroja los siguientes resultados: Radiacin: 14%, Agua de refrigeracin y aceite: 25%, Productos sin quemar y energa del escape: 34% Si en un momento determinado el consumo horario de combustible era de 10 litros/h, qu potencia aproximada estaba dando el motor ?. Datos: Densidad del combustible: .rf = 0,74 kg/dm3, Potencia calorfica del combustible:.PCI = 44.000 kJ/kg. Solucin:24.42 kW 17: Un motor de dos tiempos y un cilindro de motocicleta, con barrido por carter, tiene una cilindrada de 250 cm3 y una relacin de compresin volumtrica de 9/1. Girando el motor a 4.000 r.p.m. el coeficiente de admisin vale RS = 0,85 y el coeficiente de carga = 0,70, suponiendo que la mezcla fresca que admite el motor, tiene un dosado de F= 1/12 y que su temperatura es de 30C, siendo la presin de escape de 1,02 bar, se pide: Calcular la masa de combustible sin quemar que pierde el motor por el escape debido al cortocircuito. Qu porcentaje representa de la masa que se quema en el interior del cilindro?. Datos: Densidad del aire a 0C y 1 bar: r ao =1,293 kg/m3. Solucin:22%



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18: Un motor de encendido provocado empleado en automocin, tiene las siguientes caractersticas, funcionando a 20C y 1 bar: Potencia: 60 kW a 5.000 r.p.m, Cilindrada: 2.000 cm3, Rendimiento volumtrico: 0,75, Rendimiento efectivo: 0,28, Dosado relativo:.FR=1 Se modifica el sistema de carburacin para emplear gas pobre, suponiendo que se mantienen los dems parmetros, Cul es la nueva potencia del motor?. Datos: Gas pobre: Potencia calorfica:............................................PCI= 8.500 kJ/kg Peso molecular:.................................................Pmf= 32 Dosado estequiomtrico:...................................Fe= 1/2,5 Aire: Densidad a 20C y 1 bar:...................................r a= 1,2 kg/m3 Peso molecular:.................................................Pma= 29 Solucin:42.4 kW 19: Un motor desarrolla a nivel del mar (20C y 1 bar) una potencia de 45 kW a 5.600r.p.m. Qu potencia desarrollara este mismo motor en un lugar cuyas condiciones ambientales fueran 15C y 0,94 bar?. Solucin:42.9 kW 26: De un motor deportivo de automvil, cuatro cilindros, cuatro tiempos, con un dimetro de pistn de 80 mm y una carrera de 80 mm, se pide determinar la presin media efectiva, la cilindrada, la potencia, el par y la velocidad lineal media del pistn a 6.300r.p.m. (rgimen de mxima potencia) sabiendo que: (1) Rendimiento volumtrico a 6.300 r.p.m. V= 0,78, (2) Dosado de mxima potencia. F=1/12,5, (3) Consumo especfico efectivo. cec= 325 gr/Kwh, (4) Condiciones ambientales 20C y 1 bar. (r a= 1,2 Kg/m3). Solucin:106.1 Nm 20: Determinar la presin media indicada y efectiva as como el dimetro, carrera y cilindrada total, de un motor de gasolina cuatro tiempos empleado en automocin que desarrolla 35 kW a 6200 r.p.m., partiendo de los datos siguientes: Relacin de compresin volumtrica:...................................... r = 9.5/1 Relacin combustible aire:.......................................................F = 1/14 Rendimiento volumtrico a plena carga y 6200 r.p.m.:............. hn = 0.75 Rendimiento mecnico:........................................................... hm = 0.88 Coeficiente de calidad respecto al ciclo terico de aire:............ K = 0.53 Relacin carrera-dimetro:...................................................... S/D = 1.0 Nmero de cilindros:............................................................... Z = 4 Potencia calorfica del combustible:......................................... Hp= 42000 kJ/kg Condiciones ambientales 20C y 1 bar:.................................... ( ra= 1.2 kg/m3 ) Relacin entre calores especficos del aire:............................... g = 1.40 Solucin: 8.5 y 7.5 bar; 903 cm3;64.5 y 69 mm. 21: Determinar el rendimiento, el trabajo especfico, y la presin media indicada del ciclo de aire equivalente de combustin a volumen constante, para una relacin de compresin de 5 a 1. Las condiciones en el instante inicial de la compresin son p1 = 1 bar, t1 = 20C y el calor suministrado al ciclo es de Q2 = 2600 kJ/kg. Resolver el problema aplicando la ecuacin del rendimiento del ciclo. Datos: Calor especfico del aire a presin constante Cp = 1 kJ/kgK. Constante del aire R = 0.287 kJ/kgK. Solucin: 22: Un ciclo de aire equivalente de presin limitada, tiene en el instante inicial de la compresin una presin p1= 0.9 bar y una temperatura t1= 41C, su relacin de compresin volumtrica es r = 14, la presin mxima de combustin es p3= 70 bar y el calor total aportado al ciclo es Q = 2000 kJ/kg. Calcular el rendimiento del ciclo, el trabajo especfico y la p.m.i. Solucin: 62%; 1240 kJ/kg; 13.35 bar 23. Realizar un estudio comparativo en cuanto a rendimiento y trabajo especfico, entre los ciclos v = cte., p = limitada y r = cte, suponiendo en todos ellos la misma relacin de compresin r = 14, el mismo calor total aportado Q = 2000 kJ/kg y las mismas condiciones al comienzo de la admisin p1 = 0.9 bar y t1 = 0.41C. Se supondr la presin mxima de combustin en el ciclo de presin limitada de 70 bar.

Clase IV MCI Otto 1.2

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