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CONCEPTOS SOBRE DESARROLLO DE MOTORES DE COMPETICIÓN Y ALTA PERFORMANCE 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

¿CUÁL ES EL OBJETIVO DE UN VEHÍCULO DE COMPETICIÓN?

GANAR 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

A IGUALDAD DE, MANEJO, CHASIS, SUSPENSIONES, AERODINÁMICA Y FRENOS : ¿QUE VEHÍCULO ES EL QUE TIENE MAYOR CHANCE DE GANAR?

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EL QUE DISPONE DE LA MEJOR ACELERACIÓN, Y NO NECESARIAMENTE DE LA MAYOR VELOCIDAD.

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¿QUE DEBE PODER HACER UN MOTOR DE COMPETICIÓN? INTRODUCIR A SUS CILINDROS LA MAYOR MASA DE AIRE POSIBLE EN TODA LA GAMA DE FUNCIONAMIENTO LOGRAR UNA BUENA MEZCLA, Y QUEMARLA EFICIENTEMENTE EN EL MENOR TIEMPO POSIBLE GIRAR AL MÁXIMO DE RPM PERMITIDO SER MECÁNICAMENTE APTO Y CONFIABLE 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

¿QUE MIDE LA POTENCIA DE UN MOTOR? LA POTENCIA, POR DEFINICIÓN, MIDE LA VELOCIDAD CON QUE SE TRANSFORMA ENERGÍA. CUANTO MAS CANTIDAD Y MAS RÁPIDAMENTE PUEDA UN MOTOR TRANSFORMAR ENERGÍA QUÍMICA EN ENERGÍA MECÁNICA, MAS POTENCIA SERÁ CAPAZ DE GENERAR. 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

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CARRERA L (mm)

DIÁMETRO D (mm)

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VOLUMEN DE LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN (Vcc) PUNTO MUERTO SUPERIOR (PMS)

VOLUMEN DEL CILINDRO (Vcil) PUNTO MUERTO INFERIOR (PMI)

DIÁMETRO D (mm)

CILINDRADA UNITARIA “CU” CU [cm3] =

3,14 x L x D2 PUNTO MUERTO 4000

SUPERIOR (PMS)

“L” y “D” en mm. DIÁMETRO D (mm)

CILINDRADA TOTAL “CT” CT [cm3] = CU x N

PUNTO MUERTO N = Número de Cilindros INFERIOR (PMI) 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO:

ηv =

ηv

PESO DE AIRE REALMENTE INGRESADO AL CIL. PESO DE AIRE QUE DEBERÍA INGRES. A 20ºC Y 760 mmHg

LOGRAR EL MEJOR RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO POSIBLE ES EL PRINCIPAL OBJETIVO QUE SE PERSIGUE EN EL MOTOR DE COMPETICIÓN 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

FACTORES QUE DETERMINAN EL ηv

1

Diseño y terminación de los componentes por los que circulan gases

2

Densidad de la carga y dilución de los gases residuales

3

Diagramación de la distribución y leyes impuestas por el diseño de levas

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FRENTE DE LLAMA MEZCLA QUEMADA

FRENTE DE LLAMA MEZCLA SIN QUEMAR

El frente de llama es una superficie ideal que separa la mezcla quemada de la que no lo está. 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

DURACIÓN DE LA COMBUSTIÓN

α= α

α

RPM x Lcámara x 60 Vllama

= duración de la combustión en grados del cigüeñal

Lcámara = distancia de la bujía al punto mas alejado de la ...............cámara [m]. Vllama = velocidad de la llama [m/seg] 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

NINGÚN MOTOR FUNCIONA BIEN SI LA COMBUSTIÓN NO ES BUENA, Y NINGUNA COMBUSTIÓN ES BUENA SI EL COMBUSTIBLE NO ES EL ADECUADO 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

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COMPOSICIÓN NORMAL DEL AIRE ATMOSFÉRICO N itró g en o 78%

Nitrógeno 75%

Oxígeno 23%

Otros 2%

EN PESO

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O xíg en o 21%

O tro s 1%

EN VOLUMEN

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VALOR LAMBDA

8=

Rel. A/C actual Rel. A/C teórica

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VALOR LAMBDA

8 8 8

=

=

12,5:1 14,6:1 16,5:1 14,6:1

=

0,856

RICA

=

1,130

POBRE

MENOR QUE 1 = MEZCLA RICA MAYOR QUE 1 = MEZCLA POBRE

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Para Rel. A/C = 12,5:1

8 = 0.856

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¿QUE ES LA DETONACIÓN O “PISTONEO”? El principio básico de los motores de encendido por chispa es la combustión “ordenada” o progresiva dentro de la cámara de combustión, mediante el avance de un frente de llama. La detonación es el inicio violento de una combustión descontrolada, en algún lugar alejado de la bujía, posterior al salto de chispa, debido a que se han superado las condiciones críticas de presión y temperatura de la mezcla en uso. En un motor correctamente calibrado y con el combustible adecuado no se acepta la detonación (Influencia del Nº Octano). 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

ALTA MOVILIDAD DE LA MEZCLA SQUISH -TUMBLE - SWIRL POSICIÓN CENTRAL DE LA BUJIA

OPTIMA CALIDAD DE MEZCLA

BUEN DISEÑO DE LA CAMARA DE COMBUSTION

OPTIMA DISTRIBUCIÓN DE MEZCLA

COMBUSTIÓN RÁPIDA

MÍNIMO AVANCE - MÁXIMO PAR – MÁXIMA POTENCIA 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

RELACIÓN CARRERA / DIÁMETRO RCD RCD =

CARRERA DIÁMETRO

VELOCIDAD MEDIA DE PISTÓN VMP [m/seg] VMP =

RPM x CARRERA (mm) 30000

VELOCIDAD MÁX.DE PISTÓN Vmax.p [m/seg] Vmax.p = VMP x 1.61 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

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PME – PRESIÓN MEDIA EFECTIVA

PME

[Kg/cm2]

900 x Potencia [CV] = Cilindrada [lts] x RPM

Puede ser concebida como la diferencia entre la presión media que generada internamente en el cilindro y la necesaria para vencer las resistencias internas del motor. 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

350 319

328

334

306 291

300 254

250

200

263

287

275 268

243 228

206

243 218

227

278

284

256

234

P o ten cia E fectiva(H P ) P o t. F ricció n (H P ) P o ten cia G en erad a (H P )

150

100

50 22

25

27

29

32

35

0 6250

6500

6750

7000

7250

7500

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

38

41

44

7750

8000

8250

47

8500

300 287 284

275

278 268 256

250 243

Torque (lb.ft) Potencia (HP) Rend. Vol.

234

225

227 218

200

175

206

173

176

177

175

176

179

182

182

181

120,6

121,6

121,4

177

150

125 111,9

114,4

115,2

115,4

116,5

100 6750 7250 20026250 - DERECHOS6500 RESERVADOS – PROHIBIDA7000 SU REPRODUCCIÓN

118,5

7500

120,3

7750

8000

8250

8500

124

184 182 182

Torque (lb.ft) Rend. Vol.

182

121,4

120,3

121,6 118,5

180

120

120,6

181 118

116,5 179

178

177 176

176

122

177

115,4

116

115,2

111,9 114,4

114

176 175

174

173 172 6750 7000 7250 20026250 - DERECHOS6500 RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

112

7500

7750

8000

8250

110 8500

400

145

395 371

386 137

350

350

311

284

125

121

316

115

302

300

114 108

110

105

105 278

98,6

284

268

287

95

256

250 243 227

85

234

218

200

135

134 129

329

399 139

206

150 7250 20026250 - DERECHOS6500 RESERVADOS6750 – PROHIBIDA7000 SU REPRODUCCIÓN

Potencia (HP) CFM Flujo de comb (lb.hr) 7500

7750

8000

8250

75

65

55 8500

LA RELACIÓN DE COMPRESIÓN

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

VOLUMEN DE LA CAMARA DE COMBUSTIÓN Vca

RC = 10 : 1 10

PMS

PMS

9 8 7 6 5 4 3 2 1

PMI

Rc=

PMI

Vca + Vcil Vca

VOLUMEN DE LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN, MAS VOLUMEN DEL CILINDRO Vca + Vcil 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

110 105

NÚMERO OCTANO REQUERIDO EN FUNCIÓN DE LA RELACIÓN DE COMPRESIÓN (RON)

108 104

100

100

96 92

95 87

90 81

85 80 75

72

RELACIÓN DE COMPRESIÓN

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

12.5:1

11.5:1

10.5:1

9.5:1

8.5:1

7.5:1

65

6.5:1

70

5.5:1

NÚMERO OCTANO (RON)

115

PONTENCIA FUNCIÓN DE LA Rc @ 6000 RPM MOTOR 2.0 lts. EXPERIMENTAL 160 155 150 145 140 135 130 125 120 115 110 7.0:1

7.5:1

8.0:1

8.5:1

9.0:1

9.5:1 10.0:1 10.5:1 11.0:1 11.5:1 12.0:1 12.5:1 13.0:1 13.5:1 RELACIÓN DE COMPRESIÓN

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

NUMERO OCTANO (OCTANAJE) DE UNA GASOLINA Se lo mide de dos formas: RON (Research Octane Number) : esta asociado al comportamiento a bajas velocidades y a la detonación media/suave. MON (Motor Octane Number) : Esta asociado a las altas velocidades , altas temperaturas, y operaciones a media y plena carga. La dif.entre el RON y el MON se denomina SENSIBILIDAD RON – MON = SENSIBILIDAD La tendencia es a medir el llamado Octanaje Real, de Ruta o de Vehículo RdON resultante de: RdON = (RON + MON)/2 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

140

16

130

15,5

120

15

110

14,5

100

14

90

13,5

80

13

70

12,5

60

12

3000

3500

4000

4500

5000

R E V O LU C IO N E S P O R M IN U TO 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

5500

6000

R E LA C IÓ N M Á S IC A D E A IR E /C O M B U S TIB LE

P O TE N C IA C O R R E G ID A (C V )

P O T E N C IA C O N N A F T A S C O M E R C IA L E S D E 95 R O N

P O T E N C IA C O N N A F T A S C O M E R C IA L E S D E 97 R O N 135

P O T E N C IA C O R R E G ID A (C V )

125

115

105

95

85

75 3000

3500

4000

4500

5000

R E V O L U C IO N E S P O R M IN U T O (R P M ) 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

5500

6000

C U R V A S D E P O T E N C IA P R O M E D IO C O M P A R A T IV A S E N T R E E N S A Y O S C O N N A F T A S C O M E R C IA L E S D E 95 R O N Y 97 R O N D E L A S P R IN C IP A L E S M A R C A S L O C A L E S E N S A Y A D A S S O B R E U N M IS M O M O T O R Y E N IG U A L E S C O N D IC IO N E S

134,77 135

133,475

P o ten cia C o rreg id a en C V

125

115

105

95

P o ten cia P ro m edio para N aftas C o m erciales de 97 R O N P o ten cia P ro m edio para N aftas C o m erciales de 95 R O N 85

75 3000

3250

3500

3750

4000

4250

4500

4750

5000

R evo lu cio n es P o r M in u to (R P M ) 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

5250

5500

5750

6000

6250

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

SUPERFICIE CORRESPONDIENTE AL MOTOR DE 2 VALVULAS S = 14,5 cm 2 Ø = 43 mm

S

+ 40% S1

S2

SUPERFICIE CORRESPONDIENTE AL MOTOR DE 4 VALVULAS S1 + S2 = 20,3 cm 2 Ø1 = Ø2 = 36 mm

SUPERFICIE DE VALVULAS DE ADMISIÓN

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

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0,45

450

Potencia (HP) CFM Nº Mach

400

0,4033

0,4132

0,3896

0,3557

0,4 395

0,3722 371

0,35

350

0,3321

399

386

0,3415

350

0,42

0,3231 329

0,309 311

300

316

302

278

284

0,3

287

268

284 256 243

250 227

0,25

234

218 206

200 6250 6500 6750 7000 7250 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

7500

7750

8000

8250

0,2 8500

DIÁMETRO DE LA VÁLVULA DE ADMISIÓN MOTOR 2.0 lts. EXPERIMENTAL 180 160 140 120 100

DIÁMETROS DE VÁLVULAS Diámetro = 35.6mm (1.4") Diámetro = 38.1mm (1.5")

80

Diámetro = 40.6mm (1.6") Diámetro = 43.2mm (1.7") Diámetro = 45.72mm (1.8")

60 2000

Diámetro = 48.3mm (1.9")

3000

4000 5000 6000 REVOLUCIONES POR MINUTO ( RPM)

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

7000

8000

DIÁMETRO DE LA VÁLVULA DE ADMISIÓN MOTOR 2.0 lts. EXPERIMENTAL 160 140 120 100 DIÁMETROS DE VÁLVULAS Diámetro = 35.6mm (1.4")

80

Diámetro = 38.1mm (1.5") Diámetro = 40.6mm (1.6") Diámetro = 43.2mm (1.7")

60

Diámetro = 45.72mm (1.8") Diámetro = 48.3mm (1.9")

40 2000

3000

4000 5000 6000 REVOLUCIONES POR MINUTO ( RPM)

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

7000

8000

LOS DIAGRAMAS DE DISTRIBUCIÓN

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FLANCO DE CIERRE

Lc

DURACIÓN O PERMANENCIA 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

MÁXIMA ALZADA

FLANCO DE APERTURA

PMS 0º

RCE

AAA

270º

90º AME Lc

RCA 180º 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN PMI

AMA

AAE

DIAGRAMACIÓN NORMAL

AAE

AAA PMI

RCE

RCA PMI

PMS AME

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AMA

PMS

Lce Lca

AAA

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RCE SOBRECARGA DE ADMISIÓN

BOMBEO DE ADMISIÓN

AAE BOMBEO DE ESCAPE

DESCARGA DE PRESIÓN DE ESCAPE

PMI PMI

RCA

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DIAGRAMACIÓN NORMAL

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DIAGRAMACIÓN AVANZADA

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DIAGRAMACIÓN ATRASADA

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ENTRECENTROS REDUCIDO

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ENTRECENTROS AUMENTADO

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LOS TURBOCOMPRESORES

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VALVULA DE ALIVIO “WASTEGATE”

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CIRCUITO DE MOTOR CON TURBOCOMPRESOR E INTERCOOLER

1) TURBINA DE ESCAPE 2) TURBINA DE ADMISIÓN 3) EJE DE VÍNCULO 2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

4) INTERCOOLER

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DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS Y CONDUCTOS Vpg = Velocidad de pasaje de gas [m/seg] Spg = Superficie de pasaje de gas [mm2] Vmp = Velocidad media de pistón [m/seg] Scil = Superficie del cilindro [mm2] C = Carrera del pistón (mm) Dc = Diámetro del cilindro [mm] Dpg = Diámetro de pasaje de gas (conducto unico) [mm] Dpg2 = Diámetro de pasaje de gas (conducto doble) [mm] Dpg3 = Diámetro de pasaje de gas (conducto triple) [mm] Dva = Diámetro de la válvula de Admisión [mm] Dva2 = Diámetro de la válvula de Admisión (2) [mm] Dva3 = Diámetro de la válvula de Admisión (3) [mm] Rcd = Relación Carrera/Diámetro

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D pg = Dc

C x RPM Vpg x K 3

D pg =

R cd x Dc x RPM Vpg x K D va =

D pg 0.85

2  D pg  Vpg  x RPM max .pot. =  x K  D C  c 

K = 30000 K 2 v = 60000 K 3v = 90000 D v.esc = 0,87D va

D pg2 = D c

C x RPM Vpg x K 2 v

D pg3 = D c

C x RPM Vpg x K 3 v

D va2 =

D pg2 0.85

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D va3 =

D pg3 0.85

LA APROXIMACIÓN MATEMÁTICA ACORTA ENORMEMENTE EL CAMINO DEL DESARROLLO, PERO SIEMPRE DEBE IR ACOMPAÑADA DE LA EXPERIMENTACIÓN. RECUERDE LOS TRES PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL ÉXITO DE UN PREPARADOR:

1º

ENSAYAR

2º

ENSAYAR

3º

ENSAYAR

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

DIMENSIONAMIENTO DE CARBURADORES

D = 0,86 CxN

1,2,3, y 4 Cilindros

D = 1.03 CxN

6 Cilindros

D = 1, 2 CxN

8 Cilindros

Dv = 0,86 D

Diámetro del Venturi

D2B = 0,71D

Diámetro de 2 bocas

D = Diámetro de la boca del carburador Dv = Diámetro del venturi C = Cilindrada unitaria en lts. 2002 - DERECHOS RESERVADOS N = RPM de max. Potencia – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

CARACTERÍSTICAS DE LAS MEZCLAS DE AIRE Y COMBUSTIBLE RELACIÓN DE MEZCLA

COMENTARIOS

6.0:1

LIMITE DE INFLAMABILIDAD PARA MEZCLA RICA

9.0:1

HUMO NEGRO – BAJA POTENCIA

11.5:1

LIMITE DE RIQUEZA PARA MÁXIMA POTENCIA

12.2:1

MEZCLA SEGURA PARA MÁXIMA POTENCIA

13.3:1

LIMITE DE POBREZA PARA MÁXIMA POTENCIA

14,6:1

MEZCLA IDEAL O ESTEQUIOMÉTRICA

15,5:1

LIMITE DE POBREZA PARA FUNC. SOSTENIDO

16,5:1

LIMITE PARA ÓPTIMO CONSUMO

18,0:1

LÍMITE DE POBREZA PARA MOT. CARBURADOS

22,0:1 +

MOTORES C/CARGA ESTRATIFICADA

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

CONCEPTOS DE FLUJOMETRÍA

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

ESQUEMA DE UN FLUJÓMETRO SIMPLE PERILLA DE CONTROL DE FLUJO ESCALA DE DEPRESIONES

ENTRADA DE AIRE

ELEMENTO EN PRUEBA

CILINDRO ADAPTADOR A

B C

ESCALA DE CAUDALES

VALVULA DE CONTROL DE FLUJO

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

PLACA ORIFICIO TURBINA

SALIDA DE AIRE

550

540

450

FLUJO ORIGINAL @ 5 IN HG FLUJO RETRAB. @ 5 IN HG

500

450

250

350

FLUJO DE AIRE EN CFM

430 410

330

340

255 225

M

150

170

100

50

80

0,1

0,2

0,3

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

0,4

0,5

0,6

550 250

350

FLUJO DE AIRE EN CFM

450

M

380

390

340

290

280

295

260

220 200

FLUJO ORIGINAL @ 5 IN HG FLUJO RETRAB. @ 5 IN HG

150

160

115

50

90

0,1

0,2

0,3

2002 - DERECHOS RESERVADOS – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN

0,4

0,5

0,6

550

FLUJO ORIGINAL @ 5 IN HG FLUJO RETRAB. @ 5 IN HG

490

250

350

FLUJO DE AIRE EN CFM

450

470

420 390

400

360 330

290

225

M

150

195

110

50

90

0,1

0,2

0,3

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EL MOTOR BÁSICO

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PELICULA LUBRICANTE LIQUIDA

PARED DEL CILINDRO

PRIMER ARO

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PRESION INTERIOR DEL CILINDRO

CABEZA DEL PISTON

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