Potencia Motor

7/26/2019 Potencia Motor

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Potencia nominal

Para los clculos de potencia en los Motores de Combustin Interna (C.l.) estacionarios, setoma como base la llamada Potencia Nominal o til o efectiva, o Potencia al Freno oPotencia en la olante. Por Potencia Nominal, se entiende a!uella potencia til en la !ue

consumo de combustible es ms favorable " cu"o valor se redondea en mltiplos de #$ " enmltiplos de %& para motores 'randes. sta potencia es la !ue indican las CasasConstructoras en sus listas de precios " catlo'os. n 'eneral, la Potencia Nominal es del%# al #* inferior a la Potencia M+ima. n los motores para ve-culos de transporte, laPotencia Nominal se asimila a la potencia m+im

Presin Media Indicada (p.m.i o pi)

a presin 'enerada en el cilindro del motor " !ue acta sobre la cabe/a del pistn, sedenomina Presin Media Indicada (p.m.i.), debido a !ue se mide con un aparato llamadoindicador, el cual se conecta a la cmara de combustin del cilindro por intermedio de unpasa0e, por el cual, la presin e+istente en el cilindro del motor ace reaccionar a% pistn del

indicador, venciendo la resistencia de un resorte calibrado. os movimientos del pistn acenactuar un dispositivo !ue va 'raficando sobre un papel calibrado !ue cubre un tambor !uerota acoplado al Ci'1e2al del motor. a a'u0a tiene la tendencia de acer una l-nea verticalascendente3descendente debido a las variaciones de presin " una l-nea ori/ontal debidoa la rotacin del tambor. l 'rfico resultante se conoce como 4ia'rama Indicador. (erFi'ura %).

a presin promedia de traba0o !ue e+iste en el cilindro durante todo su ciclo es conocidacomo presin Med-a Indicada (p.m.i.).4eterminando el 5rea FC4 (Fi'ura %) " dividiendo6sta por su lon'itud (4istancia ori/ontal P7), dar la altura promedia !ue multiplicada porla constante de deformacin del resorte calibrador del indicador (lb8pulo 9'8cm), nos darla p.m.i. promedia por pul'ada cuadrada del rea de la seccin transversal del cilindro.

Presin Media Efectiva

lamada tambi6n Presin Media fectiva al Freno o en la olante (pb o bmep), es definidacomo la presin terica constante !ue se e0erce durante las carreras del motor " !ue 'enerauna potencia de salida en la volante, i'ual a la potencia al freno. a potencia al freno (bp)de un motor, puede calcularse en funcin de la bmep, la si'uiente nomenclatura se usarpara ello:

FI; %. 4ia'rama Indicador

p b ? bmep ? Presin Media fectiva al freno en b8pul'

> ? 5rea de la cabe/a del pistn en pul'.

? on'itud de la carrera en pul'ada.

N ? =.P.M. del motor.

7 ? Nmero de revoluciones re!ueridas para 'enerar el motor una carrera de

traba0o: ser i'ual a para un motor de @ tiempos e i'ual a % para un motorde tiempos.


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n ? Nmero de cilindros del motor.

4 ? 4espla/amiento total de cada pistn en pul'A.

Braba0o ? (pb) (> + + n) N (%)

minuto 7

Ib 3 pul' Ib pul' =ev + carrera ? + pul' + pistones + min pul' pistn min + =ev

=esumiendo la frmula anterior, " aciendo 4 ? > + tenemosD

Braba0o 4 N Ib 3 pie

? (pb) + + 333333333333 () minuto % 7 min

si % EP ? AA.&&& Ib pie8min

(bp) + % + AA.&&& 7 (bp) + G.&&&p b ? bmep ? ? (A) 4 . N 4 . N

Eaciendo 7 ? para un motor de @ tiempos.

Pb + + > + N + nbp ? (@)

AA.&&& + % + 7

n forma similar podemos calcular la Potencia Media (ip) indicada en un motor utili/ando lamisma nomenclaturaD

pi + + > + N (n)ip ? (#) AA.&&& + % (7)

Torque

Bor!ue es la fuer/a o esfuer/o de torsin " es medida en t6rminos de la fuer/a !ue acta "el bra/o de la palanca sobre la cual acta. s importante anotar, !ue el tor!ue trata deproducir torsin " puede e+istir an cuando no a"a movimiento, caracter-stica esta!ue lodiferencia del traba0o.

Bor!ue B (Ib 3 pie) ? F (bs) + (pies) (H) B (m 3 9') ? F (9') + (m)

iendoD

F ? Fuer/a !ue acta.

? Jra/o de la palanca o radio de la polea o e0e sobre el cual acta la fuer/a.

l tor!ue !ue desarrolla un motor en su e0e o su polea, puede medirse con dinammetro: eltor!ue no debe confundirse con la potencia o el traba0o.


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Banto la potencia como el traba0o inclu"en movimiento, pero el tor!ue no necesariamenteinclu"e movimiento, slo es un esfuer/o de rotacin !ue puede 'enerar o no movimiento.

Relacin entre Torque y Potencia

a potencia de un motor se puede e+presar mediante la frmulaD

Fuer/a (b o 9') + 4 (pie o m) Potencia (EP) ? () Biempo (minuto) + KiendoD

F ? Fuer/a !ue acta en el sentido del movimiento.

4 ? 4istancia !ue recorre el mvil.

K ? Factor de conversin de unidades ? AA.&&& cuando se usan unidades in'lesas " @.#HA

en sistema m6trico.Con base en lo anterior, la potencia de rotacin serD

F + 4 EP ? (L) AA.&&&

4 ? =PM + (G)

4 ? =PM + + (A,%@%H) + (%&) ? on'itud del bra/o de tor!ue o radio de la polea o e0e.

ustitu"endo (%&) en (L) tendremosD

F + =PM + H,LA + Ep ? (%%) AA.&&&

F + =PM + Ep ? (%) #.#

n la cualD F + ? B=


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punto puede estar a unas pocas =PM menos !ue la velocidad de r6'imen, velocidad 6sta ala cual el motor est dando la m+ima eficiencia en la admisin " el escape. 4espu6s de !uela curva del tor!ue alcan/a su m+imo, la curva decrece an cuando las =PM del motorcontinen aumentando. as ra/ones bsicas para !ue esto suceda sonD

a friccin interna aumenta consumiendo tor!ue.

a admisin " el escape pierden eficiencia (decrece la eficiencia volum6trica), 6stap6rdida de eficiencia es debida a la alta velocidad " por lo tanto poco tiempo para laadmisin " escape, las !ue se reali/an en forma incompleta.

n las curvas t-picas de los motores se encuentra 'eneralmente, !ue la velocidad der6'imen (o velocidad nominal o de prueba) indicada por el fabricante es absolutamentesuperior a la velocidad en !ue se obtiene el m+imo tor!ue, lo cual ace posible !ue cuandoel motor se sobrecar'ue sbitamente " por lo tanto disminu"a la velocidad, se puedabeneficiar con el aumento del tor!ue " as- pueda vencer la sobrecar'a.

FI;3. Curvas de desempe2o de un motor de C.l. -

> continuacin se da un e0emplo usando las si'uientes curvas caracter-sticasD

Motor > D H#& pul'A %#& EP %.L&& =PM

Motor J D #&& pul'A %#& EP .@&& =PM

Cul ser-a el m6todo para lo'rar !ue ambos motores dieran un tor!ue i'ual a .HH Ib 3pie " a !u6 velocidad (=PM) lo arnO


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l No. entre'a %# EP pero a una velocidad por encima de la de r6'imen lo !ue indica !ue

a esta velocidad se afectar su funcionamiento " le acortar su vida.l No. % da ma"or potencia a lo lar'o de su ran'o de =6'imen.

ste motorD

(% ) > %.&&& =PM A&& lb3pie de tor!ue Ms capacidad de arran!ue, de soportar

# EP de Potencia car'a, menos potencia. Menos traba0o.

(II) > A.&&& =PM && Ib3pie de tor!ue Ms traba0o, ms Menos capacidad de

%%@ EP de Potencia car'a " arran!ue .

i a este motor se le acopla una relacin de pi2ones de %& a %D

a %.&&& =PM A&& Ib3pie + %& ? A.&&& Ibs 3 pie

a A.&&& =PM && Ib3pie + %# ? A.&&& Ibs 3 pie

n ambas situaciones se tiene el mismo tor!ue pero !u6 pasa con la velocidadO


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%.&&& =PM % ? ? %&& =PM al final %&

A.&&& =PM

? ? && =PM al final %#

ue'o se lo'ra el mismo tor!ue final " II tiene ms velocidad, lue'o ar el doble del traba0o.

EFICIECI! "E # M$T$R

Eficiencia Mec%nica


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sta eficiencia es inferior a la unidad por varias causas: e+cepto en los motores turbocar'ados !ue puede ser ma"or de la unidad. as causas !ue acen esta eficiencia menor ala unidad en los motores de aspiracin natural sonD

%. s imposible evacuar totalmente los 'ases !uemados.

. a apertura " cierre de las vlvulas se adelantan o atrasan al punto muerto.

A. > altas velocidades del motor el tiempo de admisin " escape es mu" corto.

@. as variaciones en la presin !ue impulsa los 'ases en la admisin.

B>J> . alores del rendimiento volum6trico

Motores lentos .................&.LL 3 &.G

Motores rpidos ...............&.L 3 &.L#

Motores mu" rpidos ....... &.L 3 &.L@

ficiencia B6rmica. Nt

s la relacin entre la ener'-a entre'ada por el motor en forma de potencia mecnica til " elvalor ener'6tico potencial del combustible consumido: esto se puede e+presar comoD

bp

ficiencia B6rmica Nt ? + %&& Calor suministrado por el

combustible consumido

Braba0o ? (%L) Calor suministrado

Para la determinacin del calor suministrado por el combustible consumido por el motor, sedebe ante todo calcular el consumo de combustible as-D

H& m

Combustible 8 ora consumido ? (%G) tiendoD

m ? Ibs de combustible consumido en t minutos por el motor.

Consumo de combustible 8 p3ora ? F ? H& (&) 33333333333 (EP) + t

Por definicin, se tiene !ue .#@# JB< ? % EP3Eora

.

" en un motorD (b) (JB


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JB< .#@# EP3o .#@# Nt ? ? () F JB< (H& m)

EP3o (EP) t

? %%.##L3%&.HH 9cal89' para 'asolina (octano)

%%.A@3%&.H& 9cal89' para fuel oil (cetano)

s posible con la frmula anterior, calcular la eficiencia calor-fica al freno " la indicada se'nse reemplacen los EP del motor por los bp o ip respectivamente.

F!CT$RE "E C$RRECCI "E *! P$TECI!a potencia entre'ada en la volante por un motor de combustin interna, a plenaaceleracin, est directamente relacionada con las condiciones atmosf6ricas: as-, s- el motores operado en una /ona de ba0a presin atmosf6rica, abr una reduccin en su bp "similarmente, si la temperatura del aire es mu" alta, la potencia se reducir tambi6n. Por lotanto, es necesario reali/ar correcciones a la potencia nominal del motor de acuerdo conestos dos factores atmosf6ricos. a > (ociedad de In'enieros >utomotrices) anestablecido condiciones estndar tanto por la presin como la temperatura as-D

Bemperatura estndar de aire secoD H&RF

Presin estndar atmosf6ricaD G.G pul' de E' o %@.HGH b8pul'

Con base en estos dos factores estndar se plantea la correccin para otras condiciones,as-D

%8 G.G B.a F.C ? + ( ) (A) P.a #&

n la cualDF.C ? Factor de correccin para bp o traba0o al freno.

p.a ? Presin barom6trica en pul'adas de E' (para aire seco).

B.a ? Bemperatura absoluta del aire !ue entra al motor (@H& Q RF)

ste factor de correccin puede usarse como factor multiplicador en la potencia, tor!ue,traba0o o presin media efectiva al freno en un motor de C.l (combustin interna) "traba0ando a pleno acelerador.

No debe usarse para correccin del consumo espec-fico de combustible pues es de presumir!ue se a eco la correccin adecuada de la cantidad de combustible !ue se le suministraal motor, de acuerdo con la cantidad de aire !ue entra.

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