CALCULOS DE POTENCIAS Y RENDIMIENTOS. El combustible posee energa potencial que es transformada en energa calorfica o trmica mediante una Reaccin qumica exotrmica entre el hidrocarburo y el oxigeno del aire. Esta combustin es originada por Una chispa elctrica en los motores a gasolina, a queroseno y a gas, o por auto combustin, en los motores Diesel. El resultado final de este proceso es la generacin de potencia que pueda ser utilizada para el Arrastre o movimiento de aperos agrcolas que efecten diferentes labores. Se llama potencia (P) (desarrollada por un hombre o una maquina), al cociente entre el trabajo Efectuado (T) y el tiempo empleado (t) en realizarlo; por lo tanto, P = T/t. CALCULO DE POTENCIAS DEL MOTOR: En la actualidad, prcticamente toda la potencia de campo proviene de motores de combustin Interna y la mayora de estos motores estn montadas en tractores agrcolas. La seleccin del nivel Adecuado de potencia en una granja es un problema muy complicado; no obstante, debido a que el Costo de la potencia es un aspecto de gran importancia en muchas operaciones, debe encontrarse Algn procedimiento lgico. Para su estudio, la potencia desarrollada por un motor de combustin Interna montado en tractores agrcolas, se puede clasificar de la siguiente manera: 1. Potencia ideal; Pid 2. Potencia indicada, Pin 3. Potencia al freno, Pb 4. Potencia de friccin, Pf A continuacin se desarrollaran una serie de ejercicios sobre estas potencias para un mismo motor Tipo que se pone a trabajar en una labor especifica y que tiene las siguientes especificaciones tcnicas: Consumo horario de combustible, Ch = 3gl/hr Presin media efectiva, pme = 5Kg/ cm2 Dimetro del pistn, d = 10 cm Carrera del pistn, L = 12 cm Numero de cilindros, n = 4 Revoluciones a las que se determinan las potencias, N = 2400 rpm Torque que ofrece el motor @ 2400 rpm = 12 Kg-m Potencia Ideal (P id): La potencia Ideal, como su nombre lo dice, es una potencia terica, ya que Resulta de la energa liberada durante el proceso de la combustin.

Se calcula a partir del consumo de combustible para una determinada operacin, dado en volumen por unidad de tiempo. Adems se deben conocer algunas especificaciones del combustible a utilizar. As se tiene que para el combustible Diesel se pueden utilizar los datos siguientes: Densidad, D = 0.85 Kg/L =7.08 Ib/gl. Poder calorfico, PC = 10,865 Kcal/Kg=43,098 BTU/Kg =45.46 MJ/Kg. Equivalente Mecnico del Calor EMC = 427 kg-m/Kcal. Ejemplo: En cierta operacin mecanizada, un MCI de tractor consume 3 galones de combustible por Hora de trabajo, para determinar la potencia ideal que desarrolla el motor Diesel se procede de la Siguiente manera: Se parte del consumo horario de combustible, y se van con versionando las unidades, tomando como Base el sistema de unidades conveniente, de tal manera de ir usando los datos del combustible diesel Indicados arriba. Pid = 3gl/hr x 1 hr/3600 seg x 3.785 L/gl x 0.85 Kq/L x 10865 Kcal/Kg x 427 Kgm/Kcal Pid = 3x1x3.785x0.85x10865x427 3600x1x1x1x1 Pid = 12438.3 Kq-m/seg x 1 CV/75 Kg-m/seg Pid = 165.8 CV id Potencia Indicada (P in):Esta potencia es aun teorica, yaque es medida en la camara de combustion por instrumentosespeciales, los cuales miden la presion media efectiva que es una presion constante que se ejerce durante cada carrera de fuerza del motor. Esta potencia es considerada teorica porque no toma en cuenta las perdidas por friccion, es decir que su calculo nosepara las potencias que demandan las partes perifricas (bombas, generadores, arranques, etc) para su operacion, por lo que no se refiere a potencia mecnica efectiva, que es la necesaria para realizar el trabajo. Para calcular esta potencia se necesita conocer algunos datos tecnicos del motor, como los siguientes: Diametro y carrera del piston Numero de cilindros Numero de revoluciones a las que se obtiene la p.m.e. Para calcular esta potencia se utiliza la siguiente formula: Donde: pme = Presion media efectiva (Kg/cm2 o lb/pu!g2) A= Area de la cabeza del piston (cm2 o pu!g2) L= Longitud de la carrera (cm o pulg.) n= Numero de cilindros del motor N= Revoluciones a las que se obtiene la p.m.e. (rps o rpm).

2= Numero de revoluciones necesarias para completar el ciclo del motor de cuatro tiempos. Ejemplo: Un motor de 4 cilindros de 10 cm de diametro y 12 cm de carrera desarrolla una p.m.e. de 5Kg/ cm2 a 2400 rpm. Calcular la potencia indicada que desarrolla este motor de cuatro tiempos. Sustituyendo datos queda de la siguiente manera: Pin = 5 Kg/ cm2 x 78.5 cm2 x I2cm x lm/100 cm x 4 x 2400 rev/min x 1 min/60 seg 2 Pin = 5x78.5x12x4x2400 2x100x60 Pin = 3768 kg-m x 1 CV seg. 75 Kg-m/seg. Potencia al freno (Pb). Esta potencia es la primera unidad practica que da el motor para realizar un esfuerzo util, o sea, que es una potencia real del motor ya que en este caso si se toman en cuenta las perdidas por friccion. Para calcular esta potencia se utilizan datos obtenidos del dinamometro de Freno Prony, de alli su nombre de potencia al freno, asi se obtiene el torque o par motor que se desarrolla a cierta revoluciones. Al aumentar las revoluciones aumenta la potencia pero disminuye el torque. Esta potencia se calcula por con la siguiente formula: pme x A x L x n x N P in = -----------------------------------2 Pin = 50.3 CV in -6Autor: Francisco Javier Ortiz Arevalo Ingeniero Agronomo Donde: T = Torque del motor ( Kg-m o lb-pie) N= Numero de revoluciones a las que se produce dicho torque (rps o rpm) 716.2 = factor de conversion cuando T se usa en Kg-m y N en rpm. Se usa el factor de 5252 cuando T se usa en lib-pie y N en rpm. Ejemplo: Un motor de 4 cilindros desarrolla un torque de 12 Kg-m a 2400 rpm. Calcule la potencia al freno. Pb = 12 x 2400 716.2 Potencia de friccion (Pf). La friccion es un factor de perdida de potencia y un productor de calor. Recuerdese que la energia no se destruye sino que unicamente se transforma. Las perdidas de energia en los MCI se estiman en terminos generales, en: Transferencia de calor al medio ambiente (por radiacion y el escape), al sistema de enfriamiento y al sistema de

lubricacion. Absorcion de calor por las piezas del motor. Proporcionar potencia a las piezas que la necesitan para su funcionamiento, asi como alternador, distintas bombas, distribuidor, direccion, etc. Por lo tanto, la potencia de friccion es la suma de todas las perdidas por friccion (Pf = perdidas de potencia), partiendo de que la Pin no toma en cuenta las perdidas por friccion y que la Pb si, entonces la potencia de friccion se puede determinar por la diferencia entre ambas. Pb = TN 716.2 Pb = 40.2 CV b Pf = Pin - Pb -7Autor: Francisco Javier Ortiz Arevalo Ingeniero Agronomo Ejemplo: Usando los datos de los ejemplos anteriores, la potencia de friccion se calcula asi: Pf = 50.3 CV in- 40.2 CV b En resumen, podemos observar que las potencias del motor estudiadas hasta el momento son muy variadas en su magnitud, debido a que representan momentos diferentes de la transformacion de la materia, y siendo estas para un mismo motor tipo, se puede observar en la siguiente tabla resumen, la diferencia entre una y otra. Algunas de estas potencias tienen poca aplicacion practica, pero al combinarlas con otras tienen mucha relevancia, de alli que a partir de ellas se pueden obtener otros parametros de mucha utilidad para la seleccion de tractores en la administracion de potencias. Tipo de Potencia Magnitud (CV) Pid 165.8 Pin 50.3 Pb 40.2 Pf 10.1 RENDIMIENTOS DEL MOTOR: Algunos valores de potencia vistos anteriormente no tienen aplicacion directa o no tienen importancia relativa en estos tipos de calculos, pero al combinarlos dan como resultado otros parametros que pueden servir para la toma de decisiones. En un motor de combustion se deben tener en cuenta los

siguientes rendimientos: Rendimiento termico (Rt). Rendimiento termico al freno (Rtf) Rendimiento mecanico (Rm) Rendimiento volumetrico (Rv) Pf = 10.1 CV f -8Autor: Francisco Javier Ortiz Arevalo Ingeniero Agronomo Rendimiento termico (Rt). Es un indice de como el motor transforma la energia calorifica desarrollada por la combustion en la camara de combustion, en un trabajo mecanico. De otra manera, el rendimiento termico es la relacion entre la potencia indicada y la potencia ideal, el cual para un motor en buenas condiciones es del 20% al 35%. Ejemplo: Si se necesita calcular el rendimiento termico con los datos de los ejercicios anteriores se resuelve de la siguiente manera: Rt = 50.3/ 165.8 *100 En vista que el rango aceptable para el valor de rendimiento termico de un MCI es del 20 % al 35 %, la respuesta de este ejercicio refleja que este motor esta en buenas condiciones. Rendimiento termico al freno (Rtf). Es un indice de la eficiencia con que el motor convierte la energia calorifica en potencia util, por lo cual, el Rendimiento termico al freno se puede relacionar entre las potencia al freno y la potencia ideal. Para un motor en buenas condiciones su valor debe estar entre 15% y 30%. Ejemplo: Si se necesita calcular el rendimiento termico al freno con los datos de los ejercicios anteriores se resuelve de la siguiente manera: Rtf =40.2/165.8 x 100 Este valor significa que el motor esta en en buenas condiciones. Rendimiento mecanico (Rm). Es un indice del funcionamiento de las piezas del motor. De otra manera, el rendimiento mecanico es la relacion entre la potencia al freno y la potencia indicada. Ejemplo: Si se necesita calcular el rendimiento mecanico con los datos de los ejercicios anteriores se resuelve de la siguiente manera: Rm = 40.2/50.3 x 100 Este valor significa que el motor esta en en buenas condiciones. Rt = 30 % Rt = 24 % Rt = 80 %

Rt = Pjn x 100 Pid Rtf = Pb x 100 Pid Rm= Pb x 100 Pin -9Autor: Francisco Javier Ortiz Arevalo Ingeniero Agronomo Rendimiento Volumetrico (Rv): Es la relacion entre el peso real del aire inducido por el motor en la carrera de admision (mr) y el peso teorico de aire que debiera inducirse (mt), llenando el volumen de desplazamiento del piston (VC+VCC) con aire a temperatura y presion atmosfericas. Este dato se utiliza para determinar la eficiencia con la que un motor puede operar bajo diferentes condiciones de temperatura y presion atmosferica. El rendimiento volumetrico de un motor puede ser afectado por las condiciones atmosfericas que se tengan en el lugar donde el tractor valla a trabajar, asi se tiene que: La temperatura atmosferica: los motores diesel o gasolina pierden el 1% de su potencia por cada 5C de temperatura, a partir de los 15C. La presion atmosferica: debido a que la presion atmosferica disminuye a medida que se esta a mayor altura sobre el nivel del mar, por la menor densidad del aire (menor cantidad de oxigeno por unidad de volumen). Por lo tanto, se ha estimado que los motores diesel y gasolina pierden el 1% de su potencia por cada l00 m de altura sobre el nivel del mar, a partir de los l00 msnm. Los motores sobrealimentados, mantienen mas estable la potencia en cualquier rango de temperatura y presion atmosferica, pudiendo el rendimiento volumetrico, tener valores menores o mayores del 100 %. Por lo anterior, el rendimiento volumetrico se calcula a partir de la siguiente ecuacion: Para determinar el rendimiento volumetrico de un motor debemos hacer las siguientes consideraciones: El peso real del aire inducido por el motor en la carrera de admision (mr), podemos asociarlo

con la potencia que realmente desarrolla un MCI bajo las condiciones de temperatura y presion atmosfericas en que se este trabajando. El peso teorico de aire que debiera inducirse (mt), llenando el volumen de desplazamiento del piston (VC+VCC) con aire a temperatura y presion atmosfericas, podemos asociarlo con la potencia calculada sin considerar las perdidas por los factores atmosfericos. Si se tiene trabajando un tractor agricola de 40.2 CVb en un lugar cuya temperatura ambiente es de 28C y se encuentra ubicado a una altitud de 1000 msnm, el rendimiento volumetrico deberemos proceder a calcularlo de la siguiente manera: Se calculan las perdidas por la temperatura atmosferica de la siguiente manera: 28oC 15oC = 13 oC, el MCI es afectado solamente por 13 oC 13 oC , entonces las perdidas por temperatura sera de 2.6 %Rendimiento de un motor de combustin interna.Sick Customs el Mir Dic 28, 2011 11:01 pm

Muy buenas! Ahora voy a explicar como funciona realmente un motor de combustin interna. Como todos sabemos, un motor de combustin interna es una mquina que transforma energa mediante el siguiente proceso: Energa qumica ------ Energa trmica ----- Energa mecnica Combustible ------ Combustin ----- Desplazamiento del pistn La energa contenida en el combustible se transforma en calor mediante la combustin. De este modo, al aumentar la temperatura de los gases, hacemos que aumente la presin dentro del cilindro (los gases aumentan de volumen al subir de temperatura y viceversa); lo que hace que mueva el pistn, obtenindose energa mecnica. La ecuacin para calcular el balance de rendimiento (al que llamamos ) es sta:

Energa obtenida = ______________ . 100 (%) Energa aportada

El rendimiento del motor ser mayor cuanto menos sean las prdidas durante la transformacin. Prdidas de energa - Prdidas de calor: Producidas por el sistema de refrigeracin, la radiacin de calor al exterior y los gases de escape. - Prdidas mecnicas: Rozamiento de piezas en movimiento y accionamiento de disposivos auxiliares (bomba de agua, bomba de aceite, etc). - Prdidas qumicas: Motivadas por una combustin incompleta (mala carburacin, mal reglaje de vlvulas, etc). Tipos de rendimiento - Rendimiento trmico:El rendimiento trmico ser mayor cuanto ms alta sea la temperatura alcanzada y menores sean las prdidas de calor. Las prdidas de calor a travs de los gases de escape suponen el 35% en los motores Otto y el 30% en los motores Diesel: Por el sistema de refrigeracin se evacua aproximadamente el 30% del calor en ambos motores. Del 100% de la energa calorfica que posee el combustible, los motores de combustin interna slo son capaces de transformar entre el 35% y el 50%. Preocupante, verdad? - Rendimiento de motores Otto: de 35% a 40%. - Rendimiento de motores Diesel: de 40% a 50%. Rendimiento mecnico Se podra expresar como la relacin que existe entre la potencia efectiva que se obtiene en el eje del motor y la potencia indicada que se obtiene en el diagrama de trabajo, el cual expresa el trabajo interno obtenido dentro del cilindro y en el que no

intervienen las prdidas mecnicas. El conjunto de prdidas mecnicas supone entre un 10% y un 15%. Rendimiento efectivo Balance final de prdidas: Motores Otto: - Prdidas trmicas: 60% - 65% - Prdidas mecnicas: 10% - 15% - Total prdidas: 70% - 75% - Rendimiento efectivo: 25% - 30% Motores Diesel - Prdidas trmicas: 50% - 60& - Prdidas mecnicas: 10% - 15% - Total prdidas: 60% - 70% - Rendimiento efectivo: 30% - 40% Rendimiento volumtrico Se puede definir como la eficacia con que se logra llenar el cilindro. Se expresa como la relacin entre la masa de gas que es introducida en el cilindro y la masa que tericamente cabe en el cilindro. El llenado de los cilindros influye directamente sobre el par y, por tanto, sobre la potencia desarrollada por el motor, ya que cuanto mejor sea llenado, ms energa se obtiene de la combustin. La presin interna del cilindro al final de la carrera de compresin es siempre inferior a la admosfrica y est entre 0.8 y 0.9 bares. El rendimiento volumtrico mximo est entre el 70% y el 90% y depende de varios factores: - Rgimen de giro - Las condiciones ambientales exteriores, que determinan la densidad del aire. - El diagrama de distribucin - La seccin de las vlvulas y los conductos de admisin

- La eficacia de barrido de los gases quemados _____________________________________________________________________ _________________ Bueno, eso es todo. Perdn si no he explicado ciertas cosas como tena que explicarlo, pero para cualquier pregunta aqu estoy.