INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO Cuestionario Maquinas Térmicas
Profesor: Ing. Agustín López Maldonado. Alumno: Diego Villalobos Javier
o !oleta: "#$%%'"(
)rupo: *MM$
+i,lo -tto /iempos
!"# 0n motor ,i,lo -tto /1 de ,ilindros1 ,on una rela,ión de ,ompresión r , 2 de
31 ,onsume #.#"' g de gasolina por ,i,lo1 ,on un Poder ,alorífi,o inferior de $#1## 4,al54g 6 traba7a a una velo,idad de %### rpm. +al,ular: a8 La efi,ien,ia efi,ien,ia termodin9mi termodin9mi,a ,a del del ,i,lo ,i,lo n t ;8. b8 La poten poten,ia ,ia teór teóri,a i,a tota totall del motor motor Nt +V 6 4<8. Datos$
r ,2 3 +,2 #.#"' gr P+I2 $### 4,al54g n2 %### rpm
a%
nt =1−
nt =1−
1
r
k −1 c
1 1.4 − 1 9
nt =58.47
= 0.5847
N t =
&%
Wuxn 2 x 60 x 75
−3
Qs=Cc x PCI PCI =( 2.5 x 10
nt =
)
(
10400
)=
kcal kg
0.26 kcal
Qu ; Qu= nt x Qs =( 0.26 kcal ) ( 0.5847 )= 0.152 kcal Qs
(
Wu=J xQu =
N t =
427
kgm kcal
)(
0.152 kcal
)=64.91 kcal
( 64.91 kcal ) ( 3000 rpm ) Wuxn = =21.637 Cv x 4 cilindros =86.548 Cv 2 x 60 x 75 9000
N t =Cv ÷ 1.36=
21.637 Cv 1.36
=15.910 Kw x 4 cilindros =63.64 Kw
mono,ilindri, indri,o1 o1 de ,abeza ,uadrada L 2 D8 !'# =e tiene un motor ,i,lo -tto /1 mono,il >ue traba7a al nivel del mar ". =abiendo >ue >uema #.% g de ,ombustible en ,ada ,i,lo en una propor,ión aire?,ombustible At 2 $'."1 ,al,ular las dimensiones del ,ilindro di9metro 6 ,arrera8. Datos$
+,2 #.% gr At2 $'." 4gaire54g,ombustible Pa2 $.# 4g5,m " /a2 %# @+ L2D
Va=
π D 2 4
; Va =
π D3 4
; D=
√ 3
4 Va
π
Cc=
m a=
ma −3 ; ma =Cc x !t !t =( 3 x 10 kg ) !t
$%a $%a m a PaVa PaVa ; Va= = $%a $%a Pa
(
2927
(
15.2
)
k gcm kgk
kgair" kg com#usti#l"
= D =
√
4 Va
π
=
√ 3
3
3
1.0
kg 2
3
( 4 )( 4044.177 cm ) π
−3 4.56 x 10 kg
( 303 k ) ( 4.56 x 10− kg ) cm
3
)=
=17.268 cm
=4044.177 cm
!(# =e tiene un motor ,i,lo -tto /1 mono,ilindri,o1 >ue traba7a al nivel del mar 6
entrega una poten,ia teóri,a de $"# +V a %### rpm . =i del motor es,apan g de gases en ,ada ,i,lo 6 la presión se disminu6e.3 en el momento de abrirse la v9lvula de es,ape1 ,al,ular: a8 l ,alo ,alorr Bti Btill )u C,al8. b8 l ,alor ,alor perdi perdido do )* 4,al 6 J8. ,8 La efi,ie efi,ien,i n,ia a term termodi odin9m n9mi,a i,a nt ;8. Datos$
t2 $"# +v n2 %### rpm m2 gr /'5/"2 .3 Pa2 $.# 4g5,m " /a2 %# + E %#% C
a%
Wu=J x Qu;Qu=
Wu J
Nt =
Wuxn 9000 x Nt ( 9000 ) ( 120 Cv ) ;Wu= = =360 kcal 2 x 60 x 75 n 3000 rpm
Qu=
&%
Wu = J
360 kcal
kgm 427 kcal
=0.8430 kcal
Qp=m5 Cv (% 2 −% 5 )
%a =303 k =% 1=% 2
% 5 =4.9 ( 303 k )=1484.7 k
−3
Qp=m5 Cv (% 2 −% 5 ) =( 4 x 10 kg )
(
0.17
kcal kgk
)(
−
303 k 1484.7 k
)=−0.8035 kcal
Qu =Qs + Qp;Qs =Qu −Qp =( 0.8430 kcal ) & (−0.8035 kcal )=1.6465 kcal
c%
nt =
Qu Qs
nt =
Qu 0.8430 kcal = =0.5119 0.5119 Qs 1.6465 kcal
51.19 51.19
!# =e tiene un motor ,i,lo -tto /1 mono,ilindri,o1 ,on un volumen a,tivo de
$# ,m% >ue traba7a al nivel del mar1 ,on una rela,ión de ,ompresión r , 2 (." 6 velo,idad de rota,ión n 2 ### rpm. Durante el pro,eso de ,ombustión eleva su temperatura en ' ve,es1 ,al,ular: a8 b8 ,8 d8
Las masas ma1 m$ 6 m" 4g8. l ,alo ,alorr Bti Btill )u 4,al8. La pote poten, n,ia ia teór teóri, i,a a Nt +V 6 4<8. La efi,i efi,ien, en,ia ia term termodi odin9m n9mi,a i,a nt;8.
Datos$
Va2 $# ,m% Pa2 $.# 4g5,m " r ,2 (." n2 ### rpm /a2 %# + E %#% C /5/%2 '
a%
m a=
ma PaVa PaVa m 1= m =m1 x r c $%a $%a r c −1 2
( ( ) = ( )( 1
PaVa m a= $%a $%a
m 1=
ma r c −1
kg
2
cm
2927
=
1600 cm
kgcm kgk
−1
m2=m1 x r c =( 2.505 x 10
−4
&%
nt =
3
)
303 k
=2.505 x 10− kg 4
kg ) ( 8.2 )=2.054 x 10 kg
Qu ; Qu= Q s x nt Qs
%a =303 k =% 1=% 2
) =1.804 x 10− kg
−3 1.804 x 10 kg
8.2
3
−3
8.2
¿ ¿
k −1
% 3 =% 2 x r c
=(303 k ) ¿
% 4=5 ( % 3 )=( 5 ) ( 703.02 k )=3515.103 k
−3
Qs=m 2 Cv ( % 4−% 3 )=( 2.054 x 10 kg )
(
0.17
kcal kgk
)(
Qu=Qs x nt =( 0.9819 kcal ) ( 0.5690 )= 0.5587 kcal
c%
Nt =
Wuxn 2 x 60 x 75
Wu= ' x Qu=
Nt =
Nt =
+%
(
427
kgm kcal
)(
0.5587 kcal
) =283.57 kgm
( 283.57 kgm ) ( 4000 rpm ) Wuxn = =106.03 Cv 2 x 60 x 75 9000
106.03 Cv 1.36
nt =1−
=77.964 kw
1
r
k −1 c
−703.02 k )= 0.9819 kcal
3515.103 k
nt =1−
1 k − 1
rc
=1−
1 1.4
8.2
−1
=0.5690 0.5690
56.90 56.90
mono,ilindri,o1 traba7a en ,ondi,iones atmosfFri,as a tmosfFri,as /a !,# 0n motor ,i,lo -tto /1 mono,ilindri,o1 2 "#G+ 6 Pa 2 #.( 4g5,m ". Produ,e %&1### 4g?,m de traba7o Btil a %# rpm. =i del
motor es,apan .' g de gases en ,ada ,i,lo 6 la temperatura se abate '." ve,es en el momento de abrirse la v9lvula de es,ape1 ,al,ular: a8 l ,alor ,alor sumi suminis nistra trado do en en 4,al8. 4,al8. b8 La pote poten,i n,ia a teóri teóri,as ,as en en +V8. +V8. Datos$
/a2 "# + E "3% C Pa2 #.( 4g5,m "
a%
Qu=Qs + Qp;Qs =Qu−Qp
% 5 =5.2 ( % 2 )= (5.2 ) ( 293 k ) =1523.6 k Qp=m5 Cv (% 2 −% 5 ) =( 4.5 x 10 kg ) −3
Wu= ' x Qu ;Qu =
(
0.17
kcal kgk
)(
−1523.6 k )=−0.9414 kcal
293 k
Wu 360 kgm = =0.8430 kcal J kgm 472 kcal
Qs=Qu−Qp =( 0.8430 kcal )−(−0.9414 kcal )=1.7844 kcal
&%
Nt =
Wuxn 2 x 60 x 75
Nt =
(360 kgm )( 3600 rpm) Wuxn = =144 Cv 2 x 60 x 75 9000
!-# +al,ular la presión m9Hima >ue tiene >ue soportar el ,ilindro de un motor ,i,lo
-tto teóri,o de tiempos1 ,on rela,ión de ,ompresión r , 2 *1 si Fste traba7a al nivel del mar % 6 el pro,eso de ,ombustión produ,e sufi,iente ,alor para elevar & ve,es la temperatura del gas. Datos$
r,2 * /5/%2 & Pa2 $ 4g5,m " 2 3.(#&*H$# Pa
7
¿ ¿ kg k P = P r c =( 1 )¿ 3
2
P4 = P 3
cm
( )( % 4 % 3
=
2
15.2453
kg 2 cm
)
( 6 )=91.47 kg
2
cm
!.# =e tiene un motor mono,ilindri,o ,i,lo -tto /1 de dimensiones D = L 2 $& ,m.1 >ue traba7a a una velo,idad n 2 $(## rpm1 admite admite aire a una Pa 2 #.( 4g5,m " 6 Ta 2 "#G+. uema gasolina ,on un poder ,alorífi,o ,alorífi,o inferior de $#.## 4,al54g 6 rela,ión este>uiometri,a aire?,ombustible At 2 2 $'.$. =i en el es,ape pierde #.3'$
4,al1 ,al,ular: a8 b8 ,8 d8
l tra traba ba7o 7o Bti Btill Wu 4g?m 6 J8 La efi,i efi,ien, en,ia ia term termodi odin9m n9mi,a i,a nt (scri#a a)u* la "cuaci+n , ;8 La pote poten, n,ia ia teór teóri, i,a a Nt +V +V 6 4<8 La rela,i rela,ión ón de ,ompre ,ompresió sión n r ,
Datos$
D2L2 $& ,m n2 $(## rpm Pa2 #.( 4g5,m " /a2 "# + E "3% C P+I2 $### 4,al54g At2 $'.$ p2 #.3'$ 4,al
a%
Wu=J x Qu
D
¿ ¿
¿ 2 ¿ 16
¿ ¿ ¿ 2 (16 ) π ¿ Va =¿
m a=
PaVa PaVa = $%a $%a
Cc=
ma
=
(
0.8
kg 2
cm
(
2927
)
3
15.1
=3.0 x 10− kg 3
) (
kgcm kgk
−3 3.0 x 10 kg
!t
( 3216.99 cm ) )
293 k
=1.986 x 10− kg 4
−4
Qs=Cc x PCI PCI =( 1.986 x 10
kg )
(
10400
)=
kcal kg
2.066 kcal
Qu =Qs + Qp =2.066 kcal + (− 0.951 )=1.115 kcal
(
Wu=J xQu =
427
kgm kcal
)(
1.115 kcal
) =476.105 kgm
Wu=( 476.105 kgm ) ( 9.8 J )=4665.829 J
&% nt =
c%
nt =
Qu Qs
Qu 1.115 kcal = =0.5396 0.5396 Qs 2.066 kcal
Nt =
Wuxn 2 x 60 x 75
53.96 53.96
Nt =
( 476.105 kgm)( 1800 rpm ) Wuxn = = 95.221 Cv 2 x 60 x 75 9000
Nt =
+%
nt =1−
95.221 Cv
nt =1−
1
r
=70 kw
1.36
1
r
k −1 c
; r c =
k − 1 c
√
1
k −1
1
−nt
=
√
1
.4
1
−0.5396
=6.95
!/# =e tiene un motor ,i,lo -tto /1 mono,ilidri,o1 >ue traba7a a "'## rpm en
,ondi ,ondi,i ,ion ones es atmos atmosfF fFri, ri,as as /a 2 ""G+ ""G+11 Pa 2 $." $." 4g5, 4g5,m m ". /iene /iene una efi,ie efi,ien,i n,ia a termodin9mi,a de '(;. =i la presión in,remente '." ve,es durante la ,ombustión 6 pierde #.(% 4,al en el es,ape1 ,al,ular: a8 l ,alor ,alor sumi suminis nistra trado do en en 4,al8. 4,al8. b8 La pote poten,i n,ia a teóri teóri,a ,a en en +V8. +V8. Datos$
n2 "'## rpm /a2 "" +
Pa2 $." 4g5,m" nt2 '(; P5P%2 '." p2 #.(% 4,al
a%
Qs=
&%
nt =1 +
Qp Qp ;Qs = Qs 1 − nt
Qp 0.83 kcal = =1.976 kcal 1−n t 1 − 0.58
Nt =
Wuxn 2 x 60 x 75
Qu =Qs + Qp =( 1.976 kcal ) + (−0.83 ) =1.146 kcal
(
Wu=J xQu =
Nt =
427
kgm kcal
)(
1.146 kcal
)= 489.342 kgm
( 489.342 kgm)( 2500 rpm) Wuxn = =135.92 Cv 2 x 60 x 75 9000
+i,lo -tto " /iempos
,!" =e tiene un motor ,i,lo -tto "/ mono,ilidri,o1 >ue traba7a en ,ondi,iones
atmosfFri,as Pa 2 $.#%% 4g5,m " 6 /a 2 "#G+. ntrega una poten,ia teóri,a de "*# +V a %### rpm1 sabiendo >ue del motor es,apan % gramos de gases en ,ada ,i,lo
6 se tiene una presión de &.( 4g5,m " en el momento de abrirse la v9lvula de es,ape1 ,al,ular: A8 l ,alor Btil uK 4,al8. !8 l ,alor ,alor perdi perdido do pK pK 4,al8. 4,al8. +8 La efi,ien,ia efi,ien,ia termodin9mi termodin9mi,a ,a n ntK ;8. Datos$
Pa2 $.#%% 4g5,m" /a2 "# + E "3% C t2 "*# +V n2 %### rpm m2 % gr P'2 &.( 4g5,m "
a%
Wu=J xQu;Qu =
Nt =
Nt ( 4500 ) ( 270 Cv )( 4500 ) Wu Wu xn ;Wu= = =405 kgm 60 x 75 n 3000 rpm
Qu=
&% P5 P2
Wu J
=
405 kgm
kgm 427 kcal
= 0.948 kcal
Qp=m5 Cv ( % 2−% 5)
% 5 % 2
; % 5= P 5
( ) % 2
P2
=6.8
kg 2 cm
(
293 k
kg 1.033 2 cm
)
=1928.751 k
Qp=m5 Cv (% 2 −% 5 ) =( 3 x 10 kg ) −3
c%
nt =
(
0.17
kcal kgk
)(
−1928.751 k ) =−0.834 kcal
293 k
Qu Qs
Qu =Qs + Qp;Qs =Qu −Qp =( 0.948 kcal& 0.834 kcal)= 1.782 kcal
nt =
Qu 0.948 kcal = =0.5319 0.5319 Qs 1.782 kcal
53.19 53.19
+al,ular ar la efi,ie efi,ien,i n,ia a termod termodin9 in9mi, mi,a a n t ;81 ;81 de un moto motorr ,i,l ,i,lo o -tto -tto "/ ,!' +al,ul mono,ilindr mono,ilindri,o i,o >ue desarrolla desarrolla una poten,ia poten,ia teóri,a teóri,a N t 2 $.*$ 4< a una velo,idad n 2 "'## rpm1 sabiendo >ue pierde en el es,ape #.#* 4,al5,i,lo. Datos$
t2 $.*$ 4 E "# +v n2 "'## rpm p2 #.#* 4,al5,i,lo
nt =
Qu Qs
Nt =
Nt ( 4500 ) ( 4500 ) ( 20 Cv ) Wu Wu xn ;Wu= = =36 kgm n 60 x 75 2500 rpm
Wu=J xQu;Qu =
Wu = J
36 kgm
kgm 427 kcal
=0.0843 kcal
Qu =Qs + Qp;Qs =Qu −Qp =( 0.0843 kcal ) & 0.07 kcal ¿=0.154 kcal
nt =
Qu 0.0843 kcal = =0.5474 0.5474 Qs 0.154 kcal
54.74 54.74
+al,ular la velo,idad de rota,ión n en rpm8 a >ue traba7a un motor ,i,lo -tto ,!( +al,ular "/ mono,i mono,ilid lidri, ri,o o >ue desarro desarrolla lla una poten, poten,ia ia teóri,a teóri,a Nt 2 $$.#% 4<. +onsume #.##* g de gasolina por ,i,lo1 ,on un P.C.I. 2 $#1"## 4,al54g 6 tiene una r , 2 *. Datos: t2 $$.#% $$.#% 4 E $' +v +,2 #.##* gr P+I2 $#"## 4,a l54g r ,2 *
Nt =
4500 ( Nt ) Wu Wu xn ; n= Wu 60 x 75
−6
Qs=Cc x PCI PCI =( 7 x 10 kg )
nt =1−
nt =
1 k − 1
rc
=1−
1 −1
1.4
7
(
10200
= 0.5408 0.5408
)=
kcal kg
0.0714 kcal
54.08 54.08
Qu ; Qu= nt x Qs =( 0.5408 ) ( 0.0714 kcal )= 0.0386 kcal Qs
(
Wu=J xQu =
427
kgm kcal
)(
0.0386 kcal
)=16.487 kgm
n=
4500
( Nt ) ( 4500 )( 15 Cv ) = =4094.13 rpm
Wu
16.487 kgm
,! esolver el problema anterior pero aNora para los siguientes datos:
t 2 $( +V 6 r , 2 &.'. +,O2 #.##3 g. Datos$
t2 $( +v r ,2 &.' +,2 #.##3 gr P+I2 $#"## 4,al54g
Nt =
4500 ( Nt ) Wu Wu xn ; n= 60 x 75 Wu
−6
Qs=Cc x PCI PCI =( 9 x 10
nt =1−
1
r
k − 1 c
=1−
1 1.4 −1
6.5
kg )
(
10200
=0.5270 0.5270
)=
kcal kg
52.70 52.70
0.0918 kcal
nt =
Qu ; Qu= nt x Qs =( 0.5270 ) ( 0.0918 kcal )=0.0483 kcal Qs
(
Wu=J xQu =
n=
4500
427
kgm kcal
)(
0.0483 kcal
)=20.65 kgm
( Nt ) ( 4500 )( 18 Cv ) = =3922.51 rpm
Wu
20.65 kgm
motorr mono mono,i ,ililindr ndri, i,o o ,i,l ,i,lo o -tto -tto "/ admit admite e #.$" #.$" g de aire aire por ,i,l ,i,lo. o. ,!, 0n moto +onsume gasolina ,on P.C.I. 2 $#1## 4,al54g en propor,ión At 2 $.(%. =i traba7a a '## rpm ,on una efi,ien,ia termodin9mi,a n t 2 '";1 ,al,ular la poten,ia teóri,a Nt +V 6 4<8. Datos: ma2 #.$" gr P+I2 $### 4,al54g At2 $.(% n2 '## rpm nt2 '" ;
Nt =
Wu Wu xn 60 x 75
Cc=
ma
=
−4 1.2 x 10
!t
14.83
=8.091 x 10− kg 6
Qs=Cc x PCI PCI =( 8.091 x 10 kg ) −6
(
Wu=J xQu =
Nt =
Nt =
(
10400
)=
kcal kg
0.0841 kcal
nt =
Qu ; Qu= nt x Qs =( 0.52 ) ( 0.0841 kcal ) =0.0437 kcal Qs
427
kgm kcal
)(
0.0437 kcal
)=18.67 kgm
Wu Wu xn ( 18.67 kgm ) ( 4500 rpm ) = =18.67 Cv 60 x 75 4500
18.67 Cv 1.36
=13.72 kw
+i,lo Diesel
/iempos
6.1 Se tiene un motor ciclo Diesel 4T, D=24 Cm, L=30 Cm, monocílindrico, que trabaa a una !elocidad de n =400 r"m, admite aire a una #a=1$%&Cm 2 ' Ta = 1( )C, *uema *uema aceite aceite diese dieseil il con un #.C.+.= .C.+.=10, 10,200 200 $cal&$ $cal&$%, %, ' relac relacin in aireairecombustible t=14./. Si su relacin de com"resin es rc=22 ' su relacin de in'eccin es ri=3./, calcular a La eciencia Termodinmica n t 5 bl calor suministrado *s $cal cl trabao 7til 8u $%-m dLa "otencia terica 9t C: ' ;8
ire #a=1 $%&Cm2 Ta= 1( )C
Combustible #.C.+.=10,200 $cal&$% t=14./ $% aire&$%Combustible
rc=22 n=400 r"m ri=3./ i=1
C"= 0.24 $cal&$%-$ C!= 0.1 $cal&$%-$ >= 2?2 $%-cm&$%-$ $=1.4
Dia%rama
Solucin 2
:a=
π ∗ D ∗ 4
2
=
Pa∗Va
ma Cc= !t =
π ∗24 cm ∗30 cm 4
1
kg 2
=13(1.6/02 Cm 3
∗13571.6802 cm
3
cm =0.0160? $%= 16.0?1 % Kg− cm ∗288.15 - K 2927 Kg− K
0.01609 Kg 14.8
=0.0010/ $%-comb.
a
( r i k −1 ) (3.8 −1 ) ¿ ¿ − k @t=1-A k ∗( r c )∗( ri −1 ) = 1-A k ∗( 22 − )∗( ∗(3.8−1 ) =0.(?3/ =(?.3/5 1.4
1
1.4
1
b *s=CcB#.C.+.= 0.0010/ $%B #.C.+.=10,200 $cal&$%=11.0/?? $cal c *u=*sB@t=11.0/?? $calB0.(?3/=6.(/(2 $cal 8u=*u=6.(/(2 $calB42 $%-m&$cal=2/11./?30 $%-m
d Wu∗ n
9t=
∗ ∗
2 60 75
−m∗400 rpm =124.?30 C:= ?1./? ;8 2∗60∗75
2811.8930 Kg
=
6.2 Se tiene un motor ciclo Diesel 4T, que trabaa a una !elocidad de n =400 r"m, admite 4( % de aire "or ciclo. *uema aceite diesel con un #.C.+.=10,200 $cal&$%, con una relacin aire-combustible t=14./. Si el motor "ierde en el esca"e 14 $cal&Ciclo, calcular aLa "otencia terica del motor 9t C: ' ;8
b La eciencia Termodinmica del ciclo n t 5
ire ma=4( % C"= 0.24 $cal&$%-$ C!= 0.1 $cal&$%-$ >= 2?2 $%-cm&$%-$ $=1.4
Combustible #.C.+.=10,200 $cal&$% t=14./
Dia%rama
Solucin a ma Cc= !t =
0.045 Kg 14.8
=0.00304 $%-Comb.
*s=CcB#.C.+.= 0.00304 $%B10,200 $cal&$%=31.013( $cal Qp ¿ = 1A @t=1A Qs
−14 Kcal
¿ =0.(4/( =(4./(5
31.0135 Kcal
*u=*sB@t=31.013( $calB 0.(4/(=1.010? $cal 8u=*u=1.010? $cal B42 $%-m&$cal=263.6(63 $%-m Wu∗ n
9t=
∗ ∗
2 60 75
− m∗400 rpm =322./2?1 C:= 23.343 ;8 2∗60∗75
7263.6563 Kg
=
b Qp ¿ = 1A @t=1A Qs
−14 Kcal
¿ =0.(4/( =(4./(5
31.0135 Kcal
&.% =e tiene un motor ,i,lo Diesel /1 >ue traba7a a una velo,idad de n 2## rpm1 6 una r,2$( admite #.#% 4g de aire por ,i,lo a una /a2"#G+. uema a,eite diesel ,on un P.+.I.2$#1$## C,al5Cg1 ,on una rela,ión aire ,ombustible ,omb ustible At2$.31 ,al,ular: a8La poten,ia teóri,a del motor t +V 6 4<8 b8 La efi,ien,ia /ermodin9mi,a /ermodin9mi,a del ,i,lo n t ;8 Motor n 2## rpm r,2$(
Aire ma2#.#% 4g /a2"3%.$' GC +p2 #." C,al5Cg?C +v2 #.$* C,al5Cg?C 2 "3"* Cg?,m5Cg?C C2$.
+ombustible P.+.I.2$#1$## At2$.3
Diagrama
=olu,ión a8 +,2
ma !t
2
0.03 kg 14.9
2#.##"# Cg?+omb.
s2+,QP.+.I.2 s2+,QP.+.I.2 #.##"# Cg Q$#1$## C,al5Cg2"#.%%'' C,al /%2/"Qr,C?$2"3%.$' GCQ$($.?$23%$.'% C m"2
ma 0.03 kg = =¿ rc−1 18−1
#.##$*& Cg
m%2#.##$*& Cg R o.o% Cg82#.#%$*& Cg
/22
ri2
Qs 20.3355 Kcal = =2667.8605 - K m 3∗C p 0.03176 Kg∗0.24 Kcal / Kg − K
% 4 4 % 3
2
2667.8605 - K 931.5344 - K
2".(&%3
( r ik −1 ) (2.8639 −1 ) ¿ ¿ − k St2$?T k ∗( r c )∗( ri−1 ) 2 $?T k ∗( 18 − )∗( ∗(2.8639− 1) 2#.'32'3.; 1.4
1
1.4
1
u2sQSt2"#.%%'' C,al Q #.'32$".#(3# C,al
Wu∗n
2
∗ ∗
2 60 75
− m∗400 rpm 2""3.""% +V2 $&(.&3"3 4< 2∗60∗75
5162.003 Kg
b8 ( r ik −1 ) (2.8639 −1 ) ¿ ¿ 2#.'32'3.; St2$?T k ∗( r c k − )∗( ri−1 ) 2 $?T k ∗( 18 − )∗( ∗(2.8639− 1) 1.4
1
1.4
1
&. 0n motor ,i,lo Diesel teóri,o de /1 tiene una rela,ión de ,ompresión r,2$( 6 una una rela rela,i ,ión ón de in6e in6e,, ,,ió ión n ri2% ri2%.3 .3.. /raba raba7a 7a a las las sigu siguie ient ntes es ,ond ,ondi, i,io ione ness " atmosfFri,as: Pa2$ Cg5+m 6 /a2"'G+1 ,al,ular: a8La temperatura m9Hima de un ,i,lo. b8 La efi,ien,ia /ermodin9mi,a /ermodin9mi,a n t ;8 Motor r,2$( ri2%.3
Aire Pa2$ Cg5+m" /a2"3(.$' GC +p2 #." C,al5Cg?C +v2 #.$* C,al5Cg?C 2 "3"* Cg?,m5Cg?C C2$.
Diagrama
=olu,ión a8 /%2/"Qr,$.?$2"3(.$' GCQ$($.?$23*.""* GC
+ombustible
ri2
% 4 4 % 3
/2 /%Qri2 3*.""* GCQ%.32%&3.3(* GC
b8 ( r ik −1 ) (3.9 −1 ) ¿ ¿ St2$?T k ∗( r c k − )∗( ri−1 ) 2 $?T k ∗( 18 − )∗( ∗(3.9− 1) 2#.''&2''.&; 1.4
1
1.4
1
&.' +al,ular la efi,ien,ia termodin9mi,a n t ;8 de un motor ,i,lo Diesel teóri,o teóri,o de /1 >ue tiene una rela,ión de ,ompresión r,2$( 6 >ue traba7a a nivel del mar. La temperatura m9Hima >ue al,anza despuFs de la ,ombustión es /2%## C. Motor r,2$(
Aire /a2 "3(.$'GC /2%## GC +p2 #." C,al5Cg?C +v2 #.$* C,al5Cg?C 2 "3"* Cg?,m5Cg?C C2$.
Diagrama
=olu,ión a8 /%2/"Qr,$.?$2"3(.$' GCQ$($.?$23*.""* GC
+ombustible
ri2
% 4 4 3040 - K = % 3 947.4227 - K
2%."#(*
( r ik −1 ) (3.2087 −1 ) ¿ ¿ St2$?T k ∗( r c k − )∗( ri−1 ) 2 $?T k ∗( 18 − )∗( ∗(3.2087 −1) 2#.(%** 2(%.**; 1.4
1
1.4
1
&.& esolver el problema anterior para los siguientes datos: r,2"1 /2%# C Motor r,2"
Diagrama
=olu,ión a8
Aire /a2 "3(.$'GC /2%# GC +p2 #." C,al5Cg?C +v2 #.$* C,al5Cg?C 2 "3"* Cg?,m5Cg?C C2$.
+ombustible
/%2/"Qr,$.?$2"3(.$' GCQ$($.?$23*.""* GC ri2
% 4 4 3600 - K = % 3 947.4227 - K
2%.(
( r ik −1 ) (3.8 −1 ) ¿ ¿ St2$?T k ∗( r c k − )∗( ri−1 ) 2 $?T k ∗( 18 − )∗( ∗(3.8 −1) 2#.(**3 2(*.*3; 1.4
1
1.4
1
&.* =e tiene un ,i,lo Diesel teóri,o de /1 >ue tiene una rela,ión de in6e,,ión ri2%.'. /raba7an a las siguientes ,ondi,iones atmosfFri,as: Pa2#.( 4g5,m " 6 /a2 $'G+. =i en la ,ompresión aumenta la temperatura del aire % ve,es1 ,al,ular: a8La temperatura m9Hima del ,i,lo. b8 La efi,ien,ia /ermodin9mi,a /ermodin9mi,a n t ;8 Motor ri2%.'
Diagrama
Aire Pa2#.( 4g5,m" /a2 "((.$' GC +p2 #." C,al5Cg?C +v2 #.$* C,al5Cg?C 2 "3"* Cg?,m5Cg?C C2$.
+ombustible
=olu,ión /%2%Q/"2%Q"((.$' GC2(&.' GC r,2
( ) =( % 3 % 2
1
k −1
846.45 - K 288.15 - K
)
1 1.4 − 1
2$'.'((
a8 ( r ik −1 ) (3.5 −1 ) ¿ − k St2$?T k ∗( r c )∗( ri−1 ) 2 $?T k ∗( 15.5884 − )∗(3.5 −1) ¿ 2#.''# 2'.'#; 1.4
1
1.4
1
b8 ri2
% 4 4 % 3
/2 /%Qri2 (&.' GC Q%.'2 %#"'.'* GC
+i,lo Diesel
" /iempos
*.$ Del problema tipo o. ,i,lo DiFsel de "/8 ,al,ular. A8 ue por,enta7e del volumen a,tivo del ,ilindro1 se usa para el ,i,lo ,i,lo de "/. !8 ue ; de aumento de poten,ia se obtiene entre el ,i,lo de "/ 6 el de /. +8 +omo varia la efi,ien,ia del ,i,lo de "/ respe,to al de /. Datos: D2$' D2$'.." ,m L2$*.( ,m r,2"# n2$"## PM i2 $ U2'#G 2*#G
Pa2$ Pa2$..#%% #%% 4g5,m g5,m% % P+I2$ +I2$#$ #$## ## 4,a 4,al54g l54g /a2%#G+ At2$.3" +p2#." 4,al54g GC +v2"3 4,al5 4g GC 2 "3."* 4g?m54g?GC 42$.
=olu,ión: A8 ;Va"2 Va"/5Va/2"$&*.%5%""3.3&2#.&*$# 2&*.$#; !8 Wt2 t"/?t/5t"/2$$ t"/?t/5t"/2$$%.(&?(.%(5$$ %.(&?(.%(5$$%.(&2."'(32"'.(3; %.(&2."'(32"'.(3; +8 Xt"/2 p5s8R$2.'(&2'(.&; Xt/2'(.3;
=I VAIA+IY VAIA+IY
*." =e tiene un motor m otor ,i,lo DiFsel "/ mono ,ilíndri,o >ue traba7a al nivel del mar. =i las dimensiones del ,ilindro son: D2$#,m 6 L2$" ,m 6 >uema #.#'g de a,eite diFsel por ,il,o en propor,ión At2 $'.$1 ,al,ular el 9ngulo despuFs del PMI8 en >ue debe ,errar la lumbrera de es,ape. Datos:
i2$ D2$#,m L2$",m At2$'.$ 2Z +,2#1#'g Pa2$ 4g5,m" /a2%#G+2%#%GC
=olu,ión: Vt2 [HD"HL852
[H$#H$#8H$"523".* ,m% +,2ma5At ma2+,HAt2 #.#'H$'.$2#.###*'' 4g ma2PaVa5/a Va2ma/ Va2ma/a5Pa2 a5Pa2 #.###*''H"3"*H%#%5$2&&3.'3 #.###*''H"3"*H%#% 5$2&&3.'3 ,m% 2 ,os?$ "Va5Vt8?$82,os?$"&&3.'353".*8?$82 &'.$#G
*.% 0n motor ,i,lo DiFsel "/ mono,ilindri,o desarrolla una poten,ia teori,a de &%( +V ,uando traba7a a una velo,idad n2# rpm al nivel del mar. =i >uema a,eite diFsel ,on un P+I2 $### 4,al54g1 ,on una rela,ión aire?,ombustible At2 $.( 6 tiene una rela,ión de ,ompresión r,2"# 6 una rela,ión de inte,,ion ri2 ,al,ular: A8 La efi,ien,ia termodin9mi,a del ,i,lo !8l ,alor suministrado s +8 l traba7o Btil
=olu,ión: A8 Xt2$? ri \ 48?$54r, \ 4?$8ri?$82 $? \$.8?$85$. "# \.8?$8 2#."(2".(; +8 t2
*. esolver el problema anterior para At2$' 6 r,2"" A8 Xt2$? ri \ 48?$54r, \ 4?$8ri?$82 $? \$.8?$85$. "" \.8?$8 2#.'(*'2'(.*'; +8 t2
!ibliografia: Máquinas Térmicas, A,ademia de /Frmi,as. Instituto Instituto
PolitF,ni,o a,ional1 $ra di,ión "#$&1 MFHi,o D]. Pp %*3.