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FORMULARIO MEC 3337
MEC 3337 FORMULARIO
TEMA 1TIPOS Y FORMAS CONSTRUCTIVAS Y FUNCIONAMIENTOREACCIONES EN LA COMBUSTION
Composicion del aire
En peso O2 23%:= N2 77%:=
En Volumen O2. 21%:= N2. 79%:=
RELACION AIRE COMBUSTIBLE
RACa Relacion aire combustible en Exeso%exeso= RACa RACe−
RACe100=
RACe Relacion aire combustible estequiometrico
PODER CALORIFICO
PCI PCS Q−= Q 9H 2257−= Vapor formado en la combustion
PCS 33700C 144200 HO
8−
+ 9300S+= Donde cada elemento entra en kg por cada kgde combustible
RELACION DE COMPRESION
rk
Vinicial
Vfinal=
V1
V2=
Vcc VD+
Vcc=
CILINDRADA
VH Apiston Lcarrera znum.cil=
CARACTERISTICAS DE ALGUNOS COMBUSTIBLES
Aux.: Egr. juan Carlos Salgueiro Pag: 1
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TEMA 2CICLOS DE LOS MCI ALTERNATIVOS
CICLO OTTO
Fomacion de mezcla en el exterior del pistonEncendido por chispa de BujiaCombustion a Volumen ConstanteRelacion de Compresion de 6 a 9Coeficiente politropico en la Compresion 1.3...1.37Presion al final de la compresion 9....15 barTemperatura al Final de la Compresion 500....750KCoeficiente politropico en la Expancion 1.23...1.30Presion al final de la expancion 3.5.....5barTemperatura al final de la expancion 1200...1500K
QA ma Cv T3 T2−( )= QA mc Qinf=T 1
1
rkk 1−
−= Rendimiento TermicoQR ma Cv T4 T1−( )= W QA QR−=
Vcc VA= V2= V3= volumen de la camara decombustion, volumen deespacio muerto
Vcc c VD= c porcentaje deespacio muerto
relacion de compresion
c1
rk 1−= rk
c 1+c
=
rk
Vinicial
Vfinal=
Vcc VD+
Vcc=
V1
V2=
T2
T1
1
1−
=P2
P1
1
=
CICLO DIESEL
Fornacion de Mezcla en el interiorAutoencendido: Se inyecta combustible pulverizado cuando el aire se halla a alta temperaturaCombustion a Presion constanteRelacion de Compresion de 12 a 20Coeficiente politropico en la Compresion 1.32...1.4Presion al final de la compresion 35....55 barTemperatura al Final de la Compresion 700....900KCoeficiente politropico en la Expancion 1.18...1.28Presion al final de la expancion 2.....4barTemperatura al final de la expancion 1000...1200K
Aux.: Egr. juan Carlos Salgueiro Pag: 2
FORMULARIO MEC 3337Fornacion de Mezcla en el interiorAutoencendido: Se inyecta combustible pulverizado cuando el aire se halla a alta temperaturaCombustion a Presion constanteRelacion de Compresion de 12 a 20Coeficiente politropico en la Compresion 1.32...1.4Presion al final de la compresion 35....55 barTemperatura al Final de la Compresion 700....900KCoeficiente politropico en la Expancion 1.18...1.28Presion al final de la expancion 2.....4barTemperatura al final de la expancion 1000...1200K
CALOR AÑADIDO Y RECHAZADO [kJ]
QA ma Cp T3 T2−( )= Relacion de volumenes en la combustion, orelacion de fin de inyeccionrco
V3
V2=
QR ma Cv T4 T1−( )=
TRABAJO NETO DEL CICLO [kJ]
W QA QR−=
RENDIMIENTO TERMICOTH 1
1
k
T4 T1−
T3 T2−
−= 11
krkk 1−
rcok
1−
k rco 1−( )
−=
re
V4
V3=
T3
T4
1
k 1−
=P3
P4
1
k
= Relacion de expansion
T2
T1rk
k 1−=T4
T3
1
rek 1−
= kCp
Cv=
rco
rk
re=
V3
V2=
T3
T2= Relacion de fin de admición
CICLO DUAL O MIXTO
Aux.: Egr. juan Carlos Salgueiro Pag: 3
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CALOR AÑADIDO Y RECHAZADO [kJ]
QA1 ma CV T3 T2−( )=QA mc HUi= QA1 QA2+=
QA2 ma CP T4 T3−( )=
QR ma Cv T4 T1−( )=
Relacion de volumenes en lacombustion, o relacion de findeinyeccion
rco
V3
V2=
P3
P2=
T3
T2= La relacion a volumen
constante
TRABAJO NETO DEL CICLO [kJ]
W QA QR−=
RENDIMIENTO TERMICO
TH 11
rkk 1−
rcok
1−
1−( ) k rco 1−( )+
−=
RESUMEN DE PROCESOS
Proceso a volúmen = ctte. (isométrico, isocoro)P2
P1
T2
T1=
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P2
P1
T2
T1=
W Vp
d= 0=
Q U2 U1−= m cv T2 T1−( )=
s
m cv lnT2
T1
=
Proceso a presión = ctte. (isobárico)
V2
V1
T2
T1=
W Vp
d= p1 V2 V1−( )=
Q m cp T2 T1−( )=
s
m cp lnT2
T1
=
Proceso a temperatura = ctte. (isotérmico)
P1 V1 P2 V2= V2
V1
p1
p2=
W Vp
d= p1 V1 lnV2
V1
= p1 V1 lnp1
p2
=
Q W= p1 V1 lnV2
V1
=
s
p1 V1
T1ln
V2
V1
= m R lnV2
V1
=
Proceso a entropia = ctte. (isentrópico; un proceso adiabático es en el que no se transmite calor.Un proceso isentrópico es un proceso adiabatico reversible)
P1 V1 P2 V2=
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P1 V1 P2 V2=
V1
V2
p2
p1
1
k
=T2
T1
1
k 1−
=
T2
T1
V1
V2
k 1−
=P2
P1
k 1−
k
=
W Vp
d=p2 V2 p1 V1−
1 k−= k
cp
cv=
Q 0=
s
0= s1 s2=
Proceso Politrópico
P1 V1n
P2 V2n
=
V1
V2
p2
p1
1
n
=T2
T1
1
n 1−
=n
logP1
P2
logV1
V2
=
T2
T1
V1
V2
n 1−
=P2
P1
n 1−
n
=
W Vp
d=p2 V2 p1 V1−
1 n−= cn
k n−1 n−
cv= calor específico politrópico
Q m cn T2 T1−( )=
s
m cn lnT2
T1
=
ECUACIONES DE LA POTENCIA
Parámetros teóricos
Rendimiento térmico teórico del ciclo WnTrabajo neto del ciclo teórico
QACalor añadido
TH
Wn
QA=
Wn
mc HU=
QA QR−
QA=
QRCalor rechazado
mcmasa de combustible kgcom
HU poder calorífico inferiordel combustible
kJ
kgcombPresión media efectiva limite teórica
VDvolumen desplazado por el pistón
pmet
Wn
VD=
Wn
Ap L= N
m2
Ap 4D
2= Area de la cara del pistón
Potencia teórica límite desarrollada por el motor
N2 n i=
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FORMULARIO MEC 3337Potencia teórica límite desarrollada por el motor
N2 n i= numero de ciclos por
minuto del motorNpmet VD N
60000=
pmet VD n i
30000=
Wn n i
30000=
i nº de cilindros
nº de tiempos del motor
NWn n i
120000= kW
WnTrabajo teórico limite J
cilindro cicloPara un motor de 4 tiemposn Frecuencia de giro rpm
NWn n i
60000= kW
Para un motor de 2 tiempos
Par motor teórico límiteFt
fuerza de accionamientodel sistemaFt
p
Ap=
M FtL
2= 95493
N
n= N m
p presión máxima
kW N potencia teórico limite
rpm n frecuencia de giro
Parámetros indicados
Son aquellos parámetros que se miden con un aparato indicador que se adapta en el interiordel cilindro durante su funcionamiento tomando en cuenta las perdidas al interior del cilindro
Rendimiento indicado
Witrabajo indicado (del diagrama indicador)
i
Wi
Wn=
Pi
P= pmi
pmet=
Pipotencia indicada
i 0.85= 0.96.. pmi presión media indicada
Presion media indicadam
2F area útil del diagrama indicadorl longitud del diagrama indicador=carreram escala de presión del diagrama indicador
mPmi
Wi
Vd= F l
m= Pa
m
Pmi 8 12..( ) 105Pa= para el motor de carburador de 4 tiempos a plena carga
Pmi 7.5 10..( ) 105Pa= para motores diesel 4 tiempos
Pmi 6 9..( ) 105Pa= para motores diesel 2 tiempos
Potencia indicada
Ni
Wi n i
120000= kW Para un motor de 4 tiempos
Ni
Wi n i
60000= kW Para un motor de 2 tiempos
Parámetros efectivos
Son aquellos parámetros que se miden en el eje del motor tomando en cuenta perdidasmecánicas e internas por rozamiento
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FORMULARIO MEC 3337Son aquellos parámetros que se miden en el eje del motor tomando en cuenta perdidasmecánicas e internas por rozamiento
Rendimiento efectivo o al freno
Wetrabajo efectivo o al freno del motor
e
We
Wn=
Ne
N= pme
pmet= m i=
Nepotencia efectiva
pme presión media efectiva o al freno
mRendimiento mecánico
0.8 0.9.. motor a gasolina
0.75 0.85.. motor diesel
Potencia efectiva o al freno
Ne
We n i
120000= kW Para un motor de 4 tiempos
Ne
We n i
60000= kW Para un motor de 2 tiempos
Rendimientos térmicos reales
THb
We
QA=
We
mc HU= e TH= TH i m= rendimiento térmico efectivo al freno
THi
Wi
QA=
Wi
mc HU= i TH= rendimiento térmico efectivo indicado
PARAMETROS DE CONSUMO DE COMBUSTIBLEConsumo específico de combustible
cec3600 k v
Rac pme= gr
kW hrmotorDiesel
cec3600 k v
Rac 1+( )pme= gr
kW hrmotorgasolina
Donde :
kdensidad de la carga de alimentación kg
m3 v
ma
mVD= rendimiento volumétrico
Rac relación aire combustiblecec 0.27 0.31.. motores a gasolina
pme presión media efectiva o al freno MPa 0.20 0.29.. motores diesel
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
B mc2 n i=
kgcomb
hr
B cec Ne= Nepotencia efectiva o al freno
Consumo específico de calor Velocidad media del piston
ceq cec HU= vmp2 n L
60= m
s
TEMA 3CALCULO TERMICO DEL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA
Parametros que influyen en la admision Transferencia de T a la cargaen el cilindro
Caida de presion
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Ta
To
T
+ gr Tr+
1 gr+= º
KP
Po Pa−= 2 +( )Vad2
2 o=
Coeficiente de llenado2 + 2.5....4=
Pa 0.8.....0.9( ) Po= para motores de 4Tv
Gk
Vh k=
Vk
Vh=
Pa 0.85...1.059( ) Po= Para motores de 2T
v
To
To
T
+1
rk 1−
rk Pa Pr−
Po=
Vad fad Vpmax Apiston=
V.ad = velocidad media de carga m/s 50...130fad= seccion mas estrecha entre valvula y asiento m^2Vpmax= velocidad maxima del piston m/s
Gk=Cantidad de masa real que ingresa al cilindro kgVk=Volumne de carga fresca m^3
Vk
km
3=
fad .h cos( ) dv= Proceso de compresion
Vpmax R 12+= Vpmax 1.63Cm= Pc Pa rk
1=
R
Lb= S 2 R= Tc Ta rk
1 1−=
1 1.3.....1.37OTTO=productos de combustion residual
1 1.32....1.40DIESEL=
gr
Mr
M1= Mr
Pr Vcc
R Tr= proceso de combustion al final
Tcomb Tc
PCI v comb rk 1−( )
o RAC cv rk+=
gr
To
T
+
Tr
Pr
rk Pa Pr−=
T
0.....20º
KOTTO
= comb 0.65....0.75=
T
20.....40º
KDIESEL
= PotenciaMr= moles de gasesM1= Moles de carga fresca
Nb
PCI Vh Z n v THb o
30 RAC o comb= KWgr =0.06....0.10 gasolina y gas
gr = 0.03...0.06 Diesel
Pr =(1.1...1.25)PoTHb 25.....35OTTO=
Tr =900....1000ºK GasolinaTr =700.....900ºK DieselTr =750.....1000ºK Gas THb 35....45DIESEL=
TEMA 4INFLUENCIA DE LA ALTURA EN LOS MCI
Temperatura en la altura La presion en la altura0.003
K
m:=
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Temperatura en la altura La presion en la altura0.003
K
m:=
Th To h−=Potencia en la altura Ph e
h−
8600m1 atm=Densidad
Neh
Ne Ph
Po
Th
To
=h
Ph
Raire Th=
Cuando se usa un TurboCompresor
T
intercooler 5......10K=
rp.k 1.5.......2.5= Relacion de presion de un turbocompresor La densidad
k
Pk
Raire Tk=
Tk Th
Pk
Ph
k 1−
k
T
intercooler−=
TEMA 5CALCULO ORGANICO DEL MCI
LEYES DE MOVIMIENTO DEL GRUPO CIGüEÑAL
r radio del cigÜeñals 2 r=
l Longitud de la biela
s carrera del piston
Relacion entre radio y biela Velocidad angular
r
l= s
2 l= n
30=
0.23...0.3=
El recorrido serask r 1 cos( )−( )=
La velocidad del piston sera ctsd
d= sd
d= r sin( )=
Aceleracion del piston atcd
d= cd
d= r
2 cos( )=
Considerando el siguiente grafico:
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sk 1 r+ BM−= 1 r+ l cos( ) r cos( )+( )−=
sk r 1 cos( )−( ) l 1 cos( )−( )+=
sk r 1 cos( )−1
12
sin( )2
−+
=
La aceleracionLa velocidad
c skd
d= r sin( )
2
sin 2( )
12
sin( )2
−+
=a cd
d=
Ecuaciones aproximadas
sk r 1 cos( )−2
sin( )2
+
= c r sin( )2
sin 2( )+
=a r
2 cos( ) cos 2( )+( )=
La velocidad maxima del piston La velocidad media
cm 2 sn
60= s n
30=
cmax r 12+=
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Proceso a entropia = ctte. (isentrópico; un proceso adiabático es en el que no se transmite calor.Un proceso isentrópico es un proceso adiabatico reversible)
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