T2: Sistemas mecánicos · Motores de combustión interna — TECNOLOGIA E INGENIERIA II PEvAU Andalucía 2024

Motores de combustión interna

Problema

2024 · Ordinaria · Titular

De un motor Diésel de cuatro cilindros y cuatro tiempos se sabe que el diámetro de sus cilindros es $60 \text{ mm}$ , la carrera $90 \text{ mm}$ y la relación volumétrica de compresión $20:1$ . El motor desarrolla un par de $53 \text{ Nm}$ para una potencia de $20 \text{ kW}$ .

a) Calcular el volumen de la cámara de combustión y la cilindrada del motor.b) Calcular el régimen de giro en rpm cuando desarrolla un par motor de

53 \text{ Nm}

.c) Representar el esquema de una máquina frigorífica indicando sobre este los elementos fundamentales que la componen.

Motor DieselCilindradaPotencia+2

Cálculo del volumen de la cámara de combustión y la cilindrada del motor.Datos:

N_c = 4 \text{ cilindros}

D = 60 \text{ mm} = 0.06 \text{ m}

L = 90 \text{ mm} = 0.09 \text{ m}

r_v = 20

Fórmulas:

V_u = \frac{\pi D^2}{4} L

V_{\text{total}} = N_c \cdot V_u

r_v = \frac{V_u + V_c}{V_c}

Sustitución:Primero, calculamos el volumen unitario ( $V_u$ ):

V_u = \frac{\pi (0.06 \text{ m})^2}{4} (0.09 \text{ m}) = \frac{\pi \cdot 0.0036 \text{ m}^2}{4} \cdot 0.09 \text{ m} = 0.000009 \pi \text{ m}^3

V_u \approx 2.827 \times 10^{-4} \text{ m}^3

Luego, calculamos la cilindrada total del motor ( $V_{\text{total}}$ ):

V_{\text{total}} = 4 \cdot (2.827 \times 10^{-4} \text{ m}^3) = 1.1308 \times 10^{-3} \text{ m}^3

Ahora, calculamos el volumen de la cámara de combustión ( $V_c$ ) a partir de la relación de compresión:

r_v = \frac{V_u}{V_c} + 1 \implies 20 = \frac{V_u}{V_c} + 1

19 = \frac{V_u}{V_c} \implies V_c = \frac{V_u}{19}

V_c = \frac{2.827 \times 10^{-4} \text{ m}^3}{19} \approx 1.488 \times 10^{-5} \text{ m}^3

Resultado:

Volumen de la cámara de combustión: $V_c \approx 1.488 \times 10^{-5} \text{ m}^3 \quad (14.88 \text{ cm}^3)

Cilindrada total del motor: $V_{\text{total}} \approx 1.131 \times 10^{-3} \text{ m}^3 \quad (1131 \text{ cm}^3)

Cálculo del régimen de giro en rpm.Datos:

M = 53 \text{ Nm}

P = 20 \text{ kW} = 20000 \text{ W}

Fórmulas:

P = M \cdot \omega

\omega = \frac{2 \pi N}{60}$ (donde $N \quad\text{es el régimen en rpm)}

Sustitución:Primero, calculamos la velocidad angular ( $\omega$ ) a partir de la potencia y el par:

\omega = \frac{P}{M} = \frac{20000 \text{ W}}{53 \text{ Nm}} \approx 377.36 \text{ rad/s}

Ahora, convertimos la velocidad angular a régimen de giro en rpm (N):

N = \frac{\omega \cdot 60}{2 \pi} = \frac{377.36 \text{ rad/s} \cdot 60 \text{ s/min}}{2 \pi \text{ rad/rev}} \approx 3602.8 \text{ rpm}

Resultado:

El régimen de giro del motor es $N \approx 3603 \text{ rpm}

Representación del esquema de una máquina frigorífica indicando sus elementos fundamentales.Una máquina frigorífica opera mediante un ciclo de refrigeración, absorbiendo calor de un foco frío y cediéndolo a un foco caliente. Sus elementos fundamentales son:1. Evaporador: Es donde el refrigerante, a baja presión y baja temperatura, absorbe calor del espacio a enfriar, pasando de estado líquido a gaseoso.2. Compresor: Eleva la presión y la temperatura del refrigerante gaseoso. Este proceso requiere energía externa (trabajo).3. Condensador: Aquí, el refrigerante a alta presión y alta temperatura libera calor al ambiente (foco caliente), condensándose y volviendo a estado líquido.4. Válvula de expansión (o estrangulamiento): Reduce drásticamente la presión del refrigerante líquido, lo que provoca una caída de su temperatura antes de entrar al evaporador y reinicia el ciclo.El esquema de estos elementos conectados en serie forma el circuito frigorífico, por el cual circula el fluido refrigerante.