En esta presentación el estudiante va a tener un acercamiento a los cálculos primarios del motor de combustión interna alternativos, se presentan ejemplos puntuales que apropia el estudiante con cada una de las ecuaciones y finalmente se analizan gráficas de los diferentes ciclos para motrores de gasolina y motores diesel

1. M. SC. EDISSONM. SC. EDISSON PAGUATIANPAGUATIAN
POTENCIA-RENDIMIENTO Y BALANCE TÉRMICO

2. POTENCIAPOTENCIA--RENDIMIENTOSRENDIMIENTOS--BALANCEBALANCE TERMICOTERMICO
 LaLa potenciapotencia desarrolladadesarrollada enen elel interiorinterior deldel
cilindro(potenciacilindro(potencia indicada)indicada)
 nono sese transmitetransmite íntegramenteíntegramente alal ejeeje motormotor dede
salida(potenciasalida(potencia efectiva),efectiva), sisi nono queque parteparte dede
estaesta potenciapotencia eses absorbidaabsorbida,, oo mejormejor dicho,dicho,
perdidaperdida debidodebido aa loslos rozamientosrozamientos dede loslos
diferentesdiferentes órganosórganos mecánicosmecánicos deldel motormotor..
 aa estaesta potenciapotencia perdidaperdida eses lala denominadadenominada
"potencia"potencia absorbidaabsorbida porpor laslas resistenciasresistencias
pasivas"pasivas"..

3. WiWi: POTENCIA: POTENCIA INDICADAINDICADA
WeWe: POTENCIA: POTENCIA EFECTIVAEFECTIVA
W ros: POTENCIAW ros: POTENCIA POR PERDIDAS DE ROZAMIENTOPOR PERDIDAS DE ROZAMIENTO

4.  LaLa potenciapotencia indicadaindicada sese calculacalcula sisi
conocemosconocemos elel ciclociclo indicadoindicado deldel motormotor..
 LaLa potenciapotencia absorbidaabsorbida porpor laslas
resistenciasresistencias pasivaspasivas sese puedepuede medirmedir
haciendohaciendo girargirar elel motormotor sinsin encendidoencendido
mediantemediante unauna fuentefuente externaexterna dede
potenciapotencia..
 LaLa potenciapotencia efectivaefectiva sese puedepuede medirmedir
colocandocolocando unun frenofreno especialespecial enen elel ejeeje dede
salidasalida..

5. POTENCIA INDICADAPOTENCIA INDICADA
 EsEs lala potenciapotencia desarrolladadesarrollada porpor elel
fluidofluido dede trabajotrabajo enen elel interiorinterior deldel
cilindrocilindro..
 LaLa potenciapotencia indicadaindicada eses fácilmentefácilmente
calculable,calculable, sisi conocemosconocemos lala presiónpresión
mediamedia indicada(indicada(pp..mm..ii))::

6. ENEN DONDEDONDE ::
DD ::DIÁMETRODIÁMETRO DELDEL CILINDROCILINDRO..
CC::CARRERACARRERA..
CILINDRADA.CILINDRADA.

7. LALA CILINDRADA TOTALCILINDRADA TOTAL PARA UN MOTOR CON "Z"PARA UN MOTOR CON "Z"
CILINDROS ESCILINDROS ES
POR TANTO EL TRABAJO INDICADO, SE PUEDE EXPRESARPOR TANTO EL TRABAJO INDICADO, SE PUEDE EXPRESAR
COMO:COMO:

8.  La potencia la podemos calcular si
introducimos la magnitud tiempo, a través de
las r.p.m.
 Para un motor de cuatro tiempos (1 ciclo
termodinámico cada dos revoluciones),
entonces:

9.  Para un motor de dos tiempos

10. POTENCIA EFECTIVA O POTENCIA AL FRENO.POTENCIA EFECTIVA O POTENCIA AL FRENO.
PRESIÓN MEDIA EFECTIVA.PRESIÓN MEDIA EFECTIVA.
 EEss lala potenciapotencia disponibledisponible aa lala salidasalida deldel ejeeje
motor,motor, aa diferenciadiferencia dede lala potenciapotencia indicadaindicada..
 EsEs lala potenciapotencia netaneta disponibledisponible dede lala
máquina,máquina, tambiéntambién sese lele denominadenomina potenciapotencia
alal frenofreno..
 ExistenExisten diversosdiversos tipostipos dede frenosfrenos::
 --HidráulicosHidráulicos
 --EléctricosEléctricos
 --AerodinámicosAerodinámicos..

11.  SeSe basanbasan enen equilibrarequilibrar mediantemediante unun
momentomomento dede fuerzasfuerzas externasexternas
medibles,medibles, elel momentomomento enen elel ejeeje
producidoproducido porpor elel motormotor..
 EstaEsta potenciapotencia medidamedida mediantemediante estosestos
sistemas,sistemas, lala podemospodemos ponerponer enen funciónfunción
dede hipotéticahipotética presiónpresión mediamedia efectivaefectiva
(PME)(PME) parapara seguirseguir enen paraleloparalelo concon lala
PMIPMI..
 corresponderácorresponderá aa lala presiónpresión mediamedia queque
multiplicadamultiplicada porpor lala cilindradacilindrada elel mismomismo
trabajotrabajo útilútil efectivo,efectivo, queque elel medidomedido porpor
loslos frenosfrenos

12. TENEMOS ENTONCES:TENEMOS ENTONCES:

13.  Los valores usuales de ésta y la relación de
compresión para diversos motores es:

15. POTENCIA ABSORBIDA POR LAS RESISTENCIASPOTENCIA ABSORBIDA POR LAS RESISTENCIAS
PASIVAS.PASIVAS.
 Esta es la potencia perdida, es la diferencia
entre la potencia indicada y la efectiva.

16.  EsEs lala potenciapotencia queque sese utilizautiliza parapara vencervencer::
 a)Losa)Los rozamientosrozamientos entreentre laslas partespartes
mecánicasmecánicas enen movimientomovimiento..
 b)Lab)La queque sese utilizautiliza parapara elel bombeobombeo deldel
fluidofluido..
 c)Yc)Y lala utilizadautilizada parapara movermover todostodos loslos
sistemassistemas queque permitenpermiten elel correctocorrecto
funcionamientofuncionamiento deldel
 motor(distribución,motor(distribución, refrigeración,refrigeración,
lubricación,lubricación, etcetc..))..

17.  ExistenExisten dosdos procedimientosprocedimientos dede medidamedida::
 SeSe midemide enen unun frenofreno lala potenciapotencia efectiva,efectiva,
yy mediantemediante elel ciclociclo indicadoindicado sese midemide lala
potenciapotencia indicadaindicada,, sese restanrestan ambosambos
valoresvalores yy obtendremosobtendremos lala potenciapotencia
absorbidaabsorbida porpor laslas resistenciasresistencias pasivaspasivas..
 ElEl segundosegundo métodométodo sese basabasa enen medirmedir lala
potenciapotencia efectivaefectiva concon unun frenofreno deldel tipotipo
eléctrico,eléctrico, despuésdespués dede medidomedido sese
desconectadesconecta elel encendidoencendido deldel motormotor yy sese
arrastraarrastra concon elel frenofreno eléctricoeléctrico;;lala potenciapotencia
desarrolladadesarrollada porpor éste,éste, eses lala potenciapotencia
perdidaperdida porpor rozamientosrozamientos..

18. RENDIMIENTO INDICADORENDIMIENTO INDICADO
 Es la relación entre el trabajo del ciclo indicado
y el trabajo del ciclo ideal.

19. RENDIMIENTO MECÁNICORENDIMIENTO MECÁNICO
 Es la relación entre el trabajo útil o efectivo
medido en el eje de salida del motor y el
trabajo indicado.

20. RENDIMIENTO TOTAL O RENDIMIENTO EFECTIVO.RENDIMIENTO TOTAL O RENDIMIENTO EFECTIVO.
 Es la relación entre el trabajo efectivo medido
en el eje de salida del motor, y el calor
producico por el combustible consumido.

21. CILINDRADA DE UN MOTOR
 Volumen de mezcla de aire gasolina que
ingresa a los cilindros del motor en el tiempo
de admisión.
 Para calcular la cilindrada de un motor se
emplea la siguiente fórmula:
Ct = A x C x N
 Ct: cilindrada total del motor.
 A: área del cilindro.
 C: carrera del pistón.
 N: número de cilindros

22. EJEMPLOEJEMPLO
 ¿Cuál¿Cuál eses lala cilindradacilindrada dede unun motormotor dede 44
cilindroscilindros queque tienetiene 88,,7979 cmcm.. dede diámetrodiámetro
deldel cilindrocilindro yy elel pistónpistón hacehace unun recorridorecorrido
dede 88,,2424 cmcm..??
¿Cuál¿Cuál eses lala cilindradacilindrada dede unun motormotor dede 44 cilindroscilindros
queque tienetiene 99,,3131 cmcm.. dede diámetrodiámetro deldel cilindrocilindro yy elel
pistónpistón hacehace unun recorridorecorrido dede 99,,1818 cm?cm?

23. RELACION DE COMPRESION
 EsEs lala relaciónrelación queque existeexiste entreentre elel
volumenvolumen queque ocupaocupa lala mezclamezcla dede
gasolinagasolina yy aireaire queque haha ingresadoingresado enen
elel cilindrocilindro enen elel tiempotiempo dede admisiónadmisión
cuandocuando elel pistónpistón estáestá enen elel PP..MM..II.. yy elel
volumenvolumen enen queque haha quedadoquedado
reducidareducida alal terminarterminar elel tiempotiempo dede
compresióncompresión cuandocuando elel pistónpistón estáestá enen
elel PP..MM..SS..

25. RC: RELACIÓN DE COMPRESIÓN.RC: RELACIÓN DE COMPRESIÓN.
VC: VOLUMEN DEL CILINDROVC: VOLUMEN DEL CILINDRO
(CILINDRADA UNITARIA).(CILINDRADA UNITARIA).
VCC: VOLUMEN DE LA CÁMARAVCC: VOLUMEN DE LA CÁMARA
DE COMBUSTIÓN.DE COMBUSTIÓN.

26. RELACIÓN DE COMPRESIÓN ALTARELACIÓN DE COMPRESIÓN ALTA
 SiSi lala relaciónrelación dede compresióncompresión eses
demasiadodemasiado alta,alta, lala mezclamezcla dede aireaire yy
combustiblecombustible sese sobrecalentarásobrecalentará yy sese
encenderáencenderá antesantes dede queque lala bujíabujía lancelance lala
chispachispa
 OtroOtro inconvenienteinconveniente dede laslas altasaltas relacionesrelaciones
dede compresióncompresión elevaeleva laslas temperaturastemperaturas dede
combustióncombustión yy aumentaaumenta lala emisiónemisión dede loslos
óxidosóxidos dede nitrógenonitrógeno ((NOxNOx))

27. RELACIÓN DE COMPRESIÓNRELACIÓN DE COMPRESIÓN
 LaLa relacionesrelaciones dede compresióncompresión dede loslos motoresmotores
actualesactuales dede gasolinagasolina vanvan desdedesde 88::11 hastahasta
99::11..
 LosLos motoresmotores DieselDiesel tienentienen relacionesrelaciones
mayoresmayores dede compresióncompresión porpor queque dependendependen
dede lala altaalta compresióncompresión parapara crearcrear elel calorcalor
parapara lala igniciónignición deldel combustiblecombustible
(combustión)(combustión).. LasLas relacionesrelaciones dede compresióncompresión
enen esteeste casocaso vanvan aproximadamenteaproximadamente desdedesde
1616::11 hastahasta 2222::11..

28. EJEMPLO:EJEMPLO:
 ¿Cuál¿Cuál eses lala relaciónrelación dede compresióncompresión
dede unun motormotor queque tienetiene cilindroscilindros dede
99,,55 cmcm dede diámetrodiámetro yy loslos pistonespistones
realizanrealizan unauna carreracarrera dede 99 cmcm.. yy lala
cámaracámara dede combustióncombustión tienetiene unun
volumenvolumen dede 8282 cmcm33??

29. PAR MOTOR – TORQUE
El torque depende de la fuerza que
logran los gases en el tiempo de
expansión.
El torque máximo se consigue cuando
el llenado de los cilindros es máximo,
lo que equivale a quemar mayor
cantidad de combustible para
expandir mejor los gases y por ende
desplazar con mayor fuerza los
pistones.

30. TORQUETORQUE
El torque depende del largo del brazo
del cigüeñal.
El torque del motor se mide en el
extremo del cigüeñal al lado de la
volante.

31. PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓNPROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN
 Se instala un embrague de fricción sujetando
un extremo del cigueñal al lado de la volante y
el otro extremo conectado a una báscula.
 Se aprieta el embrague de fricción de 0,6 m.
de largo (radio) y marca una fuerza sobre la
báscula, obteniendo de esta manera un torque
a una determinada RPM (Revoluciones Por
Minuto)

32. T = F X RT = F X R
T: TORQUE DEL MOTOR EN KGT: TORQUE DEL MOTOR EN KG –– M.M.
F: FUERZA MEDIDA EN LA BÁSCULA.F: FUERZA MEDIDA EN LA BÁSCULA.
R: RADIO DEL EMBRAGUE DESDE LA VOLANTE AR: RADIO DEL EMBRAGUE DESDE LA VOLANTE A
LA BÁSCULA.LA BÁSCULA.
DE LA FIGURA SE TIENE:DE LA FIGURA SE TIENE:
F = 91 KG.F = 91 KG.
R = 0,6 M.R = 0,6 M.
T = F X R = 91 KG X 0,6 M = 54,6 KGT = F X R = 91 KG X 0,6 M = 54,6 KG –– M.M.

33. NOTA:NOTA:
 Si para este caso el motor trabaja a 2000 RPM
y apretamos el embrague de fricción de modo
que el motor con el acelerador a fondo casi se
detenga, podemos decir que el torque de 54,6
kg – m, es el torque máximo a 2000 RPM.

34. POTENCIA CON RESPECTO AL TORQUEPOTENCIA CON RESPECTO AL TORQUE
 Es el torque y la velocidad a la vez:Es el torque y la velocidad a la vez:
P = T x ωP = T x ω
P: potencia del motor en HP (P: potencia del motor en HP (HourseHourse
PowerPower).).
T: torque del motor en kgT: torque del motor en kg –– m.m.
ω: velocidad angular de la volanteω: velocidad angular de la volante
(RPM).(RPM).

35. RELACIÓN DE POTENCIARELACIÓN DE POTENCIA--TORQUETORQUE
 EnEn loslos vehículosvehículos pesadospesados comocomo sonson loslos
camionescamiones oo busesbuses lolo queque interesainteresa eses elel
torque,torque, parapara lolo cualcual elel brazobrazo deldel cigüeñalcigüeñal
yy demásdemás dimensionesdimensiones deldel motormotor sonson
mayoresmayores..
 ParaPara vehículosvehículos livianoslivianos comocomo loslos
vehículosvehículos dede fórmulafórmula 11,, lolo queque interesainteresa eses
lala velocidadvelocidad (RPM)(RPM)..

36.  Esto significa que los vehículos pesados y los
livianos pueden tener la misma potencia, así por
ejemplo tomando la fórmula:
 P: potencia del motor en HP.
 T: torque del motor en kg – m.
 RPM: Revoluciones Por Minuto.
 727,7: constante de conversión.

37.  Tenemos para el vehículo liviano Ferrari 575 M
Manarello con un torque máximo: Tmáx. = 60 kg – m,
una cilindrada de 5,8 litros, 12 cilindros en V,
derivado de la fórmula 1 y tomando dentro del rango
una velocidad de 6246 RPM, calculamos la potencia
máxima:
P = 515 HP.

38.  Tenemos para el vehículo pesado camión Volvo
FH12 con un torque máximo: Tmáx. = 225 kg –
m, una cilindrada 12 litros, 6 cilindros y
tomando dentro del rango una velocidad de
1468 RPM, calculamos la potencia máxima:
P = 454 HP.

39. CONCLUSIONESCONCLUSIONES
 Podemos comprobar que para el vehículo
liviano Ferrari que posee una potencia casi
similar al vehículo pesado Volvo FH12, tiene un
torque máximo pequeño y una velocidad
sumamente alta, lo contrario ocurre con el
motor volvo FH12 que posee un torque máximo
alto y una velocidad baja.

40. CALCULO DE LA POTENCIA EN EL LABORATORIO
P = Tc x RPM

41. P = TC X RPM
 P: potencia.
 Tc: torque circunferencial.
 RPM: Revoluciones Por Minuto = 2000 RPM.
 Tc = Lc x F
 Lc: longitud de circunferencia.
Se sabe: 1 HP = 4,572
.min
m-kg

42. CURVASCURVAS CARACTERISTICASCARACTERISTICAS..
 Las curvas caracteristicas son aquellas que
para una determinada carga(fuerzas y
momentos
 que se oponen al momento realizado por el
motor en el eje) y en función del número de
 revoluciones del motor(velocidad), nos da una
serie de parámetros característicos, como son:

43.  a) Par motora) Par motor
 b) Potencia efectivab) Potencia efectiva
 c) Consumo específico del combustiblec) Consumo específico del combustible
 d) Presión media efectivad) Presión media efectiva
 e) Rendimiento volumétricoe) Rendimiento volumétrico
 Existen dos grandes familias de curvas:Existen dos grandes familias de curvas:
 --A plena cargaA plena carga
 --A cargas parcialesA cargas parciales

44. CURVAS A PLENA CARGACURVAS A PLENA CARGA
Curvas a plena carga.
 Las curvas características más representativas son, las
del par motor, potencia efectiva y consumo específico
de combustible a plena carga.
 En este caso, en el banco de pruebas se abre
totalmente la válvula de mariposa, o se coloca al
máximo la inyección de combustible, y se ajusta la
carga para la velocidad mínima, a dicha velocidad se
toman los datos necesarios, se ajusta de nuevo la carga
en el freno para una nueva velocidad y se repite el
proceso hasta obtener las correspondientes curvas.

45. CURVA DE CONSUMO ESPECÍFICOCURVA DE CONSUMO ESPECÍFICO
 el rendimiento efectivo vale:

46.  Para obtener 1 unidad de trabajo We=1 el
consumo, denominado específico vale:

47.  Por tanto el consumo específico depende de
como varía el ηi,ηm,y el ηt.:

48.  El rendimiento indicado aumenta al aumentar la
velocidad media del émbolo, debido a que se
reduce las pérdidas de calor y mejora la
combustión por el aumento de la turbulencia, y
aumenta más rápidamente que la disminución del
rendimiento mecánico en un principio, por lo que
el consumo específico disminuye hasta llegar a un
mínimo, al aumentar más la velocidad la pérdida
de ηm se acentúa debido al fuerte aumento de las
pérdidas mecánicas cuando las velocidades del
pistón son elevadas(Son proporcionales al
cuadrado de la velocidad del émbolo)

49. CURVA DE POTENCIA EFECTIVACURVA DE POTENCIA EFECTIVA
 Al aumentar el número de revoluciones,
aumenta la potencia efectiva hasta un máximo,
en donde un aumento posterior del número de
revoluciones ve disminuir la potencia, ya que
debido a la rapidez del ciclo no entra el
suficiente combustible por ciclo, y netamente
decrece la potencia.(η volumetrico muy
bajo;ηm muy bajo).

50. LA CURVA DE MOMENTO EN EL EJELA CURVA DE MOMENTO EN EL EJE
 En un principio aumenta, ya que el ηi aumenta
también, más rápidamente que las pérdidas
mecánicas; pero rápidamente estas
incrementan con la velocidad, por lo que se
llega a un máximo, y rápidamente disminuye.

51. CURVAS A CARGA PARCIALCURVAS A CARGA PARCIAL
 Este tipo de curvas se toman para completar la
información de funcionamiento del motor.
 En general para distintas posiciones de
abertura de mariposa ó de carrera de bomba
 De inyección se toman los parámetros medidos
en la prueba anterior, construyéndose una
serie de gráficas.

52. BALANCE TÉRMICOBALANCE TÉRMICO
 sólo una pequeña parte de la energía térmica
del combustible quemado se transforma en
energía mecánica; el resto de la energía se
reparte y dispersa en caminos diferentes:

53.  Resistencias pasivas se disipa mediante el
aceite lubricante y la refrigeración y radiación.

54. CICLO TERMODINAMICOS DE LOS MOTORES DE
COMBUSTION INTERNA

55. CICLO OTTO
 Es el ciclo Teórico de los motores de
Combustión Interna denominados:
 Motores de explosión.
 De ciclo Otto.
 De encendido por chispa.
 De combustión a volumen constante.

58. E-A: admisión a presión constante
A-B: compresión isotérmica
B-C: Explosión o combustión, aporte de calor a
volumen constante. La presión se eleva
rápidamente antes de comenzar el tiempo útil
C-D: fuerza, expansión adiabática.
D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a
volumen constante.
A-E: Escape, vaciado de la cámara a presión
constante.

59.  Si en este esquema, el proceso 0 – 1 (linea),
que representa el tiempo de admisión, lo
interceptamos horizontalmente con el eje (P)
que representa la presión, veremos que no hay
variaciones de valores ni para arriba ni para
abajo con respecto al eje (P) de la presión, por
lo que se dice que el proceso 0 – 1 es a
presión constante.
PRIMERA FASE

60.  El proceso 2 – 3, que representa la combustión
que en los motores gasolineros se conoce
como explosión, lo interceptamos
verticalmente con el eje (V) que representa el
volumen, veremos que no hay variación de
valores ni para la izquierda ni para la derecha
con respecto al eje (V) de volumen, por lo que
se dice que el proceso 2 – 3 es a volumen
constante. De aquí se deduce que la explosión
se realiza a volumen constante.
SEGUNDA FASE

61. TERCERA FASETERCERA FASE
 En el proceso 2 – 3, la combustión se
encuentra a volumen constante (mezcla sin
variar volumen) y teniendo en cuenta que la
manivela tiene velocidad angular constante
(), este proceso debe efectuarse en un tiempo
nulo.

62. RESUMEN DEL CICLORESUMEN DEL CICLO

63.  Por lo general Combustión y expansión que
comprenden los dos procesos termodinámicos
de 2-3 y 3-4 se considera en un solo tiempo, el
III.
 El proceso de 4-1 representa un enfriamiento
de la mezcla a volumen constante

64. CICLO DIESEL
 Es el ciclo ideal o teórico de los motores de
combustión interna denominados:
 De encendido por comprensión.
 Motores Diesel.
 Combustión a presión constante.

65. CICLO DIESELCICLO DIESEL

66. FASE IFASE I
 Al igual que en el esquema anterior, si al
proceso (0 – 1) que representa el tiempo de
admisión, lo interceptamos horizontalmente
con el eje (P) que representa la Presión,
veremos que no hay variaciones de valores ni
para arriba ni para abajo con respecto al eje (P)
de la Presión, por lo que se dice que el proceso
0 – 1 es a presión constante.

67. FASE IIFASE II
 El proceso 2 – 3 que representa la combustión,
lo interceptamos horizontalmente con el eje (P)
que representa la Presión, veremos que no hay
variaciones ni para arriba ni para abajo con
respecto al eje (P) de la Presión, por lo que se
dice que el proceso 2 – 3 de la combustión es
a Presión constante.

68. RESUMEN CICLORESUMEN CICLO

69.  Los procesos Termodinámicos de 2-3 y 3-4 se
consideran en el III tiempo.
 El proceso de 4-1 representa un enfriamiento a
volumen constante.
 La temperatura en 3 es la temperatura
máxima dentro del proceso de combustión a
presión constante P2 = P3 y sucede cuando el
émbolo alcanza la posición P.C. (Punto de corte
o cierre del inyector)

70. TABLA DE TEMPERATURAS Y PRESIONES DEL
MOTOR DIESEL Y OTTO.

71. 1 ATM = 760 MM. HG = 14.7 PSI = 29.9 PULG. HG = 10.33 M. H20 = 101.33
KPA

72. VOLÚMENES EN LA COMPRENSIÓN
 1.- Diesel: En la comprensión el aire se reduce
hasta una veinteava parte de su volumen original.
 2.- E. CH. En la compresión la mezcla es reducida
hasta una novena parte de su volumen original.
 Número de Cetano

 NC = 60 – NO/2

 NC = Número de Cetano.
 NO = Número de Octano.

73. ¡GRACIAS POR
SU ATENCIÓN!