MAQUINAS TERMICAS.

PROBLEMAS COMPLEMENTARIOS

4.1 Un motor ciclo Otto 4T, de 4 cilindros, con una relación de compresión rc =9, consume 0.025g de gasolina por ciclo, con un poder calorífico inferior de 10,400 y trabaja a una velocidad de 3000 rpm. Calcular:[pic 1]

a) La eficiencia termodinámica  del ciclo nt = (%)

b) La potencia teórica total del motor Nt (CV,  kW)

Datos:[pic 2]

Motor Otto 4T

i= 4 cilindros

rc = 9

Cc= 0.025g

PCI =10400[pic 3]

n = 3000 rpm

Solución:

1. nt = 1- = 1- = 0.5847[pic 4][pic 5]

                       nt = 58.47%

1. Qs= Cc x PCI= (0.025x1Kg) (10400) = 0.26 Kcal[pic 6][pic 7]

nt = [pic 8][pic 9]

Qu= nt Qs = (0.5847)(0.26Kcal)= 0.1520 Kcal

Wu= J*Qu = (427 = 64.904 Kg-m[pic 10]

Nt=  = = 21.6346 CV =16.74 KW[pic 11][pic 12]

Como es de 4 cilindros se multiplica por 4

21.6346 CV *4= 86.53 CV

16.74 KW*4= 66.96 KW

4.2 Se tiene un motor ciclo Otto 4T mono cilíndrico, de cabeza cuadrada (L=D) que trabaja al nivel del mar. Sabiendo que quema 0.3g de combustible AT=15.2 calcular las dimensiones del cilindro (diámetro y carrera)

Datos:[pic 13]

AT=15.2

C.c=0.3g=kg[pic 14]

Pa=1kg/[pic 15]

Ta=30°C=303°K

R=2927 kg-cm/kg°K

L=D=?

Solución:

C.c=ma/ATma=C.c*At=[pic 16][pic 17]

ma=[pic 18]

V=[pic 19]

4.3.- Se tiene un motor ciclo Otto 4t, mono cilíndrico que trabaja a nivel del mar y entrega una potencia  teórica de 120 CV a 3000 rpm. Si del motor escapan 4g de gases en cada ciclo y la presión disminuye 4.9 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 nt (%).

Datos[pic 20]

Ciclo Otto 4T

i = 1

Pa = 1 [pic 21]

Ta = 30˚C =303˚K

Nt = 120Cv

n = 3000 rpm

T5 = 4.9T2

m5 = 4g

Solución:

Nt= = Wu =  = = 360 Kg-m[pic 22][pic 23][pic 24][pic 25]

Wu = J*QuQu=  =  = 0.8430Kcal[pic 26][pic 27][pic 28]

T2=T1=Ta

T5= 4.9 (T2)= 4.9 (303˚K) =1484.7[pic 29]

 =P5 =  =  = 4.9[pic 30][pic 31][pic 32][pic 33][pic 34]

Qp= (m5)(Cv)(T2-T5)

Qp= (4x10-3kg)(712[pic 35]

Qp= -3365.4816 J (=-0.8037Kcal[pic 36]

Qu = Qs + Qp

Qs = Qu – (-Qp)

Qs = 0.8430 – (-0.8037)

Qs= 1.6467Kcal (= 6894.7329 J[pic 37]

nt=  = =0.5119 = 51.19%[pic 38][pic 39]

4.4 Se tiene un motor ciclo Otto 4T mono cilíndrico, con un volumen activo de 1600  que trabaja al nivel del mar, con una relación de compresión.2 y velocidad de rotación n=4000 rpm. Durante el proceso de combustión eleva su temporada en 5 veces calcular:[pic 40][pic 41]

1. Las masas (kg) [pic 42]
2. El calor útil Qu (kcal)
3. La potencia teórica total del motor Nt (CV y KW)
4. La eficiencia termodinámica del ciclo [pic 43]

Datos:

Va=1600 [pic 44]

[pic 45]

Pa=1kg/[pic 46]

Ta=30°C=303°K

R=2927 kg-cm/kg°K

Cv=712 J/kg°K

Solución:

ma=[pic 47]

[pic 48]

[pic 49]

[pic 50]

[pic 51]

=303°K[pic 52]

=303°K[pic 53][pic 54]

Pero como en la combustión la temperatura se eleva 5 veces entonces se multiplica por 5 [pic 55]

 =(5)=3515.1039°K[pic 56][pic 57]

+[pic 58][pic 59]

4113.5265j=0.9824kcal[pic 60]

.5589 kcal[pic 61]

Wu=J*Qu=427 kg-m/kcal*0.5589kcal=238.6868 kg-m

Nt== = 106.0830CV/1.36 = 78.0022KW[pic 62][pic 63]

[pic 64]

4.5 Un motor ciclo Otto 4T, mono cilíndrico, trabaja en condiciones atmosféricas Ta=20ºC y Pa = 0.8. Produce 36,000 kg-cm de trabajo útil a 3600 rpm. Si del motor escapan 4.5 g de gases en cada ciclo y la temperatura se abate 5.2 veces en el momento de abrirse la válvula de escape, calcular: [pic 65]

a) El calor suministrado (en Kcal).[pic 66]

b) La potencia teórica (en CV).

Datos:

motor ciclo otto 4T

monocilindrico i=1

ta=20°c

pa=0.8[pic 67]

Wu= 36,000kg-cm

m3 = 4.5 g

n = 3600 rpm

T5 = 5.2T2

Solución:

Wu = J. Qu

Pero si despejamos Qu: 

Convirtiendo

36000 kg-cm = 360 kg-m[pic 68]

Qu =  = [pic 69][pic 70]

Qu = 0.8430 kcal.

Calculando la potencia teórica:

Nt =  =  = 144 CV[pic 71][pic 72]

m2 = m3 = m4 = m5 =4.5[pic 73]

Ta = T1 = T2 = 20ºC = 293ºK

T5 = 5.2T2

T5 = 5.2(293ºK)

T5 =1523.6ºK

Qp = mCv(T2 – T5)

Qp = (4.5kg)(0.17)(293ºK-1523.6ºK)[pic 74]

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