PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE LOS M.C.I.A.

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Gustavo Medina Martín
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1 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE LOS M.C.I.A.. CONCEPTO DE DOSADO. PARÁMETROS GEOMÉTRICOS 3. PARÁMETROS INDICADOS 4. PARÁMETROS EFECTIVOS 5. PARÁMETROS DE PÉRDIDAS MECÁNICAS 6. RESUMEN DE PARÁMETROS 7. OTROS PARÁMETROS 8. POTENCIA Y PAR EN FUNCIÓN DE LOS PARÁMETROS 9. POTENCIA Y PAR EN FUNCIÓN DEL REGIMEN Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página

RESUMEN DE PARÁMETROS 7. OTROS PARÁMETROS 8.

2 CONCEPTO DE DOSADO Dosado (F) s l parámtro qu caractriza la mzcla air-combustibl: F= Masa Combustibl Masa Air m m f a m m fcc acc m Gasto Másico (Kg/s) x n Z i mcc Masa por Cilindro y Ciclo (Kg) i=númro d ciclos por rvolución Dosado stquiométrico (F) s l dosado qu tin qu habr n una mzcla air combustibl para qu n la racción d combustión no sobr air ni combustibl: CnH m m n (O N ) n CO m HO m n 3.76 N 4 F n m m n N 4 Es una propidad dl combustibl Para los combustibls usuals F /4.5, /5.5. Dosado rlativo (Fr) o riquza: Rico (xcso d combustibl ) F Fr = Estquiomtrico F Pobr (dfcto d combustibl) Coficint d xcso d air (): Fr Rangos usuals d dosado rlativo: MEC Fr 0.04, 0.7 MEP automoción Fr 0.9,.3 MEP industrial Fr 0.6, 0.8 Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página

76 N ) n CO m HO m n 3.76 N 4 F n m m n 8 3.76 N 4 Es una propidad dl combustibl Para los combustibls usuals F /4.5,

3 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS S Carrra Ángulo girado cigüñal D Diámtro Pistón PMS Punto Murto Suprior ( = 0 ) R Radio muñquilla PMI Punto Murto Infrior ( = 80 ) L Longitud bila S/D Rlación carrra-diámtro PMS PMI D Vc X V VD S=R L R Ap D 4 Ap Ára dl pistón VD D 4 S VD Volumn dsplazado VD VC r VC r Rlación d comprsión MEC r, 3, MEP r 8, 0 V AP X VC X=f(, L, R) VC Volumn cámara d combustión VT Z VD Z Nº d cilindros VT Cilindrada d motor Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página 3

pistón VD D 4 S VD Volumn dsplazado VD VC r VC r Rlación d comprsión MEC r, 3, MEP r 8, 0 V AP X VC X=f(, L, R) VC Volumn

4 PARÁMETROS INDICADOS Son parámtros rlacionados con aspctos trmodinámicos dl ciclo. P = + pmi + VD V VPMS VD VPMI Trabajo indicado (Wi): Es l trabajo qu s obtin n l ciclo durant las carrras d comprsión y xpansión: Wi P dv Prsión mdia indicada (pmi): Wi pmi VD Potncia indicada (Ni): Wi N i in pmi V / n 4T D n i i = / n T Par indicado (Ti): i Ti pmi VD Rndiminto indicado (i): Exprsa "la calidad" con qu s transforma la nrgía almacnada n l combustibl n nrgía mcánica sobr l pistón. i Ni mfhc Wi mfcch C pmi V mfcch D C HC Podr calorífico dl combustibl: Enrgía qu s dsprnd por unidad d masa d combustibl qumado. Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página 4

Wi pmi VD Potncia indicada (Ni): Wi N i in pmi V / n 4T D n i i = / n T Par indicado (Ti): i Ti pmi VD Rndiminto indicado (i): Exprsa "la calidad" con qu s transforma

5 PARÁMETROS EFECTIVOS Parámtros rlacionados con aspctos trmodinámicos y mcánicos dl ciclo. Potncia fctiva (N): Es la potncia qu s tin n l j dl cigüñal. Es d mnor valor qu la potncia indicada porqu sta disminuida por las pérdidas qu tinn lugar hasta la salida d furza por l cigüñal. Par fctivo (T): T N n Prsión mdia fctiva (pm): N pm n V D T i VD i Para un motor dado l par y la prsión mdia fctiva stán ligados por la cilindrada. Rango d pm MEP turismos pm MEP dportivos pm MEC automoción pm MEC 4T industrials pm MEC T lntos pm max max max max max 8,4 6,6 8.5, 5 5.5, 3 bar bar bar bar 0,5 bar Trabajo fctivo (W): Es l trabajo qu s obtin n l j dl cigüñal durant un ciclo d trabajo complto. W N n i Rndiminto fctivo (): Exprsa "la calidad" con qu s transforma la nrgía librada por l combustibl n nrgía mcánica n l j (cigüñal). Rangos N W pm V m m m D f HC fcc HC fcc HC MEP 0.5, MEP industrials MEC 0.30, , 0.45 Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página 5

Par fctivo (T): T N n Prsión mdia fctiva (pm): N pm n V D T i VD i Para un motor dado l par y la prsión mdia fctiva stán ligados por la cilindrada.

6 PARÁMETROS DE PÉRDIDAS MECÁNICAS Parámtros qu rlacionan la nrgía mcánica xistnt n l pistón con la qu s tin n l cigüñal a la salida dl motor. Estas pérdidas tinn trs orígns: Pérdidas por fricción. Accionaminto d auxiliars. Pérdidas d bombo. Potncia absorbida por pérdidas mcánicas (Npm): Npm Ni N Prsión mdia d pérdidas mcánicas (pmpm): pmpm pmi pm Par d pérdidas mcánicas (Tpm): Tpm Ti T Trabajo d pérdidas mcánicas (Wpm): Wpm Wi W Rndiminto mcánico (m): Es la rlación ntr la nrgía mcánica qu s xtra a través dl cigüñal y la qu s obtin n l pistón. m i pm N T W pmi Ni Ti W i Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página 6

Potncia absorbida por pérdidas mcánicas (Npm): Npm Ni N Prsión mdia d pérdidas mcánicas (pmpm): pmpm pmi pm Par d pérdidas mcánicas (Tpm): Tpm Ti T Trabajo d

7 RESUMEN DE PARÁMETROS i, y pm INDICADOS: Enrgía combustibl MECÁNICOS: Enrgía mcánica pistón EFECTIVOS: Enrgía combustibl i m Enrgía mcánica sobr l pistón Enrgía mcánica cigüñal Enrgía mcánica cigüñal i m Para un motor, conocido l régimn n, l gasto d combustibl, l podr calorífico dl combustibl y uno d los parámtros, s posibl obtnr l rsto. V Dn i Pm (Prsión mdia) mfcch VD c N (Potncia) (Rndiminto) n M (Par) i W (Trabajo) mfcc Hc Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página 7

gasto d combustibl, l podr calorífico dl combustibl y uno d los parámtros, s posibl obtnr l rsto.

8 OTROS PARÁMETROS (I) Régimn (n): Es la vlocidad angular con qu gira l cigüñal. Suln utilizars los trs tipos d unidads siguints. 60 rpm (rv/min) n (rv/s) 60 (rad/s) Vlocidad linal mdia (Cm): Vlocidad mdia con qu s muv l pistón. Cm S n Rango d Cm a N max MEP turismos Cm 8, 6 m / s MEP dportivos Cm 5, 3 m / s MEC automocion Cm 9, 3 m / s MEC 4T industrials Cm 6, m / s MEC T lntos Cm 6, 7 m / s Potncia spcífica: (pud sr por unidad d masa o volumn) Nf (vol) = N VD N Nf (mas) = mmotor (Potncia por unidad d cilindrada) (Potncia por unidad d masa dl motor) Los MEP prsntan mayors Nf qu los MEC no sobralimntados. Los motors T prsntan mayors Nf qu los motors 4T. Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página 8

Cm S n Rango d Cm a N max MEP turismos Cm 8, 6 m / s MEP dportivos Cm 5, 3 m / s MEC automocion Cm 9, 3 m / s MEC 4T industrials Cm 6, m / s MEC T lntos Cm 6, 7 m / s Potncia

9 OTROS PARÁMETROS (II) Consumo spcífico (gf): Mid (habitualmnt n g/kwh) l consumo d combustibl por unidad d potncia xtraída. Es un parámtro rlacionado con l rndiminto a través dl podr calorífico dl combustibl. Pud sr indicado (gif) o fctivo (gf). m f gf N Hc MEP gf 30, 80 g / kwh Rango d gf MEC gf 80, 80 g / kwh Rndiminto volumétrico (v): Mid l llnado dl motor, comparándolo con l llnado tórico a una tmpratura d rfrncia. mmcc m m m a v VDim VT im n i C VT ia n i ia Dnsidad dl air n las condicions d rfrncia. C Rlación ntr l volumn ocupado por l air y l ocupado por la mzcla admitida. ma Va pa C 9 9 VT p m i a mh mf h F 9 8 Mf 9 8 Mf Para combustibls d lvado pso molcular (gasolina, gasolo) y las humdads habituals n l air C toma valors próximos a uno. Grado d carga: para un régimn d giro dado, l grado d carga xprsa la rlación ntr l par máximo dl motor a s régimn y l qu stá suministrando l motor n las condicions d funcionaminto. En MEP s actúa sobr la posición d la mariposa d admisión y d sta manra s modifica la m acc y l sistma d formación d la mzcla ajusta la m fcc. En MEC s actúa sobr la bomba inyctora para modificar dirctamnt la m fcc. w i mfcc Hc i M Exist una rlación simpr crcint ntr l actuador dl grado d carga y l par fctivo. Algunas vcs s l grado d carga s dfin como la posición dl actuador rspcto a su posición máxima o d plna carga. Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página 9

m f gf N Hc MEP gf 30, 80 g / kwh Rango d gf MEC gf 80, 80 g / kwh Rndiminto volumétrico (v): Mid l llnado dl motor, comparándolo con l llnado tórico a una tmpratura d rfrncia.

10 POTENCIA Y PAR EN FUNCIÓN DE LOS PARÁMETROS (Concpto d grado d carga) La potncia suminstrada por un motor altrnativo s pud xprsar como sigu: N m f Hc m a F HC n i VT C ia v Fr F HC i m l par s pud xprsar d la misma forma dividindo por la vlocidad angular: M i VT C ia v Fr F HC i m Podmos hacr un análisis d la dpndncia d cada uno d stos parámtros y agruparlos: Parámtros dpndints dl combustibl y d las condicions atmosféricas; F Dosado stquiométrico H c Podr calorífico dl combustibl ia Dnsidad dl air. C Dpnd muy ligramnt dl dosado, n los motors dond s parámtros s important (MEP a gas) l dosado rlativo no varía. Parámtros d disño dl motor, algunos s lign y otros indican l grado d éxito n l disño: i Tipo d motor (T o 4T). V T Cilindrada dl motor. Rndiminto fctivo, st parámtro dpnd d las condicions d funcionaminto. Parámtros d disño qu s modifican n funcionaminto rspcto d su valor máximo d disño, podríamos llamarlos parámtros d funcionaminto: v Rndiminto volumétrico: n los MEP. S modifica para variar l par qu suministra l motor, l valor máximo dpnd ligramnt dl régimn d giro. F r Dosado rlativo: n MEC s modifica para variar l par, n MEP varia poco n todos los puntos d funcionaminto. n Régimn d giro: st parámtro s fija n l punto d quilibro ntr l par rsistnt y l par motor. A la rlación ntr l par máximo y l par ral qu stá dando l motor s l sul dnominar grado d carga. Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página 0

d las condicions atmosféricas; F Dosado stquiométrico H c Podr calorífico dl combustibl ia Dnsidad dl air.

11 POTENCIA Y PAR EN FUNCIÓN DEL REGIMEN M i VT C ia v Fr F HC i m Para un motor dado y n unas condicions atmosféricas dfinidas, l par dpnd fundamntalmnt dl producto d los trs rndimintos y dl dosado rlativo. En condicions d plna carga, ninguno d los cuatro varía mucho cuando s modifica l régimn. Cab dstacar la caída dl rndiminto mcánico a alto régimn y algo similar l ocurr al rndiminto volumétrico n los motors d aspiración natural. S pud dcir qu a plna carga l par prmanc snsiblmnt constant al variar l régimn. Las variacions qu pud tnr son fundamntalmnt dbidas al rndiminto volumétrico y n mnor mdida al dosado rlativo y l rndiminto indicado, a alto régimn la caída dl rndiminto mcánico y l rndiminto volumétrico hac qu l par dcrzca. N n M En conscuncia la potncia aumnta linalmnt con l régimn d giro y solo a alto régimn alcanza un máximo cuando l incrmnto d régimn no compnsa la caída dl par. M max N max Difrnts curvas d para para difrnts grados d cargas: Modificación d Fr MEC Modificación d v MEP n Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página

Cab dstacar la caída dl rndiminto mcánico a alto régimn y algo similar l ocurr al rndiminto volumétrico n los motors d aspiración natural.

12 BIBLIOGRAFÍA Muñoz, M., Payri, F.. Srvicio Publicacions E.T.S. Ingniros Industrials, Univrsidad Politécnica Madrid, 994. Cap. : Caractrísticas Fundamntals d los MCIA (pp. 3-5). Dpartamnto d Ingniría Enrgética y Fluidomcánica Página

994. Cap. : Caractrísticas Fundamntals d los MCIA (pp.

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