M. SC. EDISSON M. SC. EDISSON PAGUATIANPAGUATIAN

POTENCIA-RENDIMIENTO Y BALANCE TÉRMICO

POTENCIAPOTENCIA--RENDIMIENTOSRENDIMIENTOS--BALANCE BALANCE TERMICOTERMICO

LaLa potenciapotencia desarrolladadesarrollada enen elel interiorinterior deldel cilindro(potenciacilindro(potencia indicada)indicada)

nono sese transmitetransmite íntegramenteíntegramente alal ejeeje motormotor dede salida(potenciasalida(potencia efectiva),efectiva), sisi nono queque parteparte dede estaesta potenciapotencia eses absorbidaabsorbida,, oo mejormejor dicho,dicho, perdidaperdida debidodebido aa loslos rozamientosrozamientos dede loslos diferentesdiferentes órganosórganos mecánicosmecánicos deldel motormotor..

aa estaesta potenciapotencia perdidaperdida eses lala denominadadenominada "potencia"potencia absorbidaabsorbida porpor laslas resistenciasresistencias pasivas"pasivas"..

WiWi: POTENCIA : POTENCIA INDICADAINDICADA

WeWe: POTENCIA : POTENCIA EFECTIVAEFECTIVA

W ros: POTENCIA W ros: POTENCIA POR PERDIDAS DE ROZAMIENTOPOR PERDIDAS DE ROZAMIENTO

LaLa potenciapotencia indicadaindicada sese calculacalcula sisi

conocemosconocemos elel ciclociclo indicadoindicado deldel motormotor..

LaLa potenciapotencia absorbidaabsorbida porpor laslas

resistenciasresistencias pasivaspasivas sese puedepuede medirmedir

haciendohaciendo girargirar elel motormotor sinsin encendidoencendido

mediantemediante unauna fuentefuente externaexterna dede

potenciapotencia..

LaLa potenciapotencia efectivaefectiva sese puedepuede medirmedir

colocandocolocando unun frenofreno especialespecial enen elel ejeeje dede

salidasalida..

POTENCIA INDICADAPOTENCIA INDICADA

EsEs lala potenciapotencia desarrolladadesarrollada porpor elel

fluidofluido dede trabajotrabajo enen elel interiorinterior deldel

cilindrocilindro..

LaLa potenciapotencia indicadaindicada eses fácilmentefácilmente

calculable,calculable, sisi conocemosconocemos lala presiónpresión

mediamedia indicada(indicada(pp..mm..ii))::

ENEN DONDEDONDE ::

DD ::DIÁMETRODIÁMETRO DELDEL CILINDROCILINDRO..

CC::CARRERACARRERA..

CILINDRADA.CILINDRADA.

LA LA CILINDRADA TOTAL CILINDRADA TOTAL PARA UN MOTOR CON "Z" PARA UN MOTOR CON "Z"

CILINDROS ESCILINDROS ES

POR TANTO EL TRABAJO INDICADO, SE PUEDE EXPRESAR POR TANTO EL TRABAJO INDICADO, SE PUEDE EXPRESAR

COMO:COMO:

La potencia la podemos calcular si

introducimos la magnitud tiempo, a través de

las r.p.m.

Para un motor de cuatro tiempos (1 ciclo

termodinámico cada dos revoluciones),

entonces:

Para un motor de dos tiempos

POTENCIA EFECTIVA O POTENCIA AL FRENO. POTENCIA EFECTIVA O POTENCIA AL FRENO.

PRESIÓN MEDIA EFECTIVA.PRESIÓN MEDIA EFECTIVA.

EEss lala potenciapotencia disponibledisponible aa lala salidasalida deldel ejeeje motor,motor, aa diferenciadiferencia dede lala potenciapotencia indicadaindicada..

EsEs lala potenciapotencia netaneta disponibledisponible dede lala máquina,máquina, tambiéntambién sese lele denominadenomina potenciapotencia alal frenofreno..

ExistenExisten diversosdiversos tipostipos dede frenosfrenos::

--HidráulicosHidráulicos

--EléctricosEléctricos

--AerodinámicosAerodinámicos..

SeSe basanbasan enen equilibrarequilibrar mediantemediante unun momentomomento dede fuerzasfuerzas externasexternas medibles,medibles, elel momentomomento enen elel ejeeje producidoproducido porpor elel motormotor..

EstaEsta potenciapotencia medidamedida mediantemediante estosestos sistemas,sistemas, lala podemospodemos ponerponer enen funciónfunción dede hipotéticahipotética presiónpresión mediamedia efectivaefectiva (PME)(PME) parapara seguirseguir enen paraleloparalelo concon lala PMIPMI..

corresponderácorresponderá aa lala presiónpresión mediamedia queque multiplicadamultiplicada porpor lala cilindradacilindrada elel mismomismo trabajotrabajo útilútil efectivo,efectivo, queque elel medidomedido porpor loslos frenosfrenos

TENEMOS ENTONCES:TENEMOS ENTONCES:

Los valores usuales de ésta y la relación de

compresión para diversos motores es:

POTENCIA ABSORBIDA POR LAS RESISTENCIAS POTENCIA ABSORBIDA POR LAS RESISTENCIAS

PASIVAS.PASIVAS.

Esta es la potencia perdida, es la diferencia

entre la potencia indicada y la efectiva.

EsEs lala potenciapotencia queque sese utilizautiliza parapara vencervencer::

a)Losa)Los rozamientosrozamientos entreentre laslas partespartes

mecánicasmecánicas enen movimientomovimiento..

b)Lab)La queque sese utilizautiliza parapara elel bombeobombeo deldel

fluidofluido..

c)Yc)Y lala utilizadautilizada parapara movermover todostodos loslos

sistemassistemas queque permitenpermiten elel correctocorrecto

funcionamientofuncionamiento deldel

motor(distribución,motor(distribución, refrigeración,refrigeración,

lubricación,lubricación, etcetc..))..

ExistenExisten dosdos procedimientosprocedimientos dede medidamedida::

SeSe midemide enen unun frenofreno lala potenciapotencia efectiva,efectiva, yy mediantemediante elel ciclociclo indicadoindicado sese midemide lala potenciapotencia indicadaindicada,, sese restanrestan ambosambos valoresvalores yy obtendremosobtendremos lala potenciapotencia absorbidaabsorbida porpor laslas resistenciasresistencias pasivaspasivas..

ElEl segundosegundo métodométodo sese basabasa enen medirmedir lala potenciapotencia efectivaefectiva concon unun frenofreno deldel tipotipo eléctrico,eléctrico, despuésdespués dede medidomedido sese desconectadesconecta elel encendidoencendido deldel motormotor yy sese arrastraarrastra concon elel frenofreno eléctricoeléctrico;;lala potenciapotencia desarrolladadesarrollada porpor éste,éste, eses lala potenciapotencia perdidaperdida porpor rozamientosrozamientos..

RENDIMIENTO INDICADORENDIMIENTO INDICADO

Es la relación entre el trabajo del ciclo indicado

y el trabajo del ciclo ideal.

RENDIMIENTO MECÁNICORENDIMIENTO MECÁNICO

Es la relación entre el trabajo útil o efectivo

medido en el eje de salida del motor y el

trabajo indicado.

RENDIMIENTO TOTAL O RENDIMIENTO EFECTIVO.RENDIMIENTO TOTAL O RENDIMIENTO EFECTIVO.

Es la relación entre el trabajo efectivo medido

en el eje de salida del motor, y el calor

producico por el combustible consumido.

CILINDRADA DE UN MOTOR

Volumen de mezcla de aire gasolina que

ingresa a los cilindros del motor en el tiempo de admisión.

Para calcular la cilindrada de un motor se emplea la siguiente fórmula:

Ct = A x C x N

Ct: cilindrada total del motor.

A: área del cilindro.

C: carrera del pistón.

N: número de cilindros

EJEMPLOEJEMPLO

¿Cuál¿Cuál eses lala cilindradacilindrada dede unun motormotor dede 44

cilindroscilindros queque tienetiene 88,,7979 cmcm.. dede diámetrodiámetro

deldel cilindrocilindro yy elel pistónpistón hacehace unun recorridorecorrido

dede 88,,2424 cmcm..??

¿Cuál¿Cuál eses lala cilindradacilindrada dede unun motormotor dede 44 cilindroscilindros

queque tienetiene 99,,3131 cmcm.. dede diámetrodiámetro deldel cilindrocilindro yy elel

pistónpistón hacehace unun recorridorecorrido dede 99,,1818 cm?cm?

RELACION DE COMPRESION

EsEs lala relaciónrelación queque existeexiste entreentre elel

volumenvolumen queque ocupaocupa lala mezclamezcla dede

gasolinagasolina yy aireaire queque haha ingresadoingresado enen

elel cilindrocilindro enen elel tiempotiempo dede admisiónadmisión

cuandocuando elel pistónpistón estáestá enen elel PP..MM..II.. yy elel

volumenvolumen enen queque haha quedadoquedado

reducidareducida alal terminarterminar elel tiempotiempo dede

compresióncompresión cuandocuando elel pistónpistón estáestá enen

elel PP..MM..SS..

RC: RELACIÓN DE COMPRESIÓN.RC: RELACIÓN DE COMPRESIÓN.

VC: VOLUMEN DEL CILINDRO VC: VOLUMEN DEL CILINDRO

(CILINDRADA UNITARIA).(CILINDRADA UNITARIA).

VCC: VOLUMEN DE LA CÁMARA VCC: VOLUMEN DE LA CÁMARA

DE COMBUSTIÓN.DE COMBUSTIÓN.

RELACIÓN DE COMPRESIÓN ALTARELACIÓN DE COMPRESIÓN ALTA

SiSi lala relaciónrelación dede compresióncompresión eses demasiadodemasiado alta,alta, lala mezclamezcla dede aireaire yy combustiblecombustible sese sobrecalentarásobrecalentará yy sese encenderáencenderá antesantes dede queque lala bujíabujía lancelance lala chispachispa

OtroOtro inconvenienteinconveniente dede laslas altasaltas relacionesrelaciones dede compresióncompresión elevaeleva laslas temperaturastemperaturas dede combustióncombustión yy aumentaaumenta lala emisiónemisión dede loslos óxidosóxidos dede nitrógenonitrógeno ((NOxNOx))

RELACIÓN DE COMPRESIÓNRELACIÓN DE COMPRESIÓN

LaLa relacionesrelaciones dede compresióncompresión dede loslos motoresmotores actualesactuales dede gasolinagasolina vanvan desdedesde 88::11 hastahasta 99::11..

LosLos motoresmotores DieselDiesel tienentienen relacionesrelaciones mayoresmayores dede compresióncompresión porpor queque dependendependen dede lala altaalta compresióncompresión parapara crearcrear elel calorcalor parapara lala igniciónignición deldel combustiblecombustible (combustión)(combustión).. LasLas relacionesrelaciones dede compresióncompresión enen esteeste casocaso vanvan aproximadamenteaproximadamente desdedesde 1616::11 hastahasta 2222::11..

EJEMPLO:EJEMPLO:

¿Cuál¿Cuál eses lala relaciónrelación dede compresióncompresión

dede unun motormotor queque tienetiene cilindroscilindros dede

99,,55 cmcm dede diámetrodiámetro yy loslos pistonespistones

realizanrealizan unauna carreracarrera dede 99 cmcm.. yy lala

cámaracámara dede combustióncombustión tienetiene unun

volumenvolumen dede 8282 cmcm33??

PAR MOTOR – TORQUE

El torque depende de la fuerza que

logran los gases en el tiempo de

expansión.

El torque máximo se consigue cuando

el llenado de los cilindros es máximo,

lo que equivale a quemar mayor

cantidad de combustible para

expandir mejor los gases y por ende

desplazar con mayor fuerza los

pistones.

TORQUETORQUE

El torque depende del largo del brazo

del cigüeñal.

El torque del motor se mide en el

extremo del cigüeñal al lado de la

volante.

PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓNPROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN

Se instala un embrague de fricción sujetando

un extremo del cigueñal al lado de la volante y

el otro extremo conectado a una báscula.

Se aprieta el embrague de fricción de 0,6 m.

de largo (radio) y marca una fuerza sobre la

báscula, obteniendo de esta manera un torque

a una determinada RPM (Revoluciones Por

Minuto)

T = F X RT = F X R

T: TORQUE DEL MOTOR EN KG T: TORQUE DEL MOTOR EN KG –– M.M.

F: FUERZA MEDIDA EN LA BÁSCULA.F: FUERZA MEDIDA EN LA BÁSCULA.

R: RADIO DEL EMBRAGUE DESDE LA VOLANTE A R: RADIO DEL EMBRAGUE DESDE LA VOLANTE A

LA BÁSCULA.LA BÁSCULA.

DE LA FIGURA SE TIENE:DE LA FIGURA SE TIENE:

F = 91 KG.F = 91 KG.

R = 0,6 M.R = 0,6 M.

T = F X R = 91 KG X 0,6 M = 54,6 KG T = F X R = 91 KG X 0,6 M = 54,6 KG –– M.M.

NOTA:NOTA:

Si para este caso el motor trabaja a 2000 RPM

y apretamos el embrague de fricción de modo

que el motor con el acelerador a fondo casi se

detenga, podemos decir que el torque de 54,6

kg – m, es el torque máximo a 2000 RPM.

POTENCIA CON RESPECTO AL TORQUEPOTENCIA CON RESPECTO AL TORQUE

Es el torque y la velocidad a la vez:Es el torque y la velocidad a la vez:

P = T x ωP = T x ω

P: potencia del motor en HP (P: potencia del motor en HP (HourseHourse

PowerPower).).

T: torque del motor en kg T: torque del motor en kg –– m.m.

ω: velocidad angular de la volante ω: velocidad angular de la volante

(RPM).(RPM).

RELACIÓN DE POTENCIARELACIÓN DE POTENCIA--TORQUETORQUE

EnEn loslos vehículosvehículos pesadospesados comocomo sonson loslos

camionescamiones oo busesbuses lolo queque interesainteresa eses elel

torque,torque, parapara lolo cualcual elel brazobrazo deldel cigüeñalcigüeñal

yy demásdemás dimensionesdimensiones deldel motormotor sonson

mayoresmayores..

ParaPara vehículosvehículos livianoslivianos comocomo loslos

vehículosvehículos dede fórmulafórmula 11,, lolo queque interesainteresa eses

lala velocidadvelocidad (RPM)(RPM)..

Esto significa que los vehículos pesados y los livianos pueden tener la misma potencia, así por ejemplo tomando la fórmula:

P: potencia del motor en HP.

T: torque del motor en kg – m.

RPM: Revoluciones Por Minuto.

727,7: constante de conversión.

Tenemos para el vehículo liviano Ferrari 575 M

Manarello con un torque máximo: Tmáx. = 60 kg – m,

una cilindrada de 5,8 litros, 12 cilindros en V,

derivado de la fórmula 1 y tomando dentro del rango

una velocidad de 6246 RPM, calculamos la potencia

máxima:

P = 515 HP.

Tenemos para el vehículo pesado camión Volvo

FH12 con un torque máximo: Tmáx. = 225 kg –

m, una cilindrada 12 litros, 6 cilindros y

tomando dentro del rango una velocidad de

1468 RPM, calculamos la potencia máxima:

P = 454 HP.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Podemos comprobar que para el vehículo

liviano Ferrari que posee una potencia casi

similar al vehículo pesado Volvo FH12, tiene un

torque máximo pequeño y una velocidad

sumamente alta, lo contrario ocurre con el

motor volvo FH12 que posee un torque máximo

alto y una velocidad baja.

CALCULO DE LA POTENCIA EN EL LABORATORIO

P = Tc x RPM

P = TC X RPM

P: potencia.

Tc: torque circunferencial.

RPM: Revoluciones Por Minuto = 2000 RPM.

Tc = Lc x F

Lc: longitud de circunferencia.

Se sabe: 1 HP = 4,572

.min

m - kg

CURVAS CURVAS CARACTERISTICASCARACTERISTICAS..

Las curvas caracteristicas son aquellas que

para una determinada carga(fuerzas y

momentos

que se oponen al momento realizado por el

motor en el eje) y en función del número de

revoluciones del motor(velocidad), nos da una

serie de parámetros característicos, como son:

a) Par motora) Par motor

b) Potencia efectivab) Potencia efectiva

c) Consumo específico del combustiblec) Consumo específico del combustible

d) Presión media efectivad) Presión media efectiva

e) Rendimiento volumétricoe) Rendimiento volumétrico

Existen dos grandes familias de curvas:Existen dos grandes familias de curvas:

--A plena cargaA plena carga

--A cargas parcialesA cargas parciales

CURVAS A PLENA CARGACURVAS A PLENA CARGA

Curvas a plena carga.

Las curvas características más representativas son, las del par motor, potencia efectiva y consumo específico de combustible a plena carga.

En este caso, en el banco de pruebas se abre totalmente la válvula de mariposa, o se coloca al máximo la inyección de combustible, y se ajusta la carga para la velocidad mínima, a dicha velocidad se toman los datos necesarios, se ajusta de nuevo la carga en el freno para una nueva velocidad y se repite el proceso hasta obtener las correspondientes curvas.

CURVA DE CONSUMO ESPECÍFICOCURVA DE CONSUMO ESPECÍFICO

el rendimiento efectivo vale:

Para obtener 1 unidad de trabajo We=1 el

consumo, denominado específico vale:

Por tanto el consumo específico depende de

como varía el ηi,ηm,y el ηt.:

El rendimiento indicado aumenta al aumentar la velocidad media del émbolo, debido a que se reduce las pérdidas de calor y mejora la combustión por el aumento de la turbulencia, y aumenta más rápidamente que la disminución del rendimiento mecánico en un principio, por lo que el consumo específico disminuye hasta llegar a un mínimo, al aumentar más la velocidad la pérdida de ηm se acentúa debido al fuerte aumento de las pérdidas mecánicas cuando las velocidades del pistón son elevadas(Son proporcionales al cuadrado de la velocidad del émbolo)

CURVA DE POTENCIA EFECTIVACURVA DE POTENCIA EFECTIVA

Al aumentar el número de revoluciones,

aumenta la potencia efectiva hasta un máximo,

en donde un aumento posterior del número de

revoluciones ve disminuir la potencia, ya que

debido a la rapidez del ciclo no entra el

suficiente combustible por ciclo, y netamente

decrece la potencia.(η volumetrico muy

bajo;ηm muy bajo).

LA CURVA DE MOMENTO EN EL EJELA CURVA DE MOMENTO EN EL EJE

En un principio aumenta, ya que el ηi aumenta

también, más rápidamente que las pérdidas

mecánicas; pero rápidamente estas

incrementan con la velocidad, por lo que se

llega a un máximo, y rápidamente disminuye.

CURVAS A CARGA PARCIALCURVAS A CARGA PARCIAL

Este tipo de curvas se toman para completar la

información de funcionamiento del motor.

En general para distintas posiciones de

abertura de mariposa ó de carrera de bomba

De inyección se toman los parámetros medidos

en la prueba anterior, construyéndose una

serie de gráficas.

BALANCE TÉRMICOBALANCE TÉRMICO

sólo una pequeña parte de la energía térmica

del combustible quemado se transforma en

energía mecánica; el resto de la energía se

reparte y dispersa en caminos diferentes:

Resistencias pasivas se disipa mediante el

aceite lubricante y la refrigeración y radiación.

CICLO TERMODINAMICOS DE LOS MOTORES DE

COMBUSTION INTERNA

CICLO OTTO

Es el ciclo Teórico de los motores de

Combustión Interna denominados:

Motores de explosión.

De ciclo Otto.

De encendido por chispa.

De combustión a volumen constante.

E-A: admisión a presión constante

A-B: compresión isotérmica

B-C: Explosión o combustión, aporte de calor a

volumen constante. La presión se eleva

rápidamente antes de comenzar el tiempo útil

C-D: fuerza, expansión adiabática.

D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a

volumen constante.

A-E: Escape, vaciado de la cámara a presión

constante.

Si en este esquema, el proceso 0 – 1 (linea),

que representa el tiempo de admisión, lo

interceptamos horizontalmente con el eje (P)

que representa la presión, veremos que no hay

variaciones de valores ni para arriba ni para

abajo con respecto al eje (P) de la presión, por

lo que se dice que el proceso 0 – 1 es a

presión constante.

PRIMERA FASE

El proceso 2 – 3, que representa la combustión que en los motores gasolineros se conoce como explosión, lo interceptamos verticalmente con el eje (V) que representa el volumen, veremos que no hay variación de valores ni para la izquierda ni para la derecha con respecto al eje (V) de volumen, por lo que se dice que el proceso 2 – 3 es a volumen constante. De aquí se deduce que la explosión se realiza a volumen constante.

SEGUNDA FASE

TERCERA FASETERCERA FASE

En el proceso 2 – 3, la combustión se

encuentra a volumen constante (mezcla sin

variar volumen) y teniendo en cuenta que la

manivela tiene velocidad angular constante

(), este proceso debe efectuarse en un tiempo

nulo.

RESUMEN DEL CICLORESUMEN DEL CICLO

Por lo general Combustión y expansión que

comprenden los dos procesos termodinámicos

de 2-3 y 3-4 se considera en un solo tiempo, el

III.

El proceso de 4-1 representa un enfriamiento

de la mezcla a volumen constante

CICLO DIESEL

Es el ciclo ideal o teórico de los motores de

combustión interna denominados:

De encendido por comprensión.

Motores Diesel.

Combustión a presión constante.

CICLO DIESELCICLO DIESEL

FASE IFASE I

Al igual que en el esquema anterior, si al

proceso (0 – 1) que representa el tiempo de

admisión, lo interceptamos horizontalmente

con el eje (P) que representa la Presión,

veremos que no hay variaciones de valores ni

para arriba ni para abajo con respecto al eje (P)

de la Presión, por lo que se dice que el proceso

0 – 1 es a presión constante.

FASE IIFASE II

El proceso 2 – 3 que representa la combustión,

lo interceptamos horizontalmente con el eje (P)

que representa la Presión, veremos que no hay

variaciones ni para arriba ni para abajo con

respecto al eje (P) de la Presión, por lo que se

dice que el proceso 2 – 3 de la combustión es

a Presión constante.

RESUMEN CICLORESUMEN CICLO

Los procesos Termodinámicos de 2-3 y 3-4 se

consideran en el III tiempo.

El proceso de 4-1 representa un enfriamiento a

volumen constante.

La temperatura en 3 es la temperatura

máxima dentro del proceso de combustión a

presión constante P2 = P3 y sucede cuando el

émbolo alcanza la posición P.C. (Punto de corte

o cierre del inyector)

TABLA DE TEMPERATURAS Y PRESIONES DEL

MOTOR DIESEL Y OTTO.

1 ATM = 760 MM. HG = 14.7 PSI = 29.9 PULG. HG = 10.33 M. H20 = 101.33

KPA

VOLÚMENES EN LA COMPRENSIÓN

1.- Diesel: En la comprensión el aire se reduce hasta una veinteava parte de su volumen original.

2.- E. CH. En la compresión la mezcla es reducida hasta una novena parte de su volumen original.

Número de Cetano

NC = 60 – NO/2

NC = Número de Cetano.

NO = Número de Octano.

¡GRACIAS POR

SU ATENCIÓN!