Formulario de Motores de Combustión Interna Copia

FORMULARIO DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA 1) Coefic Coeficien iente te de Gase Gasess Residu Residuae aes! s! " γ  res ) γ  res

=  Mr 

γ  res

=

 M 1

 P r  ⋅ T k  ⋅1 T r  ⋅ P k  ⋅η v ⋅ (ε  − 1)

Donde: , T k  :  P  k 

Condiciones en el múltiple de admisión. - Para E. Ch.: γ  res = 0.06 − 0.12 - Para E. C.: a) in in so!r so!real ealim imen entac tació ión: n: γ  res = 0.0" − 0.06  !) Con so!realimentación: γ  res = 0.01 − 0.0# - Para motores de 2 tiempos: a) De !arri !arrido do $%&' $%&'$ $* *:: γ  res = 0.01 − 0.1+ γ  res = 0.20 − 0."+  !) De ao: γ  res = alor alor ms ne/atio e in3l4e in3l4e en los 5C&

#) Coeficien Coeficiente te de $a% $a%iaci& iaci&n n Moecua% Moecua% Te Te&%ico! &%ico! "  µ  ) 0

ariación: β 0

 µ 0 = β 0

=

 M 2

) Para Para E. Ch.: Ch.: (α≤1)  M 2  M 1

=

 H  12

+

O

+ α  ⋅ L0

2

= α  ⋅ Lo +

 M 2

1

=  H  +

 M 1

= α  ⋅ Lo

#

=

 µ aire

 H  #

+

O "2

+ α  ⋅ L0

O "2

+ α  ⋅ L0

(α>1)  M 2

=  M 1 + ( α  − 1) ⋅ L0

dems: 1  8C  ⋅  + 8 H  − O     l o 0.2"   "   =  L0 =  µ aire  µ aire  LO

=

 µ c

 µ c

7) Para Para E. C.: C.: (α≤1)  M 2

 µ c

(α>1)

1.02 − 1.0+

= masa molecular del combustible = 110 − 120 Gasolina = 180 − 200  Diesel 

 µ c

 M 1

=

1   C   0.21  12

+  H  − #

O     "2  

= 1#." − 1+ l o =  Kg  Kg − c  Lo =  Kmol  Kg − c l c

=  5asa moleclar del aire, de alor 29 (28.9)

 Kg   Kmol 

') Coeficien Coeficiente te de $a% $a%iaci& iaci&n n Moecua% Moecua% Rea Rea "() β 

=

1.02

− 1.08

β  =

+  M  β 0 + γ   = 1 + γ    M 1 +  M 

 M 2

res

r 

r 

res

) Te*+e%atu%a de Ad*isi&n "Ta) Es la temperatra e tiene el aire dentro del cilindro. T a

= T k  + ∆T  + γ  res ⋅ T r  1 + γ  res

Ta =

"10

− "+0  K 

Ta =

"20

−

#00  K 

 A   SA

Donde: - ∆T  = &ncremento de temperatra e s3re el aire al in/resar al cilindro, de!ido a e las paredes de este se encentran calientes. Para motores re3ri/erados por a/a: E. Ch.: ∆T  = 0 − 20 ° K  E. C.: ∆T  = + − 20 ° K  Para motores re3ri/erados por aire:

∆T  ≈ #0° K 

- T r 

= ;emperatra de los /ases residales:

E. Ch.: T r  = 900 − 1100 ° K  E. C.: T r  = :00 − 900 ° K  En /eneral: T a = "20 − #00 ° K  -5otores so!realimentados: -5otores sin so!realimentación: T a = "10 − "+0 ° K  T r  = 900 − 1000 ° K  Para E. Ch.:  P r  = 1.1 − 1.2+  P o T r  = :00 − 900 ° K  Para E. C. :  P r  = 1.1 − 1.2+  P o a) 5otores marinos, lentos de /ran potencia.  P k 

=

1.: − ".+  Kg  cm

2

 !) 5otores marinos 4 locomotoras, medianos.  P k 

=

1.# − ".0  Kg  cm 2

c) 5otores rpidos 4 tractores.  P k 

=

1.+ − 2.0  Kg  cm

2

 %ota: i P< >2.+ =/>cm2 de!er sarse re3ri/eración pes de!ido a esta so!realimentación la temperatra ;<  del aire tam!i?n amenta 4 es necesario re!a@arla.  s eA al re!a@ar la temperatra ;<  mediante la re3ri/eración, se de!en considerar por  ∆T  x ≈ 90° K  4 na disminción de la presión: ello n descenso

∆ P  x =

0.01 − 0.0+  Kg  cm . 2

,) -%esi&n de Ad*isi&n "-a) Es la e tiene el aire o la mecla de tra!a@o dentro del cilindroA este parmetro es di3Bcil de calclar, es mas eperimental. -Para motores de # tiempos:  P a = 0.9 − 0.96 P k  a) o!realimentados:  P a = 0.80 − 0.9 P o  !) %o o!realimentados: -Para motores de 2 tiempos: a) $ni3l@o:  P a = 0.8+ − 1.0+ P k   !) De ao:  P a = 0.8+ − 0.9 P k 

.) Coeficiente de E/ceso de Ai%e " )

a) Para E. Ch.: α  = 0.8+ − 1.1 . alor con el cal se o!tiene n r?/imen ms económico.  !) Para E. C.: α  = 1.: − 2." -Estacionarios 4 marinos: α  = 1.2 − 1.: -De transporte rpido En cmaras de !ena tr!lencia Empiea la com!stión incompleta (aparecen hmos en el escape) α  = # − 10 -Para r?/imen de acBo

0) Reaci&n de Co*+%esi&n " ) 5otor de # tiempos a) E. Ch.: ε  = +.+ − 10  !) E. C.: ε  = 11 − 16 -o!realimentados -%o o!realimentados ε  = 1+ − 22 Pede ser per@dicial 5otor de 2 tiempos B: !  ε  = a ! c /eom?trica.

ε ′ = Donde: ψ 

! a − ! ρ  ! c

=

= ε  ⋅ (1 −ψ ) + ψ 

!  ρ 

elación

de

compresión

 elación de compresión real.

0.12 − 0.1#

! c

 %ota: (;a!la para calier motor E. Ch.)  % de *ctano 66-2 2-6 6-80 82-90 +.+-6.+ 6.+-.0 .0-.+ .+-8.+ ε

90-100 8.+-10.0

) Eficiencia $ou*2t%ica "η  ) v

η v

=

ε   P a T k  ⋅ ⋅ ε  − 1  P k  ( T k  + ∆T  + γ  res ⋅ T r  )

η v

=

ε   P a T k  ⋅ ⋅ ε  − 1  P k  T a ⋅ (1 + γ  res )

η v

=

G( aire real  ) G( aire te#rico )

=

η v

=

0.:+ − 0.8+

η v

=

0.80

−

0.90

 $ .C".  $ .C .

Ga ! "

t 

⋅ γ  

k 

η v e calcla por ciclo de tra!a@o del motor, por tanto: η v

  Ga    ⋅ 1 =     ! " γ  k    F ciclos T 

dems: i el motor 3nciona a GnH P5, entonces: F ciclos

= η  τ 

Donde: a) τ  I2, si el motor es de # tiemposA pes por cada 2 reolciones se realia n ciclo completo de tra!a@o.

 !) τ  I1, si el motor es de 2 tiemposA pes por cada reolción se realia n ciclo completo de tra!a@o. Entonces: Ga : =/>h Ga 1 η v = ⋅ ! "T  : ts 60  η    ! " ⋅ γ  k  ⋅    γ  k  : =/>t  τ    η  : P5 a η v s3re ariación al ariar las condiciones de tra!a@o. ;enemos e: PpI Presión de los /ases en el múltiple de escape. P
-ARAMETROS DE LA COM-RESION 3) -%esi&n a Fina de a Co*+%esi&n "-c)  P c

= P  ⋅ ε 

n1

a

a) Para E. Ch.: 9

 Pc =

n1

− 1+

bar 

1."" − 1."6

=

 !) Para E.C.: n1

=

1."# − 1 ."8

 Pc = o!realimentados:  %o o!realimentados:  Pc =

60

− 100

"+ − 60

bar  bar 

14) Te*+e%atu%a a Fina de a Co*+%esi&n "Tc) T c

= T  ⋅ ε 

n1

−1

a

Tc =

++0

−

:+0

°=

E.Ch.

Tc =

:00

−

900

°=

E.C.

-ARAMETROS DE LA COMBUSTION 11) Te*+e%atu%a M5/i*a de Co*6usti&n "T7) ) Para E.C.

ξ  ⋅ P cal  + ' c + λ ⋅  & ⋅ T c = β  ⋅ ('  %  +  & ⋅ T  %  )  M 1 ⋅ (1 + γ res ) $nidades: 51 (=mol aire >=/-c) ;c (J=) Pcal (=cal>=/-c)

; (J=) Es la e se asme.  (1.98+ =cal>=mol-J=) $c,$ (=cal>=mol)

an/os: 1:00

T%  =

ξ 

−

2000

°= 

0.6+ − 0.8+

=

λ  = 1.2 − 2.8

 %ota.- i el motor posee cmara de in4ección directa se tomaran alores de λ   altos (1., 1.8, 2, etc.). i tiene cmaras separadas se tomaran alores !a@os: (1.2, 1.", etc.). dems: a) Para el aire: 'c = Cv ⋅ Tc  !) Para los /ases residales de la com!stión: '%  = ( Cv ⋅ r ) ⋅ T% 

∑

Donde:

C (=cal>=mol-c) Estos alores se toman de ta!las. ;, ;c (JC) a temperatra ; es asmida.

dems:

∑( r O 2

⋅ = ( Cv ⋅ r ) + ( Cv ⋅ r ) + (Cv ⋅ r ) + (Cv ⋅ r )  M  ⋅ − ⋅ = O = 0.21 (α  1)  Lo

r   2

=

Cv r )

  2

 H 2O

O2

CO2

2

 M 2

 M   2  M 2

r CO 2

=

r  H 2O

=

 M 2

= 0.:9 ⋅ α  ⋅ Lo  M 2

 M CO2

iendo:  M 2

=  H  2

 M 2

=

C   H  + + ( α  − 0.21) ⋅ Lo 12 2

 M 2

 M  H 2 O

= C  12

 M 2

 M 2

7) Para E.Ch. Para (KL1)

⋅'%  =

⋅ ( P  − ∆ P  ) + 'c  M 1 ⋅ (1 + γ   ) cal 

cal 

  Donde: ∆ Pcal  Calor no desprendido de!ido a la com!stión incompleta.

res

T%  =

∆ Pcal  = 28 .6+0 ⋅ (1 − α ) ⋅ Lo

ξ 

=

2+00

 %ota.- Por lo /eneral el 2do miem!ro de la Ec. es dado nm?ricamente como datoA en (=cal>=mol) dems:

∑ ( C  ⋅ r ) ⋅T 

∑(

⋅ = ( Cv ⋅ r ) + ( Cv ⋅ r )

v

Cv r )

% 

  2

 H 2O

+ ( Cv ⋅ r ) + (Cv ⋅ r ) O2

CO2

+ ( Cv ⋅ r )

parece este t?rmino de!ido a la com!stión incompleta

CO

2800

0.8+ − 0.9+

λ  = " − #

'  %  =

−

°= 

r CO

=

r   2

=

 M CO  M 2

1 C  " H  = ( − α ) ⋅ ( + )

 M   2

= 0.:9 ⋅ α  ⋅ Lo

 M 2

r CO 2

=

r  H 2O

=

 M 2

 M CO2  M 2

 M 2

=

 M  H 2O  M 2

C  − i[ (1 − α ) ⋅ ( C  + " H ) ] 12 ⋅ M 2

 

iendo:  M 2

=

C  12

+

 H  2

+ ( 0.:9 ⋅ α ) ⋅ Lo

=  H  2  M 2

 %ota.- ne en el clclo para ech no se tilia λ  seMalaremos e N es el coe3iciente de eleación de la presión drante la com!stión.  P  %  ".0 #.0  $ .C". λ 

λ  =

=

 P c

λ 

=

−

1.#

−

2.2  $ .C .

λ  en los ech es ma4or e en los E. C. de!ido a e en los E. C. la O es ma4or, entonces Pc es ma4or.

1#) -%esi&n M5/i*a de Cico "-7)  P   %  = λ  ⋅ P  c an/os: -o!realimentado: P ≤ 1+0 =/>cm 2 -in o!realimentación: P ≤ 120 =/>cm2 5otores pidos P ≤ 0 =/>cm2 5otores entos

-ARAMETROS DE LA E8-ANSION 1') Coeficiente de -%e9E/+ansi&n " )  ρ  =

β  ⋅ T  %  λ ⋅ T c

 ρ  = 1.2 − 1.:  ρ  = 1

 $ .C .  $ .C".

1) Coeficiente de -ost9E/+ansi&n " ) δ 

=

ε   ρ 

δ  = ε 

 $ .C .

 $ .C".

1,) -%esi&n a fina de a E/+ansion "-6) ) Para E.C.  P b

=

 P  % 

δ n

2

-En motores no so!realimentados: n2 -En motores so!realimentados: n 2 =

=

1.22 − 1.26

1.18 − 1.28

an/o:  P b = 2.+ − +  Kg  cm En motores so!realimentados P! lle/a a ser sperior a +=/>cm 2 2

7) Para E. Ch.  P b

=

 P   % 

ε n

2

2 an/o: P b = 2 − ".+  Kg  cm , n 2

=

1.2" − 1."0

1.) Te*+e%atu%a a Fina de a E/+ansi&n "T6) ) Para E. C.

=

T b

T  %  n2 −1

δ 

T b

=

1000 − 12+0 E  K 

T b

=

1200 − 1+00 E  K 

7) Para E. Ch.

=

T b

T  %  n2 −1

ε 

-ARAMETROS CARACTERISTICOS DE CICLO O-ERATI$O DEL MOTOR  10) -%esi&n Media Indicada "-*i o -i) ) Para E. C.  P i ( teorica )

=

 1   1   1   λ ⋅ ρ    ( ) ⋅ − 1 + 1 − − 1 − λ   ρ        ( n2 − 1)   δ  −1   ( n1 − 1)   ε  −1   ε  − 1   P c

n2

n1

Para motores de # tiempos: 2  P  -o!realimentados: i = 16 − 2+  Kg  cm 2 -%o o!realimentados:  P i = :.+ − 10  Kg  cm 7) Para E. Ch. 7asta reemplaar ρI1 en la 3ormla anterior.

dems,

motores

sin

so!realimentación:  P i = : − 12  Kg  cm  %ota.- Para los motores de 2 tiemposA en la 3ormla anterior de!e de reemplaarse el alor de la relación de compresión real: GεHreal 4 no la G εH/eom?trica. ;am!i?nA (para los motores de 2 tiempos)  P i = 12 − 18  Kg  cm 2 -o!realimentados E. C.:  P i = + − :  Kg  cm 2 -%o o!realimentados E. C.: 2

 P i = 2.+ − #.+  Kg  cm 2

-E. Ch.: *!serando e: ( P mi ) # ( P i ) = P i ( teorica ) ⋅ η ( η:

Coe3iciente de plenitd de dia/rama

( P mi ) # ( P i ) : Presión media indicada real 5otores de # tiempos: η (

=

0.92 − 0.9:

5otores de 2 tiempos:

=

0.9#

η (

− 1.00

1) Eficiencia Indicada " i) η i

1   =   1 − −1  ⋅η  ⋅η  ⋅η α  ⋅η    ε    c

n2

 D

(

ηcI 'actor de 3orma de la cmara de com!stiónA ηcI1 para cmaras semies3?ricas. ηαI 'actor e depende de la composición de la mecla. (;a!las) ηDI 'actor e depende del dimetro del pistón η  D

= 1 ± 0.+ ⋅ ( D − 1+ ) 100

 D en cm

*tra manera de epresar ηi  P  ⋅ T  ⋅ α  ⋅ l o η i =  &aire ⋅ mi k   P k  ⋅ η v ⋅  P cal 

=  & ⋅

η i

⋅ ⋅  P  ⋅η  ⋅  P 

 P mi T k   M 1 k 

v

cal 

i tenemos en centa e ICte. $niersal de los /ases  &

= 1.98+

 Kcal 

 Kmol − E K 

e/o: η i

 M 1

A

= α  ⋅ l o

en  Kmol  Kg − c

= 1.98+ ⋅  P mi ⋅ T k  ⋅ M 1  P k  ⋅η v ⋅ P cal 

Pero, tam!i?n:  &

=

29.2

Entonces: η i =  0.0686 ⋅

 Kg )m  Kg)*K 

1 Kcal  = #2: Kg  − m

A

⋅ ⋅ α  ⋅ l o  P k  ⋅η v ⋅ P cal 

 P mi T k 

Estando: ; en (=) Pcal en (=cal>=/-c) an/o: η i = 0."9 − 0.+

13) -%esi&n Media de as -2%didas Mec5nicas "-*) Para E. Ch.:  P m = 0.#+ + 0.1#+ ⋅ ' m+ ⋅ P  Para E. C.:  P m = (1.0+ + 0.12+ ⋅ !+ − T ) p  ,n-. Directa  P m  P m

= (0.9 + 0.12 ⋅ ' m+ ) ⋅ P  2T    . Se+aradas = (1.0+ + 0.1"+ ⋅ !+ − T ) p Cam

Donde:

 P  =  P k   o!realimentado

 P  =  P o  spiración %atral

$mpI elocidad media del pistón I carrera del cilindro en (mt) nI .P.5. e/o: Pm eda epresado en =/>cm 2

#4) -%esi&n Media Efecti:a "-e)  P  e =  P  mi − P  m #1) Rendi*iento Mec5nico " *) η m

=

0.:+ − 0.88

E. C.: η m

=

0.:: − 0.92

E. Ch.:

η m

=

 P e  P mi

##) Rendi*iento Efecti:o " e) E. Ch.: η e η e

= η i ⋅η m

E. C.: η e

=

=

0.21 − 0.28

0.29 − 0.#2

' m+

= S  ⋅ n "0

#') Consu*o Es+ecifico Indicado de Co*6usti6e ";i)  g i

=

6"2  P cal  ⋅η i

Donde:

Pcal: en =cal>=/-c 6"2: 3actor de conersión de =cal a C-h Qi: sale en =/-c>C-h

#) Consu*o Es+ecifico de Co*6usti6e ";e)  g e

=  g i

η m

#,) -otencia Indicada "Ni) )

  i

= 60 ⋅  P  ⋅!  ⋅ γ   ⋅η  ⋅η  ⋅ n ⋅ i , C 6"2 ⋅ α ⋅ l  τ  cal 

"

k 

v

i

o

Pcal: (=cal>=/-c), h: (olmen de tra!a@o en ts)  %ota.- i el motor es de 2 tiempos se sara hR e es el olmen real de tra!a@o γ <: densidad del aire so!realimentado en (=/>t)A n: en rpmA i: nmero de cilindros  %ota.- i se dan condiciones Po, ;o 4 P<, ;cA entonces:  P  T  γ  k  = γ  0 ⋅  x ⋅ o  P 0 T k  60: 3actor de conersión de P5 a PS 1  8 l 0 = ⋅  C  + 8 H  − O     en =/-aire>=/-c 0.2"  "   6"2: 3actor de conersión de =cal a C>h τ: 5otor de #; ( τI2) 5otor de 2; ( τI1) 7) ;am!i?n

=  P  ⋅ !  ⋅ n ⋅ i :+ ⋅ 60 ⋅τ  mi

  i

"

2

Pmi: en  Kg  m , h: en (m"), n: en P5 60: 3actor de conersión de P5 a P +: 3actor de conersión de  Kg ⋅ m  seg  a C C) ;am!i?n, dedciendo a partir de ()  P cal  ⋅ Gc ⋅η i   i

=

6"2

Donde: Gc

= Gaire , donde: α  ⋅ l o

Gaire

= ! " ⋅ γ  k  ⋅η v ⋅ n ⋅ 60 ⋅ i τ 

#.) -otencia Efecti:a o -ot< a E=e o -ot< ent%e;ada "Ne) )   e 7)   e C)

  c

=  i ⋅η m

=  P mc ⋅! " ⋅ n ⋅ i :+ ⋅ 60 ⋅τ  η  =  P  ⋅ G ⋅ cal 

c

6"2

e

*!seración.- ariación de la potencia en otras condiciones:  niel del mar %e o, Po, ;o costa  niel sperior %e , P, ; sierra e/o:   eo  P o T  x

  ex

≅

 P  x

⋅

T o

 %ota.- i el motor es so!realimentado, en e de Po, ;o poner P<, ;<.

#0) -otencia de -2%didas "N* o Nf) )   m =  i −  e  P  ⋅ !  ⋅ n ⋅ i 7)   m = m " + ⋅ 60 ⋅τ  C)   c

=

⋅ ⋅ (η  −η  )

 P cal  Gc

i

e

6"2 *!seración.- ariación de la potencia de p?rdidas al cam!iar de r?/imen ?/imen nominal: %3 o, no *tro r?/imen: %3, n. e/o:    .      .  0

2

= n2 n0

&mportante.as p?rdidas mecnicas comprenden: 1) Potencia /astada en encer el roamiento propiamente dicho (%3r ) 2) Potencia /astada en accionar los mecanismos ailiares tales como  !om!as de a/a 4 aceite, entilador, /enerador, etc (%ac) ") Potencia /astada drante la admisión 4 en el escape de los /ases emados, este t?rmino no se considerara si el motor es de 2; (% !) #) Potencia /astada en accionar el compresor (sólo para motores so!realimentados mecnicamente 4 de 2;) (%< )