Cap1-LMCI

1

LABORATORIO DE MOTORES DE

COMBUSTIÓN INTERNA

Capitulo 1.

Balance Térmico de MCI.

Profesor: Roberto Leiva Illanes

MBA in Energy Economics. FachHochschule Offenburg. University of Applied Sciences. (Alemania).

Magister en Economía Energética. UTFSM. Chile.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería (e). UTFSM. Chile.

Ingeniero Civil Mecánico. UTFSM. Chile,

Técnico Universitario en Mecánica Automotriz. UTFSM. Chile.

Laboratorio MCI.

Prof.MBA.Mg.Ing.Roberto Leiva I.

UTFSM-Sede Viña del Mar

Revisión N° 5

Universidad Técnica Federico Santa María.

Sede Viña del Mar.

Departamento de Mecánica.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

2

Cap. Nombre Sub Tema

Cap. 1 Balance térmico en un 1.1 Distribución de la potencia en un motor.

motor de combustión 1.2 Método de cálculo de las diferentes potencias en un motor

interna (MCI). 1.3 Magnitudes características

1.4 Dimensiones características

1.5 Método de cálculo de rendimientos

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

3

1.1. Distribución de la Potencia o Energía en un motor

E suministrada = E útil + E no utilizada (perdidas)

De donde,

E suministrada = E Química en el combustible

E útil = E mecánica en el eje

E no utilizada (perdidas) =

E perdida por Refrigeración

E perdida por el escape (sensible y latente)

E perdida por radiación

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

4

Por 1er Ley de la Termodinámica (conservación de la energía), la energía química

del combustible se distribuye en las cuatro categorías siguientes:

1. Potencia Efectiva (útil o al freno o al volante o al eje)

2. Potencia de Refrigeración

3. Potencia de Escape (sensible y latente)

4. Potencia de Radiación

Principales transferencias de

Energía en un motor

sensible.esclatente.escradrefinff

escafradrefaaff

hmHQQWHm

hmmQQWhmhm

Aplicando la 1era Ley de la Termodinámica a un sistema abierto de flujo permanente,

despreciando ec y ep, se tiene:

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

5

Distribución de la potencia en un motor

Potencia del

Combustible

Potencia Indicada

Potencia Útil Potencia de Roce

Potencia de

Refrigeración

Potencia de

Radiación

Potencia de

Escape

Potencia de

Escape Sensible

Potencia de

Escape Latente

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

6

Distribución de la potencia en un motor, fuente JJR.

MECH MEC

Potencia Util 25% 33%

Potencia de Refrigeración 25% 33%

Potencia escape 25% 33%

Potencia de Radiación 25% 1%

MECH

Potencia Indicada 35%

Potencia Util 25%

Potencia de Roce 10%

Potencia de Refrigeración 25%

Potencia escape 25%

Sensible 20%

Latente 5%

Potencia de Radiación 25%

Total 100%

Donde Pot. Indicada = P. Util + P. de Roce

Pot. Refrigeración = P. De Roce + Pot. Refrigeración'

MEC

Potencia Indicada 45%

Potencia Util 33%

Potencia de Roce 12%

Potencia de Refrigeración 33%

Potencia escape 33%

Potencia de Radiación 1%

Total 100%

Donde Pot. Indicada = P. Util + P. de Roce

Pot. Refrigeración = P. De Roce + Pot. Refrigeración'

La distribución de Potencias se puede representar en el Diagrama de Sankey

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

7

Distribución de la potencia

en un motor, fuente Bussien

1965

Distribución de Potencias según Bussien Motor

Otto %

Motor

Diesel (%)

Potencia Efectiva o Potencia Útil 24 32

Potencia de Escape 36 29

Potencia de Refrigeración 33 32

Potencia de Radiación 7 7

Potencia del Combustible 100 100

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

8

Distribución de la potencia en un motor, fuente Heywood J. “Internal

Combustion engine Fundamentals”.

Potencia

útil

Potencia

refrigeración

Potencia

escape

sensible

Potencia

escape

latente

Potencia

radiación

MECH 25 - 28 17 - 26 34 - 45 2 - 5 3 - 10

MEC 34 - 38 16 - 35 22 - 35 1 - 2 2 - 6

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Revisión N° 5

9

Ejemplo de Aplicación en una Caldera


Revisión N° 5

10

Sistema de cogeneración.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

11

Ejemplo de Diagrama de Sankey

Fuente: Pedro Maldonado.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

12

Fuente: Thermax India. Feb 2006

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Revisión N° 5

13

1.2. Método de cálculo de las diferentes potencias en un motor.

1.2.1. Potencia del Combustible (Pc)

INFC HBP donde Pc en [kW]

B en [kg/s]

Hinf en [kJ/kg]

cvolumenport

VB

donde B en [kg/s]

V en [m3]

t en [s] > 30 [s]

c en [kg/m3]

Consumo Horario (B): por volumen o por masa

donde B en [kg/s]

M en [kg]

t en [s] > 30 [s]

t

mB masapor

Potencia = trabajo / tiempo [kW]

dt

WW

Potencia:

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Revisión N° 5

14

Poder calorífico superior: ( Hs )

Energía calórica capaz de liberarse por parte de un combustible en una reacción

química de combustión.

Poder calorífico inferior: ( Hi )

Corresponde al poder calorífico superior menos la energía latente de evaporación

del agua y de los ácidos producidos en la combustión.

Hi < Hs

Poder calorífico de la mezcla. ( Hg )

Representa la energía química de la mezcla, en base a la dilución con el aire.

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Revisión N° 5

15

1.2.2. Potencia de Refrigeración

donde Pref en [kW]

d mH2O/dt en [kg/s]

CpH2O en [kJ/kg°C]

T en [ºC ]

EntradaOHSalidaOHOHOHREF TTCpmP __ 2222

1.2.3. Potencia efectiva, al freno o útil.

Es una medida de la energía por unidad de tiempo, disponible en el eje del motor

Por ahora para obtener el valor desde el freno Dinamométrico, se obtiene

(considerando freno de Prony), en el ítem 1.2.8. se vera nuevamente la Pot. al freno

0M RFfrTM

SFW

M=T: Momento [m N]

f: Fuerza de roce [N]

F: Fuerza en la bascula [N]

r: Radio del volante [m]

R: Brazo de palanca del freno [m]

W: Trabajo [N m]

S: Perímetro [m]

P: Potencia [kW]

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

16

frW 2 Trabajo en una vuelta

kfrW 2 Trabajo en k vueltas

kWnFRP

nFRn

frP

nyMP

f

f

f

31060

2

60

2

60

2

60

2

Si n son las [rpm] y [rad/s]

2.716

nRFPf

donde Pf en [CV]

F en [Kgf ] o [kP ]

R en [m]

n en [rpm]

nTransmisioGen

f

GeneradaElectricaPotP

_.Si se mide la Pf con un generador

kWn

FRt

WPf 31060

2

Potencia al freno

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

17

1.2.4. Potencia de Escape

1.2.4.1. Potencia de Escape Sensible

AdmisionAireSalidagegasesgesibleEscape TTCpmP __sen_

CalSalidageMotorSalidage

AdmAireMotorSalidageCalEntradaOHCalSalidaOHCalOHCalOH

sensibleEscapeTT

TTTTCpmP

____

_____2__2_2_2

_

donde Pescape sensible en [kW]

d mH2O_cal / dt en [kg/s]

CpH2O en [kJ/kg°C]

T en [ºC ]

También se puede calcular de la siguiente forma:

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

18

1.2.4.2. Potencia de Escape Latente

B

pem

qd

bcaP LatenteEscape

632

3000

21

11

22_

Donde Pescape Latente en [CV]

a: Porcentaje en peso de C en el combustible

b: peso atómico del C = 12

c: Porcentaje en peso de H en el combustible

d: peso atómico del H = 1.008

m: Porcentaje de N2 en gases de escape

p: Porcentaje de O2 en gases de escape

q: Porcentaje de CO en gases de escape

e: %N2 / %O2 en el aire, e=79/21=3.762

B: consumo horario en [kg/s]

Datos m, p y q se obtienen de analizador

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

19

1.2.5. Potencia de Radiación

Método Directo: En Laboratorio aislado térmicamente se realizan las pruebas.

salaEntradaAiresalaSalidaAireaireaireDirectoRadiación TTCpmP _____

donde PRadiación Directo en [kW]

d maire / dt en [kg/s]

Cpaire en [kJ/(kg°C)]

T en [ºC ] Método Indirecto:

EscfecIndirectoRadiación PPPPP Re_

Trabajo Indicado (WI):

Trabajo desarrollado por el volumen de gases sobre un pistón durante cada ciclo

de operación del motor

1.2.6. Trabajo indicado, trabajo efectivo, presión media indicada, presión media

efectiva, presión media de roce.

2

1

21 dsFW

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

20

Trabajo efectivo (We):

Trabajo indicado menos el valor del trabajo de roce, tanto del pistón como de los

elementos de transmisión (biela,cigüeñal)

RIe WWW

Presión Media Indicada (pmi)

Presión constante equivalente, que debería existir en la cámara para obtener el

mismo WI desarrollado en un ciclo de funcionamiento del motor

donde, WI: trabajo indicado

Vd : volumen desplazado

D: Diámetro del cilindro

s: Carrera s

DVd

4

2

d

i

V

Wpmi

di VpmidvpdsFW

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

21

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

22

Presión Media efectiva (pme)

Es la presión que debería existir constantemente en el interior del cilindro para

obtener un valor dado de Pe

sD

Wpme

V

Wpme e

d

e

4

2

de VpmedvpdsFW

donde : Pe , Pi y Proce en [CV]

D en [cm]

s en [m]

n en [rpm]

Z: N° de cilindros

i: 1/2 motor 4T; 1 motor 2T

motor

motor

motor

r

e

i

P

P

P

insZD

pmr

pme

pmi

4

45002

pmrpmepmi

Presión Media de roce (pmr)

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

23

1.2.7. Potencia Indicada (Pi)

Es la energía por unidad de tiempo entregada por los gases al pistón,

durante uno o varios ciclos

inVpmidt

dWP d

i

i cilindroun

_

donde : pmi: Presión media indicada Vd: Volumen de desplazamiento Z: N° de cilindros n: [rpm] i: 1/2 para motores de 4 tiempos i: 1 para motores de 2 tiempos D: Diámetro del cilindro s: Carrera

inVZpmiinVpmipmipmidt

dWP ddcilzcilcil

i

imotor ....21

inVZpmiP dimotor

insZ

D

pmiPmotori

4500

4

2donde: Pi en [CV] D en [cm] s en [m] n en [rpm]

Determinación de la Potencia Indicada.

- Por Indicador de Diagrama (Mecánico o por transductor-Osciloscopio).

- Por Método Morse.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

24

- Determinación de la Potencia Indicada por Indicador de Diagrama.

El área se puede medir con papel milimetrado, por peso, con un planímetro.

En el motor de 4T es necesario restar el área correspondiente al trabajo de bombeo.

- Determinación de la Potencia Indicada por Método Morse.

Entrega valores inferiores al diagrama indicado, los valores no son totalmente fiables

CilzCilCil eeee PPPP ...21

Si se descuelga cilindro N°1, la ecuación queda

132...

1 CilCilzCilCil Roceeeee PPPPP


231...

2 CilCilzCilCil Roceeeee PPPPP

En el caso del laboratorio kDiagramaoL

DiagramaAreapmi

_arg

_

K: constante del resorte

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

25


3421...

3 CilCilzCilCilCil Roceeeeee PPPPPP

Al resolver el sistema de ecuaciones queda

cilZiRocecilZe

ciliRocecile

ciliRocecile

PPP

PPP

PPP

CilZ

Cil

Cil

.....

22

11

2

1

Sumando lo anterior, se obtiene la Pindicada del motor

Z

z

iRoce

Z

z

e

cilZiciliciliRocecilZeRocecileRocecile

cilzcilzcilz

CilZCilCil

PPP

PPPPPPPPP

11

2121

)(

......21

motoriRocemotore PPPmotor

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

26

1.2.8. Potencia efectiva, al freno o útil.

insZ

D

pmePmotore

4500

4

2

donde: Pe en [CV]

D en [cm]

s en [m]

n en [rpm]

donde: pme: Presión media efectiva

Vd: Volumen de desplazamiento

Z: N° de cilindros

n: [rpm]

i: 1/2 para motores de 4 tiempos

i: 1 para motores de 2 tiempos


s: Carrera

inVZpmeP demotor

Recordar que: kWnFRPf

31060

2

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

27

reemplazando en: WnRFPf

60

2

1.2.9. Par motor o Torque

mNRFT

Se obtiene:

mNn

PT

WnTP

f

f

2

60

60

2

n

PT

nTP

f

f

2.716

2.716donde Pf en [CV]

T en [Kgf m ]

n en [rpm ]

1.2.10. Potencia de Roce (Proce)

ElectricoMotorElectricaRoce PP _

Se puede calcular de dos formas:

1° Girando el MCI con un motor eléctrico a las rpm de medición

2° Con la P indicada

eiRoce PPP

La Potencia de roce es proporcional al cuadrado de la velocidad.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

28

1.3. Magnitudes Característicos en los MCI

- Potencia Efectiva (Pe o Pf), ver ítem 1.2.8.

- Torque o Par Motor, ver ítem 1.2.9.

- Consumo Especifico (be).

- Consumo Horario (B), ver ítem 1.2.1.

- Presión media indicada, efectiva y de roce (pmi, pme y pmr), ver ítem 1.2.6.

- Relación de Compresión.

- Relación aire combustible, relación de aire.

- Rendimientos (Efectivo, Indicado, Térmico, de Calidad, Mecánico, Grado de

transformación del combustible, Volumétrico). Ver ítem 1.5.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

29

Valores de pmi [kg/cm2]

rpm 6 7 8 9 10

1000 5.5 a 7 11 a 13 13 a 16 16 a 20 18 a 22

1500 6 a 7.5 11 a 14 13 a 16 16 a 20 18 a 22

2000 6 a 7.5 11 a 14 13 a 16 16 a 20 18 a 22

2500 5.5 a 6.5 8 a 11 10 a 13 12 a 16 16 a 20

3000 5.5 a 6.5 8 a 10 10 a 12 12 a 15 15 a 18

3500 5 a 6 7 a 9 9 a 11 10 a 15 12 a 15

4000 3 a 5 6 a 7 7.5 a 8.5 9 a 11 10 a 12

4500 3 a 4 4 a 5.5 5 a 7 - -

5000 2 a 3 3 a 4 4 a 5.5 - -

Relación de Compresión

Presión media efectiva

Motores Presión media efectiva

[bar]

Motocicletas -12

Automóviles Otto (s/sobrealimentación) 7,9 - 13

Camiones Diesel (c/sobrealimentación) 9 - 18

Motores Diesel rápidos grandes 6 - 22

Diesel semi-rápidos 15 - 25

Valores característicos de la pmi y pme

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

30

Relación de compresión ()

donde: Vh= Volumen sobre la cabeza del pistón en el P.M.S.

Vd = Volumen desplazado por el pistón (volumen entre P.M.S. y P.M.I.)

Valores Característicos:

- Motores ciclo Otto : 6,5 - 11

- Motores ciclo Diesel : 15 - 22

h

dh

V

VV

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

31

Consumo especifico de combustible (be)

e

eP

Bb

Unidades normales para be son :

[g / (cv · h)]

[lb / (HP · h)]

[g / (kw · h)]

Valores característicos a 100% de carga:

- Motores ciclo Otto be= 230 a 350 [ g / (cv h)

- Motores ciclo Diesel lento (hasta 150 [rpm]), be= 150 [ g / (cv h)

- Motores ciclo Diesel Rápidos (1800 a 3000 [rpm]), be= 180 [ g / (cv h)

e

eP

Bb

310

donde: be en [g / (cv · h)]

B en [kg / h]

Pe en [CV]

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

32

B

t

V

B

m

ecombustiblkg

airekgRAC

emaire

emaireemaire

realaire _

__

_

][

][

Proporción o relación de aire ():

tricaestequiome

real

RAC

RAC

Mezcla Pobre: Si se tiene exceso de aire > 1.

Mezcla Rica: Si se tiene defecto de aire < 1.

Mezcla estequiométrica: Si no hay exceso ni defecto de aire = 1.

Relación de aire/combustible (RAC)

Valores característicos de RAC utilizando combustibles comunes son:

Motor ciclo Otto 10,6 < RAC < 17

Motor ciclo Diesel 22 < RAC < 120

Valores característicos de utilizando combustibles comunes son:

Motor ciclo Otto 0,7< <1,1.

Motor ciclo Diesel 1,4 < < 8.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

33

Relación Peso/Potencia.

Tipos de Motores Peso/Potencia (kg/kW)

Motores Diesel grandes lentos 40 - 55

Motores Diesel semi-rápidos 10 - 19

Motores Diesel rápidos 5,5 - 11

Motores Diesel Camiones 4 - 5,5

Motores Otto autos 2

Motores de competición 0,4 - 0,8

Relación potencia efectiva/volumen desplazado (cilindrada).

Tipos de Motores Potencia efectiva/Volumen desp.

(kW/l)

Motores Diesel lentos (2T, n=100 rpm) 1,5 - 3

Motores Diesel Semi-rápidos (n=500 rpm) 4,5 - 7,5

Motores Diesel rápidos (n=1000 rpm) 9,5 - 15

Motores Diesel vehicular 13 - 19

Motores Otto 30 - 48

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

34

Factor de Corrección debido a Condiciones Atmosféricas

La Potencia efectiva es influenciada por las condiciones atmosféricas de presión

barométrica, Tº ambiental y humedad relativa del aire.

Condiciones normales definidas por la SAE (Society of Automotive Engineers)

Taire seco = 15.6 [°C]

Patm= 760 [mm de Hg] = 29.92 [pulg Hg]

a

aa

a P

TT

PCF

2

1

74.446.288

760

Donde: CF: Factor de Corrección para Pe, pme y T

Pa: P° barométrica [cm Hg]. (para aire seco)

Ta : T° Absoluta [K]

El Factor de Corrección (FC) utilizado se emplea como factor multiplicativo en la Pe, pme y T en ensayos realizados a 100% de carga. No se debe emplear en el be

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

35

a

aa

a P

TT

PCF

2

1

31.1520

92.29

Donde: CF: Factor de Corrección para Pe, pme y T

Pa: P° barométrica [pulg Hg]. (Para aire seco)

Ta : T° Absoluta [K]

La Pa (presión barométrica para aire seco) se calcula con la siguiente relación:

vaa PPP '

Donde: Pa: P° barométrica [cm Hg] o [pulg Hg]. (Para aire seco)

Pa’: P° barométrica medida [cm Hg] o [pulg Hg]

Pv : P° del vapor de agua en el aire [cm Hg] o [pulg Hg]

Por lo general se considera Pa = Pa’, salvo si la humedad del aire o su temperatura es

elevada.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

37

1.4. Dimensiones Características

Dimensionamiento básico

Cilindrada

La cilindrada se calcula:

- Caso 1: motores de automóviles y motocicletas.

3

1

2

4

4

Zk

VD

D

sk

ZsD

ZVV

h

dh

donde: Vh: Cilindrada


S: Carrera

Z: N° de cilindros

k : Relación carrera / diámetro.

Determinada por el fabricante.

Valores comunes

k = 0,6 - 1,1

Nº de cilindros: motocicletas : 1, 2, 3, 4.

autos : 3, 4, 6, 8. (V)

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

38

- Caso 2 : motores pesados : potencia revoluciones.

3

1

3

1

2

4_

4

4

inZkpme

PDobtienese

Zk

VDpero

inpme

PV

inZVpmePyZsD

ZVVSi

eh

eh

dedh motor

Para :

- Camiones Diesel : s/sobrealimentación pme = 6 - 9 bar.

c/sobrealimentación pme = 9 - 11 bar.

- Camiones semi- rápidos : s/sobrealimentación pme = 5 - 7 bar.

c/sobrealimentación pme = 8 - 10 bar.

c/sobre/intercooler pme = 12 - 20 bar.

- Motores lentos 2T : c/sobre/intercooler pme = 9 - 15 bar

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

39

Velocidad media del pistón (Cm)

Una vuelta del cigüeñal = dos carreras del pistón.

Factores que limitan la Cm:

– Fuerzas inerciales.

– Perdidas por roce.

– Rendimiento volumétrico.

– Desgaste. 000.30

][][]/[

][][2min]/[

rpmnmmssmC

rpmnmmsmmC

m

m

Tipos de Motores Cm [m/s]

Motocicletas 19

Autos - Otto 9,5 - 19

Camiones - Diesel 9,5 - 14

Diesel rápidos 7 -12

Diesel semi rápidos 5,3 - 9,5

Lentos 2T 6 - 7

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

40

Influencias de la velocidad media del pistón en el rendimiento de llenado

100

90

80

v%

0 2 4 6 8 10 12 14

Diesel

Spark-ignition

Mean piston speed, m/s

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

41

Valores recomendados

Para relación k = s/D

- Camiones Diesel: k = 0,9 - 1,2

- Semi - rápidos: k = 1,2 - 1,4

- Lentos 2T: k = 1,8 - 2,2.

Nº de cilindros (Z)

- Camiones Z = 6 - 8

- Motores estacionarios y de barcos :

en línea : Z = 1 -12

en V : Z = 8 - 20

Estatismo

%100argmax_

argmax_max_

ac

acvacío

n

nn

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

42

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

43

,

,

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

44

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

45

Clasificación de motores de ciclo Diesel según la velocidad de rotación.

- Diesel lentos: Rango de velocidad de 10 a 30 [rpm] en el sector de las 60 [rpm] a

las 200 [rpm].

- Diesel semi-rápidos: Rango de velocidad de 100 a 150 [rpm] en el sector de las

400 a las 600 [rpm]

- Diesel rápidos: Rango de velocidad de 500 a 1500 [rpm], dentro del sector de las

1000 a las 2800 [rpm]

- Diesel super rápidos o automotrices: alcanzan velocidades máximas del orden de

5000 [rpm]

Clasificación de MCI según potencia.

- Motores chicos: bajo 10 [CV/cil]

- Motores medianos: de 10 [CV/cil] a 100 [CV/cil]

- Motores grandes: sobre 100 [CV/cil]

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

46

1.5. Método de calculo de Rendimientos

Donde: e : Rendimiento Útil o Efectivo

i : Rendimiento Indicado

v = th : Rendimiento Perfecto, teórico o térmico

g : Rendimiento de Calidad (grado de calidad)

mec : Rendimiento Mecánico

Pc : Potencia del Comb.

Pv : Potencia del motor

ideal (ciclo cerrado)

Pi : Potencia Indicada

Pe: Potencia Efectiva

Pr: Potencia de Roce

La cadena del Rendimiento

DIN 1940

Pemec

Pr

Pc = mf.Hinf = 100%

Pv

Pii

e

v

gh

h

hh

h

mec

i

e v

gh

hh

h

h = Pe / Pc

= Pe / Pi= Pi / Pc

= Pi / Pv

= Pv / Pc

Potencias y Rendimientos (DIN 1940)

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

47

Rendimiento Útil o Efectivo o Global. ( e )

Cuantifica la eficiencia de transformación energética de un motor.

iMece

comb

eGlobale

HB

P

P

P

inf

El rendimiento efectivo esta dentro del orden de:

25% en los motores ciclo Otto

33 a 35% para los motores ciclo Diesel

Rendimiento Indicado. ( i )

Cuantifica la eficiencia de transferencia de energía por parte de los gases a los

pistones. (también se conoce como rendimiento térmico indicado)

infHB

P

P

P i

comb

iIndicado

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

48

Rendimiento Perfecto o Teórico o Térmico (v o thd )

Cuantifica la eficiencia del ciclo termodinámico teórico.

c

vThdv

P

P Donde:

Pv : Potencia del motor ideal (ciclo cerrado).

Pc: Potencia del Combustible

istradosu

utilizadoThd

Q

Q

min

En motor ciclo Otto se tiene:

Compresióndelaciónv

v

C

Ck

v

p

kThd

__Re

4.1

11

2

1

1

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

49

En motor ciclo Diesel se tiene:

1

1

1

__Re

4.1

1

111

2

3

2

3

2

1

1

L

L

T

T

v

vL

Compresióndelaciónv

v

C

Ck

L

L

k

v

p

k

kThdMEC

A igual Relación de Compresión en motor ciclo Diesel y motor ciclo Otto, se obtiene

que:

thd Otto > thd Diesel

En el motor ciclo diesel el rendimiento aumenta progresivamente a medida que la

carga disminuye (es igual al ciclo Otto en el limite de carga cero).

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

50

Rendimiento de Calidad o Grado de Calidad (g)

Indica con qué exactitud se puede aproximar el ciclo real con el teórico termodinámico.

Contiene todas las pérdidas internas

donde:

gHD : Grado de calidad del ciclo a alta presión

gLW : Grado de calidad del cambio de carga

Pi: Potencia Indicada

Pv : Potencia del motor ideal (ciclo cerrado).

v

igLWgHDg

P

P

Valores característicos:

- Motor Otto actual g = 0,4 - 0,7

- Motor Diesel actual g = 0,6 - 0,8

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

51

gHD : Grado de Calidad del ciclo a alta presión.

v

i

gLWgHDgP

P

- Ciclo real de trabajo a alta presión.

- Perdidas de calor por las paredes.

- Gas real.

- Velocidades finitas de aporte y cesión de calor.

- Cp variables.

gLW : Grado de Calidad del cambio de carga.

- Cambio de carga real.

- Perdidas de caudal.

- Calentamiento de la mezcla o del aire, otros.

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

52

Gráfico de g v/s para motor ciclo Otto y motor ciclo Diesel

g

0.8 1.0 1.2 1.4

g

1 2 3 4

0.9

0.8

0.7

0.9

0.8

0.7

Motor ciclo Otto Motor ciclo Diesel

v

igLWgHDg

P

P g : Grado de Calidad

: Relación de Aire Lambda

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

53

Rendimiento Mecánico. ( mec )

Cuantifica la eficiencia de transferencia de energía de los pistones al eje del motor.

El mec indica las pérdidas mecánicas.

i

Roce

i

Rocei

i

eMec

P

P

P

PP

pmi

pme

P

P

1

Si se reduce el roce aumenta el Rendimiento mecánico.

La cadena del rendimiento se representa como:

c

eMeciMecgLWgHDvMecgve

P

P

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

54

Grado de Transformación del Combustible. ( b )

Esta variable permite cuantificar la calidad de la combustión.

c

ccb

P

PP'

donde: Pc: Potencia del Combustible

Pc’ : Potencia del combustible no quemado

Rendimiento de Llenado o Rendimiento Volumétrico. vol o a

Relación de masa real y teórica (estática) a ingresar en el motor.

Permite explicar el comportamiento característico de las curvas Pe , be.

inZsD

inVm

t

Vm

m

m

MotorentMotorentMotor

Motorent

motorent

motorent

AireAiredteoAire

Aire

Aire

AirerealAire

teoAire

realAire

avol

604

602

_

_

_

_

donde: Flujo másico [kg/h]

V en [m3]

D, s en [m]

n en [rpm]

i = 0,5 motor 4T

en [kg/m3]

Laboratorio MCI.



Revisión N° 5

55

Valores: Motor ciclo Diesel sin sobrealimentación app. un 90% Motor ciclo Otto sin sobrealimentación app. un 85%.

Algunas variables que influyen en el Rendimiento de llenado son:

– Densidad de la carga y dilución de gases.

– Perdidas de carga.

– Velocidad de giro del motor. (tiempos de apertura y cierre de válvulas).

Rendimiento Global de la máquina. global máquina

Asociado a la máquina motriz total.

l

km

eCombustiblConsumidoVolumen

corridaciaDisMáquinaGloba

__

Re_tan_

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