Relación de ejercicios 2 Motores Térmicos- Curso 2021-22 1. Se desea analizar un MEP de 6 cilindros en línea. a) Determinar el diagrama de distribución del motor para el régimen y los tiempos indicados a continuación, y calcular cuál será el tiempo del proceso de escape. TIEMPOS SOLAPE ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPLOSIÓN ESCAPE 4000 rpm, AE 40º 2 ms 10 ms 4 ms 7 ms ¿? b) El motor está equipado con un sistema de encendido electromecánico convencional. Determinar los tiempos de apertura y cierre del ruptor conociendo que el Dwell es del 60% c) Se desea dimensionar el conducto de escape de cada cilindro optimizándolo para la potencia máxima, que se consigue a 6000 rpm. Conociendo que la velocidad media de propagación de la onda de los gases es 60 m/s, determinar la longitud del conducto de escape hasta el ensanchamiento d) Si el orden de encendido del motor es 1-5-3-6-2-4, indicar qué proceso/s estará haciendo el cilindro 6 durante la explosión del cilindro 1 2. Un fabricante de motores quiere desarrollar un motor de 3 cilindros y 4T. Para reducir costes, parte de un motor existente de 4 cilindros. El motor original de 4 cilindros es un motor de gasolina cuadrado de 1.6 l y atmosférico. Este motor proporciona la potencia máxima de 100CV a 5500 rpm. En estas condiciones el rendimiento efectivo es de 0,34 y el dosado relativo del motor es de 1,03. El nuevo motor de 3 cilindros sigue siendo cuadrado. Pero se le ha añadido un turbo que aumenta la presión en 0,6 bar y la temperatura en 60ºC. A la salida del turbo se va a instalar un intercooler que va a bajar la temperatura en 30ºC y va a generar unas pérdidas de carga de 0,1 bar. Con esta modificación el dosado se mantiene constante y el rendimiento efectivo pasa a un 0,38. La densidad del combustible es 750 g/l y el poder calorífico es de 44000 J/g. R=287 J/kgK. Condiciones atmosféricas: 20ºC y 1 atm. Determinar: a) Rendimiento volumétrico del motor original referido a condiciones ambiente b) Potencia máxima (CV) del nuevo motor si es en el mismo régimen, considerando que el caudal volumétrico de aire que entra en cada cilindro se mantiene constante c) Rendimiento volumétrico del nuevo motor a potencia máxima referido a condiciones atmosféricas y según norma d) Para reducir costes ¿se puede utilizar la geometría de las tres primeras muñequillas del cigüeñal del motor de 4 cilindros? Dicho de otra forma ¿se puede diseñar un nuevo cigüeñal de 3 cilindros, recortando el cigüeñal de 4 cilindros? Argumentar la respuesta. 1 De 3 3- Un MEP 4T, de 3 cilindros, cilindrada de 1000cm3 y cuadrado. Tiene una distribución de 18-41-55-8. En condiciones de potencia máxima: el variador de fase de admisión que gira el árbol de levas 11º, el adelanto de encendido en estas condiciones es de 40º y el tiempo de admisión es de 7 ms. En estas condiciones el rendimiento indicado es de 0,5, el mecánico de 0,7 y en el motor entran 55l/s de aire, que significa un coeficiente de exceso de aire de 0,95. La densidad del combustible es 750g/l y el poder calorífico es de 44000J/g. R=287 J/kgK. Condiciones atmosféricas: 20ºC y 1atm. Determinar para condiciones de potencia máxima: a) Rendimiento volumétrico referido a condiciones ambiente b) Potencia proporcionada por el motor c) Determinar el tiempo de compresión, el tiempo de expansión y el tiempo de escape d) El pistón del cilindro número uno está en el instante en el que se cierra la válvula de admisión, ¿en qué posición están el resto de cilindros? 4. Un MEC de 4T, atmosférico, con una relación de compresión volumétrica 20/1, S/d= 1,05, sección del cilindro de 150 cm2 es objeto de estudio. En un punto de funcionamiento, con unas condiciones atmosféricas de 20 ºC y 1 bar, se obtienen los siguientes datos: Cm=10 m/s, potencia efectiva 137 kW, rendimiento volumétrico 81%, rendimiento efectivo 35% y dosado 1/20. Otros datos: Hc= 43200 kJ/kg, densidad del combustible 780 kg/m3. Determinar: a) Número de cilindros del motor b) Régimen de funcionamiento c) Si la inyección de combustible se realiza mediante una bomba inyectora lineal, ¿cuál es el desplazamiento en el émbolo de la bomba si éste tiene un diámetro de 6,8 mm? 5. Se pretende aumentar la potencia de un motor cuadrado V6 3.0L de encendido provocado y 4T. El motor en su configuración original posee un turbo que alimenta los seis cilindros. Este sistema de sobrealimentación genera un incremento de presión de 0,6 bar y un incremento de temperatura de 45ºC. Generando una potencia máxima de 280CV a 5000rpm. El rendimiento efectivo del motor es de 0,36 y el dosado relativo de 1,02. La modificación que se le realiza al motor es la de sustituir el turbo original por dos turbos, donde cada turbo alimentara a tres cilindros. Cada turbo aumenta la presión en 0,9bar y 70ºC. A la salida de cada turbo se va a instalar un intercooler (dos en total) que va a bajar la temperatura en 30ºC y va a generar unas pérdidas de carga de 0,1bar. Con esta modificación el dosado se mantiene constante y el rendimiento efectivo pasa a un 0,38. La densidad del combustible es 750g/l y el poder calorífico es de 44000J/g. R=287 J/kgK. Condiciones atmosféricas: 20ºC y 1atm. Determinar: 2 De 3 a) Rendimiento volumétrico del motor original referido a condiciones ambiente b) Potencia máxima (CV) del motor modificado si la potencia máxima se da también a 5000 rpm y el caudal de aire se considera constante. c) Rendimiento volumétrico referido a condiciones ambiente del motor modificado a potencia máxima 6. Una industria desea reemplazar su actual caldera de vapor por un motor de cogeneración. La caldera tiene un rendimiento del 80%, utiliza gas natural con un poder calorífico de 43000 kJ/kg, y trabaja 8000 horas al año. El motor seleccionado para el estudio es un MEP atmosférico de 4 tiempos trabajará con el mismo gas y nos dan la siguiente información: Rendimiento volumétrico: 80% Rendimiento efectivo: 0,32 Dosado relativo: 0,7 Densidad del aire: 1,25 kg/m3.Número de cilindros: 4, cuadrado de diámetro: 200 mm Velocidad media del pistón Cm: 9 m/s Se pide: a) Determinar la presión media efectiva (Pme), la potencia efectiva (Ne), y el consumo másico de combustible del motor. b) Para que el MEP pueda producir la misma cantidad de calor útil que la caldera debemos recuperar el calor de los gases de escape, el cual representa el 70% del calor total no convertido en potencia efectiva. Determinar cuánto calor sería aprovechable para producir vapor durante un año con el motor y calcular el rendimiento eléctrico, térmico, y eléctrico equivalente c) Conociendo que el precio del gas natural es 0,06 €/kWh y que el precio de la electricidad generada se valora en 0,1 €/kWh, determinar si la empresa tendrá ahorro o pérdidas económicas por la energía consumida al realizar el reemplazo de la caldera por el motor de cogeneración Nota: Considere despreciables las pérdidas electro-mecánicas y otras pérdidas no citadas en el enunciado. 7. Disponemos de un MEC de 4T con cilindros de diámetro D=95 mm y carrera S=90 mm en el que se desea incorporar un turbocompresor. En condiciones atmosféricas (99 kPa y 25 ºC) el motor trabaja con un dosado relativo de Fr=0,89, y proporciona un par máximo de 35 kgꞏm a 2500 rpm con un rendimiento efectivo del ηe=37%. El turbocompresor incrementa la presión en 0.4 bar y la temperatura en 40 ºC. Además, se quiere incorporar un intercooler que permite disminuir la temperatura en 25 ºC y que provoca unas pérdidas de presión de 5 kPa. Datos: Ra = 287 J/kg K; Hc = 44000 J/g a) Determinar la potencia generada a par máximo para condiciones atmosféricas y el número de cilindros del motor b) Cuantificar la potencia generada cuando introducimos el turbocompresor, y cuando introducimos el turbocompresor con el intercooler. Considerar que el dosado y el rendimiento no varían c) ¿Qué valor mínimo de reducción de temperatura en el intercooler anularía su función? 3 De 3