Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica Facultad de Ingeniería Mecánica-Eléctrica y Electrónica

Departamento de Energía y Producción

Motores de Combustión Interna

Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica Facultad de Ingeniería Mecánica-Eléctrica y Electrónica

Departamento de Energía y Producción

Profesor:

Mag. Ing. José R. Campos Barrientos

Jcampos_b@hotmail.com

Capítulo VI:

Semanas: ⑫, ⑬ y ⑭

Parámetros Indicados, Efectivos y Rendimiento económico de los MCI

CONTENIDO

Introducción

1. Parámetros Indicados.

2. Pérdidas mecánica.

3. Parámetros Efectivos.

Resumen.

Bibliografía.

Introducción

Exceptional Education

Parámetros Indicados, Efectivos y Rendimiento económico de los M.C.I.

Parámetros Indicados, Efectivos y Rendimiento económico de los M.C.I.

Pmi

Trabajo indicado: Wi

Presión media indicada: Pmi

Potencia indicada: Ni

Eficiencia indicada: ηi

Consumo específico indicado de combustible: gi

Nm = Nf + Nma + Ng + Nk

ηm = Ne / Ni

Trabajo efectivo: We

Presión media efectiva: Pme

Potencia efectiva: Ne

Eficiencia efectiva: ηe

Consumo específico efectivo de combustible: ge

- 1 -

Parámetros Indicados

1. Parámetros Indicados Es todo lo que ocurre dentro del

cilindro.

Interesa conocer:

Presión media indicada: Pmi

Potencia indicada: Ni

Rendimiento indicado: ηi

Consumo específico indicado de combustible: gi

Solo se toman en cuenta todo aquello que se relaciona con la combustión energética.

La ingeniería busca:

• Gasto de combustible mínimo.

• Potencia máxima en el eje.

Pmi

Wi Pmi

Ni

gi

ηi

Es la potencia generada por la combustión en el cilindro.

Potencia = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

Ni = Wi * Nc kg-m/s

Nc = 𝑛

Ƭ =

𝑟𝑝𝑚

Ƭ *

1

60

Wi = Pmi * Vh

Ni = Pmi * Vh * rpm

Ƭ *

1

60

Pmi – kg/m² Vh – m³ n - rpm

Siendo: Ƭ: nº de giro del motor para realizar los cuatro procesos. Ƭ=2 para motores de 4 tiempos y Ƭ=1 para motores de

2 tiempos.

Sabemos que: Pmi = 𝑊𝑖

𝑉ℎ

Reemplazando, tenemos:

* kg−m

seg. ∗

CV

75 kg−m

seg.

𝑁𝑖 = 𝑃𝑚𝑖

∗ 𝑉ℎ ∗ 𝑛 ∗𝑖

4500 Ƭ CV

1 HP = 1,014 CV 1 HP = 0,74573 Kw

POTENCIA INDICADA (Ni)

Eficiencia o Rendimiento Indicado: η𝒊

Es la eficiencia con que se aprovecha el calor

en el ciclo real.

Este rendimiento es la relación del calor,

transformado en trabajo útil Wi del ciclo, a todo

el calor Q1 introducido en el motor con el

combustible.

η𝒊 = 𝑾𝒊

𝑸𝟏

Consumo Específico Indicado de Combustible: gi

Es lo que se está gastando en combustible

para generar una potencia indicada.

Es la cantidad de combustible (gr.) que

consume un motor por 1C.V.-hr.

𝑔𝑟.

𝐶𝑉 − ℎ𝑟. 𝐺𝑖 =

𝐺𝑐

𝑁𝑖

- 2 -

Pérdidas Mecánicas: 𝑵𝒎

2. Pérdidas Mecánicas: 𝑵𝒎 Una parte del trabajo indicado se gasta en vencer el

rozamiento en las piezas móviles conjugadas, en el

intercambio de gases y en el accionamiento de los

mecanismos auxiliares.

TIPOS Y LUGAR DE LAS PÉRDIDAS MECÁNICAS

Pérdidas por fricción ≈ (70 – 75) % 𝑁𝑚

1. Grupo pistón ≈ (40-65) %: (rozamiento del émbolo y

sus anillos con las paredes del cilindro)

Depende del diámetro del pistón y número de anillos.

2. Muñones de biela y bancada ≈ (12-25)%

Pérdidas por accionamiento:

1. Del mecanismo de distribución de los gases (12-20)%.

2. Bomba de aceite, de agua, de combustible, etc. (6-12)%.

3. En las carreras de bombeo (6-12)%

Luego, la suma de todas las pérdidas de potencia es la potencia

de las pérdidas mecánicas: 𝐍𝐦

d). Para la potencia que se gasta en accionar el compresor, en

los motores sobrealimentados y en los de dos tiempos, ésta

potencia se toma en consideración en el caso de que, entre el

compresor y el cigüeñal exista transmisión mecánica ……. 𝐍𝐤

Introduzcamos los siguientes términos:

a). Para la potencia que se gasta en vencer el rozamiento: 𝐍𝐫

b). Para la potencia que se invierte en accionar los mecanismos

auxiliares (bomba de agua y de aceite, ventilador, generador,

etc.….. 𝐍𝐦𝐚

c). Para la potencia que se emplea en la admisión de la carga

fresca y en el escape de los gases quemados del cilindro del

motor (se tiene en cuenta solamente para los motores de 4

tiempos) ……………… 𝐍𝐠

𝐍𝐦 = 𝐍𝒇 + 𝐍𝒎𝒂 + 𝐍𝒈 + 𝐍𝐤

Donde:

Nm : potencia de pérdidas mecánicas.

Nma : potencia de pérdidas por accionar mecanismos auxiliares.

Nf : potencia de pérdidas por fricción.

Ng : potencia de pérdidas en el intercambio de gases.

Nk : potencia de pérdidas por accionamiento del compresor.

Del tipo del motor.

Del diámetro del cilindro.

De la carrera del émbolo.

De los regímenes de velocidad, de la carga y de las

condiciones de explotación.

Siendo Pm, presión media de las pérdidas mecánicas.

𝐍𝐦 = 𝐍𝒇 + 𝐍𝒎𝒂 + 𝐍𝒈 + 𝐍𝐤

𝑵𝒎 = 𝑷𝒎 ∗ 𝑽𝒉 ∗ 𝒏 ∗𝒊

𝟒𝟓𝟎𝟎 Ƭ CV

La potencia de las pérdidas mecánicas 𝑵𝒎, depende:

La potencia de pérdidas mecánicas 𝑵𝒎 depende

también de la temperatura del agua de

refrigeración y del aceite que hay en el motor.

Cuando la temperatura del agua y del aceite se

elevan hasta cierto límite, las pérdidas por

rozamiento disminuyen. Pero una elevación

exagerada de dicha temperatura puede hacer

que se rompa la película de aceite y que se

produzcan rozamientos semisecos.

La temperatura debe estar entre 85 – 90ºC para

que 𝑵𝒎 sean las mínimas posibles.

- 3 -

Parámetros Efectivos: Ne

3. Parámetros Efectivos del Motor

Es la potencia que se obtiene en el cigüeñal del

motor y es la que se aprovecha para accionar

cualquier máquina.

Potencia Efectiva: Ne

Ne = Ni - Nm

Pe – kg/m²

Vh – m³

n - rpm

Siendo Pe, presión efectiva.

𝑵𝒆 = 𝑷𝒆 ∗ 𝑽𝒉 ∗ 𝒏 ∗𝒊

𝟒𝟓𝟎𝟎 Ƭ CV

Se calcula por la ecuación:

Vincula todas las pérdidas del motor, tanto térmicas

como mecánicas.

Es la parte del calor que se transforma en trabajo

efectivo.

Rendimiento Efectivo al Freno: η𝒆

η𝒆 = 𝑾𝒆

𝑸

η𝒆 = η𝒊 * η𝒎 E.CH. - η𝒆 : 0,22 – 0,27

E.C. - η𝒆 : 0,33 – 0,39

η𝒊 = 𝑾𝒊

𝑸 Sabemos que:

Haciendo: η𝑒

η𝑖

= 𝑊𝑒

𝑊𝑖=

𝑁𝑒

𝑁𝑖= η𝑚

Una de las características fundamentales de la calidad de

un motor es su consumo de combustible o economía.

Consumo específico efectivo de combustible: 𝒈𝒆

gr/kw-h

𝑁𝑒

𝑁𝑖 = η𝑚

g𝒆= G𝒄

N𝒆∗𝟏𝟎𝟑

Sabemos que: Ne = ηm *Ni 𝑔𝑖 = 𝐺𝑐

𝑁𝑖 y

g𝒆= G𝒄

η𝒎∗ N𝒊∗𝟏𝟎𝟑

g𝒆= 𝑵𝒊 ∗ 𝒈𝒊

η𝒎∗ N𝒊 g𝒆=

𝒈𝒊

η𝒎

Es la parte de la potencia indicada correspondiente

a las pérdidas mecánicas.

Rendimiento Mecánico de un motor: ηm

A medida que aumenta la carga se eleva el

rendimiento mecánico, el cual alcanza su valor

máximo cuando el motor funciona a plena carga.

η𝑚 = 𝑁𝑒

𝑁𝑖=

𝑝𝑒

𝑝𝑖

Eficiencia o Rendimiento Indicado: ηi

Consumo Específico Indicado de Combustible: gi Gr/C.V.-hr.

Pérdidas Mecánicas: Nm

Potencia Efectiva: Ne Ne = Ni – Nm

Pe – kg/m²

Vh – m³

n - rpm

η𝒊 = 𝑾𝒊

𝑸𝟏

𝐺𝑖 = 𝐺𝑐

𝑁𝑖

𝐍𝐦 = 𝐍𝒇 + 𝐍𝒎𝒂 + 𝐍𝒈 + 𝐍𝐤

𝑵𝒎 = 𝑷𝒎 ∗ 𝑽𝒉 ∗ 𝒏 ∗𝒊

𝟒𝟓𝟎𝟎 Ƭ CV

𝑵𝒆 = 𝑷𝒆 ∗ 𝑽𝒉 ∗ 𝒏 ∗𝒊

𝟒𝟓𝟎𝟎 Ƭ CV

RESUMEN

Consumo Específico Efectivo de Combustible: ge

Rendimiento Efectivo al Freno: ηe

Sabemos que:

E.CH. - ηe: 0,22 – 0,27

E.C. - ηe: 0,33 – 0,39

gr/kw-h Sabemos que:

g𝒆= G𝒄

N𝒆∗𝟏𝟎𝟑 𝑁𝑒

𝑁𝑖 = η𝑚 Ne = ηm *Ni

𝑔𝑖 = 𝐺𝑐

𝑁𝑖 ; y g𝒆=

G𝒄

η𝒎∗ N𝒊∗𝟏𝟎𝟑 ; g𝒆= 𝑵𝒊 ∗ 𝒈𝒊

η𝒎∗ N𝒊 g𝒆=

𝒈𝒊

η𝒎

Haciendo :

η𝒆 = 𝑾𝒆

𝑸

η𝒆 = η𝒊 * η𝒎

η𝒊 = 𝑾𝒊

𝑸

η𝑒

η𝑖

= 𝑊𝑒

𝑊𝑖=

𝑁𝑒

𝑁𝑖= η𝑚

RESUMEN

BIBLIOGRAFÍA

Payri F. Desantes J.M. (2011). Motores de Combustión Interna

Alternativos. USA

Jovaj M.s. y Máslov G.S. (1982). Motores de automóvil. Editorial

MIR. Moscú.

Jovaj M.S. y Máslov G.S. (1982). Motores de automóvil. Editorial

MIR. Moscú.

Heywood John B. (1988). Internal Combustion Engine

Fundamentals. Editorial, McGraw-Hill, USA.

Stone Richard (1999). Introduction to Internal Combustion

Engines. Editorial, Society of Automotive Engineers, USA.