Introducción a las maquinas térmicas exposición 2.0.pptx

Trata sobre los principios fundamentales que rigen las máquinas térmicas y los procesos de transformación de energía

1. INTEGRANTES DEL EQUIPO: EDUARDO GARCIA CORDOVA. Edgar Alonso López García. NOMBRE PROFESOR: Lenin ramos cantu. MATERIA: maquinas térmicas. PRESENTACION:

2. 2.6 potencias y rendimientos de los MCI Que es la potencia?: La potencia en los McI se mide en Caballos de Fuerza y representa qué tan rápido el motor puede hacer una UNIDAD DE trabajo, es decir, qué tan rápido puede aplicar el torque la potencia máxima, ESTA se alcanza a cierto número de RPM. QUE ES EL RENDIMIENTO?: el rendimiento es la relación que hay entre la distancia que un mci de un auto puede recorrer y la cantidad de litros de combustible consumidos por este mismo para recorrer dicha distancia; se expresa en kilómetros por litro (km/l).

3. Unidades de medidas de un mci. Kilovatios (KW): El vatio es la unidad de medida de potencia del SI (Sistema Internacional), por lo tanto, esta será la forma más correcta para medir la potencia de un motor. Su uso es cada día más frecuente, ya que se utilizan para indicar la potencia de los coches eléctricos, pero también es muy habitual el empleo de esta unidad en las fichas técnicas de los vehículos de combustión. En España la ley obliga a emplear solo las unidades de medida del Sistema Internacional (SI), por lo tanto se debe emplear el kilovatio. La equivalencia entre caballos y KW es de: 1 CV = 0,736 KW. Caballo de fuerza (HP): James Watt fue quien creó esta unidad de medida en el año 1782 para establecer la diferencia entre las máquinas de vapor y la potencia que tienen los caballos, aunque actualmente se ha ampliado su uso al resto de máquinas. Tan solo se emplea en países anglosajones. Caballo de vapor (CV): Esta unidad se empezó a usar tras la creación del Sistema Métrico Decimal francés para encontrar un valor parecido al del caballo de fuerza, pero utilizando unidades decimales. Este sistema es el empleado en Europa para determinar la potencia de los motores.

4. Potencias en motores de combustión interna. Fundamentalmente podemos distinguir tres clases de potencia en un motor: la potencia indicada. la potencia efectiva . la potencia absorbida. La potencia indicada:  puede calcularse partiendo del ciclo indicado, cuyo área del diagrama representa el trabajo realizado en el cilindro durante un ciclo.  La potencia efectiva: se obtiene midiendo con máquinas apropiadas el trabajo que está desarrollando el motor.  La potencia absorbida:  es la diferencia entre las dos anteriores, que puede ser medida también por el trabajo necesario para hacer girar el motor, sin que éste funcione.

5. Potencia efectiva: POTENCIA EFECTIVA La fuerza de la explosión aplicada a la biela y transmitida por ésta al codo del cigüeñal para hacerle girar, produce un esfuerzo de rotación que se conoce con el nombre de "par motor". Así pues, el par motor es un esfuerzo de giro.  El cigüeñal de un motor gira debido a la fuerza E aplicada al pistón (Fig. 2.3) en el tiempo de explosión, la cual es transferida al cigüeñal por medio de la biela (esfuerzo F).  Para la velocidad de rotación del motor a la cual la presión en el cilindro es máxima, se obtiene el mayor esfuerzo de giro en el cigüeñal, que es producto de la fuerza F, por la longitud L de la muñequilla.

6. Debido a diferentes causas, el mayor valor de la presión en el cilindro no se da en el máximo régimen de giro del motor, sino a una velocidad mucho mas reducida, en la que el llenado del cilindro es mejor y se obtienen explosiones más fuertes, por lo cual el par motor máximo no se obtiene al régimen más alto, sino a una velocidad mucho menor.

7. Ejemplo: Sea un motor que genera una cantidad de calor Q de 1.500 calorías por ciclo, siendo su rendimiento térmico del 40%. El trabajo desarrollado es:    W = 427 *Q* h t   W  = 427 Kgm /Kcal * 1,5 Kcal * 0,4 = 256,2 Kgm . La  potencia indicada Pi  es el producto del trabajo desarrollado durante una carrera útil, por el número de ellas realizadas en la unidad de tiempo (n). Así pues,  en un motor de cuatro tiempos , dado que el ciclo se realiza en dos vueltas completas o revoluciones del motor, tendremos: Pi = ( Wi /2)*(n/60) = (pi*V*n/120) , siendo n el número de revoluciones del motor.

8. Expresando la cilindrada en litros y las presiones en Kg/cm 2 , para obtener la potencia en CV haremos: Pi= (pi*V*n/120*75) = (pi*V*n)/900 y para el motor de dos tiempos quedaría: Pi = pi*V*n / 450. En funcionamiento, una parte de la potencia desarrollada por el motor es empleada en vencer los rozamientos en el interior del mismo. Por esta causa, la potencia indicada es siempre mayor que la efectiva. La potencia indicada puede ser calculada también partiendo del calor aportado por ciclo ( Qj ) y viene dada por la expresión: Pi = W/t = (427 *Q* h t *n)/60*75  CV

9. Potencia teórica: Es la relativa al combustible, es decir, la que debería suministrar el motor si toda la energía calorífica del combustible se transformara en energía mecánica.  La potencia teórica está determinada por el número de calorías contenidas en el peso del combustible consumido. Conociendo también el tiempo empleado en su consumo se obtiene la potencia.

10. Ejemplo: Sea un motor que consume 20 litros de gasolina en una hora, siendo 0,7 la densidad de la gasolina y 11.000 Kcal/Kg su energía interna. 20 litros x  0,7 Kg/litro  = 14 Kg 14 Kg x 11.000 Kcal/Kg = 154.000 Kcal. Teniendo en cuenta que 1 Kcal = 427 Kgm , la potencia teórica del motor es: (154.000 x 427) /  (3.600 x 75)  =  243 CV

11. Rendimiento de un mci. RENDIMIENTO La parte de energía suministrada al motor que no aparece en forma de trabajo mecánico, se pierde en forma de calor. Supongamos un motor que está funcionando y conservemos lo que pasa en un cilindro: Expansión: Dado que la combustión se produce en un tiempo muy corto, podemos admitir que todo el calor se emplea en elevar la temperatura y, por consiguiente, la presión de los gases. El pistón desciende empujado por esta presión permitiendo la dilatación del gas; pero durante este periodo de tiempo hay intercambio de calor entre los gases, cuya temperatura es de unos 2000 ºC , y las paredes de los cilindros, que están aproximadamente a 100 ºC . Este intercambio es tanto más importante, cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas, superficie de las paredes y tiempo que dura dicho intercambio. Escape: Antes de finalizar esta carrera, la válvula de escape se abre y los gases salen al exterior. Al comienzo de este tiempo, los gases poseen aún una temperatura bastante elevada, pues solamente han cedido calor por expansión y por perdida a través de las paredes. El resto de su energia se pierde, pues, en el transcurso de esta carrera.

12. Aspiración: Durante este tiempo, al igual que en el de escape, la energia cinética del embolo disminuye, toda vez que este ha de vencer la depresión que existe en el cilindro, por cuya causa, como en el caso del escape, hay que reducir todo lo posible dicha depresión. Compresión: El trabajo empleado en comprimir el gas antes de la combustión, reduce indudablemente el trabajo disponible. Sin embargo, para aumentar el rendimiento, no es necesario disminuir la compresión, sino todo lo contrario. Encendido: Finalmente, para obtener una combustión rápida (cuyo resultado es una presión final elevada), hay que emplear un encendido intenso.

13. Las condiciones que se requieren para mantener un rendimiento elevado en un mci son: Mantener los cilindro a elevada temperatura Reducir en lo posible la duración de la expansión Disminuir la superficie de las paredes Aumentar la carrera de la expansión Reducir al máximo la contrapresión en el tiempo de escape. Reducir al máximo la depresión en el tiempo de aspiración Calentar el gas antes de introducirlo en el cilindro. Adoptar una compresión elevada Emplear un encendido intenso

14. Rendimiento mecánico: El trabajo perdido en la transmisión, desde él embola al arbol motor, se emplea ya en vencer rozamientos y en mover los órganos accesorios del motor. Funciones accesorias: El movimiento de los mecanismos que las realizan, absorbe necesariamente una parte del trabajo producido por el motor. El generador, las bombas de agua y aceite y el ventilador, restan una potencia al motor nada despreciable. Sistema de escape: La instalación necesaria para la evaluación al exterior de los gases quemados, requiere un cuidadoso estudio en cuanto a la longitud y sección de paso se refiere, para evitar una resonancia acentuada y una perdida de potencia. La tubería de escape no debe presentar estrechamiento alguno y su sección debe ser suficiente. Rozamiento: Los rozamientos a vencer son los que más influyen sobre el rendimiento mecanico . Los segmentos, aplicándose como resortes contra las paredes del cilindro, ejercen una presión que no puede ser inferior a cierto valor, si se quieren evitar perdidas de compresión por fugas de gases hacia el cárter entre ellos y las paredes. Se reduce el rozamiento al mínimo engrasando todas lo posible ambas piezas.

15. 2.6.1 El freno de prony. Que es el freno de prony: El  Freno de Prony  es un sistema dinamométrico, utilizado para medir el par de giro de los motores a partir del siglo XIX. Debe este nombre a su inventor, el ingeniero francés  Gaspard de Prony  ( 1775 - 1839 ).

16. Descripción del freno de prony. El freno consta de un brazo, sobre el que van montados un  dinamómetro  y una  rueda , que tiene adosada una cincha de alto  rozamiento . Esta rueda es la que se conecta al eje del motor del cual se quiere medir su potencia. El ajuste de la cincha es variable. Esto es, se puede controlar el  torque  de carga aplicado al  motor . En otros modelos, se compone de dos zapatas extraíbles montadas sobre una mordaza, adaptada para abrazar un eje de diámetro dado, y conectadas a una palanca, por lo general controlada por una célula de carga o por una fuerza (contrapeso) ajustable.

17. Usos del freno de prony. Este freno provee una forma sencilla de aplicar un momento de giro de carga al eje principal de salida de un motor. La potencia de salida es disipada en forma de calor por el material del freno. Ajustando la fuerza del freno se puede cambiar la fuerza del momento torsor . Combinando la medición de este torque (mediante un dinamómetro colocado en el brazo del freno, a una distancia conocida del eje del motor) con la medición de velocidad de rotación del eje, puede calcularse la potencia de salida del motor.

18. 2.6.3. Rendimiento interno, mecánico y termodinámico

19. Eficiencia o Rendimiento (η): La eficiencia es aquel factor que nos indica el máximo rendimiento de una máquina. También se puede decir que es aquel índice o grado de perfección alcanzado por una máquina. Ya es sabia por todos que la potencia que genera una maquina no es transformada en su totalidad, en lo que la persona desea, sino que una parte del total seutiliza dentro de la maquina. El valor de eficiencia se determina mediante el cociente de la potencia útil o aprovechable y la potencia entregada. El rendimiento es un concepto asociado al trabajo realizado por las máquinas. todo el mundo sabe que obtener un buen rendimiento supone obtener buenos y esperados resultados con poco trabajo. Viene a ser la calidad con la que una maquina realiza su trabajo. Es una medida de lo que obtenemos a cambio de lo que aportamos, es decir, el trabajo útil producido en comparación con la energía aportada

20. Rendimiento térmico Rendimiento térmico: La eficiencia o rendimiento térmico máximo de un motor de gasolina es de 30%, mientras que el nivel de rendimiento del motor diésel es de 40%, debido a un nivel mayor de comprensión. El cálculo de estos rendimientos no incluye factores como problemas en las válvulas, pérdidas de energía por bombeo, entre otros. El rendimiento térmico es la eficiencia con la que es transformado el calor de la combustión en rendimiento mecánico. Para determinar el rendimiento térmico se calcula la cantidad de energía que proporciona el combustible. Los motores de combustión interna, ya sea por gasolina o diésel, son artefactos térmicos que funcionan de distinta manera.

21. Rendimiento mecanico : El rendimiento mecánico en una maquina ideal es 1 (u = 0) porque no existe rozamiento, entonces; el trabajo útil es igual al trabajo producido(potencia de salida igual a la potencia de entrada)   El rendimiento mecánico de una “maquina real” (u > 0) es siempre menor que 1, debido a las pérdidas de energía por el rozamiento interno que surge durante el funcionamiento de la maquina. generalmente se multiplica por 100, para que el rendimiento se exprese en porcentaje (%). Wu : trabajo útil Ee : energía suministrada o trabajo total