Problemas de MCI

M o t o r e s deC o m b u s t i ó n I n t e r n a ( ¡ n i d o A . P i n e d o M o t o r es de C o mb u s t i ó n I n t er n a P R O B L E M A S Guido A. Pinedo USO INTERNO Lima - Perú 1993 /73. Motores de Combustión Interna P R O B L E M A S R E S U E L T O S Guido A. Pinedo Profesor del Curso de Motores de Combustión Interna UNI VERSI DAD NACI ONAL DE INGENIERIA Ha colaborado en la edición: Sr. Giacomo Raffo P. C.T. Alberto Grieve Se ha impreso gracias a: Of. Bienes y Servicios Facultad de Ingeniería Mecánica - UNI en la Imprenta de la UNI Reservados todos los derechos Queda terminantemente prohibido reproducir este libro total o parcialmente sin el permiso expreso del autor. ni mneto griego forma nombre forrrre nombre A a a alfa N V n ny B p b beta i X xi r 7 g gamma 0 0 0 ómicron A 5 d delta n n P pi E e e épsilon p P r rtio z ? ds zeta a, sigma H TI e eta T t t tau 8 9 Ih theta Y X) y ípsilon 1 - i i iota f f fi K K k kappa X X j i' A k 1 lambda Y y ps psi M )i m my 03 0 omega factores de conversión de unidades 1 gal =3,785 I l Ul OOOcmS 1 k"g =9, 8^=9, 8N 1 atrn. =1,013x105 P a= 1 bar 1 J ; 0,239 cal 1 kWh : 3,6x106 J 1HP =746 W 1 CV =736 W eficiencia térmica eficiencia indicada rendimiento relativo eficiencia mecánica eficiencia volumétrica ó coeficiente de llenado flujo másico de combustible (consumo de combustible) flujo másico de aire flujo másico de gases de escape flujo másico de agua calor calor por unidad de masa ó en porcentaje ; flujo de calor (potencia calorí fica) : trabajo : trabajo por unidad de masa ó en porcentaje : potencia efectiva, potencia al freno ó potencia al eje nomenclatura Tlt T)1 tío Tlmec ? ñicomb ITlaire o rrige Q q 6 w w 2 Ni potencia inüicaoa Nmec potencia de pérdidas mecánicas Pm presión media Pi presión media indicada Pe presión media efectiva Pcomb densidad del combustible Hu poder calorífico 9* consumo específico efectivo 9i consumo específico indicado K grado de elevación de la presión c relación de compresión i número de cilindros nK grado de sobrealimentación del turbocompresor s carrera del pistón Vh volumen desplazado 8 grado de expansión final P grado de expansión preliminar a coeficiente de exceso de aire lo relación aire-combustible estequiométrico (teórico) 1 relación aire-combustible Ke( coeficiente de combustión incompleta Yr coeficiente de^gases residuales P. coeficiente teórico de variación molecular Pr coeficiente real de variación molecular %i coeficiente de recarga I W •sop coeficiente de soplado NC número de cetano NO número de octano C velocidad 4 coeficiente de aprovechamiento de calor X coeficiente de desprendimiento de calor Vsc volumen suministrado por inyección coeficiente de descarga fracción de volumen perdido coeficiente de adaptación n velocidad angular del cigüeñal (rpm ó min*') <P ángulo de giro del cigüefial T número de tiempos del motor f relación de compresión útil ó efectiva TV* coeficiente de plenitud, de redondeamiento ó de perfección Vm volumen muerto Vcc volumen de la cámara de combustión TI* coeficiente de suministro de la bomba de Inyección fórmulos r\ i - - I - !q2Í iqil • pt^X-1 ' \-l+kA(p-l) Pm = Wútil Vh -Pi P2 £-1 (X-MA(p-1))Tit<,^, p = (para el ciclo ideal, p =j j ) 6 = además: e =Sp 1 jC+SH-Oc 'o "0.23 R = l/lo msire =K.'o'Ticomb NO NC = 6 0 - y C: porcsntsje en peso de carbono en el combustible H: porcentaje en peso de hidrógeno en el combustible 0; porcentaje en peso de oxígeno en ei combustible M2 Mr número de mol« de carga fresca x kg de comb. número de moles de gases residuales X kg de comh. número de moles de gases residuales del anterior proceso de combustión x kg de comb. (debido a que el escape no es perfecto) _Yr =ti r ^^ =; ¡ ; ( r ñ( ^)[Tr 'T'airereal VK T}v =j - ; SI se asume que pK =p* ->T)y =— niaire "^'«teórico Vh" 120iVhPK(''/T) T1v = x = calor aprovechado calor disponible calor desprendido calor disponible o^A i R E C K R . G A TU = Ni TU = "lunicomb Ni r PiiVnn Ni r 30T Ni = PilVhn Ni = 225T mcomb 9i = Ni Pi = VTKO Ntnec K cte.n2 Ne = PeiVhn 30T Hu9i Ne N, =Nj-Nmee PifMl =•HcúPiteó •«nom ft.frt =C«iAdV2APdPo líícomb =C:eAcV2pcoml.(APd-Ahgpcomb) 5 Ciclos teóricos de los motores sobrealimentados 1) Con presión variable de los gases delante de ia turbina; 1,1) Sin refrigeración intermedia: 5' =Vf/Vz p' =Vf/V, V •- c-re. relación de compresión en el compresor relación de compresión total [to - VQ /VC) grado de expensión final total grado de dsiminución de volumen con rechazo de calor Para este ciclo se cumple: Xp*: =(p')*^ 1 k(pX'''''-1) yla eficiencia térmica de! ciclo es: rn =1 - ^ET\-itkA(p-i) y lo eficiencio térmico del ciclo es: ijt = 1 - ^ p\"''^-w*í ^fc'(ü)-iy \-1*kA(p-)) (cuando no existe reírigeraclón intenriedia: cü-s t y se cumple la ecuación de l.l) 2) Con presión de los gases constante delante de lá turbina: 2.1) Sin refrigeración intermedia: £ v a. •V Para el ciclo de la turbina de gas se cumple: TJ TK = 1 - pn" yla eficiencia térmica del ciclo es: tu = 1 " ^J^Tj^X^^rfy 2.2) Con refrigeración intermedia: ü) =Va'/Vj : grado de disminución de volumen en el enfriador 1 fV-M<(e^¿'-l)(cü-l) La eficiencia térmica del ciclo es: =1 - ^ \ -l *k\ ( p-l ) Determine el t^8b8jo_de_compresión del ciclo termodinamico UTe"Un motor de 4 tiempos (D/s = 230/260; c r 16; ni =1,36) si se conoce que la presión arinicio de este proceso es de 0,95 bar. Solución: pV"'=cte = 0,01152 m5 0 0106 entonces: W, PiVl - P2V2 «mp= ri, - 1 Pi =0,95 bar P2 = Pic"i =0,95x161.56 r41,24bar D2 O 232 ""T S = Ti —r- 0,26 =0,0108 m5 (0,95x 105)(0,01152) - (41,24x 105)(7,2x 1Q-^) „ "comp ' T T í ; '•—' =-5208 N- 1.36 - 1 m PROBLEMA: Determine la presión media indicada (pj) de un motor Diesel de 4tiempos rápido, para el cual sé cúmplelo siguiente:- ^ Dxsz 99,5 mmx 127 mm; 1 = 6; €=16; p= 1,3; - 0,94; Ap, =0,1 bar; Pc = 39 bar; Pmáx =90 bar; po = 1 bar. SsliJ CÍón: Wp-1) . -n, ., 1 <1-1/ E "I -' ) nci) Ahora: Psc"' = Pc = 39 bar 5 = c/p= 16/1,3 = 12,3077 ln(pc/pe) ln(39/0,9) , " ' =~k ; r - = lnI 6 =' ' ^^ X=Pmáx/Pc =90/39 =2,3077 Pí =Po - APa =1-0,1 =0,9 bar „ SnCpmáx/Pb) Reemplazando: 39 in(90/3,9) ln(12,3077) : 1,25 Pi" 15 (12,5077/°'25> (0,56) 0.94 Pi =11,075 bar PROBLEriA: Para los ciclos teóricos: Otto: 1-2-3-4-1 y Dual: 1-2-3'-3"-4--t mostrados en la figura se tienen los siguientes datos: T, =57'C T3=l,25Tj' Q) =1234 kJ /kg (el mismo para los dos ciclos) C: 11 Cv =0,7165 kJ /kg'-K Si la presión media indicada del ciclo Otto es 8,41 bar, determine el valor de la presión media indicada del ciclo dual. Solución: En la resolución de este problema vamos a emplear las expresiones ya definidas que nos dan la presión media del ciclo ideal: Pidusl =¿ TfPi-í ^iual - ! * t^«8i ( p-' )l \ u, i .además: *: - k- j e-] l-S^to " ' ¡%to Como paro ambos ciclos termodinámicos, en este caso particular, el estado al inicio de la compresión es el mismo e igualmente la relación de compresión es la misma, entonces ds ¡as dos expresiones deducimos: Pidual =PiOtto" Ahora pasamos a expresión: determinar los parámetros necesarios para resolver esta j(o7j= 0,6168 T2 =TiC*:-' =(57+273)x1l(0-<) =661,1 "K 1234 I n Ts \3tto (3,0) Adual ^T2 ' (1.25)12''(1,25) ^(1,25) =2,4 =TzA^^, z (661,1 )(2,4) r 2066,6 "K (2435.5) y- P (2066,6) Cp , ^Idusl =^' •'Vidual "'^''^'''S'•'^2) q','^^,j, =1234 - 0.7165x(2066,6 - S61,1) =370,2 kJ /kg T c (370,2) T3.. =2066,6 . Ts" =2435,5 "K ÍCp8ire=1,0035 kJ /kg°K) ,1785 Además: ^it^^, . 1 - ^ p*^)u6l - 1 (1, 1765p-'')^(2, 4) - 1 ^^dual =' •nW>)" (274T- 1 V (i,4)x(2,4)x(1,1785-1) entonces finalmente: (2,4-1 *1,4<2,4x( 1.1785-1 ))x(0,6128) Pidwl =Ml x ( F l M0, 6168) p,-¿u5, =8,354 bar PROBLEMA: En el gráfico se muestran los ciclos de trabajo de un motor E.Ch. y de un motor Diesel lento. Para estos ciclos se cumple: ni =1,34 (compresión) na =1,25(expansión) p, =90 kPa 'Vrtto =3,5 Para el motor Diesel se cumple: Vj =!057 cm5 Vm =75,5 cmS Halle el trabajo útil del ciclo de trabajo del motor E.Ch. Solución: De acuerdo el gráfico: P5V5 - P4V4 PiVi - P2V2 Wotto=—^ * — ^\ =0,6128 V,., Wotto = n2-l 1 • ^Otto. PtVif n,-l 1 • " "1-1 ^Otto J Hallamos mo- entonces; H«to - , /n, 14 CDi«*l = 1057 75.5 = 14 ewo= 3 5,/,.54 =5-^97 Ahon.;V3 =V2 =¿ = | | ^ = 192,3 cmí P5 =P3' =Pieoielel =90x141.54 =3090,7 kPa y reemplazando en Wotto: (3O5P,7xio5XlS2,5Xl0-feV, 1 >| (gOxlO^XlOSTXlO'fe) W o t t o =— " - 1 ^ — [ ' - ^ : ; ^ ' — - " ^ — Wotto =605,1 Nm 0.34 • 5. 49 7 O . J 4 PROBLEnA: Se tienen 2 cíelos teóricos de aire de un motor Otto y de un motor Diesel lento. Ei estado inicial, ia presión máxima y la temperatura máxima son iguales para ambos ciclos teóricos. Si la tem.peratura al fina! de la compresión en el ciclo Otto es de 403 °C, el grado de pre-expansión en el cl do Diesel es de 2,7 y el calor rechazado en el ciclo Diesel es de 713 kJ /kg, determine cual de estos 2 ciclos tiene mayor rendimiento térmico, indicando el valor de éstos. Solución; Según las indicaciones dadas, al graficar en el diagrama p-V ambos ciclos teóricos se tendrá: Ahora: Qiotto =Í^VCTB - T 2 ) <5i Diesel =CpC'2- T j ) T2- =403 'C =676 "K Además: V Í 2 fV2-^ t-1 T2'"(V2 V2 k-i k-i ^Ppiestl T2 = T2Ppj¿^, =676x2,70-'» =1005,6 °K y: Ts - T2P[^j3„ =1005,8x2,7 =2715,7 "K entonces: qiOflo =0,7175(2715,7 - 676) z 1463,5 kJ /kg 11 Diesel =' -0045(2715,7 -1005,8) =1717,6 kJ /kg Además, según las condiciones del problema: Tméx y Pmáx son iguales para ambos ciclos ideales. Se concluye que el calor rechazado es el mismo tonto pora el ciclo Otto como pora el ciclo Diesel: ^Di«el= ' -77775 =0,585 =58,5« ' í ^o = ' - 7 ^=0 ' 5 ' 3 =51,3« ^Diesel > %tlo PROBLEMA: En el gráfico mostrado se tienen 2 ciclos i combustión interna. Ciclo dOal; l - 2- 3- 3"- 4- r P Ciclo Diesel; l-2'-3--4-l Pera el ciclo dual se cumple; e= 13,5; \ =2 ; Pi =10,53 bar Halle le presión media indicada del ciclo Diesel si se conoce que el incio de la compresión la presión y temperatura son respectivamente: 1 bar y 27 "C. deales de trebejo de los motores de P 2 =PiC»:= I x 1 3 , 5 1 = 38,24 bar P2- =P3 =P 2^ =38,24x2 =76,48 bar En la figura: Yt^^^^ =Wu<ju„* W¿ entonces: P" Diesel " V I - V2- Wudusl =PidtialfVl - V2) Wuíusi =(10,53x105)(0,95x 10-5) Wutfuai =1000,4 Nm Wi = P2(V3-V2) - ^"^l \ 12 Luego: Wú r 7 6 , 4 8 ' <t0 5 x ( 0 , 0 7 6 - 0 , D 4 6 3 ) x ) 0 - 5 - W¿ =68, 45 Nm (0,076) "^2- =(p2./p2)'/'='' (76,48/38,24)(i/'.^) ='^'^''^^' ? 4X I pSyo . 0 7 6 X 10 - 3 H 7 6 , 4 8 X 10 ^X 0 , 0 4 6 3 ^10 ' ^J l ( 0 , 4 ) Edual - 1 = 0 , 9 5 x ^ = 1 , 0 2 6 Vi = (V, - V2)j^ finalmente: ( 10 0 0 . 4 ^6 3 , 4 5 ) , o91x 10 5 N/m2=10 , 91 bar PiDiesel = ( i_ 0 26 - 0 , 0 4 6 3 ) x 10 - 2 PROBLEMA: . , rf t h f i i n rie un motor qasolinero de 4 U precia. f s ) 1 5». r D=. eL . e =1 Solución: Debemos determinar el trabajo que se produce durante Pa?a"""ícío mostrado (propio de los motores gesolineros), ía presión media sera: Wútii Pi = Vh el ciclo teórico de oire. Ahora: Pi = Vh Wexp=PiVh +iWcompI donde: Vh = ^(0,0767)2(0,078) =3,604x10-4 m^ Pi =10,5x105Pa Wwmp=^^"^^^^^'^'^ (considerando proceso ideal ) donde: P2 =P) ck = 0,9x(9,5)' -•• =21,04 bar= 21,04x 105Pa V, = V h ( ^ = 3,604x10-''x(9,5/8,5) =4,026x10-" m^ =3,604x10-4/8,5 =4,24x10-5 m3 í? comp = • ( 0 , 9x l 0 =) ( 4 , 0 28 x l 0 - 4) - ( 21, 0 4 x l OS ) ( 4 , 24 x l O- 5 ) ( 1, 4 - 1) = - 13 2, 4 Nm Wexp= ( I O, 5 x 10 5 ) ( 3 , 6 0 4 x l O- 4 ) Wjxp= 5 10 , 8 N-m 13 2, 4 PROBLEMA: Durante el régimen nominal de funcionamiento de un motor Diesel ideal de 4 tiempos (Dxs =118 mm x 155mm; t =16) se han determinado los siguientes parámetros termodinámicos del ciclo de trabajo: , Po =0,1 MPa; ¿Pa =0,0045 MPa; To =20 "C; A. =2,6 Halle la presión máximo del ciclo de trobajo, si durante lo correrá de compresión, cuando el émbolo se encuentra a 60 mm del punto muerto inferior, la presión de los gases contenidos en el cilindro es de 0,234 MPa. Solución: Los motores Diesel pueden asemejar su ciclo de trabajo ye sea al ciclo dual o a! ciclo Diesel. En este ceso como nos indican el grado de elevación de presión en la introducción de calor a V =cte., concluimos que el ciclo teórico a tomar como referencia es el ciclo dual: • . • p. 80 Ahora bien: Pmáx=Pz'=Pz P2- =XPaE'' Estemos considerando que el proceso e-c es poli trópico. Entonces entre a-g se cumple: PaV»"' =PqVg"! ln(Pa/pa) ••• " ln(Ve/Vg) p, =0, 234 MPe (deto) P» =Po - ¿Pa = 0,1 - 0,0045 =0, 0955 MPa D2 (0,1182) Vh =Tí-js =TJX- = 1,808xl0-5m3 V, =Vh ( e/c- t) Va =1,695x10-5x D2 Vg =Vc+Trx-^(0,155 - 0,08) = V, = 9,332xlO- <mJ 1n(0, 234/0,0955) reemplazando: n, =^ ^ - g ^ ^ g - ^ = ,,355 y final mente: Pmáx =(2, 6)(0,0955)( 16 1- 555) = io, 63MPa >:0,115 =1,695x10-5 mS (1,695x10-5) . (0,116F Í5 * ^''"'^—x( o,075) 4 PROBLEMA: ^ Halle la presión media del ciclo ideal que se P muestra. Se sabe además lo siguiente: Pi r 0,95 bar p r 1,5 (expansión preliminar) k z 2,4 (grado de elevación de la presión) Para ¿1 motor Ideal: Os = 100 mm X 105 mm c=16 Solución: En el gráfico podemos ver que tenemos un ciclo Diesel de presión limitada para la combustión (ciclo dual). Para este ciclo la presión media indicada está dada por. Vemos que requerimos calcular r|t: .kA(p-1)J Como k = 1.4 (aire), entonces: , 1 (l , 5'/)(2, 4) - 1 • ^^^^ ^= ' •n607f(2, 4- 1 +l,4x2,4x(0,5))'"'''^'^^ y hallando pj: Pi = ^| ^^^f ^( 2 , 4 - 1 +1,4<2,4x0,5)(0,6536) Pi = 15,46 bar PROBLEMA: Pera el ciclo teórico de aire mostrado, helle el velor del celor rechazado (qa). c=9 12 =468,7 "C Cv = 0,7165 kJ /kg*K S S u e el rendimiento térmico de un ci do termodinamico está dado por: En particular, para el ciclo con introducción de calor a volumen constante (ciclo Otto), el rendimiento térmico está dado por: entonces: k = 1,4 (aire) •r 0,5848 1t = ' • (90, 4^ Ademas: Ql = Cyds - T2) = CvTsdj/Tj - 1) = CvT2(A- 1) T2 = 468,7 +273 r 741, 7 °K qi = 0,7155x74 l , 7x(3, 4- l ) qi : 1275,4 kJ /kg finalmente: lq2l = (1 te! = (l - 0, 5848)x 1275,4 !q2Í = 529,5 kJ /kg PROBLEMA: En el gráfico presión vs. volumen que se muestra aparecen 2 ciclos ideales de los motores de combustión Interne: Ciclo dual: í - 2- 3- 4- 5- 1 Ciclo Diesel: !- 2- 3' - 4- ! A embos ciclos se les eporta i a misma cantidad de calor. Si la relación de compresión es 14 y se cumple que: Ti =20 ''C;T3 = 1950 "C; T4 = 1661T5-. Halle la temperatura máxima del ciclo Diesel. Solución: Como: q,dug, =CyíJz - T2) +Cpd^ - T3) y qi^^esel = CpCTj' - T2) Al ser igual el calor introducido en ambos ciclos: Cv(T3 - T2) * Cp(T4 - T J ) = Cp(T3' - T2) La temperatura máxima del ciclo Diesel es Ji - . T3- = T3- = T3 - T2 k T? - T2 k - T2 T4 - Ts + T2 1,1661T3--T3+T2 •( 0, 1661) | T3= 1950 +273 = 2223 "K T2 = Ti ek-1 r (20+273)x 140.'» = 842 "K Entonces reemplazando: - T3' = ( 0, 1661) [ ( 1- 4) , T J - - 2375, 5 °K ó T 3 - 2 1 0 2 , 5 ° C Combustit))es PROBLEMA: El benzol es un combustible líquido conformado por benceno, tolueno y xileno, que debido a su alta capacidad antidetonante puede ser usado en los motores gasolineras. Determine la cantidad de aire requerida, en kg, para la combustión estequiométrica de 1 kg de benzol si se sabe que su composición gravimétrica es la siguiente: Benceno (CeHfe) : 70S Tolueno (C7H8) =20^ Xileno (CsHg) =I OS - . Solución: Sabemos que: el aire estequiométrico do) está dado por; 'o =(0,23) 1^3 Cuando trabajamos con una mezclo; ^ ^ 8H - Oc Entonces: lo, >mix= ( 0, 23) \ ' | c + 8H -"Oc lon,b( =( o ^| (0, 7) |:T2/ 78)+8(6/ 78) ^. 0; 2) |(84/92)+e(6/92) K0,1) |(%/104)+a:S/104) . Ipfnijj =13,42 kg 8ire/kg mix PROBLEMA: Determine la cantidad de aire necesaria (en kg y kmol) para la combustión estequiométrica de 1 kg de los siguientes combustibles; a) Gasolina normal: 86C,14H b) Benceno: C^Hé c) Metenol: CHjOH Solución: a) 1« = ( 0, 23) 2c + 8H - Oc 1 8 '«GAsaiNA " 023 ^3^'^'^^'* ^'^''•^^='^'^"^^5 aire/kg gasolina 1 8 72 6 b> ' O B O O N O =5: ^( ? 78 ' ^78 ^^ 0 l o ^T A N a - - ¿ 3 (| *M' ^á' 3 2^ =^'^2kg8ire/kgmetanol PROBLEMA: Determine la cantidad de aire requerido (en kmol y kg) para la combustión estequiométrica de 1 kmol de un combustible gaseoso cuya composición volumétrica es: Propano =50%; Butano = 50% I mt - - 28,97 Solución; Todo combustible gaseoso es une mezcla de compuestos químicos cuya ecuación general puede simbolizarse por "CxHgOz", y que en un kmol del combustible representan una fracción volumétrica (j) del mismo. Igualmente, el combustible gaseoso puede contener N2 (1^2)- Entonces, para 1 kmol de un combustible gaseoso cualquiera, se tendrá: n 2:(}j+(H2)=1 Ahora, realizendo el balance de la reacción química para la combustión completa de C, H2 y O2: Carbono; Cx +XO2 ->XCO2 Se requieren "x" moles de O2 para la combustión completa del carbono. Hidrógeno: Hg +[^]o2 -> [|" H2O Se requieren "y/ 4" moles de O2 pera la combustión complete del hidrógeno. Oxígeno: ^| •02->0z Los "2/2" moles de O2 del combustible serien un exceso respecto el O2 del eire. Entonces, la cantidad de moles de O2 requeridas para la combustión completa del compuesto CxHyOz será; O2 =x -f y/ 4 - z/2; y la cantidad de moles de aire será; ^""( ¿ T f ^^' ^' "' ' ^^^^- Y ohoro, considerendo todo la mezcla gaseosa: 1 " Vo =J Q2iyIíi(xi+yi/4-Zi/2) (kmol aire/kmol ges) Volviendo e nuestro problema: Propano =CjHs ->x =3, y =8, f =0,50 Butano =C4H10->X =4, y =10, f =0,50 Reemplazando en le ecueción obtenida; 7, =j Q-j yy<[0,50x(3*8/4) +0,50x(4*T 0/4)1 18 Yo =27,38 kmol aire/kmol gas y en masa: To =27,38x28,97 To -. 19Z, 2kg aire PROBLEMA: La National Bureau of Standards (NBS) de EE.UU. ha determinado que la mezcla combustible cuya composición en peso es: 60% de gasolina y 40% de Benzol es recomendable para ser usada en climas fríos donde el uso de gasolina es particularmente difí cil debido a las bajas temperaturas. Determine la cantidad de aire requerida, en kg, pora la combustión estequiométrica de 1 kg de la mezcla indicada si se sabe que la composición gravimétrica de sus componentes es: Gasolina: 86C, 14H Benzol: Benceno (CfeHé) =70% Tolueno (CyHe) =20% Xileno (CsHs) =10% Solución: Se sabe que: n 'omezcla = 9iloi 1-1 9Í: fracción en peso del componente 1 en la mezcla. loj: aire requerido para la combustión estequiométrica del componente 1. Entonces: Wzcla =O'^'oGASatNA * ^'""oBOCtt 1 8 '"ctóOLKA ~Qr2Z^^^' ^^ * 8x0,14) =l'4,84 kg aire/kg gasolina loBefcoi."(o;Íi)(0,7) |(72/78>8(6/78) H0,2) ^e4/92)+e<e/92) +(0,0 |(9é/104)+e!:8/IW) Finalmente: • lomeKla =0,6x14,84 •0,4x13,46 loffiejcia =''^-29 kg aire/kg mezcla PROBLEMA: Determine el Número de Cetano (NC) de la gasolina A, si se sabe que con respecto al combustible Diesel B se cumple lo siguiente: NOA NCe NOB ' NCA ' octano; NC: Número de Cetano Sabemos que: NC =60 - ^ •wr '20 - NO Entonces: NOA i20_ ^N0g NCfe " 120 - _ I 2 0 ^^ 2 ' 2 =5 Luego: NOA =5x20= loo y- NCA = 6 0 - i f . . „ Proceso de combustión "^*¿í \ PROBLEMA: ^ Un motor E.Ch. de 4 tiempos al trabajar en su régimen nominal, entrega una potencia útil de 96 kw. Si entre los productos generados en la combustión se obtienen: 1,4 kmol/h de CO2; 0,75 kmol/h de CO; 2,0 kmol/h de H2Oy 0,1 kmol/h de H2, determine el valor (en %) del rendimiento efectivo del motor, en este régimen, si se conoce que le gasolina utilizada está compuesta solemente por carbono e hidrógeno y tiene un poder celoríf ico inferior de 43500 kJ /kg. Solución: 3600 iTicomb Se sebe que: Tte = y: ge = - ^ Entonces nuestro problema está en hallar el gasto horario de combustible Ahora: MC02 +"co =CMCO2 *Mco)mcomb; 1-40 +0,75 =-^mc«mb 2,15 =-^meomb ->25,8 =Cmcomb •(!) . ^*^<2 =(l1t20*f^2)mcomb; 2 +0,1 =^mcomb 2,1 =2'T<comb ->4,2 =Hmcomb •••(H) De (I) y (II): Cmcomb =25,8 Hmcomb =4.2 (C+H)mcomb =30 Como (C+H) =1, entonces: mcomb =30 kg/h 20 Luego: ge --1|0. 3125 kg/kWh -. 312, 5 g/kWh entonces: T, =^3f f ? 2T^^' 2^' ^°- ^^' ^' ' PROBLEMA: Un motor Diesel de Atiempos trabajando con a =1,6 produce 0,823 kmol/kg de combustible de los productos de la combustión. De estos productos sólo el 64% corresponden a los que se obtendrían si la combustión fuese con a =1, 0. La temperatura al final de le compresión es de 700 °C y el grado de elevación de la presión es de 2,2. Halle la temperatura al final de la combustión visible Tz, en 'C, si se cuenta con lo siguiente información: Raire =8,314 J /kmol'K; M) =0,7914 kmol/kg; yr =3%; Hu =42500 kJ /kg; = 82% ' 1 T ü (kJ /kmol) n) del eire de productos ü ü" (11= 1) 700 15684 17585 1900 47813 54931 2000 50660 58197 Solución: Para un motor Diesel: a > 1 H | f e ^ * ^ ^ e ^ = Pr(üi-8, 314T.) Kt K2 Ks 0 82x42500 •^1 =0 7 9 1 ^3 ) =^2754 kJ/kmol Ahora, hallemos K2: la energía interna üV de 1 kmol de productos cuando a > 1, esté conformada per- la energía interna de éstos últimos siendo 0^=1 g la energía interna del aire excedente. "i " =üc(r,,xc«lente)*Lre(r„2)= 15,684(0,36) • 17,585(0,64)= 16,901 kJ /kmol ^ 15.684*0.03(16,901) , c - , , n^, / ^^„, Luego: K2 = J -Q3 =15,719 kJ /kmol Ademas: . K3=8,314(2,2)(973) =17,797 kJ /kmol entonces: Ki • K2 +Kj =76270 = Pr(Di- +8,3141^) „ 0.823 entonces: (Wi * 8, 314Tj) = =73406 kJ /kmol Ahora de le teble: irz,5oo =47813x0, 36 • 54931x0, 64 r 52369 kJ /kmol ^22000 =50660x0, 36 • 58197x0, 64 =55484 kJ /kmol . . entonces: (Ü2 • 8,314T2),90(j =52369*8, 314x2173 =70435 kJ /kmol (iTí • 8,31412)2000 =55484 • 8, 314x2273 =74392 kJ /kmol Ahore interpolando: (asumemos que entre 1900 y2000 'C la energía interna ÜJ " vería linealmente con la tempereturo) =2248' K = 1975 •73406-70435' T, =2 173+10 C ^, , 3g 2 : ^ PROBLEMA: Un motor gesoiinero el operar en su régimen nominal de funcionamiento, lo hace con une escosez de 8% de aire. Debido a esto, sólo el 85% de hidrógeno de lo gasolina reacciona, y en el escope se emiten 0,5 kmol/h de CO. Determine el flujo en moles de CO2 que se emiten en el escape si el coeficiente de combustión incompleta (Kci) es de 0,50 y si la composición gravimétrica de la gasolina es: 85 C, 15 H. goluplpn: Mco2 = Mc02f"c«inb Mco2=C/l2-Mco \ , %H (1-0,85)(0.15) , , , I1<2 =— =- — " 2 — — =0 , 0 1 1 2 5 kmol/kg comb Luego: t \ y¡ = ^^(o50 ) ^^ =0,0225 kmol/kg comb (O 85) Mco2 = - J2^- 0,0225 =0,04833 kmol/kg comb Ademes: Meo =Mcoifieoml, "> ifleomb =fto/tlco = (o,0225 I mS/ l Í «mb) ificomb =22,22 kg comb/h y finalmente: Mco2 =0,04833x22,22 22 ?fco2 =1,074 kmoí /h PROBLEMA: Durante el desarrollo del proceso de combustión de la mezcla aire-combustible que se encuentra contenida en la chinara de combustión del motor E.Ch. que se muestra en la figura, se cumplió lo siguiente: 1) El grado de elevación de la presión fue de 3,2. 2) Las partículas elementales " l " y "2" al quemarse lo hicieron a presión constante, elevando su temperatura en 700 "C. 3) La temperatura de le mezcla ai inicio del proceso de combustión ere de 450 4) Las partículas " 1 " y "2" cuando no se quemeben, eleveban su temperatura mediente procesos isoentrópicos. Halle la diferencia que existe entre las temperaturas de las partículas " 1 " y "2", al final del proceso de combustión de toda la mezcla de trabajo. r V I Solución: El grado de eleveción de la presión áuronls la combustión E.Ch. es: edemas. Te =450 «C =723'K ^i . - -./-í; - . i ' Para le pertícula " l " : Tl( =Te +¿T =723 +700 =1423'K (quemado e presión consiente) Ti f =Tii\'^"'^':= 1423(3,2)°'^'''.''= 1984 °K (temperatura de " 1 " el finel de la combustión de toda la mezcla de trabajo) Para la pertícule "2": T 2 „ =TcA.'^"'''': =723(3,2)°'*''','» =1008 "K (temperatura de "2" justo antes de quemarse, debido al calentamiento isoentrópico) T2f =J2m +AT =1008 +700 =1708 "K (temperatura de "2" al final de la combustión de toda la mezcla de trabajo) Finalmente: T i f - T 2f = 1964- 1708 =276 'K 23 PROBLEMA: En un motor encendido por compresión de 4 tiempos sobrealimentado cuya relación de compresión es de 13,5, los porémetros el final del proceso de admisión son 2,6 bar y 67 °C. La presión máxima del ciclo es de 124 bar, y el coeficiente de la expansión preliminar es de 1,55. Si debido a lo combustión de 1 kg de combustible se observa que el volumen de los productos obtenidos es un Z% más que el volumen de la mezcla fresce, determine la temperatura de los gases dentro del cilindro el final de la expansión. Considere que el índice politrópico de expansión es 1,2, y el coeficiente de gases residuales es de 4X. Solución: La temperatura al final de la expansión designémosla por Tt,. Como en la parte finel dé la expensión el proceso es de tipo politrópico: Tbí Tz/S^J-' Entonces requerimos conocer TJ y 5: 5. e / p =Ü| | | =8. 71 Para evaluar Tj recurrimos a: Ap =PrCTz/Tc) Vr1 1, ( Pí ^ nr * n ÍP.C"'J Í P . • v j Como S8 nos dice que hz - Luego: !(C»»-')T. 1,03(1, ->p, =1,03 124 (1,55 (0.04 • 1) 03 • 0.04) ' ' =|^(2.6)(13,5) T I » l ei O' k Luigo: i(67*273) Pr o c t s ü da adml si án PROBLEMA: Un nrtotor Diesel de 4 tiempos y 6 cilindros (cilindrada - 7.242 1) fuQfionando en sus condiciones nonninalas a nivel del mar (p^= i bar; T« >20 *C). trabaja con una mezcla aire-combustible de 20,5 a 1 y cada inyector suministra 65 mm^de combustible por inyección. Determine ei suministro ds combustible por inyección, en mm^. de cada inyector, si el motor es llevado a trabajar a una localidad situada a 3000 m.s,n.m. (ph = 0.75 bar; Th = 5 •C), y la bomba de inyección se regula d« ta) forma que la mezcla se enriquece en IOX respecto a su funcionamiento a nive) del mar (para igual rigimen de funcionamiento). =0.865 kg/l; R„r, =287 J /k9*K I Solución: Sabemos que la relación aire-combustible (1) es: ° " imcomb " iPcombVsc de donde: donde Vsc estara en les unidades en que se de Vh. Sobemos que a nivel del mor: Vsc, =65 mm^, y si comperemos con el Vsc Que se dé en el turo (Vsch): Ademes: P K ! l % h_ PKhTKo/'TKhy^2 PK hflK oV^^ PK« Tlvo • PKO ^Kh^Ttc^ij Entonces: 0 .7 5 •293V Vsch =7 J ^2 7 8 j 'O .goh' Resolviendo: Vsct, =55, 6 mnf>5 P RO BL E MA: La temperatura al final del proceso de admisión en un motor de cartjurador de 4 tiempos es de 340 *K y el calentamiento de la mezcla en el cilindro es de 10 ' C . Determine la reloción de compresión del motor si: • ' Yr =6, 53% ; Pr =1,2 ber; r\f =79%; Po =1 ber; TQ =15 "C Solución: Para un motor de 4 tiempos: yr = ^ j ^ ^ j - ><jr o A'\>i< i Asumiendo que <|>}op =1: r lo despejamos de: T » = ->Tr = • % _ (l,0 653)(340 )-(288n0 ) ' " . I r - 0 0 553 >Tr - 9B3 K , , , 1 1.2 286 1 Luego: €=1% .o653* I W o . 7 9 = ^'^^ . ; . , v. l . PROBLEMA: ' ' " ' • • • • ' En el gráfico que se muestra, se tienen las curvas de par motor efectivo (Me) y consumo específico efectivo (g*) de la característico extema de un motor Diesel de 4 tiempos. 25 Para esta característica se cumple; (-ni/tt) =cte. C omplete la tabla que se adjunta, si además; iVh =5,8 1; Pmec =0 ,15 +0 ,89x10 -^n (ber); Hu =42,5 MJ /kg; lo =14,65 kg/kg; p, = 1 bar; To =20 "C ; Raire =287 J /kg "K Me n (rpm) 1600 2200 2800 Tív(%) 77 K . S 8 0 3<iO 3+0 sao 300 C3/1ÍVAJ W) 20 0 Solución: •'ooo '•'•'^ 2£oo zi oo^T\ S ' " " " » " •V ' i aÓl g/ , ) tote PK =j55g5^= 1,189kg/"^ ' Luego, de la curva característica hallamos y M«. Como lílcomb =geN. =9*955^" QQO ^•^^/H) ... (I) PelVhn M^n igualamos: ^20" = ^ , „ '20 M« 9550 P«^9550iVh = 2,166x10-5Me (MPa) ... (II) Con (I I ) y pmec =0,015+0,89xlO -'» n (MPa), obtenemos gj: 9í =OeTImec =Qd Pe*Pmec (g/kWh) 360 0 Determinamos los valores de T>Í: Tii =T T : — . . . ( I I I ) De la expresión (I ) y con Tiv2axi =0 ,7 7 (deto), hollemos el velor de a para n = O 7 7 x280 0 , > 280 0 rpm; tt28oo =7 0 612x24 14 ' ^ conocemos •^2«a procedemos a determiner (Tji/a) =^j ^^=0 ,367 =constante. Ahora, hallamos los valores de a: a - Finalmente, obtenemos en (I) los valores de para n 1600 rpm y para n = 2200 rpm. Tabulamos los resultados: n (rpm) 1600 2200 2^00 a. (q/kWh) 222 232 251 Me (Nm) 379 360 328 ITlcnmh (ko/ll) 14.09 19,24 24.14 Pe (MPa) 0,8210 0,780 0,7105 Omw- (MPa) 0,1574 0,2106 0,2642 Qi (q/kWh) 186,3 182,6 183,0 TU 0,4547 0,4639 0,4629 a 1,239 1,264 1,261 1 Tlv(X) 1 77,26 78,28 77,0 PROBLEMA: E! motor del problema anterior, por consideraciones del servicio, es llevado o trabajar a una localidad situada a 3000 m.s.n.m. (pn =0,7 bar; Th =O ' O donde funcionara permanentemente a 2200 rpm. Determine el gasto diario de combustible (en 1) que tendrá el motor en estas nuevas condiciones de servicio si se sabe que la mezcla de trabajo se enriquece en 5% respecto a su correspondiente valor a nivel del mar. Considere un servicio diario de 10 horas (peomb =0,865 kg/1). Solución: Al trabajar el motor a una velocidad constante (2200 rpm) a dos condiciones ambientales distintas, se cumplirá lo siguiente: -> Tlvh =0,7828V2737i;¡ =0,7556 • , Además: » Ph O 7X10^ maireh =' 20(iVh)ph(VT)Tivh donde: ph = =287x273 " ^•^'^^'^ ^^^^ Entonces: m,ireh= 120x5,6x10-3x0,8934x(2200/4)xoj556 : 258,4 kg/h Ahora; Ohl, =0.95aol, mcombh=o,95x|.264<14.65= "'•^''^9^^ Finalmente, el gasto diario (en 1) será: Vcomb ="^'"''''"^ (10 horas de uso diario) Peomb Vcomb = 14.69x10 0.865 = 169,83 1 300 200 100 PROBLEMA: En el gráfico se observa la característica de carga de un motor Diesel de 4 tiempos. ¿En qué % se incrementará la carrera activa del émbolo buzo de la bomba de Inyección lineal, al pasar de la situación de máxima economía al caso de máxima potencia? Considere que el coeficiente de suministro de la bomba se mantiene constante. Solución: Se sabe que; Vsc =AebS,T), donde; Vsc: volumen cí clico de combustible entregado al motor Atb: área de la sección transversal del émbolo buzo, s»; carrera activa del émbolo buzo. Tb: coeficiente de suministro. O 8 Pe (bar) Ademas; Pcomb = ^ 'K»mb^l0* 1 Luego- s. - "' ff"i P"^ 9 - ^- 1201(n/T) AebTbp^ Entonces si comparamos 2 casos: a máxima economía: a máxima potencia; Sjj Como Tb =constante (dato); ^ =? ^ = Además como: Ne = , entonces: ^ = 30T Sg, ge, Pe, Del gráfico: - a máxima economía: ge, =170 g/CVh; p^, =5 bar a máxima potencia: ^ =250 g/CV h; pej =8 bar h7 250x8 Reemplazando: =Trr- r =2,353 St, I Luego, el incremento (en %) de lo carrera activa seré: 2 8 PROBLEMA: En la figura se muestra la variación del recorrido Seb y velocidad Cebdel émbolo buzo de la bomba de inyección que se usa en un motor Diesel de 4 tiempos y 6 cilindros. Determine el consumo horario de combustible del motor, en kg/h, al trabajar a plena carga y 2000 rpm, si para estas condiciones el coeficiente de suministro de la bomba es de 69%. deb =6 mm; pcomb =0,855 g/cm^ Solución: n^omb= 120x10-61 Pcomb("/T)V|c (kg/h) Vsg^ l j j c ^. d^, Vsc =Vsg% Ceta r A) 3.a 21 / \ L \ \\0 IZO «o lev. HO \50 AW - 1000-rp-ir»\ 152' 60 ' -> Ctbi - 1,95 m/s -> Ceb2 =2,40 m/s IfcO 1-1.95*2.401 Ctbd'^l - 1-1.95*2.401 Ctbd'^l - 2 • isa (160- 152) =17,40(m/s)grado Luego: Vsg =nx - ^- ^l — V l O O O =^' ^""^' ^ Vgg =82 mm3 -> Vsc =73 mm^ entonces: mcomb = 120x6x0,865x(2000/4>c82x0,89x10- é mcomb =22,72 kg/h PROBLEMA: iJ n motor Diesel de 4 tiempos de aspiración natural funciona con un coeficiente de gases residuales de 0,04. Mediante un soplador se logra sobrealímentario hasta PK =1,5 bar y TK = 360 "K, pero también se incrementa la presión y temperatura al final de la carrera de escape en 15% y 22% respectivamente. El nuevo coeficiente de gases residuales es igual a 0,025. Determine la variación en porcentaje del coeficiente de llenado del motor Asumir po = 1 bar; To =20 Solución: . ". Para un motor de 4 tiempos se cumple: ^" • ^^T P Í T ; ? ! ; (asumo que 4.«P = 1,0) . •; Ahora, sea: rivo: llenado en aspiración natural ~i • - ^ rivs^: llenado con sobrealimentación Comparando ambas situaciones: %S A ryro PKQ PrsA TKSA Tr»; Ttvo "VrsAfKsA Pro TrgA TVsA 0.04 1 I.ISpro 360 "'"rp =0.025^1.5^ Pro 293 1.22Tro ^ = 1,2354 IVo ÓTVsA='-2354T>,T},„ es decir, la variación del coeficiente de llenado (ATIV) será: AT)v=23,54% PROBLEMA: Se tiene un motor Diesel de 4 tiempos (Dxs = 120,65 mmx i40 mm; i =6). Al trabajar a plena carga y 2200 rpm, tiene un rendimiento volumétrico de 81,57% y una relación aire-combustible de 22,02:1. Halle el gasto de combustible en kg/h (pK =1,2 kg/mS; mcomb =28,16 kg/h). Solución: , ; c h l^ire l l ^mb sesabeque: T)v= ,2o((Vh)p^(n/T)= 120(iVh)pK("/T) Despejamos mcomb: mcomb =120(iVh)("/T)pK(^/l) (kg/h) i Vh =6xffx^'^' ^^^^^^xo, 14 =9,6x 10-3 m3 Entonces, reemplazando: meomb=120x9,6x10-3x(2200/4)xi,2x(0,8157/22,02) =28,16 kg/h PROBLEMA: Halle el valor del rendimiento volumétrico, en %, de un motor Diesel de 4 tiempos (iVh = 2 1) cuando trabaja en su régimen nominal en una localidad ubicada a 2400 m.s.n.m. (ph =0,75 bar; Th =3 "O, si para el mismo régimen cuando trabaja a nivel de! mar (po =1 bar; To =20 "O el gasto de aire es de 2 g/ciclo. R4ire =287 J /kg''K Solución: "^- iVhP K Si comparamos rivh (a 2400 m) yTJVO (a nivel del mar) Tlvh_ "\»ir»h PKQ _^ rrW£h_T|vhPKh Tlvo - Paireo fVh m«íreo " T|yjPKO niíireo " VTo Th po ' Po VTh y: m,jreh =^J ^m, i r e o O 75 /293 m, j r eh- - py2 7g^2 =1,5455 g/ciclo Ph 2 2 5 1 1 ^ - O 94683 kg/mJ Ademas: pKh -- R^-reTh ' 287x276 ' ' _ i : 5 £ 5 5 l [ 0 ±- . 0 8 ! 6 l =8 1 . G U Luego: n^ti = 2x 10-^x0.94683 ' PROBLEMA: El auto Datsun Sunny 120 cuenta con un motor de 4 tiempos de carburador, del cual se conoce lo siguiente: nnom = 6200 rpm; Ne^o^= 38 kW; iVh = 1171 cm^ ... • . n^e = 4000 rpm; M * ^ = 78,5 Nm Si este motor en su régimen nominal tiene un rendimiento mecánico de 80%, halle la relación entre los coeficientes de llenado que se dan en el régimen de máximo par (rivj) y en el régimen nominal (T )\ ,,). ES decir, halle: T fvj/tiv) Considere que en la caracterí stica externa del motor se cumple: T|J /<X = cte. ' Solución: , , Se conoce que: pt = - ¡ ^1 ^PKTivTimtc Comparando las dos situaciones: en los regímenes nominal (nO y de máximo par (nz): Pej nf z ül í í í l Pe, " TK') llmec) Además: Pe2 _Me max de donde: 78.5 r\i2 Pe2 ilmeci_ 78.5 Peí - l^nom Ahora como: Ne = Ne^Nmec entonces: =^ m Z J ^ ) " 9550x(38/6200) = 1,341 , se tendrá: Nmec = Tlmee Ne Nmeci = 1 0.8-1 x36 = 9,5 kW Nmec2 = Nmeci = 9,5^ 4 ^ 6.2 = 3,954 kW Ne- M e j j ^_ 7 8 5^000 ^32,88 kW 9550 ' 9550 32.88 ^-^2 = 3188^1954 =^'^^265 • - finalmente: T IV2/T }Y , = l,341x(0.60/0,89265)= 1,20 PROBLEMA: - Un motor Diesel de 4 tiempos monocilíndrico, es sometido a un ensayo en un banco de pruebes. Pare el régimen nominel de 1800 rpm y plena carge se obtuvieron los siguientes resultados: a= 1,35; T}V = 0,6981. 31 Le medición del caudal de aire se realizó determinando su caída de presión durante su paso por el orificio de una placa colocada transversalmenle en el conducto de admisión (Cd = 0,986; Borif = 17,5 mm). Se utiliz ó un manómetro diferencial inclinado 45°, cuyo líquido manomélrico era agua. Si la cilindrada del motor es de 659 Cm^, y pare el petróleo Diesel usado se cumple: composición: 86C, 13.5H, 0.50c; Pcomb = 0,589 g/cm^. Halle: a) La lectura de le caíde de presión que se obtiene en el manómetro (cm). b) La cantidad de combustible que se suministra en ceda inyección (mm^). Solución a) Sabemos que: meire = CdYAoriíVSgAhpairePliq . Y » 1,0 (coeficiente de compresibilidad) Aohf = -y=( 17,5x10-5F = 2,4x10-''m2 , 30T maire . Como: T)v = •., »—entonces: • . maire = 30T Luego: maire = Ahora: í lílaire ^2 659x10-6x1.19x1800x0.8981 30x4 Ah = 1 0.0105645 0.965x2.4x10-< = 0,0105645 kg/s 2x9.81x1.19x1000 ICdAorifJ 2gp8irepliq Ah = 0,0855 m de H2O Ahora: Aquí vemos que la caída de presión a través de la placa es de 0,0655 m de H2O, pero hay que tomar en cuenta que éste manómetro es inclinado, es decir, se debe corregir el Ah debido a la inclinación: Luego: Ah ^®= sen45« 0 0855 ^^= s eñ4 5^=^' ' ^' '^'^ ^"^ Nota: en algunos casos, cuando la inclinación del manómetro es permanente, el manómetro ya tiene le con-ección por su inclineción, y directamente en la lectura ya se da el Ah. Si este fuese nuestro caso la respuesta sería de 8,55 cm. 32 b) Lacantidad decombustible que sesuministra por inyección (Vsc) es igual a: . _ mcomti " Pcomb dónde: mcomb ="¡^0,(0/^ (mg) (mcomben kg/h) iTV»mb = 'o=0^8/3x0,86 *8x0, 135 - 0, 005) =14,645 kg/kg 3600x0.0105645 1.55x14.645 =' -92 4 kg/h 1.924x10* mcomb =• 120xl x(1600/4) 35 62 y: Vsc =o;g55 =41, 47 mm3 r 35, 62 mg PROBLEMA: Un motor Diesel al trabajar a su velocidad nominal tiene un coeficiente de exceso de aire de 2. Al disminuir la velocidad a la mitad, el rendimiento volumétrico disminuye en 5% y el coeficiente de suministro de la bomba de inyección disminuye en 12!?, respecto a sus valores en el régimen nominal. En ambos casos se trabaja con la cremallera en su máximo despl82|miento. Determine el gasto deaire, en kg/s, en el segundo régimen o'evelocidad, si para este caso: N« =66 kWy T)e =38%. Auma: ~lo =14,5; Hu =42500 kJ /kg Solución: Se sabe que lapotencia útil del motor sepuede evaluar mediante: ^J J rimeclí Uire entonces: msjr» = nriaire =' En esta expresión, para determinar irisire en el segundo régimen sólo nos falta conocer ct. Ahora:a =- J ! ^=, J - ' y : ! f Í . , , imcomb'o ipcombtVgT],)!© Si no sealtera el desplazamiento de lacremallera: ttl Tjv,Th2 y ^ tjv, 11S2 V reemplazando: 0: 2 = Tlv, 0.88T1Í 66 •^2 =2,159 y: =(42500/, 4, 55(0, 36/2, =0-128 kg/s PROBLEMA: Estando anivel del mar, (po=100 kPa; To =20 ' O, sehace trabajar o un motor Diesel de 4 tiempos en su régimen nominal (n =3000 rpm), con un exceso de aire de 45%, lo queorigina que el O2 presente en los productos, segenere arazón de 9,97x10-5 kg/s. Si lacilindrada del rnotor es de 5,5 litros, sepide quedetermine: a) El rendimiento volumétrico del motor para estas condiciones (en %). b) El gesto deaire, pare el mismo régimen, (en kg/h), si el motor es llevado a trabajar a unalocalidad donde las condiciones ambientales son: p¿ =80 kP a, T ¿=5'C. (lo =14,45 kg/kg; Raire =0, 26? KJ /kg-'K) SalütíÚn: 8) Sesabeque: •ny =^ ^ ¡ ¡ ^ ^ PK 100X103 / _ * maire =Ctloftcomb ' ^' n¡ ' =^ =0,231o(a - 1) , 9 97x10-3 "^'"i» =0.23X 1445(0.45) =^' ^^^^^' ^^^^ luego: maire =1,45x 14,45x6,666x 10-3 =0,13967 kg/s 30x4x0.13967 ^ =5.5x 10-3x 1.19x3000 =^' ^^^^=^^' ^^^ ^ b) En laotra localidad: T i ; ^ Comparamos TJ ; y Tlv de(a): "- Oi Jj ^- ^' Tlv PK ITlaire _ ft( T¿ maire ^ " PK maire ' PK maire 4 " ^ Pero: ^"Xj ^ (ecuación empírica) 1/2 entonces despejando: maire^ mai're =0,1147 kg/s ó ifiaiVe =413 kg/h 1 /2 0 í S'^l (-293] I P KAT KJ maire = 100^[278j 0,13967 PROBLEMA: A un motor Diesel de 4 tiempos, de 8 cilindros (Dxs =120 mm x 1 2 5 mm) ss le hace t.rabajer acarga constante en 2 velocidades diferentes, 1500 y 1800 rpm, obteniéndose lasiguiente Información; Para 1500 rpm: a =1,43; Mco2=1,75 kmol/h Para 1800 rpm: a =1,40; MH20 =1,75 kmol/h 34 Halle la diferencia entre los valores del rendimiento volumétrico: (TJ VI-TJ VJ ), al pasar de 1500 B 1800 rpm. Asuma: po= 1,2 kg/m3; C/'H/Oc = 0, 67/0, 126/0, 004 sabemos que: T)v = j 2 S S v í ) a 1500 rpm: T}v =Tlvi a ISOOrpm: T)vf =T|v2 Ademis: ni "2 1 (0,23) 1 '8 jC • en - Oc I . =0.23 í ?<', 67 * 8x0,126 - 0,004) =14.452 kg aire/kg comb IVh =i j o^s =&<J c0.122x0.125 =0.01131 m3 i?u,„K - i í ^l . I 2«1.75 - hfco2 - C7Í2 =~om~ =24,138 kg/b ^ 2x1.75 ^" " ^ - =1Í 7F = aT 26" =2^.778 kg/h Luego: 14452x4 ('1.43x24138 1.40x27.778) 120x0.01131x1.2 [ ^^^^ ' 1800 0,05^=5% PROBLEMA: Un motor E.C. de aspiración natural de 4 tiempos y 6 cilindros que trabaja a 2000 rpm con c = 1,5 emite en el escape 2 kmol/h de CO2. Si su relación de compresión c = 17, 5 y el volumen de la cámara de combustión es 100 ce, determine su eficiencia volumétrica suponiendo que la combustión es completa. Asuma: composición gravimétrica del combustible =87C, 12,6H, 0,40c; PK •- 1,2 kg/m3. Splugión: 0I 21V Í ' ¿ V / T ) Ai r, =ttlo(?lcoirb T|v = , ¿ 2 2 12x2 ' ^' " ' ^ ^MGOJ = - ' O t ' 27,59 kg/h '» = Olí ^1^°'" +8x0,126 - 0,004) - 14,45 íTiaire =1, 5x14, 45x27, 59 =598, 01 kg/h Vh : V m(c- I ). Si consideramos que Vcc =Vm, tenemos: Vh =0, 1( 17, 5- 1) =1,65 I Reemplazando: 1.5x14.45x27. 59 ^ ; >^ =0.12x6xl.65xt.2x( 2000/, ) =0.639 =83, 9. f P.ROBLEMA: Un motor de carburador de 4 tiempos {c =7, 3; i =4; s/D - 73 / 84 ; nnom =5400 rpm; Ne^j^=72 CV) ai trehsjar en su régimen nominal consume 323 grsn-ios de gasolina por kViíh, y la composición de su mezcla de trabajo es 13, 2:1. Si el diámetro de ia gergsnla cía! conducto de admisión es oe 38 mm, determine el valor dei coeficiente de recarga en la admisión ( P^) , debido el retraso en el cierre de la válvula respectiva. Considere pura el proceso ds admisión; &J - 20 °C: (P^* tu) = ^ Además: Po =1 bar; T j =20 °C; y,- =8%; Tp =927 "C Solución: entonces: Psti =V ' * 7 r ) ^ ^ Hallando; Ta, TIV, Pa: To^¿ T^YrTr 293^20^( 0, 06) x 1200 U= i,,,^ = ( , 06) , ^ ^ - ^ Á ^ - J o ! ^ n ( - torde4ti e. mpos) 105 ga =328 g/kWh =241, 2 g/CVh po =267x295 =' - ' ^^9 ^^^=1,'9 g/1 iVh =4T ÍX( 0, 0642/4) X0, 073 =1, 618x10- 5 m^=1,618 1. ( 13, 2) x( 241, 2) x72 ^ entonces: =s ^f ^g T s j ^o t^^^= ^' "^^ ,2 Pa =Po-¿ Pa ¿Ps =YPoCPu + i , ) coa Ce(D/dg)2 Ce: velocidad media del pistón. dg; diámetro de la garganta del conducto de admisión. : co. =f( D/dg)2 =^^^^I f ^( 6 4 / 3 6 ) 2 =64,2 m/s luego: Pad=0 , 7 3 5 5 x 1 , 0 8 x | | ^^^g ¿ g ^<a ^= 1,039 PROBLEMA: Un motor gasolinero de 4 tiempos que poses una relación de compresión de 8,2 y una cilindrada de 1593 crn^al trabajar en su régimen nominal de 5200 rpm. 36 " emite con los gases de escape 1,2 kmol/h de H 2O y 0,2 kmol/h de H 2 (esto deDIdo 8 que trabaja con una escasez de aire de Q%). Si se conoce que la gasolina utilizada está constituida solo por carbono e hidrógeno y que para la combustión completa de 1 kg de ésta se requieren de 15,5 kg de aire, determine el rendimiento volumétrico del motor para el régimen nominal. Po = 1 bar; To =20 "C Solución: Se sabe que el rendimiento volumétrico del motor está dado por la siguiente expresión: glomcomti ^ = 120Í VhP K(''/T) En esta expresión, sólo nos falta conocer mcomb y PK- Como conocemos MH 20 y 1^2 podemos decir: , ^^20 • ^ 2 * ^2 ' ^•" " ^M H Z O • ^\ ^2 ' (H /2) Para hallar MH J O y f\i2 procedemos de la siguiente manera: según datos del problema: 1 kg de combustible = C +H 1«=15,5 = 1 (0,23) 8 3C + 8 H I 3<1-H ) • 6H C = (l- H ) -> 15,5 = ^ ' ^ de donde H = 0,1664 (12 +02) y reemplazando: líicomb =•(Q-igg4;^= 16,623 kg/h Finalmente: nv =020){\79^¡^(^)í^^^^^^ = 0,6022 ó = 60,22!? PRO BLEMA: 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 56,25 mg de combustible por inyección. Determine el rendimiento volumétrico (TJ V) del motor, si el combustible utilizado tiene la siguiente composición gravimétrica: 66C, 13,5H , 0,50. Po =1 bar;To = 20 «C; R„re = 28 7.J /kg'K Solución: "aírese Sesabeque: ... (I) Ahora: mauesc ='^'o'iisc ••• ^"^ reemplazando (11) en (I): alomsc Para que el resultado obtenido de esta expresión sea consistente, es necesario que todas las unidades sean referidas al Sistema Internacional. Entonces, de acuerdo a los datos: a = 1,35 (adimensional) 1 8 lo =ol3^^?"^'^^ * ^"^' ' ^^ " 0,005) = 14,545 (adimensional) rn^c =56,25x 10-6 kg de Diesel Vh = =^(0, 107) 2x0, 121 = 1,08 8 x10-2 m? 0< 1x10' =R¡;;¡T^=(28 7X 295) =' ' ' ^^^9 / m3 ( 1,35x14.645x56.25x10-6) y reemplazando: % = (1,08 8 x 10-^x 1,165) = .•tjv = 65Í? PRO BLEMA: 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 65 cm--. El motor trabaja con un 43% de exceso os aire, y se conoce que pera la combustión completa de 1 kg de combustible se requieren de 14,7 kg de aire. SI cada Inyector del motor suministra 60 rnm^de combustible por inyección, determine el rendimiento volumétrico (1^) del motor. Asuma: p«i re = 1,225 kg/m' , Pcomb = 0i8 59 kg/m^ Solución: ^- 120Í V hP K (' ' / T ) - 120Í V hP K («/ T ) •• ^" tt = 1,43 lo = 14,7 kg/kg pK = paire = 1,225 kg/m' Vh = Vm(c- I) =(65x10- 6) (17- 1) = 1,04x10-3 m^ además como: * mcomb* 10* , » •^ =7 2 0 1 ^ ^'"S) entonces: . 120i("/T )mg: mcomb = (kg/h) msc = VscPcomb =(0,8 59 mg/mm3)(50 mm^) =51, 54 mg Reemplazando mcomb en (1) obtenemos la siguiente expresión: ^' l 0 6 V h P K reemplazendo: (1,43x14,7x51,54) ^=(106x1, 04x10- 3x1, 225) Tjv =0, 8 504 ó TV =8 5,04% 38 Parémetros indlcados-erectlvos PROBLEMA: En )8 Fecuiled de Ingeniería Mecánica de lo UN! se viene desarrollando un proyecto de investigación cuyo objetivo es el de remplazar parcialmente combustible Diesel por combustibles alternativos mejorando asi su economía y reduciendo ia contaminación ambiental. Como pertp de este proyecto, se ha suministrado gas licuedo rie petróleo (GLP) a travos de un disoositivo especial ubicado en ¡a línea de alta presión del sistema de combustüDle del motor y se han simulado condiciones de altura, obteniéndose los siguientes resultados: Lugar i altura | a, (bar) \ . 1 («O a Lima 0 1,0 0,62 20 1,5 i ! 15 San Mritec 2000 i 0.73 0,81 5 1,47 1,1 La Oroyc { 3200 j o.e¿ i om ' o 1,45 !.05 Condiciones nominales del motor: Ne^ora =80 CV; nnom =2500 rpm. Considere ^ que ia eficiencia mecánica disminuye 2%por cada 1000 metros, % =cte. y n2 (exponente politrópico de expansión) =cte. Determine cuál es la variación (en Z) de la potencia efectiva del motor cuando se encuentra en La Oroya con respecto a San Mateo. Solución: _loAccj Sabernos que: = Además: ~ •plnnec "¿ l^lM^iccfto (experimentsí) donde: %: coeficiente dependiente del coeficiente de exceso de aire (a). Tjta: coeficiente de plenitud. ty»: representa la influencia del tipo de cámara de combustión. r|i>: representa la influencia de las dimensiones del cilindro (diámetro del cilindro). Al comparar Ne para dos condiciones diferentes: Como sólo se desea hollar la vorioclón (en %) de la potencia efectiva en San Mateo (Neh,) con respecto a la potencia efectiva en La Oroya (Ne,^), hacemos: Ne Neo, i ^y 1.47Y0.64Y278Y0.80y( 1 -0,064)Tjmeco \ . \ \ \ \ { \ - O. OAy ^^ =0,832 -> \it en La Oroya es el 83,2% de le Ne en San Mateo ó ¿Ne =16,8% i • ~ PR06LEMA: En una fábrica que obtiene su energía eléctrica de un grupo electrógeno, el consumo diario de energía es de 1311 kWh. Se desea comprar un nuevo grupo (compuesto por un generador y un motor), y se tiene que elegir entre 2 opciones. Determine que grupo se elegirá si se desee el funcicnemiento más económico. Se conoce las características de carga de los motores de los grupos y la distribución de los requerimientos de energía durente les 24 hores del día. Para ^ ambos grupos: rigen =0,95. •S9 Período de Ensrgíe consumida funcionamiento osito disrío) 06 - 18 h 69,56 18-24h 21,74 24-06h 8,70 En cada perioA) de trabajo el funcionamiento es a carga constante 3e 300 gplución: Período 06-18h 18-24h 100 ^oo ir- 1 •1 7 í '• -> t, = 12h -> t2 =6 h 24-06 h -> ts =6 h Ahora del gráfico de le característica de carga: ) +0 so 60 10 80 <KI Ne (.KW) We, 0.6956 1311 . -> Ne,= ti = - 12- ^0. 95=6^^^ We, 0.2174 1311 -> Ne2 = -M. t2 = - 6 - ^0 . 9 5 =5 ^^^ 0 087 1311 ^ . , , -> Ne3 = = V ^0 . 9 5 =2 0 k W Motor 1 Motor 2 Ne (KW) Qe (g/kWh) nijomb (KQ'^h) Ne (kW) qe (q/kWh) mcomb (kg/tl) 20 242 4,84 20 240 4,80 50 225 11,25 50 200 10,0 60 232 18,56 80 240 19,2 Luego: Gastoi =4,84x6 +11,25x6 +18,56x 12 =319,3 kg 6ast02 =4,80x6 +10x6 +19,2x 12 =319,2 kg Según esto, conno el gasto diarlo es prácticamente el mismo para ambos motores, concluimos que: se puede elegir cualquiera de los dos. PROBLEMA: En el gráfico se muestra la característica externa de velocidad de un motor de carburador, para el cual se sabe que les condiciones nominales de 'rebajo son: nrrom =4 7 0 0 rpm, Nj^^,^ =1 1 5 y su coeficiente de adeplabilided (Kj,j) =1,3. lislle le potencia entregada por el motor e 4 0 0 0 rpm y plena carga (en CV). 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 r/ - ^ Solución: ^' ^^ De! gráfico, se observa que existe una dependencia linea! entre f^le y n: 4 0 0 0 - 25 0 0 = 4 7 0 0 - 25 0 0 2.2 de donde: ¡i^^^ = Ne„« + Hallamos Ne^: ... (11) 9550 Menom"nom 9550 ( 1 I ) ^ ( 1 I I ) : ^ = K Í Í ^ ... ( I I I ) fnom Ne nom entonces: =1,3x 2500' [4700 y finalmente: Ne4ooo =79,52 + |x115 =79,52 CV 1.5' 2.2 ( 1 1 5 - 7 9, 5 2) = 1 0 3,7 CV PROBLEMA: Determine el ahorro, en $/ dÍ 8, que se conseguirá al reemplazar un motor E.Ch. por un motor Diesel en un grupo electrógeno que requiere entregar una potencia constante de 100 kW para un servicio diario de 8 hores (%n =0,95). Considere que el motor E.Ch. tiene un rendimiento efectivo de 28% y el motor Diesel de 32%. Además: Paro la gasolina: Hu =43.5 MJ /kg; pcomb =0.75 kg/l; precio =) 1.80/galón. Pera el Diesel: Hu =42,5 MJ /kg; pcomb- 0.865 kg/1; precio =$l,20/g8lón. SfiMlón: El ahorro estere dedo pon Ahorro =Gestoi - Gest02 1: Gesoline Además: 2: Combustible Diesel Gesto =^^^^^ P: Precio ($/gelón) Pcomb y: nicomb =mcomb^ t: tiempo (hores de servicio) mcomb =geNet Ne^.o, -- = =105,3 kW 3.6 NetP Luego: Gasto =3,5 rrZTZ ^ Hu-rjePcomb Entonces: 105 3x8x180 / 1 'I ^"^^"^-- ^-^43.5x0.28x0.75J r785J ^' 9' ' °"^* ^'^^^ Gostoi =$157,9 (gasolina) , . 105.3x8x1.20 ./ 1 Gest02 =3.6x^2.5x0.32x0.865^ 3.785 Gast02 =$81,7 (Diesel) Finalmente: Ahorro =157,9 - 81,7 =$76,2/díe PROBLEMA: Un motor Diesel de 4 tiempos consume combustible a razón de 245 g/kWh. Asimismo consume aire con un exceso de 50% cuando el coeficiente de llenado es 0,82. Calcule la presión media efectiva de este motor •yb=I,2gkg/m3; lo =14,5. Ne =2^5^ -> Pe = (si iVh está en 1, pe se obtendré en MPa) mwmb _ mcomb * - Ne ^ ge meiregc meire • » ^ =l v ; ; ^= 120iVhpK(n/T) ^ ='"^^""^ . nf nn. oe A 1 201 VhPK(»/T)T)v entonces: mcomb = j 1201VhPK("/T)nv (0,12)1^y(n/T)TV Sel reemplazando: (iVhen m^) ^ - g e ' (1 =loa) 3fr<i 29x062 P« = 0 : 2 ^ 0 4 5 ^ = ® ' ^ ' 5 MPa = 7 , i 5 bar (kVV) 220 PROBLEMA: Se tienen 2 motores Diesel vehiculares de externas se muestran en le figura adjunta; Asumiendo que por Ng necesidades de transporte, se ' ' requiere un motor que, para un servicio de 6 horas/día, funcione: el 70% o 1600 rpm el 20% a 240C rpm el IOS 8 2800 rpm Determine: 4 tiempos, cuyas carecterísticas 3) Que motor elegiría si sa requiere el menor gasto de combustible, b) Que motor elegiría si ss desea el funcionamiento más económico. 200 180 160 140 120 ICO • / "— 1 >- f / / r / / / / y / i s / 1 / -f — f >" y / 1 360 320, 280 240 200 Solución: De 13 gráfica extraemos la siguiente tabla; 800 1200 16C0 2000 2400 2800 n (rpm) Motor 1 Motor 2 n (rpm) Se (g/kWh) Ne(kW) n (rpm) Se (g/kWh) Ne (kW) 1600 203 134 1600 221 102 2400 284 178 2400 208 190 2800 378 187 2800 260 223 Para un servicio de 8 h/día: 6x0,70 r 5,6 horas 3 1600 rpm 8x0,20 =1,6 hores a 2400 rpm &<0,10 =0,8 horas a 2800 rpm a) Comparamos los gastos totales de combustible (mcombr): mcombT, =5,6(0,203x 134) +1,6(0.284x 178) +0,8(0,378x 187) z 289,7 kg comb mcotnl>T2 =5,6(0,22 Ix 102) •1,6(0.208x 190) • 0,8(0,260x223) =235,9 kg comb Luego, por el menor gasto, elegimos el motor 2. 43 b) 9ei = Comparamos los consumos específicos (ge): ^" ' " T i ^Q^^ ^_ _ , 0 245kg/kWh 134x5.6 • 178x1.6 • 167x0.8 nicombT mcombT, 235 9 9*2 =- ^ = 102x5.6 . 190x1.6 > 223x0.8 =^'^24 kg/kWh Luego, por le mejor economíe, elegimos el motor 2. PROBLEMA: ün motor Ditsei de 4 tiempos el trabajar en su régimen nominal (n^m = 2800 rprn; N en j n i = S5 CV) tiene un rendimiento mecánico de 80%. Si su coeficiente ce auepiación {Y^) es de 1,10 determine el valor de le potencie indíceda del motor, para el régimen del máximo para motor (r^e =IBOO rpm). Solución: Sea nnom =niyrvie =n2 luego: Ne, : 85 CV Tjmec, =0,60 Ahora: N j ^=Nij Ni2 =Nmec2 •Ne2 NmeC2 =^Imeci ni 1 T l i n ec i - 1 Nei N meei = 0.80 - 1 1800 2600 M e j n i Nn«2 =21, 2^ 1^2"2 .. • ^1 • '^2 =9550 y =9550 ' r vvnf |x85 =60,l CV |x85 =21,25 CV -. 8,78 CV N e , = N e, entonces: = 1800 Ne2=M0=<2Í00" y: Ni2 = 8,78 +60,1 =68,68 CV PROBLEMA: En el gráfico adjunto, se muestran las curvas de par motor efectivo (Mj) y consumo específico efectivo (g*) de le característica externa del motor Diesel de 4 tiempos y 4 cilindros OM-314. Se sabe también que para esta característica se cumple lo siguiente: Pe,.n¿x =7-814 bar; msíresczsoo ="^'^^^g/ciclo; rimec2soo =80%; TTi/a =cte. 44 Me n (rpm) Se pide que, pera esta característica, se obtengan los valores de los parámetros del ciclo de trabajo mostrados en la siguiente tabla: (asuma: Hu =42,5 fl-J /kg; lo= 14,65 kg/kg; po = l,2kg/m3) n (rpm) 1200 2000 2600 P« (ber) T)v(S) Solución: C . ™ . : N . = E ^ = ^ , C V ) -> Pe =cte,rie ... (1) Luego: p.^= p * ^ fie 'mex ... (II) De la curva Me vs. n, obtenemos: Me^^^=24 kgm; Me,2oo - 22,8 kgm; Mejooo = 23,8 kgm; Vk- 2mi =21,6 kgm y además, pe^^^=7,8'4 bar. En (II): P«i 200 =7,423 bar Pe2000 =7,749 bar Pe28oo =7,032 ber • 45 Ahora: TU i 3600; HylVo mb (III) T I m K (IV) Con (I) Obtenemos: ^^^^^ 84,446 CV =62,09 kW; =66,462 CV =46,67 kW y N,,2oo =38,20 CV =28,09 kW, Entonces, en (IV): NÍ2800 - 77,6125 kW Luego: N™C»O O =Nlr*o " ^7«a =77.6125- 62,09 =15,522S kW Ttimbtén, como Nmec: cte.n^, tenernos que: Nni2C2ooo =15,522:.(2/2 B)2 7,92 kW y ^M-^ =7,92 • 48,87 =56,79 kW I W,200 =15,5225(1.2/2,B,« , 2,C51 kW y N),joo =2,851 • 28,09 =30,941 kW Además: ií>c«mb ^( k g / h ) ^•^bi soo - "^' í ooo' ^"' "^-"nbjooo • '0.9 kg/h, mcombiaoo' ^,208 k?/h En (III): mseoo ='^^'97 « ; r^¡rao = ' •5'^; 'nii2oo =''2,22% TV =Ni "^IrtsCíonn 3.(}25«10-3 ^n , , , . j tra n =2600 rpr.,, TJ VJ O» =~ v ^f ^ = 3 7 8 4 ^1 0 ^= ^'^^^^^ P t i ! B I I = ¿ uvyujiii, 1IV2900 - jV^pj DeÍ V ) . deepejonnos dn/a) =0,2998 =cte. (por dato) Entonces: tjvjooo =^5^'^^^"Í 42§ ][a2w](T2}3.7e4i><2000 TV,2oo =0-7834 Finalmente, tabulando los resultados: =0,8628 n (rpm) 1200 2000 2800 Pe (bar) 7,423 7,749 7,032 TTl(%) 42,22 44,13 40,97 T1y(%) 78,34 86,28 84,23 PROBLEMA: Un motor Diesel acciona la hélice de un ventiledor y seconoce que sus perdides mecanices por fricción elcenzen 8 1,5 kW. : 46 Determine e! rendimiento mecánico del motor en este régimen si se sebe que al aumentarse la velocidad de roteción al doble se requerirá de una potencia efectiva de 47 kW Solución: Pare la hélice: ti t zKn^ Sea: ni: régimen de velocidad inicial na: régimen de velocidad final =5,875 kW Entonces: en el primer régimen de velocidad le hélice ríq:;?n'rá de "1,875 :'W que deberá ser entregado por el motor Diesel. V ahora, determinando el rendinriienlo mecánico de! .moíor (•n:n,-,): Ne _Jk 5 575 ^ ^"«c =Mj =Ke- Í W ' 5.875^1.5 ^' ' ^"^ r,m«: =79,6&S PROBLEMA: Un motor Diesel de 4 tiempos cuendo trabaja en su régimen nominal, a nivel del mar, desarrolla una potencia efectiva de 214 kW, tiene un consumo específico de combustible de 226 g.-'kWh y un rendimiento mecánico de 35S?. Al ser llevado 5 trsbí j í r a un? localidad uiiiceda a oi=ioo ms.nm. en el mismo régiínsn, el g?sto hcraric de comb'.'stible y la pot?nr1s de '•sr'jiri.ec: mecánicas s» mantienen constantes, en cambio el rendimiento indicado disminuye en 20%. Determine el consi.'n':o específico f?? combustible de' rr>ntnr pn n/ií'V.'h, en la altura. Solución: A nivel del mar: r<), =1^ =251,76 kW; Nmeco =251,76 - 214 =37,76 kW mcomb, =geoNto =0,226x214 =48,792 kg/h En altura: Nmech =Nn«, =37,76 kW m«,mbh =l^mbo =48,792 kg/h Nih Nih =0,8T]i,6A =0, 8^Q A =0,8Nj,. Nih =0,8x251,76 =201,4 kW y: Neh =Nih - Nmech =201,4 - 37,76 =163,64 kW finalmente: mcombh 48.792x1000 *h= f^^^ = ,63.64 geh=298,1 g/kWh P R O B L E M A : ün motor Diesel de 4 tiempos, deserrollo e nivel del mar (po = 1 ber; To =20 "O una potencie útil ds 150 CV e 3000 rpm con un rendimiento mecánico de 82%. Detenriine la potencia indifade que tendrá este motor cuando en el mismo régimen, trebeje en una localidad ubicada a 4000 m.s.n.m. donde la presión y temperatura ambientales son respectivamente; 0,63 ber y 8 'C. Por efecto de lo altura, el coeficiente de-llenedo disminuye 16% y el rendirniarto indicado I sjs 20% respecto a sus valores a nivel de! mar. Además el enrarecimiento del aire hace que la mezcla se enriquezca en 33% respecto a la mezcle e nivel del mer. gplución; Si comperemos les dos situeciones (e nivel del mar y en altura) se obtiene: '^'^- (Va)o Po '^^-nioOChPoThTjv,^'» HellemosNi, Ni, = ¿ =- ¿ ^=1 6 2 , 9 C V Además: Tiih =(1-0,20 )Tji, =0,60Tjio ah =(l-0,33)0o =0,67cco T}vh =(1-0,16)T}vo =0,64TVs Po z 1 ber; Te =20+273 =293 'K; Ph =0,63 bar; Th =8+273 =281 •< Reemplazando: r ' (0,60)Tii, ( 0 ^2 9 3 (0^e4)T¡vo í ^( 0 , 8 7 ) ¿ r ~T ~^2 8 f T)v, "'^2, 9 Nih= 120,5 CV : PROBLEMA: Un motor con carburador de 4 tiempos al trabajar con la mariposa de gases totalmente ablgrla y a su velocidad nominal entrega en su eje de salida una potencia de 86 kW. - Cuando se pesa del régimen nominel (n =4500 rpm) el régimen del máximo par (rvie), les pérdidas mecanices del motor bajan de 21,5 kW e 10 kW. Halle el rendimiento mecánico del motor para el régimen de máximo par, si la presión media efectiva en este régimen es 0,81 MPe y le cllindreda del motor es de 3,5 1. Solución: Inicielmente designemos al régimen nominal como r\\ al régi men de veloci dad de máxi mo par (oMe) comon2. Ne N* Ne, Ahora, como sabemos: Tirnec = =j i j ^^^j üj ^ t ambi én: ' Hroca =HJ^^^Nnut^ 48 De le expresión: Ne =^y ^^, deducimos: Nez-f^e.CPez/PeiXní/ni) ... (A) Experimentelmente vemos que se puede efirmer: Nmec =cleri^, entonces: n 2 / n , =( Nmec2 /Nmec, ) ' ^2 Para poder resolver (A) hallemos primero Pe,: Pe) =-|yjjj:¡~ 12086 P "-(3,Sx4500)=Q-^552hP e Reemplezando en (A): Njj =86x(0,6i/o^¿552)(iO/2, 5 ) 1 / 2 - 7 2 5 kW Entonces: •nmec2 =fimecMe =(72 5'^| Q) =°'^788 TImecMe =87,88% PROBLEMA: Un motor de carburador de 4 tiempos, tiene en sus condiciones nominales de funcionamiento (n^m =6000 rpm; Ne,^,^=72 l<W), un rendimiento mecánico de 85%. Determine cual es, aproximadamente, el rendimiento mecánico de este motor, al funcionar a 4500 rpm con la mariposo de gases totalmente abierta. Solución: Cuondo se trabaja según la carecterística externa (mariposa de gases totalmente abierta), pera determinar los velores de Ne en función de n se puede user le ecuación experimental de Leyderman: í ' í " ^ i 2 í " ' J A í " ^ - c í " ' Ne = N e , ^4 í ^ . ^J ^ f - C í ^ n rmsxj [ ^mxj [ "mx). Los velores de los coeficientes A, B y C dependen del tipo de motor Pare un motor de carburedor: A =B =C =1 En nuestro caso: n =4500 rpm; n^^=6000 rpm; Nj ^^=72 kW Luego: Ne^joo =72={(f-) =64,125 kW Ademes: Nmec45oo =Ñmec6ooo('''^^6)2 (ecuación experimental) Nnisc45oo =0,5625Nnwc6O0O Nmec nom = ^noJ - 1 =72x (0,85) = 12,706 kW \Mmecnom ; Nmec45oo =0,5625x 12,706 =7,147 kW Ne^soo (64,125) ;(54,125+7,147) ='''^^57 Finalmente: iimec450O =}^ T1rfiec45oo =69,97% :4500*NmeC4500 PROBLEMA: Un motor de encendido por chispe, de 4 tiempos, pere el cuel su coeficiente de adaptación es 1,30, tiene une velocidad nominal de 5500 rpm, y su rendimiento mecánico correspondiente a este régimen es de 78%. 1 I 41; Si se sebe que en su caracterí stica externa, él máximo par se da a 3000 rpm, halle el rendimiento mecánico del motor a este régimen de máximo par Solución: Sea n 2 =3000 rpm; n, =5500 rpm. Ne2 1 ^n « 2 = • Nme c 2 ^ 1 M N m e c 2 / N « 2 ) * Pej Ne, 3000 pero: K^=^= 1,30 -> ^ = 1,30x553^=0,70909 Ademes: — ~ "mee. Nr - - ^n¿)2 (g^perlmental) N Imec2 r3000^ Nmec, 5500 = 0,29752 Ne2/N«, (0,70909). „ , „ „ y. 2,3033 - Nmec2^Nmec] " Nmec2''Ne2 NmeC2 Nfnec,/Ne; Nej = (2,3633) = 1 ^ ( Nl , / Ne, ) - ' ^ =¿ 7 - ' =(0:W)- ' - ^' ^«205. Nmec2 (0.28205) . , , c ™ y: - Ñ;7=- ( 2: 3833r=°'"^^^^'' 1 ^"«2 =(1+0.1183434) =^'^^"2 Tlmec2 =89.42% Balance térmico PROBLEMA: En un motor Diesel de 4 tiempos y 4 cilindros que trabaje a velocidad constante de 2200 rpm y plena carga, el suministro cíclico de combustible es de 56,5 mm^. Se desea diseñer el sistema de refrigeración de este motor, según las siguientes consideraciones: El celor disipedo por el sistema será el 25% del calor generado por él combustible. El agua deberá ingresar el rediador a 90 "C y enfriarse 5 'C. El aire Ingresará al radiador a 30 °C y se calentará 20 °C. Se asumirá para el radiador, un coeficiente global de transferencle de calor de 88,1 W/m2.'>c y un coeficiente de compacidad de 1000 m-'. 50 6 ) n " r l 2 ''«, f gurfdao de lo%. se pide que se determine- e El caudal de agua, en !/mí n, que seré necesario b) El volumen, en I, que ha de tener el rediador Pcomtí =0,865 g/cm-'; H^¡ =42,5 fU/ kü; C^^4J9 kJ/ kq- X Soiuclóri: 8) VHJ O = • CeHj0^THj0pH2Ü Qcsl =I, i OQrtf 1,1 OxO,25Qo =1,10x0,25(Humccmb) mcomb = '20x10-fi1rJ combí"A)Vsc mcomb = 120x10-6 x4x0,86 5x(2200/4) x56 ,5 mcomb =¡2,90 kg/h Qcsl =!, •0x0,25x42500x 12,90 =150796 kJ /h Ocal =2513,27 kJ /rnm o 2513 27 Luego: VHJ O =( 4; Í 9 X 5X J ) =' 20 l/min b) V , - 8 d r ^ <pr8<!= 1000 m-1 o T„20 = ^° - ^=8 7 , 5 T ATrad =87, 5- 40 =47,5 »C c. 150796 , =(3500) (0, 088l ) (47. 5) = Luego: Vrí(j =- f ^= 0,01 ms =10 1 PROBLEMA: Determine el valor del consumo específico efectivo de combustible, en g/kWh, de un motor Diesel en su régimen nominal, si se sabe que las pérdidas do calor con los gases de escape son de 246 700 W y las pérdidas de calor de tipo residual son de 26 000 W. Ei gasto de combustible es de 55 kg/h. El agua de refrigeración eleva su temperatura en 10 *C al pasar por el motor y circula a rezón de 4 kg/s. Hu =42,5 MJ /kg; Ceagus =4,19 kJ /kg»C Solución: Sabemosque: qe =% ^ = % ^ Qe =Qo - (Qref. +Qge +Ore?.) (motor Diesel) 5! . =Humcomb =42500X 55 3600 =649,306 kW =649306 W Qref. =maquaCesquaATggua =4x4,19x 10 r 167,6 kW =16 76 00 W Entonces: Oí =6 49306 - (16 76 00 • 246 700 +26 000) =209006 W Luego:" 55x1000 ge = 209.005 z 263,15 g/kWh PROBLEMA; El consumo horario de combustible de un motor E.Ch. de 4 tiempos es de 15,5 kg/h. El calor perdido con los gases de escape y debido a la combustión incompleta representan e! 43,5% del calor total del combustible. Además el calor residual del b&lencp térmico es el 5% del calor del combustible. Determine el rendimiento efectivo del motor, si se sebe que el flujo del egua del sistema de reírigereción es de 60 l/min y su entrada al radiador es a 80 T y su salida de éste es a 90 °C. Solución: , Del balance térmico de un motor E.Ch. se tiene: 1 : Qe +qge +Qref +Qci +Ares corno: T|8 =q., entonces: T)e =í - (Qge +qci +qres +Qref) Qge * Qci ^0,435 dres =0,05 Además; qref = iref y: Qref =mrefCeHjoATref mref =VrefPHaO =6 0x 1 =6 0 kg/min ATref =9 0 - 80=10 "C Oref =6 0x4,19x 10 =2514 kJ /m1n Qo =HuiTicomb Qo =43000x15,6 =6 70800 kJ /h Qo= 11180kJ /mi n entonces: 2514 Qref = =0,225 180' Finalmente: T|e =1 - (0,435 +0,05 +0,225) =0,29 ó Tje =29% PROBLEMA: Un motor Diesel de 4 tiempos (sxD =125 mm x lOO mm, i =4) trabajando en su régimen nominel de 2200 rpm y plena carga, alcanza un desprendimiento (x) y un aprovechamiento (t) de calor de 65% y 40% respectivamente en el instante que se obtiene la presión máxima del ciclo termodinamico. 52 Si las pérdidas de calor por disociación son del \ 0% de la energía del combustible, el rendimiento volumétrico es Q2%, y el exceso de aire es de 40%, determine el flujo de calor perdido por las paredes debido al sistema de refrigeración (Qrefrigeroeión) en kJ /min, en ese instante. Hu : 42 MJ /kg; po r 1,19 kg/nn3; 1, =14,45 kg aire/kg comb Solución: Tenemjís que: X =4 * Sdisociíción * Qrefrijeríción -•(D donde: X : 0,65Hum«)mb 9 t =0,40Humcomb Q<Jisoci«ción =O.lOHumcomb El consumo de combustible se despeja de: filcomb ' donde: 1 =alo =1,40x14,45 =20,23 m«ire =T}y(120iVhPKÍ'>/T)) m^ire =0,82( 120x4xj2^0.125)x 1,19x(2200/4)) =252,9 ¿ ~ entonces: o 252.9 k3 fr«tnb =2023= '2-5 s;;;^ En(l): Qrefrig*rscl6n =(0,65-0,40-0,10)x4000x^=' ' ' 2.5 PROBLEMA: Al realizarse el balance térmico de un motor Diesel ds 4 tiempos, en su régimen nominal de funcionamiento, se determinó que el calor evacuado con los gases de escape fue de 125000 kcal/h, con el agua del sistema de refrigeración y el aceite lubricante se desalojaron 100000 kcal/h. El calor residual desalojado fue de 28000 kcel/h. Si la potencia nominal del motor es de 210 CV, y el poder calorífico del petróleo Diesel es da 10600 kcal/kg, determine la cantidad de petróleo Diesel consumido durante 24 horas de funcionamiento del motor (en m^). pOiwei 2 =0,865 g/cm^. Solución: Sea Vcomb 1» cantidad de petróleo Diesel que se consume (en m^) durante les 24 horas de funcionamiento. Entonces: ., /mcomb Vcomb =2¿ - - i_ Pcomb, 53 ahora: mcomb =¡ r So =Se • Sref. • Sge •Sre». HaUfintíQ c/u de ei i oi talui ei por tiempo: , Q« =Ne =210CV 5,, =125000 kcal/h =(125000/632) CV =197,8 CV Qref. =(100000/632) CV =158,2 CV Sres. =(28000/632) CV =44,3 CV Luego: Qo =210 • 197,8 • 158,2 * 44,3 =610,3 CV (610,3x632) . = 10600 =^^'^^^^^^ y: Vcomb =^^^2 4 = 1,01 m3 PROBLEMA: P ar a^ motor E.Ch., determine la temperatura máxime T; ("O si se conoce lo siguiente: C/H =0,85/0,15; Hy =10450 kcel/kg; Zcomb =114 Coeficiente de exceso de eire (a) =0,85 Cantidad de geses residueles =0,031 kmol/kg Temperatura al final de la compresión =465 °C Coeficiente de aprovechamiento del calor de le combustión =0,87 Calor perdido por combustión incompleto =1700 kcal/kg Calores específicos: C; =Cv„Ye =5,15 kcel/kmolgredo Tv =7 kcal/kmol grado Energía interna: u =O a T =O "C Solución: Para el ciclo Otto conc<.<1: ^(Hu - AHu) =Uz - Uc 4f(Hu - AHu) =üiXMz • MR) - (ÜcM, +ÜCMR) Sabemos que: Au =CvAT Como u = O e T = 0 ° C entonces trabajando directamente con "C podemos Pinplear üy en kcal/kmol-'C Ahora: t-(Hu - AHu) =CyJ zíMz +MR) - CvcTcMj - CvcTcl^ _ T J Z 5 («o C;:,(M2 +MR) De ecuerdo a !a información que se tiene se puede considerar que ei Üv de los geses (Üy) es constante (C^=7 kcal/kmol-gretío) M, z r—- * alo ¿comis Lo - ' m 1 f{0,85) (0,15)^ —--— + —¡ (0,21) 12 4 '(0,21) 12 =0,5159 kmol/kq Mi =77^^0,85(0,5159) z 0,4473 kmol/kg M L . n- n , ÍÍÍ-SS) (0,15) ' ' 2=12^2 0''9t^Lo =—j y- + - y - + 0,79x0^85x0,5159 z 0,49225 kmoi/kg entonces reemplazando; y (0,87)( 10450-1700) + (5,i5)(465)(0,4473) ^ 7(455)(0,031) ' • 7(0,49225 + 0,031) Tz z 2396,3 "C Motor de 2 tiemoas PROBLEMA; ün motor E.C. ds 2 tie.mpos y 6 cilindros desarrolla una potencia de 950 CV a 5000 rpmy su presión media indicada referida s is carrera útil dei émbolo es fj° Í 0,5kg/cm2. Determínor ia velocidao' media de! érrÉoio, en m/s, si ss sabe que les pérdidas mecánicas en si motor son de 201. El CQgficien'te de volumen perdido es 0,2 y la reloción s/D !,!. Solución: _ sn Ce z , debemos íieiler s; Pi - P Í(l-Vp) z I0,5x( 1-0,2) z 8,4 kg/cm2 , 450x1! 67.5 8:4Í &riO0O =•'^'^^•27 i =0,0106027 4.84x0.010602711/3 55 f , . - (0,2537)(i000) ^ , finalmente: Ce = ^ z 8,458 m/s P ROBLEMA: Ün motor de carburador de 2 tiempos (SJ --D Z 95 mmx go mm; i z 2; >fp =251) ai tr&uajsr en su régimen nominal de 4200 rpm con una escasez de eire de \2%, genero l,7xl0"3 kmol/min de H2 entre los productos de escspe. Debido a esta Carencia de aire, la csníidaci en masa da ios productos obtenidos a partir del de lo gasolina, es menor en 0,12 kg/kg comb respecto a la qus se obtendría si le coíTibusltón fuese completa. Delernrine ei re-riüimisrito volurriSlnco (en %) del motor para este régimen.- lo - \4 kg/kg:' = 1, ? 9 kg/in^ So]ucián: T-, . ! I Mr e . ' l20iVhP í ;("/T ) donde; Vhz(i-Wp)V(, • Vh z (1-0,23}~(0,09)í (0,095) z 4,6536x10-* m^ mjjre =Sílomeomb mcomb = Tenemos la reacción sslequioméirica ds combustión (suponemos 1 kg de combustible): sCxHij f(02-*3,75M2) - exCO¿ ^ * 3,76(^2 ... (i) ¥ ia reacción real de combustión {M% de escasez ds eire); ] eCvHy-!-(1-0,12)í(C' -:r3,76ÍJ2)=:...--:-gH20'iil-l2-... ... (ii) Luego, d9 (U): ey =2(§-i-h) en Adem-ss, por condición del problema: 0, i 2 =-^-A\ ?Í - (g'-ÍS -;-2xh) Al resolver símuitánesrnente Iss ecuísciones planteadas anteriormente, obtenemos: h =0,0075 n,^ -^^ 1.7x10-5x50 , , ,, | , iTisire =(1 -0,12)( 15,04){i 3,6) =i 80 kg/h PROBLEflA: Un rnoíar gasolinero de ? tiempos y 2 cilinciros consume 2,6 kg/h de combuslibls. en ei régimen de velocidad de 5200 rpm con un coeficiente de aire de 0,9 y un rendimiento volumétrico de 70%. 56 Si l 8 compresión previa de la mezéla se realiza en el cárter de! motor ( P K / P O = 1,2; nt - 1,45), determine el valor de la fracción del volumen perdido durante el intercambio de gases. La cilindrada geométrica del motor es de 167,32 cm'. Asuma: Po =1,21 kg/ m'; lo : 15 kg/kg. Solución: Se sabe: Yp =^ = — Luego: Vp =' ' vj; Vft =^ ^ = 83.66 cmJ Ahora: TV =' 1201V|,P K ( "/ T) 120ÍITVP K ( "/ T) gK _P K lo._a<. po • Po TK ' Po . " k - i / n i . 1/nK entonces: Vf, = Po =<1. 2)'/ ''"^1, 21 =1,372 kg/m3 0.9x15x2.6 120x2x1 =5,857x10-3 m5 xO .70 vi, =58,57 cm5 Finalmente: PROBLEMA: Un motor Diesel de 2 tiempos y 6 cilindros tiene una potencia efectiva de 65G CV trabajando a 1000 rpm. La presión media indicada -referida a la carrera úti l - del ciclo teórico es de 0,6 MP a. Determine el valor de la cilindrada del motor -en 1- si su relación de compresión real es de 14,2. La relación de compresión geométrica es de 16,4; y pare les condiciones de trabajo mencionadas el rendimiento mecánico es de 12% y el coeficiente de plenitud es de 94%.. Solución: ' • . P ara le potencia indicada (Nj) del motor se tiene: 57 Ni = .P üVhn 30T (kwy entonces: 30TNi ( Í Vh)z- P in (1) (P i en MP a) Conocemos: Ne - 650 CV =477,9 kW n : 1000 rpm T =2 l-le 477 9 ademas: Nj = ; Nj =T ^J T - r 663,8 kW Ahora debemos hallar pj: Pi =P ijTjuií 1 -Vp) PjT =0,8 I P a; 7)0, =0,94 £-c- 16.4-14.2 „ , ^, ^P =^- - l 6 T T ^=^- ' ^^ Pi =0,8x0,94x( 1 -0,143) =0,6446 MPe finalmente: 30x2x663 8 ^'V^>- 0.6446x1000 PROBLEMA: Se desee diseñar un motor E.Ch. de 2 tiempos, de berrido uniflujo, pere el cual se estima que la fracción de volumen perdido no ha de sobrepasar el 15%. P or consideraciones de tipo constructivo, la relación s/D no deberá ser rnenor que 0,3 ni mayor que 1,2 y ademas la relación de compresión real no sera menor que 5,25 ni mayor que 6,10. Si se considera que la camera de combustión estará totalmente alojada en le culata del motor, determine la relación que existe entre los volúmenes de la mayor y menor cámaros de combustión que podrían ser disefiedes pera cumplir con les restricciones indicedes. El pistón es de fondo plano y el PMS coincide con la línea divisoria de le culata y el bloque. Solución: Según las indicaciones dadas respecto el diseño le estructura básica del motor tendrá le forma que se Indica en la figura: PMS P MI Además: 0.8 <s/D <1,2 5,25 Í E S 6,10 Asumamos que el volumen perdido en la transfefencia de ^ases es ta] qus: Vp = 0,15 58 t - ^lp Ahora como: e = jt;, 5.25-0.15 6.10-0.15 1-0.15 1-0.15 . 6 s c <7 Vh ! Va 5 Vh ^. ^Vh 5^V¡- ^6^ Ahora: Vcc^, = = =1,2x7-5-. Ahora, para un diámetro fijo "D": Vcc. in^O-S/24^''' PROBLEMA: Un motor de encendido por chispe, de 2 tiempos y 4 cilmdros cuyo diámetro de cilindro es de 79 mm, consume 1,24<10-2 kg/ciclo de aire, el cual al momento de ingresar al cilindro está a 1,15 bar y 35 °C. Si las relaciones de compresión geométrica y real del motor son respectivamente 9 y 7, su rendimiento volumétrico en el régimen nominal es de 72% y la velocidad media del émbolo es de 15 m/s, determine la velocidad del motor en el régimen nominal (Rsíre =0,287 kJ /kg-^K). Solución: n^trtsc Pare un motor de 2 tiempos se cumple: Tjy = ^.^T £-£' 9-7 Además: Vh =Vh(1-Vp) Y P = =^ =^-25 7J D2 y como: Vh = sn finalmente: Cf; = ^ n . ^ . ^ = 5000 rpm j V h , (4x4,416x10-4) ^= tíD2- Dx(0.079)2 - "' "^"^ PROBLEMA: En un motor Diesel de 2 tiempos, de 4 cilindros, o! trabajar o plena cargo, a 1000 rprn, entrega una potencie efectiva de 434 CV, le presión media indicada teorice referida a la carrera útil del émbolo es d? 8 bar. Para éste régimen calcule el rendimiento mecánico del motor, si la relación de compresión real es de 13,5, la geométrica es de 16 y le cilindrada total dei motor es de 4í ,6 I. Asuma como coeficiente de plenitud:, 0,98. SaLycjón: Tjmeo^J hie r 434 CV (deto) PiiVhn = 500 =41,6 1; n z iOOO rpm Pi =PiT^a -- PÍ T( ' - yp)% donde: Pj^: presión media del ciclo teórico referido a ¡6 carrera útil i>jj: coeficiente de plenitud (ó perfección) Entonces: pj =8x(! - 0,16667><0,98 =6,5333 bar Ahora: Kj =í ^ ^ - ^ ^ ^ l ^ M = 455 =516 CV (I kV,! z 1,36 CV) Finalmente: 434 te =61^=0,7045 Tlmec =70,45« Sobrealimentación PROBLEMA: - Un motor Diesel de 4 tiempos y 8 cilindros funciona en una localidad ubicada a 3000 m.s.n.m., siendo su potencia efectiva en este luggr de 225 CV a 2200 rpm. En el supuesto caso que se instale un turbocompresor con el fin de compensar la pérdida de potencia por la altura, ¿en cuánto disminuirá el consumo específico de combustible, a la misma velocidad, si en le altura este consumo es de 280 g/CV-h para ei motor ds aspiración? Asuma que por efecto de la altura el rendimiento indicado disminuye sn 30^respecto a su valor a nivel del mar, y que el rendimiento mecánico no se altere con la altitud. (Hu - 10150 kcal/kg) Solución: La disminución del consumo específico al instalar el TK deberé ser Igual a la diferencia entre los consumos dsl motor de aspiración natural para dos situaciones diferentes: s nivel de! mar y en altura. Esta diferencia debe ser compensada con el uso del TK. Ahore, resolviendo; 1^^, = 225 CV (en altura) 60 géf, =280 g/CVh (en alluro) T)eh -- TlihTImoch0,7T]j„Timfcco ^io- "nmeco: 8 nivel de! mor 632x10^ 632x1 Hugth ' 10150x280 ""' ^' ' ^' T)e, =T)eh/0,7rO,3177 632x103 632x10^ , • Ademas: = ^, ^, 50^^^3,^^-y= 196 g/CVh Luego: Age =geh - geo =260 - 196 =84 g/CVh Entonces: el consumo específico disminuiré en 64 g/CV h PROBLEMA: Determine la potencia (en CV) de la turbina de un turbocompresor que sobrealimenta a un motor Diesel de 4 tiempos, si el coeficiente de exceso de aire que se obtiene es de 1,5, los parámetros del aire a Is entrada al compresor son i bar y 18 °C,1B presión del aire a lasalida del compresor es de 1,6 bar y el flujo de gases en el escape es de950 kg/h. Los rendimientos efectivos del compresor q la turbina son respectivamente 68% y 72S. El petróleo Diesel utilizado tiene la composición: 87C, 12,61-1, 0,40c. Solución: Ss sabe qus para el caso de! turbocompresor: llr =NK Entonces hallaremos la potencia que requiere el compresor (í ^) que tendrá que ser Igual a la potencia que entrega le turbinaí Ni), y Que ss lo que nos piden: ^ . . ^ ( C V ) w«)K=102,5To(n^°'r'- 1) W8<SK =102,5x291 xl(1,6/1)0.286 . 1 ]4291,4kgm/ kg 1 *-rr entonces: hárf. - , . ."^f,.. iü= 3x(0,87) * 8x(0,126) ~ (0,004) =14,45 kg/kg 950 =TT7í 7T]5? Í 4, 45r •^3^" ° '^'''•^-,0,25225 kg/s (429! 4x0 25225) finalmente: 1^^=- ^—^^^; ^gy~"^=21,23 CV ó Nj =21,23 CV PROBLEMA: Para un motor Diesel de 4 tiempos sobrealimentado por turbocompresor, sa tiene ia siguiente información, para su régimen nominal de funcionamiento: maire =3600 kg/h; i^mb =144 kg/h; T|K =0,75; TIK =1,317; pturb =!,8 bar; Tturb. - 427 "C BI Determine la potencia que entrega la turbina, si las condiciones ambientales son 1 bar y 15 X. Solución: Sea le potencio de la turbina: Nturb. Nturb. =W8<ibturb'V''^urí> "''«ibiurb- trabajo adiabático de le turbina. mge: flujo de geses de escape. íV- =Aiire * mcomb =3600 +144 =3744 kg/h =1,04 kg/s Además: TiTK =TjturbTk T]TK: rendimiento del turbocompresor. •HK: rendimiento del compresor. TTK M512)(T(urb/To)(íV/maire) ^ (1.317) ^ " (!,15!2)x(700/288K l 04) " '^'"'^25 TTK: coeficiente de calidad del turbocompresor ismbién: v^edbturb^157T,,J 1 - 6T: grado de expansión en la turbina; Sj = ! ) = 1,8 •'••''síbturb = l,157x700x! =! 10,68 kJ /kg Luego: N,yrb=110,68^1,04x0,6034 =69,46 kW PROBLEMA: Un motor Diese! de 4 tiempos es sobrealimentado por un turbocompresor. Si la temperatura de! aire a le salida del compresor es de 80 °C , si rendimiento mecánico del compresor 96%, la potencia entregada por la turbina 25 C V, la relación aire-combustible 25 kg/kg, y la eficiencie efectiva del motor 36%, determine la potencia efectiva del motor (en C V). Asuma: Po=1 ber; To =20 ' C ; Hu =10150 kcal/kg. Solución: La potencia efectiva del motor (Ne) la podemos evaluar medíante: Ne =%^l 0 3 , ge 632x10^ 632x102 ^ =~H; ; %~= (10150x0,38) ='^3'5 9/ C V'I rricomb =iTíge - l^ire mge =i 1 + Klf 1 + 25 =1,04majre entonces: mcomb =ñige - mafre =0,04m6¡re 62 quiere decir, que pera haDar Nt, primero deberemos hallar el gasto de aire (maire)- Entonces: pera el compresor del TK: Vif^=102,5T(i(n \ 353 WR ^: trabajo consumido en el proceso térmico real dentro del compresor. ^m^- rendimiento mecánico de! compresor. 293 1)6 víRj; - 102,5To = 6150 kg-m/kg J T,>- 2 9 3 "K TK = 60- ^273 = 353 «K WR J , = 102,5x293x ^ " • - ^ ^ N. = N. = 25CV 75x(0,96)x25 , meire = ¿J g^ = 0,2927 kg/s mcomb = 0,04x0,2927x3600= 42,15 kg/h (42 15x10^) finalmente: Ne = ^- ( ^gj gy- ^ = 257,2 CV PROBLEMA: Un motor de 4 tiempos de carburador sobrealimentado es sometido a un ensayo a velocidad constante a 5000 rpm verlendo le posición de le mariposa de gases (carecterí stica de carga). De estos ensayos se obtuvo la gráfica que ss muestra. El ensayo constó de 5 mediciones. Los resultados de lo primero medición fueron: a= 1,0; Tjv = 0,73; Ni = 144,5 kW. En la segunda medición la mezcla aire-combustible se enriqueció en 10S5, y el coeficiente de llenado disminuyó en 5%respecto de la primera medición. Determine el velor de la presión medie indicede pera la segunda medición, si se 5(|noce que la cilindrada del motor es de 2,2 1. 0, 70 0, 60 0, 50 0, 40 0, 30 1^=50 m 0,7 0,8 Q9 1,0 1,1 1,2 Solución: Sabemos que para un motor de 4 tiempos: ^•M= ^~r- entonces: pj = -: 120Ni ?0 iVhn P arsi nnri n- ramedi ccn: - .' ^^j^, 1,576 MPe iBrnbién £3 cumpig pi - (2,2>^5000) Sí Cüir¡;:ftranios Iss mediciones 1 y 2: Pi7 - K! = 1,0 Tjv, 0,73 rn, = 0,60 (del gráfico) a. . I - : , !0 = 0,P0 ,,,2 . (;-0,-^5)0,73^= 0. 6935 T,;^ ^o,56 (Ce! oréfico) entonces reemplazando: (0,56) 0,0) (0.6935) Pb = 1,55 riPa PROBLEHA: ra; u c,j,ict.Gr Dio::: zz'^n^liir^cr.'.zúü se ¡nuestra, ?í tr?!i?gj!ír p gij velocidad ^' -i"'.v''feccr J : : íurtice.-gsdor tiene un rendimiento efectivo de 6^^ ú ¡a turbir¡3 sritrega un trübajo de 78!cJ /kg. " " u.cU,nin,^ ;¿ í,rc;¡¿,i Q^C [ZZ: : Í el oiro s la sslitis tíe! comp'-jpr^r si fii^mSs <=P conoce lo siguiente: "^mb^= 44 kg/h; a= 1,8; combustible Dissel: S5C, 13,51-1, 0,50c; !h- í bar; T, ( T. V Solución: La presión del eire a la salida del compresor (PK), puede evaluerse pon PK = POHK R K: grado de sobreeiimentación del TK. 64 -^A%ra t í nK 18 podemos realizar medienle el trabajo adiabático dél'-cpmpresor entonces \ 1^,-3^ * 1 l/0,28fc ' Cpniicií;l^> •W»di<maire entonces: w^^r j<0,86) • 8(0,135) - (0,005) msire : 1,8* 14,645x44 r 1160 kg/h =0,32?2 kg/s m^z:míirt*ñ\xmb= 1150+44 =1204 kg/h =0,33444 kg/s s =mqeWr =0,33444x78 =26,09 kW ' . ~ (26,09x0,65) V , .,vu,/i entonces:;,'^8(1^:-, (¿' 3222)- =52,63 kJ /kg • Pintonees hal 1 amos, n,^:,.;;; r 14,645 kg/kg (52,65) 1/0,286 = 1,778 ,004x293) y finalmente - 1x1,778 r 1,778 bar PROBLEMA: ün motor Diesel de 4 tiempos sobrealimentado, trabaja en su régimen rcmínal lo que oS lugar a que en el grupo turbocompresor se den los siguientes índices da operación: • Presión y tsn.pei atura ambiental- 0,1 MPa y 20 T resncctivcmente Temperatura a la salida del compresor: 70'C Presión delante de is turbina: 0,154 MPa Rendimienlomecánico del compresor: 95» Rendimiento total de la turbina: 631 Relación aire-combustible: 25,3 kg/kg Halle la temperatura decante tíe le turbina, en 'C, para éste régimen de trebejo. ,:vSoluí?iÓn W«lT= 1J 58TT 1 - 1 - > TT = 1.1 S8 1- 1 ^'Kresl msjre Cpo(TK-To) 1 1 0035tTK-To) ¡nrneq<;T|T ' TlmecKTlT- • AhÓr6:::|.:=o26:3;:TK =70 "C; To =20.°C; TimacK =0,95; -ni =0,63 entonces y^^, - . f ^^^J^)r^)^' ¡^- ^^' ^ =80,76 kJ /kg finalmente: TT = ~ ~ 7= 681,6'k -> TT =408,5 'C PROBLEMA: Un motor Diesel de 4 tiempos monocüíndrico y de aspiración natural (pe = I bar; To =15 °C), consume 2 gramos de aire por ciclo. Determine el consumo de aire, en gramos por ciclo, que tendré el motor, si fuese sobrealimentado por un compresor (PK =1,5 ber; T^ 64*'C). Solución: Vamos 8 consideren T^^: motor de aspiración natural. Tivcj,: motor sobrealimentado. Ahora comparamos -riv y riv. ^0 P^SA Despejando nijíres^: í^sj^l fíairesA = niaireo Tlvs reemplazando: rneiresA = f^ir*sA = 1/2/ SA 1/2 m8ireo = PKO |TKS^^ 1/2 [l.0j[377 1/2 ( 288' 377J maireg^=2,77 gramos x2 ccrburactón PROBLEMA: Determine el diémetro del calibre (de) en mm, de un carburador elemental, el cual debe ser colocado en un rnotor E.Ch. de 4 tiempos, trabajando e 5000 rpm y plena cerga. El rnotor consume 1,95 g de aire por ciclo, lo cuel a su vez origina un consumo de combustible de 22 kg/h. C(i =0,89; Ce =0,81; po =1,19 kg/m^; poomb =0,75 g/cm^; Ap<i =5,586 kPa Este problema se evalúa rápidamente a partir del nricornb: bb iTicomb = CcAcV2pcomb(APd-Ahgpcomb) Ahgpcomb =6x10-5x9,81x750 =44,15 Pa Ah =4 - 8 mm) mcomb =22/3600 =6,1 1 1 1x10-5 kg/s ^- . 2, 6167x10- ^m- (hemos asumido ¿h =6 mm, ya que Luego, Ac - 0Q,^2x750x(5585-44.15) -> de =1,825x10-3 m =1,825 mm _ f l d^ 4 PROBLEMA: Halle el flujo de aire (maire) Que ingresa por el colector de admisión de un motor E.Ch. de 4 tiempos, cuyo carburador cuenta con un sistema di compenserlón de frenado automático de combustible (tipo Weber). Pera el régimen a considerar, la depresión a través del calibre de compensación (App) es de 2490 Pa. El diémetro de este calibre (dj) es de 1,40 mm; el diémetro del surtidor (ds) es de 1,75 mm. Solución: Se sabe que: maire =C(iA((V2¿Pdpo Además, en el sistema de compensación de frenado automático del combustible se cumple: App =• Luego: ¿p^=App|u =¿Pp 1 . '1.40' 4' 1 +1.75 =3510 Pe APd =2490 entonces: ^i re = 0, 89xí í ^^f ^2x3510xl . 2 meire =0,07416 kg/s =267 kg/h Dinámico del motor PROBLEMA: Pera un motor E.Ch. de 4 tiempos, se cuenta con la siguiente información: sxD = 125 mmX l i o mm, L =235 mm, i =4, n^m =2200 rpm, O.E.: 1-2-4-3. Para el régimen nominal de este motor y un giro de la manivela unida a la primera biela de 360° (pg =0,6 MPa, absoluta) determine: a) La fuerza total actuante sobre el primer émbolo (en N). b) La cerga específica, en N/cm^, sobre el apoyo que se encuentra entre los cilindros 1 y 2. Considere que el cigüeñal es simétrico. Solución: a) Tenemos que: P =P, +Pj donde: P: fuerza total actuante sobre el émbolo. Pg: fuerza sobre el émbolo debida a los gases en el cilindro. Pj: fuerzo ds inercia. Entonces: Pi =Pg, +Pj, Pg, =(0,6-0, DxlO^x-^O.Í 12 =4751 M Pj, =maae, ma =me +míj. m^: masa en movimiento alternativo, ae: aceleración del émbolo, me: masa de! grupo émbolo (pistón, bulón y aros). mb,: masa ds la biela que tiene movimiento alternativo =(0,2 - 0,3)mb ma =2,54 +0,25(2,85) =3,2525 kg ac, rRcoSícos^i+.^^cos(2'í'i)] Tin TÍ X 2200 (0 = 30 30 125 -=230,4 ;r L - 2(235) = ea, =62,5x10-3x(230,4)2fcos360'+0,25&<cos720*! =4200- Pj, =-3,2525x4200 =-13661 H Pi =-13661 +475! =-8909 N b) 180" 360" 540° 720' Cil. 1 ADM. COMP. TRAS. EXP. Cil. 2 EXP. ADM COMP. TRAB. Cil. 3 COMP. TRAB. EXP. ADM. Cil. 4 TRAB. EXP. ADM, COMP. O.I.: 1-2-4-3 Para el cilindro 2: f2 =130° Como está al final de la admisión, asumimos: pq - 0,095 MPa P2 =Pg^*PJ 2 Pgj =(0,095-0,1 )x 1 CAx^iO, 1 1 )2 r -47,5 N Pj2 =(-3,2525)(62,5x10-3)(230,4)2¡cos180°-*0,266xcos360''l =7920,6 N P2 =-47,5 +7920,6 =7873 N Como <p, =360° (p, =0°) y <{>2 =180° (p2 =0°) -> Pt - S, y P, =Sj Además Prot se anulan. Entonces R,pogo =^P . * Pz) =^-8909*7873) =-518 N 68 y finalmente; Pesp.^,„ . ^^^' ^ -518 (6,5)(4,25) =-18.75 cm2 PROBLEMA: Determine la velocidad y aceleración que tendrá el émbolo del S'^. cilindro del motor Diesel de 4 tiempos OM-314 en el momento que la manivela correspondiente al I*"", cilindro ha girado un ángulo de 460°. Considere que el cilindro 1 está iniciando la admisión cuando í'i =0°. Para este motor se conoce lo siguiente: nnom =2800 rpm; i r 4; Dxs =97 mm X 128 mm; L - 205 mm; orden de inyección: 1-3-4-2. Solución: Lo primero que se debe hacer es determinar el ángulo de rotación ("Pj) correspondiente a la manivela unida al S^f- cilindro. Para esto recurrimos al cuadro del orden de inyección: <Pi 0° 180° 103° 36ü°«cf540° 720° Cil. 1 ADM. COMP. TR^B. EXP. Cil. 2 COMP. TRAB. EXp. ADM. Cil. 3 EXP. ADM cortp. TRAB. Cil. 4 TRAB. EXP. ADH. COMP. O.I.: 1-3-4-2 De acuerdo al gráfico podemos ver que el cilindro 3 está en la carrera de compresión; <P3 =180 +100 =280° Entonces debemos calcular: Ce28o» y ^2so' \e Tin TTX2800 Cej =R©[sen<p3 +Ysen(29j )] m/s LO = ^= - ^— = 293,2 s "' 128x10-5^ (293,2)[sen280° (0,3122) - 30 - 30 . . a . i . . j 2 8 _ . 3 , 2 2 ^- L - 2 L - 2x205 - "' - ^' ^^ sen560°l =-19,48 m/s Oej =Ra)2[cos9j +AcCos(2<P3)] (m/s^) '128x10-31 (293,2)2[cos280° +0,3122xcos560°] r -658,7 m/s2 PROBLEhA: Realice un cuadro que muestre como se suceden los procesos de trabajo en todos los cilindros del motor Diesel de 4 tiempos y 6 cilindros: PERKINS T6.354 si se conoce que su orden de inyección es 1-5-3-6-2-4. Además, esquematice la disposición de los cilindros en el momento en que el cilindro N° 1 está iniciando la carrera de trabajo. Solución: JJü,. 7 ^ 4 \ U inlervalo entre encendidos h >{ • 0°' 180° 560° 540° 720* Cil. 1 i 4 1 2 Cil. 2 ^ i j 2 1 3 h Cil. 3 1 2 1 4 1 1 "1 Cil. 4 4 ! 2 ! 3 - Cil. 5 2 1 i i i i : 5 1 ^ ! ! 1 2 Cil. 6 1 1 2 4 Motor de 6 cilindros en líne.a, siete apoyos, intervalo entre encendidos = 120°, orden de encendido: 1-5-3-6-2-4 Designación de los procesos de trabajo: (1) Admisión (2) Compresión (3) Combustión-Expansión (4) Escape Determinación del intervalo entre encendidos (<f>f): 720° ' «f>f =— = 120° • , PROBLEMA: ' ' Realice un cuadro que muestre como se suceden los procesos de trabajo en todos los cilindros de un motor E.Ch. de 2 tiempos y 3 cilindros, cuyo orden de encendido es; 1-3-2. Considere que la combustión se inicia exactamente en el PMS y respecto a la distribución de los gases se cumple lo siguiente: apertura de la lumbrera de escape; 80° antes del PMI. apertura de la lumbrera de barrido: 60° antes del PMI. Solución: 70 Lo primero que vamos a hacer es determinar cuanto dura cada proceso del ciclo termodinamico (en grados de rotación del cigüeñal); Dibujemos el diagrama circular según los datos del problema: ^CHISPA í ALE: Apertura de la lumbrera de escape. ALB; Apertura de la lumbrera de barrido. CLE: Cierre de la lumbrera de escape. CLB: Cierre de la lumbrera de barrido. ' Nótese que el trabajar con lumbreras, su apertura y cierre serán iguales (diagrama simétrico). Entonces: ^BW?RIt)0= 120° 'PESCAP£= 160° , :-r' ^- • f COMPRESra = 100° tTRABAJ O= 100° 360° 120° Considerando el orden de encendido (1-3-2), el cuadro que muestra los procesos en todos los cilindros es tal como se muestra: ROTACION o* ^oo• 120- 2.00' 3 60' c i L i NORO ^ C I L I NDRO 2 C I UMOR. 0 3 T c T C T C T C T ESCAPE BARR.ICSO-CARC-.A 14 preoMntQg teórigag 1) Respecto a las cámaras de combustión usadas en los motores Diesel, indique la alternativa correcta: e) El retraso a la inflamación en les cámaras separadas es menor que en l6s cámaras de inyección directa. b) Las cámaras de torbellino tienen bajo consumo específico de combustible. c) En la cámara Í1AN (proceso 11), la rigídeE es menor a 0, 10 UPa/grado. d) Con los c¿ináras de inyección direclü la presión de apertura, del inyector es menor a i 2 MPa. e) La puiverizeción del conibustible debe ser rneyor cuando se usa antecámaras que cuando se usa cámaras de inyección directa. í ) Les cameras de torbellino originan un sito rendimiento indicado. 2) El rendimiento indicedo Tü en los MCI.: s) Tiene velor máximo cuantío «. =0,85 - 0, 9 5 en los M.E.Ch. 'u • b) Es meyor en los motores E.C. con cámara de combustión no separada en comparación con la camera ds combustión separada. c) Es meyor en los motores E.Ch. en comparación con los motores E.C. d) Aumenta considerablemente con aumento de la relación de compresión en los motores E.C. , ', 3) Cuando un rnotor de combustión interna funciona a máxima carga y /.'"*• variando la frecuencia de rotación "n" (característica externa de „/íi."' velocidad) sobre la calidad del llenedo no influye: /¿Sí-'-' a) El calentamiento de lo carga. W ^A / , ' b) La resistencia en el sistema de sdmisión. ' c) Las fases de distribución de los geses. . ' • 'v'V. >f d) La presencia de los geses residuales. ' . '^r'i.'f-l-y s) La toxicidad de los gases residuales. í / ' 4) Sobre los carburadores, indique si las alternativas siguientes son verdaderas o falsas: ( ) El nivel de combustible en la cube debe ser menor que en la boca del surtidor en 4 a 8 mm eproximedamente. ( ) El sistema de compensación Weber es un sistema de emulsión. ( ) Con el carburador elemental, al aumentar Apj, la mezcla se empobrece. í ) La bomba de aceleración enriquece la mezcla cuando la mariposa se abre bruscamente. ( ) El economizador es un dispositivo de empobrecimiento de la mezcla. 5) Deduzca la ecuación pera evaluar el rendimiento indicado (TJ Í) en función de los otros parámetros del ciclo de trabajo (Hu, lo, Pi, r|v, PK ,a). 72 6) Explique detalledamenie la influencia que ejerce el coeficiente ae exceso de aire (a) sobre el rendimiento indicado (T|,}. tanto para un motor E.Ch. como para un motor E.C. 7) Explique cómo son los tipos de formación de la mezcla de trabajo en un motor Diesel de cámaras no separadas. S) Explique la función que cumple la válvula impelente de la bomba de inyección. ¿Cuál es la razón por la que tiene un volumen d»; descarga? 9) Grafique la curva n2 (coeficiente politrópico de expansión) vs. a. Explique 8 qué se debe esta tendencia. 10) ¿Qué es la sobrealimentación con turbina a impulsos? Explique claramente su fundamento y en que tipo de motores se aplicaría. Realice ademas un esquema que muestre la posible disposición de los conductos de escape de un motor Diesel de 4 tiempos y 6 cilindros que usa este sistema de sobrealimentación. 11) Explique les razones por les cuales existen los dispositivos de regulación en e! distribuidor (Delco) del motor E.Ch. Explique su funcicnamiento. 12) Explique la función que cumplen en el sistema de refrigeración: a) El termostato. b) La válvula de presión que existe en la tapa del radiador. .. 13) Actualmente existen motores que tienen 4 válvulas por cilindro (2 de admisión y 2 de escape) ¿Qué ventajas cree que se consigue con este diseño? Explique claramente. 14) Entre los principales factores que influyen sobre el proceso de combustión de un M.C.I. Diesel, esté el tipo de combustible. Explique con la ayuda de un gráfico presión vs. ángulo de giro del cigüeñal, cuál es ésta influencia cuando el combustible es aromático, paraíínico y normal, indicando aproximadamente el número de cetano (NC) que poseen. 15) Esquematice y explique el funcioriemiento del sistema de marcha en vacío (ralentí) del carburador 16) Defina y explique lo siguiente: - Angulo de avance de la inyección. - Angulo de retraso de la inflamación. - Rigidez de funcionamiento del motor Sugerencia: Use el diagrama presión vs. ángulo de giro del cigüeñel. 7 3 " \ 17) Investigeciones realizades han mostrado que en un motor a carburedor multicilíndrico, la mezcla que ingrese e cedo cilindro es diferente a la de los otros cilindros. ¿A qué factores se debe esto y cómo influye en el proceso de trabajo del motor? 18) Indique cuál es la diferencie de existe entre el coeficiente de desprendimiento de calor (x) y el coeficiente de eprovechemiento de celor ( y para un motor de combustión interna y grafique la variación (aproximadamente) de estos dos coeficientes en función del ángulo de giro del cigüeñal (<f ) pera un motor Diesel. 19) Explique como influyen en el velor del coeficiente politrópico de compresión (n,), los siguientes fectores: a) El meteriel del que estén fabricados los pistones y la culata. b) El régimen de velocidad (n). c) La refrigeración del motor 20) En un proyecto que se viene efectuando en la Faculted de ingeniería Mecánica, se contemplo el reemplazo parcial de combustible convencional (Diesel 2) por combustibles alternativos (ges licuado de petróleo, gesoline de bejo octanaje, alcohol etí lico, kerosene industrial, etc.), pera mejorar la potencia, disminuir el consumo de combustible y disminuir los índices de toxicidad en los motores Diesel. Considerendo que el petróleo Diesel 2, posee un NC =60 y la gasolina de bajo octanaje un NC =20, explique gráficamente como será la variación del coeficiente de llenedo del motor trabejendo con Diesel 2 (TJ V,) y el coeficiente de llenado del motor trabajando con Diesel 2 +gasolina de bejo octenaje (T1V2) en función de la mezcla. 21) Se tiene un ciclo termodinamico de un motor Diesel rápido y un ciclo de un motor a carburedor, con las siguientes corocterístices que muestra el gráfico; 74 22) Defina el número de cetano (NC) de un combustible Diesel y explique su influencia en el consumo de combustible del motor (nicomb), en el valor máximo de la presión (pj) y en el desgaste del motor (Um) (tome como referencia para el desgaste los anillos aceiteros). 23) En el motor Perkins, modelo C4.236V, se hicieron pruebes con el turbocompresor instalado y sin el turbocompresor; grafique y explique la variación del coeficiente de llenedo (T )y) y el coeficiente de exceso de aire (a), en función de la velocidad del motor (n), cuando el motor Irsbeje con turbocompresor y sin él. 24) Grafique la variación de la cantidad de los gases CO, CO2, NOx y CxHy en función del coeficiente de exceso de aire (c) para un motor E.Ch. de 4 tiempos. 25) Explique claramente como influye el ángulo de avance del encendido {f ?} sobre el rendimiento indicado de un motor de carburador 26) Hedíante la ayuda de las gráficas adecuadas explique como se construyen las curvas multiparamétricas de isoconsumo (ge - cte.). 27) ¿Cómo influye sobre los rendimientos mecánico e indicado de un motor Diesel de 4 tiempos, el hecho de trabajar en una locelided situada a gran el ture? 28) En el sistema de compensación Weber de un carburador, que se muestra, demuestre lo siguiente: APD 1 APd 1 + •A2.V Ac APp =Po - Pp A2: Sección del calibre de compensación. Respecto a los coeficientes descarga, asuma: C2 =Ce. . de 29) ¿Es correcto llamar a los motores de combustión interna "motores de explosión"? Explique que sucede en el cilindro en el momento de la combustión. 30) En nuestro medio, es usual retirar el termostato del sistema de refrigeración ya que se dice que éste es el culpable del calentamiento 75 excesivo del motor. ¿Qué opina usted? ¿Qué inconvenientes trae consigo quitar el termostato? 31) Explique brevemente cuál es el método experimental pera determinar el número de octano (NO) en un combustible. 32) ¿Qué inconvenientes trae consigo usar gasolina de menor o mayor octanaje que el recomendado para el motor? 53) ¿Qué función cumple en un motor Diesel el regulador?