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Problema 1. Un motor E.CH., automotriz, a gasolina, con carburador, de cuatro tiempos, tiene una
eficiencia volumétrica de 80%, un coeficiente de exceso de aire ( ) de 0,96, una eficiencia indicada de 36%
y una eficiencia mecánica de m =80% a su velocidad nominal, de 6000 RPM, con la válvula de mariposa
completamente abierta. El motor es convertido para que trabaje alternativamente con gas natural (GNV), y
para ello se le instala un “kit de conversión”. Cuando el motor trabaja a GNV, a la misma velocidad y con la
misma posición de la mariposa del caso anterior, el coeficiente de exceso de aire es =0,98, la eficiencia
volumétrica varía en 5%, la eficiencia indicada varía en 6%. Asumir que p0=1,01 bar; T0=20°C; que para la
gasolina Hu=44 MJ/kg y l0=14,65; que para el GNV, Hu=49 MJ/kg, l0=17,1 kg/kg. Asumiendo lo demás que
sea necesario, determinar:
a) La presión media efectiva cuando el motor trabaja a gasolina en el régimen indicado, en MPa.
b) La presión media indicada, en MPa, cuando el motor trabaja a GNV.
c) La reducción de la potencia efectiva del motor cuando éste trabaja a GNV, en porcentaje.
Problema 2. Un motor Diesel de 1,93 L de cilindrada, de cuatro tiempos, de cuatro cilindros,
S/D=1,2; a 2200 rpm (régimen nominal), tiene una eficiencia efectiva de 38%, un coeficiente de
exceso de aire =1,5, una eficiencia volumétrica de v =82%, y trabaja acoplado en este régimen a
una bomba hidráulica mediante un reductor de velocidades con relación de transmisión constante. Si
se considera que la presión media de las pérdidas mecánicas del motor se puede calcular por la
fórmula
pm=0,105+0,012Vp (en MPa),
Donde Vp es la velocidad media de los pistones (en m/s). Asumiendo que p0=1,01 bar; T0=20°C; que para el
petróleo Hu=42 MJ/kg y l0=14,3 kg/kg; y que para la bomba hidráulica se cumple las leyes de semejanza de
las turbomáquinas (potencia n3), determinar:
a) La potencia efectiva del motor cuando la velocidad de la bomba (con respecto a la inicial) desciende
en 50%, en kW.
b) La eficiencia mecánica del motor correspondiente al régimen de la pregunta anterior, en %
Problema 3. La tabla que se muestra, corresponde a datos de motores Diesel de aspiración natural, de cuatro
tiempos, con cámaras de inyección directa (fijarse en las unidades)..
Parámetro Valor numérico
Velocidad media del pistón (m/s) 4 6 8 10 12
Consumo específico de combustible (kg/MJ) 0,068 0,063 0,061 0,064 0,076
Presión media efectiva (bar) 7,24 8,00 8,08 7,70 6,93
Eficiencia volumétrica (%) 89,8 88,3 82,1 77,7 76,2
Coeficiente de exceso de aire
Potencia específica por unidad de área
eN (MW/m2)
Completar la tabla, considerando que la potencia específica por unidad de área se define como TA
NeeN ,
en MW/m2; donde AT es el área transversal total de los cilindros (AT = i D2/4). Además, p0=1,01 bar,
T0=18°C y l0=14,45kg/kg.
Problema 4. Un motor Diesel de aspiración natural, de cuatro tiempos, de cuatro cilindros, de relación de
compresión =16/1, de cilindrada VH=3,0 L, es modificado para trabajar con metano (R=0,5196 kJ/kg.K),
pero con encendido por chispa, para lo cual se rebaja la cabeza de los pistones de tal forma que la nueva
relación de compresión sea 12,0/1; se cambian los inyectores por bujías y se instala un mezclador con su
válvula de mariposa en el ducto de admisión. Todos los demás componentes del motor se mantienen
invariables. Considerar que el caudal de mezcla aire-metano (m3/h) que ingresa al motor es igual al 90% del
caudal de aire que ingresaba en la versión Diesel a 3000 RPM. Asumir los siguientes datos:
Versión
del motor
Hu
(MJ/kg)
l0
(kg/kg) 0
(kg/m3)
v
(%)
n
(RPM) i
(%)
m
(%)
Diesel 42,5 14,3 1,21 80 3000 46 82 1,50
E.CH. 50,0 ------ 1,21 ----- 3000 33 ------ 1,00
a) ¿Cuál es la potencia efectiva con metano?
Problema 5. Un motor Diesel de aspiración natural, de cuatro cilindros, cuya velocidad nominal es 2500
rpm, trabaja en vacío a esta velocidad, siendo la eficiencia indicada en este régimen 54%, y el consumo
horario de combustible de 2litro/h de petróleo D-2. Si el consumo horario de combustible en el régimen
nominal es 5,5 veces mayor que en vacío (a la velocidad nominal) y la eficiencia mecánica es 80%. Datos:
2D 0,83 kg/L, Hu=42,50 MJ/kg.
Calcular:
a) La potencia de pérdidas mecánicas, en kW, en el régimen de vacío.
b) La potencia efectiva nominal, en kW.
c) La eficiencia indicada en el régimen nominal, en porcentaje.
Problema 6. La hélice de un yate es accionada por un motor Diesel, cuyos cilindros tienen una carrera
S=12,8 cm, de 140 kW de potencia efectiva a 2200 rpm (régimen nominal), siendo su eficiencia mecánica en
este régimen 83%. La potencia consumida por la hélice del yate está determinada por la siguiente ecuación:
Nhélice=a n3 , en kW
Donde a es una constante, y n es la velocidad del motor. La presión media de las pérdidas mecánicas se
puede calcular por la fórmula pm=0,105+0,012Vp (en MPa), donde Vp es la velocidad media del pistón (en
m/s). Determinar:
a) La cilindrada del motor, en L.
b) La eficiencia mecánica del motor, en porcentaje, cuando su velocidad (con respecto a la nominal)
desciende a la mitad.
Problema 7. Se desea obtener algunos parámetros de un motor mediante el método de desconexión de
cilindros. El motor objeto de estudio es un motor Diesel, de seis cilindros, cuatro tiempos y desarrolla en
el régimen nominal (3200 r.p.m) una potencia efectiva de 180 kW. Durante la prueba de desconexión de
cilindros se obtuvieron los siguientes resultados: Al desconectarse los cilindros 1 y 5, la potencia efectiva
del motor cayó en 20 y 23%, respectivamente; luego cuando se desconectaron los cilindros 3 y 6, la
potencia del motor cayó en 19 y 22%, respectivamente; finalmente, cuando se desconectaron los
cilindros 2 y 4 la potencia del motor cayó en 21,5 y 22,5%, respectivamente.
a) Calcular la eficiencia mecánica del motor, en %.
b) Calcular la presión media indicada del motor en el mismo régimen de velocidad, sabiendo que la
relación S/D = 1,10 y la velocidad media del pistón es 10,5 m/s.
c) Si el orden de encendido del motor es: 1-5-3-6-2-4, escriba usted en qué procesos reales se
encuentran los cilindros 2 y 4 cuando el cigüeñal ha girado 470 grados.
Problema 8. En la tabla siguiente se dan los datos numéricos de 04 parámetros obtenidos durante el
ensayo de un motor Diesel de cuatro tiempos, cuatro cilindros y de aspiración natural, con la
finalidad de obtener los valores que corresponden a los parámetros efectivos del motor. El ensayo se
realizó variando con el freno dinamométrico la velocidad del motor y manteniendo constante la
posición del órgano de control de suministro de combustible. El combustible que se empleó en el
ensayo fue combustible Diesel, con un poder calorífico inferior igual a 43 MJ/kg y densidad igual a
0,85 kg/litro. Asumir que l0 = 14,4; p0=1,013 bar y T0=25°C.
n (rpm)
Va (m3/min) Gc (kg/h) Me (N.m)
Número de
revoluciones
Caudal de aire Consumo de
combustible
Par de giro del
motor
1779 1,473 5,58 125,6
2029 1,581 6,3 128,0
2591 2,022 7,74 120,0
3013 2,619 9,36 114,0
3426 3,138 10,26 106,0
3673 3,045 10,44 95,1
3832 2,277 6,84 40,0
3924 2,973 4,5 8,1
Determinar:
a) El coeficiente de exceso de aire del motor en el régimen de máxima potencia
b) El coeficiente de exceso de aire del motor en el régimen de mayor economía de combustible
c) El coeficiente de adaptabilidad del motor
Problema 9. Un motor Diesel, sobrealimentado con turbocompresor, de 04 tiempos, con una
cilindrada de 04 litros, tiene una velocidad nominal de 3600 rpm. Si este motor, en el régimen
nominal, tiene los siguientes parámetros de funcionamiento: ge=230g/(kW.h); Ne =102 kW;
86,0v ; Pk=1,8 bar; el exponente politrópico del compresor (del sobrealimentador) nc=1,5,
82,0m .
Asumir: Hu=42,50MJ/kg; lo=14,3; 84,0c kg/litro; Po=1,01 bar, To=25ºC; R=0,287KJ/(kg.K);
Calcular:
a) El coeficiente de exceso de aire en este régimen, en kg/h.
b) La presión media indicada del motor, en MPa.
Problema 10. Un motor Diesel de cuatro tiempos y 6 cilindros es instalado en una embarcación de
pesca, cuya hélice demanda una potencia de propulsión igual a 300kW a 2500 rpm. La potencia del
motor en función de sus rpm, cuando está conectada a la hélice varía de acuerdo con la expresión: 0,3
,
nomnome
e
n
n
N
N.
a) Construir la curva característica de potencia (Ne=f(n)) del motor si nommín nn 5
1
b) Calcular la cantidad de petróleo diesel que requerirá el motor para una travesía de 18 horas de
navegación con el motor desarrollando 85% de su potencia nominal y 38% de eficiencia
indicada. El combustible empleado tiene un poder calorífico inferior igual a 44MJ/kg, la
eficiencia mecánica del motor es igual a 0,78.