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MOTORES DE CONBUSTION INTERNA I

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Wild Página 0

Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Facultad de Mecánica

Escuela de Ingeniería Automotriz

2 1 / 1 0 / 2 0 1 2

Javier Labre

Código: 857

ESPOCH Ingeniería Automotriz

EJERCICIOS

6. Determinar la potencia efectiva y el gasto especifico efectivo de combustible de un motor diesel de 8 cilindros y 4 tiempos, si la presión media indicada pi = 7.5x105 m3, el grado de compresión ξ = 16.5, el volumen de la cámara de combustión Vc = 12x 10-5 m3, la velocidad angular de rotación del eje del cigüeñal ω = 220 rad/s, el rendimiento mecánico Ƞm= 0.8 y el gasto de combustible B = 1.02 x 10-2 kg/s.

Datos: Incógnitas:

ξ = 16.5 Ƞm = 0.8 Ne =?

Vc = 12x 10-5 m3 B = 1.02 x 10-2 kg/s be =?

Pi = 7.5x105 Pa τ = 4

ω = 220 rad/s i = 8

ξ=Vh+VcVc

⇒Vh=ξ∗Vc−Vc=16.5 (12 x10−5 m3 )−12 x10−5 m3=0.00186 m3

ω=220

rads

∗1 rev

2 πrad=35 rps

Ƞm= pepi⇒ pe=Ƞmx pi=(0.8 ) (7.5 x105 Pa )=600000 Pa

Ne=2 peVh Ƞi103 τ

=2(600000 Pa)(0.00186 m3)(35 rps )(8)

103(4)=156.24 kw R .

be=3600 BNe

=3600(1.02 x10−2 kg/ s)

156.24 kw=0.24 kg /kw . h R .

Javier LabreCódigo: 857


7. Determinar la potencia efectiva y el gasto especifico de combustible de un motor de carburador de 8 cilindros y de 4 tiempos, si el trabajo indicado de los gases durante un ciclo L = 649 J, el diámetro del cilindro D = 0.1 m, el recorrido del embolo S = 0.095 m, la velocidad media del embolo Cm = 0.5 m/s, el rendimiento mecánico ɳm = 0.85 y el gasto de combustible B = 9.7x10-3 kg/s.

Datos: Incógnitas:

i = 8 τ = 4 Ne=?

Li = 649 J D = 0.1m be=?

S = 0.095 m Cm = 9.5 m

B = 9.7x10-3 Ƞm = 0.85

Vh= π D 2 s4

=π (0.1 m ) (0.095 m ) x2

4=7.46 x 10−4 m

pi= LiVh

= 649 J

7.46 x10−4 m=869973.19 Pa

Ƞm= pepi⇒ pe=Ƞmx pi=(0.85 ) (869973.19 Pa )=739477.2118 Pa

Ƞ=Cm2 s

= 9.5 m /s2(0.095 m)

=50 rps

Ne=2 peVh Ƞi103 τ

=2(739477.2118 Pa)(7.46 x10¿¿−4m)(50 rps)(8)

103(4)=110.32kw R .¿

be=3600 BNe

=3600(9.7 x10−3 kg /s)

110.32kw=0.32 kg /kw . h R .



8. Determinar la potencia indicada y la potencia de las perdidas mecánicas de un motor Diesel de 4 cilindros y de cuatro tiempos, si el grado de compresión ξ = 17, el volumen total del cilindro Va=11,9x10-4 m3, la velocidad angular de rotación del eje cigüeñal ω = 157 rad/s y el rendimiento mecánico Ƞm= 0,81. El diagrama de indicador del motor tiene el área útil F= 1,8x10-3 m2 la longitud l= 0,2 m, siendo la escala de presiones m= 0,8x108 Pa/m.

Datos:

a)

157

rads

1rev2 π rad

=246 ,62 rps

ε=Vh+VcVc

ε=VaVc

Vc=Vaε

Vc=11 , 9 x10−4 m3

17Vc=7 x10−5m3

Va=Vh+VcVh=Va−VcVh=11 , 9 x10−4 m3−7 x 10−5 m3

Vh=8 , 33 x10−8 m3

Ni=2 pi .Vh .η . i

105 . T

Ni=2 x 720000( Pa) x8 , 33 x10−8(m3 )x 246 ,62(rps) x4

105 x 4

Ni=118 , 330249400000

=2, 96 x 10−4 Kw


pi=Fl

m

pi=1,8 x10−3 m2

0,2 m0,8 x108 Pa/m

pi=720000 Pa

Ni=?Nm=?i=4T=4ε=17Va=11 ,9 x 10−4 m2

ω=157 rad / sηm=0 ,81F=1,8 x10−3 m2

l=0,2 mm=0,8 x 108 Pa/m


b)

ηm=pepi

pe=ηm . pipe=0 , 81 x 720000( Pa)pe=583200 Pa

Ne=2. pe .Vh . η. i

103 T

Ne=2 x 583200( Pa) x8 ,33 x10−8 m3 x246 , 62(rps) x 4

103 x 4

Ne=95 , 84750166400000

=2, 39 x10−4 Kw

9. Determinar el rendimiento indicado y el rendimiento efectivo de un motor a diesel de 4 cilindros y cuatro tiempos, si el grado de compresión e=17, el volumen total del cilindro Va=11.9*10-4 m3, la velocidad angular de rotación del eje cigüeñal w=157 rad/s, el poder calorífico inferior del combustible Qa n= 42600 Kj/Kg, el gasto de combustible B=2.2*10-3 kg/s y el rendimiento mecánico Ƞm = 0.81, el diagrama de indicador tiene una área útil F=1.9*10-3 m2, la longitud l=0.19m, siendo la escala de presiones m=0.72*108

Datos

i=4T=4Va=11.9 x 10−4 m3e=17w=157 rad /sQi

a n=42600 Kj / Kg

B=2 .2 x 10−3 Kg / snm=0 .81F=1 .9 x 10−3m2

l=0 . 19m=0 . 72 x 108 Pa/m


ni=Ni

BQia n

Ni=2 piVhni103T

Va=Vh+Vc=11.9 x10−4m3

e=VaVc

Vc=11.9x 10−4 m3

Va=Vh+VcVh=Va−Vc=1. 12 x 10−3m

pi=Fl

m

pi=1.9 x10−3 m2

0 .19 m0 . 72 x 108 Pa /m

pi=720000 Pa

w=157rads

1 rev2 x3 . 14 rad

=25 rps

Ni=2x 720000 Pax 1.12 x 10−3 mx 25 rpsx 4 /103 x4


ni=40 .32 kw/2 .2 x10−3kg /s 42600 KJ / Kgni=0 . 43

nm=PePi

(nm) x (Pi )=PePe=0 . 81(720000 Pa )=583200 Pa

Ne=2 PeVhni

103 T

Ne=2 x583200 Pa1 . 12 x 10−3mx 25 rpsx 4103 x 4

Ne=32 .6592 Kw

ne=Ne

BQia n

ne=32.6592 Kw(2 .2 x10−3kg /s )(42600 KJ /Kg )

ne=0 .3484

10. Determinar el gasto de aire que pasa a través de un motor de carburador de 8 cilindros y de 4

tiempos, si el volumen total del cilindro del motor Va=7.9x10−4 m3, el volumen de la cámara de

combustión Vc =7x10−4 m3, la frecuencia de rotación del cigüeñal η=53 r.p.s., el coeficiente de

llenado de los cilindrosηv=0.83 y la densidad del aire

δa=1 . 224Kg

m3

DATOS

Volumen Total

Va=Vh+VcVh=Va−VcVh=7 . 9x 10−4 m3−7 x 10−4 m3

Vh=9x 10−5 m3

Gasto de aire


Μα=?ζ =4Va=7 . 9x 10−4m3

Vc=7 x10−4m3

η=53 r . p . s .ηv=0. 83

δa=1 . 224Kg

m3


53revs

∗2 π rad1 rev

=333rad

s

Μα=2 Vh×ηv×δa×η×iζ

Μα=2(9 x 10−5m3 )(0 .83 )(1 .224

Kgm3

)(333rads

)

4

Μα=0 .0152Kgs

11. Determinar la cantidad de calor introducido en un motor Diesel de 6 cilindros y de cuatro tiempos, si la presión media efectiva pe = 6.8*105 Pa, el grado de compresión e=16.5, el volumen de la cámara de combustión Vc = 12*10-5 m3, la velocidad angular de rotación del eje cigüeñal ω = 220 rad/s, el poder calorífico inferior del combustible Qian = 44000 KJ/kg y el gasto especifico efectivo de combustible be = 0.25kg(kW-h)

DATOS:

i = 6η=220

rads

∗rev

2 Π . rad→ 35

revs

ζ = 4

pe = 6.8 * 105 Pa. ε=Vh+VcVc

→ Vh=Vc (ε−1)

ε = 16.5 Vh=12∗10−5(16.5−1)

Vc = 12 * 10-5 m3 Vh=1.86∗10−3m3

η = 220 rad/s

Qian = 44000 KJ/Kg.

be = 0.25 Kg/KW.h

Ne=2. pe .Vh . η .i

103 .ζbe=3600B

Ne

Ne=2 (6.8∗105 Pa ) (1.86∗10−3m3 )(35

revs )6

103 (4 )

B=be . Ne3600



Ne=132.804 KWB=

0.25kg

KW . h(132.804 KW )

3600

B=9.22∗10−3 kgh

Calor introducido

Q=B . Qia n

Q=9.22∗10−3 kgh

(44000KJkg

)

Q=405.79KJH

Un motor diesel de 4 cilindros y de 4 tiempos tiene la potencia indicada Ni=50.4Kw, y funciona a base de un combustible cuyo poder calorífico interior es de 42000Kj/kg, siendo el rendimiento indicado ni=0.4. determinar en KJ/s y en porcentaje las perdidas de calor a consecuencia del arrastre por los gases de escape, si el volumen gases obtenidos al quemar 1 Kg de combustible Vg=15.9m3/Kg, el volumen de aire que se necesita para quemar un 1 Kg de combustible Ve=15m3/Kg, la temperatura de los gases de escape tg=600oC, la capacidad calorífica media de los gases cpg=1.45 KJ/(m3-K) y la temperatura del aire ta=20oC.

Datos

i=4τ=4

Qina =42000

KJKg

hi=0.4

Vg=15 .9m3

Kg

Va=15m3

Kgtg=600o C=873o K

cpg=1 .45KJ

m3 Kta=20o C=293o K



13. Un motor diesel de 4 cilindros y de cuatro tiempos tiene los caballos por litro de cilindrada

N 1=10000 KW /m3 y funciona a base de combustible cuyo poder calorífico inferior es de

42900 KJ /kg .siendo el rendimiento efectivone=0.34. Determinar en porcentajes las pérdidas de calor arrastrado por el agua refrigerante, si el diámetro del cilindro D=0.12m el recorrido del embolo S=0.14m, el gasto del agua refrigerante, a través del motor Ga=0.94kg/s yla diferencia de temperatura del agua al salir del motor y entrar en el ∆t=110 C.


ni=Ni

BQina

BQina ni=Ni

B=Ni

BQina

B=50 .9 Kw(42000 KJ / Kg)( 0. 4 )

=3 x10−3 Kg /s

Qg=B(VgCpgTg−VaCpaTa )Qg=3 x10−3 Kg /s ((15 .9 m3/kg )(1 .45 KJ /m3 K )(873o K )−(15m3 /Kg )(1.45 KJ /m3 K )(293o K ))Qg=3 x10−3 /s(13754 .27 KJ )=41. 26 KJ /s


Datosi=4τ=4N1=10000 KW /m3

Qa in=42900 KJ / Kgηe=0 . 34D1=0 .12mS=0 .14 mGa=0 . 94kg /sΔT =110 C%qREF=?

14. Un motor de carburador de 6 cilindros y de 4 tiempos tiene la potencia efectiva Ne=50.7Kw y funciona a base de un carburante cuyo poder calorífico inferior Qain=44000KJ/Kg, siendo el rendimiento efectivo ne=0.26. Determinar el gasto especifico efectivo de combustible y el gasto de agua refrigerante, si la cantidad de calor evacuado por el agua refrigerante Qref=62KJ/s y la diferencia de temperaturas del agua al salir del motor y al entrar en él Λt=12o C.

Datos:

i=6τ=4Ne=50. 7 KwQi

a n=44000 KJ / Kgne=0 . 26Qref =62 KJ /sΔT =12o C


QREF=Ga∗Ca (T 2−T 1)QREF=0 .94 kg/ s∗4 . 19 KJ /kgO K (284o K )QREF=976 . 77 KJ / sqREF=96 . 7%

ne=Ne

BQian

B=NeneQ i

an=50 .7 Kw

0 . 26(44000 KJ /Kg )=4 . 43 x10−3 Kg /s

be=3600 BNe

=3600 (4 .43 x10−3 Kg /s )50 .7 Kw

=0 .314 Kg / Kwh

Qref =GaCa( ΔT )

Ga=QrefCa ΔT

=62KJ /s(4 .19 KJ / KgK )(285o K )

=0 .0519 Kg /s

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