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• Geancarlos Rengifo

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TERMODINÁMICA 2

NOMENCLATURA BASICA DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA (MCI) 1) PRESIÓN MEDIA INDICADA (Pmi) Es una presión constante hipotética, que actuando durante la carrera de expansión realizará un trabajo equivalente al trabajo indicado.

Se debe cumplir Área (III) = Área (///) (Ciclo Ideal)

2) DIAGRAMA INDICADO Se denomina así al diagrama p - v del Ciclo Real ocurrido en un motor de combustión interna. El área encerrada por el por el diagrama representa el trabajo neto realmente entregado por los gases al pistón del motor. Este diagrama se obtiene a través de los aparatos denominados indicadores de diagramas.

pmi x VD =

pdv = W neto

para medir pdv se hace uso de un planimetro. (Ciclo Real)

3) TRABAJO INDICADO (Wi)

Es el trabajo que realmente ejecutan los gases dentro del cilindro sobre el pistón. Es decir, el trabajo neto, que no es el trabajo que da el motor, ya que existen perdidas por fricción, transmisión, etc. (Ciclo Real)

4) POTENCIA INDICADA (WI) Es la potencia realmente entregada por los gases en el motor. Su determinación se hace, ordinariamente, por intermedio de la presión media indicada.

WI = mW N

,

WN = pmi x VD

W I = pmi x VD x N x Z

VD =

 2 d .s 4

Z = # de cilindros

N = n (RPS) :

2 tiempos

n (RPS) : 2

4 tiempos

5) CONSUMO DE COMBUSTIBLE

Se cumple:

calor entregado por el combustible = calor recibido por el aire.

(Se considera un sistema adiabático) 



m c Pc = m a Cn T Pc = Poder calorífico inferior. Cn = Cv (OTTO) = Cp (DIESEL) Consumo específico de combustible: 

mc

Cec =



Wsalida Consumo específico de combustible indicado: 

CeI =

mC 

WI

6) EFICIENCIA Trabajo indicado - trabajo de fricción = trabajo efectivo (potencia) (potencia) o de salida (UTIL) (pot)

6a)

EFICIENCIA INDICADA

Trabajo indicado Trabajo ideal

I =

6b)

EFICIENCIA MECANICA

m =

6c)

EFICIENCIA EFECTIVA

 efec =

6d)

Trabajo efectivo Trabajo ideal

EFICIENCIA TERMICA

t =

6e)

Trabajo efectivo Trabajo idicado

Trabajo efectivo Calor suministrado

EFICIENCIA VOLUMETRICA

=

ma mb ma:

Masa de aire aspirado por el Cilindro.

mb:

Masa de aire que, a condiciones ambientales, cabría en el volumen desplazado.

PROBLEMAS PROPUESTOS TEMA: MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

1. Un motor Diesel tiene una relación de compresión de 18 y el cierre de la inyección de combustible ocurre al 10% de la carrera; si la presión y la temperatura del aire al inicio de la compresión son 1 bar y 27°C, determinar: a. b. c. d.

El calor suministrado al ciclo, en kJ/kg. La temperatura del aire al final de la expansión isentópica, en °C La eficiencia térmica del ciclo, en %. Si el volumen de desplazamiento es de 4000 cm 3 y el motor es monocilíndrico, determinar el diámetro y la carrera del pistón, en cm, si D/L = 0.8.

2. Se tienen dos ciclos: OTTO y DIESEL. Grafique en un mismo diagrama p-v y en un mismo diagrama T-s, los ciclos mencionados y determine cual de ellos es más eficiente para las condiciones dadas a continuación: a. Igual estado inicial, igual temperatura y presión máxima. b. Igual estado inicial, igual presión máxima e igual trabajo neto. 3. En un motor ideal de explosión se obtuvieron los siguientes datos: relación de compresión = 9, T = 27°C, p1 = 1 bar; 4 cilindros; n = 1000 RPM; 2 tiempos S = 12 cm; relación aire/combustible = 16, poder calorífico del combustible = 40 MJ/kg. Se pide determinar: a. b. c. d.

La potencia desarrollada por el motor, en kW. El consumo especifico de combustible, en kg/kW-h El calor suministrado al ciclo, en kW. La eficiencia térmica del ciclo, en %.

4. Se tiene un motor de combustión interna de las siguientes características; motor de 2 tiempos y de 10 cilindros; S= 50 cm; D = 40 cm; pmi = 10 bar; n = 500 RPM; ef. mecánica = 80%; ef. Térmica 40%; poder calorífico = 40 MJ/kg. Se pide calcular el consumo especifico de combustible en kg/kW-h. 5. El consumo especifico de combustible al freno de un motor Diesel es de 0,3348 kg/kW-h, con un combustible cuyo poder calorífico es de 44 MJ/kg y una ef. Mecánica de 80%. Se pide determinar: a. La eficiencia térmica indicada, en %. b. La presión media indicada, si la relación aire/comb es de 18, la eficiencia volumétrica es de 82% y al inicio de la compresión las condiciones del aire son 1 bar y 18°C. 6. Se tiene un motor Diesel que desarrolla una potencia de 10 MW, se pide determinar el diámetro y la carrera del pistón, en cm, si se conocen los siguientes datos:   

Número de cilindros z = 12 Poder calorífico = 45 600 kJ/kg Relación aire/comb = 18

       

Ef. Térmica del ciclo = 40% Relación carrera/diámetro = s/D = 1.2 Condiciones ambientales: 1 bar y 20°C Motor de 4 tiempos n = 500 RPM. Densidad comb = 0.85 kg/l Ef. Volumétrica = 80% Ef. Mecánica = 90%

7. Un moto-generador Diesel que entrega 2 MW de energía eléctrica, tiene una relación de compresión rk = 15, una relación de corte rc = 2.5, una ef. Mecánica de 90% y una ef. Generador de 98%. Considerando que el trabajo neto real obtenible del ciclo es el 80% del trabajo neto teórico, determinar: a. El consumo de combustible, en kg/h. (poder calorífico = 45 600 Kj/kg) b. El diámetro y la carrera, en cm, si el motor es de 4 tiempos y gira a 1000 RPM, tiene una presión media indicada de 600 kPa, al motor es de 6 cilindros y con una relación D/S = 0.8.

Revisar: https://jasf1961.wordpress.com/category/calculo-del-motor-engine-design/