2
Problema 1.-Un motor, originalmente Diesel, de relación de compresión 1 / 16 , de cuatro tiempos, de 4 L de cilindrada, de 4 cilindros, de aspiración natural, es convertido para trabajar con GNV con el ciclo Otto remplazando los inyectores por bujías, rebajando la cabeza de los pistones para así aumentar el volumen muerto de los cilindros en 50% (con la consiguiente disminución de la relación de compresión) e instalando un mezclador (aire-GNV) con su válvula de mariposa en el ducto de admisión. Estas son las únicas modificaciones hechas. Si en la versión Diesel, en el régimen nominal, el motor tenía los siguientes parámetros: n nom =3100 RPM, T = 25ºC, 1 =1,05, p a =0,87 bar, p r =1,15 bar. Después de la conversión las pérdidas hidráulicas en la admisión (a n nom , con la válvula de mariposa completamente abierta) varían en 0,03 bar y T se mantiene constante. Asumiendo que p 0 =1,01 bar, T 0 =20ºC. Calcular (justificando las asunciones que haga): a) La eficiencia volumétrica cuando el motor trabaje a GNV en el régimen nominal, en %. b) El caudal de GNV (en m 3 /h) asumiendo 1 y l 0 =9,3 m 3 /m 3 . Problema 2.-Un motor E.CH., de aspiración natural, de relación de compresión =9,5/1, tiene una velocidad media del pistón de V p =14m/s, =R/L=0,28, un coeficiente de amortiguamiento =0,2, un coeficiente de resistencia del sistema de admisión referido a la sección más estrecha ad =3,8, un coeficiente de recarga 1 =1,05, una temperatura al final de la admisión T a =340K, p 0 =1,01bar y T 0 =24ºC. Calcular: a) La caída de presión en el sistema de admisión a p , en bar. b) La eficiencia volumétrica del motor en este régimen, en %. Problema 3.- Un motor Diesel, sobrealimentado con turbocompresor (sin intercooler), de 4 tiempos y 4 cilindros, de dimensiones SxD= 120x100 mm, coeficiente de amortiguamiento 2 , 0 p ad A A (A p área transversal del pistón), relación de compresión 1 / 16 , sin descentramiento. En el régimen nominal, la velocidad del motor es n=3500 rpm y el coeficiente de resistencia del sistema de admisión 5 , 3 ad , el calentamiento del aire fresco por contacto con las paredes es C T º 18 , la presión de los gases residuales p r =0,80 p k . Las condiciones del aire a la salida del turbocompresor son p k =1,9 MPa y T k =90ºC. Si en un cuarto de vuelta del cigüeñal (desde el PMS), los pistones descienden el 65% de la carrera. Además, durante la recarga ingresa adicionalmente a los cilindros 8% de aire y el coeficiente de soplado s =0,80. Asumiendo que la velocidad del aire (V ad en m/s) en la sección más estrecha del sistema de admisión (A ad en m 2 ) se puede calcular con la fórmula propuesta por M.S. Jóvaj: ad ad A D n R V 1 4 1 30 2 2 , donde L R , determinar: a) La longitud de la biela del motor, en m (1,5 puntos) b) El coeficiente de llenado, en % (3 puntos). Problema 4. Un motor “cuadrado”, Diesel, de 4 cilindros, tiene una cilindrada de 1,2 litros y su relación de compresión es 20:1. Sabiendo que la combustión termina 25° después del PMS y la relación λ=R/L=0,3. Calcular la eficiencia termodinámica del ciclo teórico, asumiendo que se lo puede modelar como un ciclo con suministro de calor a presión constante (k=1,4). Problema 5.- Un motor encendido por chispa de dos tiempos, dos cilindros, funciona a 5000 rpm y la velocidad media del pistón es de 10,5 m/s. Si el diámetro del cilindro es 75 mm, y las relaciones de compresión geométrica y real son 8 y 6,5, respectivamente, determine el volumen total perdido por efecto de las lumbreras, en centímetros cúbicos. Problema 6. Un motor Diesel sobrealimentado, de 10 cilindros, de cuatro tiempos, cuyo régimen nominal es 2500 r.p.m. , tiene una presión media efectiva MPa p e 20 , 1 . Si la temperatura del aire de admisión después del compresor se determina con la ecuación:

Problemas Motores de Combustion Interna

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Page 1: Problemas Motores de Combustion Interna

Problema 1.-Un motor, originalmente Diesel, de relación de compresión 1/16 , de cuatro

tiempos, de 4 L de cilindrada, de 4 cilindros, de aspiración natural, es convertido para trabajar

con GNV con el ciclo Otto remplazando los inyectores por bujías, rebajando la cabeza de los

pistones para así aumentar el volumen muerto de los cilindros en 50% (con la consiguiente

disminución de la relación de compresión) e instalando un mezclador (aire-GNV) con su

válvula de mariposa en el ducto de admisión. Estas son las únicas modificaciones hechas. Si en

la versión Diesel, en el régimen nominal, el motor tenía los siguientes parámetros: nnom=3100

RPM, T = 25ºC, 1=1,05, pa=0,87 bar, pr=1,15 bar. Después de la conversión las pérdidas

hidráulicas en la admisión (a nnom, con la válvula de mariposa completamente abierta) varían en

0,03 bar y T se mantiene constante. Asumiendo que p0=1,01 bar, T0=20ºC. Calcular

(justificando las asunciones que haga):

a) La eficiencia volumétrica cuando el motor trabaje a GNV en el régimen nominal, en %.

b) El caudal de GNV (en m3/h) asumiendo 1 y l0=9,3 m

3/m

3.

Problema 2.-Un motor E.CH., de aspiración natural, de relación de compresión =9,5/1, tiene

una velocidad media del pistón de Vp=14m/s, =R/L=0,28, un coeficiente de amortiguamiento

=0,2, un coeficiente de resistencia del sistema de admisión referido a la sección más estrecha

ad=3,8, un coeficiente de recarga

1=1,05, una temperatura al final de la admisión Ta=340K,

p0=1,01bar y T0 =24ºC. Calcular:

a) La caída de presión en el sistema de admisión a

p , en bar.

b) La eficiencia volumétrica del motor en este régimen, en %.

Problema 3.- Un motor Diesel, sobrealimentado con turbocompresor (sin intercooler), de 4

tiempos y 4 cilindros, de dimensiones SxD= 120x100 mm, coeficiente de amortiguamiento

2,0p

ad

A

A (Ap área transversal del pistón), relación de compresión 1/16 , sin

descentramiento. En el régimen nominal, la velocidad del motor es n=3500 rpm y el coeficiente

de resistencia del sistema de admisión 5,3ad , el calentamiento del aire fresco por contacto

con las paredes es CT º18 , la presión de los gases residuales pr=0,80 pk. Las condiciones

del aire a la salida del turbocompresor son pk=1,9 MPa y Tk=90ºC. Si en un cuarto de vuelta del

cigüeñal (desde el PMS), los pistones descienden el 65% de la carrera. Además, durante la

recarga ingresa adicionalmente a los cilindros 8% de aire y el coeficiente de soplado s =0,80.

Asumiendo que la velocidad del aire (Vad en m/s) en la sección más estrecha del sistema de

admisión (Aad en m2) se puede calcular con la fórmula propuesta por M.S. Jóvaj:

ad

adA

DnRV

1

41

30

22 , donde

LR , determinar:

a) La longitud de la biela del motor, en m (1,5 puntos)

b) El coeficiente de llenado, en % (3 puntos).

Problema 4. Un motor “cuadrado”, Diesel, de 4 cilindros, tiene una cilindrada de 1,2 litros y su

relación de compresión es 20:1. Sabiendo que la combustión termina 25° después del PMS y la

relación λ=R/L=0,3. Calcular la eficiencia termodinámica del ciclo teórico, asumiendo que se lo

puede modelar como un ciclo con suministro de calor a presión constante (k=1,4).

Problema 5.- Un motor encendido por chispa de dos tiempos, dos cilindros, funciona a 5000

rpm y la velocidad media del pistón es de 10,5 m/s. Si el diámetro del cilindro es 75 mm, y las

relaciones de compresión geométrica y real son 8 y 6,5, respectivamente, determine el volumen

total perdido por efecto de las lumbreras, en centímetros cúbicos.

Problema 6. Un motor Diesel sobrealimentado, de 10 cilindros, de cuatro tiempos, cuyo

régimen nominal es 2500 r.p.m. , tiene una presión media efectiva MPape 20,1 . Si la

temperatura del aire de admisión después del compresor se determina con la ecuación:

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1

1

,

k

k

o

k

kad

oKp

pTT

Calcule la eficiencia efectiva del motor en el régimen nominal si se conoce lo siguiente,

MPapo 1,0 ; KTo 298 ; MPapk 2,0 ; 80,0,kad (eficiencia adiabática del

compresor); cmD 13 ; cmS 95,14 ; 80,0v ; α = 1,8; lo = 14,45; 4,1k (exponente

adiabático del aire).

Considere que la masa molecular del aire es 96,28a Para el combustible:

kgkJH u /42500

Pregunta 1.- Llenar los espacios en blanco en las siguientes oraciones:

a) El propano, a las condiciones atmosféricas estándares, se encuentra en estado

…………………..

b) La presencia de fracciones ligeras en una gasolina facilita ……………………… pero

aumentan ………………………………….

c) La temperatura de autoencendido del metano es ……………… que la de las gasolinas.

d) La presencia de fracciones muy pesadas en la gasolina ocasiona ………………

……………………………………………….en el cárter del motor.

e) El número de cetano mide …………………….. del autoencendido del combustible en

un motor Diesel. Numéricamente es igual al porcentaje en volumen de

……………………. en una mezcla con ……..……………………

Pregunta 2.- Llenar los espacios en blanco en las siguientes oraciones:

a) A elevadas revoluciones de un motor, la eficiencia volumétrica ………………,

principalmente, por efecto de …………..…………………… ………..

b) En un motor sobrealimentado con turbocompresor, la eficiencia volumétrica, en

relación al valor de un motor idéntico de aspiración natural, …………………, sin

embargo, el flujo másico de aire …………………debido a ………………

…………………….

c) En un motor Diesel de aspiración natural, al variar la carga, la eficiencia volumétrica

……………………. debido a ……………………………… ….. …

d) La eficiencia volumétrica de un motor de combustión interna de aspiración natural

…………………… al aumentar la relación de compresión.

e) En un motor de combustión interna de aspiración natural, al variar la velocidad de

rotación, ………………………… el coeficiente de gases residuales y

………………………el grado de calentamiento T por contacto con las paredes

calientes del sistema de admisión.

Pregunta 3.- Llenar los espacios en blanco en las siguientes oraciones:

a) La …………..eficiencia termodinámica del ciclo teórico con suministro mixto del calor

en relación al valor de este parámetro del ciclo Otto se debe principalmente a

…………………………………………………

b) La presencia de un interenfriador en el ciclo termodinámico de un motor

sobrealimentado provoca …………………… de la eficiencia termodinámica y

……………………… de presión media del ciclo.

c) El aumento el coeficiente de expansión preliminar ocasiona que.la eficiencia

termodinámica del ciclo teórico Diesel …………….. y que la presión media del ciclo

………………

d) La máxima velocidad del pistón de un motor, a una determinada velocidad de rotación,

se logra aproximadamente cuando ……………………………… ………………

e) Al aumentar la relación de compresión de un motor E.CH., aumenta la posibilidad de

……………………………..aumentan las emisiones de ………… ………….. …… y

………………………