Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería Laboratorio de Máquinas Térmicas Practica 9 El Motor Encendido por Chispa Profesor: Rogelio Escalera Campoverde Alumno: Galicia Lozada Bryan Alexis Índice Objetivo Introducción Historia El ciclo Otto Diagramas P-V y T-S Eficiencia Descripción de los Sistemas Principales Sistema de Inyección de Combustible Sistema Electrónico de Encendido Sistema de Enfriamiento Sistema de Lubricación (propiedades de los aceites) Propiedades de las Gasolinas El Octanaje Volativilidad Poder Calorífico El Automóvil como Motor Hibrido Clasificación (Tipos) Funcionamiento Características que lo Hacen Atractivo Ventajas y Desventajas El Automóvil como Motor Eléctrico Funcionamiento Tipos de Baterías Recargables Ventajas y Desventajas Diagrama de Instalación en el Laboratorio Tabla de Datos Memoria de Calculo Tabla de Resultados Graficas Conclusiones Bibliografía Objetivos 1. 2. 3. 4. El estudio del Ciclo termodinámico del motor encendido por chispa (Ciclo Otto). Diferencias del Ciclo Teórico y el Ciclo Real del motor encendido por chispa. Descripción de los sistemas principales de funcionamiento de los motores encendidos por chispa. Calculo de parámetros y las curvas del comportamiento del motor encendido por chispa. Introducción La gran mayoría de máquinas térmicas que existen hoy en día cuentan con un motor de 4 tiempos y algunos de más antigüedad con motores de 2 tiempos, los cuales trabajan mediante una serie de procesos a los que se les denomina ciclo de Otto. El ciclo Otto fue creado en el año 1876 por el ingeniero Nicolaus Otto y en la teoría, es constante el calor aportado para que se produzca el movimiento en el motor. La finalidad del mismo es explicar teóricamente cómo funciona un motor de explosión, como por ejemplo el de gasolina que logra convertir la energía de química a cinética. Un motor Otto se clasifica como “alternativo” debido a la existencia de un sistema que incluye un pistón y un cilindro en conjunto con dos válvulas (de admisión y escape). Además, se caracterizan por el uso de la mezcla airecombustible y la manera artificial de provocar el encendido. El ciclo de Otto se divide en dos tipos: 2 tiempos y 4 tiempos. Ambos aunque están implementados de manera similar, se diferencian en las etapas que llevan a cabo los procesos que permiten lograr el funcionamiento del motor. Para desarrollar la práctica se necesitaran los datos del motor encendido por chispa para determinar los parámetros del motor, así como la curva característica del mismo en donde dicho motor es un banco de pruebas de Ford V8. Historia El motor de combustión interna se entiende como una evolución de la máquina de vapor. A diferencia de este último, el cual aprovecha la presión del vapor de agua que se genera por una combustión externa, el trabajo se obtiene por la combustión interna de una mezcla de aire y combustible. El ingeniero belga Etienne Lenoir construyó el primer motor de combustión interna en 1860; consumía gas de alumbrado y solamente aprovechaba el 3 % de la energía producida por la combustión. Unos años más tarde, en 1876, el alemán Nikolaus Otto lo mejoró notablemente, siendo este el primero en funcionar con el ciclo de cuatro tiempos. La máquina de Nikolaus disponía de encendido por chispa externa y accionamiento por pistones alternativos, y pese a que era demasiado grande y pesado para ser utilizado en automóviles, pronto se empezó a fabricar en grandes cantidades para aplicaciones estacionarias. En honor a su fundador, la denominación Otto quedó registrada para referirse a este tipo de motores hasta la actualidad, aunque también es popularmente conocido como motor de gasolina. Por otra parte, el primer motor satisfactorio con ciclo de dos tiempos apareció, en 1878, de la mano del escocés Dugald Clerk. No fue hasta 1885 cuando Daimler monta un motor de gasolina de alta velocidad, desarrollado por el ingeniero alemán Wilhelm Maybach, sobre un vehículo de dos ruedas, iniciando entonces la historia de la motocicleta. El 29 de enero de 1886, Karl Benz obtuvo la patente alemana número 37435 del primer automóvil. Se trataba de un diseño triciclo de chasis tubular, propulsado por un motor en disposición horizontal monocilíndrico de 954 cm³ y una potencia declarada de 2/3 CV a 250 rpm. En verano del mismo año, Gottlieb Daimler presentaba su primer vehículo autopropulsado de cuatro ruedas y dos velocidades de transmisión. Consistía en un carruaje abierto de caballos con motor de un solo pistón acoplado en posición central vertical. También en 1886, Daimler aplica el motor de Maybach sobre un carruaje de cuatro ruedas. El primer automóvil comercializado por Daimler-Maybach llegó en 1889; estaba propulsado por un motor de dos cilindros en V e incorporaba una caja de cambios de cuatro relaciones. En 1892, el alemán Rudolf Diesel inventa un motor de autoignición que funciona con combustibles pesados, y que más tarde pasaría a llamarse motor Diesel. Este era de grandes proporciones y lento, diseñado en primera instancia para funcionamientos estacionarios. Su compleja construcción conllevaba altos costes de producción. Además, los primeros motores Diesel sencillos eran incómodos por su elevado nivel acústico y, en general, presentaban peor comportamiento en aceleración en comparación con los motores de gasolina. En 1897 nace el primer motor de estas características, pero no es hasta 1912 cuando se implanta en una locomotora y en 1923 en un camión. Entrado el siglo XX, Jacobus y Hendrik-Jan Spijker revolucionan la técnica de automoción, entre otros aspectos, por construir el primer motor de seis cilindros en línea y 8,8 litros de cubicaje; su nombre era Spyker 60 HP y corría el año 1903. No obstante, el motor de combustión todavía no consiguió imponerse a gran escala en la competencia hasta finales de década. Si bien en 1902 un vehículo con motor de gasolina lograba batir por primera vez el récord absoluto de velocidad, hasta entonces los vehículos eléctricos y de vapor habían dominado el panorama. Los propulsores eléctricos y a vapor disponían de una curva de par casi ideal, motivo por el cual no requerían ni embrague ni caja de cambios y resultaban mucho más fáciles de manejar, menos propensos a sufrir averías y con mantenimientos menos complejos; todo esto eran ventajas decisivas respecto a los motores con combustibles líquidos. En 1957, el alemán Felix Wankel fabrica exitosamente un motor de pistón rotativo, conocido hasta la fecha con su mismo apellido. A partir de los años 70, el motor Diesel es aceptado como tipo de propulsor rentable, gracias a la "miniaturización" impulsada por las mejoras en los materiales y en la fabricación de los motores destinados al sector de los automóviles utilitarios. En la siguiente década, el Diesel se posiciona a la altura para competir con la referencia de la época en cuanto a fuente de propulsión se refiere, es decir, el motor de gasolina. Con el paso de los años, el sector de la automoción ha sufrido diversas crisis, tanto energéticas, del petróleo, medioambientales, etc., que han mermado la experimentación y el desarrollo continuo de los motores; sin embargo, todavía hoy siguen estando presentes en los vehículos del mercado y se sigue investigando en su evolución. Si bien las motorizaciones Otto y Diesel, durante los últimos años, han sido las más utilizadas para su montaje en turismos, hoy día están creciendo las soluciones híbridas y eléctricas, en busca de aminorar los niveles de polución del planeta y aumentar el grado de comodidad de conducción de los vehículos. El ciclo Otto Los motores de combustión interna que encienden por la ignición de un combustible provocada por una chispa eléctrica suelen trabajar fundamentados en el ciclo Otto. Se trata de un ciclo termodinámico donde, teóricamente, el calor se aporta a un volumen constante. El motor que funciona basándose en este principio se caracteriza porque, para su funcionamiento, aspira una mezcla de aire/combustible (por lo general gasolina). Se trata de un motor alternativo donde trabaja un sistema de pistón/cilindro con la presencia de válvulas de admisión y de escape. Las fases que posee el ciclo Otto se conocen como: Admisión, compresión, explosión y escape. Estas son las que definen todo el proceso que se lleva a cabo en el cilindro y que resulta en movimiento del motor. Se dice que son fases teóricas porque, como se podrá constatar a medida que se desarrolla el ciclo, lo normal es que las fases ocurran traslapadas y no de manera lineal. Antes de que una fase termine, ya ha comenzado la siguiente. Los motores que se rigen por el principio del ciclo Otto pueden ser de dos o de cuatro tiempos. Este último es, además del motor diésel, el más empleado en los coches y diversos vehículos automotores. Principalmente porque su rendimiento es mejor y genera menos contaminación que el motor de dos tiempos. Ciclo Otto en motores de cuatro tiempos El ciclo Otto en motores de cuatro tiempos está conformado por seis procesos, de los cuales dos de ellos no participan como tal en el ciclo termodinámico del fluido que opera. Sin embargo, son esenciales para renovar la carga del mismo. Estos procesos corresponden a la admisión y al vaciado a presión constante de la cámara de combustión. 1. Admisión: La válvula de entrada o admisión está abierta y la de escape se encuentra cerrada. La fase de admisión se desarrolla desde el momento en que el pistón se ubica en la parte superior (Punto Muerto Superior – PMS) hasta que baja al punto inferior (Punto Muerto Inferior – PMI). A medida que el pistón va descendiendo, se produce un efecto de succión que hace entrar la mezcla en la cámara de combustión. 2. Compresión: Al momento que el pistón se ubica en el PMI, la válvula de admisión cierra y la de escape también se mantiene cerrada. En esta fase el pistón asciende y la cámara de combustión disminuye claramente su volumen, comprimiendo la mezcla. La relación que hay entre el volumen máximo existente antes de que el pistón baje al PMI y el volumen mínimo que tiene cuando el pistón está en el PMS se conoce como relación de compresión del motor. 3. Explosión: Cuando la mezcla se encuentra totalmente comprimida y las válvulas están cerradas, una chispa se produce en la bujía y hace que la mezcla arda. Esta explosión generada por la combustión es lo que empuja al pistón hacia la parte de abajo. Esta es la fase efectiva de todo el ciclo y es la que define la potencia de un motor. 4. Escape: Al volver el pistón al PMI, la válvula de escape se abre para que el pistón ascienda y libera fuera del cilindro los gases que resultan de la explosión. Esto permite que haya nuevamente aire limpio para comenzar el ciclo en la fase de admisión. Ciclo Otto de dos tiempos En el caso de los motores que trabajan a dos tiempos, el cambio de los gases es dirigido por el pistón y no por las válvulas. El pistón a medida que se mueve, varía las condiciones de compresión en el cárter y el cilindro para completar el ciclo. 1. Compresión y Aspiración: Un pistón ascendente comprime la mezcla de aire/combustible y aceite que está en el cilindro. De forma simultánea se crea vacío en el cárter y al finalizar la carrera del pistón queda libre una lumbrera de aspiración que llenará el cárter con la mezcla carburante. 2. Explosión y Escape de gases: Por medio de una chispa ocasionada por la bujía se prende la mezcla comprimida y se crea una explosión que empuja el pistón con fuerza hacia abajo. Dentro del cárter, la mezcla carburante se pre comprime por acción del pistón descendente. En un momento específico, el pistón libera la lumbrera o el canal de escape en el cilindro y deja salir los gases resultantes del cilindro, después de la lumbrera de carga (la que conecta cárter con cilindro). De esta manera, la mezcla pre comprimida pasa a llenar el cilindro y libera los restos de gases, quedando todo listo para un ciclo nuevo. Este tipo de motor se usa principalmente en motores con poca cilindrada, porque es más económico y fácil de construir. Diagramas P-V y T-S Eficiencia La eficiencia del ciclo de Otto, como el de cualquier otra máquina térmica, viene dado por la relación entre el trabajo total realizado durante el ciclo y el calor suministrado al fluido de trabajo: La absorción de calor tiene lugar en la etapa 23 y la cesión en la 41, por lo que: Suponiendo que la mezcla de aire y gasolina se comporta como un gas ideal, los calores que aparecen en la ecuación anterior vienen dados por: Ya que ambas transformaciones son isocoras. Sustituyendo en la expresión del rendimiento: Las transformaciones 12 y 34 son adiabáticas, por lo que: Puesto que V2 = V3 y V4 = V1. Restando, La relación entre volúmenes V1/V2 se denomina relación de compresión (r). Sustituyendo en la expresión del rendimiento se obtiene: La eficiencia expresada en función de la relación de compresión es: Cuanto mayor sea la relación de compresión, mayor será el rendimiento del ciclo de Otto. Descripción de los Sistemas Principales Sistema de Inyección de Combustible El sistema de inyección de combustible es un mecanismo de alimentación en los motores de combustión interna. En el caso de los motores de explosión o ciclo Otto, los inyectores han reemplazado al carburador, mientras que en los vehículos con motor Diésel el sistema de inyección se usa de forma obligatoria desde siempre, ya que el combustible se debe inyectar en la cámara al momento de la combustión. En los motores que usan gasolina se ha desterrado por completo en la actualidad el uso del carburador. La inyección permite dosificar mejor el combustible y regular las diferentes fases de funcionamiento, tomando en cuenta las exigencias del conductor y las normas en contra de la contaminación ambiental. ¿Cómo funciona la inyección de combustible en motores de gasolina? El proceso inicia en el depósito de gasolina, lugar del cual se extrae el combustible utilizando una bomba eléctrica. Después pasa por un filtro hasta llegar a las galerías, en donde por medio de un regulador se estabiliza la presión. Desde la galería principal son alimentados los inyectores del cilindro y de arranque en frío. La cantidad que se inyecta de gasolina depende del aire que aspira el motor, el cual se mide por el caudalímetro de trampilla y la sonda de temperatura. La información llega a la unidad de control que calcula el tiempo de apertura de los inyectores en cada uno de los ciclos. También determina la frecuencia de la apertura de acuerdo a la velocidad del motor. El interruptor de mariposa lee la posición de cierre o apertura de la mariposa del acelerador y permite cortar la inyección en las retenciones del motor. Esto disminuye el consumo y los gases contaminantes. Se puede usar también un sensor de oxígeno en el escape. Este detector se conoce como sonda lambda. Con la información que reciben los dos sistemas, se corrige la entrada de gasolina para obtener la mezcla estequiométrica de combustible y aire. Sistema Electrónico de Encendido Para lograr una buena combustión del aire y combustible de gasolina, ha de haber la adecuada proporción de mezcla de ambos componentes. Pero para que en estas condiciones se inicie la combustión es necesaria una chispa en la bujía, ubicada estratégicamente en la zona más propicia de la cámara de combustión. Producir la chispa ideal y en el momento exacto es laborioso y ha exigido años de evolución tecnológica para lograr los mejores resultados Estos son los elementos del sistema de encendido - Batería: suministra la electricidad necesaria para el sistema de encendido. - Bobina de encendido: multiplica la tensión de la batería para llegar al valor de chispa en las bujías, r tensión de alta y la envía a la central de la tapa del distribuidor de encendido. - Distribuidor de encendido: recibe la tensión de salida de la bobina y la distribuye a las bujías. - Bujías: tiene dos electrodos separados para provocar el salto de chispa al recibir la alta tensión, provocando la chispa que inicia la combustión de la mezcla aire-gasolina. Sistema de Enfriamiento Los motores de combustión interna producen potencia quemando el combustible para crear una cantidad tremenda de calor y presión, que se convierte en energía mecánica para mover el vehículo. Y aún con toda la maravillosa eficiencia de los motores modernos, éstos tan sólo son aproximadamente 80% eficientes en convertir la energía del combustible en potencia útil. En otras palabras, los motores producen más calor del que pueden convertir en potencia, por lo que se necesita algún tipo de sistema de enfriamiento para controlar las temperaturas de operación y enviar un sobrecalentamiento. A lo largo de las décadas se han utilizado dos tipos de sistemas de enfriamiento: aire y agua. A final de cuentas, todo el calor en exceso producido por un motor debe disiparse a la atmósfera. Los motores de algunos vehículos, como la planta de poder de cuatro cilindros planos del icónico Volkswagen sedán, se enfriaban directamente mediante flujo de aire sobre las cabezas y el bloque de los cilindros. No había un sistema de enfriamiento separado al que hubiera que darle servicio, no había refrigerante que tuviera que purgarse y limpiarse, no había termostato que tuviera que cambiarse, y no había bomba de agua con fugas y que fallara; simplemente un ventilador impulsado por banda para soplar aire sobre el motor. Pero aún con toda sencillez, peso ligero y confiabilidad de los motores de automóvil enfriados por aire, éstos tienden a sufrir mayores temperaturas de operación con mayores pérdidas en desempeño y economía de combustible. Y como no hay refrigerante, no son tan eficientes en el suministro de calor para mantener calientes la cabina y a sus pasajeros. Ahora bien, el enfriamiento mediante aire todavía es popular en los motores más pequeños que se encuentran en equipos para podar césped y de jardinería. La mayoría de los vehículos de motor tienen sistemas de enfriamiento cerrados que hacen uso de algún líquido. La bomba de agua hace circular el refrigerante a través del bloque y las cabezas de los cilindros para absorber y llevarse el calor en exceso de la combustión al radiador, el cual envía el calor al aire atmosférico que se mueve pasando por sus aletas y núcleos de enfriamiento. Para ayudar a la eficiencia del sistema de enfriamiento que utiliza un líquido, el sistema está presurizado y se controla con un termostato. Al operar el sistema a presiones más altas, normalmente en el rango de 7-16lb/pulg², se eleva el punto de ebullición hasta 205 grado Fahrenheit (120 grados Celsius) o a un nivel mayor, el refrigerante no hervirá ni perderá eficiencia a las temperaturas normales de operación del motor de 180-230 grados Fahrenheit (82-110 grados Celsius). La presión se controla mediante la tapa de presión en el radiador o el tanque de recuperación. Como los motores de combustión interna no operan de manera eficiente o limpia en términos de emisiones hasta que llegan a la temperatura plena de operación, un termostato en sistema restringe el flujo de refrigerante hasta que las temperaturas de éste lleguen al rango normal. A partir de este punto, el termostato comienza a descender por debajo del umbral del valor normal, por lo general alrededor de 120 grado Fahrenheit (82 grado Celsius). Un componente final del sistema de enfriamiento es el refrigerante mismo. Créalo o no, por lo que respecta a una eficiencia pura de enfriamiento, el agua es la mejor opción. Su habilidad para absorber calor de manera rápida y eficiente, junto con su abundancia y bajo costo, la convierte en el refrigerante perfecto, con dos excepciones. El agua se congela a temperaturas de 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius) o menores, y tiende a promover la corrosión. Es por ello que para evitar la corrosión en el sistema de enfriamiento, al refrigerante se le incorpora un paquete de aditivos que incluyen inhibidores de oxidación y un lubricante para la bomba de agua. Históricamente, los inhibidores de oxidación han sido fosfatos, boratos y silicatos. Hoy en día éstos todavía son populares, pero muchos fabricantes de automóviles están llenando sus sistemas de enfriamiento con refrigerantes de larga duración que utilizan diferentes componentes químicos para evitar la corrosión. Sistema de Lubricación (propiedades de los aceites) Son los distintos métodos de distribuir el aceite por las piezas del motor. Consiste en hacer llegar una película de aceite lubricante a cada una de las superficies de las piezas que están en moviendo entre sí, para evitar fundamentalmente desgaste excesivos y prematuros disminuyendo así la vida útil del motor de combustión interna. Los aceites empleados para la lubricación de los motores pueden ser tanto minerales, como sintéticos. Las principales condiciones o propiedades del aceite usado para el engrase de motores son: resistencia al calor, resistencia a las altas presiones, anticorrosivo, antioxidante y detergente. Por su densidad: espesos, extradensos, densos, semidensos, semifluidos, fluidos y muy fluidos. Por sus propiedades, los aceites se clasifican en: aceite normal, aceite de primera, aceite detergente y aceite multigrado (puede emplearse en cualquier tiempo), permitiendo un arranque fácil a cualquier temperatura. Existen en el mercado unos aditivos que suelen añadirse al aceite para mejorarlo o darle determinadas propiedades. El fin de estos aditivos es que el polvo de estos productos se adhiera a las partículas en contacto, haciéndolas resbaladizas. Una de las funciones básicas que debe tener toda sustancia que se emplee como lubricante es la de reducir la fricción sólida y por tanto, el desgaste a los valores más bajos posibles. El rozamiento metal sobre metal (frotamiento en seco) conduce rápidamente al gripaje (soldadura de la asperezas de las superficies en contacto). Para evitarlo se debe establecer una película de aceite entre las superficies metálicas que se desplazan una sobre la otra (lubricación hidrodinámica). Esta película de aceite debe ser lo suficientemente fluida en frío para no producir un aumento de las resistencias, pero lo suficientemente viscosa a alta temperatura para conservar el espesor requerido para funcionar en caliente. Esta función está determinada por el grado de viscosidad. El aceite debe controlar los depósitos sobre las partes calientes en el motor que se producen por efecto de los productos de la combustión así como por la descomposición (volatilidad) del mismo; siendo esta la característica detergente. En el aceite se deben mantener en dispersión coloidal las partículas sólidas provenientes de la combustión, desgastes, partículas introducidas en el aire de admisión, etc., para evitar el taponado de los conductos. Es la característica dispersante. El aceite debe neutralizar los productos ácidos que provienen de la combustión o de la oxidación (anhídrido sulfuroso, agua condensada en las parte frías). Es la característica alcalinidad. Debe tener la característica de inhibidor de la corrosión para evitar la creación de pares galvánicos que producen desgastes corrosivos. Propiedades de las Gasolinas El Octanaje Los octanos determinan la forma en que hace combustión la gasolina en el cilindro del motor. A mayor octanaje, la combustión generada en el cilindro es más uniforme y controlada; por el contrario, a menor octanaje, el combustible detona y explota en el motor. Un mayor octanaje asegura un aprovechamiento más eficiente del combustible, entendido éste como el mayor aprovechamiento posible de la energía que libera su combustión para propulsar el automóvil. El octano es uno de los hidrocarburos que conforman la gasolina; el octanaje es una escala que se determinó por las propiedades de uno de sus isómeros: el isoctano; y las de un isómero del heptano: el n-heptano. El isoctano arde de una forma más lenta y da un mayor rendimiento. En contraste, el n-heptano arde de forma explosiva, lo que lo hace además un producto no deseable del petróleo. Para determinar el octanaje, al isoctano se le otorga un índice de octano 100 (poco detonante), y al n-heptano un índice de octano cero (muy detonante). Una gasolina con mayor octanaje es más eficiente, pero no todos los motores pueden aprovechar sus capacidades. Volatilidad Tendencia de un líquido a evaporarse, es decir, a pasar al estado de vapor; se expresa por medio de la tensión de vapor. Depende del tipo de líquido y de las condiciones de presión y temperatura del mismo. En el caso de los combustibles, la volatilidad es un factor positivo en relación con su mezcla con el aire y con la velocidad de combustión. En cambio, es peligrosa debido a la formación de posibles mezclas explosivas en el compartimiento motor y del denominado vapor-lock en las conducciones del circuito de alimentación. En los lubricantes, la volatilidad es un elemento negativo, ya que conduce a un aumento del consumo de aceite. Desde este punto de vista, son particularmente apreciados los lubricantes sintéticos que no poseen en su composición fracciones con hidrocarburos de alta volatilidad. Veamos lo que sucede cuando el combustible tiene muy alta volatilidad: Formación de vapor las burbujas en el circuito de alimentación, principalmente durante el verano. Pérdidas en el depósito del carburador por el tubo de equilibrio. Formación de hielo en el carburador durante el invierno, impidiendo el funcionamiento del motor. En el caso de baja volatilidad tendremos: Disminución de la aceleración. Mayor tiempo para que el motor alcance la temperatura ideal de funcionamiento. Dilución del aceite lubricante, porque los combustibles menos volátiles no son capaces de ser quemados en la combustión. Mayor formación de carbón en las cámaras de combustión y en la zona superior del pistón, dificultad en el arranque de un motor. Alimentación no uniforme en los cilindros. Poder Calorífico El poder calorífico del combustible se define como la cantidad de energía interna contenida en el combustible, siendo que cuanto más alto sea el poder calorífico, mayor será la energía contenida. Un combustible se compone principalmente de hidrógeno y carbono, teniendo el hidrógeno el poder calorífico de 28.700 Kcal/kg mientras que el carbono es de 8.140Kcal/kg, por eso, cuanto más rico en hidrógeno sea el combustible mayor será su poder calorífico. Existen dos tipos de poder calorífico: poder calorífico superior y poder calorífico inferior. Poder calorífico superior: Es la cantidad de calor producida por 1 kg de combustible cuando este entra en combustión en exceso de aire y los gases de descarga son enfriados de modo que el vapor de agua en ellos sea condensado. Poder calorífico inferior: Es la cantidad de calor que puede producir 1 kg de combustible, cuando esta quema con gases exceso de aire y tubo de escape se enfrían a la temperatura de ebullición del agua, evitando que el agua contenida en la combustión se condense. Como la temperatura de los gases de combustión es muy alta en motores endotérmicos, el agua contenida en ellos es siempre presente en forma de vapor, por lo tanto, lo que debe ser considerado es el poder calorífico inferior y no el superior. El Automóvil como Motor Hibrido Por definición un motor híbrido es aquel en el que varios elementos funcionan para dar uno nuevo. Es decir, dos motores de distinta naturaleza trabajan para que el coche se mueva de la manera más eficiente en cada momento de la conducción. Se trata de una combinación de dos propulsores de distinta naturaleza. Clasificación (Tipos) Dentro de esta tecnología existen tres tipos de híbridos, según su funcionamiento: En serie: el vehículo se impulsa sólo con el motor eléctrico, que obtiene la energía de un generador alimentado por el motor de combustión. Con esta energía se recarga la batería para aumentar la autonomía del vehículo. En paralelo: en este caso el motor eléctrico actúa aportando más potencia al conjunto del sistema. El motor eléctrico ofrece su potencia en la salida y en la aceleración, cuando el de combustión tiene el mayor consumo. Se trata de un sistema en el que ambos propulsores pueden trabajar de forma simultánea. Combinada: esta tecnología hace que el motor de combustión pueda propulsar el vehículo y cargar las baterías según las necesidades del sistema. El motor eléctrico funciona solo a bajas velo cidades, mientras que, a alta velocidad, ambos motores trabajan conjuntamente. En el mercado podrás encontrarte con tres tipos de automóviles híbridos distintos: Microhíbridos: cuentan con un motor eléctrico de muy poca potencia que sirve únicamente para recargar la batería durante la frenada y como asistente a la hora de arrancar el coche. Mild Hybrid: tiene un motor eléctrico un poco más potente que funciona como un apoyo al propulsor de combustión. Tiene poca potencia por lo que no le permite mover el coche por sí solo, tan solo cuando la velocidad es muy baja o cuando se trata del momento de arrancar. Full Hybrid: la mayoría de los híbridos que se comercializan en España son de este tipo. Cuentan con un motor eléctrico potente que es capaz de mover el coche por sí solo en velocidades entre los 60 y los 130 kilómetros por hora. Funcionamiento Para comprender cómo funciona un motor híbrido debes tener claro una cuestión. En realidad, la gestión energética de un vehículo híbrido necesita de dos motores. Un motor eléctrico y un motor térmico. Está diseñado para funcionar con ellos y de cada uno dependen unas funciones necesarias para la conducción y el ahorro de energía durante esta. El motor térmico funciona habitualmente con gasolina. Aunque podría ser también un motor con gas. O un motor de funcionamiento con biodiesel. Por ejemplo, este es muy empleado actualmente en autobuses urbanos públicos. Mientras, el motor eléctrico funciona con electricidad, como su propio nombre indica. Es decir, lo que llamamos motor híbrido son en realidad dos motores encargados de distintas tareas necesarias para el funcionamiento del vehículo. En este tipo de modelos de vehículo, no es el conductor el que decide de cuál de ellos hace uso. En realidad, es el propio vehículo el que toma la decisión más eficiente de forma autónoma. Salvo casos excepcionales de funcionalidades concretas en algunos diseños de vehículos. Características que lo Hacen Atractivo En la actualidad, existen motores híbridos cuya parte combustión funciona mediante un motor de gasolina y otros que lo hacen con diésel. Normalmente esta combinación de dos motores suele hacerse con un motor eléctrico. Los desarrollos tecnológicos con los que están dotados los vehículos híbridos hacen que un sistema electrónico se encargue de decidir qué motor funciona en cada momento con el objetivo de optimizar al máximo el consumo de combustible del vehículo. Las principales ventajas de este tipo de motores es que el motor eléctrico suele actuar a bajas velocidades y en las funciones de encendido y arranque del coche que es cuando más combustible se consume. Además, durante una conducción normal, el conductor no debe preocuparse de los motores, estos son autónomos y se compensan. En la mayoría de ellos se busca que el tiempo de funcionamiento del motor eléctrico sea el máximo Ventajas y Desventajas Ventajas: Ecológicos. Al emplear un motor eléctrico, emiten un menor número de gases contaminantes a la atmosfera, ayudando a minimizar el efecto invernadero. Menor ruido. La ciudad está llena de ruidos molestos. El propulsor eléctrico no emite sonido cuando funciona, por lo que un coche híbrido disminuye la contaminación acústica en las zonas urbanas. Ventajas normativas. Al ser un automóvil calificado como responsable con el medio ambiente, dispone de ciertos beneficios cuando se aplican los protocolos de contaminación en las grandes ciudades. Apoyo de la industria. Al contrario que otros avances como la pila de hidrógeno o los motores que usan como materia prima el gas, diversos fabricantes han apostado por la creación de coches híbridos y por lo tanto existe una amplia oferta de oportunidades. Como ocurría hace años, ahora no es preciso recurrir al ya clásico Toyota Prius si se quiere este tipo de motorización, pues actualmente existen alternativas híbridas en cada segmento del mercado. Carga automática del motor eléctrico. Un gran número de automóviles híbridos tienen como ventaja que el motor eléctrico se carga solo. Este avance es posible gracias al denominado KERS, una tecnología propia de la Fórmula 1 que permite aprovechar la energía cinética del coche en las frenadas. Incentivos fiscales. Reducción de hasta un 75% del impuesto de circulación. Actualmente existen ayudas estatales y autonómicas que permiten que el coste total del coche o el pago de tasas sean mejores que sus equivalentes. Además, aquellos vehículos que tengan un distintivo ambiental tienen rebajas en el pago de las tasas de matriculación. Amplia autonomía. El motor de gasolina hace que una de las ventajas de los coches híbridos es que puedan recorrer cientos de kilómetros sin tener que parar en una gasolinera o a cargar la batería de un vehículo eléctrico. Conducción más eficiente. La electricidad es uno de los combustibles más económicos, por ello, los propulsores movidos por electricidad son más eficientes que los que usan combustibles fósiles y tienen una respuesta más rápida. Un beneficio que comparten tanto los coches eléctricos como los híbridos. Desventajas: Materiales poco sostenibles. En el proceso para conseguir obtener electricidad se usan materiales escasos en la naturaleza o que necesitan ser extraídos usando complejos procesos químicos. Si se populariza este tipo de vehículo, puede suponer que se vuelva a tener un problema de materias primas. Mayor peso. Al incluir dos motores, los coches híbridos tienen como inconveniente que pesan más que sus equivalentes de gasolina. De este modo, los kilogramos a mayores son un lastre que debe de ser compensado con un mayor aporte de energía. Más caros. Aunque en los últimos años se están lanzado un gran número de nuevos vehículos híbridos, esta innovación todavía sigue siendo más costosa que aquellos que usan combustible fósil. Se espera que su progresiva expansión y el crecimiento de las economías de escala permita mejorar este aspecto Contaminan. Es necesario recordar que aunque cuando usan el motor eléctrico no emiten gases al medio ambiente, una vez que este propulsor queda inactivo, un coche híbrido sigue contaminado. No apto para todos los conductores. Un coche híbrido es muy interesante si se va a realizar un uso mixto entre carretera y vía urbana. En el caso de que el piloto solamente se dedique a circular por autovía, las propiedades del motor eléctrico quedan limitadas y, en ese caso, el peso que a mayores de este tipo de modelos puede suponer un gasto de gasolina más elevado que si fuera un bólido convencional. El Automóvil como Motor Eléctrico El motor eléctrico se está postulando como firme alternativa a los motores de combustión en todos los sectores. Desde hace muchísimos años se emplean pequeños motores eléctricos para abrir puertas de garaje, para bombas de piscina y demás tareas sencillas. Pero, el reto al que se enfrentan a día de hoy los investigadores es mucho mayor, y es que necesitan que dichos motores eléctricos sean capaces de propulsar un coche a gran velocidad y además hacerlo sin estar conectado a la red eléctrica, sino mediante el uso de la electricidad almacenada en baterías. Funcionamiento Un motor eléctrico es, en pocas palabaras, una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica. Este proceso lo realiza por medio de la acción de los campos magnéticos que generan las bobinas que están dentro del motor. Los motores eléctricos suelen tener 6 componentes principales: Estator: es la parte fija de la parte rotativa y uno de los elementos fundamentales para la transmisión de potencia en el caso de los motores eléctricos o corriente alterna en el caso de los generadores eléctricos. El el video es el imán. Rotor: es la parte contraria del estator, se trata del componente que gira o rota dentro de una máquina eléctrica, ya sea un generador o un motor eléctrico. Está formado por un eje que soporta un juego de bobinas enrolladas sobre unas piezas polares estáticas. En el video es el aro bobinado. Conmutador: se trata de algo así como un interrupor que se encuentra en algunos motores y generadores. Periódicamente cambia la dirección de la corriente entre el rotor y el circuito externo. Exobillas: en los motores o generadores eléctricos se debe establecer una conexión fija entre la máquina con las bobinas del rotor. Para ello, se fijan dos anillos en el eje de giro, aislados de la electricidad del eje y conectados a la bobina rotatoria, a sus terminales. En frente de esto se encuentran unos bloques de carbón que realizan presión a través de unos resortes, para establecer el contacto eléctrico. Dichos bloques son las escobillas. Eje: en el caso de un coche, por ejemplo, es el elemento que transmite el movimiento de rotación del motor a las ruedas. Tipos de Baterías Recargables En la actualidad contamos con tres tipos distintos de baterías recargables: 1. Baterías NiCd El primer modelo de baterías recargables que se introdujo en el mercado fueron las baterías de níquel y cadmio. Estas se encuentran cada vez menos ya que representan un gran factor contaminante (el cadmio), lo que llevó a la búsqueda de una solución más ecológica. Ventaja: Cuentan con el ciclo de vida útil más amplio entre las baterías recargables alcanzando hasta los 2000 ciclos de carga, mucho más que cualquier otro tipo de batería. Desventaja: Desarrollan el llamado “efecto memoria” que consiste en la creación de cristales internos cuando no se carga correctamente que deterioran la batería acortando considerablemente su vida útil. 2. Baterías NiMH Salen al mercado para resolver el problema de contaminación y efecto memoria del modelo anterior, sustituyendo el contaminante cadmio por hidruros metálicos. En las más antiguas puede que aún se presente un grado de efecto memoria, pero en las más recientes es prácticamente inexistente. Ventaja: Tienen una mayor densidad energética, esto quiere decir que acumulan mayor cantidad de energía sin necesidad de ser más grandes. Pueden almacenar hasta un 30% más de energía que las de NiCd. Desventaja: Son muy sensibles a la carga por lo que el cargador debe contar con un buen sistema de reconocimiento de carga máxima para evitar que se sobrecaliente y emita gases tóxicos. Tienden a descargarse rápido. 3. Baterías Li-ion Las baterías de litio son las más modernas en tecnología y las encontramos hoy en día en cualquier teléfono inteligente. Cuentan en líneas generales con un rendimiento bastante superior a cualquiera de las otras opciones. Aunque generalmente vienen en presentación de placa (como las baterías de los móviles) también hay versiones con el formato de pila tradicional. Ventaja: No poseen efecto memoria y cuentan con una densidad de carga considerablemente mayor y su tasa de autodescarga, al contrario, es muy inferior. Son mucho más ligeras que los otros tipos de batería y poseen más del doble del voltaje por lo que una sola batería de litio cumple la función de tres baterías NiMH Desventaja: Cuenta con un número de ciclos de carga muy inferior al de los modelos anteriores con entre 4001200 ciclos. Son las más costosas del mercado. Ventajas y Desventajas Ventajas: Respeto al medio ambiente: el coche eléctrico no necesita de combustible para funcionar, simplemente convierte la electricidad que consume en energía gracias a su motor. De esta forma, es mucho más respetuoso con el medio ambiente, puesto que no emite gases nocivos, uno de los mayores problemas de contaminación de nuestros días. Poco ruidoso: Esto, como veremos, puede ser un arma de doble filo, pero en principio, que el motor eléctrico sea menos ruidoso que el de gasolina es algo bastante ventajoso, puesto que la contaminación no solo es atmosférica, sino también acústica, y con este tipo de motores se evita el problema. Motor igual de potente y más barato: Si nos ponemos a analizar y comparar motores eléctricos y de combustión interna de la misma potencia, seguramente nos sorprendamos al saber que los primeros son más baratos, más compactos e incluso más fiables, puesto que no necesitan apenas complementos. En el caso del motor tradicional, cualquier fallo en el sistema de refrigeración, del aceite o alguno de sus componentes puede dejar inutilizado el motor. El eléctrico carece de estos componentes, por lo que puede ser una alternativa mejor y más barata de producir y mantener. No necesita marchas: El coche eléctrico no necesita marchas, puesto que su motor solo entenderá de una marcha continua, hasta una velocidad límite, que puede variar mucho según el modelo, por supuesto. Solo necesitará un simple mecanismo para poder diferenciar cuando estamos dando marcha atrás. Distribución del espacio: Al ser más compacto y carecer de caja de marchas, el motor eléctrico puede descentralizarse, y en lugar de estar acoplado al capo, se puede situar en cada una de las cuatro ruedas, por ejemplo, siendo sincronizado por software. De ahí que aparezcan modelos con menos “morro”, ya que no necesitan una parte delantera tan voluminosa, aunque algunas marcas siguen utilizando este diseño para asemejarlos más a los coches tradicionales. Más eficiencia, menos consumo, más ahorro: Los coches eléctricos tienen una eficiencia cercana al 90%, que comparada con el simple 30% de los tradicionales, es realmente abrumadora. Esto quiere decir que el coche consumirá menos, o mejor dicho, consumirá “mejor” y necesitará menos energía para realizar el mismo esfuerzo. Por supuesto, todo esto puede traducirse por un mayor ahorro para nuestros bolsillos, ya que la energía eléctrica, aunque cara, tampoco llega al extremo de la gasolina. Desventajas: Poca autonomía: las baterías actuales que hacen funcionar a los motores eléctricos son “pequeñas”, es decir, no pueden asumir una gran cantidad de electricidad, solo la suficiente como para mover el coche durante unos kilómetros, generalmente 100-150 por recarga completa. Un tanque de gasolina puede durarnos mucho más sin tener que respostar. Y además, la recarga eléctrica no es tan rápida como llenar un tanque de gasolina. Se necesitan horas para completar una batería de coche eléctrico, algo inadmisible si necesitamos llegar a un sitio “rápidamente”. Red de recarga inexistente: Si vamos por la carretera y estamos a punto de quedarnos sin gasolina, seguramente encontraremos una gasolinera muy cerca, a no ser que estemos en el lugar más perdido de la Tierra. En cambio, encontrar puntos de recarga para los coches eléctricos sigue siendo extremadamente complicado hoy en día, a pesar de que las ciudades, ayuntamientos e incluso el Ministerio de Industria están tratando de solventar este problema. Poca potencia: Aunque este aspecto se está solventando a pasos agigantados en los últimos años, la mayoría de los coches eléctricos que se venden al público en general no son demasiado potentes, y esto es un doble problema, tanto para el propio coche, que no podrá ser demasiado grande ni pesado, como para el conductor, que no podrá conducir a la velocidad que desea en ciertas autovías o carreteras grandes. Alto precio de las baterías: los coches electrónicos han tenido un precio bastante alto en estos últimos años, aunque últimamente se está rebajando bastante, sobre todo gracias al sistema de alquiler de baterías, en lugar de comprarlas con el propio coche. La batería es uno de los elementos fundamentales del vehículo eléctrico, y su precio es bastante alto, teniendo en cuenta que su vida útil no supera los 7 años en el mejor de los casos. Por eso, algunas marcas como Renault han decidido abaratar el precio del coche y venderlo “sin” batería, o mejor dicho, con la batería alquilada por el cliente a cambio de una cuota mensual. Esto permitirá que el comprador tenga siempre una batería en perfecto estado, aún dentro de 10 años. Contaminación inicial: Aunque es cierto que el coche eléctrico en sí no genera emisiones nocivas al medioambiente, también es verdad que la energía eléctrica debe obtenerse de alguna forma, y que al “fabricarla” sí que se genera contaminación, aunque seguramente, en menor medida que en la combustión de la gasolina en un motor. De todos modos, esto nos hace ver que el coche eléctrico tampoco es una alternativa 100% limpia, ya que seguramente, no exista ninguna de este tipo. ¿Y si falla o se estropea?: El coche eléctrico es tan susceptible de fallar o estropearse como el tradicional. La diferencia es que si queremos arreglar nuestro coche de toda la vida podemos acudir a alguno de los muchos talleres que seguramente haya cerca de nuestra casa. Sin embargo, no es tan sencillo encontrar talleres para estos coches eléctricos, ya que al no estar tan implementados como los coches tradicionales, los talleres prefieren dedicarse a estos. Es complicado encontrar a verdaderos profesionales dentro de este sector en los que podamos confiar nuestro vehículo igual que lo hacemos ahora a cualquier taller tradicional, y más aún encontrar repuestos para nuestro coche eléctrico, que seguramente tengan que venir de otro país, con el gasto que eso supone. Diagrama de Instalación en el Laboratorio Tabla de Datos Prueba a velocidad constante Lectura 1 2 3 4 5 F [𝑘𝑔] 9 11.8 15.8 18.4 22.8 h [𝑐𝑚] 1 1 1 1 1 Tiempo [𝑠] 30 26.3 23.75 21.59 19.6 N [𝑟𝑝𝑚] 2000 2000 2000 2000 2000 Tiempo [𝑠] 21.56 23.78 24.5 25 27 N [𝑟𝑝𝑚] 2500 2300 2100 1900 1700 Prueba a velocidad Variable Lectura 1 2 3 4 5 F [𝑘𝑔] 11 13.4 15.3 17.2 19.2 h [𝑐𝑚] 1 1 1 1 1 Memoria de Calculo Calculo del gasto de combustible (Gasolina) 𝑑 = 9.2[𝑐𝑚] = 0.092[𝑚] ℎ𝑐 = 1[𝑐𝑚] = 0.01[𝑚] 2 2 𝜋𝑑 𝜋(0.092[𝑚]) 𝑣= 𝑥 ℎ𝑐 = 𝑥 0.01[𝑚] = 66.476 𝑥10−6 [𝑚3 ] 4 4 𝑘𝑔 𝑣 [𝑚3 ] 𝑥 𝜌 [ 3 ] 𝑣𝑥𝜌 𝑘𝑔 𝑚 𝑚̇ 𝑐 = = = [ ] 𝑡 𝑡 𝑠 ℎ𝑐 𝜌 𝑑 𝑣 0.01 750 0.092 0.0066476 Prueba a Velocidad Constante Lectura t Lectura 𝑚̇ 𝑐 1 30 0.001662 1 2 26.3 0.001896 2 3 23.75 0.002099 3 4 21.59 0.002309 4 5 19.6 0.002544 5 Calculo de la potencia al freno 𝐹𝑥𝑁 𝐹 [𝑘𝑔]𝑥 𝑁 [𝑟𝑝𝑚] 𝑊̇𝐵 = 𝑥 0.746 = 𝑥 0.746 = [𝑘𝑊] 1100 1100 Prueba a Velocidad Constante Lectura Lectura 𝐹 𝑁 𝑊̇𝐵 1 9 2000 12.2 1 2 11.8 2000 16 2 3 15.8 2000 21.4 3 4 18.4 2000 24.9 4 5 22.8 2000 30.9 5 Calculo el consumo específico del combustible (CEC) 𝑘𝑔 𝑚̇ 𝑐 [ 𝑠 ] 𝑥 3600 𝑚̇ 𝑐 𝑘𝑔 𝐶𝐸𝐶 = = = [ ] ̇ ̇ 𝑘𝑊 𝐻 𝑊𝐵 𝑊𝐵 [𝑘𝑊] Prueba a Velocidad Constante Lectura 𝑚̇ 𝑐 𝐶𝐸𝐶 𝑊̇𝐵 1 0.001662 12.21 0.490 2 0.001896 16.01 0.426 3 0.002099 21.43 0.353 4 0.002309 24.96 0.333 5 0.002544 30.93 0.296 Lectura 1 2 3 4 5 𝜌 = 750 [ 𝑘𝑔 ] 𝑚3 Prueba a Velocidad Variable t 𝑚̇ 𝑐 21.56 0.002312 23.78 0.002097 24.5 0.002035 25 0.001994 27 0.001847 Prueba a Velocidad Variable 𝐹 𝑁 𝑊̇𝐵 11 2500 18.7 13.4 2300 20.9 15.3 2100 21.8 17.2 1900 22.2 19.2 1700 22.1 Prueba a Velocidad Variable 𝑚̇ 𝑐 𝐶𝐸𝐶 𝑊̇𝐵 0.002312 18.7 0.446 0.002097 20.9 0.361 0.002035 21.8 0.336 0.001994 22.2 0.324 0.001847 22.1 0.300 Calculo de la Potencia Indicada 𝑊̇𝐼 = 𝑊̇𝐵 + 𝑊̇𝑓 = 𝑊̇𝐵 [𝑘𝑊] + 𝑊̇𝑓 [𝑘𝑊] = [𝑘𝑊] Para determinar la potencia indicada se necesita la potencia de fricción y esta se determina con la línea Willans. Linea Willans 35.00 30.00 25.00 20.00 y = 21300x - 23.667 R² = 0.9937 15.00 10.00 𝑊̇𝑓 = 23.7 [𝑘𝑊] 5.00 Lectura 1 2 3 4 5 Prueba a Velocidad Constante 𝑊̇𝑓 𝑊̇𝐵 𝑊̇𝐼 12.21 16.01 21.43 24.96 30.93 23.7 23.7 23.7 23.7 23.7 35.91 39.71 45.13 48.66 54.63 0.00 0.001600 0.001800 0.002000 0.002200 0.002400 0.002600 Series1 Calculo de Presión Media Efectiva Indicada (PMEI) 𝑊̇𝐼 𝑥 60 𝑥 𝑧 𝑊̇𝐼 [𝑘𝑊]𝑥 60 𝑥 𝑧 [𝑎𝑑𝑚] 𝑃𝑀𝐸𝐼 = = = [𝑘𝑃𝑎] 𝐿𝑥𝐴𝑥𝑁𝑥𝑛 𝐿 [𝑚]𝑥 𝐴 [𝑚2 ]𝑥 𝑁 [𝑟𝑝𝑚]𝑥 𝑛 [𝑎𝑑𝑚] 𝑧 𝑛 𝐿 𝐷 2 8 0.0762 0.1016 Prueba a Velocidad Constante Lectura 𝑁 𝑃𝑀𝐸𝐼 𝑊̇𝐼 1 35.91 2000 435.9 2 39.71 2000 482 3 45.13 2000 547.9 4 48.66 2000 590.7 5 54.63 2000 663.2 𝐴 0.00810732 Calculo de Presión Media Efectiva al Freno (PMEB) 𝑊̇𝐵 𝑥 60 𝑥 𝑧 𝑊̇𝐵 [𝑘𝑊]𝑥 60 𝑥 𝑧 [𝑎𝑑𝑚] 𝑃𝑀𝐸𝐵 = = = [𝑘𝑃𝑎] 𝐿𝑥𝐴𝑥𝑁𝑥𝑛 𝐿 [𝑚]𝑥 𝐴 [𝑚2 ]𝑥 𝑁 [𝑟𝑝𝑚]𝑥 𝑛 [𝑎𝑑𝑚] 𝑧 𝑛 𝐿 𝐷 𝐴 2 8 0.0762 0.1016 0.00810732 Prueba a Velocidad Constante Prueba a Velocidad Variable ̇ Lectura Lectura 𝑁 𝑃𝑀𝐸𝐵 𝑁 𝑃𝑀𝐸𝐵 𝑊𝐵 𝑊̇𝐵 1 12.21 2000 148.1998 1 18.65 2500 181.1331 2 16.01 2000 194.3064 2 20.90 2300 220.653 3 21.43 2000 260.173 3 21.79 2100 251.9397 4 24.96 2000 302.9863 4 22.16 1900 283.2263 5 30.93 2000 375.4395 5 22.14 1700 316.1596 Calculo de la Energía Suministrada 𝐸𝑆 = 𝑚̇ 𝑐 [ 𝑘𝑔 𝑘𝐽 ] 𝑥 𝑃𝐶𝑆 [ ] = [𝑘𝑊] 𝑠 𝑘𝑔 Lectura 1 2 3 4 5 Prueba a Velocidad Constante Lectura 𝑚̇ 𝑐 𝑃𝐶𝑆 𝐸𝑆 0.001662 44000 73.1 0.001896 44000 83.4 0.002099 44000 92.4 0.002309 44000 101.6 0.002544 44000 111.9 1 2 3 4 5 Prueba a Velocidad Variable 𝑚̇ 𝑐 𝑃𝐶𝑆 𝐸𝑆 0.002312 44000 101.75 0.002097 44000 92.25 0.002035 44000 89.54 0.001994 44000 87.75 0.001847 44000 81.25 Calculo de la Eficiencia Térmica del Motor 𝑊̇𝐼 𝑊̇𝐼 [𝑘𝑊] 𝜂𝑡ℎ = 𝑥 100 = 𝑥 100 = [%] 𝐸𝑆 𝐸𝑆 [𝑘𝑊] 𝑊̇𝐼 35.91 39.71 45.13 48.66 54.63 Lectura 1 2 3 4 5 Prueba a Velocidad Constante 𝐸𝑆 73.1 83.4 92.4 101.6 111.9 𝜂𝑡ℎ 49.1 47.6 48.9 47.9 48.8 Calculo de la Eficiencia Mecánica del Motor 𝑊̇𝐵 𝑊̇𝐵 [𝑘𝑊] 𝜂𝑚 = 𝑥 100 = 𝑥 100 = [%] 𝑊̇𝐼 𝑊̇𝐼 [𝑘𝑊] 𝑊̇𝐼 35.91 39.71 45.13 48.66 54.63 Lectura 1 2 3 4 5 Prueba a Velocidad Constante 𝑊̇𝐵 12.2 16.0 21.4 25.0 30.9 𝜂𝑚 34.0 40.3 47.5 51.3 56.6 Calculo de la Eficiencia Total 𝑊̇𝐵 𝑊̇𝐵 [𝑘𝑊] 𝜂𝑇 = 𝑥 100 = 𝑥 100 = [%] 𝐸𝑆 𝐸𝑆 𝐼 [𝑘𝑊] Lectura 1 2 3 4 5 Prueba a Velocidad Constante Prueba a Velocidad Variable Lectura 𝐸𝑆 𝜂𝑇 𝐸𝑆 𝜂𝑇 𝑊̇𝐵 𝑊̇𝐵 12.21 73.1 16.7 1 18.65 101.7 18.3 16.01 83.4 19.2 2 20.90 92.3 22.7 21.43 92.4 23.2 3 21.79 89.5 24.3 24.96 101.6 24.6 4 22.16 87.7 25.3 30.93 111.9 27.6 5 22.14 81.2 27.2 Calculo de la Eficiencia del Ciclo Otto 𝑅𝑐 = 8.2: 1 𝜼 = 𝟓𝟔. 𝟗[%] 𝑘 = 1.4 𝜂 =1− 1 1 =1− = 56.9[%] 𝑘−1 1.4−1 𝑅𝑐 8.2 Tabla de Resultados Lectura 1 2 3 4 5 Lectura 1 2 3 4 5 𝑚̇ 𝑐 𝑘𝑔 [ ] 𝑠 0.001662 0.001896 0.002099 0.002309 0.002544 𝑊̇𝐵 [𝑘𝑊] Prueba a Velocidad Constante 𝑃𝑀𝐸𝐼 𝑃𝑀𝐸𝐵 𝑊̇𝐼 [𝑘𝑊] [𝑘𝑃𝑎] [𝑘𝑃𝑎] 𝜂𝑡ℎ [%] 𝜂𝑚 [%] 𝜂𝑇 [%] 𝜂 [%] 148.20 194.31 260.17 302.99 375.44 49.1 47.6 48.9 47.9 48.8 34.0 40.3 47.5 51.3 56.6 16.7 19.2 23.2 24.6 27.6 56.9 56.9 56.9 56.9 56.9 𝐶𝐸𝐶 𝑘𝑔 [ ] 𝑘𝑊 𝐻 12.2 0.490 35.91 435.92 16.0 0.426 39.71 482.03 21.4 0.353 45.13 547.90 25.0 0.333 48.66 590.71 30.9 0.296 54.63 663.16 Prueba a Velocidad Variable 𝐶𝐸𝐶 𝑃𝑀𝐸𝐵 𝜂𝑇 𝑊̇𝐵 𝑘𝑔 [𝑘𝑃𝑎] [%] [ ] 𝑘𝑊 𝐻 18.7 0.446 181.13 18.3 20.9 0.361 220.65 22.7 21.8 0.336 251.94 24.3 22.2 0.324 283.23 25.3 22.1 0.300 316.16 27.2 𝑚̇ 𝑐 𝑘𝑔 [ ] 𝑠 0.002312 0.002097 0.002035 0.001994 0.001847 𝜂 [%] 56.9 56.9 56.9 56.9 56.9 Graficas Curvas Características del Motor 23.0 22.0 21.0 20.0 19.0 18.0 17.0 22.1 22.2 𝐶𝐸𝐶 21.8 20.9 18.7 1700 1900 2100 2300 [𝑘𝑔/(𝑘𝑊 𝐻)] [𝑘𝑊] 𝑊 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.446 0.3 1700 2500 0.336 0.324 1900 2100 𝑃𝑀𝐸𝐵 30 251.94 250 25.3 25 220.65 181.13 200 27.2 24.3 22.7 [%] [𝑘𝑃𝑎] 300 2500 𝜂 316.16 283.23 2300 [𝑟𝑝𝑚] [𝑟𝑝𝑚] 350 0.361 18.3 20 150 100 15 1700 1900 2100 [𝑟𝑝𝑚] 2300 2500 1700 1900 2100 [𝑟𝑝𝑚] 2300 2500 Conclusiones Con base en los objetivos se puede concluir que estos se cumplieron, ya que, nos fue posible conocer tanto teoría como practica a través de los datos del Motor Encendido por Chispa. Con esto se pudo obtener los parámetros y el funcionamiento del Motor Encendido por Chispa y verificarlo con el Ciclo en el que se basa, que es el Ciclo Otto. 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