5.- terminos basicos del rendimiento del motor

Leccin 3: Trminos Bsicos del Rendimiento del Motor

Objetivos: Al terminar esta leccin el estudiante podr definir los trminos bsicos referentes al rendimiento del motor y realizar los clculos de cilindrada, relacin de compresin y potencia del motor. Material de Referencia: Glosario Introduccin: Para entender el diseo y el rendimiento de un motor diesel, es necesario conocer los trminos relacionados y cmo realizar los clculos matemticos que se aplican a los motores diesel. LEXQ8150

Leccin 3: Terminologa del Rendimiento del Motor

Unidad 1 Leccin 3

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Fundamentos del Motor

Esta presentacin tratar acerca del rendimiento del motor y los trminos bsicos correspondientes.

Fig. 1.3.1

Existen mltiples factores que determinan el rendimiento del motor. Las condiciones de operacin del motor y su aplicacin especfica afectan su rendimiento. Sin embargo, muchos de los factores determinantes del rendimiento dependen de la fabricacin del motor. Algunas de las especificaciones bsicas que dependen del fabricante del motor y que afectan su rendimiento son: Dimetro del cilindro Carrera Cilindrada Relacin de compresin El rendimiento del motor se calcula generalmente comparando la potencia de salida y/o la eficiencia del motor. Estos valores pueden medirse de diferentes modos. Deben conocerse las bases de estas mediciones y las especificaciones del fabricante para entender mejor los efectos que todos estos factores y mediciones tienen en el rendimiento del motor.

Unidad 1 Leccin 3

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D IA M E T R O D E L C I L I N D R O

TDC CA RR E RA

BD C C IG U E A L E N TD C

CI G U E AL E N B DC

Fig. 1.3.2

Punto muerto superior (TDC) El punto muerto superior (TDC) es el termino usado para describir la posicin del pistn cuando est en el punto ms alto del cilindro. Esto ocurre cuando el cigeal y la biela estn extendidos completamente y en lnea recta uno al otro. La mayora de los eventos de la operacin del motor se identifican por la posicin del cigeal, medida en grados, ya sea antes o despus del TDC. Punto muerto inferior (BDC) El punto muerto inferior (BDC) es un trmino usado para describir la posicin del pistn cuando el pistn est en el punto ms bajo del cilindro. Esto ocurre cuando el cigeal y la biela estn retrados completamente y en lnea recta uno con el otro. Dimetro del cilindro (B) El dimetro del cilindro es el trmino usado para describir el dimetro del cilindro del motor. El dimetro del cilindro es medido generalmente en milmetros o pulgadas. Carrera (L) La carrera es el trmino usado para describir la distancia que un pistn viaja en el cilindro del motor. La carrera se mide como la distancia entre las posiciones del pistn de BDC a TDC. La carrera est determinada por el diseo del cigeal. La carrera es igual al doble del paso del cigeal. La carrera generalmente se mide en milmetros o pulgadas.

Unidad 1 Leccin 3

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Cilindrada del motor El dimetro del cilindro, la carrera y el nmero de cilindros determinan la cilindrada del motor. La cilindrada del motor es el volumen desplazado por todos los cilindros durante un giro completo. La cilindrada del motor se calcula usando la siguiente formula: Cilindrada = donde... p i r2 radio L n = = = = =

p x r2 x L x n i

22/7 radio x radio 1/2 dimetro del cilindro carrera nmero de cilindros en el motor

M O TO R DIE S EL17 A 1

Fig. 1.3.3

Relacin de compresin La relacin de compresin de un motor est determinada por la cilindrada y el volumen de la cmara de combustin. Para calcular la relacin de compresin use la siguiente frmula: CR = Volumen total del cilindro Volumen de la cmara de compresin

Generalmente la relacin de compresin de los motores diesel est en la gama de 11:1 a 22:1. La relacin de compresin de los motores diesel es significativamente ms alta que la de los motores de gasolina. Los motores diesel usan esta relacin de compresin ms alta para aumentar la presin en la cmara de combustin. Las presiones ms altas causan aumento de temperatura de la mezcla aire y combustible en la cmara de combustin. Esta temperatura ms alta [aproximadamente 532 0C (1.000 0F)] permite que el combustible diesel se encienda sin necesidad de usar una buja de combustin.

Unidad 1 Leccin 3

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Trabajo El trabajo se define como la fuerza aplicada por la distancia. W = F x D Potencia La potencia se define como la velocidad a la cual se realiza el trabajo. P = F x D / t o P = W / t donde t en la frmula es el tiempo en que se realiza el trabajo. La medida estndar de potencia en el sistema mtrico es el kilovatio (kW), y en el sistema ingls el caballo de fuerza (HP). 1 HP = 0,746 kW 1 kW = 1,340 HP El termino "caballo de fuerza" se debe originalmente a James Watt, inventor escocs. Watt observ en una mina de carbn la capacidad de un caballo de transportar carbn. Watt defini como 1 HP la capacidad de un caballo de transportar 33.000 libras de carbn, una distancia de 1 pie en un minuto. La potencia puede expresarse en diferentes formas: La potencia indicada (IP) es la potencia terica que un motor es capaz de producir. Se calcula multiplicando la cilindrada del motor por la presin media efectiva en el cilindro en libras por pulgada cuadrada y dividiendo por 33.000. La potencia al freno del motor (BP) es la potencia encontrada al probar fsicamente el motor en un dinammetro. Un dinammetro es un dispositivo acoplado a un motor con el propsito de medir la salida de par y la potencia del motor. La potencia de friccin (FP) es la potencia que el motor requiere para sobrepasar las prdidas por friccin de los cojinetes, engranajes y otras piezas mviles del motor. La potencia de friccin aumenta si aumenta el tamao y/o la velocidad del motor. BP = IP - FP

Unidad 1 Leccin 3

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Par Cuando el motor est en funcionamiento, la combustin mueve los pistones hacia abajo en los cilindros. Este movimiento hacia abajo del pistn se transmite a las bielas y permite a su vez que el cigeal gire. La fuerza de torsin resultante producida por el cigeal se llama par. El par y la potencia producida por el motor se relacionan en la siguiente ecuacin: HP = T x rpm / 5.252 NOTA: Esta frmula no puede usarse con unidades mtricas. Convierta las unidades mtricas en unidades inglesas antes de realizar los clculos. En donde: T = Par (medido en pies libra) 5.252 = 33.000 / 2p (constante) i La constante 5.252 resulta de dividir las 33.000 libras, en la frmula de potencia de Watt, entre el valor angular de una rotacin del cigeal en radianes, 2p i. El par se mide en pies-libra (pie-lb) en el sistema ingls y en Newton-metros (Nm) en el sistema mtrico. 1 pie lb = 1,3558 Nm 1 Nm = 0,7376 pie lb Friccin Se requiere cierta fuerza para deslizar las superficies de dos objetos una contra la otra. La resistencia a este movimiento se llama friccin. A medida que la carga aumenta, la friccin aumenta. Por ejemplo, se requiere ms fuerza para arrastrar un objeto pesado que uno liviano. Tambin influye la condicin de las dos superficies en contacto. Debido a esto, es tan importante el sistema de lubricacin de un motor. La pelcula de aceite entre las piezas en movimiento de un motor mantiene la friccin muy baja entre las dos superficies. Esto no solamente da al motor una vida de servicio ms larga, sino tambin crea menos arrastre en el motor, reduce la cantidad de potencia de friccin y permite que el motor tenga ms potencia al freno.

Unidad 1 Leccin 3

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Inercia La primera ley de movimiento de sir Isaac Newton expresa que un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento y que un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo, hasta que acta sobre l una fuerza externa. Este fenmeno se debe a la inercia que todo objeto posee. La cantidad de inercia de un objeto es directamente proporcional a la cantidad de masa que tiene el objeto. Por ejemplo, un carro tiene ms inercia que una bicicleta. Por esta razn es ms difcil mover o detener un carro que una bicicleta. Eficiencia La eficiencia de un motor se expresa como el porcentaje de potencia real comparado con la potencia terica del motor. La potencia real producida por un motor es siempre menor que la potencia terica. Hay varios modos de definir la potencia del motor. La eficiencia volumtrica se define como la capacidad del motor de llenar el cilindro con aire en la carrera de admisin comparado con el cilindro completamente lleno de aire con presin atmosfrica. Debido a que el aire debe ser aspirado dentro del cilindro con el movimiento hacia abajo del pistn, el motor nunca es capaz de llenar el cilindro completamente. La potencia del freno es la cantidad de potencia til real que produce el motor. La potencia indicada es la cantidad de potencia terica que el motor debe ser capaz de producir. La eficiencia mecnica es la relacin de la potencia al freno y la potencia indicada. BP / IP = Eficiencia mecnica La eficiencia trmica se define como el grado al cual un motor es capaz de convertir con xito la energa del combustible en energa calorfica para hacer que los pistones giren el cigeal. La eficiencia del combustible se define de diferentes maneras. La ms comn es la que se expresa en kilmetros por litro (km/L), o millas por galn (millas/galn EE.UU.), y se usa para describir la eficiencia de combustible de un motor en una aplicacin de carretera, como por ejemplo, en un camin. La eficiencia de combustible para aplicaciones marinas e industriales se expresa en litros por hora (L/h) o galones por hora (galn EE.UU/h) a la velocidad de clasificacin. La eficiencia de combustible se expresa tambin en consumo de combustible especfico al freno (bscf). El bscf se define como la cantidad de combustible usado por unidad de potencia y tiempo. El bscf de un motor se expresa ya sea en g / (kW h) o lb / (hp h).

Unidad 1 Leccin 3

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Condiciones atmosfricas Para producir los niveles deseados de potencia, los motores diesel requieren grandes volmenes de aire. Por tanto, la presin atmosfrica, la temperatura ambiente y la humedad relativa del aire juegan tambin un papel importante en las caractersticas de rendimiento del motor. La presin atmosfrica es la que fuerza el aire dentro del motor. La presin atmosfrica es la presin ejercida sobre la superficie de la tierra debido al peso de la atmsfera (el aire que rodea la tierra). La presin atmosfrica es mayor a nivel del mar que en la cima de una montaa. Refirase a la figura 1.3.4.

Fig. 1.3.4

A manera de ejemplo, debido al aumento de presin a nivel del mar el aire es ms denso que el aire en la cima de una montaa. El aire denso permite que ms molculas de aire entren en el cilindro. Esto permite que el combustible se queme casi totalmente en un motor diesel, lo que produce ms potencia. A esto se debe que los motores rindan mejor en altitudes bajas, donde el aire es ms denso. La temperatura ambiente del aire tambin juega un papel importante cuando necesitamos mayor cantidad de aire en el cilindro. A menor temperatura del aire, ms densa la carga de aire que entra en el cilindro. A mayor densidad del aire se produce en forma eficiente ms potencia en el motor. La humedad es tambin un factor importante en la combustin del motor diesel. La humedad es una medida relativa de la cantidad de vapor suspendido en el aire. El vapor suspendido tiene un efecto de enfriamiento del aire cuando entra en el motor. Por tanto, a mayor humedad del aire, es ms fro y denso, y se produce mayor potencia en el motor.

Unidad 1 Leccin 3 - Ejercicio 1.3.1

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Unidad 1 - Ejercicio 1.3.1 Defina los siguientes trminos: TDC - Punto muerto superior: BDC - Punto muerto inferior: Dimetro del cilindro: Carrera: Cilindrada: La posicin ms alta que alcanza un pistn en el cilindro. La posicin ms baja que alcanza un pistn en el cilindro.

El dimetro de cada cilindro en un motor.

La distancia que recorre el pistn de BDC a TDC. El rea circular de un cilindro multiplicado por la carrera y multiplicado por el nmero de pistones. Tambin se conoce como el volumen de barrido. La relacin entre el volumen total del cilindro y el volumen de la cmara de combustin.

Relacin de compresin:

Trabajo: Potencia:

Una fuerza aplicada sobre una distancia. La velocidad a la que se realiza el trabajo. Una unidad estndar de medida para potencia en el sistema ingls.

Caballos de fuerza: Kilovatio: Par:

Una unidad estndar de medida para potencia en el sistema mtrico.

La cantidad de fuerza de torsin producida por el motor. La potencia que tericamente puede producir un motor. Una medida de la potencia real del motor disponible para trabajo til.

Potencia indicada:

Potencia del motor al freno:

Dinammetro:

Un dispositivo usado para medir la salida de par y potencia del motor. La relacin entre potencia al freno y potencia indicada. Da una idea de la prdida de potencia debido a la friccin del motor.

Eficiencia mecnica:

Eficiencia trmica: El grado en que el motor es capaz de convertir la energa del combustible en energa calorfica para hacer que los pistones giren el cigeal. Eficiencia volumtrica: La capacidad de un motor de llenar el cilindro con aire en la carrera de admisin comparada con el cilindro completamente lleno de aire a presin atmosfrica.

Copia del Instructor: Examen 1.3.1


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Eficiencia de combustible:

En general es la produccin realizada por un volumen dado de combustible. Puede expresarse en millas por galn, litros por hora, libras por caballo de fuerza-hora, etc.

Presin atmosfrica: Friccin: Inercia:

La presin en la superficie de la tierra debido al peso de la atmsfera.

La resistencia al movimiento debido al contacto de dos superficies. Propiedad de la materia que causa que un cuerpo en movimiento tienda a permanecer en movimiento y un cuerpo en reposo tienda a permanecer en reposo.


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Escriba las ecuaciones para calcular: Cilindrada: en donde... p i r2 radio L n Caballos de fuerza: HP Cilindrada = = = = = =

p x r2 x L x n i22/7 radio x radio 1/2 dimetro del cilindro carrera nmero de cilindros del motor

= T x rpm / 5.252

Usando el "Glosario" defina: Fuerza: La accin de un cuerpo sobre otro que tiende a cambiar el estado de movimiento del cuerpo sobre el que acta.

Calor:

Una forma de energa que hace que una substancia aumente de temperatura; energa asociada con el movimiento al azar de las molculas.

Unidad trmica inglesa (BTU):

La cantidad de calor requerida para convertir una libra de agua del estado slido al estado lquido a presin atmosfrica.

Presin media efectiva al freno (BMEP):

La presin media efectiva que acta en el pistn que resultara en la salida de potencia al freno dada, si no hubiera prdidas debidas a la friccin, enfriamiento y escape. Es igual a la presin media indicada multiplicada por la eficiencia mecnica del motor.


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Unidad 1 - Ejercicio 1.3.1 Defina los siguientes trminos: Calibre: Carrera: TDC - Punto muerto superior: BDC - Punto muerto inferior: Cilindrada: Relacin de compresin: Trabajo: Presin atmosfrica: Potencia: Eficiencia mecnica: Caballos de fuerza: Eficiencia trmica: Kilovatio: Potencia indicada: Friccin: Par: Potencia al freno del motor: Dinammetro: Eficiencia volumtrica: Inercia: Eficiencia de combustible:

Copia del Estudiante: Ejercicio 1.3.1

Unidad 1 Leccin 3 - Ejercicio 3.1

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Escriba la ecuacin para calcular: Cilindrada:

Potencia:

Use el Glosario para definir: Fuerza:

Calor:

Unidad Trmica Inglesa (BTU):

Presin media efectiva al freno (BMEP):

Unidad 1Copia del Instructor: Examen 1.3.1

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FUNDAMENTOS DEL MOTOR CATERPILLAR

Unidad 1 - Examen Nombre____________________________ Encierre en un crculo la respuesta correcta o complete los espacios en blanco.

1. El cigeal del Motor 3406B Caterpillar es: A. Templado nicamente en los muones B. Templado totalmente 2. Qu motores requieren certificacin MSHA? A. Motores marinos B. Motores para aplicaciones de minera subterrnea C. Motores para camiones de carretera 3. Cul de los siguientes motores Caterpillar para camin de carretera se considera de servicio mediano (de gama media)? A. B. C. D. C-10 3306C 3126B 3406C

4. Los tres factores necesarios para que la combustin se lleve a cabo son: aire combustible calor

5. En qu difiere el proceso de combustin del motor diesel de 4 tiempos, del proceso de combustin del motor de gasolina de 4 tiempos? El proceso de encendido - el motor diesel usa compresin para encender el combustible, el motor de gasolina usa chispa 6. Nombre los 4 ciclos de operacin del motor diesel Caterpillar. admisin potencia compresin escape

Copia del Instructor - Examen 1.1.3


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7. A cuntas revoluciones del cigeal equivalen las 4 carreras del pistn? A. B. C. D. 1 2 4 8

8. En el ciclo de cuatro tiempos, en qu carreras se est moviendo el pistn a la posicin de Punto Muerto Superior (TDC)? A. B. C. D. Compresin y escape Admisin y potencia Admisin y escape Compresin y potencia

9. Qu indica la siguiente frmula? rpm x par 5.252 A. B. C. D. BTU Aumento de par % Potencia Eficiencia trmica

10. A cuntos caballos de fuerza equivalen 317 kilovatios? A. 400 B. 425 C. 236 11. En un Motor 3406 Caterpillar, cuando el pistn No.1 est en la carrera de compresin en TDC, en qu carrera est el pistn No.6? escape en TDC

12. Potencia se define como: A. B. C. D. El trabajo realizado en un tiempo dado. El esfuerzo de torsin del cigeal del motor. La cilindrada de un motor en litros. La energa resultante de quemar combustible.


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13. La cilindrada de un motor se define como: A. B. C. D. El peso del motor. La longitud del motor una vez instalado. El volumen total desplazado por todos los pistones en cada carrera del motor. El movimiento del motor de un lugar a otro.

14. La relacin de compresin se define como: A. La relacin entre la presin de compresin y la presin de encendido. B. La relacin del volumen del cilindro con el pistn en la posicin de Punto Muerto Superior y el volumen en la posicin del pistn en Punto Muerto Inferior. C. La relacin de la presin del cigeal y la presin atmosfrica. D. La relacin de la presin del turbocompresor y la contrapresin de salida. 15. Explique las diferencias entre "Potencia al volante y "Potencia en la rueda". La potencia al volante se mide en el volante, la potencia en la rueda se mide en las ruedas del vehculo (las prdidas en el tren de mando har que se obtengan valores menores de potencia en la rueda). 16. Qu seccin del Manual de Servicio tiene procedimientos, paso a paso, para ajustar las vlvulas de admisin y de escape de un motor Caterpillar? Pruebas y ajustes 17. La aplicacin del motor industrial que requiere que el motor opere a carga y velocidad nominales el 100% del tiempo, se considera de: A. B. C. D. E. Clasificacin A Clasificacin B Clasificacin C Clasificacin D Clasificacin E

18. Qu componentes de un motor diesel convierten el movimiento reciprocante en movimiento giratorio? A. B. C. D. Cigeal y rbol de levas Biela y cigeal Pistn y cigeal Cigeal y volante


4


19. La aplicacin del motor industrial que requiere que el motor opere con carga y velocidad nominales por un corto tiempo, se considera de: A. B. C. D. E. Clasificacin A Clasificacin B Clasificacin C Clasificacin D Clasificacin E

20. Un "bloque de motor con cilindro con perforacin original" es: A. B. C. D. Un bloque de motor con camisas secas removibles. Un bloque usado generalmente en los diseos de motor para servicio pesado. Un bloque de motor con cilindros originales de fbrica. Un bloque de motor cuyos cilindros estn perforados directamente en el material del bloque del motor.

Unidad 1Copia del Estudiante: Examen 1.3.1

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FUNDAMENTOS DEL MOTOR CATERPILLAR

Unidad 1 - Examen Nombre____________________________ Encierre en un crculo la respuesta correcta o complete los espacios en blanco.

1. El cigeal del Motor 3406B Caterpillar es: A. Templado nicamente en los muones B. Templado totalmente 2. Qu motores requieren certificacin MSHA? A. Motores marinos B. Motores para aplicaciones de minera subterrnea C. Motores para camiones de carretera 3. Cul de los siguientes motores Caterpillar para camin de carretera se considera de servicio mediano (de gama media)? A. B. C. D. C-10 3306C 3126B 3406C

4. Los tres factores necesarios para que la combustin se lleve a cabo son:

5. En qu difiere el proceso de combustin del motor diesel de 4 tiempos, del proceso de combustin del motor de gasolina de 4 tiempos?

6. Nombre los 4 ciclos de operacin del motor diesel Caterpillar.

Copia del Estudiante - Examen 1.1.3


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7. A cuntas revoluciones del cigeal equivalen las 4 carreras del pistn? A. B. C. D. 1 2 4 8

8. En el ciclo de cuatro tiempos, en qu carreras se est moviendo el pistn a la posicin de Punto Muerto Superior (TDC)? A. B. C. D. Compresin y escape Admisin y potencia Admisin y escape Compresin y potencia

9. Qu indica la siguiente frmula? rpm x par 5.252 A. B. C. D. BTU Aumento de par % Potencia Eficiencia trmica

10. A cuntos caballos de fuerza equivalen 317 kilovatios? A. 400 B. 425 C. 236 11. En un Motor 3406 Caterpillar, cuando el pistn No.1 est en la carrera de compresin en TDC, en qu carrera est el pistn No.6?

12. Potencia se define como: A. B. C. D. El trabajo realizado en un tiempo dado. El esfuerzo de torsin del cigeal del motor. La cilindrada de un motor en litros. La energa resultante de quemar combustible.


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13. La cilindrada de un motor se define como: A. B. C. D. El peso del motor. La longitud del motor una vez instalado. El volumen total desplazado por todos los pistones en cada carrera del motor. El movimiento del motor de un lugar a otro.

14. La relacin de compresin se define como: A. La relacin entre la presin de compresin y la presin de encendido. B. La relacin del volumen del cilindro con el pistn en la posicin de Punto Muerto Superior y el volumen en la posicin del pistn en Punto Muerto Inferior. C. La relacin de la presin del cigeal y la presin atmosfrica. D. La relacin de la presin del turbocompresor y la contrapresin de salida. 15. Explique las diferencias entre "Potencia al volante y "Potencia en la rueda".

16. Qu seccin del Manual de Servicio tiene procedimientos, paso a paso, para ajustar las vlvulas de admisin y de escape de un motor Caterpillar?

17. La aplicacin del motor industrial que requiere que el motor opere a carga y velocidad nominales el 100% del tiempo, se considera de: A. B. C. D. E. Clasificacin A Clasificacin B Clasificacin C Clasificacin D Clasificacin E

18. Qu componentes de un motor diesel convierten el movimiento reciprocante en movimiento giratorio? A. B. C. D. Cigeal y rbol de levas Biela y cigeal Pistn y cigeal Cigeal y volante


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19. La aplicacin del motor industrial que requiere que el motor opere con carga y velocidad nominales por un corto tiempo, se considera de: A. B. C. D. E. Clasificacin A Clasificacin B Clasificacin C Clasificacin D Clasificacin E

20. Un "bloque de motor con cilindro con perforacin original" es: A. B. C. D. Un bloque de motor con camisas secas removibles. Un bloque usado generalmente en los diseos de motor para servicio pesado. Un bloque de motor con cilindros originales de fbrica. Un bloque de motor cuyos cilindros estn perforados directamente en el material del bloque del motor.

5.- terminos basicos del rendimiento del motor

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