Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Mecánica Curso : Motores de Combustión Interna Profesor : Guido Pinedo Saavedra Material de Apoyo Lima , Perú

PROBLEMA:

Estando a nivel del mar ( se hace trabajar a un motor Diesel de 4 tiempo en su régimen nominal (n= 300rpm), con un exceso de aire de 45%, lo que

origina que el presente en los productos, se genera a razón de

Si la cilindrada del motor es de 5,5 litros, se pide determine:

a) El rendimiento volumétrico del motor para estas condiciones (en %).

b) El gasto de aire, para el mismo régimen, (en kg/h), si el motor es llevado a trabajar

a una localidad donde las condiciones ambientales son

Solución:

a) Se sabe que :

Luego:

b) En la otra localidad:

Comparamos de (a):

Pero:

(ecuación empírica)

Entonces despejamos:

PROBLEMA:

A un motor Diesel de 4 tiempos, de 8 cilindros (d*s=120mm*125mm) se le hace trabajar a

carga constante de2 velocidades diferentes, 1500 y 1800 rpm, obteniéndose la siguiente

información:

Para 1500 rpm: α= 1.43;

Para 1800 rpm: α= 1.40;

Hallar la diferencia entre los valores del rendimiento volumétrico: , al pasar de

1500 a 1800 rpm.

Asuma:

Solución:

Sabemos que:

A 1500 rpm:

A 1800 rpm:

Además:

Luego:

PROBLEMA:

Un motor E,C. de aspiración natural de 4 tiempos y 6 cilindros que trabaja a 2000 rpm con

α= 1.5 emite en el escape 2kmol/h de . Si su relación de compresión ɛ=17,5 y el

volumen de la cámara de combustión es 100cc, determine su eficiencia volumétrica

suponiendo que la combustión es completa. Asuma: composición gravimétrica del

combustible = 87C, 12.6H, 0.40C; pk=1.2kg/

Solución:

. Si consideramos que tenemos:

Reemplazando:

PROBLEMA:

Un motor de carburador de 4 tiempos (ɛ=7.3; i=4; S/D=73/84;

) al trabajar en su régimen nominal consume 328 gramos de gasolina por

kWh, y la composición de su mezcla de trabajo es 13.2:1. Si el diámetro de la garganta del

conductor de admisión es de 38mm, determine el valor del coeficiente de carga en la

admisión , debedo al retraso en el cierre de la valvula respectiva.

Considere para el proceso de admisión:

Además:

Solución:

Se sabe que:

Entonces:

Hallando:

Entonces:

: Velocidad media del pistón.

: Diámetro de la garganta del conductor de admisión.

Luego:

PROBLEMA:

Un motor gasolinero de 4 tiempos que posee una relación de compresión de 8,2 y una

cilindrad de 1593 al trabajar en su régimen nominal de 5200 rpmemite con los gases

de escape 1.2 kmol/h y 0.2 kmol/h de (esto debido a que trabaja con una escasez

de aire de 8 %).

Si se conoce que la gasolina utilizada está constituida solo por carbono e hidrogeno y que

para la combustión completa de 1 kg de esta se requieren de 15.5 kg de aire, determine

el rendimiento volumétrico del motor para el régimen nominal.

Solución:

Se sabe que el rendimiento volumétrico del motor esta dado por la siguiente expresión:

En esta expresión, solo nos falta conocer y Pk.

Como conocemos

podemos decir:

Para hallar

procedemos de la siguiente manera:

Según datos del problema 1kg de combustible = C+H

De donde H=0.1684

Y reemplazando:

Finalmente:

PROBLEMA:

Un motor Diesel de 4 tiempos y 4 cilindros (D/S =107/121) trabaja en su velocidad nominal

de 2400 rpm con un 35% de exceso de aire y además cada inyector suministra 56.25mg de

combustible por inyección. Determine el rendimiento volumétrico ( ) del motor, se el

combustible utilizado tiene la siguiente composición gravimétrica: 86C, 13.5H, 0.5Oc

Solución:

Se sabe que:

Ahora:

Reemplazando (II) en (I):

Para que el resultado obtenido de esta expresión sea consistente, es necesaria que todas

las unidades sean referidas al sistema internacional. Entonces de acuerdo a los datos:

Y reemplazando:

PROBLEMA:

Un motor Diesel de 4 tiempos y 6 cilindros trabaja a 3200 rpm. Su relación de compresión

es 17 y el volumen muerto (del cilindro) es . El motor trabaja con un 43% de

exceso de aire, y se conoce que para la combustión completa de 1kg de combustible se

requieren de 14,7 kg de aire. Se cada inyector del motor suministra de

combustible por inyección, determine el rendimiento volumétrico del motor.

Asuma:

Solución:

α

α

Además como:

Entonces:

Reemplazando en (1) obtenemos la siguiente expresión:

α

Reemplazando:

Parámetros indicados – efectivos:

PROBLEMA:

En la facultad de ingeniería mecánica de la UNI se viene desarrollando un proyecto de

investigación cuyo objetivo es el de remplazar parcialmente combustible Diesel por

combustibles alternativos mejorando así su economía y reduciendo la contaminación

ambiental. Como parte de este proyecto, se ha suministrado gas licuado de petróleo

(GLP) a través de un depósito especial ubicado en la línea de alta presión del sistema de

combustible del motor y se han simulado condiciones de altura, obteniéndose los

siguientes resultados:

Lugar altura

Lima 0 1.0 0.82 20 1.5 1.15

San Mateo 2000 0.73 0.81 5 1.47 1.1

La Oroya 3200 0.64 0.80 0 1.45 1.05

Condiciones normales del motor :

Considere que la eficiencia mecánica disminuye 2% por cada 1000 metros

, y .

Determine cuál es la variación (en %) de la potencia efectiva del motor cuando se

encuentra en la Oroya con respecto a Sn Mateo.

Solución:

Sabemos que:

Además:

Donde:

: coeficiente de plenitud de diagrama

: representa la influencia del tipo de cámara combustión

Al comprar para dos condiciones diferentes:

Como solo se desea hallar la variación (en %) de la potencia efectiva en San Mateo

con respecto a la potencia efectiva en la Oroya hacemos:

en la Oroya es el83.2% de la en San Mateo o

PROBLEMA:

En una fábrica que obtiene su energía eléctrica de un grupo electrógeno, el consumo

diario de energía es de 1311kwh. Se desea comprar un nuevo grupo (compuesto por un

generador y un motor), y se tiene que elegir entre 2 opciones. Determine qué grupo se

elegirá si se desea el funcionamiento más económico. Se conoce las características de

carga de los motores de los grupos y la distribución de los requerimientos de energía

durante las 24 horas del día. Para ambos grupos:

Periodo de

funcionamiento

Energía consumida

(% gasto diario)

06 – 18 h 69,56

18 – 24 h 21,74

24 – 06 h 8.70

En cada periodo de trabajo el funcionamiento es a carga constante

Solución:

Periodo

06 -18h

18 -24h

24 – 06h

Ahora del grafico de la característica de la carga:

Motor 1 Motor 2

20 242 4.84 20 240 4.80

50 225 11.25 50 200 10.0

80 232 18.56 80 240 19.2

Luego:

Según esto, como el gasto diario es prácticamente el mismo para ambos motores,

concluimos que: se puede elegir cualquiera de los dos:

PROBLEMA:

En el grafico se muestra la característica externa de velocidad de un motor de carburador,

para el cual se sabe que las condiciones nominales de trabajo son:

y su coeficiente de adaptabilidad halle la potencia entregada

por el motor a 4000 rpm y plena carga ( en cv).

Solución:

Del grafico, se observa que existe una dependencia lineal entre

De donde:

Hallamos: :

(II) entre (III):

Entonces:

Y finalmente:

PROBLEMA:

Determine el ahorro en $/día, que se conseguirá al reemplazar un motor E,Ch. por un

motor Diesel en un grupo electrógeno que requiere entregar una potencia constante de

100kw para un servicio diario de 8 horas .

Considere que el motor E.Ch. Tiene un rendimiento efectivo de 28% y el motor Diesel de

32% además:

Para la gasolina:

Para el Diesel:

Solución:

El ahorro esta dado por:

Ahorro = Gasto1 – Gasto 2.

1: Gasolina

2: combustible Diesel.

P: precio ($/galón)

T: tiempo (horas de servicio)

Además:

Luego:

Entonces:

Finalmente:

PROBLEMA:

Un motor Diesel de 4 tiempos consume combustible a razón de 245 g/kwh. Así mismo

consume aire con un exceso de 50% cuando el coeficiente de llenado es 0.82. Calcular la

presión media efectiva de este motor.

Solución:

Entonces:

Reemplazando: