Problemario OTTO4T
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO
Asignatura: Máquinas Térmicas
Capitulo 4 problemas complementarios y problema tipo Grupo: 7MM6 Equipo: 1 Integrantes: García Pulido Bruno
No. 9 ______________________
Gutiérrez Mejía Víctor Alfonso No. 11 ______________________ Hernández Olaco José David
No. 13 ______________________
López Crisolis Bryan Israel
No. 16 ______________________
Mendoza Vilchis Arturo Rafael
No. 19 ________________________
Pérez Hernández Javier
No. 24 ______________________
Profesor: Ing. Alberto Alejandro Tapia Dávila
MÉXICO, D.F. 30 DE AGOSTO DE 2013
PROBLEMAS COMPLEMENTARIOS 4.1Un motor ciclo Otto 4T, de cuatro cilindros, con una relación de compresión consume 0.025g de gasolina por ciclo, con un Poder calorífico inferior de 10,400 kcal/kg y trabaja a una velocidad de 3000 rpm. Calcular: a) La eficiencia termodinámica del ciclo (%) b) La potencia teórica total del motor Nt (CV y kW). Datos Motor ciclo Otto 4T (
)(
)
)(
(
)
a) La potencia teórica total del motor Nt (CV y kW). (
)(
)
Desarrollo a) La eficiencia termodinámica del ciclo (%) ( ) Resultados (
)(
) (%)
(0.025X1
kg)(10,4000kcal/kg)
CV 86.53
kW 64
4.2Se tiene un motor ciclo Otto 4T, monocilíndrico, de cabeza cuadrada (L=D) que trabaja al nivel del mar. Sabiendo que quema 0.3g de combustible en cada ciclo en una proporción aire-combustible At=15.2, calcular las dimensiones del cilindro (diámetro y carrera). Datos Motor ciclo Otto 4T (
(
(
)
)(
)(
)=10000 √
(
√
)( )
=17.27cm=0.1727m
Desarrollo a) Calcular las dimensiones del cilindro (diámetro y carrera).
Resultados D=L
(
)(
)
cm 17.27
m 0.1727
)
4.3 Se tiene un motor ciclo Otto 4T, monocilíndrico, que trabaja al nivel del mar y entrega una potencia teórica de 120 CV a 3000 rpm. Si el motor escapan 4g de gases e cada ciclo y la presión se disminuye 4.9 veces en el momento de abrirse la válvula de escape. Calcular: a) El calor útil Qu (kcal) b) El calor perdido Qp(kcal y J) c) La eficiencia termodinámica en nt (%)
Datos:
Nt = 120CV
i=1
N = 3000rpm
Pa = 1 kg/cm2
m5 = m2 = m3 = m4 = 4g
Ta = 303K Desarrollo a) El calor útil Qu (kcal)
Despejando
b) El calor perdido Qp (Kcal)
Despejando
(
) (
)
(
⁄
)(
(
)
)
c) La eficiencia termodinámica en ηt (%)
Resultados Qu Kcal 0.843
Qp Kcal -0.8039
Joule -3365.9293
ηt % 50.91
4.4 Se tiene un motor ciclo Otto 4T, monocilíndrico con un volumen activo de 1600cm3 que trabaja al nivel del mar con una relación de compresión rc=8 y velocidad de rotación n=3000 rpm. Durante el proceso de combustión se eleva su temperatura 5 veces. Calcular a) b) c) d)
Las masas ma, m1 y m2 El calor útil Qu (kcal) La potencia teórica Nt (CV y KW) ηt (%)
Datos:
n = 3000rpm
Ciclo Otto 4T
va = 1600cm3
i=1
rc = 8
Pa = 1 kg/cm2 Ta = 303K
Desarrollo a) Las masas ma, m1 y m2
( (
d) ηt (%)
⁄
)( ⁄
) )(
)
b) El calor útil Qu (kcal) (
)(
⁄ ⁄
(
( )
⁄
(
)(
)
⁄
)
)
)( )
⁄
( ) ⁄
( (
⁄
)(
)
)(
⁄
( (
⁄
( )
)
) )(
)(
(
)
c) La potencia teórica Nt (CV y KW) ⁄
(
( )(
)(
)(
)
(
)(
Qu Kcal
Nt
)
)
Resultados Masas kg g
CV
KW
ηt % 56.47
4.5 Calcular la presión máxima que tiene que soportar el cilindro de un motor ciclo Otto teórico de 4 tiempos, con relación de compresión de 7, si éste trabaja al nivel del mar y el proceso de combustión produce suficiente calor para elevar 6 veces la temperatura del gas. Datos
( )
Rc= 7 Pa=1 Kg/ Ta= 303.15K ( )
( )
Desarrollo
( ) = 15.24 Kg/ ( ) (
)= 91.44Kg/ (
=6veces
Resultados 15.24 Kg/ 91.44Kg/
)
4.6 Se tiene un motor monocilíndrico ciclo Otto 4T, de dimensiones D=L=16cm., que trabaja a una velocidad n=1800 rpm, admite aire a una Pa=0.8Kg/cm2 y Ta=20ºC. Quema gasolina con un poder calorífico inferior de 10400 Kcal/kg y relación estequiométrica aire-combustible At=15.1. Si en el escape pierde 0.951 Kcal, calcular: a) El trabajo útil Wu (kg-m y J) b) La eficiencia termodinámica ηt (%) c) La potencia teórica Nt (CV y kW) d) La relación de compresión rc Datos:
⁄ ⁄
Desarrollo: b) La eficiencia termodinámica ηt (%)
( )(
⁄
( (
) (
)( ⁄
(
d) La relación de compresión rc
)
) )(
)(
)
⁄
)
√
√ a) El trabajo útil Wu (kg-m y J)
⁄
( (
)( )(
) ⁄ )
c) La potencia teórica Nt (CV y kW) ( ( )(
)(
)(
)
)
Resultados: Wu kg-m 476
J 4669.56
ηt (%) 53.96
Nt CV 95.2
rc kW 70
6.95
4.7 Un motor ciclo Otto 4T, monocilíndrico, trabaja en condiciones atmosféricas Ta = 20°C y Pa = 0.8 Kg/cm2. Produce 360,000 Kg-cm de trabajo útil a 3600 rpm. Si del motor escapan 4.5g de gases en cada ciclo y la temperatura se abate 5.2 veces en el momento de abrirse la válvula de escape, calcular: a) El calor suministrado (en Kcal) b) La potencia teórica (en CV) Datos m = 4.5x10-3Kg T5/T2= 5.2 Qs = ¿? Nt = ¿?
i=1 Ta = 293.15K Pa = 0.8 Kg/cm2 Wu = 360,000 Kg-cm n = 3600 rpm Desarrollo a) El calor suministrado (en Kcal)
(
)
( )
(
( (
)
)
) (
) (
(
)
)
b) La potencia teórica (en CV) (
Resultados
)(
)
Nt
4.8 Se tiene un motor ciclo Otto 4T, mono cilíndrico, que trabaja a 2500 rpm en condiciones atmosféricas Ta = 22°C, Pa = 1.2 Kg/cm2 . Tiene una eficiencia termodinámica de 58%. Si la presión se incrementa 5.2 veces durante la combustión y pierde 0.83 Kcal en el escape, calcular: a) El calor suministrado (en Kcal) b) La potencia teórica (en CV) Datos
ηt = 58% = 0.58
i=1 Ta = 292.15K Pa = 1.2 Kg/cm2 P4/P3 = 5.2 n = 2500 rpm
Qp = -0.83Kcal Qs = ¿? Nt = ¿?
Desarrollo a) El calor suministrado (en Kcal) √
√
b) La potencia teórica (en CV) (
)
( (
Resultados
) (
) )
Nt
̅
Problema tipo numero 1 Motor ciclo OTTO 4 tiempos Calculo en el sistema técnico Se tiene un motor ciclo OTTO cuatro tiempos de las siguientes características: Motor D=22 cm L=20 cm n=1600 rpm i=1 (monocilindrico)
Aire Pa=10 kg/cm2 Ta=30 °C Cp=0.17 kcal/kg-k Qp=2.5 kcal Cv=0.17 kcal/kg-k R=29.27 kg-m/kg-k K=1.4
Combustible Tipo: gasolina P.C.I.= 10200 kcal/kg At=15.2
Calcular:
Condiciones termodinámicas para todos los puntos importantes del ciclo tabulando los resultados en las siguientes unidades: V (cm3), P (kg/cm2), y m (g). Los trabajos realizados en cada fase así como el trabajo total del ciclo en kg-m. El calor suministrado Qs. La potencia teórica del motor NT. El eficiencia termodinámica .
Solución:
Condiciones termodinámicas:
(
) (
)
( √
√
)
( )
Punto 1
Punto 2
Punto 3
(
( ( )
)
) (
)
Punto 4
( )
(
)
(
)
Punto 5
( )
( )
(
(
)
)
Tabla 1 de resultados: condiciones termodinámicas para cada punto.
Punto 1 2 3 4 5
Volumen cm3 1082.9992 8685.6534 1082.9992 1082.9992 8685.6534
Presión Kg/ cm2 1 1 18.4435 109.852 15.9561
Temperatura k 303.15 303.15 697.1517 4152.3114 1805.5993
Masa kg 1.2205 9.7886 9.7886 9.7886 9.7886
Trabajos realizados en cada fase y trabajo útil.
Wu J * Qu 3.2496 * 427 1387.5792kg m kg kg (8685.6534 1082.9992) 7602.6542 2 cm cm P3V3 P2V2 (18.4435 *1082.9992) (1* 8685.6534) kg 2821.6058 1 k 1 1.4 cm 0
W12 P1 (V2 V1 ) 1 W23 W34
m4 R 9.7883*103 (2927) kg (T5 T4 ) (1085.5943 4152.3114) 1680.9084 1 K 1 1.4 cm 0
W45 W52
W21 W23 W45 28221.6058 1689.2355 139869.2355
kg kg 1398.6924 cm m
Tabla 2 de resultados: realizados en cada fase y trabajo útil. Fase Wu 1-2 2-3 3-4 4-5 5-2 2-1
Trabajo (Kg-m) 1387.5792 7602.6542 -2821.6058 0 1680.9084 0 1398.6924
Calores Qs 5.7496 Q p 2.5kcal Qu Qs Q p 5.7496 (2.5) 3.2496 kcal
Potencia teórica NT
Wu * n 1398.6924(1600) 248.65(CV ) 182.835(kw) 9000 9000
Eficiencia termodinámica
Calor Kcal Qs 5.7496 Q p 2.5kcal
3.2496kcal
Potencia Cv
Kw
Eficiencia %
248.65
182.835
0.5651
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