Terminos básico De Rendimiento De Motores

Lección 3: Términos Básicos del Rendimiento

del Motor

Lección 3: Terminología del Rendimiento del Motor

Objetivos:

Al terminar esta lección el estudiante podrá definir los términos

básicos referentes al rendimiento del motor y realizar los cálculos de

cilindrada, relación de compresión y potencia del motor.

Material de Referencia:

Glosario LEXQ8150

Introducción:

Para entender el diseño y el rendimiento de un motor diesel, es

necesario conocer los términos relacionados y cómo realizar los

cálculos matemáticos que se aplican a los motores diesel.Unidad 1 1-3-2 Fundamentos del Motor

Lección 3

Esta presentación tratará acerca del rendimiento del motor y los

términos básicos correspondientes.

Fig. 1.3.1

Existen múltiples factores que determinan el rendimiento del motor.

Las condiciones de operación del motor y su aplicación específica

afectan su rendimiento. Sin embargo, muchos de los factores

determinantes del rendimiento dependen de la fabricación del motor.

Algunas de las especificaciones básicas que dependen del fabricante

del motor y que afectan su rendimiento son:

Diámetro del cilindro

Carrera

Cilindrada

Relación de compresión

El rendimiento del motor se calcula generalmente comparando la

potencia de salida y/o la eficiencia del motor. Estos valores pueden

medirse de diferentes modos. Deben conocerse las bases de estas

mediciones y las especificaciones del fabricante para entender mejor

los efectos que todos estos factores y mediciones tienen en el

rendimiento del motor.Unidad 1 1-3-3 Fundamentos del Motor

Lección 3

BD C

T DC

CA RR E RA

D IAM E T RO D EL CI LI ND RO

C IG U E ÑA L

E N TD C

CI G U EÑ AL

E N B DC

Fig. 1.3.2

Punto muerto superior (TDC)

El punto muerto superior (TDC) es el termino usado para describir la

posición del pistón cuando está en el punto más alto del cilindro.

Esto ocurre cuando el cigüeñal y la biela están extendidos

completamente y en línea recta uno al otro. La mayoría de los

eventos de la operación del motor se identifican por la posición del

cigüeñal, medida en grados, ya sea antes o después del TDC.

Punto muerto inferior (BDC)

El punto muerto inferior (BDC) es un término usado para describir la

posición del pistón cuando el pistón está en el punto más bajo del

cilindro. Esto ocurre cuando el cigüeñal y la biela están retraídos

completamente y en línea recta uno con el otro.

Diámetro del cilindro (B)

El diámetro del cilindro es el término usado para describir el

diámetro del cilindro del motor. El diámetro del cilindro es medido

generalmente en milímetros o pulgadas.

Carrera (L)

La carrera es el término usado para describir la distancia que un

pistón viaja en el cilindro del motor. La carrera se mide como la

distancia entre las posiciones del pistón de BDC a TDC. La carrera

está determinada por el diseño del cigüeñal. La carrera es igual al

doble del paso del cigüeñal. La carrera generalmente se mide en

milímetros o pulgadas.Unidad 1 1-3-4 Fundamentos del Motor

Lección 3

1 7 A 1

MO TO R DIE SEL

Fig. 1.3.3

Cilindrada del motor

El diámetro del cilindro, la carrera y el número de cilindros

determinan la cilindrada del motor. La cilindrada del motor es el

volumen desplazado por todos los cilindros durante un giro completo.

La cilindrada del motor se calcula usando la siguiente formula:

Cilindrada = pi x r 2 x L x n

donde...

pi = 22/7

r2 = radio x radio

radio = 1/2 diámetro del cilindro

L = carrera

n = número de cilindros en el motor

Relación de compresión

La relación de compresión de un motor está determinada por la

cilindrada y el volumen de la cámara de combustión. Para calcular la

relación de compresión use la siguiente fórmula:

CR = Volumen total del cilindro

Volumen de la cámara de compresión

Generalmente la relación de compresión de los motores diesel está en

la gama de 11:1 a 22:1. La relación de compresión de los motores

diesel es significativamente más alta que la de los motores de

gasolina. Los motores diesel usan esta relación de compresión más

alta para aumentar la presión en la cámara de combustión. Las

presiones más altas causan aumento de temperatura de la mezcla aire

y combustible en la cámara de combustión. Esta temperatura más alta

[aproximadamente 532 0C (1.000 0F)] permite que el combustible

diesel se encienda sin necesidad de usar una bujía de combustión.Trabajo

El trabajo se define como la fuerza aplicada por la distancia.

W = F x D

Potencia

La potencia se define como la velocidad a la cual se realiza el

trabajo.

P = F x D / t

o

P = W / t

donde t en la fórmula es el tiempo en que se realiza el trabajo.

La medida estándar de potencia en el sistema métrico es el kilovatio

(kW), y en el sistema inglés el caballo de fuerza (HP).

1 HP = 0,746 kW

1 kW = 1,340 HP

El termino "caballo de fuerza" se debe originalmente a James Watt,

inventor escocés. Watt observó en una mina de carbón la capacidad

de un caballo de transportar carbón. Watt definió como 1 HP la

capacidad de un caballo de transportar 33.000 libras de carbón, una

distancia de 1 pie en un minuto.

La potencia puede expresarse en diferentes formas:

La potencia indicada (IP) es la potencia teórica que un motor es

capaz de producir. Se calcula multiplicando la cilindrada del

motor por la presión media efectiva en el cilindro en libras

por pulgada cuadrada y dividiendo por 33.000.

La potencia al freno del motor (BP) es la potencia encontrada al

probar físicamente el motor en un dinamómetro. Un

dinamómetro es un dispositivo acoplado a un motor con el

propósito de medir la salida de par y la potencia del motor.

La potencia de fricción (FP) es la potencia que el motor requiere

para sobrepasar las pérdidas por fricción de los cojinetes,

engranajes y otras piezas móviles del motor. La potencia de

fricción aumenta si aumenta el tamaño y/o la velocidad del

motor.

BP = IP - FP

Unidad 1 1-3-5 Fundamentos del Motor

Lección 3Par

Cuando el motor está en funcionamiento, la combustión mueve los

pistones hacia abajo en los cilindros. Este movimiento hacia abajo del

pistón se transmite a las bielas y permite a su vez que el cigüeñal

gire. La fuerza de torsión resultante producida por el cigüeñal se

llama par.

El par y la potencia producida por el motor se relacionan en la

siguiente ecuación:

HP = T x rpm / 5.252

NOTA: Esta fórmula no puede usarse con unidades métricas.

Convierta las unidades métricas en unidades inglesas antes de

realizar los cálculos.

En donde:

T = Par (medido en pies libra)

5.252 = 33.000 / 2pi (constante)

La constante 5.252 resulta de dividir las 33.000 libras, en la fórmula

de potencia de Watt, entre el valor angular de una rotación del

cigüeñal en radianes, 2pi.

El par se mide en pies-libra (pie-lb) en el sistema inglés y en

Newton-metros (Nm) en el sistema métrico.

1 pie lb = 1,3558 Nm

1 Nm = 0,7376 pie lb

Fricción

Se requiere cierta fuerza para deslizar las superficies de dos objetos

una contra la otra. La resistencia a este movimiento se llama fricción.

A medida que la carga aumenta, la fricción aumenta. Por ejemplo, se

requiere más fuerza para arrastrar un objeto pesado que uno liviano.

También influye la condición de las dos superficies en contacto.

Debido a esto, es tan importante el sistema de lubricación de un

motor. La película de aceite entre las piezas en movimiento de un

motor mantiene la fricción muy baja entre las dos superficies. Esto no

solamente da al motor una vida de servicio más larga, sino también

crea menos arrastre en el motor, reduce la cantidad de potencia de

fricción y permite que el motor tenga más potencia al freno.

Unidad 1 1-3-6 Fundamentos del Motor

Lección 3Inercia

La primera ley de movimiento de sir Isaac Newton expresa que un

objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento y que un

objeto en reposo tiende a permanecer en reposo, hasta que actúa sobre

él una fuerza externa. Este fenómeno se debe a la inercia que todo

objeto posee. La cantidad de inercia de un objeto es directamente

proporcional a la cantidad de masa que tiene el objeto. Por ejemplo, un

carro tiene más inercia que una bicicleta. Por esta razón es más difícil

mover o detener un carro que una bicicleta.

Eficiencia

La eficiencia de un motor se expresa como el porcentaje de potencia

real comparado con la potencia teórica del motor. La potencia real

producida por un motor es siempre menor que la potencia teórica. Hay

varios modos de definir la potencia del motor.

La eficiencia volumétrica se define como la capacidad del motor

de llenar el cilindro con aire en la carrera de admisión

comparado con el cilindro completamente lleno de aire con

presión atmosférica. Debido a que el aire debe ser aspirado dentro

del cilindro con el movimiento hacia abajo del pistón, el motor

nunca es capaz de llenar el cilindro completamente.

La potencia del freno es la cantidad de potencia útil real que

produce el motor. La potencia indicada es la cantidad de potencia

teórica que el motor debe ser capaz de producir. La eficiencia

mecánica es la relación de la potencia al freno y la potencia

indicada.

BP / IP = Eficiencia mecánica

La eficiencia térmica se define como el grado al cual un motor es

capaz de convertir con éxito la energía del combustible en energía

calorífica para hacer que los pistones giren el cigüeñal.

La eficiencia del combustible se define de diferentes maneras. La

más común es la que se expresa en kilómetros por litro (km/L), o

millas por galón (millas/galón EE.UU.), y se usa para describir la

eficiencia de combustible de un motor en una aplicación de

carretera, como por ejemplo, en un camión. La eficiencia de

combustible para aplicaciones marinas e industriales se expresa en

litros por hora (L/h) o galones por hora (galón EE.UU/h) a la

velocidad de clasificación.

La eficiencia de combustible se expresa también en consumo de

combustible específico al freno (bscf). El bscf se define como la

cantidad de combustible usado por unidad de potencia y tiempo. El

bscf de un motor se expresa ya sea en g / (kW h) o lb / (hp h).

Unidad 1 1-3-7 Fundamentos del Motor

Lección 3Unidad 1 1-3-8 Fundamentos del Motor

Lección 3

Fig. 1.3.4

A manera de ejemplo, debido al aumento de presión a nivel del mar

el aire es más denso que el aire en la cima de una montaña. El aire

denso permite que más moléculas de aire entren en el cilindro. Esto

permite que el combustible se queme casi totalmente en un motor

diesel, lo que produce más potencia. A esto se debe que los motores

rindan mejor en altitudes bajas, donde el aire es más denso.

La temperatura ambiente del aire también juega un papel importante

cuando necesitamos mayor cantidad de aire en el cilindro. A menor

temperatura del aire, más densa la carga de aire que entra en el

cilindro. A mayor densidad del aire se produce en forma eficiente

más potencia en el motor.

La humedad es también un factor importante en la combustión del

motor diesel. La humedad es una medida relativa de la cantidad de

vapor suspendido en el aire. El vapor suspendido tiene un efecto de

enfriamiento del aire cuando entra en el motor. Por tanto, a mayor

humedad del aire, es más frío y denso, y se produce mayor potencia

en el motor.

Condiciones atmosféricas

Para producir los niveles deseados de potencia, los motores diesel

requieren grandes volúmenes de aire. Por tanto, la presión

atmosférica, la temperatura ambiente y la humedad relativa del aire

juegan también un papel importante en las características de

rendimiento del motor.

La presión atmosférica es la que fuerza el aire dentro del motor. La

presión atmosférica es la presión ejercida sobre la superficie de la

tierra debido al peso de la atmósfera (el aire que rodea la tierra). La

presión atmosférica es mayor a nivel del mar que en la cima de una

montaña. Refiérase a la figura 1.3.4.Copia del Estudiante: Ejercicio 1.3.1

Unidad 1 1-3-9 Fundamentos del Motor

Lección 3 - Ejercicio 1.3.1

Unidad 1 - Ejercicio 1.3.1

Defina los siguientes términos:

Calibre:

Carrera:

TDC - Punto muerto superior:

BDC - Punto muerto inferior:

Cilindrada:

Relación de compresión:

Trabajo:

Presión atmosférica:

Potencia:

Eficiencia mecánica:

Caballos de fuerza:

Eficiencia térmica:

Kilovatio:

Potencia indicada:

Fricción:

Par:

Potencia al freno del motor:

Dinamómetro:

Eficiencia volumétrica:

Inercia:

Eficiencia de combustible:Unidad 1 1-3-10 Fundamentos del Motor

Lección 3 - Ejercicio 3.1

Escriba la ecuación para calcular:

Cilindrada:

Potencia:

Use el “Glosario” para definir:

Fuerza:

Calor:

Unidad Térmica Inglesa (BTU):

Presión media efectiva al freno (BMEP):NOTASNOTAS

...