1 1 Rc M 60 EJERCICICIOS RESUELTOS

Transcripción

1 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) ) Un motor tipo OTTO de cilindros desarrolla una potencia efectiva (al freno) de 65.. a 500 r.p.m. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 7 mm, la carrera de 9 mm. y la relación de compresión Rc = 9/.Determinar: ilindrada del motor. olumen de la cámara de combustión. Rendimiento térmico del motor. (Tomar =,). ar motor. D 7, L 9, 8,7 cm t z 8,7 50,88 cm 5 c Rc ; c, 0, Rc 76 W ,7 c 9 c 0,,065 ; 9c 8,7 c; 8c 8,7; c 7,8 cm 0,557 cm 5,57 % M n f 780 W 780 W f M 0,5 N m n 500 ág - -

2 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) ) Un motor con un rendimiento del 5,0% consume 9 litros de combustible a la hora. onsiderando que la densidad del combustible es de 0,7 g./cm y su poder calorífico c = 0000 kcal./kg. Determinar: otencia absorbida por el motor (la potencia se expresará en ). otencia al freno (la potencia se expresará en ). ol. Masa combustible / hora d 9 0,7 6,8 kg / h h d 0,7 g / cm 0,7 Kg / dm 0,7 Kg / litro masa comb. 7 Q / h c 6, ,8 0 Kcal / h 6,8 0 cal / h h 7,8J h 6,8 0 cal / h 7,5 0 J / s 7,5 0 W cal 0s 7,5 0 W,57 0 W 0,.. 76W 0, 0,50 6,.. freno ág - -

3 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) ) Un cierto motor diesel consume 9,5 kg de combustible por hora. El calor de combustión es.000 kcal/kg. Si el rendimiento del motor es del 0%. Determinar: uántas calorías se convierten en trabajo. uántas calorías se disipan. otencia total absorbida (la potencia se expresará en ). Qué potencia útil desarrolla el motor (la potencia se expresará en ). La masa de combustible consumida en hora: kg mombustibl E 9,5 hora 9, 5kg h Q c es el calor total que el motor absorbe de la combustión del combustible durante hora: Q c kcal 0 cal 6 c m.000 9,5kg Kcal calorías 0,5 0 calorías kg Kcal El 0% del calor total se transformará en trabajo útil. Q ÚTIL =Q c η= cal 0,0= calorías (en hor Q ERDIDO =Q c η= cal 0,70= calorías (en hor Qc hay que transformarlo a su equivalente en trabajo en julios.,8 julios Q c calorías julios julios caloría Q julios julios.6, W 6, 86 t hora.0 segundos 76W ÚTIL = η=6,86 0,0=9,6 ág - -

4 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) ) Un motor de explosión tipo OTTO de cilindros y tiempos que gira a 0 r.p.m. y tiene las siguientes características: u = 85 cm, R c = 8:, rendimiento,8%. El motor se alimenta con un combustible de densidad igual a 0,76 y poder calorífico igual a 0700 kcal/kg. Datos: * =,8 J / cal Relación de combustión (aire / combustible) = 000 /. alcular: ilindrada del motor. Masa de gasolina por ciclo de funcionamiento. otencia absorbida. Rendimiento térmico (γ=,). e) otencia útil (al freno) (Las potencias se expresarán en ) t z 85 0 cm olumen combustible / ciclo 0 0,095 cm / ciclo 00 masa combustible / ciclo d 0,095 0,76 0,07 g / ciclo masa comb. Q / ciclo c 0, ,8 cal / ciclo ciclo J cal ciclos,8 77,8 800 QILO nc cal ciclo min 96,87 0 seg min n 0rpm ciclos nc ( tiempos) ; n r. p. m. 800 min 96,87 0 W,6.. 76W tt Rc 8, 0, freno 0, 0,965,6 0,8 5,80.. W ág - -

5 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) 5) El ciclo OTTO de un teórico motor monocilíndrico, de dos tiempos y 65 mm de calibre, está limitado por los volúmenes = 50 cm y = 80 cm, y por las presiones p = Kp/cm, p = 8 Kp/cm, p = 9 Kp/cm y p = 6 Kp/cm. Dicho motor utiliza un combustible cuya densidad es de 0,75 g/cm y con un poder calorífico de Kcal / Kg; siendo su rendimiento 0,90%. ( = volúmen con el pistón en el MI; = volúmen con el pistón en el MS). Determinar: Diagrama teórico del ciclo termodinámico. ilindrada, carrera y relación volumétrica de compresión. Rendimiento térmico (tomar =,). Masa de gasolina por ciclo de funcionamiento. e) otencia absorbida y potencia al freno (efectiv para 950 r.p.m. (Dar el resultado en ). ( =,8 J/cal). (Relación combustible / aire = / 000). (50 80) cm 0cm 0 cm L,5 cm S D D (6,5 cm) 50 cm R 0,8 R 6,5 : 80 cm t ( R 6 % t combustible / ciclo 0 masa combustible / ciclo d 0,06 cm 0,75 g/cm masa combustible / ciclo 0,07 g e) Q ciclo masa / ciclo c 0,07 g 9500 cal / g 6, cal / ciclo nc ( tiempos) n 950ciclos / min ; J cal ciclos,8 6, 950 QILO nc cal ciclo min 7,9 KW seg min i 7,9 KW f) freno ) 6,5 (,) 0,76 KW cm 0,6 00,9,9 0,090 7,6.. 0,06 cm / ciclo ág - 5 -

6 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) 6) El ciclo OTTO de un teórico motor monocilíndrico, de dos tiempos y 65 mm de calibre, está limitado por los volúmenes = 500 cm y = 80 cm, y por las presiones p = Kp/cm, p = 7 Kp/cm, p = 7 Kp/cm y p = 5 Kp/cm. Dicho motor utiliza un combustible que aporta 80 calorías por ciclo de funcionamiento. El rendimiento es igual al 0,85%. ( = volumen con el pistón en el MI; = volumen con el pistón en el MS). Determinar: Diagrama teórico del ciclo termodinámico. ilindrada, carrera y relación volumétrica de compresión. Rendimiento térmico (tomar =,). otencia absorbida y potencia al freno (efectiv para.50 r.p.m. (Resultado en ). ( =,8 J / cal.). 500 cm 80 cm 0 cm 0 cm L,66 cm S D D (6,5 cm) 500 cm R 6,5 R 6,5 : 80 cm t ( R ) 6,5 (,) 6,5 0, 0,57 5,7 % t Motor T N ciclos n 50 ciclos / min Qc N ciclos,8j / cal Qc 80 0 Kcal / ciclo 80cal / ciclo,8 J / cal 50 ciclos / min i,8kw s / min e),8 KW freno 0,76 KW,, 0,085 0,.. ág - 6 -

7 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) 7) Un motor tipo OTTO de cilindros desarrolla una potencia efectiva (al freno) de 90 a 50 r.p.m.. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 70 mm, la carrera de 98 mm y la relación de compresión Rc=0/. Determinar: ilindrada del motor. olumen de la cámara de combustión. Rendimiento térmico del motor. (Tomar el coeficiente adiabático del combustible, α=,). ar motor. D 7 L 9,8 77,5 t z 77,5 50,88 cm c Rc ; c, 0, Rc 76 W 90 77,5 c 0 c 0 0, 660 W f,8 cm 508,59 ;0c 77,5 c; 9c 77,5; c,9cm 0,5 cm 5, % M n f 660 W M 9,6 N m n 50 ág - 7 -

8 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) 8) El ciclo OTTO de un teórico motor monocilíndrico de dos tiempos está limitado por los volúmenes = 500 cm y = 80 cm, y por las presiones p = kp/cm, p = 7 kp/cm, p = 7 kp/cm y p = 5 kp/cm. Dicho motor utiliza combustible que aporta 80 calorías por ciclo de funcionamiento. El rendimiento es del 0,86%.. ( = volumen con el pistón en el MI; = volumen con el pistón en el MS). Determinar: Diagrama teórico del ciclo de funcionamiento. Relación de compresión. Rendimiento térmico (γ =,). otencia absorbida y potencia efectiva para 50 r.p.m. (expresar el resultado en ). R u 500 cm i t d donde t t Rc 500 cm 80 cm 80 cm 6,5 R 0 cm 6,5 : es el rendimiento térmico teórico, de valor: 6,5, 0,58 Motor T N ciclos n 50 ciclos / min Qc N ciclos abs,8 J / cal Qc 80cal / ciclo 80cal / ciclo,8 J / cal 50 ciclos / min abs,kw s / min e), KW freno 0,76 KW 0,8 0,8 0,086 9,0. ág - 8 -

9 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) 9) Un motor de cilindros desarrolla una potencia efectiva de a 500 rpm. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 70 mm y la carrera de 90mm siendo Rc = 9 /. Determinar: La cilindrada del motor. El volumen de la cámara de combustión. El par motor. Si el motor consume 8 Kg / hora de combustible con un c = 8000 KJ / Kg, determina la potencia absorbida y el rendimiento efectivo o útil del mismo (la potencia se expresará en ). T D L N (0,07m) (0,09m) N,8 0 m 85cm R U 6 cm 9 8c 6 cm ; c cm c ot efectiva = 76 = W n M ot W ot M 0,8N m n 500 abs Kg KJ h ,66W h Kg 0s e abs W 06666,66W 0,,% ág - 9 -

10 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) 0) Un motor de cilindros desarrolla una potencia efectiva de 65 a 000 rpm se sabe que el diámetro del pistón es de mm; la carrera 80 mm y la relación de compresión Rc = 8/. alcula: La cilindrada del motor. El volumen de la cámara de combustión. El par motor. Si el motor consume 6 Kg/h de combustible con un de 8000 KJ/Kg cuál será su potencia absorbida y su rendimiento total? (la potencia se expresará en ) D L (6cm) 8 cm 6,08cm T N 6,08 90,cm R ot d ) abs c c e 6,08 c 8 ;7c 6,08 c c n M ot M,8N m n 000 abs W 0,598 59,8% 80000W KJ Kg 000 J h W Kg h KJ 0s 6,08 7,97cm ág - 0 -

11 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) ) Un motor y cuatro cilindros desarrolla una potencia efectiva de 50 a 500 rpm. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 50 mm, la carrera de 80 mm y la relación de compresión es de 9/. calcular: La cilindrada del motor. El volumen de la cámara de combustión. El par motor. Si este consume 7 Kg/h de combustible con un I de 000 KJ/Kg determinar la potencia absorbida y el rendimiento del mismo. (la potencia se expresará en ) T D L (5cm) N 8 cm 68cm 68 ( cm ) 9,6cm R 9 n M ot ot M 0,56N m n 500 Q hora masa _ combustible c 7 hora Kg hora 000 KJ Kg 8,67KW 0,96 0,76KW ot( efectiv 50 0,506 5,06% 0, KJ h KJ h 9000 h 0s 8,67KW ág - -

12 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) ) El ciclo DIESEL de un teórico motor monocilíndrico, de dos tiempos y 75 mm de calibre, está limitado por los volúmenes = 50 cm y = 50 cm, y por las presiones p = Kp/cm, p = 8 Kp/cm y p = 9,5 Kp/cm. Dicho motor utiliza un combustible de densidad igual a 0,85 g/cm y un poder calorífico de.000 Kcal/Kg, siendo el consumo de 0,05 cm /ciclo. Su rendimiento es del 6,5%. La temperatura máxima del ciclo se logra para un volumen de 0 cm. ( = volumen con el pistón en el MI; = volumen con el pistón en el MS; = volumen de máx. temperatur. Determinar: Diagrama teórico del ciclo termodinámico. ilindrada, carrera y relación volumétrica de compresión. otencia absorbida (el resultado se expresará en ). otencia al freno (efectiv para 950 r.p.m. (el resultado se expresará en ). ( =,8 J/cal). u 50 cm 50 cm 90 cm 90 cm L,0 cm S D (7,5 cm) 50 cm R 0,8 R 0,8: 50 cm 0,9 KW 0,76 KW Nc n(t ) 950ciclos / min masa combustible / ciclo d 0,050 cm 0,85 g/cm masa combustible / ciclo 0,05 g Qciclo masa / ciclo c 0,05 g 000 cal / g 67,5 cal / ciclo J cal ciclos,8 67,5 950 QILO nc cal ciclo min 0,9 KW seg min freno,0,00,65 9,0.. ág - -

13 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) ) El ciclo DIESEL de un teórico motor monocilíndrico, de dos tiempos y 78 mm de calibre, está limitado por los volúmenes =500 cm y = cm, y por las presiones p = Kp/cm, p = 0 Kp/cm y p = 0 Kp/cm. Dicho motor utiliza un combustible que aporta 65 calorías por ciclo de funcionamiento. El rendimiento es del,56%. La temperatura máxima del ciclo se logra para un volumen de 50 cm. ( = volumen con el pistón en el MI; = volumen con el pistón en el MS; = volumen de máx. temperatur. Determinar: Diagrama teórico del ciclo termodinámico. ilindrada, carrera y relación volumétrica de compresión. otencia absorbida. (el resultado se expresará en ). otencia al freno (efectiv para.50 r.p.m. (el resultado se expresará en ). (=,8 J/cal). u 500 cm cm 0 cm 0 cm L 9,cm S D (7,8 cm) 500 cm R 8, R 8,: cm 50,,56,0 Motor T Nciclos n 50 rpm Qc Nciclos,8 J / cal Qc 65cal / ciclo 65cal / ciclo,8 J / cal 50 ciclos / min 7,5KW s / min 7,5 KW freno 0,76 KW 50,6 ág - -

14 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) ) Un motor diesel consume 6 l/h de gasoil cuyo poder calorífico es de kcal/kg y cuya densidad es de 0,8 kg/l. Si el rendimiento global del motor es el 5% y gira a 500 r.p.m., calcula: la potencia útil expresada en vatios y en. el par motor que suministra. La masa viene dada por la expresión m=, entonces el gasto en masa será: masa de combustible= 6 l/h 0,8 kg/l=,8 kg/h El calor cedido en la combustión del combustible será: Q c = c m= kcal/kg,8 kg/h=8000 kcal/h Siendo u el rendimiento, entonces el calor útil transformado en trabajo será: Q útil =Q c u = 8000 kcal/h 0,5=000 kcal/h Si convertimos a vatios: 000 kcal h 0 cal h,8 J kcal 0s cal 9,W u 9,W 8, 9 76W La potencia útil viene dada por u =M. Siendo M el par motor y la velocidad angular: u 9 W M 9,56 N m 500 r. p. m. ág - -

15 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) 5) Una motocicleta de 5 c.c. y hasta 5 de potencia máxima tiene una carrera del motor de 5,5 mm, una relación de compresión de : y alcanza la potencia máxima a r.p.m.. alcula: La potencia máxima permitida en kw. Diámetro del cilindro. olumen de la cámara de combustión. ar que proporciona a la potencia máxima. max = 5 76 W/= 00 W=0,0 kw La superficie del cilíndro: S L 5cm 5,5cm,9cm or lo que el diámetro: S,9 S 5, cm La relación de compresión: R c c c u u = volumen unitario c = volumen de la cámara de combustión c c c 5cm u,6cm El par que proporciona la potencia máxima: 00W M 0,55 N m 0000 r. p. m. ág - 5 -

16 SIGNTUR: TENOLOGÍ INDUSTRIL II BLOQUE: RINIIOS DE MÁQUINS (MOTORES TÉRMIOS) 6) Un motor de gasolina de un solo cilindro de cuatro tiempos de 500 cm absorbe combustible con una relación mezcla/combustible de 000/ girando a 000 r.p.m. Si el rendimiento es del 5,65%, calcular: DTOS: d gasolina = 0,75 kg/dm ; c = 9900 kcal/kg. Número de ciclos por segundo. Masa de combustible absorbida por ciclo y por unidad de tiempo. alor absorbido y trabajo efectivo por ciclo expresado en julios. otencia absorbida y efectiva expresado en vatios. e) ar motor N = 000 rpm =, rev/seg n = N/ =,/ = 6,67 ciclos/s = u i = 500 cm = 0,5 dm = 0,5 litros. alculamos primero el volumen de combustible absorbido por ciclo ( c ) planteando la siguiente regla de tres: 000 litros de mezcla litro de comb. 0,5 litros de mezcla c c =, litros comb/ciclo. m c = d c =, 0-5 kg comb/ciclo. Q ab = m c c =, 0-5 c kg/ciclo 9900 kcal/kg= 0,75 kcal/ciclo = 0,75 J/ciclo W e = Q ab η= 0,75 J/ciclo 0,565=6,86 J/ciclo ab = Q ab n = 0,75 J/ciclo 6,67 ciclos/s=57,0 w e = W e n = 6,86 J/ciclo 6,67 ciclos/s=, w e) e = M ω ω = πn/ = π 000/ = 09, rad/s M= e /ω=, w / 09, rad/s = 8,80 N m ág - 6 -