Diseño de un motor de combustión interna

Índice.

Introducción………………………………………………………………………………..3

1. Planteamiento del problema…………………………………………………….4

2. Hipótesis. ………………………………………………………………………….4

3. Procedimiento a seguir. ………………………………………………………....5

4. Composición del hidrocarburo…………………………………………………..5

4.1. Gas Natural Comprimido………………………………………………….6

5. Generalidades de la combustión………………………………………………..6

5.1. Coeficiente de exceso de aire…………………………………………...6

5.2. Usos del coeficiente de aire……………………………………………..9

5.3. Combustión incompleta y productos de la combustión……………..11

6. Proceso de admisión……………………………………………………………13

6.1. Presión en el cilindro en el proceso de admisión……………………14

6.2. Gases residuales y coeficiente de gases residuales………………..15

7. Temperatura de admisión………………………………………………………16

7.1. Coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico…………………..16

8. Proceso de compresión…………………………………………………………17

9. Proceso de combustión…………………………………………………………19

9.1. Características del cálculo de los parámetros de la combustión visible en

motores gasolineros. ………………………………………..19

9.2. Calculo de la presión máxima al final de la combustión visible…….23

10. Proceso de expansión……………………………………………….................23

11. Parámetros indicados y parámetros efectivos………………………………..24

11.1. Parámetros indicados……………………………………………………25

11.2. Parámetros efectivos………………………………………………........25

12. Dimensiones principales del motor…………………………………………….27

Anexos………………………………………………………………………………...29

Conclusiones…………………………………………………………………………31

Bibliografía……………………………………………………………………………31

Introducción.

El objetivo principal del presente informe es calcular las presiones y temperaturas en los

procesos de admisión, compresión, expansión y escape a partir de los “balances de

energía” y las aplicaciones de los principios de la termodinámica.

Analizaremos el poder calorífico del combustible y su vital importancia en el proceso de

combustión visible.

También se podrá definir las dimensiones principales del motor (cilindrada, carrera,

diámetro del pistón, consumo de combustible, eficiencias) teniendo como dato

esencialmente la potencia nominal, velocidad nominal, relación de compresión. Es

necesario mencionar que la obtención de los principales parámetros dimensionales del

motor se desarrollara en el capítulo final ya que requieren de la obtención de los

parámetros termodinámicos desde el proceso de admisión.

Los motores de combustión interna son maquinas térmicas cuyo objetivo es transformar

una unidad de combustible en energía mecánica.

Un usuario de los motores de combustión interna tiene la necesidad de satisfacer

utilizando de mejor manera la energía mecánica que le proporciona su motor, para ello

calcula previamente la potencia que necesita y luego un ingeniero mecánico realiza los

cálculos de diseño de los principales parámetros y dimensiones del motor.

El presente informe no es un estudio minucioso de cada proceso termodinámico, se

resumirá lo esencial para nuestros objetivos, y también se mencionaran muchos consejos

técnicos que se han estudiado en clase. Dando así un aporte significativo en lo que

respecta al DISEÑO DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA.

1. Planteamiento del problema.

Lo que se va a calcular en este informe ha de ser el ciclo de trabajo de un motor de

combustión interna de encendido por chipa o que funciona con gasolina. También a partir

de los datos se han de calcular las principales dimensiones del motor y su supuesto

rendimiento económico.

Los datos nominales que nos dan son:

- Potencia nominal: 125hp.

- Velocidad nominal: 3650rpm.

- Relación de compresión: ε = 17.5

- Combustible: gas natural comprimido (GNC).

2. Hipótesis.a) Tomaremos los cálculos para un motor de combustión interna de cuatro tiempos.

b) Nuestro motor será de 4 cilindros debido a la elevada velocidad nominal y

potencia.

c) Se trabajara en condiciones normales de temperatura y presión de las

propiedades del combustible y promediando con las del ambiente

d) No usaremos un turbocompresor.

3. Procedimiento a seguir.

Primero veremos la composición del hidrocarburo.

Cálculos en el proceso de admisión.

Calculo de las temperaturas de admisión.

Cálculos en el proceso de compresión.

Cálculos en el proceso de combustión.

Cálculos en el proceso de expansión.

Octavo el proceso de escape.

Calculo de los parámetros indicados y parámetros efectivos.

Y finalmente calcularemos las principales dimensiones del motor.

4. Composición del hidrocarburo.

Composición gravimétrica de la gasolina:

C = 0.855

H = 0.145 OC = 0

Poder calorífico: Hu = 44 Mj/Kg.

Poder calorífico de la mezcla para α = 1, Hu = 83.9 Mj/Kmol

Cantidad de aire teóricamente necesaria (estequiometrica) para quemar por completo

1Kg. De combustible, es 0.516 Kmol.

Masa molecular del combustible media: 110 – 120.

4.1. GAS NATURAL COMPRIMIDO GNC.

POTENCIA DEL MOTOR 125HPRPM 3650rpmTEMPERATURA (To) 20°CPRESION (Po) 1atm=0.101325MPaRELACION DE COMPRESION 17.5

NUMERO DE CILINDROS (i) 4

NUMERO DE TIEMPOS 4

5. Generalidades de la combustión.5.1. Coeficiente de exceso de aire.

Los motores gasolineros (o bien llamados encendidos por chispa) tradicionalmente se

caracterizan por que tienen un carburador, quien se encarga de dosificar a la cámara de

combustión del motor mezclas de aire – combustible en función de las exigencias y

necesidades del motor al igual que en los motores a inyección. Estas mezclas de aire –

combustible varían en el proceso de trabajo desde mezclas ricas en el arranque y en el

desarrollo de máximas potencias, mezclas pobres en el trabajo, hasta mezclas ricas para

el desarrollo de la potencia máxima.

Con el propósito de tener claro los conceptos de mezcla rica y pobre es necesario

recordar que, la relación entre la cantidad real de aire que ingresa al cilindro del motor ( ι )

y la cantidad teóricamente necesaria ( ιo ) para la combustión de un kg. De combustible,

se denomina coeficiente de exceso de aire ( α ) es decir:

α = ι/ ιo

La cantidad de aire teóricamente necesaria se caracteriza porque presenta la menor

cantidad de oxigeno del aire que se necesita suministrar al combustible para su completa

combustión; por tanto α será igual a la unidad si ι = ιo = 1. Dicho en otras palabras al

cilindro ingreso aire igual a la necesaria teóricamente; a esto se le denomina mezcla

estequiometrica. Pero, no siempre se necesita α = 1, ocurre que necesitamos mezclas

ricas y esto es cuando α < 1 (0.85 – 0.90 en motores a gasolina) es decir existe una

insuficiencia de oxigeno.

Las mezclas pobres se suceden cuando α > 1 es decir existe exceso de oxigeno (α = 1.4 -

1.6) en motores a diesel. En los motores diesel sobrealimentados estos valores varíanλ (α

= 1.4 -1.25) para plena carga. Ahora bien, la cantidad de aire necesaria para la

combustión estequiometrica de un kg. De combustible está entre 14.45 y 15 partes de aire

por una de combustible, es decir, la relación aire combustible A/F = 15/1; y α = 1; está

claro que A/F<15 son mezclas ricas y A/F>15 son pobres.

En nuestro diseño se tendrá en cuenta que el GNC para que funcione debe hacer

explosión es por ello se tomara el uso del ciclo OTTO.

COMPOSICION GRAVIMETRICANOMBRE FORMULA % PESO MOLECULARMETANO CH4 90 16ETANO C2H6 6.2 30

PROPANO C3H8 0.6 44BUTANO C4H10 0.1 58

NITROGENO N2 1 28DIOXIDO DE CARBONO C02 2.1 44

C=75.41% , H=24.59%

lo=10.23 ( 83C+8H−Oc )

lo=10.23 ( 83∗0.7541+8∗0.2459)=17.29 kgaire

kgcomb.

Para calcular las magnitudes ιo y LO se ha asumido que el contenido de oxigeno en el aire

es un 20.9% en volumen y un 23% en masa.

Por la expresión:

Lo=10.21 ( C12+ H4 −

Oc

32 )

Lo=10.21 ( 0.754112

+ 0.24594 )=0.5919 kmol airekmol comb

Hallamos:

lo=μo∗LO→μo=loLO

= 17.290.5919

=29.216 kgkmol

μo=29.216kgkmol

:masamolecular aparentedel aire .

La cantidad real de aire que participa en la combustión de 1kg de combustible para α =

0.9 de acuerdo con la ecuación:

l=α∗lo=0.9∗17.29=15.561kg airekgcomb

También:

L=α∗LO=0.9∗0.5919=0.53271kmolairekmol comb

5.2. Usos del coeficiente de exceso de aire.

La curva inferior de la grafica representa la variación del coeficiente de exceso de aire en

los motores encendidos por chispas. (gasolinero); en el diseño de este motor gasolinero

consideramos α<1 por lo siguiente:

La mayor economía en el consumo de combustible se logra con mezclas pobres en el

rango de α entre 1.1 a 1.3, además, debemos considerar que el régimen de trabajo para

estos valores ocupa el mayor tiempo de funcionamiento del motor. Observe que del 25%

hasta aproximadamente el 80% de carga (mezcla) o apertura de la mariposa los valores

de α no bajan de la unidad. Sin embargo, los requerimientos para desarrollar las máximas

potencias y para el arranque no serian satisfechas con estas mezclas pobres,

necesitaríamos enriquecer la mezcla con α entre 0.85 a 0.90, es lógico que si diseñamos

el motor con α mayores que la unidad este no consideraría los requerimientos de máxima

potencia.

5.3. Combustión incompleta y productos de la combustión.

(α ≤1¿ En los motores a gasolina:

La cantidad total de la mezcla carburante:

M 1=α LO+1μC

[kmol ]

μC : Masa molecular del combustible mayor porcentaje de metano 18 kg/kmol.

M 1 : ingresa al cilindro y se mide en kmol o en kg.

Entonces:

M 1=0.9∗0.5919+118

=0.5883655 kmol

La cantidad de mezcla fresca de carburante:

G1=1+α lO=1+0.9∗17.29=16.51kg

Si tenemos la necesidad de trabajar con α≤1 implica una mezcla rica y por lo tanto existe

una insuficiencia de oxigeno en el proceso de combustión. Esto sucede en los motores

gasolineros, en los cuales para el diseño, α varia de 1.0. 0.9, 0.8, 0.7.

En la combustión incompleta se observa que la relación entre el numero de moles del

hidrogeno y del monóxido del carbono es aproximadamente constante y no depende de α

y se representa por ‘’K’’.

K=MH

MCO

Si, HC

=0.17−0.19entoncesK=0.45−0.50

Si, HC

=0.13 ;K=0.30

Por consiguiente tomamos H/C = 0.32 que con una interpolación queda:

0.19−0.140.32−0.14

=0.5−0.45K−0.45

K=0.63

Los productos de la combustión M2 representa la suma de cada uno de sus componentes

para un K = 0.45 se tienen:

MCO=0.421−α1+K

LO [Kmol ]

MCO=0.42∗1−0.91+0.63

∗0.5919=0.01525 kmol

MCO2=C12

−MCO [Kmol ]

MCO2=0.754112

−0.014946=0.04759 kmol

MH 2=K MCO [Kmol ]

MH 2=0.63∗0.01525=0.0096 kmol

MH 2O=H2

−M H 2[Kmol ]

MH 2O=0.24592

−0.0096=0.11334 Kmol

MN 2=0.79α LO [Kmol ]

MN 2=0.79∗0.9∗0.5919=0.294588 kmol

M 2=MCO+MCO2+MH 2

+MH 2O+MN 2

M 2=0.01525+0.04759+0.0096+0.11334+0.294588

M 2=0.600368Kmol

Entonces el incremento de volumen es:

∆M=(M 2)α <1−M 1

∆M=0.600368−0.5882655=0.0121025Kmol

Las fracciones volumétricas necesarias:

M 2O=C12

+ H2

+0.79LoM 2O=0.65339266 Kmol

ro=M 2O

M 2=0.653392660.600368

r o=1.3601911895

ra=¿ ro−1 ra=¿1.3601911895−1r a=¿0.3601911895 ¿¿¿

6. Proceso de admisión.

El proceso en admisión se encarga de introducir la mezcla aire – combustible al cilindro

con ayuda o no de un turbocompresor pero par nuestro caso es de aspiración natural no

usaremos un turbocompresor.

ρ0=ρk ρ0=1.1949kgm3P0=PkP0=0.101325MPa

Ra=8314μa

= 831429.216

Ra=284.57 ;T0=

PO

Ra∗ρ0106T 0=298.6 K

6.1. Presión en el cilindro en el proceso de admisión.

Para nuestro caso el motor no es sobrealimentado

∆ Pa=Pk−Pa=(β2+ξad )ωad

2

2ρk10

−6 [MPa ]

∆ Pa: perdidashidrahulicas enel multiple deadmison,

β : factor deamortiguamiento de lacarga fresca,

ξad :coeficiente deamortiguamientode la carga frescaen la seccionmas estrecha,

ωad=velocidad del aireenelmultiple deadmison, (β2+ξad )=(2.5…4,0 )=4,

ωad=(50…130 )=80 [m /s ]

Pa=PO−( β2+ξad )ωad

2

2ρo10

−6

Pa=0.101325−(4 )∗802

2∗1.1949∗10−6=0.08603028MPa

6.2. Gases residuales y coeficiente de gases residuales.

Debemos recordar que la válvula de admisión se abre grados antes de PMS

(dependiendo del diseño del motor) en la carrera de escape, para luego empezar la

carrera de admisión, es entonces, que unos grados después del PMS la válvula de

escape recién se cierra; es evidente que existe un instante en que las válvulas de

admisión y escape están abiertas, a esto se le llama ángulo de traslape el cual permite un

barrido de la cámara de combustión, refrigerando con mezcla fresca la cabeza del pistón,

válvulas y paredes del cilindro.

Estos gases residuales no son otra cosa que productos de combustión con elevadas

temperaturas y bajas densidades y que ocupan espacio en la cámara de combustión

tratando de desplazar a la mezcla fresca, estos tienen nombre propio Pr y Tr.

Mr perjudica la combustión y también e llenado del cilindro y él en cargado de cuantificar

la magnitud de los gases residuales es él:

“coeficiente de gases residuales” : γr=M r

M 1γr=

T o+∆TT r

∗Pr

ϵ Pa−Pr

Donde:

∆T : Temperatura de calentamiento de la carga varía entre 0 a 20 K, ∆T=10K .

La carga fresca durante su movimiento por el sistema de admisión y dentro del cilindro

entra en contacto con las paredes calientes, elevándose su temperatura en ∆T . el grado

de calentamiento de la carga depende de la velocidad de su movimiento en el múltiple de

admisión y de la diferencia de temperaturas entre las paredes y la carga.

Tr: temperatura de los gases residuales en grados K. este valor se tiene que asumir por el

momento y varía para los motores gasolineras entre 900 y 1000K. Asumiremos un valor

de 900K.

Pr: presión de los gases residuales en MPa.

Pr=(1.1…1.25 )PO Pr=(1.1 )PO Pr=0.1114575MPa

Entonces:

γr=

298.6+10900

∗0.1114575

17.5∗0.08603028−0.1114575=0.027414313

7. Temperaturas en la admisión.

La temperatura al final de la admisión, para Tk = To se determina mediante la ecuación:

Asumiendo que: φ=1

T a=T o+∆T+γ rT r

1+γ r=298.6+10+0.027414313∗900

1+0.027414313=324.38 K=51.38° C

M r=M1 γ r=0.58826555∗0.027414313=0.16126896 Kmol

7.1. Coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico.

Es precisamente el coeficiente de llenado ηv el que nos permite calificar la calidad de la

admisión y sobre todo saber si la capacidad del cilindro fue saturada con carga fresca en

su totalidad.

ηv, es la razón entre la cantidad de carga fresca que se encuentra en el cilindro al inicio de

la compresión real y aquella cantidad de carga fresca que podría llenar el cilindro

(volumen de trabajo del cilindro) en las condiciones de admisión.

Otro nombre atribuido a este coeficiente es el rendimiento volumétrico

Siendo Tk = To, Pk = Po, y asumiendo que φ=φ1=φ s=1

ηv=φ1ϵϵ−1

Pa

Pk

T k

T a (1+γ r )=

17.516.5

∗0.08603028

0.101325∗298.6

324.38 (1+0.027414313 )=0.806824264

ηv=(0.75…0.85 ) rapidos sin turbo

8. Proceso de compresión.

Debido a la transferencia de calor desde las paredes del cilindro; el calor especifico de las

mezcla es mayor que en los motores diesel, además, los gasolineros tienen más gases

residuales que los diesel. Por lo tanto el valor promedio del exponente adiabático para esa

mezcla en el mismo intervalo de temperaturas resulta menor en los motores diesel.

Otra consideración importante es la comparación de las presiones y temperaturas al final

de la compresión. Los motores gasolineros trabajan con relaciones de compresión bajas

comparado con los diesel y como consecuencia lógica estos últimos tendrán mayores

presiones y temperaturas estas características influyen de manera sustantiva en la

segunda etapa de la compresión cuando n1 < k.

Para motores a gasolina n1 – 1,30 -1,37 entonces adoptamos un exponente politropico de

compresión: n1 = 1,37 pero debemos tabular el n1 para obtener su valor correctamente.

dividiendo entre M 1 (1+γr ) obtenemos: q1=0.9637q2=0.036293757

q1+q2=0.9637+0.036293757=1

Considerando la temperatura al final de la compresión:

T c=T a ϵn1−1=324.38∗17.51.37−1=935.36K=662.36 °C

Interpolamos de las tablas 2 y 4, para obtener:

Con T a y Ua: 51.38° C100° C

=Ua

2015U a=1035.307 R=8.314

Con T a y U ¨ a: 51.38° C100° C

=U ¨ a2204.5

U a=1132.6721

Con T c yU c :500−400 °C662.36−500° C

=10890−8591U c−10890

U c=14622.6564

Qac=(UcM 1+U¨ cMr )−(UaM 1+U ¨ aMr )−(M 1+Mrn1−1 )R (Tc−Ta )

q2=( ro∗Yr1+Yr )q1=( 1−Yr∗rα1+Yr )q (1)(Uc−Ua)+q(2 )(U¨ c−U ¨ a)− R

n1−1(Tc−Ta )=0

Con T c y U ¨c :500−400 °C662.36−500 °C

=11938.6−9384.2U c−11938.6

U ¨c=16085.92

Para interpolar necesito valores:

n1=1.37β1=−92n2=1.38 β1=2669.23889

1.38−1.371.38−n1

=269.23889− (−92 )269.23889−0

n1=1.372546791

Presion y Temperatura al final de la Compresion:

Pc=Pa ϵn1=0.01529472∗17.51.372546791=4.3729974MPa

T c=T a ϵn1−1=324.38∗17.51.372546791−1=942.2K=669.2° C

9. Proceso de combustión.

Los parámetros al final de la combustión, el coeficiente de variación molecular es:

μr=M 2+γrM 1

M1 (1+γ r )=μo+γ r1+γr

=0.600368−0.027414313∗0.588265550.58826555∗(1+0.027414313)

=0.82147766

El calor no desprendido por efecto de la combustión incompleta cuando α<1, será:

Hmezcla=H u

1μc

+αlo= 50KJ / kg118

+0.9∗0.5919=85 KJ

kmol

9.1. Características del cálculo de los parámetros de la combustión visible en motores gasolineros.

ξ z (Hu )(1+γ r )M 1

+U c+γ rU

' 'c

1+γ r=μrU

' 'z=A

Que corresponde a motores gasolineros con combustión incompleta α<1, podemos

observar que la primera parte de la ecuación nos faltaría conocer U ' 'c y U c e introducimos

el concepto de “calor especifico” que se conoce por termodinámica (μC v ) .

Asumimos que el coeficiente de aprovechamiento del calor ξ z=0.9

Por cierto que U ' 'c significa la energía interna de 1Mol de productos de la combustión al

final del proceso de compresión, punto “c” necesitamos el valor de U c que es la energía

interna de 1Mol de mezcla fresca al final de la compresión:

U c=(μC v )c∗T c

con T c y (μC v)c :500−400 ° C662.36−500 °C

=21.78−21.474(μC v )c−21.78

(μC v )c=22.2768216

U c=(μC v )c∗T c=22.2768216∗662.36=14755.27555KJKmol

La energía interna de los productos de la combustión:

U ' 'c=(μC v)

' 'c∗T c

(μC v )' ' c Es el calor específico de los productos de combustión al final de la compresión.

Sabemos que:

(μCv )' 'c=(μC v )COrCO+(μC v )CO2 rCO2+ (μCv )H2rH 2

+(μC v)H 2OrH 2O+(μC v )N 2

rN2

(μC v )' ' c=(μC v )CO(MCO

M 2)+(μC v )CO2(

MCO2

M 2)+(μCv )H2(

MH 2

M 2)+(μC v )H 2O

(M H 2O

M2)+ (μCv )N2(

MN 2

M 2)

Interpolando tabla 1 con T c y (μC v)c :

CO 600−500 ° C662.36−600 ° C

=22.11−21.7844(μCv)c−22.11

(μC v )CO=22.3133

CO2 600−500 ° C662.36−600 ° C

=37.438−36.258(μCv )c−37.438

(μC v)CO2=38.173848

H 2 600−400° C662.36−600 ° C

=20.934−20.871(μC v )c−20.934

(μC v )H 2=20.9536

H 2O 600−400°C662.36−600 ° C

=27.315−26.775(μCv )c−27.315

(μC v)H 2O=27.4834

N 2 600−400° C662.36−600 ° C

=21.449−21.185(μCv )c−21.449

(μC v)N2=21.5313

(μC v )' ' c=22.3133∗0.0317465+38.173848∗0.09906988+20.9536∗0.019984678+27.4834∗0.2359441+21.5313∗0.613254838=24.5977

kJKmol

U ' 'c=(μC v)

' 'c∗T cU

' 'c=16292.55

kJKmol

Entonces el primer miembro de la ecuación:

ξ z (H u )(1+γ r )M 1

+U c+γ rU

' 'c

1+γ r=μrU

' 'z126.5733877+14755.27555=0.82147766∗U

' 'z

U ' 'z=19.3556MJ /kmol

Interpolando

con T z yU' 'z :2500−2400° C2400−T z °C

= 73.882−70.543270.5432−19.3556

T z=866.8863 ° C=1139.886K

9.2. Calculo de la presión máxima al final de la combustión visible.

La presión calculada para el final de la combustión Pz será:

P zTEO=μrT z

TcPc=

0.82147766∗1139.886942.2

∗+4.3729974 P zTEO=4.701571212MPa

Ahora podemos hallar el grado de elevación de la presión:

λ=P zTEO

P c= 4.7015712124.3729974

λ=1.075137

La presión máxima, considerando el redondeamiento del diagrama:

P zreal¿P z' '=0.85 P zTEO=0.85∗4.701571212

P z' '=3.99633553MPa

10. Proceso de expansión.

Asumimos el exponente politropico de expansión n2=1.25 que para gasolineros está en el

intervalo n2=1.23−1.30, y ξ z=0.9 ,

Interpolamos:

Con T z yU z :2400−2300 °C

2300−866.8863 ° C=62090−59201

59201−U zU z=17798,345

Con T z y U ¨ z:2400−2300° C

2300−866.8863°C=73882−70543.2

U ¨ z−70543.2U ¨ z=17798,345

Asumo también: T b=T z

ϵ n2−1=557.316655K=284.316655°C

(ξb−ξz )HuM 1∗(uo+Yr )

= Rn(2 )−1

(Tz−Tb)−r (α )∗(Uz−Ub )−r ( o)∗(U ¨ z−U ¨ b)

Con T b yU b :1400−1300 °C

1300−284.316655 °C=33951−31238

31238−U zU b=3682.51

Con T b y U ¨ b:1400−1300 ° C

1300−284.316655 ° C=38053.1−34956.5

34956.5−U ¨ zU ¨ z=3504.8495

En la primera ecuación:

la presión al final de la expansión Pb se halla mediante:

Pb=P z

ϵ n2= 5.3210.51.24

Pb=0.288MPa

La temperatura al final de la expansión será:

T b=T z

ϵ n2−1= 2647.410.50.24

T b=1505.7 K

11. Parámetros indicados y parámetros efectivos.

Los parámetros indicados caracterizan la perfección del ciclo a realizar en cuanto al

aprovechamiento del calor, caracterizan la calidad de organización de los procesos; en

cambio los parámetros efectivos consideran, además de los indicados, el grado de

perfección mecánica del motor.

El trabajo y la potencia efectiva que recibe el cigüeñal son igual al trabajo y potencia

indicada (del diagrama indicado) menos el trabajo y potencia surgidas por perdidas

mecánicas (por ejemplo la fricción de los anillos del pistón con el cilindro).

Le = Li – Lm

Ne = Ni – Nm

Le – trabajo efectivo

Li – trabajo indicado

Lm – trabajo por pérdidas mecánicas

Ne – potencia efectiva

Ni – potencia indicada

Nm – potencia que se gasta en las perdidas mecánicas

11.1. Parámetros indicados.

Presión media indicada calculada del diagrama indicado para un motor a gasolina

(Pi )cal=Paε n1

ε−1 [ λn2−1 (1− 1

εn2−1 )− 1n1−1 (1− 1

ε n1−1 )](Pi )cal=0.0586

10.51.33

10.5−1 [ 3.971.24−1 (1− 1

10.51.24−1 )− 11.33−1 (1− 1

10.51.33−1 )]

(Pi )cal=0.7737MPa

Presión media indicada real

Pi=φi (P i)cal

φ i: Coeficiente de redondeo o plenitud del diagrama indicado (0.95 – 0.97) asumimos un

valor de φ i=0.96.

Pi=0.96∗0.7737=0.74275MPa

11.2. Parámetros efectivos.

Parámetros principales del ciclo. La fracción de la presión indicada que se gasta al vencer

la fricción y accionar los mecanismos auxiliares se determina recurriendo a los

coeficientes experimentales:

Pm=A+B v p

Donde vp es la velocidad media del pistón (m/s); vp=10−16m/ s asumimos la velocidad

media del pistón de vp=14m /s.

Valores de los coeficientes A y B para motores gasolineros:

Al tratarse de un motor rápido ηv=0.77 que está entre los valores de 0,75…..0.85 que

corresponde a los motores rápidos sin turbo.

Entonces S/D menor que 1 A = 0.04 B = 0.0135

Pm=0.04+0.0135∗14≅ 0.229MPa

Entonces la presión media efectiva del ciclo será:

Pe=Pi−Pm=0.74275−0.229

Pe=0.51375MPa

El rendimiento mecánico:

ηm=P e

Pi=0.513750.74275

ηm=0.692

El consumo especifico indicado de combustible:

gi=3600ηv ρoPiα lo

= 3600∗0.77∗0.84290.74275∗0.9∗14.96

gi=233.6g

KWh

Consumo efectivo de combustible:

ge=g iηm

=233.60.692

ge=337.57g

kW .h

Rendimiento indicado del ciclo (cuando gi se expresa en g

kW .h y el poder calorífico en

MJ/kg)

ηi=3600giH u

= 3600233.6∗44

ηi=0.35

N e=130hp=96.941 kw.

Gc=ge N e10−3=337.57∗96.941∗10−3

Gc=32.72 kg /h

12. Dimensiones principales de motor.

La cilindrada total del motor:

iV h=45N e τPe n

(lts )

τ=4 por serunmotor de 4 tiempos

iV h=45∗96.941∗40.51375∗5200

=6.35 lts

Volumen de trabajo de un cilindro:

V h=6.356

=0.725 lts

La relación S/D = j la supondremos igual a 0.85 < 1 (motor rápido).

V h=π4D2S=π

4D3 j

D= 3√ 4V h

πj= 3√ 4∗0.725π∗0.85

=1.028dm=102.8mm

Adoptamos un diámetro D = 103 mm, por lo que:

S=V h

π4D2

= 0.725π41.032

=0.87dm

Tomamos una carrera S = 87 mm entonces:

V h=π4D2S=π

4¿1.032∗0.87=0.7249 lts

Entonces la cilindrada real del motor será:

iV h=6∗0.7249=4.4 lts

La velocidad media del pistón será:

V p=Sn30

=0.087∗520030

=15m / s

ANEXOS.

Conclusiones.

Vemos que tuvimos que suponernos algunos valores con la intención de proseguir con los

cálculos y poder determinar los valores promedios del funcionamiento de nuestro motor;

pero dichas suposiciones son validas y están dentro de los intervalos que recomiendan

los diferentes autores que los tomaron de la experimentación, y dándonos valores

relativamente promedios pudimos hallar los parámetro indicados, efectivos, las

dimensiones principales del motor para que pueda operar correctamente en la ciudad del

cusco.

Además de esto debemos acotar que la presión atmosférica en el cusco es un valor

promedio dado que no solo varía con la altura sino que también con las condiciones

climáticas del medio, igualmente la temperatura es un promedio durante todo un año.

BIBLIOGRAFIA.

- MOTORES DE AUTOMOVIL; MS Jovak Editorial MIR.

- DISEÑO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA; Ing. Arturo Macedo Silva.

- MOTORES ENDOTERMICOS; Dante Giacosa Editorial Cientifico Médica.