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Pág - 1 - 1- Un motor tipo OTTO de 4 cilindros desarrolla una potencia efectiva (al freno) de 65 CV a 3500 rpm. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 72 mm, la carrera de 94 mm y la relación de compresión rC= 9:1.Determinar: a) Cilindrada del motor. b) Volumen de la cámara de combustión. c) Rendimiento térmico del motor. (tomar el coeficiente adiabático = 1,33). d) Par motor. m · N 52,130 3500 · · 2 60 · W 47840 ··2 60·P M 60 n · · 2 · M P W 47840 CV W736 · CV 65 ) %57,515157,0 065,2 1 1 9 1 1 1 1 33,0133,11 ) cm 47,84Vcc 382,72; 8Vcc ;72,3829 ; 72,382 9; ) 153188,153072,3824 72,382)4,9( 4 )2,7( 4 ) FRENO FRENO 33,01 3 33 3 22 n d r c VccVcc Vcc Vcc Vcc VccVu r b cmcmVuNVt cmcm cm L D Vu a C C Pág - 2 - 2- Un motor con un rendimiento del 45,30% consume 9 litros de combustible a la hora. Considerando que la densidad del combustible es de 0,72 g/cm3 y su poder calorífico Pc = 10000 kcal/kg. Determinar: a) Potencia absorbida por el motor (la potencia se expresará en CV). b) Potencia al freno (la potencia se expresará en CV). CVPP b CV W CV WWP WsJ s h cal J hcalP hcalhkcalPc h combmasa hQ litrokgdmkgcmgd hkgd h Vol horaecombustiblMasa a ABSORBIDAFRENO ABSORBIDA ABSORBIDA 31,464530,023,102 ) 23,102 736 1 10157,410524,47 10524,7/10524,7 3600 1 1 18,4 /1048,6 /1048,6/1048,61000048,6 . / /72,0/72,0/72,0 /48,672,09 . / ) 44 447 74 33 Pág - 3 - 3- Un cierto motor diesel consume 9,5 kg de combustible por hora, cuyo calor de combustión es 11.000 kcal/kg. Si el rendimiento del motor es del 30%. Determinar: a) Cuántas calorías se convierten en trabajo. b) Cuántas calorías se disipan. c) Potencia total absorbida (la potencia se expresará en CV). d) Qué potencia útil desarrolla el motor (la potencia se expresará en CV). a) La masa de combustible consumida en 1 hora: kghora h kg m ECOMBUSTIBL 5,915,9 Qc es el calor total que el motor absorbe de la combustión del combustible durante 1 hora: caloríascalorías kcal cal kcalkg kg kcal mPQ cc 6 3 105,104000.500.104 1 10 500.1045,9000.11 El 30% del calor total se transformará en trabajo útil. QÚTIL= Qc·η= 104.500.000 cal×0,30= 31.350.000 calorías (en 1 hora) b) El calor perdido es el 70% restante, que no se aprovecha: QPERDIDO= Qc·η= 104.500.000 cal×0,70= 73.150.000 calorías (en 1 hora) c) La potencia absorbida es la relación entre el calor absorbido, es decir de la combustión y el tiempo, pero Qc hay que transformarlo a su equivalente en trabajo en julios. juliosjulios caloría julios caloríasQc 000.810.436000.810.4361 18,4 000.500.104 CV W CV W segundos julios hora julios t Q P CABSORBIDO 86,164736 1 11,336.121 600.3 000.810.436 1 000.810.436 d) La potencia útil es el producto de la potencia absorbida por el rendimiento: PÚTIL= PABSORBIDA·η= 164,86 CV× 0,30= 49,46 CV Pág - 4 - 4- Un motor de explosión tipo OTTO de 4 cilindros y 4 tiempos que gira a 3600 r.p.m. y tiene las siguientes características: Vu = 285 cm 3, rc = 8:1, rendimiento motor 34,8%. El motor se alimenta con un combustible de densidad igual a 0,76 g/cm³ y poder calorífico igual a 10700 kcal/kg. Datos: Equivalente térmico del trabajo = 4,18 J / cal Relación de combustión (aire / combustible) = 12000 / 1. Calcular: a) Cilindrada del motor. b) Masa de gasolina por ciclo de funcionamiento. c) Potencia absorbida. d) Rendimiento térmico (γ=1,33). e) Potencia útil (al freno) (Las potencias se expresarán en CV) CVPP d r d CV W CV P cal J s cal s ciclos ciclo cal ncQ t Q P ciclosnproducenserpmagiramotorelSi ciclocalPc ciclo combmasa cicloQ c ciclogcmgciclocmdVcicloecombustiblMasa ciclocmcicloecombustiblVolumen ciclocmcicloaireVolumen b cmzVuVt a TABSORBIDAFRENO C T ABSORBIDA CICLO ABSORBIDA C 80,45348,031,101 ) 33,0133,1 4965,0 8 1 1 1 1 ) 31,101 736 1 W10 87,96 W10 87,96·18,4·4,23174 60 min 1800·48,772 min1 min/1800,3600 /48,772107000722,0 . / ) /0722,0/76,0/095,0/ /095,0 12001 1 1140/ /1140/ ) 11404285 ) 33,01 3 3 33 3 3 3 Pág - 5 - 5- El ciclo OTTO de un teórico motor monocilíndrico, de dos tiempos y 65 mm de calibre, está limitado por los volúmenes V1 = 520 cm 3 y V2 = 80 cm 3, y por las presiones p1 = 1 kp/cm 2, p2 = 8 kp/cm 2, p3 = 29 kp/cm 2 y p4 = 6 kp/cm2. Dicho motor utiliza un combustible cuya densidad es de 0,75 g/cm3 y con un poder calorífico de 9.500 kcal/kg; siendo su rendimiento 30,90%. (V1 = volumen con el pistón en el PMI; V2 = volumen con el pistón en el PMS). Determinar: a) Diagrama teórico del ciclo termodinámico. b) Cilindrada, carrera y relación volumétrica de compresión. c) Rendimiento térmico (tomar = 1,33). d) Masa de gasolina por ciclo de funcionamiento. e) Potencia absorbida y potencia al freno (efectiva) para 950 r.p.m. (Dar el resultado en CV). Datos: Equivalente térmico del trabajo: = 4,18 J/cal; relación combustible / aire = 1 / 12000 CV7,260,309023,49ηPP f) CV 23,49 W736 CV · W 17290 P W17290 cal1 J4,18 · s cal 4135,98 s60 ciclos950· ciclo cal 261,22 min1 ncQ t Q P ciclos950nncproducenseminutounen2T,demotorunEs ciclo / cal 261,22 g / cal 9500 · g 0,027 Pc · cicloe/ combustibl Masa Q e) /ciclog 0,027 g/cm 0,75 · /ciclocm 0,036 d · V ciclo / ecombustibl Masa /ciclocm 0,036 12001 1 ·cm 440le/cicloVcombustib /ciclocm 440oVaire/cicl d) %46η 0,46 6,5 1 1 r 1 1η c) 1:6,5R10,8 cm80 cm520 V VV r cm13,25 cm)(6,5π cm4404 Dπ V4 4 Dπ V S V L cm440cm80)(520VVVu b) MOTORABSORBIDAFRENO ABSORBIDA CICLO ABSORBIDA CICLO 33 33 3 t 1)(1,331)(γ C T C3 3 2 2u C 2 3 2 u 2 uu 33 21 Pág - 6 - 6- El ciclo OTTO de un teórico motor monocilíndrico, de dos tiempos y 65 mm de calibre, está limitado por los volúmenes V1 = 500 cm 3 y V2 = 80 cm 3, y por las presiones p1 = 1 kp/cm 2, p2 = 7 kp/cm 2, p3 = 27 kp/cm 2 y p4 = 5 kp/cm2. Dicho motor utiliza un combustible que aporta 280 calorías por ciclo de funcionamiento. El rendimiento es igual al 30,85%. (V1 = volumen con el pistón en el PMI; V2 = volumen con el pistón en el PMS). Determinar: a) Diagrama teórico del ciclo termodinámico. b) Cilindrada, carrera y relación volumétrica de compresión. c) Rendimiento térmico (tomar el coeficiente adiabático de = 1,33). d) Potencia absorbida y potencia al freno (efectiva) para 1.250 rpm. (Resultado en CV). Tomar el equivalente térmico del trabajo = 4,18 J / cal. a) 1:25,625,6 80 500 66,12 )5,6( 42044 4 42080500 ) 3 3 2 2 2 3 22 333 21 C u C uuu u R cm cm V VV r cm cm cm D V D V S V L cmcmcmVVV b CVPP W s cicloscalJciclocal P ciclocalQ calJ ciclosnnTMotor nQ P d r c MOTORABSORBIDAFRENO ABSORBIDA c CICLOS CICLOSc A t C T 22,103085,013,33 e) CV 33,13 W736 CV · W 24380 P 24380 min/60 min/1250/18,4/280 /280 /18,4 min/12502 60 ) %37,454537,0 25,6 1 1 25,6 1 1 1 1 ) ABSORBIDA 33,0)133,1()1( Pág - 7 - 7- Un motor tipo OTTO de 4 cilindros desarrolla una potencia efectiva (al freno) de 90 CV a 3250 rpm. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 70 mm, la carrera de 98 mm y la relación de compresiónrC=10:1. Determinar: a) Cilindrada del motor. b) Volumen de la cámara de combustión. c) Rendimiento térmico del motor (coeficiente adiabático de la mezcla aire/combustible, = 1,33). d) Par motor. m · N 63,194 3250 · · 2 60 · W 66240 ··2 60·P M 60 n · · 2 · M P W 66240 CV W736 · CV 90 ) %23,535323,0 138,2 1 1 10 1 1 1 1 33,0133,11 ) cm 1,914Vc 377,15; 9Vc ;15,37710 ; 15,377 10; ) 59,150888,153015,3774 15,3778,9 4 7 4 ) FRENO FRENO 33,01 3 33 3 22 n d r c VcVc Vc Vc Vc VcVu r b cmcmVuzVt cmL D Vu a C T C Pág - 8 - 8- El ciclo OTTO de un teórico motor monocilíndrico de dos tiempos está limitado por los volúmenes V1 = 500 cm3 y V2 = 80 cm 3, y por las presiones p1 = 1 kp/cm 2, p2 = 7 kp/cm 2, p3 = 27 kp/cm 2 y p4 = 5 kp/cm 2. Dicho motor utiliza combustible que aporta 280 calorías por ciclo de funcionamiento. El rendimiento es del 30,86%.. (V1 = volumen con el pistón en el PMI; V2 = volumen con el pistón en el PMS). Determinar: a) Diagrama teórico del ciclo de funcionamiento. b) Relación de compresión. c) Rendimiento térmico (tomar el coeficiente adiabático γ = 1,33). d) Potencia absorbida y potencia efectiva para 1150 rpm. (expresar el resultado en CV). a) 1:25,625,6 80 500 42080500 ) 3 3 2 2 333 21 C u C u r cm cm V VV r cmcmcmVVV b c) 4538,0 25,6 1 1 1 1 133,11 C T r CVPP W s cicloscalJciclocal P ciclocalQ calJ ciclosnnTMotor nQ P d MOTORABSORBIDAFRENO ABSORBIDA c CICLOS CICLOSc ABSORBIDA 40,93086,048,30 e) CV 30,48 W736 CV · W 22433 P 22433 min/60 min/1150/18,4/280 /280 /18,4 min/11502 60 ) ABSORBIDA Pág - 9 - 9- Un motor de 4 cilindros desarrolla una potencia efectiva de 60 CV a 3500 rpm. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 70 mm y la carrera de 90 mm siendo rC = 9/1. Determinar: a) La cilindrada del motor. b) El volumen de la cámara de combustión. c) El par motor. d) Si el motor consume 8 kg/hora de combustible con un Pc = 48000 kJ/kg, determina la potencia absorbida y el rendimiento efectivo o útil del mismo (la potencia se expresará en CV). a) b) c) PEFECTIVA = 60 CV· 736 W/CV = 44160 W d) 333 22 138010·38,1 4 4)·09,0·()07,0·( 4 ·· · cmm mmNLD NVuVT 33333 33 4810·8,4;10·38,18 10·38,1 9 cmmVcmVc Vc Vm V VV r C C CU C mN n P M Mn P EFECTIVAEFECTIVA ·48,1203500··2 60·44160 ··2 60· 60 ···2 %4,41414,0 66,106666 44160 P P 66,106666 3600 1 ·48000·8 ABSORBIDA EFECTIVA abs W W W s h kg kJ h kg P Pág - 10 - 10- Un motor de 4 cilindros desarrolla una potencia efectiva de 65 CV a 4000 rpm se sabe que el diámetro del pistón es de 60 mm; la carrera 80 mm y la relación de compresión Rc = 8/1. Calcula: a) La cilindrada del motor. b) El volumen de la cámara de combustión. c) El par motor. d) Si el motor consume 6 kg/h de combustible con un PC de 48000 kJ/kg ¿cuál será su potencia absorbida y su rendimiento total? (la potencia se expresará en CV) a) %8,59598,0 80000 47840 80000 3600 1 · 1000 ·6·48000 ) ·218,114 4000··2 65·736·60 ··2 ·60 60 ···2 ) 297,32 7 08,226 08,2267; 08,226 8 ) 32,9044·08,226· 08,226 4 8·)6·( 4 ·· 3 3 3 22 MOTOR ABSORBIDA EFECTIVA MOTOR ABSORBIDA EFECTIVA EFECTIVA C TOTAL W W P P W s h kJ J h kg kg kJ P d mN n P M Mn P c cmVcVc Vc Vc Vc VcVu r b cmNVuV cm cmcmLD Vu Pág - 11 - 11- Un motor y cuatro cilindros desarrolla una potencia efectiva de 50 CV a 2500 rpm. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 50 mm, la carrera de 80 mm y la relación de compresión es de 9/1. Calcula: a) La cilindrada del motor. b) El volumen de la cámara de combustión. c) El par motor. d) Si este motor consume 7 kg/h de combustible con un PCI de 42000 kJ/kg determinar la potencia absorbida y el rendimiento del mismo. (la potencia se expresará en CV) mN n P M Mn P c cm cm r Vu V b cm cmcm N LD V a EFECTIVA EFECTIVA C C T ·56,140 2500··2 60·736·50 ··2 60· 60 ···2 ) 63,19 19 )(4 628 1 ) 6284· 4 8·)5·( · 4 ·· ) 3 3 3 22 %06,454506,0 96,110 50 96,110 736,0 1 ·67,81 67,81 3600 1 ·29400029400042000·7· ) CV CV P P CV kW CV kWP kW s h h kJ P h kJ kg kJ hora kg Pc hora ecombustiblmasa hora Q d ABSORBIDA EFECTIVA MOTOR ABSORBIDA A Pág - 12 - 12- El ciclo DIESEL de un teórico motor monocilíndrico, de dos tiempos y 75 mm de calibre, está limitado por los volúmenes V1= 540 cm 3 y V2= 50 cm 3, y por las presiones p1= 1 kp/cm 2, p2= 38 kp/cm 2 y p4= 9,5 kp/cm 2. Dicho motor utiliza un combustible de densidad igual a 0,85 g/cm3 y un poder calorífico de 11.000 kcal/kg, siendo el consumo de 0,05 cm3/ciclo. Su rendimiento es del 46,15%. La temperatura máxima del ciclo se logra para un volumen de 140 cm3. (V1= volumen con el pistón en el PMI; V2 = volumen con el pistón en el PMS; V3 = volumen de máx. temperatura). Determinar: a) Diagrama teórico del ciclo termodinámico. b) Cilindrada, carrera y relación volumétrica de compresión. c) Potencia absorbida (el resultado se expresará en CV). d) Potencia al freno (efectiva) para 950 r.p.m. (el resultado se expresará en CV). ( = 4,18 J/cal). a) 1:8,108,10 50 540 10,11 4 )5,7( 490 4 49050540 ) 3 3 2 2 2 3 2 333 21 C u C uu u R cm cm V VV R cm cm cm D V S V L cmcmcmVVV b CVPP seg ciclos ciclo cal cal J ncQ P masa masa ciclosTnNc c Afreno CICLO A 40,194615,004,42 d) CV 42,04 kW 0,736 CV ·kW 30,94 P kW 94,30 min 60 min 950·5,467·18,4 60 ciclo / cal 467,5 g / cal 11000 · g 0,0425 Pc · ciclo / masa Q g 0,0425 ciclo / ecombustibl g/cm 0,85 · cm 0,050 d · V ciclo / ecombustibl min/950)2( ) A ciclo 33 Pág - 13 - 13- El ciclo DIESEL de un teórico motor monocilíndrico, de dos tiempos y 78 mm de calibre, está limitado por los volúmenes V1 =500 cm 3 y V2 =60 cm 3, y por las presiones p1= 1 Kp/cm 2, p2= 40 Kp/cm 2 y p4= 10 Kp/cm 2. Dicho motor utiliza un combustible que aporta 465 calorías por ciclo de funcionamiento. El rendimiento es del 43,56%. La temperatura máxima del ciclo se logra para un volumen de 150 cm3. (V1 = volumen con el pistón en el PMI; V2 = volumen con el pistón en el PMS; V3 = volumen de máx. temperatura). Determinar: a) Diagrama teórico del ciclo termodinámico. b) Cilindrada, carrera y relación volumétrica de compresión. c) Potencia absorbida. (el resultado se expresará en CV). d) Potencia al freno (efectiva) para 1.150 r.p.m. (el resultado se expresará en CV). (= 4,18 J/cal). a) 1:33,833,8 60 500 21,9 4 )8,7( 440 4 44060500 ) 3 3 2 2 2 3 2 333 21 C u C uu u R cm cm V VV R cm cm cm D V S V L cmcmcmVVV b CVPP kW s cicloscalJciclocal P ciclocalQ calJ rpmnNTMotor NQ P c Afreno A c ciclos ciclosc A 04,224356,062,50 d) CV 50,62 kW 0,736 CV ·KW 37,25 P 25,37 min/60 min/1150/18,4/465 /465 /18,4 11502 60 ) A Pág - 14 - 14- Un motor diesel consume 6 l/h de gasoil cuyo poder calorífico es de 10 000 kcal/kg y cuya densidad es de 0,8 kg/l. Si el rendimiento global del motor es el 25% y gira a 4500 r.p.m., calcula: a) La potencia útil expresada en vatios y en CV. b) El par motor que suministra. a) La masaviene dada por la expresión m=V·, entonces el gasto en masa será: masa de combustible= 6 l/h·0,8 kg/l= 4,8 kg/h El calor cedido en la combustión del combustible será: Qc=Pc·m= 10 000 kcal/kg·4,8 kg/h=48000 kcal/h Siendo u el rendimiento, entonces el calor útil transformado en trabajo será: Qútil=Qc·u = 48000 kcal/h·0,25=12000 kcal/h Si convertimos a vatios: W cal J s h kcal cal h kcal 33,13933 1 18,4 3600 1 1 10 12000 3 CV W CV WPu 93,18736 1 33,13933 b) La potencia útil viene dada por Pu=M·. Siendo M el par motor y la velocidad angular: mN mpr WP M u ·56,29 60 2 ...4500 13933 Pág - 15 - 15- Una motocicleta de 125 c.c. y hasta 15 CV de potencia máxima tiene una carrera del motor de 54,5 mm, una relación de compresión de 12:1 y alcanza la potencia máxima a 10 000 r.p.m.. Calcula: a) La potencia máxima permitida en kW. b) Diámetro del cilindro. c) Volumen de la cámara de combustión. d) Par que proporciona a la potencia máxima. a) Pmax= 15 CV·736 W/CV= 11040 W=110,40 kW b) La superficie del cilíndro: 2 3 93,22 45,5 125 cm cm cm L V S Por lo que el diámetro: cm S S 4,5 93,22·44 c) La relación de compresión: c uc c V VV R Vu= volumen unitario Vc= volumen de la cámara de combustión 3 3 36,11 11 125 11 12 cm cmV V V VV u c c uc d) El par que proporciona la potencia máxima: mN mpr WP M ·55,10 60 2 ...10000 11040 Pág - 16 - 16- Un motor de gasolina de un solo cilindro de cuatro tiempos de 500 cm3 absorbe combustible con una relación mezcla/combustible de 11000/1 girando a 2000 r.p.m. Si el rendimiento es del 25,65%. Sabiendo que la densidad de la gasolina es dgasolina = 0,75 kg/dm 3 y su poder calorífico Pc= 9900 kcal/kg, calcular: a) Número de ciclos por segundo. b) Masa de combustible absorbida por ciclo y por unidad de tiempo. c) Calor absorbido y trabajo efectivo por ciclo expresado en julios. d) Potencia absorbida y efectiva expresado en vatios. e) Par motor a) N = 2000 rpm = 33,33 rev/seg n = N/2 = 33,33/2 = 16,67 ciclos/s b) V= Vu·i = 500 cm 3= 0,5 dm3= 0,5 litros. Calculamos primero el volumen de combustible absorbido por ciclo (Vc) planteando la siguiente regla de tres: 11000 litros de mezcla---------------1 litro de comb. 0,5 litros de mezcla…………………Vc Vc= 4,5454·10 -5 litros comb/ciclo. mc = d·Vc = 3,4·10 -5 kg combustible/ciclo. c) Qab= mc·Pc= 3,4·10 -5c kg/ciclo·9900 kcal/kg= 0,3375 kcal/ciclo = 1410,75 J/ciclo We = Qab·η= 1410,75 J/ciclo·0,2565=361,86 J/ciclo d) Pab= Qab·n = 1410,75 J/ciclo·16,67 ciclos/s=23517,20 W Pe = We·n = 361,86 J/ciclo·16,67 ciclos/s= 6032,21 W e) Pe= M·ω ω = 2πN/60 = 2π·2000/60 = 209,44 rad/s M= Pe/ω=6032,21 w / 209,44 rad/s = 28,80 N·m
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