Rendimiento motor Honda Accord en alturas

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ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA
Licenciatura en ingeniería Mecánica Automotriz y Autotrónica.
EXAMEN DE GRADO
PROPUESTA:
“CALCULO DEL RENDIMIENTO TÉRMICO, VOLUMÉTRICO Y EL CONSUMO
ESPECÍFICO DEL MOTOR HONDA ACORD 2.2 I-DTEC 2008 A DIESEL, EN
CONDICIONES DE VARIACIONES DE ALTURA, TOMANDO EN CUENTA LA
PRESIÓN ATMOSFÉRICA, TEMPERATURA DEL AMBIENTE Y DENSIDAD DEL
AIRE”.
ALUMNO: WILLIAM FERNANDO ESTRADA HURTADO
SANTA CRUZ – BOLIVIA
FEBRERO 2020

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CERTIFICACION
Ing. Henry Víctor Flóres Tarqui
DIRECTOR DE TESIS
CERTIFICA:
Que el presente trabajo investigativo ha sido efectuado por el Señor. William Fernando Estrada Hurtado,
el cual se ajusta a las normas establecidas por la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad para
el Desarrollo y la Innovación “UDI”; Por tanto, autorizo su presentación en la defensa externa.
Santa Cruz de la Sierra febrero de 2020
_________________
Ing., Henry Flores
Director académico

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DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD
Los conceptos desarrollados, análisis y conclusiones del presente trabajo, son de exclusiva
responsabilidad del autor.
Santa Cruz de la Sierra 2020.
William Fernando Estrada Hurtado
AUTOR

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HONDA ACCORD
UN VEHICULO HONDAACCORD 2008 CUENTA CON LAS SIGUIENTES CARACTERISTICAS
EN CUANTO A SU MOTOR.
Marca Honda
Modelo Accord
Modificación (Motor) 2.2 i-Dtec (150Hp)
Nº Puertas 5
Potencia Máxima 150 CV(110 Kw)/4000 Rpm
Velocidad Máxima 200 Km/H
Aceleración 0 – 100 10 S
Capacidad De Depósito 65 L
Año De Puesto En Producción 2008
Tipo Coupé Combi
Posición Del Motor Frente Transversalmente
Cilindrada – Real 2199 Cm3
Par Máximo 350 Nm/2000 Rpm
Diámetro x carrera (mm) 85mm x 96,9 mm
Relación de compresión 11:1
Sistema De Combustible Diessel Common
Turbina Turbocompresores
Distribución DOHC
Construcción de los cilindros inline
Numero de cilindros 4
Numero de válvulas por cilindro 4
Combustible Diésel
Drive frente
Consumo de combustible urbano 7.81/100Km
Consumo de combustible extraurbano 4.91/100Km
Consumo de combustible combinado 5.91/100Km
Explicar qué tipo de modificaciones en sus características constructivas deben realizarse al motor considerando que este
vehículo participaraen una competencia en la ciudad de Oruro y sebusca que su rendimiento mecánico varíe en un máximo un
5% en relación a su rendimiento original.
Nota: el trabajo debe incluir los cálculos necesarios que fundamente su argumento además de la comparación de los
datos del vehículo sometido a condiciones a las que será sometido.

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RESUMEN
Los procesos de combustión se ven afectados por la altitud donde se desarrollan. La altitud sobre
el nivel del mar ejerce efectos tanto sobre la presión y temperatura atmosféricas, así como sobre
la concentración de oxígeno en el aire y la composición de éste, ocasionando una afectación del
proceso de combustión con relación al que se realiza en condiciones de presión normal.
En el trabajo se estudia el efecto de la altitud sobre las propiedades del aire, y como éstas,
influyen sobre los parámetros de combustión como: la temperatura de llama, el factor de
utilización de combustible, la velocidad de combustión y sus Rendimiento térmico, Rendimiento
volumétrico y Consumo específico.
Palabras clave: Combustión, altitud, exceso de aire, composición del aire, temperatura de llama,
potencia térmica.

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INDICE
CAPITULO I................................................................................................................................7
1.1. INTRODUCCIÓN..............................................................................................................7
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA............................................................................8
1.2.1.- Presentación del problema..........................................................................................8
1.3.- OBJETIVOS.....................................................................................................................9
1.3.1.-Objetivo General.............................................................................................................9
1.3.2. Objetivos Específicos....................................................................................................9
1.4. MARCO TEÓRICO.......................................................................................................9
1.4.1. Motores diésel Honda 2.2 I-Dtec...................................................................................9
1.4.2. Motor Diesel............................................................................................................... 10
1.4.3. Diámetro del cilindro. ................................................................................................ 11
1.4.4. Fundamentos enMotores de Combustión Interna Alternativos. ................................ 11
1.4.5. Los motores de cuatro tiempos................................................................................... 12
1.5. CICLO IDEAL DE LOS MOTORES A DIESEL............................................................. 12
Rendimiento del ciclo Diésel................................................................................................ 16
1.6. CICLO REAL DE UN MOTOR A DIESEL. DIAGRAMA INDICADO.......................... 17
1.7. DESARROLLO DE LA PROPUESTA. ........................................................................... 26
1.8. DESARROLLO................................................................................................................ 28
1.9. VARIACIONES CON LA ALTURA............................................................................ 39
1.10 ANALISISDELCOMPORTAMIENTO DELAIRECONRESPECTOALAALTURA.
............................................................................................................................................ 40
1.10.1. CASO DE ESTUDIO: Motor diésel Honda. ............................................................. 42
1.11. CONSIDERACIÓN FINAL........................................................................................ 45
BIBLIOGRAFÍA:........................................................................................................................ 46

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CAPITULO I.
1.1. INTRODUCCIÓN.
Los motores de combustión interna, son máquinas que permiten la transformación de la energía
química en energía mecánica.
Los motores de combustión interna, deben su movimiento al aprovechamiento de la variación
de presión de los gases que sucede dentro de la Cámara-Pistón; la presión dentro de la cámara
se incrementa debido a la combustión que sucede dentro de la misma, por lo cual, conforme a
la ley general de los gases, se da un incremento de presión:
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
Los motores de combustión interna, trabajan en distintos ciclos (según su diseño) Ciclo otto,
Diesel, Rankine, Savanet, etc.
Sin importar el ciclo del motor, el mismo requiere de una cierta cantidad de aire en el motor, la
cual reaccionara con otra cantidad de combustible (combustible – comburente), sin embargo, la
cantidad de aire dentro de la cámara, se ve afectada por las condiciones de densidad del aire,
misma que, es dependiente de la altura sobre el nivel del mar al cual el motor trabaja.
En este trabajo, se estudia el efecto de la altitud sobre la potencia en motores de aspiración
natural y turbo sobrealimentados, sin sistemas correctores, en función de la presión ambiental.
La altitud sobre el nivel del mar tiene un notable efecto sobre la densidad del aire y su
composición. Dado que los motores de combustión interna tienen sistemas de admisión y de
inyección de combustible volumétricos, la altitud modifica el rendimiento en el ciclo
termodinámico de operación, y en consecuencia las prestaciones, así como las condiciones
locales de combustión, y por tanto la formación de contaminantes.

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1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1.- Presentación del problema.
Los Motores Diésel son un tipo de motor de combustión Interna, que trabajan siguiendo el ciclo
de Diésel, este ciclo puede ser de 2 o de 4 tiempos.
El motor diésel es un motor térmico de combustión interna en el cual el encendido se logra por
la temperatura elevada producto de la compresión del aire en el interior del cilindro. Funciona
mediante la autoignición de la mezcla aire-combustible sin chispa. La temperatura que inicia la
combustión es causada por el incremento de presión, que se produce en el segundo tiempo del
ciclo (compresión del pistón).
El combustible diésel se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión,
de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado,
la mezcla se quema muy rápidamente.
Esta combustión ocasiona que la mezcla gaseosa contenida en la cámara se expanda (incremento
de presión), impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal,
al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación.
Las transformaciones del fluido en el interior del motor se realizan de acuerdo a un ciclo cerrado,
utiliza aire a presión atmosférica (a una mayor presión en los sistemas sobrealimentados) y la
inyección de un combustible líquido el cual enciende, por la alta temperatura del aire, lograda
después de la compresión del mismo.
Los motores Diésel requieren mayor cantidad de aire para la combustión para compensar las
malas condiciones de la mezcla y como dentro de ciertos límites la combustión es mejor cuanto
mayor es el exceso de aire carburante, no es necesario regular la entrada de aire al variar el
régimen y la carga, por lo tanto, la variación de la carga se hace sólo sobre el combustible.
Se tiene así la ventaja que, a las cargas bajas, disminuyendo la resistencia a la entrada del aire
por falta de la mariposa, aumenta el rendimiento por disminución de las pérdidas por bombeo.
El motor suministra para cada regulación un par casi constante al variar el número de
revoluciones.

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Dadas las características de los motores a diésel, el problema planteado se orienta a
determinar:
¿Cómo influye la altura en el rendimiento de estos motores?, además, ¿Cómo se debe
acondicionar este motor, cuando funciona en la altura; tal el caso de la ciudad de Oruro?
1.2.1.1.-Problema.
¿Qué modificaciones se deben realizar en el motor Honda 2.2 I-DTEC, de tal forma que el
rendimiento mecánico tenga una variación máxima de 5%, en condiciones de variación de la
altura, tal el caso de la ciudad de Oruro, tomando en cuenta la presión atmosférica, temperatura
del ambiente y densidad del aire?
1.3.- OBJETIVOS.
1.3.1.-Objetivo General.
 Determinar el tipo de modificaciones en sus características constructivas que deben
realizarse al Motor 2.2 I-DTEC (150hp) si el motor trabajara en la ciudad de Oruro,
considerando que su rendimiento mecánico varíe en máximo un 5% en relación a su
rendimiento original.
1.3.2. Objetivos Específicos.
 Describir las características técnicas del motor honda Accord 2008 2.2-i Dtec (150hp).
 Explicar que variaciones en cuanto al desempeño del motor, considerando que este
vehículo operará en el departamento de Oruro.
 Calcular y fundamentar el desempeño del motor a diésel, comparando los datos del
vehículo, en condiciones de fábrica, respecto a las nuevas condiciones a las que será
sometido.
1.4. MARCO TEÓRICO
1.4.1. Motores diésel Honda 2.2 I-DTEC
El motor diésel de Honda: denominado 2.2 I-DTEC, está equipado con motor N22B tiene la
configuración de puerto de admisión delante y salida de escape trasera. La carrera se ha reducido
ligeramente, a efectos fiscales y de registro en algunas jurisdicciones. Índice N22A N22B
Cumple con las normas de emisiones Euro 5. Encontrado en: Diámetro x carrera: 85,0 x 96,9
mm Cilindrada: 2199 cc Configuración de válvulas: 16 válvulas DOHC 4 cilindros en línea

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Tipo: i- DTEC Compresión: 16.3:1 Potencia máxima: 150 PS (110 kW; 148 hp) @ 4000 rpm
Par máximo: 350 Nm @ 2000 rpm. Su potencia es de 150 CV a 4.000 rpm y su par máximo se
entrega al alcanzar las 2.000rpm. Cifrado en 350 Nm, consigue recuperaciones rápidas y una
buena aceleración. El propulsor es muy refinado, al ralentí es muy silencioso y la entrega de
potencia es progresiva y constante.
1.4.2. Motor Diesel.
El motor Diésel fue inventado y patentado por Rudolf Diésel en 1892, del cual recibe el nombre.
A diferencia del motor de gasolina, no necesita chispa eléctrica para realizar la combustión; es
un motor térmico y alternativo cuya combustión se realiza al inyectar el gasóleo pulverizado a
presión en la cámara o precámara.
El combustible inyectado a gran presión en la parte superior de la cámara de compresión se
atomiza y mezcla con el aire que se encuentra a elevada temperatura y presión, debido a ello, la
mezcla, al quemarse muy rápidamente, ocasiona la expansión del gas contenido en la cámara e
impulsa el pistón hacia abajo.
La biela transmite el movimiento del pistón al cigüeñal, al que hace girar, de manera que se
transforma el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación en el cigüeñal.
El motor Diésel tiene una constitución similar al motor de gasolina, las diferencias principales
según ecomotors.es, Honda Accord 2.2. i DTEC, 2014, son:
• No tiene circuito de encendido por chispa.
• Dispone de un circuito de inyección del combustible.
• Trabaja con presiones más altas, por lo que las piezas del motor son más robustas.
• Mayor rendimiento térmico que los motores de gasolina, al generar más potencia con un menor
consumo de combustible.
Los cuatro tiempos del ciclo operativo en el motor Diésel son similares al motor de gasolina; la
diferencia se produce en la inyección del combustible.
• Primer tiempo: admisión de aire.

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• Segundo tiempo: compresión del aire (el combustible se inyecta a presión al final de la
compresión).
• Tercer tiempo: combustión-expansión (combustión de la mezcla de aire y combustible).
• Cuarto tiempo: escape de los gases quemados al exterior.
1.4.3. Diámetro del cilindro.
Se entiende el diámetro interior del cilindro (D 85 mm).
La carrera (S 96.9 mm) es el recorrido que realiza el pistón desde el punto muerto superior
(PMS) al punto muerto inferior (PMI).
La Cilindrada Unitaria (V1) abarca al volumen comprendido entre las posiciones que realiza el
pistón en su funcionamiento, cuando ocupa el Punto Muerto Superior y su Punto Muerto
Inferior. Se obtiene mensurando la base del pistón y multiplicándola por la altura del recorrido
total o “carrera del pistón”
La Cilindrada Total (Vt), entonces es simplemente multiplicar al valor obtenido en el cálculo de
la Cilindrada Unitaria, por el número de pistones con el que cuenta el motor.
𝑽 𝟏 =
𝝅
𝟒
𝑫 𝟐 ∗ 𝑺 => 𝑽 𝟏 =
𝝅
𝟒
∗ ( 𝟖. 𝟓 𝒄𝒎) 𝟐
∗ ( 𝟗. 𝟔𝟗 𝒄𝒎) = 𝟓𝟒𝟗. 𝟕𝟓 𝒄𝒎 𝟑
𝑉𝑡 = 549.75 ∗ 4 = 𝟐𝟏𝟗𝟗 𝒄𝒎 𝟑
1.4.4. Fundamentos en Motores de Combustión Interna Alternativos.
Ciclos de trabajo
Un ciclo termodinámico representa la evolución sucesiva de procesos que experimenta un fluido
desde un estado termodinámico inicial regresando finalmente a dicho estado. En el sistema
considerando las variables termodinámicas son uniformes en el volumen de control, existiendo
un equilibrio interno. Los ciclos estándar Diésel y Otto son referencia en los Motores de
Combustión Interna Alternativos (MCIA) y en un diagrama presión-volumen representan a los
motores de encendido por compresión (MEC) y a los motores de encendido provocado (MEP)
respectivamente.
Los motores de combustión interna alternativos son motores térmicos en los que, a través de la
reacción exotérmica procedente de un proceso de combustión, generan unos gases quemados

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que mueven un émbolo o pistón, desplazándolo en el interior de un cilindro provocando un
movimiento alternativo, el cual hace girar el cigüeñal para obtener el movimiento rotativo final.
1.4.5. Los motores de cuatro tiempos.
Reciben este nombre ya que necesitan cuatro carreras del pistón (o dos vueltas de cigüeñal) para
completar un ciclo de trabajo.
Durante la fase de admisión (primera carrera) el pistón se desplaza desde el punto muerto
superior (PMS) hasta el punto muerto inferior (PMI), con las válvulas de admisión abiertas y
las de escape cerradas. En este movimiento se genera una depresión en el cilindro y provoca la
entrada de aire o mezcla en el cilindro. En el PMI se cierran las válvulas de admisión.
• En la fase de compresión (segunda carrera) el pistón se desplaza desde PMI hacia el PMS con
todas las válvulas cerradas, comprimiendo el contenido del cilindro. Con el pistón cerca del
PMS se inicia la combustión.
• En la fase de combustión-expansión (tercera carrera) el aumento de la presión en los gases del
cilindro, provocado por la combustión, empuja el pistón desde el PMS hasta el PMI. Esta es la
única fase donde se produce trabajo. Al llegar al PMI se abren las válvulas de escape.
• En la fase de escape (cuarta carrera) el pistón va desde el PMI hasta el PMS, expulsando los
gases quemados fuera del cilindro. Al llegar al PMS se abren las válvulas de admisión, se cierran
las de escape y comienza de nuevo el ciclo.
Cabe destacar que los momentos de apertura y cierre de válvulas se han descrito de manera
ideal. En la realidad, se tienen en cuenta diversas consideraciones y estos momentos se
modifican, adelantándolos o retrasándolos, según el proceso de combustión, la compresibilidad
y las inercias del aire, entre otros motivos.
1.5. CICLO IDEAL DE LOS MOTORES A DIESEL.
Según el texto elaborado y expuesto en extenso por los profesores Prof. Laura Draghi (Curso
Mecánica Aplicada) y el Prof. Roberto Filgueira (Curso de Física Aplicada Universidad
Nacional de La Plata en el texto: “MOTORES DIESEL: CICLO IDEAL Y DIAGRAMA
INDICADO 2015”, de la Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales, sostienen que antes de

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intentar un análisis más acertado de las complejas transformaciones que ocurren en el interior
de una máquina térmica que convierte la energía química del combustible en trabajo útil, es útil
realizar una aproximación teórica, considerando algunas simplificaciones que facilitan la
comprensión básica de su funcionamiento.
Por ello se representará el funcionamiento ideal de un motor diésel de cuatro tiempos
considerando que el fluido es aire puro, que se comporta como un gas perfecto. El análisis se
hará sobre un motor de cuatro tiempos, el cual necesita dar dos vueltas completas del cigüeñal
para realizar un ciclo completo (cuatro carreras).
cilindrada
P
V
P
P
P
0
2
Q
3
4
1
Q
2
4
0
1
2
P.M.S. P.M.I.
El principio de funcionamiento de los motores Diesel consiste en: admitir la mayor cantidad de
aire como sea posible, comprimirlo suficientemente como para generar una presión y
temperatura tales que, al introducir combustible finamente pulverizado, se combustione
rápidamente y producto de la misma se genere trabajo mecánico sostenido en el tiempo. Para
ello es necesario que ocurran una serie de transformaciones termodinámicas del fluido que en
el caso del ciclo diésel son:
Admisión (Isobárica): La válvula de admisión se abre instantáneamente en el PMS y mientras
el pistón desciende hacia el PMI admite el aire desde el exterior de manera que durante la
admisión se supone que el cilindro se llena totalmente de aire que circula sin rozamiento alguno
por los conductos de admisión. Se considera entonces que la presión se mantiene constante e
igual a la presión atmosférica.
Compresión (Adiabática): Una vez que el pistón llega al PMI se cierra la válvula de admisión
y comienza nuevamente el ascenso del pistón. Durante esta carrera el aire es comprimido hasta
ocupar el volumen V2. Esta transformación es adiabática, es decir sin intercambio de calor con
el medio externo, por realizarse en un tiempo muy corto. La temperatura alcanzada al finalizar

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la compresión supera los 300 ºC debido a que el volumen del aire que entra se reduce
significativamente alcanzándose la temperatura necesaria para producir la autoinflamación del
combustible sin necesidad de chispa eléctrica (temperatura de autoinflamación del diésel
=260ºC) . El aire se comprime desde un volumen V1, que incluye la cilindrada y la cámara de
combustión, hasta uno V2, que sólo expresa la cámara de combustión, según lo que se denomina
relación de compresión:
𝑟𝑐 =
𝑉𝑐𝑖𝑙 + 𝑉𝑐𝑐
𝑉𝑐𝑐
=
549.75 + 35.93
35.93
= 𝟏𝟔. 𝟑: 𝟏
𝑽 𝒄𝒄 =
𝑽 𝒄𝒊𝒍
𝒓 𝒄 − 𝟏
=
𝟓𝟒𝟗. 𝟕𝟓
𝟏𝟔. 𝟑 − 𝟏
= 𝟑𝟓. 𝟗𝟑 𝒄𝒎 𝟑
Donde Vcc es el volumen de la cámara de combustión y V1 es el volumen del recorrido pistón
en el cilindro. Los motores Diésel tienen una relación de compresión que varía entre 16:1 a 22:1.
Durante la compresión el sistema no intercambia calor con su entorno (proceso adiabático), el
producto entre la presión y el volumen, elevado a un coeficiente, también se mantiene constante
según la expresión:
𝑃𝑉 𝛾
= 𝑐𝑡𝑒
Donde el coeficiente  es el cociente entre el calor molar a presión constante (Cp) y el calor
molar a volumen constante (Cv). Si el fluido es aire puro, que suponemos que se comporta como
un gas ideal, los calores específicos son considerados constantes e iguales a los del aire en
condiciones normales de 15 ºC de temperatura y una atmósfera de presión, tendremos:
Cp = 0,241 kcal/kg ºC = 6,99 cal/mol ºC= 29,3 J/mol ºC
Cv = 0,172 kcal/kg ºC = 4,99 cal/mol ºC= 20,9 J/mol ºC
y el cociente entre ellos
 =Cp/Cv = 1,4.
Donde:
Cp = Capacidad calorífica a Presión constante

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Cv= Capacidad calorífica a Volumen constante
Al finalizar la compresión, la presión y temperatura que alcanza el aire pueden calcularse según
las ecuaciones:








2
1
12
V
V
PP 1
2
1
12









V
V
TT = 𝑇1 𝑟 𝛾−1
Donde los subíndices 1 y 2 significan inicial y final, respectivamente.
Inyección y combustión (Isobárica): La inyección de combustible a muy alta presión y
finamente pulverizado, se produce cuando el pistón alcanza el PMS. El poder calorífico del
combustible aporta el calor de entrada (Q2) y la combustión se mantiene a presión constante. El
punto V3 es donde comienza la verdadera expansión de los gases, con marcada caída de la
presión y gran aumento de volumen, ya que el pistón desciende hacia el punto muerto inferior.
La relación entre
𝑉3
𝑉2
es lo que se llama relación de inyección (RI).
Terminada la combustión, el pistón desciende hacia el PMI y la presión alcanzada actúa sobre
la superficie del pistón generando la fuerza necesaria para producir trabajo. La expansión (3-4)
es el único tiempo activo del motor. Al igual que la compresión, se supone que se realiza sin
intercambio de calor con el medio exterior (muy rápida), por lo que se considera una
transformación adiabática. La presión interna desciende a medida que el cilindro aumenta de
volumen.
Primera fase del escape (Isócora): En el PMI (punto 4) se abre instantáneamente la válvula de
escape y se supone que los gases quemados salen tan rápidamente al exterior, que el pistón no
se mueve, se puede considerar que la transformación que experimentan es un a volumen
constante. La presión en el cilindro baja hasta la presión atmosférica y una cantidad de calor Q1
no transformado en trabajo, es entregado a la atmósfera.
Segunda fase del escape (Isobárica): Los gases residuales que quedan en el interior del cilindro
son expulsados al exterior por el pistón durante su recorrido (1-0) hasta el PMS. Al llegar a él
se supone que de forma instantánea se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión para
iniciar un nuevo ciclo. Como se supone que no hay pérdida de carga debida al rozamiento de

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los gases quemados al circular por los conductos de escape, la transformación (1-0) puede ser
considerada como isobárica.
Rendimiento del ciclo Diésel.
La segunda ley de la termodinámica expresa que ninguna máquina térmica es capaz de convertir
en trabajo mecánico todo el calor aportado. Por ello, sólo una parte de la energía química
aportada por el combustible es transformada en trabajo y esta proporción representa el
rendimiento térmico del motor. Así puede definirse como la razón entre el trabajo generado en
el ciclo ideal y el equivalente en trabajo del calor gastado para generarlo.

entregadocalor
expulsadocalor-entregadocalor
t
Calor entregado ó suministrado 𝑄2 = 𝑚 ∗ 𝐶 𝑝 ∗ ( 𝑇3 − 𝑇2)
Calor expulsado ó cedido 𝑄1 = 𝑚 ∗ 𝐶 𝑣 ∗ ( 𝑇4 − 𝑇1)
𝜂𝑡 =
𝐶 𝑝( 𝑇3 − 𝑇2) − 𝐶 𝑣( 𝑇4 − 𝑇1)
𝐶 𝑝( 𝑇3 − 𝑇2 )
=
𝐶 𝑣( 𝑇4 − 𝑇1)
𝐶𝑝( 𝑇3 − 𝑇2 )
Sabiendo que
𝐶 𝑝
𝐶 𝑉
= 𝛾
Que
𝑉3
𝑉2
= 𝑟c
𝑉1
𝑉2
= 𝑟
32 PP  3
3
2
2
T
V
T
V

41 VV 
Puede llegar a deducirse la expresión del rendimiento térmico ideal del ciclo Diésel
𝜂𝑡 = 1 −
1
r𝑐 𝛾−1
[
𝑟𝑐 𝛾
− 1
𝛾( 𝑟𝑐 − 1)
]
Puede verse que el rendimiento térmico guarda relación directa con la relación de compresión.

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1.6. CICLO REAL DE UN MOTOR A DIESEL. DIAGRAMA INDICADO.
El ciclo real es el que refleja las condiciones efectivas de funcionamiento de un motor y, cuando
se representa en un diagrama P-V, se denomina diagrama indicado, ya que puede obtenerse con
la utilización de un indicador. Este instrumento detecta las variaciones de presión y volumen en
el interior del cilindro en cada momento del ciclo.
Fuente: Dante Giacosa, “Motor endotérmica”, 1968
Las principales diferencias que surgen entre el ciclo indicado y el ciclo teórico, están causadas
por:
 Pérdidas de calor (A): eran nulas en el ciclo ideal y en la realidad son importantes, el cilindro
está refrigerado para asegurar el buen funcionamiento del pistón y una buena parte del calor del
fluido, se transmite a las paredes. Las líneas de compresión y de expansión (única que produce
trabajo) no sean adiabáticas, resultando en politrópicas con un exponente diferente a  del ciclo
ideal. Debido a las pérdidas de calor, en la carrera de compresión el nuevo exponente ( n:
exponente de la transformación politrópica) resulta menor a  y en la expansión resulta mayor.
Como resultado de este fenómeno aparece un área A de pérdida de trabajo con respecto al ciclo
ideal.
 Aumento de los calores específicos del fluido con la temperatura: Los calores específicos tanto
a presión constante (Cp) como a volumen constante (Cv), en el caso de tratarse de un gas real,
no permanecen constantes, sino que aumentan con el aumento de la temperatura, en modo tal
que su cociente  = Cp/Cv disminuye. Por consiguiente, los valores de la presión y la
temperatura máxima alcanzados son menores que en ciclo ideal.

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 Tiempo de apertura de la válvula de escape, aunque en el ciclo teórico se supuso que la apertura
y cierre de válvulas ocurría instantáneamente, y en los PMS o PMI, en realidad esta acción tiene
lugar en un tiempo relativamente largo, en relación con los tiempos de desplazamiento del
pistón. La extracción de calor que en ciclo ideal ocurre instantáneamente en correspondencia
con el PMI, en la realidad no es instantánea, la válvula de escape se abre con anticipación para
comenzar a expulsar los gases producto de la combustión y disminuir la presión en el interior
del cilindro hasta aproximarse a la presión externa al inicio de la carrera de escape. Este adelanto
en la apertura de la válvula de escape, provoca una pérdida de trabajo útil (área C), pérdida que
sería mucho mayor si no se anticipara su apertura.
 La combustión no se produce a presión constante ni es instantánea, ya que, aunque en el ciclo
teórico se supone que la combustión se realiza instantáneamente y según una transformación a
presión constante, en el ciclo real la combustión dura un cierto tiempo. Para compensar el tiempo
de retardo de la combustión, se adelanta la inyección de combustible con respecto al PMS. Si la
inyección tuviese lugar justamente en el PMS, la combustión y el pico de presión que genera el
trabajo útil, ocurrirían mientras el pistón ya recorrió gran parte de su carrera, generando una
gran pérdida de trabajo. Por ello se anticipa la inyección de forma que la combustión tenga lugar,
en su mayor parte, cuando el pistón se encuentra en la proximidad del PMS lo que en el ciclo se
representa por un redondeo de la isocora de introducción del calor, y por tanto, una pérdida de
trabajo útil (área B) la cual resulta bastante menor que la que se tendría si la entrada de
combustible se hiciera exactamente al finalizar la carrera de ascenso del pistón.
 Pérdidas por bombeo (área D): el ciclo teórico supone que tanto la admisión como el escape
del aire se realizan a presión constante e igual a la atmosférica, sin rozamiento ninguno. En
realidad, el aire, como cualquier fluido que debe circular por conductos (múltiples de admisión
y escape), encuentra resistencias a su avance debido al rozamiento entre sus moléculas y,
fundamentalmente, entre ellas y las paredes de los conductos. Pueden determinarse a partir de
las ecuaciones que rigen las pérdidas de carga de cualquier fluido. Dichas resistencias
determinan que la velocidad de entrada del aire sea menor que la velocidad con que aumenta el
volumen del cilindro por el descenso del pistón y se genera por lo tanto una depresión que será
tanto mayor cuantas mayores sean las resistencias encontradas.

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Esa pérdida de energía de presión debido al rozamiento, pérdidas de carga, depende
fundamentalmente de la velocidad de circulación del fluido y causa una notable pérdida de
trabajo útil, ya que el pistón debe vencer una depresión en la aspiración y una sobrepresión en
la carrera de escape
Para conseguir que el ciclo indicado se acerque lo más posible al teórico, se actúa sobre la
distribución adelantando y retrasando el instante de comienzo y de finalización de la entrada y
salida de fluido operante del cilindro, con el propósito de conseguir un mejor llenado y
evacuación de los gases. Estas variaciones son las siguientes:
 Adelanto en la apertura de la admisión (AAA). La válvula de admisión se abre antes de
que el pistón llegue al PMS en su carrera de escape, contemplando que su apertura no
puede resolverse instantáneamente, así se consigue que, al inicio de la carrera de
descenso del pistón, la válvula esté completamente abierta, evitando la estrangulación a
la entrada del aire exterior. Se aprovecha la inercia del aire que entra para favorecer la
completa expulsión de los gases producto de la combustión anterior.
 Retraso en el cierre de la admisión (RCA). La válvula se cierra un poco después de que
el pistón alcanzó su PMI para aprovechar la inercia del aire que está entrando, la cual
permite que la admisión se prolongue aún después de que el pistón sobrepasó el PMI.
 Adelanto en la apertura de escape (AAE). Consigue que la presión interna descienda
antes, se pretende facilitar la expulsión completa de los gases residuales de la
combustión que se extenderá durante toda la carrera de ascenso. Se trata de minimizar
la pérdida de energía necesaria para realizar dicho escape (pérdidas por bombeo).
 Retraso en el cierre del escape (RCE). Consigue una mejor salida de los gases ya
combustionados. La reducción de la sección que deben atravesar los gases (válvula de
escape) genera una muy alta velocidad de salida, disminuyendo la presión en el interior
del cilindro, generándose la succión necesaria para favorecer la entrada de aire fresco.
Se debe minimizar el volumen de gases residuales que quedan en el interior del cilindro. La
presencia de gases de combustión en el interior del cilindro disminuye la densidad del aire que
entra ya que, debido a su elevada temperatura la mezcla de estos con el aire puro ocupa un
volumen mayor que el que ocuparía el aire puro debido a su menor densidad.

20
El período en el cual las válvulas de admisión y escape están simultáneamente abiertas, se
denomina cruce de válvulas. Durante el mismo, se aprovecha la inercia creada por el aire en los
múltiples de admisión y escape para facilitar tanto la entrada del aire en la admisión como el
escape de los gases residuales.
A partir de la construcción del diagrama indicado puede obtenerse la presión media indicada
que es una presión constante, hipotética, a la cual el motor podría entregar el mismo trabajo neto
que en realidad genera. La diferencia entre el trabajo positivo y el trabajo negativo del ciclo, se
conoce como trabajo neto.
W (+) – W (-) = Wneto
Dividiendo el área correspondiente al trabajo neto por el volumen de cilindrada, se obtiene el
valor de la presión media indicada:
volumen
Wneto
pmi 
, que será utilizada para calcular el valor de la potencia indicada (Pi).
La potencia representa la relación entre el trabajo generado y el tiempo empleado en generarlo,
y puede expresarse como:
2/
/2/2)(
)(
nVcilpmi
n
cspmi
n
dF
cicloTiempo
cicloW
Pi 




Donde:
W = trabajo
En el caso de un motor de cuatro tiempos, se necesitan dos vueltas del cigüeñal para realizar un
ciclo completo, por lo tanto, el tiempo para realizar un ciclo, vale 2/n
F = fuerza
d = distancia a través de la cual actúa la fuerza
s = superficie del pistón

21
c = carrera del pistón, distancia entre el PMS y el PMI
Vcil = volumen de cilindrada (producto de la superficie del pistón y la carrera entre sus puntos
muertos).
Finalmente, hay tres términos que determinan la potencia de un motor de combustión interna
que son:
La presión media indicada, pmi = que se conoce con el nombre de “factor térmico”
El volumen de cilindrada, Vcil = que es el factor “factor geométrico”
El régimen de rotación alcanzado = que es el “factor dinámico”
Eficiencias ó rendimientos
El cociente entre la potencia indicada y la potencia térmica del combustible, es el rendimiento
térmico indicado.
t
i
ti
P
P

         
3600
//// kgkcalPckcalkJElkghlCh
kWPt


Expresa el valor de potencia que el motor podría entregar teóricamente en función del
combustible usado y el consumo del motor.
Siendo:
Ch = consumo horario
 = densidad del combustible
E = equivalente mecánico del calor
Pc = poder calorífico del combustible
El rendimiento mecánico es la razón entre la potencia indicada y la potencia mecánica efectiva
medida en el eje y representa la potencia perdida en rozamientos o en fricción entre las partes

22
mecánicas en movimiento de propio motor y componentes de los distintos sistemas que lo
asisten (bomba de aceite, bomba de agua, elementos de la distribución, etc)
Pi
Pe
m 
Al producto de ambos rendimientos se lo denomina rendimiento total o térmico-mecánico:
tim  
El rendimiento total representa la relación entre el trabajo útil en el eje motor (al volante) y
aquel equivalente a la energía calorífica del combustible consumido.
Sabiendo que 1 CV h = 75 kgm/s x 3600 s = 270000 kgm
El gasto de combustible para generar un trabajo efectivo de 1 CV h se denomina consumo
específico de combustible Ce (g/CVh).
Si E es el equivalente mecánico del calor y vale E = 427 kgm/kcal y Pc = poder calorífico del
combustible (kcal/kg), el trabajo equivalente al consumo de combustible por cada CV h vale,
en kgm:
Weq =
 
Pc
kgg
Ce
/1000
427
y el rendimiento total:
  
PcCePcCe
632310
427
1000270000

Por lo tanto, el rendimiento total del motor alcanzará su valor máximo cuando el consumo
específico sea mínimo.

23
Rendimiento volumétrico:
Puede definirse como la razón entre la masa de aire que está entrando en el motor en una unidad
de tiempo y la masa de aire que debería entrar hasta completar el volumen de cilindrada total en
las mismas condiciones atmosféricas del momento.
at
ar
v
m
m

  actaireat nVcilhkgm /
Donde nact = régimen activo que para un motor de 4 tiempos, que necesita 2 vueltas para
completar un ciclo vale n/2 (v/min).
 aire = densidad del aire (kg/m3) = RT
MP
V
m

R = constante universal de los gases (J/mol ºK)
Para el caso del aire tenemos que M = 0,029 kg/mol y teniendo en cuenta que R = 8.314 J/mol
K, la relación M/R = 3.488x10-3 kg K/J.
    4883104883 33
.
)(
.
)(
)/(
KT
kPaP
x
KT
PaP
mkgaire  

1.6.1 EL TURBO
El denominado turbo, es un grupo compuesto por una turbina, puesta en movimiento a
alta velocidad por los gases de escape del motor, y por un compresor centrífugo. La turbina
suministra la energía necesaria al funcionamiento del sistema, mientras que el compresor
comprime al aire proveniente del medio exterior hacia los cilindros del motor, incrementando la
velocidad y la presión.
La energía contenida en los gases de escape es recuperada dentro de la turbina, ya sea a nivel de

24
la presión, como a nivel térmico. El eje de unión entre la turbina y el compresor trabaja en baño
de aceite a elevados regímenes. El conjunto es completado básicamente por la denominada
válvula “waste gate”, y casi siempre por un “intercooler”.
A igualdad de potencia, un motor turbo pesa entre el 20 y el 30 por ciento menos que uno normal.
Bajo ese aspecto, es posible decir que el motor turbo ayuda a reducir el consumo de combustible
a paridad de potencia. El par motor más elevado de un motor turbo, puede ser utilizado para
“alargar” las relaciones de transmisión, sabiendo que también esto, permite reducir el consumo
a paridad de prestaciones respecto a un motor aspirado de igual potencia.
Es decir que, un turbocompresor está compuesto por una turbina y un compresor, conectados por
un eje común que se apoya en un sistema de cojinetes. El turbo convierte, la energía contenida
en los gases de escape del motor, para comprimir aire y enviarlo a los cilindros del motor. Esto
permite al mismo, combustionar más combustible, produciendo mayor potencia y mejorando la
eficiencia total del proceso de combustión.
La turbina consta de dos componentes; el rotor de la turbina y la que se denomina, el cárter o la
carcasa de la misma. La energía de los gases de escape hace girar la turbina, y después que los
gases pasaron a través de los álabes del rotor, dejan la carcasa hacia el área de salida al exterior.
El compresor, sin embargo, trabaja en forma opuesta a la turbina. El mismo está compuesto por
dos partes; el rotor del compresor y la carcasa o cárter del compresor. El rotor, está concectado
con la turbina, por medio de un eje fabricado en acero forjado. Como finalidad el compresor, es
decir su rotor, tiene que conducir y comprimir el aire de admisión a través de sus álabes, a alta
velocidad. El cárter está diseñado para convertir, la alta velocidad de la corriente de aire de
baja presión en una corriente de aire de baja velocidad y alta presión, a través de un proceso
denominado difusión.
Para lograr la sobrealimentación, el turbo utiliza el flujo de gases de escape, para accionar la
turbina, la cual gira como una bomba de aire. La turbina de un turbo puede alcanzar

25
velocidades de más de 150.000 rpm. que son 30 veces más rápido que la velocidad de un motor
corriente. Cuando se conecta con el escape, las temperaturas de la turbina son muy elevadas.
El aire penetra en el compresor, a una temperatura equivalente a la atmosférica, sin
embargo, como la compresión eleva la temperatura, el compresor alcanza valores superiores a
los 200 gradosC. El sistema de cojinetes del turbo es lubricado con el aceite a presión del circuito
del motor. Los cojinetes principales son del tipo flotantes rotativos, y para lograr un correcto
rendimiento, el cojinete debe flotar en una película de aceite. La luz, el huelgo es muy
pequeño, tanto como el diámetro de un cabello. La falta de aceite lubricante, el taponamiento
parcial de los conductos o la ausencia momentánea de aceite, produce serios problemas en el
turbo.
La válvula “waste gate”,- Se trata de una simple válvula, que permite pasar a parte de los gases
de escape en forma directa, desde el múltiple de escape al caño de escape. Es un simple pero
efectivo camino de control de la velocidad del turbo, y de la presión de sobrealimentación.
Para comprender la razón del uso de la válvula “waste gate”, es necesario ver las
características de presión y velocidad del turbo, cuando se usa una turbina de geometría fija.
Cabe señalar que existen una serie de diseños, tanto en turbinas como en compresores, y
los problemas pueden darse con la velocidad del turbo, que es función en ciertos casos de la
velocidad que desarrolla el motor. Si la velocidad del propulsor se incrementa, también
aumenta la velocidad del turbo, y se corren riesgos de que se generen fallas graves para el turbo,
para el motor, o para ambos. Para evitar estos inconvenientes, es que se usa la válvula “waste
gate”. Para lograr una buena presión de sobrealimentación, con bajas velocidades del motor se
utilizan pequeñas turbinas, sin embargo la velocidad del turbo es siempre controlada, para tener
un nivel de seguridad. Por eso, parte de los gases de escape del motor, no pasan por la turbina,
sino que se derivan al medio exterior, a través de la válvula “waste gate”.
Recientemente, fue desarrollado un método alternativo, por la firma Cummins Turbo
Technologies, y es la válvula de Comando Holset. Esta tecnología está conectada con la
Unidad de Control Electrónico del motor (ECU), para controlar la válvula “waste gate” usando
al aire presurizado -de sobrealimentación- desde el compresor. Esto genera una alta presión de

26
sobrealimentación, en la mitad de la gama de velocidades, sin exceder el límite de
velocidades recomendadas.
El Turbo de Geometría Variable (TGV).- El objetivo del turbo sobrealimentador, es aumentar y
controlar la presión de sobrealimentación, dentro de una amplia gama operativa del motor, tan
amplia como sea posible. La Cummins Turbo Technologies, patento la tecnología Holset TGV.
logrando una infinita gama de control de la presión de alimentación. El TGV. es un
turbocompresor en el cual, la parte por donde pasan los gases de escape en la turbina, y se abren
sobre el rotor a través de una serie de “álabes móviles” montados sobre un anillo, de forma de
poder moverse en forma simultánea (todos los álabes se mueven al mismo tiempo).
1.7. DESARROLLO DE LA PROPUESTA.
Las características iniciales a ser consideradas, del Motor Honda 2.2 I-Dtec (150Hp):
Potencia máxima 150 cv /4000 rpm
Velocidad máxima 200 km/hora
Aceleración 0 – 100 km/ h 10 s

27
Año de puesta en producción 2008
Posición del motor frente transversalmente
Cilindrada real 2199 cm3
Par / máximo 350 Nm/2000 rpm
Sistema de combustible Diésel Common
Turbina turbocompresores
Distribución DOHC
Construcción de los cilindros inline
Numero de cilindros 4
Numero de válvulas por cilindro 4
Combustible Diesel
SE TOMA LAS REFERENCIAS DE LAS SIGUIENTES CONDICIONES INICIALES:
Cálculo de cilindrada
Relación de compresión
Rendimiento Térmico
Rendimiento Volumétrico
Consumo especifico
En las nuevas condiciones a 3735 msnm, calcular:
Rendimiento térmico
Rendimiento volumétrico
Consumo especifico.

28
1.8. DESARROLLO.
Para hacer un análisis del motor, iniciaremos con la puntualización de los conceptos que están
relacionados al ciclo diésel, su comportamiento y aspectos técnicos del modelo concreto (motor
Honda 2.2 I-DTEC 2008).
RPM. - Referido a las revoluciones o vueltas que realiza el cigüeñal del motor en unidad de
tiempo (minuto). Son las vueltas por minuto que realiza un motor.
Ciclo 4T. Esta referido a las etapas de admisión, compresión, combustión- expansión y escape
que se realizan en el motor de combustión en un determinado ciclo. En el ciclo de Diesel estas
pueden ser de 2 tiempos o 4 tiempos.
En el ciclo Diesel de 4 tiempos, las etapas admisión y compresión, se realizan en una vuelta de
360 grados. Las etapas Combustión-expansión y escape, se realizan en una segunda vuelta, de
360° a 720 °; el ciclo completo toma 720°.
POTENCIA. - Es el resultado de la multiplicación de torque (par motor) generado por el motor,
multiplicado por el número de revoluciones.
PAR MOTOR. – Referido al torque que es capaz de desarrollar el motor como resultado le
combustión en la cámara, resulta de la presión promedio que se alcanza en la cámara de
combustión del motor la cual actúa sobre el área del pistón, generándose una fuerza, esta fuerza
al ser multiplicada por el radio del cigüeñal nos proporciona el torque o Par Motor.
El radio del cigüeñal es igual a ½ del recorrido del pistón.
CILINDRADA. - Es el volumen dado por el conjunto del cilindro del motor y el recorrido del
pistón entre los PMS y PMI, este volumen se multiplica por el número de pistones existente en
el motor para determinar la cilindrada del mismo.
TURBO COMPRESOR / INTECOOLER. - Está referido al elemento (una turbina) que logra
el ingreso de una mayor cantidad de aire (masa de aire) en el volumen del motor, este mayor
ingreso se logra a través de un incremento en la presión de admisión.
Conforme la ley general de los gases:
PV= nRT.

29
Como el volumen permanece constante (la cilindrada del motor no cambia), se puede deducir
que un incremento de la presión determinara un incremento en la masa “n” (número de moles)
y temperatura, el proceso de compresión del “turbo”, se puede considerar adiabático, pues se
realiza a gran velocidad, por lo tanto, se deduce que existe un incremento de presión y
temperatura.
Intercooler. - Como se aprecia en el párrafo anterior, el incremento de presión a V constante
determina un incremento de masa y temperatura, el Intercooler (enfriador en medio del
recorrido), permite el enfriamiento de los gases comprimidos, permitiendo que se favorezca la
entrada de mayor masa de aire a costa de un menor incremento de la temperatura del aire.
SISTEMA COMON RAIL. - Referido al sistema de dosificación de combustible (diésel en
este caso), el cual mantiene una presión constante en un depósito (riel, tubo) desde done se envía
el combustible a los inyectores, los cuales tiene un accionamiento por control electrónico,
dosificando (inyectando) a la cámara del motor el combustible necesario para la correcta
combustión.
DISTRIBUCION DOHC.- DOHC son siglas que hacen referencia a “double overhead
camshaft”, un tipo de motores en los que el árbol de levas ésta situado en la cabeza del cilindro,
pudiendo así mover directamente las válvulas.
Este tipo de motores pueden tener un sólo árbol de levas (SOHC) o bien dos árboles (DOHC).
Tradicionalmente el árbol de levas se situaba junto al cigüeñal (OHV) y accionaba un empujador
que movía un balancín que, a su vez, empujaba la válvula, la utilización de los sistemas OHC
permitió una mejora del rendimiento general del motor.
Los sistemas OHC permitieron una disminución de las masas inerciales presentes en la
distribución, pero además facilitó la implantación de los sistemas de distribución variable, tan
utilizados hoy en día.
Aunque muchos coches antiguos todavía utilizan sistemas OHV, la tendencia general hoy en
día es adoptar el diseño OHC, además los sistemas con doble árbol de levas permiten un mayor
control del motor al utilizar un árbol para la admisión y otro para el escape.

30
CONDICIONES INICIALES. - Se considera condiciones estándar de presión y temperatura
a las siguientes: Presión: 1 atmosfera
Temperatura: 0 centígrados
Para el caso de los vehículos se toma las condiciones determinadas por la NIST, National
Institute of Standards and Technology, de los Estados Unidos, según la cual las condiciones
estándar son:
Presión: 1 atmosfera
Temperatura: 20 centígrados.
Para el análisis de condiciones iniciales de un motor se toma el estándar de la NIST.
Cálculos de:
CONDICIONES INICIALES.
Cálculo de cilindrada
Relación de compresión
Rendimiento Volumétrico
Consumo especifico
CILINDRADA. –
Diámetro de Cilindros: 85mm
Recorrido de Cilindro: 96.9 mm
Volumen (o cilindrada) =

31
𝑽 𝒄𝒊𝒍 =
𝝅
𝟒
𝑫 𝟐
∗ 𝑺 =
𝝅
𝟒
∗ ( 𝟖. 𝟓 𝒄𝒎) 𝟐
∗ ( 𝟗. 𝟔𝟗 𝒄𝒎) = 𝟓𝟒𝟗. 𝟕𝟓 𝒄𝒎 𝟑
Vt = Vcil * 4 𝑽 𝒄𝒊𝒍 = 𝟓𝟒𝟗. 𝟕𝟓 𝒄𝒎 𝟑 𝑽𝒕 = 𝟓𝟒𝟗. 𝟖𝟓 ∗ 𝟒 = 𝟐𝟏𝟗𝟗 𝒄𝒎 𝟑
Relación de Compresión:
𝑟𝑐 =
𝑉𝑐𝑖𝑙 + 𝑉𝑐𝑐
𝑉𝑐𝑐
=
549.75 + 35.93
35.93
= 𝟏𝟔. 𝟑: 𝟏
Por medio de la relación de compresión (R) podemos obtener el volumen final en la cámara de
combustión:
𝑽 𝒄𝒄 =
𝑽 𝒄𝒊𝒍
𝒓 𝒄 − 𝟏
=
𝟓𝟒𝟗. 𝟕𝟓
𝟏𝟔. 𝟑 − 𝟏
= 𝟑𝟓. 𝟗𝟑 𝒄𝒎 𝟑
RENDIMIENTO TERMICO. –
El Rendimiento térmico muestra la eficiencia con que un “motor térmico” transforma el calor
en trabajo mecánico.
Un motor térmico transforma la energía térmica en trabajo (energía mecánica) de modo
continuo. El motor describe ciclos termodinámicos entre dos focos a diferente temperatura. Del
foco caliente (T1), absorbe una cantidad de calor (Q1). Parte de este calor lo transforma en
trabajo (W) y el resto (Q2) es cedido al foco a frío o de menor temperatura (T2).
El rendimiento térmico es por lo tanto la relación existente entre el trabajo producido y el calor
absorbido:

32
Determinación de trabajo en un ciclo adiabático. –
Trabajo = fuerza x Distancia (definición Física)
Para los motores térmicos que trabajan con gases tenemos que:
Presión = Fuerza/área.
Presión = presión en la cámara de combustión
Volumen de la cámara = Área de la superficie pistón x recorrido del pistón
De donde:
Trabajo= Presión x volumen
Trabajo= Presión x área x recorrido
Volumen = área x recorrido.
Trabajo= Presión x volumen
W= P x variación del volumen
𝑊 = 𝑃 𝑥 ∆𝑉 Trabajo es igual a la presión por la variación de volumen.
Proceso Adiabático Ciclo Diesel adiabático
Para determinar la presión durante el recorrido del pistón (variación del volumen) recurrimos a
la ecuación general de los gases en el proceso adiabático.

33
PV= nRT Utilizando la ecuación se dice que el trabajo es igual a la variación
de energía interna más (o menos) la variación de calor; ∆𝑈 = ∆𝑄 + ∆𝑊
Tomando en cuenta que en un proceso adiabático la variación de calor es =0 y realizando las
deducciones de cálculo matemático, tenemos que;
Donde PVϒ= Constante
ϒ= Cp/Cv (calor a presión constante/ calor a volumen constante)
ϒ= 1,4 para gases ideales
ϒ= 1,38 para gases reales
𝑟 =
𝑉𝑎
𝑉 𝑏
𝑟𝑐 =
𝑉𝑐
𝑉 𝑏
(relación de combustión o relación de corte)
Ciclo Diesel (Adiabático, isovolumétrico, isobárico)
Proceso de compresión Adiabática, se define como un proceso de compresión en el cual no hay
intercambio de calor con el medio exterior.
Por la primera ley de termodinámica, el cambio de energía interna será igual al trabajo realizado
sobre el gas, pues Q = 0
∆𝑈 = ∆𝑄 + ∆𝑊
𝑄 = 0
∆𝑈 = 𝑊
Un ciclo diésel contiene dos procesos adiabáticos, A→B y C→D, en los que no se intercambia
calor.
De los otros dos, en el calentamiento a presión constante B→C, el gas recibe una cantidad de
calor Qin del exterior igual a

34
En el enfriamiento a volumen constante D→A el sistema cede una cantidad de calor al
ambiente
El rendimiento del ciclo será entonces
Trabajo realizado
El trabajo realizado por el sistema durante un ciclo es la diferencia entre el calor absorbido y el
cedido (en valores absolutos)
El rendimiento de este ciclo Diesel lo podemos hallar como el trabajo realizado dividido por el
calor absorbido
RENDIMIENTO DEL MOTOR EN CONDICIONES DE FÁBRICA
Rendimiento en función de la temperatura:
Dado por la fórmula:
Para hallar los valores, tomamos en cuenta el grafico P-V
Para el motor Honda 2,2 I-Dtec, tenemos el estado inicial;
Va = 549,75 cc,

35
Ta=293°K, (20°C)
Pa= 103,3 Kpa (1 atm)
El número de moles:
PV= nRT
𝑅 = 0.08205746
𝑎𝑡𝑚 𝐿
𝑚𝑜𝑙 º𝐾
𝑛 =
𝑃 𝑎 𝑉 𝑎
𝑅 𝑇𝑎
𝑛 =
(1 𝑎𝑡𝑚 ∗ 0.5495 𝑙𝑡𝑠)
(0.08205746 ∗ 273 º𝐾)
n = 0,02454 moles
En el punto B:
Compresión Adiabática:
Vb = 35,93 cc
𝑻 𝒂 ∗ 𝑽 𝒂
𝜸−𝟏
= 𝑻 𝒃 ∗ 𝑽 𝒃
𝜸−𝟏
; 𝑻 𝒃 = 𝑻 𝒂 (
𝑽 𝒂
𝑽 𝒃
)
𝜸−𝟏
𝑻𝒃 = 𝑻 𝒂 (
𝑽 𝒂
𝑽 𝒃
)
𝜸−𝟏
= 293 (
0.54975
0.3593
)
(1.4−1)
= 853ºK
𝑻 𝒃 = 𝟖𝟓𝟑º𝑲
𝑷 𝒃 =
𝒏𝑹𝑻
𝑽 𝒃
; 𝑷 𝒃 =
𝟎.𝟎𝟐𝟒𝟓𝟒∗𝟎.𝟎𝟖𝟐𝟎𝟓𝟕𝟒𝟔∗𝟖𝟓𝟑
𝟎.𝟎𝟑𝟓𝟗𝟑
= 𝟒𝟕. 𝟖
𝑃 𝑏 = 47.8 𝑎𝑡𝑚 ; 1 𝑎𝑡𝑚 = 1.01325 𝑏𝑎𝑟 = 101325 𝑝𝑎𝑠𝑐𝑎𝑙
𝑷 𝒃 = 𝟒𝟕. 𝟖 𝒂𝒕𝒎 = 𝟒. 𝟖𝟒 𝑴𝒑𝒂 = 𝟒𝟖𝟒𝟑 𝑲𝒑𝒂

36
Expansión ISOBARA
Pb = Pc 𝑷 𝒄 = 𝟒𝟕. 𝟖 𝒂𝒕
El volumen viene dado por la Relación de Combustión rc .
La relación de corte está relacionada con el inicio y el final de la inyección, que sucede de B
hacia C, para los motores diésel, este valor es equivalente a 5% de la carrera del pistón esto
implica que al volumen en B se le debe aumentar el 5% del volumen total (volumen en A)
Por tanto: 𝑟𝑐 =
( 𝑉 𝑏+5%𝑉 𝑎)
𝑉 𝑏
∶ 𝑟𝑐 =
0.03593+(0.05∗0.54975)
0.03593𝑙𝑡𝑠
= 1.76
𝑟𝑐 = 1.76 ; 𝑟𝑐 =
𝑉𝑐
𝑉 𝑏
𝑣𝑐 = 𝑟𝑐
𝑉 𝑏
= 1,76
35.93
= 0.06287 𝑙𝑡𝑠 = 62.87 𝑐𝑐
𝑇𝑐 =
𝑃𝑐 ∗ 𝑉𝑐
𝑛∗𝑅
=
47.8 ∗0.06287
0.02454∗0.08205740
= 1492º𝐾
𝑻 𝒄 = 𝟏𝟒𝟗𝟐 º𝑲
Expansión Adiabática:
𝑉𝑑 = 𝑉𝑎 ; 𝑉𝑑 = 𝟓𝟒𝟗. 𝟕𝟓 𝒄𝒄
𝑇𝑑 ∗ 𝑉𝑑
𝛾−1
= 𝑇𝑐 ∗ 𝑉𝑐
𝛾−1
𝑇𝑑 = 𝑇𝑐 (
𝑉𝑐
𝑉 𝑑
)
𝛾−1
𝑇𝑑 = 1492º𝐾 ∗ (
0.06287 𝑙𝑡𝑠
0.54975 𝑙𝑡𝑠
)
1.38−1
𝑇𝑑 = 654º𝐾
𝑃 𝑑 =
𝑛𝑅𝑇
𝑉𝑑
∶ 𝑃 𝑑 = 2.23 𝑎𝑡𝑚 = 0.225 𝑀𝑝𝑎
𝑃 𝑑 =
0.02454 ∗ 0.08205746 ∗ 654
0.54975
= 𝟐. 𝟑𝟗 𝒂𝒕𝒎 = 𝟎. 𝟐𝟒𝟐𝟐 𝑴𝒑𝒂

37
Eficiencia: 𝜂 = 1 −
(𝑇𝑑−𝑇𝑎)
ϒ(𝑇𝑐−𝑇𝑏)
𝜂 = 1 −
(654−293)
1.38(1492−853)
𝜂 = 1 − (
361
881.82
) = 0.59
Eficiencia 0,59 = 59.1%
RENDIMIENTO VOLUMETRICO.
η = 1-
1
𝑟ϒ−1
(𝑟 𝑐
ϒ−1)
ϒ( 𝑟 𝑐−1)
= 1-
1
16.30,38
(
1.761.38−1
1.38(1.76−1)
) ; η = 0,61 = 61, %
Nota se puede observar que existe una diferencia entre la eficiencia a partir de las temperaturas
y la eficiencia a partir de los volúmenes, pero dicha diferencia se debe solo y exclusivamente a
los errores por redondeos
CONSUMO ESPECÍFICO. -
Referido a la relación entre la potencia obtenida por combustible utilizado.
De los datos de fábrica, se tiene que el par máximo en condiciones de fabrica es:
Par Máximo (fabrica): 350 Nm/2000 rpm
Utilizaremos el par máximo y no la potencia (N) máxima, debido a que, en el par máximo,
utilizamos todo el rendimiento posible en la cámara de combustión, y esto sucede además en
la proximidad de la relación estequiométrica.

38
Potencia para 350Nm a 2000 RPM.
Potencia = torque x velocidad angular
𝑁 =
(350 𝑁𝑚 )∗(2000 ∗2∗
𝜋
60
)
746 ( 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝐻𝑝)
𝑁 = 98.26 𝐻𝑝 (73.3 𝐾𝑤)
Consumo de combustible
Dada por la relación estequiométrica del diésel, 14,5:1
Volumen de cámara =
2199
4
= 549.75 𝑐𝑐
Masa de aire: volumen x densidad del aire a 20°C
Densidad aire = 1,2 gr/lt (según tablas termodinámicas manual del ing, químico PERRY)
Densidad Diésel= 832 gr/lt (según tablas)
Masa de aire= 549.75 cc x 0,0012 gr/cc = 0,66 gr.
Masa diésel= 0.66 /14,5= 0,0455 gr. (0,45 gr)
Consumo diésel = 0,045 gr x 2 x 2000 rpm = 180 gr/min = 10,800 gr/h=
(10,8kg/0,832kg/litro)=12,98 l/h
De donde el consumo especifico =
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 =
(10800 𝑔𝑟/ℎ)
73.3 𝐾𝑤
= 147.34 𝑔𝑟/𝐾𝑤
Consumo especifico = 147,3 gr/kw (potencia medida en el motor con par máximo a
2000 rpm).
RENDIMIENTO MECANICO:
Relación entre la energía producida y la energía aprovechada mecánicamente.

39
Consumo a 2000 rpm = 10800 gr/hora;
energía producida por el diesel = masa x calor especifico
Energía producida= 45500 Kj/Kg x 10,8 Kg = 491400KJ = 136.5 Kwh
Rendimiento mecánico= Energía utilizada/Energía Producida
Rm= 73.3 Kw/136 Kw= 0,54 = 54%.
Rendimiento General del vehículo
Al relacionar el rendimiento mecánico con el rendimiento o eficiencia térmica del motor
se obtiene el rendimiento total del vehículo.
Rendimiento total= 0,54 x 0, 59 = 0,31 = 31%
1.9. VARIACIONES CON LA ALTURA.
El análisis de los motores de combustión, nos muestran que la conversión de energía química
en energía mecánica, son resultado del incremento de presión dentro de la cámara de
combustión. Este incremento de presión es resultado del incremento de energía interna
(temperatura) la cual acorde con la ley general de los gases PV=nRT, significa un incremento
de la presión mencionada, en condiciones de variación de volumen.
La combustión resulta de la combinación de un combustible CnHm y el O2 presente en el aire;
en proporciones específicas para lograr la oxidación total del combustible, esta proporción se
conoce como relación estequiométrica y a nivel del mar y 20 °C, se considera en el orden de
14,5 gr de aire por cada gr de diésel.
El incremento de la presión en la cámara de combustión es por tanto resultado de la presencia
adecuada y suficiente de oxígeno para combinar con la cantidad de combustible. Una proporción
inadecuada produce decrementos en la temperatura a alcanzar y por tanto disminución de la
presión, sea por exceso de aire o por exceso de combustible, en ambos casos el resultado es una
pérdida de la eficiencia esperada.

40
1.10 ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL AIRE CON RESPECTO A LA
ALTURA.
El aire es una mezcla de varios gases Ver tabla sig.:
Para efectos prácticos, se considera que los componentes del aire son exclusivamente nitrógeno
y oxígeno, atribuyendo al primero las pequeñas cantidades de los otros inertes. En base molar o
volumétrica en condiciones normales (1 atm y 0 o C), las proporciones de estos elementos en el
aire se considera que son:
Oxígeno 21%, Nitrógeno 79%
En peso, las proporciones de los componentes son las siguientes:
Oxígeno 23.3%, Nitrógeno 76,7%
Para el análisis de las variaciones del funcionamiento en el motor, no se toman en cuenta los
aspectos relacionados a la fricción y otros elementos, pues estos serán constantes a cualquier
altura
Conforme la ecuación general de los gases, se puede apreciar que a diferentes presiones
atmosféricas (considerando la misma temperatura y volumen) la masa será el elemento de
análisis que variará o concretamente a diferentes presiones atmosféricas, encontramos diferentes
densidades del aire
Densidad del aire a 0°c y 1 atm= 1,29 gr/cc

41
Composición del aire O2, N2 si consideramos que el aire está compuesto por Oxigeno y
Nitrógeno solamente, entonces el total del aire, será una combinación de una fracción molar de
O2 y el complemento de N2
Así para un litro de aire las fracciones molares serán:
ρ aire= 1,29 gr/l
N2 76,7%, Masa molecular N2 = 28gr/mol → n N2= 0,0353 moles
O2 23,3%, Masa Molecular O2 = 32gr/mol →n O2 = 0,0094 moles
Puede apreciarse que la masa molecular del O2 es mayor que la masa molecular del N2 (14,3%
más pesada), de lo cual se deduce que a mayor altura existirá una menor presencia de O2 la
fracción molar de oxígeno en el aire a diferentes alturas puede ser calculada usando la siguiente
relación:
Como se observa en la figura, la fracción molar de oxígeno en el aire (XOx), disminuye con la
altitud, debido a que la molécula de oxígeno (32 g/mol), es más pesada que el aire (28.93 g/

42
mol), y la fracción molar de nitrógeno incrementa ligeramente al ser más liviana que el aire (28
g/mol)
La concentración del oxígeno en el aire disminuye con la altitud, debido a un efecto combinado
de la reducción de su fracción molar como por una disminución de la densidad debido al
incremento de volumen del aire con la disminución de la presión. La concentración del oxígeno
en el aire, se calcula a partir de la fórmula:
1.10.1. CASO DE ESTUDIO: Motor diésel Honda.
Aspectos relevantes:
Como se explicó, los elementos que tomaremos en cuenta para el análisis del comportamiento
del motor en la ciudad de Oruro, son la densidad del aire y la composición del oxígeno.
Fuente: Efectos de la altitud sobre la combustión, Carlos Velasco Hurtado. 2014
Potencia a 2000 rpm (par máximo) a nivel del mar.
Potencia:
P= 98,26 HP. (73,3Kw)
Vol aire/cilindro:
Vcil = 549.75 cc
Masa de aire:

43
Masa de aire= 549.75 cc x 0,0012 gr/cc = 0,66 gr.
Masa diésel= 0.66 /14,5= 0,0455 gr. (rel. estequiométrica)
Calor Combustión Diesel: 45500 KJ/kg
Energía/hora= 45500kJ/kgr x 0,000045 gr x 2 x 2000 x 60= 496860 KJ/hora
496860 KJ/hora = 138,5Kw/h.
Eficiencia en condiciones de fábrica: (potencia motora, Pag 36 “consumo especifico”)
Potencia motora/ potencia combustible =
73.3 𝐾𝑤
135.5 𝐾𝑤
= 0.531 = 53.1%
Masa de O2/cilindro a 20°C = 1,2 gr/l x 0,549.75 Lts x 21% = 0,1386 gr de O2
(** 21%extrapolado de la tabla de concentraciones pag 40)
Lo que implica que por 0,0455 gr de Diesel se requiere 0,1386 gr de O2
Densidad del aire en Oruro, 3735 msnm: 0,74gr/l a 20°C
Masa de O2 /litro = 0,2 x 0,74 gr/l = 0,148 gr/l
Potencia esperada a 2000 rpm:
Vol de aire/ cil= 0,54975 lts
Masa de aire = 0,54975 lt x 0,74gr/lt= 0,407 gr.
Masa O2 = 0,407 x 0,2 = 0,081 gr.
Masa de Diesel para 0,081 gr de O2 = 0,081/0,1386 x 0,0455= 0,0266 gr.
Energía de combustión esperada:
Energía/hora= 45500kJ/kg. x 0,0266 gr x 2 x 2000 x 60= 290472,0 KJ/hora
290472,0 KJ/hora = 80,68 Kw/h.
Comparación potencia en condiciones de fábrica:
80,68/ 138,5 = 0,5825 = 58,25 % (una disminución del 41,7%)
Incremento de masa por acción del turbo.

44
Para compensar la masa perdida por caudal de la densidad, será necesario inyectar una masa en
la siguiente relación:
1,2 gr/lt / 0,74 gr/lt = 1,62, esto es 62 % más de aire.
En relación a la presión, el turbo debería compensar inyectando constantemente aire a una
Presión superior en 62 %, más de lo que inyecta en condiciones de fabrica lo cual implica:
P compensación = P Oruro x 1,62 = 0,637 atm x 1,62 = 1,031 atm
Nota: se puede apreciar que, por causa del comportamiento de los gases, la presión es
ligeramente superior a la presión a nivel del mar
Masa de O2 con la compensación de 1,62
La fracción de O2 presente en Oruro, es menor que la presente a nivel del mar.
Si tomamos en cuenta que por pistón se obtiene 0,1 gr de O2 , aplicando el factor de 1,62
Se obtendrán solamente 0,162 gr de O2 por pistón lo cual es en un 5% al requerimiento de
oxígeno para llegar a la potencia obtenida a 2000 rpm a nivel del mar.
Por tanto, se debe incrementar más aun la relación de masa volumen en el cilindro, para
compensar las pérdidas por altura.
De tal forma que la presión ideal de compensación debe ser de 1,70.
De tal forma que la presión ejercida por el turbo debe ser de:
P turbo= POrurox 1,62= 0,637 x 1,62= 1,031 atm.
Consideraciones de la mezcla estequiométrica en motor inyección electrónica Comon Rail.
El incremento de presión, no garantizaría un incremento de potencia en un motor Diesel de
inyección mecánica, sin embargo, los sistemas de inyección electrónica, a través de los sensores,
están modificando constantemente la cantidad de diésel a ser inyectada, por lo cual se obtiene
normalmente la relación ideal aire combustible.

45
1.11. CONSIDERACIÓN FINAL.
Como se ha podido demostrar, las variaciones de la potencia rendimiento, en un motor Diesel,
relacionadas con la altura, tiene que ver única y exclusivamente con la densidad del aire, o más
precisamente con la cantidad de oxígeno de la que se puede disponer en la cámara de
combustión.
En un Vehículo (motor) Diésel que es puesto en marcha en Oruro u otras zonas altas, solo es
necesario considerar la cantidad de oxígeno efectiva con la que se cuenta dentro de la cámara
de combustión. Teniendo en cuenta la formulación matemática de la variación de densidad,
presión y concentración de O2 en el aire, se debe realizar los ajustes necesarios para obtener las
condiciones de presión y temperaturas similares a las condiciones de fábrica
Las variaciones del porcentaje de oxígeno en el aire, así como la densidad del mismo a diferentes
alturas, pueden ser compensadas con el aumento de presión dentro de la cámara.
La única modificación que se debe realizar para que el motor funcione en Oruro de forma similar
a la que tiene en condiciones de fábrica, es la regulación del turbo.
Dado que este vehículo con motor Honda 2,2 I-Dtec viene equipado con un turbo de geometría
variable, es relativamente sencillo realizar la modificación del mismo para que logre comprimir
aire con una mayor presión que la original. Esta modificación es del orden del 70%
La modificación consiste en desmontar el turbo y permitir que, en una empresa dedicada al
ajuste de turbos, se realice el ajuste de apertura y cierre de las válvulas controladoras del turbo,
para luego ser montado nuevamente en el motor Honda.

46
BIBLIOGRAFÍA:
1. Botta, Draghi, Jorajuría “Los tractores agrícolas”.. Secretaria de Extensión Universitaria,
Departamento de Publicaciones e Imprenta. UNLuján. ISBN 987-9285/11/5. marzo
2004. (Disponible en Biblioteca Central de la Facultad)
2. De Simone Mario, Draghi Laura, Hilbert Jorge y Jorajuría Daniel Collazo “El tractor
agrícola. Fundamentos para su selección y uso”.. Ediciones INTA. 2006. (Disponible en
Biblioteca Central de la Facultad)
3. Stevenazzi. Cesarini Hnos “Máquinas Térmicas”. Ediciones. (Disponible en Biblioteca
Central de la Facultad).
4. Jiménez Espadafor. Sección de publicaciones ETSI Universidad de Sevilla, 2009
5. https://mecanicabasicacr.com/motor/conduccion-en-altura-resta-rendimiento-al-
motor.html
6. https://www.carfolio.com/specifications/models/car/?car=172436&l=es
7. Mis apuntes de clase de rendimiento en UDI.
8. Termodinámica: Yunus A Cengel Michael A Boles 6ª edición

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