Ser capaz de comparar motores en base a la teoría de la semejanza

Transcripción

1 L.- emejana de MCI eptiembre OBJETIO Comprender el concepto de semejana de MCI. escribir las bases que definen la semejana de motores escribir las consecuencias de la semejana sobre los parámetros de funcionamiento de los motores Conocer las implicaciones de la subdivisión de la cilindrada er capa de comparar motores en base a la teoría de la semejana L.- emejana de MCI eptiembre COTEIO Introducción Bases que definen la semejana Consecuencias de la semejana Efectos de la subdivisión de la cilindrada Consideraciones finales esumen

2 L.- emejana de MCI eptiembre Teoría de semejana específica para MCI, con gran número de simplificaciones para su desarrollo Tendencias en los MCI al variar su cilindrada Herramienta útil para diseño de motores y para la elección de motor en una determinada aplicación L.- emejana de MCI eptiembre unque de tamaños muy dispares, hay motores que son comparables (aunque otros O) = 39.7 cm 3 (x 4) = 75. mm = 88.3 mm e= kw/cil n max = 45 rpm = 687. cm 3 (x 6) = 44. mm = 65. mm e= 74.7 kw/cil n max = 85 rpm =6.36cm 3 (x ) =. mm = 8.3 mm e= 735 W n max = 6 rpm =.8m 3 (x 4) =.96 m =.5 m e= 57 kw/cil n max =rpm

3 L.- emejana de MCI eptiembre QUE EFIE L emejana geométrica Condiciones adicionales Mismas condiciones ambientales Mismos reglajes (F, T ref, etc) Misma velocidad media del pistón (c m ) Mismo diagrama de distribución pmi pme L.- emejana de MCI eptiembre EMOTCIÓ (I) - pmi Presión media indicada (pmi) pmi vafhci ensidad del aire: a osado: F Poder calorífico del combustible: Hc endimiento volumétrico: v Flujo en la válvula Efectos de inercia Otros factores endimiento indicado: i

4 L.- emejana de MCI eptiembre EMOTCIÓ (II) - η v endimiento volumétrico (η v ) º de mach en válvula (Taylor): / v constante por semejana geométrica c m la misma por hipótesis elocidad del sonido es la misma ya que depende de T El coeficiente de descarga en la válvula (Taylor): Efectos de inercia (parámetro de inercia): Ecfluido Lc cm dc Otros: condiciones amb., reglajes, combustible M v v cm a C C L K max v L.- emejana de MCI eptiembre EMOTCIÓ (III) - η v Ejemplo de evolución del η v para un grupo de motores semejantes ( T =.5,,3.3 l)

5 L.- emejana de MCI eptiembre EMOTCIÓ (I) - η i endimiento indicado (η i ) Ciclo real Ciclo ideal Pérdidas de tiempo Pérdidas de escape Pérdidas de calor L.- emejana de MCI eptiembre EMOTCIÓ () - pme Presión media efectiva (pme) pme pmi pmpm pmpm pm pma pmb pmc pma a i pmc c i

6 L.- emejana de MCI eptiembre EMOTCIÓ (I) - pme Presión media efectiva (pme) Presión media de bombeo: Mismo v Mismas pérdidas de carga en válvula (c d ) Mismos efectos de compresibilidad e inercia Mismas condiciones operativas Motores semejantes lao de bombeo coincidente L.- emejana de MCI eptiembre EMOTCIÓ (II) - pme Presión media efectiva (pme) Presión media de fricción (pm) n u Fr F f F f f p L cte L ' ' ' pm k L k cm k3 pmi f Igual para motores semejantes epende del tamaño

7 L.- emejana de MCI eptiembre COCLUIÓ Presión media efectiva (pme) nte la igualdad de pm, pmb, pmc y pma igualdad de pmpm Como además pmi era igual motores semejantes mantienen la pme Motores semejantes geométricamente Condiciones adicionales: reglajes funcionamiento proximaciones simplificativas misma pme p, p,l.- emejana de MCI eptiembre COE E L Estudiaremos motores semejantes Geometría p,, 3 T, 3 p,, T,

8 L.- emejana de MCI eptiembre COE E L égimen de giro iámetro (mm) 7 c c m, m, 6 5 n n c m, c m, égimen de giro (r.p.m.) Los motores son más lentos a medida que crece su dimensión geométrica L.- emejana de MCI eptiembre COE E L Potencia c pme e, p, e, p, e, p, m, e, p, e, p, e, p, cm, pme La potencia crece con el cuadrado de las dimensiones geométricas y la carga térmica es constante Par M e pme T i M M e, e, T, T, 3

9 L.- emejana de MCI eptiembre COE E L Potencia específica Potencia específica por unidad de cilindrada e, T, e, T, 3 e, T, e, T, La potencia específica de los motores varía en raón inversa a la relación de semejana geométrica (mm) (mm) e (kw) e / p (kw/m ) e / T (kw/m 3 ) MEC 4T turismo MEC 4T transporte ,535,54 MEC T lento ,35,6 e, e, T, T, L.- emejana de MCI eptiembre COE E L Transmisión y pérdidas de calor u hm k g u e e,u=f(, ) los motores semejantes no mantienen la transmisión de calor i se admite la expresión de Taylor y Toong para Q r Qr hm p Tg Tr ( ) u.4 e.75 h k g.75 m.4 ( cm).75.5 k Q r c TgTr g.75.5,4 ( m) p ( ).75 (TyT)

10 L.- emejana de MCI eptiembre Q Q COE E L Transmisión y pérdidas de calor Q k r g,75 5,4 cm, T,75 r, r, p En motores semejantes p, p, T g,5, Tg, T T r r T Q Q g r, r, r p, p, r,5 r La energía cedida al refrigerante por unidad de superficie/potencia disminuye al aumentar el tamaño del motor L.- emejana de MCI eptiembre COE E L l aumentar el tamaño, disminuyen las pérdidas de calor relativas (Tg-Tr) aumenta umentan tensiones térmicas Mayores problemas de materiales y de engrase. La energía disponible en gases de escape aumenta obrealimentación por turbina de escape El rendimiento aumenta, pero también los problemas térmicos (y por tanto las hipótesis de la semejana no son rigurosas) MEP: aumenta la tendencia a la detonación MEC: e reduce el tiempo de retraso e reduce la marcha dura Menos problemas de arranque en frío

11 L.- emejana de MCI eptiembre E L Comparación motores con distinto nº de cilindros, pero de igual cilindrada total T, T, 3 3 Entonces: e, e, T, T, /3 El motor con mayor número de cilindros tiene mayor potencia específica L.- emejana de MCI eptiembre E L Ejemplo: eglamento de uperbikes (hasta 4) e limita: Peso mínimo Cilindrada máxima, en función del número de cilindros cilindros cm 3 3 cilindros 9 cm 3 4 cilindros 75 cm 3 Con ello se igualan las prestaciones de las diferentes configuraciones (de forma teórica)

12 L.- emejana de MCI eptiembre E L Ejemplo: eglamento de uperbikes (hasta 4) [-] T [cm 3 ] [cm 3 ] ζ [-] λ [-] ζ λ e, e, L.- emejana de MCI eptiembre E L Campeón de uperbikes (hasta 4) 5 número de cilindros año

13 L.- emejana de MCI eptiembre E L Otras implicaciones de la subdivisión de la cilindrada: l aumentar el número de cilindros y disminuir su tamaño Motor menos adiabático: MEP: isminuye la tendencia a la detonación se puede elevar la relación de compresión mejora del rendimiento (y de la potencia) MEC: umenta el tiempo de retraso aumenta la marcha dura. Más problemas de arranque en frío El régimen del motor aumenta isposiciones constructivas más complicadas umenta el número de pieas Par motor más regular L.- emejana de MCI eptiembre E L egularidad del par motor

14 L.- emejana de MCI eptiembre COIECIOE l aumentar el tamaño suelen aplicarse criterios más conservadores de diseño Los motores se diseñan en base a su tipo de aplicación. sí, motores de diversos fabricantes para una misma aplicación poseen parámetros de diseño muy similares Tipo de motor / c m m/s pme bar e/ t kw/l e/p kw/cm gef g/kwh rpm min - MEP automoción 4t ( cc 4 cilindros) MEP automoción 4t ( cc) MEP competición (4 kw),9 3 4, 3 58, , 3 55,6 3 3,5 43 L.- emejana de MCI eptiembre COIECIOE Comparación de motores con diferentes características Par [.m] Potencia [kw] Par [.m] Potencia [kw] OPEL.5T W.9Ti 4 5 MEC-II 497 cm 3 MEC-I 896 cm 3 5 m - 98 kw (997) 3 m - kw () égimen [r.p.m.] égimen [r.p.m.]

15 L.- emejana de MCI eptiembre COIECIOE Comparación de motores con diferentes características Par [.m] UI 8 4.l 5 Potencia [kw] Par [.m] 4 HO CB 6F 4 Potencia [kw] MEP 47 cm 3 4 m - 8 kw (997) 5 MEP 599 cm 3 63 m - 8 kw () 4 6 égimen [r.p.m.] 4 8 égimen [r.p.m.] L.- emejana de MCI eptiembre COIECIOE Comparación ( e,m e,n) 4 Par [.m] 3 Potencia [kw] 5 OPEL.5T W.9Ti UI 8 4.l HO CB 6F égimen [r.p.m.] 4 8 égimen [r.p.m.]

16 L.- emejana de MCI eptiembre COIECIOE Comparación (pme, e / p,c m ) p.m.e [bar] Pot.Esp. [kw/m ] 5 OPEL.5T W.9Ti UI 8 4.l HO CB 6F C m [m/s] C m [m/s] L.- emejana de MCI eptiembre EUME La teoría de la semejana de MCI justifica las tendencias encontradas en los motores al variar su tamaño Los motores semejantes, cuanto más grandes: Giran más despacio isminuyen su potencia por unidad de volumen y de masa e hacen más adiabáticos, mejorando su rendimiento y aumentando cargas térmicas Estas tendencias también se cumplen comparando motores semejantes de la misma cilindrada y diferente número de cilindros

17 L.- emejana de MCI eptiembre BIBLIOGFÍ F. Payri y J.M. esantes "Motores de Combustión Interna lternativos" (Cap. 5) C.F. Taylor "The Internal Combustion Engine in theory and Practice" (ol., Cap. 6 y )