Tema 5. La Renovación de La Carga en Mcia

8/18/2019 Tema 5. La Renovación de La Carga en Mcia

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Motores Térmicos- 2.015

TEMA 5. Renovación de carga en los MCIA

Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

TEMA 5: A RE!"#ACI$! %E A CAR&A E! "' MCIA

1 de 47



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

(!%ICE %E C"!TE!I%"'

0. C"!CE)T" %E RE!"#ACI$! %E A CAR&A

1. RE!"#ACI$! %E A CAR&A E! *T

- RENDIMIENTO VOLUMÉTRIO

- !OTENI" # !ME EN $UNI%N DEL REND& VOLUMÉTRIO

- $"TORE' DE $UNION"MIENTO

- $"TORE' DE DI'E(O )EOMÉTRIO

2. RE!"#ACI$! %E A CAR&A E! 2T

- !ROE'O DE *"RRIDO& TI!O' DE *"RRIDO

- EV"LU"I%N DEL !ROE'O DE *"RRIDO+. '",REAIME!TACI$!

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


EVOLUCIÓN DEL FLUÍDO

1. A%MI'I$! %E (%" M"T"R

2. C"M)RE'I$!

+. C"M,'TI$! / E)A!'I$!

*. E'CA)E %E "' )R"%CT"' EMA%"'

RENOVACIÓNDE LA CARGA

PROCESOTERMODINÁMICO

BÁSICO

CORTOCIRCUITO

REFLUJO

CANTIDAD DE

RESIDUALES DEL CICLO ANTERIOR

3 de 47

CANTIDAD DE FLUIDOMOTOR QUE ACCEDE

AL CICLO



Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


IMPORTANCIA DEL PROCESO DERENOVACIÓN DE LA CARGA

eC f e H m N η ⋅⋅= &

eC ae H F m N η ⋅⋅⋅= &

LA POTENCIA DEL MOTOR ES

PROPORCIONAL A LA CANTIDAD

DE FLUIDO ADMITIDO POR ÉSTE.

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


POTENCIA Y PRESIÓN MEDIA EFECTIVA ENFUNCIÓN DEL ηV

ecviaTe HFniVN η⋅⋅⋅η⋅ρ⋅⋅⋅=

ecaecf e HFmHmN η⋅⋅⋅=η⋅⋅= &&

ecvia HFpme η⋅⋅⋅η⋅ρ=

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


FACTORES DE FUNCIONAMIENTO QUEAFECTAN AL ηV

1. MA&!IT%E' )RI!CI)AE' R&IME! / &RA%" %E A%MI'I$!

2. MA&!IT%E' AM,IE!TAE' )RE'I$! / TEM). ETERI"R

+. RE&A4E' %"'A%" / TEM). %E A&A %E RERI&ERACI$!

*. "TR"' #A)"RIACI$! %E C"M,'TI,E

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


FACTORES DE FUNCIONAMIENTO

RÉGIMEN DE GIRO

A ELEVADAS VELOCIDADES Y RECORRIENDO CONFIGURACIONES GEOMÉTRICAS

SIMILARES, LOS FLUIDOS SE COMPORTAN HIDRODINÁMICAMENTE IGUAL SI TIENEN EL

MISMO Nº DE MACH.

¿POR QUÉ?

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y Motores Térmicos



RÉGIMEN DE GIRO

v D

m

V

pistónv

D

m

V

p

C

c

D

D

C

c

A

Au η

α α

π η

α α

π ⋅

−⋅⋅

=⋅

−⋅⋅=

12

2

12

VELOCIDAD MEDIA DELFLUIDO EN LA

ADMISIÓN

D DIMETRO DEL !I'T%NDV DIMETRO DE L" VLVUL"

cm VELOID"D LINE"L MEDI" DEL !I'T%ND OE$IIENTE DE DE'"R)" MEDIO./ - .0 N)ULO' DE "!ERTUR" # IERRE DE "DMI'I%N"V 'EI%N DE !"'O

ρ

α α α

⋅⋅==

u A

m

m

mC

V

m

TEÓRICA

m D

&

&

&COEF. DE DESCARGA

INSTANTÁNEO

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos



RÉGIMEN DE GIRO

v D

m

V V aC

c

D

D M η

α α

π ⋅

−⋅

⋅⋅

=

12

2

Nº DE MACH MEDIO EN VÁLVULA

SIMPLIFICANDO

1v12

≈η⋅α−α

π

V D D

LC ⋅= 45.1

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y Motores Térmicos



RÉGIMEN DE GIRO

C"!C'I"!E'

DI'E("R !"R" N1 DE M"2 I)U"L O IN$ERIOR " 3&4

DO' MOTORE' ON MI'MO N1 DE ILINDRO' # OLETORE' DE

"DMI'I%N 'IMIL"RE' TIENEN L" MI'M" URV" 6# 5 MV

EL N1 DE RE#NOLD' 2"E RE$ERENI" " L"' !ÉRDID"' DE "R)" #TR"N'$ERENI" DE "LOR6 MU2O MENO' IN$LU#ENTE' EN EL +7

8UE EL Mac9 :compresi;i


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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos



GRADO DE ADMISIÓN

ipa

i

vpa

v

p

p≈

η

η

ipa

i

vipa

vi

vpa

v

ρ

ρ

η

η

η

η ⋅=

+7 REND& VOL& ONDIIONE' OLETOR DE "DM+7!a REND& VOL& ONDIIONE' OLETOR DE "DM !"R" !LEN" "DMI'I%N,i DEN'ID"D EN ONDIIONE' i,i!a DEN'ID"D EN ONDIIONE' i !"R" !LEN" "DMI'I%N

I&A

TEM)ERATRA

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y Motores Térmicos



TEMPERATURA EXTERIOR

extv Tk =η

)or 7n lado 'I Te8t AME!TA )R"CE'" M3' A%IA,3TIC" ME!"')R%I%A' )"R TRA!'ERE!CIA %E CA"R

E)ERIME!TAME!TE

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iaT

av

Vin

m

ρ⋅⋅⋅=η

&


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y Motores Térmicos



DOSADO VAPORIZACIÓN

DEL COMBUSTIBLE TEMPERATURA DEL

REFRIGERANTE

r

vT1111

K

+=ηMEC !" AECTA

ME) '"CI$! %E

C"M)R"MI'" E!TRE

E!RIAMIE!T" %E A

MECA / CAE!TAMIE!T"

%E C"ECT"R %E A%M. E!AIME!TACI$! )"R

CAR,RACI$!.

E! I!/ECCI$! ME4"RA E

6v E! ! 109.

TEM)ERATRA %E "'

&A'E' RE'I%AE':

MEC R 0.2 ; 0.<

AT" ME!"R 6v

ME) R 0.


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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


FACTORES DE DISEÑO GEOMÉTRICO

SECCIONES DE PASO - FORMA DE VÁLVULAS

)!T" M3' C"!ICTI#" %E 'I'TEMA %E A%MI'I$!> 'IE!%" E 3REA

&E"MTRICA %E'C,IERTA ?A#@ )ARA ! A'IE!T" C$!IC" %E 3!&" /

E#A!TAMIE!T" ?@> A 'I&IE!TE:

θ θ θ π cos)cos( ⋅⋅⋅⋅+⋅= Lsen L D A V V

#A"RE' E!TRE 0.25 / 0.+ %E

B%# !"' %A! E C% M3IM"

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C"!C'I"!E'

DI'E("R !"R" V"LORE' DE D ENTRE 3&0> # 3&?

VLVUL"' DE "DMI'I%N DEL ORDEN DEL ?3@ M' )R"NDE' " L"'

DE E'"!E6 É'T"' "$ET"N "L TR"*"AO DE *OM*EO6 NO "L +V

'OLUIONE' !"R" O!TIMIB"R EL !ROE'O MOTORE'

MULTIVLVUL"' :0 # 0=&


SECCIONES DE PASO - FORMA DE VÁLVULAS

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y Motores Térmicos



COLECTOR DE ADMISIÓN

C"!TI!A' ACEERACI"!E' / %ECEERACI"!E' E! E I%" %E A%MI'I$!

?4" )'AT"RI"@ / 'A,IE!%" E E I%" E' C"M)RE'I,E ?AIRE@:

'E !"' )RE'E!TA! !"' E!$ME!"' %E I!ERCIA E AECTA!

''TA!CIAME!TE A E!A%"> TA!T" )"'ITI#AME!TE ?&E"METR(A' /

RE&A4E' A%ECA%"'@ " !E&ATI#AME!TE ?&E"METR(A' I!A%ECA%A'@

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y Motores Térmicos




C"M)AREM"' 2 M"T"RE' M"!"CI(!%RIC"'> TRA,A4A!%" C"! I&A cm / M#:

)ARA E "' EECT"' %E I!ERCIA 'EA! I&AE'> 'E %E,ER3 CM)IR E A

REACI$! E!ER&(A CI!TICA-#"ME! %E CII!%R" 'EA! I&AE':

´2´

2

c`

2

c`

c`

2

2c

2c

c

S4

D

c

4

dL

2

1

S4

D

c

4

dL

2

1

⋅⋅π

⋅ρ⋅⋅π

⋅⋅

=

⋅⋅π

⋅ρ⋅⋅π

⋅⋅

#"ME! %EC"!%CT"

MA'A %EI%"

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Dpto de Máquinas

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ccm cd c D ⋅=⋅ 22

2

2

´

´

´

´2

2

mc

C

mc

C cd

D

S

Lc

d

D

S

L⋅

⋅=⋅

⋅

2

c´

´

´

c´

2

c

c

d

D

S

L

d

D

S

L

⋅=

⋅

TE!IE!%" E! CE!TA A ECACI$!

%E A C"!TI!I%A%:

'IM)IICAM"' / E&AM"' A:

%"' M"T"RE' E TE!&A! E

MI'M" MAC E! #3#A /

CM)A! E'TA ECACI$!

TE!%R3! I&A RE!%IMIE!T"

#"MTRIC"

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Dpto de Máquinas

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2

c´

´

´

c´2

c

c

d

D

S

L

d

D

S

L

⋅=

⋅

A/ M3'

')ERICIE %E )A'"

22 de 47


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Dpto de Máquinas

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C"!C'I"!E'1. C"M)RE'I,II%A% E I!ERCIA '"! "' ACT"RE' M3' IM)"RTA!TE'>

M"T"RE' C"! I&A M# / E CM)A! A EC. A!TERI"R> TE!%R3! I&A

6v.

2. 'I ''TITIM"' E C". %E A%M. )"R "TR" M3' AR&" ?" M3' E'TREC"@

AME!TAR3 A I!ERCIA %E I%" ME4"RA!%" E RE!%. #"MTRIC".

?A EE#A%A' RE#. A' )R%I%A' %E CAR&A C"!TRARRE'TA E'A ME4"RA@

+. A EE#A%A cm ?ATA' R)M@ I!TERE'A c ,A4A / dc &RA!%E

A ,A4A cm ?,A4A' R)M@ I!TERE'A c &RA!%E / dc ,A4"

"4"DD T"%" E" )ARA MA!TE!ER CTE A I!ERCIA 23 de 47



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ADMISIÓN VARIABLE

'I'TEMA' %E %"' /

TRE' )"'ICI"!E' %EA%MI'I$!


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RELACIÓN CARRERA-DIÁMETRO

E ηV !" #AR(A> 'I !" 'E M"%IICA A&=! )AR3METR" %E: cm " M# " A REACI$!

2

c

c

d

D

S

L

⋅" E '( "CRRE E' !A M"%IICACI$! E! A )"TE!CIA:

mPe c A pme

N ⋅⋅=4

ecva H F pme η η ρ ⋅⋅⋅⋅=%"!%E:

C"!C'I$!:

- A ME!"R CARRERA MA/"R )"TE!CIA ?A) E' M3' I!/E!TE E cm@

- A MENOR S/D MAYOR POTENCIA

Sn24D

4pmeN

2

e ⋅⋅π

⋅=

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OPTIMIZACIÓN DEL DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN

",4ETI#"': ME4"RAR E E!A%" / %I'MI!IR E TRA,A4" %E ,"M,E">

ACTA!%" '",RE: AAA ; RCA ; AAE - RCE

E#A!TAMIE!T" %E #3#A'>%E "R%E! %E +09 %E %#

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DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN

AAA A A,RIR E! A CARRERA A'CE%E!TE> 'E &E!ERA !A RE%CCI$! %E )RE'I$!

RE')ECT" A C"ECT"R %E A%MI'I$!> )"R A RE%CCI$! %E #"ME! %E A

C3MARA> C"! E C"!'I&IE!TE AME!T" %E &A'E' RE'C"'.

RCA &RACIA' A A I!ERCIA / C"M)RE'I,II%A% 'I&E! E!TRA!%" &A'E'RE'C"' E! A CARRERA A'CE%E!TE. ' )!T" %E CIERRE $)TIM" 'ER3 AE E! E

4" %E E!TRA%A 'E I!#IERTA.

C"TA' %E A%MI'I$!

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AAE %I'TI!&IM"' %"' )R%I%A': " E 'E %E4A %E &A!AR E! A CARRERA %EE)A!'I$! ?E@ / " E 'E )IER%E E! A CARRERA %E E'CA)E ?)E@ ,"M,E":EM E F )E AAE $)TIM" %E,E ACER M(!IM" E'E TRA,A4" )ER%I%"

RCE %I'MI!IR A MA'A %E RE'I%AE' E! E CII!%R". %E,E 'E&IR A,IERTAA'TA E )!T" E! E E E CA%A 'E A!A.

C"TA' %E E'CA)E

W bombeo ↓↓↓↓

W expansión↓↓↓↓

¡¡Compromiso!!

AAE esm7G

imHortante

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AAA RCE

AAERCAPMI

PMS

“Teórico”

AAA RCE

AAERCA

PMI

PMS

“Normal”

n moderado

AAA RCE

AAERCA

PMI

PMS

“Altas

prestaciones”

n elevado

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GENERALIDADES EN UN 2T

- %E'ARR"A !A CIC" C"M)ET" %E TRA,A4"

)"R #ETA %E CI&EJA 2T.

- !" EI'TE! #3#A' M,RERA' E

%E'C,RE / CIERRA E )I'T$!.

- A 'AI%A %E &A'E' EMA%"' 'E REAIA

&RACIA' A A )RE'I$! E')"!T3!EA A

%E'C,RIR A M,RERA %E E'CA)E ?E'C.

E')"!T3!E"@ / E EM)4E E E' )R"#"CA!

"' &A'E' RE'C"' %RA!TE E

-,ARRI%" )R"CE'" %E

RE!"#ACI$! %E A CAR&A..

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-TE$RICAME!TE:

- !"RMAME!TE> !" EI'TE 'I'TEMA %E %I'TRI,CI$!

'E!CIE MEC3!ICA.

- RE!%IMIE!T" I!ERI"R RE')ECT" A *T

MA/"R C"!'M" E')EC(IC".

- &ran Hresencia de gases de

C"RT"CIRCIT"

- REERIMIE!T"' TRMIC"' / MEC3!IC"' MA/"RE'

MA/"RE' R)M> MA/"RE' TEM)ERATRA'> %",E !K %E

CI')A'> ETC.

- ' '" 'E RE'TRI!&E A )EEJA' CII!%RA%A' ?ME)@/

&RA!%E' M"T"RE' E'TACI"!ARI"' ?MEC@.

31 de 47

T eT et N N cteV si 42

2=⇒=



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32 de 47

MOTOR SULZER:

14 cilindros en línea. 2086 Toneladas

Potencia: 108.920 CV a 102 rpm

Consumo: 6000 l/h


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CONFIGURACIÓN MOTOR MEP 2T

Cámara de combustión

Aletas de refrigeración

Escape

Admisión al cárter

Transferencia 33 de 47



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TIPOS DE BARRIDO

*"RRIDO !OR "RTER:ME! - !E8& ILINDR"D"'= *"RRIDO !OR *OM*"

:ME E'T"ION"RIO'=

CON O SIN BOMBA AUXILIAR

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TIPOS DE BARRIDO T - TransCerenciaE - Escape

T EE

EE

T

PMI PMI

Barrido transversal Barrido de lazo35 de 47



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TIPOS DE BARRIDO

FORMA DE LA CORRIENTE

TR"N'VER'"L '2NRLE M"N URTI'E8UIORRIENTE

E8UIORRIENTEON VLVUL"'

,ARRI%"' )"R A"36 de 47


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TIPOS DE BARRIDO


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y Motores Térmicos


PROCESO DE BARRIDO IDEAL

)R"CE'" %E ,ARRI%" E! E E A MECA RE'CA %E'A"4A T"TAME!TE A "' &A'E'

EMA%"'> 'I! )ER%ER'E !I!&!A RACCI$! )"R E C"!%CT" %E E'CA)E.

ρ ⋅

−

⋅⋅=

1C

C T REF

R

RV nm&

mRE$ )"'TO DE MEBL"VT ILINDR"D" TOT"Ln RÉ)IMEN DE )IRO, DEN'ID"D DE L" MEBL" $RE'":MEDID" " !R& DE E'"!E # TEM!& DE L"*OM*" DE *"RRIDO=R REL"I%N DE OM!RE'I%N

⋅+⋅= )( C T REF V V nm&

38 de 47


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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


PROCESO DE BARRIDO IDEAL

AIRE F C"M,'TI,E F #A)"R %E A&A A)ICA!%" A' E/E' %E %AT"!:

1. A )RE'I$! )ARCIA %E ! EEME!T" )ERTE!ECIE!TE A !A MECA &A'E"'A E' A

E E4ERCER(A "C)A!%" T"%" E #"ME! / E'TA!%" A A TEM)ERATRA %E 'TA.

2. A )RE'I$! %E A MECA &A'E"'A E' A 'MA %E A' )RE'I"!E' )ARCIAE'.

GASTO REAL

K

R

RV nm

C

C T REF ⋅⋅

−

⋅⋅= ρ

1

&

MEC: K = 1 SOLO HAY AIRE EN LA ADMISIÓN

MEP: VARIARÁ CON EL DOSADO Y EL PMOLECULAR DELCOMBUSTIBLE. PARA F = 1 Y OCTENO (C8H16) K = 1

K FRACCIÓN MOLAR DE AIRE1829

129

1

hP

F K

f M ++

=

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


PROCESO DE BARRIDO REAL

mREF

mSUM

mCAR

mRES

mCC

mRET

LO REAL - MA'A %E REERE!CIA REA 'MI!I'TRA%A

- MA'A RE'CA )"R E'CA)E C"RT"CIRCITA%A

- MA'A EMA%A E! E CII!%R" RE'I%A

- MA'A RE'CA E E#"CI"!A E! E CIC" RETE!I%A

- MA'A E I&!ICI"!A MA'A %E CAR&A

40 de 47


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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


PROCESO DE BARRIDO REAL

COEFICIENTES DE EVALUACIÓN

ρ⋅−

⋅⋅

==

1R

RVn

m

m

mR

c

cT

sum

REF

sumS

&

&

&

COEFICIENTE DE ADMISIÓN

REF

RETS

m

m

&

&=η

COEFICIENTE DE

CARGA

S

S

sum

RETRET

Rm

m η==η

&

&

RENDIMIENTO DE LA RETENCIÓN

RESRET

RETb

mm

m

&&

&

+=η

RENDIMIENTO

DEL BARRIDO

REF

RESRETLL

m

mm

&

&& +=η

COEFICIENTE DE

LLENADO

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


INTERPRETACIÓN DE COEFICIENTES

BARRIDO IDEAL

RET SUM mm && =1ª HIPÓTESIS: 0=CC m&

S S R=η 2ª HIPÓTESIS: 1==CAR

RET b m

m

&

&η

42 de 47


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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos


INFLUENCIA SOBRE PME Y NE

´eCSUMeCRETe HFmHFmN η⋅⋅⋅=η⋅⋅⋅= &&

ρ⋅−

⋅⋅⋅⋅⋅η⋅η=1R

RVnHFN

C

CTCeSe

INTRODUCIENDO LASDEFINICIONES DE R S Y ηS

ρ⋅−

⋅⋅⋅⋅⋅η⋅=1R

RVnHF'RN

C

CTCeSe

ρ⋅−

⋅⋅⋅η⋅η=1R

RHFpme

C

CCeS ρ⋅

−⋅⋅⋅η⋅=

1R

RHF'Rpme

C

CCeS

Y PARA LAS PRESIONESMEDIAS EFECTIVA

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

+. '",REAIME!TACI$!

INFLUENCIA SOBRE ELRENDIMIENTO VOLUMÉTRICO

44 de 47

iaT

av

Vin

m

ρ⋅⋅⋅=η

&

** Para un determinado motor y condiciones de

funcionamiento si aumenta la masa de aire que entra al

motor aumenta la potencia.

ecviaTe HFniVN η⋅⋅⋅η⋅ρ⋅⋅⋅=

La sobrealimentación aumenta

la masa de aire que entra al motor.


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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

+. '",REAIME!TACI$!

SOBREALIMENTACIÓN CONTURBO

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Dpto de Máquinas

y Motores Térmicos

+. '",REAIME!TACI$!

SOBREALIMENTACIÓN CONTURBO-INTERCOOLER

46 de 47

P ρ

T ρ


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+. '",REAIME!TACI$!

SOBREALIMENTACIÓN CONCOMPRESOR VOLUMÉTRICO

47 de 47

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