El estudiante a través de estos cálculos identificará las condiciones estacionarias del motor, además determinará que condiciones dinámicas se requieren para poder realizar los cálculos dinámicos del motor.

1. LABORATORIO:CÁLCULOS ESTACIONARIOS DE MOTOR
Diseñado por: Ing. M.Sc. Edisson Paguatian
PARÁMETROS DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
Objetivo general: Desarrollar los cálculos primarios de motor en estado
estacionario
Objetivos específicos:
 Analizar cada uno de los cálculos e intercompararlos con la presentación para
determinar ¿Cuales se pueden realizar y porque?
 Realizar los cálculos seleccionados en el motor asignado.
 Determinar ¿Qué cálculos NO se pueden realizar y porque condiciones NO
pueden ser realizados?.
 Especificar con los cálculos que no se pueden realizar cuales serían las
condiciones dinámicas para realizarlos.
Cilindrada unitaria:
Vh=πD24s
Vh=Volumen del cilindro cilindrada unitaria (m3
)
D=Diámetro del cilindro (m)
s=Carrera (m)
Cilindrada total:
VH=Vh.i
VH=Cilindrada total (m3
)
i=Número de cilindros
Relación de compresión:
ε=Vh+VcVc
ε=Relación de compresión
Vc=Volumen de la cámara de combustión (m3
)
Volumen total del cilindro:
Va=Vh+Vc
Va=Volumen total del cilindro (m3
)
Carrera del pistón:
s=2r r=Radio del cigüeñal (m)

2. CICLO OTTO (Volumen constante)
Calor suministrado:
q1=Cv(Tz-Tc)
q1=Cantidad de calor suministrado KJ/Kg
Cv=Calor específico a volumen constante 0,718 KJKg.°K
Tz=Temperatura de combustión (°K)
Tc=Temperatura de compresión (°K)
Calor extraído:
q2=Cv (Tb-Ta)
q2=Cantidad de calor extraído KJKg
Ta=Temperatura de admisión (°K)
Tb=Temperatura de expansión (°K)
Trabajo del ciclo:
Qc=q1-q2
QC=Trabajo del ciclo KJKg
Eficiencia térmica:
ηt=1-q2q1=1-Tb-TaTz-Tc
ηt=1-1εk-1
t=qcq1
ηt=Eficiencia térmica
K=Coeficiente adiabático
Temperatura de compresión:
Tc=TaVaVck-1=Taεk-1
Temperatura de combustión:
Tz=TcPzPc=λTc=λεk-1Ta
Temperatura de expansión:
Tb=TzVzVbk-1=TzVcVak-1= Tz1εk-1=λTa

3. LABORATORIO:CÁLCULOS ESTACIONARIOS DE MOTOR
Presión media del ciclo:
Pmc=Paεk(λ-1)ε-1(k-1)ηt Pmc=Presión
media del ciclo (Pa) Pa=Presión de
admisión(Pa) λ=Grado de elevación de
la presión
CICLO DIESEL (Presión constante)
Calor suministrado:
q1=Cp(Tz-Tc) Calor
extraído:
q2=Cv(Tb-Ta)
Relación de compresión:
ε=VaVc
Grado de expansión previa:
ρ=VzVc=TzTc
ρ=Grado de expansión previa
Eficiencia térmica:
ηt=1-q2q1=1-Cv(Tb-Ta)Cp(Tz-Tc)
ηt=1-1εk-1×ρk-1k(ρ-1)
Cp=Calor específico a presión constante 1,005 KJKg.°K
Presión media del ciclo:
Pmc=Paεkk(ρ-1)ε-1(k-1)ηt
Relaciones:
CvCp=1k
CICLO MIXTO (Presión y volumen constante)
Calor aportado:
q1=q1'+q1''=CvTz'-Tc+CpTz-Tz' q1'= Calor aportado a

4. volumen constante KJKg
q1''= Calor aportado a presión constanteKJKg
q1=CvTcTzTc-1+CpCvTz'TcTzTz'-1
q1=CvTcλ-1+kλ(ρ-1)
Donde: Tc=Taεk-1
Grado de expansión previa:
ρ=VzVz'=TzTz' Calor
extraído: q2=Cv(Tb-Ta)
Eficiencia térmica:
ηt=1-q2q1=1-Cv(Tb-Ta)CvTcλ-1+kλ(ρ-1)
ηt=1-1εk-1λρk-1λ-1+kλ(ρ-1) Presión
media efectiva: Pmc=Paεkλ-
1+kλ(ρ-1)ε-1(k-1)ηt FORMACIÓN DE
LA MEZCLA: Coeficiente de
exceso de aire: α=ll0
α=0,85 a 1,15 M.G.
α=1,3 a5 M.D.
α=Coeficiente de exceso de aire
l=cantidad real en masa de aire que toma parte en la combustión de 1kg de
combustible
l0=cantidad teórica necesaria (Kg)
CÁLCULO DE TIEMPOS DEL MOTOR:
ADMISIÓN:
Cantidad máxima en masa de aire:
G0=Vaρ0
G0=Cantidad máxima en masa de aire (Kg)
Va=Volumen total del cilindro (m3) ρ0=Densidad

5. LABORATORIO:CÁLCULOS ESTACIONARIOS DE MOTOR
del aire a P y T ambiente Kgm3
Pérdidas de presión:
ΔPa=Pc-Pa=(1+ξ0)Wad22ρ0
ΔPa=1+ξ0Wad22gγ0kgfm2
ΔPa=Pérdidas de presión (Pa) Pc=Presión
de sobrealimentación (Pa) Pa=Presión al
final de admisión (Pa) Po=Presión
ambiente (Pa) ξ0=Coeficiente de
resistencia
Wad=Velocidad media del movimiento del aire en la sección de paso de la
válvula 45 a 70 m/s
Sin sobrealimentación:
Pc=Po ρc=ρo
Pa=Pc-ΔPa
Pa=(0,8 a 0,9)Po
Densidad del aire al final de admisión:
ρa=PaRTo ρa=PaPoρo ρ0=Densidad del aire a P y T
ambiente Kgm3 ρa=Densidad del aire al final de
admisión Kgm3
Masa de la carga en admisión:
G= ρaVa=ρoVaPaPo
G=Masa de la carga a Pa, Ta y ρa (Kg)
Temperatura de la carga al finalizar el llenado:
To'=To+ΔT
To'=Temperatura de la carga al finalizar el llenado (°K)
ΔT=Diferencia de temperatura de la carga (°K)
To=Temperatura ambiente (°K)
Disminución de la masa de carga debido a las resistencias

6. hidráulicas:
ΔG= Go-G= ρoVo-ρoVoPaPo
ΔG= ρoVo1-PaPo ΔG=ρoVa1-PaPoTaTo
ΔG=Disminución de la masa de carga debido a resistencias hidráulicas (Kg)
Densidad de la carga al terminar admisión:
ρ=PaRTa ρ=ρoPaPoToTo'
ρ=Densidad de la carga al terminar admisión Kgm3
R=constante universal de los gases 287JKg.°K
Cantidad de carga admitida:
G'=ρoVaPaPoToTo'
G'=Cantidad de carga admitida (Kg)
Coeficiente de gases residuales:
γres=MrM1
γres=Coeficiente de gases residuales
γres=0,06 a 0,10 MG
γres=0,03 a 0,06 MD
γres=0,4 M 2 tiempos
Mr=Cantidad de gases residuales (kmol)
M1=Cantidad de carga fresca (kmol)
Temperatura al final de la admisión:
Ta=To+ΔT+γresTr1+γres
Ta=Temperatura de la mezcla al final de la admisión (°K)
Tr=Temperatura gases quemados (°K)
Tr=900 a 1000°K MG
Tr=700 a 900°K MD
Pr=1,1 a 1,25 bar Presión al final de escape
Cantidad de calor que aporta la carga fresca tomando en cuenta el
calentamiento con la pared:

7. LABORATORIO:CÁLCULOS ESTACIONARIOS DE MOTOR
Qcf=cpG1(To-ΔT)
Qcf=Cantidad de calor que aporta la carga fresca tomando en
cuenta el calentamiento con la pared(KJ)
G1=Cantidad real de carga fresca que entra al cilindro (Kg)
Cantidad de calor que conservan los gases residuales:
Qr=cp''GrTr
Qr=Cantidad de calor que conservan los gases residuales (KJ)
cp''=Capacidad calorífica de los productos de la combustión a P=cte.KJKg.°K
Gr=Cantidad de gases residuales (Kg)
G1+Gr=PaVaRmTa
Cantidad de calor al mezclarse carga fresca con gases residuales:
Qm=cpm(G1+Gr)Ta
Qm=Qcf+Qr
Qm=Cantidad de calor al mezclarse carga fresca con gases residuales (KJ)
Coeficiente de llenado:
nv=G1Go
nv=Coeficiente de llenado
Go=Cantidad de carga fresca que podría entrar al cilindro (Kg)
nv=PaVaRmTaRoToPoVh11+γres
nv=εε-1PaPoToTa(1+γres) nv=εε-1PaPoToTo+ΔT+Trγres)
Cantidad de carga fresca que podría entrar al cilindro:
Go=PoVhRoTo
Ro=Constante universal de los gases KJKg.°K
Rm=Constante de gases para la mezcla de gases residuales KJKg.°K
Con sobrealimentación: To=Tc

8. Sin tomar en cuenta relleno y soplado: ρ1=ρ2=1
γres=To+ΔTTrPrεPa-Pr
COMPRESIÓN:
Relación de compresión:
ε=VaVc
Va=Volumen al final de admisión o inicio de compresión (m3)
Vc=Volumen al final de compresión (m3)
Presión al final de compresión:
Pc=PaVaVcn1
Pc=Paεn1
Pc=Presión al final de compresión (Pa)
n1=constante politrópica ≈1,34
Temperatura al final de compresión:
Tc=Taεn1-1
Presión máxima del ciclo:
Pz=βPcTzTc
PzPcVzVc=M2+MrM1+MrTzTc=βTzTc
β=Coeficiente real de variación molecular
β=1,06 a 1,08 MG
β=1,03 a 1,06 MD
Pz1=Presión máxima del ciclo (Pa)
Presión máxima real:
Pz1=0,85 Pz
Pz1=Presión máxima real (Pa)
Grado de elevación de la presión:
λ=PzPc
Grado de expansión previa:

9. LABORATORIO:CÁLCULOS ESTACIONARIOS DE MOTOR
ρ=VzVc
En el ciclo mixto:
ρλ=βTzTc
EXPANSIÓN:
Presión al final de expansión:
Pb=PzVzVbn2
Pb=Presión al final de expansión (Pa)
n2=Coeficiente politrópico
n2=1,23 a 1,30 MG n2=1,18 a
1,28 MD
Grado de expansión:
δ=VbVz δ=ε= VbVz= VaVc=(MG)
δ=Grado de expansión
Presión al final de expansión:
Pb=Pzεn2
Temperatura al final de expansión:
Tb=Tzδn2-1
Tb=Tzεn2-1