Mcia 02 características de operación

j.m. riesco a. IMT09.06 Motores de Combustión Interna Pág. 1/35

2. Características de operación de los MCIA

Objetivo:

Conocer los parámetros que caracterizan el funcionamiento de los motores decombustión interna alternativos.

Contenido:2.1 Parámetros geométricos.2.2 Par y potencia al freno.2.3 Trabajo.2.4 Presión media y potencia.2.5 Rendimientos y consumo específico.2.6 Relación combustible-aire (dosado).2.7 Rendimiento volumétrico.2.8 Peso y volumen específicos.2.9 Emisiones específicas e índice de emisiones.2.10 Relaciones entre parámetros de funcionamiento.2.11 Datos de diseño y funcionamiento.


2.1 Parámetros geométricos

( )

( ) 21222

2

2

sencos,

4

4

2

θθ

π

π

alas

salDVV

V

cilindrosdeNúmerozVzV

SDV

aS

D

c

c

dt

d

−+=

−++=

=⋅=

=

=

donde

donde,

:defunciónencilindrodelVolumen

:combustióndecámaraladeVolumen

:totalCilindrada

:unitariaCilindrada

:pistóndelCarrera

:pistóndelDiámetro

θ

DPMS

PMI

l

a



2. Características de operación / 2.1 Parámetros…

cigüeñaldelgirodeRégimennSnC

alR

DSR

VVVr

m

SD

c

cd

==

=

=

+=

donde,

10.-5 de velocidad baja de MEC En

4.-3 de medianos y pequeños motores En

3,0. - 1,2 de velocidad baja de MEC En

1,2. - 0,6 de medianos y pequeños motores En

24.a12deMECeny11a8deMEPEn

2:pistóndelmediaVelocidad

:manivela la de obiela/radi de longitud Relación

:ámetrocarrera/di Relación

:compresióndeRelación


2. Características de operación / 2.1 Parámetros…Generalmente, Cm suele ser un parámetro más adecuado que el régimen de giro del cigüeñalpara caracterizar el comportamiento del motor. Por ejemplo, Cm está relacionada con:

• La pérdida fluidodinámica que se produce en los procesos de llenado y vaciado del cilindro.

• La inercia de las piezas en movimiento.

• La transferencia de calor hacia el sistema de refrigeración.

El valor máximo de Cm está limitado por la resistencia del flujo de gas a la entrada y a la salidadel cilindro, y por los esfuerzos debidos a la inercia de las partes en movimiento. Su valor sueleestar comprendido entre 5-20 m/s, acercándose al límite superior en automóviles y al inferior engrandes MEC. En autos deportivos (MEP), este valor puede elevarse hasta 35 m/s, con unrégimen de giro de hasta 14 000 rpm.

Este rango aceptable de valores para Cm, también define el rango aceptable del régimen de girodel cigüeñal, dependiendo del tamaño del motor. Hay una fuerte correlación inversa entre eltamaño del motor y el régimen de giro. Motores muy grandes con diámetro de pistón del ordende 0,5 m, típicamente operan en el rango de 200-400 rpm, mientras que los motores muypequeños (aeromodelismo), con diámetro de pistón del orden de 1,0 cm, operan a 12 000 rpmo más.



( )

( )a

lR

alas

donde

senRCC

dtdsC

m

p

p

=

−+=

−+=

=

21222

2122

sencos

:

cos1sen2

θθ

θ

θθπ

:pistón del ainstantáne Velocidad

C/C p

m

Relación entre la velocidad instantánea y la velocidad media del pistón en función del ángulo de giro del cigüeñal, para

diferentes valores de R.



R = 3 R = 4

R = 8

Posición, velocidad y aceleración del pistón para diferentes valores de R.

Posición

Velocidad

Aceleración


2. Características de operación de los MCIA2.2 Par y potencia al freno

Principio de funcionamiento de un dinamómetro

El par motor se mide normalmente con undinamómetro. El motor se coloca en una bancada y eleje se conecta al rotor del dinamómetro. El rotor seacopla electromagnéticamente, hidráulicamente o porfricción al estator. El estator se balancea con el rotorestacionariamente. El par ejercido sobre el estatorcuando el motor gira, se mide equilibrando el estatorcon pesos, muelles u otros medios.

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

hp1,341kW1slbfpie550hBTU2545kW0,7457hp1

5252MN

10M2N

M2N

M

3

=⋅===

⋅⋅=

×⋅⋅=

=

⋅=

−

pielbfminrevnhp

mNsrevnkW

n

LF

π

π:frenoelporabsorbida

ymotorelpordadesarrollaPotencia

:motorelporejercidoPar


2. Características de operación de los MCIA2.3 Trabajo

El trabajo indicado por ciclo (y por cilindro) Wi, se puede obtener por integracióny corresponde al área representada en el diagrama indicado:

● El trabajo indicado (compresión, combustión y expansión) corresponde a lasáreas A y C en la figura.

● El trabajo indicado de la renovación de la carga (admisión y escape),denominado trabajo de bombeo (Wb), corresponde a las áreas B y C.

El trabajo de bombeo normalmente no se considera como trabajo indicado y seincluye, como se verá más adelante, dentro de las pérdidas mecánicas.

Para motores de aspiración natural, el trabajo de bombeo será negativo, por loque el trabajo efectivo será:

We = Wi – Wb

En motores sobrealimentados, la presión de admisión puede ser mucho mayorque la de escape, dando un trabajo de bombeo positivo, por lo que

We = Wi + Wb

∫ ⋅= dVPWi


2. Características de operación / 2.3 Trabajo…

Diagrama indicado de un MEP sobrealimentado.


2. Características de operación de los MCIA2.4 Presión media y potencia

La presión media indicada se define como la presiónconstante que durante una carrera produce un trabajo igualal indicado del ciclo:

Si el motor es de 2T no existe lazo de renovación de la cargay el área del diagrama indicado corresponde al trabajoindicado.

dVWipmi =

inVpmiinVzpmi tdi ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=N

La potencia indicada Ni (o potencia interna) de un motor(trabajo indicado por unidad de tiempo) será:

=

+

-

+

p

VVd

b

a

cSd

Vd

pmi

i = número de ciclos por vuelta= 1/2 (4 tiempos)

= 1 (2 tiempos)

La potencia efectiva Ne en el cigüeñal será menor que lapotencia indicada debido a la potencia absorbida porpérdidas mecánicas (Npm):

pmie NNN −=

La potencia absorbida por las pérdidas mecánicas incluye laspérdidas por fricción mecánica (pistones, segmentos,cojinetes), las pérdidas de bombeo y la potencia necesariapara el accionamiento de los elementos auxiliares.


2. Características de operación / 2.4 Presión media…

El par motor es un parámetro que indica la capacidad para realizartrabajo que tiene un motor particular, por lo que depende deltamaño del mismo. Un parámetro más adecuado para reflejar elcomportamiento de un motor es la presión media efectiva, la cualse define análogamente a la presión media indicada:

La potencia efectiva se puede expresar también en la forma:

Y la potencia absorbida por pérdidas mecánicas como:

Definiendo la presión media de pérdidas mecánicas como:

La potencia absorbida por pérdidas mecánicas será:

( )

inVpmpm

pmepmipmpm

inVpmepmi

inVpme

VWepme

tpm

teipm

te

d

⋅⋅⋅=

−=

⋅⋅⋅−=−=

⋅⋅⋅=

=

N

NNN

N

Valores típicos de pme (bar)

MEP turismos: 8,0 – 14

MEP deportivos: 8,5 – 25

MEC automoción: 6,0 – 16

MEC 4T industriales: 5,5 – 23

MEC 2T lentos: 10,0 – 15


2. Características de operación de los MCIA2.5 Rendimientos y consumo específico

i

e

i

em pmi

pmeηηη ===

NN

cf

ee

cf

ii

Hm

Hm

•

•

=

=

N

N

η

η

Rendimiento térmico (η): Es la relación entre la potenciadesarrollada por el motor y la potencia térmica consumida.

donde:

Hc = Poder calorífico inferior del combustible.

mf = Flujo másico de combustible.

Rendimiento indicado (ηi):

Rendimiento efectivo (ηe):

Valores máximos de ηe

MEP: 0,25 – 0,30

MEC: 0,30 – 0,50

Rendimiento mecánico (ηm):

El valor de ηm suele ser del orden de 0,8 a plena carga.cf Hm

•=

Nη


2. Características de operación / 2.5 Rendimiento…

Consumo específico (gf): Es el consumo decombustible por unidad de potencia desarrollada porel motor.

En términos del rendimiento:

Consumo específico indicado (gif):

Consumo específico efectivo (gef):ce

ef

ciif

Hg

Hg

η

η

1

1

=

=

ccf

ff

ff

HHm

mg

mg

ηη

1

N

==

=

•

•

•

Valores típicos de gef

MEP: 320 – 280 g/kWh

MEC: 280 – 180 g/kWh

Curvas de plena carga

Curvas de carga parcial


2. Características de operación de los MCIA2.6 Relación combustible-aire (dosado)

Dosado absoluto:

Dosado estequiométrico:

Dosado relativo:

er

e

FFF

F

F

=

=

=

•

•

•

•

ea

f

a

f

m

m

m

m

Fr < 1: Mezcla pobre.

Fr = 1: Mezcla estequiométrica.

Fr > 1: Mezcla rica.

Valores típicos de dosado

FMEP 1/18 – 1/12

MEC 1/71 – 1/18

Fe

Gas natural 1/17

Gasolina 1/14,6

Gasoil (diesel) 1/14,5

Fueloil 1/13,8

Fr

MEP ≈ 1

MEC < 0,7 [global]


2. Características de operación de los MCIA2.7 Rendimiento volumétrico Rendimiento volumétrico:

nVm

Vm

dra

a

dra

av

,,

2ρρ

η•

==

donde:

ma = masa de aire admitida al cilindro por ciclo.

ma = flujo másico de aire que entra al cilindro.

ρa,r= densidad del aire a la entrada del motor.

Vd = cilindrada unitaria.

n = régimen de giro del cigüeñal.

El rendimiento volumétrico mide la efectividad del procesode admisión de un motor. Este rendimiento relaciona lamasa de aire que entra al cilindro en un ciclo con la masaque llenaría al cilindro en unas condiciones de referencia.Este rendimiento sólo se utiliza en motores de 4T, puestienen un proceso de admisión bien definido.

La densidad en las condiciones de entrada se puede referir ala densidad del aire atmosférico, con lo que se mide elcomportamiento de todo el sistema de admisión, o se puedereferir también a la densidad del aire en el colector deadmisión, con lo que se mide únicamente elcomportamiento de la pipa de admisión y la válvula.

El rendimiento volumétrico máximo típico en motoresatmosféricos está en el rango de 75% a 90%.

En motores diesel este rendimiento es algo mayor.

Condiciones estándares del aire atmosférico

.lbm/pie0739,0kg/m181,1Rlbf/lbmpie33,53J/kg.K287

airedelConstante

F77R537C25K298psia7,14kPa101

33 ==

°−−===

=

°=°=°====

a

o

oa

o

o

RTR

PTP

ρ

ρ


2. Características de operación de los MCIA2.8 Peso y volumen específicos

Para una potencia dada, el peso y el volumen del motor son importantes en muchasaplicaciones. Dos parámetros que se usan habitualmente para comparar estos atributos entremotores son:

Para que estos parámetros sean útiles en la comparación de motores, debe definirse quéauxiliares se incluyen dentro del término “motor”. Estos parámetros indican la efectividad con laque el diseñador del motor ha seleccionado los materiales y ensamblado los componentes.

potenciamotordelcilindradaespecíficoVolumen

potenciamotordelpesoespecíficoPeso

=

=


2. Características de operación de los MCIA2.9 Emisiones específicas e índice de emisiones

Las cuatro principales emisiones de escape que se deben controlar en los MCIA, son los óxidos de nitrógeno (óxido nítrico,NO, y dióxido de carbono, NO2, agrupados generalmente como NOx), el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos sinquemar (HC) y las partículas (PM).

La concentración de emisiones en el escape de un motor, se mide generalmente en partes por millón (ppm) o en porcentajeen volumen (los cuales corresponden a la fracción molar multiplicada por 106 o por 102, respectivamente). Sin embargo, esmás adecuado utilizar indicadores normalizados de los niveles de emisión, por lo que habitualmente se emplea losconceptos de emisiones específicas y el índice de emisiones.

Emisiones específicas (g/kWh):

( )( )

( )( )

( )( )

( )( )kW

hgm

kWhgm

kWhgm

kWhgm

e

PM

e

HC

e

CO

e

NOx

NePM

NeHC

NeCO

NeNOx

•

•

•

•

=

=

=

=

Índice de emisiones (g/kg_fuel):

( )( )

( )( )

( )( )

( )( )skgm

sgm

skgm

sgm

skgm

sgm

skgm

sgm

f

PM

f

HC

f

CO

f

NOx

iPM

iHC

iCO

iNOx

•

•

•

•

•

•

•

•

=

=

=

=


2. Características de operación de los MCIA2.10 Relaciones entre parámetros de funcionamiento

crave

cdrave

caecae

cdrave

Hpme

nHV

HminHm

iHV

,

,e

e

,e

F

2F

N

FFN

2F

M

ρηη

ρηη

ηη

πρηη

=

=

==

=

•

Par:

Potencia:

En función del rendimiento volumétrico:

Presión media efectiva:

Potencia específica:

44FN

2FN

,e

,e

mmcrave

p

crave

p

CpmeCHA

SnHA

⋅==

=

ρηη

ρηη

donde Ap es el área del pistón (o área de la seccióntransversal del cilindro).

La potencia específica es una medida del éxito del diseñadorpara utilizar el área disponible del pistónindependientemente del tamaño del cilindro.


2. Características de operación de los MCIA2.11 Datos de diseño y funcionamiento

Valores máximos

Ciclo r D (m)

S/D n (rpm)

pme(atm)

Ne/Vt(kW/dm3)

Peso/Ne(kg/kW)

Mejor gef(g/kWh)

MEP

Pequeños (motocicletas) 2T, 4T 6 – 11 0,05 – 0,085 1,2 – 0,9 4500 – 7500 4 – 10 20 – 60 5,5 – 2,5 350

Coches de pasajeros 4T 8 – 10 0,07 – 0,1 1,1 – 0,9 4500 – 6500 7 – 10 20 – 50 4 – 2 270

Camiones 4T 7 – 9 0,09 – 0,13 1,2 – 0,7 3600 – 5000 6,5 – 7 25 – 30 6,5 – 2,5 300

Grandes motores de gas 2T, 4T 8 – 12 0,22 – 0,45 1,1 – 1,4 300 – 900 6,8 – 12 3 – 7 23 – 35 200

Motor Wankel 4T 9 0,57 dm3 por cámara 6000 – 8000 9,5 – 10,5 35 – 45 1,6 – 0,9 300

MEC

Coches de pasajeros 4T 17 – 23 0,075 – 0,1 1,2 – 0,9 4000 – 5000 5 – 7,5 18 – 22 5 – 2,5 250

Camiones 4T 14 – 22 0,1 – 0,15 1,3 – 0,8 2100 – 4000 6 – 18 15 – 26 7 – 3,5 210

Locomotoras, industriales, marinos

2T, 4T 12 – 18 0,15 – 0,4 1,1 – 1,3 425 – 1800 7 – 23 5 – 20 6 – 18 190

Grandes motores marinos y estacionarios

2T 10 – 12 0,4 – 1 1,2 – 3 100 – 400 9 – 17 2 – 8 12 – 50 180


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.1 Concepto de parámetro normalizado

Los siguientes parámetros: potencia efectiva, par motor y régimen de giro, ¿son directamentecomparables entre motores de tamaño diferente? En caso negativo, ¿cuáles son los parámetroscorrespondientes que sí son comparables? Coméntese la respuesta.

Respuesta:Los tres parámetros especificados dependen en gran medida del tamaño del motor, por lo queno son comparables entre motores de tamaño diferente.

Comentarios:• La potencia crece, de manera natural, con el área total de los pistones. Por lo tanto, el

parámetro normalizado que permite comparar la potencia de motores de diferente tamaño esla potencia específica (o potencia por unidad de área de pistones):

][kW/m2_

p

eespecíficae Az

NN⋅

=


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.1 Concepto de parámetro normalizado / Cont…

Comentarios:• El par motor depende de la cilindrada del motor en cuestión; por lo tanto, para normalizar su

valor, se debe dividir por ésta, obteniéndose así la presión media efectiva:

][Pa2222 iV

MpmeipmeVn

inVpmeVn

NVM

t

e

t

t

t

e

t

e

⋅⋅=→⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅= π

πππ

• El régimen de giro depende fuertemente del tamaño del motor: cuanto más grande es elmotor, menor es su régimen de giro. El parámetro normalizado de esta magnitud es lavelocidad media del pistón:

][m/s2 nSCm ⋅⋅=

Las magnitudes normalizadas anteriores se relacionan entre sí mediante la siguiente expresión:

222 iCpme

AzNinSAzpmeinVpmeN m

p

epte

⋅⋅=

⋅⇒⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=



Comentarios:• En la Tabla 1 se muestran las características de dos motores diferentes.

Motor A Motor B

D [mm] 90,9 79,5S [mm] 88,4 95,5Z [ - ] 4 4Ne máx. [kW] 106 81n de Ne máx. [rpm] 5 400 4 000

Los parámetros normalizados para estos motores se muestran en la Tabla 2.

Motor A Motor B

Ne_específica [kW/m2] 4083,46 4079,44Cm [m/s] 15,912 12,733pme [bar] 10,27 12,82



Comentarios:• Analizando el régimen de giro máximo y fijándose en la relación carrera diámetro, se puede

decir que el motor A es un MEP (régimen elevado y motor ligeramente supercuadrado),mientras que el B es un MEC (régimen bajo y motor alargado).

Motor A Motor B

D [mm] 90,9 79,5S [mm] 88,4 95,5n de Ne máx. [rpm] 5 400 4 000

• Fijándose en los valores de pme, se concluye que el motor A es atmosférico y el Bsobrealimentado (en un MEC atmosférico los valores típicos de pme están por debajo de 10bar).

Motor A Motor B

pme [bar] 10,27 12,82



Comentarios:• Al observar los parámetros normalizados se constata que ambos motores tienen una potencia

específica equivalente. Pero la manera de conseguirla es muy distinta: el motor A (MEP) laconsigue gracias a una Cm más elevada, mientras que el motor B (MEC) la consigue con unapme más grande (por ser sobrealimentado) y una Cm moderada. Esto es una peculiaridadtípica de cada uno de estos tipos de motores.

2_iCpme

AzNN m

p

eespecíficae

⋅⋅=⋅

=


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.2 Comparación de motores muy dispares

En la tabla se presentan las características principales de 3 motores extremadamente distintos.El primero de ellos corresponde a un motor de dos tiempos de ciclomotor, el segundo a unmotor de un vehículo de automoción de alta gama (4T) y el tercero a un enorme motor marino.

Motor 1 Motor 2 Motor 3

Tipo [-] 2T 4T 2T

z [-] 1 8 14

D [mm] 40 89 965

S [mm] 40 80 2 489

Vt [L] 0,05 3,98 25 486

Ne máx. [kW] 7,5 210 81 200

n de Ne máx. [rpm] 10 000 5 800 102

Ne /Vt [kW/L] 149,2 52,7 3,2

Se desea hacer una comparación adecuada de estos motores utilizando los principalesparámetros normalizados. Comente el resultado que se obtiene.


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.2 Comparación de motores muy dispares / Cont…

Principales parámetros normalizados.


pme [bar] 8,95 10,91 18,74

Cm [m/s] 13,33 15,47 8,46

Ne_específica [kW/m2] 5 968,3 4 219,5 7 930,2

S /D [-] 1 0,90 2,58

Comentarios:Presión media efectiva. Se observa un valor notablemente superior para el motor marino con

respecto a los demás casos. La razón principal es la fuerte sobrealimentación que se utilizahabitualmente en este tipo de motores para sacarles provecho.En el caso del motor de ciclomotor (2T) su pme está claramente por debajo del motor de 4T.Esto, en el punto de potencia máxima, se debe a la imperfección del proceso de barrido, queno es capaz de efectuar una adecuada renovación de la carga en el cilindro.





pme [bar] 8,95 10,91 18,74

Cm [m/s] 13,33 15,47 8,46


S /D [-] 1 0,90 2,58

Comentarios:Velocidad media de pistón. El valor de este parámetro está estrechamente relacionado con la

durabilidad del motor. Esta es la razón principal que explica el valor tan conservador que seobserva en el motor marino. En efecto, la esperanza de vida de un motor marino es del ordende 40 años, mientras que un motor de automoción se diseña para una duración mucho máslimitada. Según este razonamiento puede sorprender que el motor de ciclomotor tenga unvalor de Cm menor que el motor de automóvil, y ello se debe a que la velocidad de giro en losmotores de 2T atmosféricos está muy limitada por la dificultad que entraña la renovación dela carga efectuada por medio del barrido.





pme [bar] 8,95 10,91 18,74

Cm [m/s] 13,33 15,47 8,46


S /D [-] 1 0,90 2,58

Comentarios:Potencia específica. Al analizar este parámetro no se ha de olvidar que un motor de 2T tiene

(teóricamente) el doble de potencia que el equivalente de 4T, puesto que el de 2T en unasola vuelta ya ha completado un ciclo, mientras que el de 4T necesita realizar 2 vueltas paracompletarlo. Por esta razón el valor de la potencia específica del motor marino esextraordinariamente grande y el ciclomotor, a pesar de tener un motor tan poco“competitivo” (baja pme y Cm), supera en potencia específica al motor de automóvil.

2_iCpme

AzNN m

p

eespecíficae

⋅⋅=⋅

=





pme [bar] 8,95 10,91 18,74

Cm [m/s] 13,33 15,47 8,46


S /D [-] 1 0,90 2,58

Comentarios:Relación carrera / diámetro. Este parámetro es indicativo del “estilo” de motor. Cuanto mayor

es este parámetro, más lento es el motor y mayor rendimiento tiene (porque la cámara decombustión queda más compacta). Puede observarse que el motor marino tiene un valor deS/D elevadísimo, lo que le permite alcanzar niveles de rendimiento muy elevados. Se trata deun motor muy alargado. El motor de ciclomotor, en cambio, es un motor cuadrado (S/D = 1),valor bastante típico en los MEP. Finalmente el motor de automóvil es supercuadrado (lacarrera es más pequeña que el diámetro), lo que es frecuente en motores de elevadaspresentaciones, puesto que de esta manera el motor dispone de más espacio para alojar lasválvulas de admisión y escape, mejorando así la renovación de la carga a elevado régimen degiro.


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.3 Comparación de dos combustibles distintos

Un motor de autobús urbano que habitualmente funcionaba con diesel se hace funcionar ahoracon biodiesel. La comparativa entre el funcionamiento del motor con uno y otro combustible enun punto característico de operación, así como las principales propiedades de amboscombustibles, se muestra en la siguiente tabla.

Diesel Biodiesel

Hc [kJ/kg] 43 000 36 800

Fe [-] 1/14,5 1/12,5

gef [g/kWh] 208 241

El dueño de la empresa está muy disgustado con el cambio, pues el vehículo consume ahoramás combustible. ¿Tiene razón el dueño, o le falta considerar algo en su razonamiento?

Si en el punto de operación para el que se ha mostrado el consumo específico se sabe que elmotor entrega 150 kW cuando opera con diesel, efectúese una estimación de cuánta potenciaentregará con biodiesel.


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.3 Comparación de dos combustibles distintos / Cont…

Solución:Como se están comparando dos combustibles esencialmente distintos (ya que tanto el poder calorífico como el dosadoestequiométrico son diferentes), la comparación se debe efectuar con cautela. No es justo comparar el consumo específico,puesto que la energía liberada por unidad de masa de combustible es distinta. La comparación más justa es mirar elrendimiento. Para ello se transforma el consumo específico en rendimiento térmico mediante la siguiente expresión:

cefcf

ee HgHm

N⋅

=⋅

= •

1η

Con ello se obtiene un rendimiento del 40,3% para el diesel y del 40,6% para el biodiesel. Se observa que, aunque elconsumo de combustible sea mayor con biodiesel (lo cual es normal, puesto que se tiene menor cantidad de energíaliberada por unidad de masa), el rendimiento del motor es mayor, con lo que el motor está funcionando mejor.

Para estimar la potencia del motor al operar con biodiesel, se hace la hipótesis de que el dosado relativo de funcionamientoes el mismo (de esta manera se está en condiciones comparables). El gasto másico de diesel consumido por el motor es:

kg/s][00867,0=⋅

==

••

ce

e

c

combf

HN

HQm

η

El gasto de aire, considerando un dosado relativo Fr, es:

kg/s][1257,0rre

fa

FFFmm =⋅

=•

•


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.3 Comparación de dos combustibles distintos / Cont…

Solución:Para el caso del biodiesel, se considera que la cantidad de aire es la misma que en el caso del diesel. La cantidad decombustible que en este caso se consumirá es:

[kg/s] 01,0=⋅⋅=••

reaf FFmm

que, obviamente, es mayor que en el caso del diesel. Finalmente, la potencia que se espera obtener en el motor será:

[kW] 2,150=⋅⋅=⋅=••

ecfecombe HmQN ηη

es decir, un 0,12% mayor que cuando se utilizaba diesel. Se concluye que el motor tiene un mejor rendimiento al utilizarbiodisel (0,85% más), si bien el consumo de combustible es superior (un 16% más, debido a su más bajo poder calorífico).Por otro lado, a igualdad de condiciones (mismo dosado relativo), el motor entrega un poco más potencia (0,12% más).


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.4 Comparación de curvas características

En la figura se presentan las curvas de par y de potencia de 4 motores de vehículos comercialesque se desean comparar: VW TDI 150 CV, Honda CBR 600 F, Opel Omega 2,5 TD y Audi A8 4,2 L.Háganse las transformaciones necesarias para efectuar dicha comparación y coméntese elresultado obtenido.


2. Características de operación de los MCIAEjemplo 2.4 Comparación de curvas características / Cont…

Curvas normalizadas. Comentarios:

• Los valores representados están mucho más acotados encomparación con los parámetros originales.

• Se observa claramente que los motores Diesel tienen valoresmáximos de Cm inferiores a los que se utilizan en los degasolina. Esto tiene doble explicación: en primer lugar esporque los motores Diesel se diseñan para que duren más, yen segundo lugar porque ambos motores Diesel sonsobrealimentados, y los motores sobrealimentados suelentener una velocidad media de pistón más reducida que losatmosféricos, pues son capaces de mantener un nivel superiorde potencia efectiva gracias a una presión media efectiva máselevada.

• Las curvas de par normalizado (presión media efectiva) están muy agrupadas, salvo en el caso del motor VW TDI de 150CV. Esto es un indicador de que este motor posee un grado de sobrealimentación muy elevado. De igual manera seadvierte que el motor Opel 2.5 TD tiene una sobrealimentación muy moderada: su nivel de par normalizado se encuentraen valores equivalentes a los motores de encendido provocado atmosféricos. No obstante, como suele ser típico en losmotores sobrealimentados, se advierte un valor de par normalizado más grande a regímenes bajos (velocidades mediade pistón bajas) con respecto a los motores atmosféricas.

• En las curvas de potencia normalizada (potencia específica) se observa algo similar que en la anterior: todos los casosestán bastante agrupados salvo el motor VW TDI de 150 CV. Este motor alcanza valores de potencia específica máximasimilares al del motor de la CBR 600 F pero con una velocidad media de pistón máxima bastante menor.



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Mcia 02 características de operación