MMAA 2

La ecuación de movimiento de un vehículo terrestre se puede representar como: W_in = W_a + W_ep + (½m·v²) + [Σ(I_w·ω²)] De ella se puede decir que: La variable dependiente de la ecuación es la velocidad del vehículo. En un punto de equilibrio a velocidad constante, del segundo miembro de la ecuación son nulos los términos segundo, tercero y cuarto. El primer miembro de la ecuación es el trabajo realizado por el motor en cada ciclo de operación.

En el segundo miembro, los términos tercero y cuarto son proporcionales, ya que la velocidad de giro de las partes móviles es proporcional a la velocidad del vehículo. Se puede decir que: La constante de proporcionalidad depende del desarrollo (marcha) del vehículo. La constante de proporcionalidad depende de la pendiente de la carretera. En marchas largas, ambos términos pueden ser del mismo orden de magnitud.

El primer término del segundo miembro representa la potencia disipada por resistencia aerodinámica. De este se puede decir que: Depende del cuadrado de la velocidad del vehículo. Es siempre pequeño frente al término de variación de energía potencial. Siempre se opone al desplazamiento del vehículo respecto al aire.

Se quiere propulsar una locomotora con un motor Diesel, teniendo como objetivo en un trayecto horizontal una velocidad máxima de 250 km/h y una aceleración a 100 km/h de 0,4 m/s². Los datos del convoy que ha de arrastrar son: Masa Total equivalente: 300 Tn, Altura/anchura: 3 m/4 m. Si la densidad ambiente es de 1,2 kg/m³ y se desprecian pérdidas por rozamiento, la potencia mínima que ha de desarrollar el motor es de aproximadamente: 2.400 kW. 3.500 kW. 5.000 kW.

Un vehículo terrestre equipa un motor con una potencia máxima de 200 kW, y con ella alcanza una velocidad máxima de 270 km/h con un rendimiento total del 25%. ¿Qué distancia podrá recorrer en esas condiciones con 40 kg de un combustible con poder calorífico inferior de 44 MJ/kg?. 165km. 330km. 495km.

El esquema geométrico básico de la cadena cinemática de un motor alternativo es el sistema biela-manivela normal. Identificando sus componentes, se puede decir que: El cigüeñal tiene un movimiento rotativo, el émbolo lineal y la biela un movimiento más complejo. El cigüeñal tiene un movimiento rotativo y el émbolo y la biela lineal. El cigüeñal y la biela tienen un movimiento rotativo y el émbolo lineal.

En un motor Otto de cuatro tiempos y seis cilindros, si el cigüeñal gira a 4000 rpm: Se tardan 30 ms en completar un ciclo. Hay una chispa, por tanto una combustión, cada 7,5 ms. Hay una chispa, por tanto una combustión, cada 30 ms.

En los ciclos ideales estudiados en clase, el proceso de combustión: Se simula con un proceso de adición de calor en las proximidades del punto muerto superior. Se simula con un modelo de dos zonas, estando la de productos de combustión separada de la de reactantes mediante una zona de transición de espesor del mismo orden de magnitud que el diámetro de émbolo. Se produce siempre a volumen constante en el punto muerto superior.

En el modelo de ciclo ideal dual, repartiendo el aporte de calor a volumen constante y a presión constante, siendo el calor total aportado constante: El rendimiento aumenta cuando se aporta más calor a volumen constante, llegando al límite de que el mayor rendimiento se tendrá en el ciclo Otto, con todo el calor aportado a volumen constante. El rendimiento aumenta cuando se aporta más calor a presión constante, llegando al límite de que el mayor rendimiento se tendrá en el ciclo Diesel, con todo el calor aportado a volumen constante. El rendimiento solo depende de la cantidad total de calor aportado, no de cómo se reparte en los dos procesos.

La ley de calor aportado de un ciclo real es la llamada Ley de Wiebe, con forma de "S". En un ciclo Otto ideal, la ley de calor aportado es: Una curva que presenta un máximo aproximadamente en el punto muerto superior. Es una ley lineal entre el comienzo y el final del aporte de calor. Una función escalón con éste en el punto muerto superior.

El pasar de modelos ideales a modelos reales con leyes de aporte de calor incrementa el grado de complejidad de las ecuaciones del ciclo debido a que: Las leyes de aporte de calor son funciones complejas que dependen de gran cantidad de parámetros. Es complejo relacionar el momento de salto de chispa con el inicio real del proceso de combustión. La formulación del ciclo ya no se realiza con ecuaciones algebraicas, sino con una ecuación diferencial de primer orden.

En el modelo de combustión explicado en clase, se considera que hay dos zonas, una ocupada por los reactantes y otra por los productos. En ellas se considera. La presión en la zona de productos es mayor que en la de reactantes. La temperatura es homogénea en toda la cámara, como en el ciclo real. La temperatura en la zona de productos es mayor que en la de reactantes.

En un motor Diesel, la reacción química de combustión: Precisa del aporte de energía que da la bujía. Presenta un frente de llama aproximadamente esférico. Comienza siempre con los componentes en fase gaseosa.

En el modelo de combustión estudiado en clase, la llama en un motor Otto se supone como: Una estructura bidimensional que se desplaza por la cámara de combustión con el vector de velocidad normal a su superficie. Una estructura bidimensional plana que se desplaza por la cámara de combustión a una velocidad que solo depende de la composición de los gases. No presenta un frente claramente definido, sino que tiene una estructura volumétrica tridimensional.

El avance al inicio de la combustión en un ciclo Otto real con deposición de calor: Es una de las causas de pérdida neta de trabajo, ya que el trabajo realizado por el émbolo hasta que llega al PMS aumenta. Está relacionado con los ángulos de apertura y cierre de válvulas. Tiene muy poca influencia en el rendimiento.

De los productos de una combustión ideal de un hidrocarburo con oxígeno se puede decir que: Se ha de tomar la hipótesis de que están en equilibrio químico. La concentración de CO aumenta si aumenta el dosado de la mezcla. Están formados exclusivamente por CO₂ y H₂O.

En el modelo de combustión estudiado en clase se toma la hipótesis de que los productos de la combustión están en equilibrio químico. Esto quiere decir que: El tiempo característico de las reacciones químicas entre ellos es mucho mayor que el tiempo de residencia en la cámara. El tiempo de duración de la combustión es muy pequeño frente al tiempo que dura el ciclo. El tiempo característico de las reacciones químicas entre ellos es mucho menor que el tiempo de residencia en la cámara.

El dosado estequiométrico de una reacción de combustión se define como. La proporción entre combustible y aire que consigue que en la combustión real los productos sean únicamente CO₂ y H₂O. La proporción entre aire y combustible que consigue la mayor potencia. La proporción entre combustible y aire para que idealmente todo el combustible reaccione con todo el oxígeno para formar CO₂ y H₂O.

El fenómeno de transferencia de calor entre gases de la cámara y el bloque: Ha de tenerse en cuenta en modelos medianamente complejos ya que representa aproximadamente el 15% del calor liberado por el combustible. Ha de tenerse en cuenta en modelos medianamente complejos ya que representa aproximadamente el 40% del calor liberado por el combustible. Suele despreciarse en modelos de cálculo ya que es mucho más pequeño que otros intercambios energéticos en el motor.

El coeficiente de transferencia de calor por convección desde los gases hacia el bloque del motor durante el proceso de compresión es del orden de: Centenares de W/m²K. MW/m²K. mW/m²K.

La válvula de admisión suele cerrar entre 40º y 70º después de que el émbolo haya pasado por el punto muerto inferior debido a que: Existe un retraso entre el movimiento del fluido en el colector y el movimiento del émbolo, por lo que aunque el émbolo comience a subir pueden seguir entrando gases en el cilindro. El diseño del árbol de levas impone aceleraciones en la leva muy elevadas con los consiguientes esfuerzos en el empujador, y cerrar en el PMI induciría esfuerzos superficiales muy elevados. Cuanto más ángulo esté abierta la válvula mayor cantidad de gases entrarán en la cámara.

En la primera etapa del proceso de escape en un motor de cuatro tiempos, llamada escape espontáneo, suele ocurrir que: Apenas sale masa del cilindro, ya que casi todo el gasto por la válvula de escape se produce cuando el émbolo está ascendiendo durante la carrera de escape. Debido a las altas presión y temperatura que hay en el cilindro, se puede producir la autoignición de la mezcla, fenómeno que se denomina detonación. La válvula de escape permanece bloqueada, ya que la presión en el cilindro al final de la expansión es bastante elevada.

Durante el proceso de renovación de carga, ¿se puede producir el bloqueo sónico de alguna válvula?. En la de admisión si el régimen de giro es pequeño, al inicio del proceso. En la de admisión si el régimen de giro es alto. En la de escape en la mitad de la carrera de escape, cuando la velocidad del émbolo es mayor.

El régimen de giro de un motor alternativo suele estar limitado por: En Otto por el proceso de combustión, ya que el frente de llama tiene un límite de velocidad de desplazamiento. En Otto por el proceso de inyección y en diésel por la resistencia mecánica de los componentes. En Diesel por el proceso de combustión, ya que a alto régimen algunos procesos ocupan un ángulo de giro de cigüeñal demasiado alto.

En un motor alternativo, con ángulos de apertura y cierre de válvulas estándar, se puede decir que: La admisión siempre dura menos que el escape. Siempre que el émbolo pasa por el Punto Muerto Inferior hay una válvula abierta. El cruce de válvulas ayuda siempre a la renovación de carga.

La ecuación de movimiento simplificada de un vehículo terrestre se puede representar como: W_in = W_a + W_ap + (½m·v²) + [Σ(I_w·ω²)] Los dos últimos términos son la energía cinética de traslación del vehículo y de rotación de las partes giratorias del motor, respectivamente. De ellos se puede decir que: Son del mismo orden de magnitud en marchas cortas, con baja velocidad del vehículo y alta del motor. Son del mismo orden de magnitud en marchas largas, con alta velocidad del vehículo y alta del motor. Nunca son del mismo orden de magnitud, la del vehículo siempre es muy superior a la del motor.

El segundo término del segundo miembro representa la variación de energía potencial. De este se puede decir que: Es siempre positivo o nulo, ya que la variación de altura va con valor absoluto. Es siempre pequeño frente al término de resistencia aerodinámica. Puede haber alguna situación de funcionamiento, en régimen estacionario, en la que la potencia desarrollada por el motor sea nula y este término compense la resistencia aerodinámica.

La relación de compresión de un motor alternativo es: La relación entre la presión máxima de ciclo y la presión ambiente. La relación entre el volumen máximo y el volumen mínimo de la cámara de combustión. La relación entre la cilindrada y el volumen mínimo de la cámara de combustión.

El esquema geométrico básico de la cadena cinemática de un motor alternativo es el sistema biela-manivela normal. Identificando sus componentes, se puede decir que: La biela conecta el eje del cigüeñal con el émbolo. En la muñequilla se articulan la biela y el émbolo. La manivela es el brazo del cigüeñal y conecta el eje de giro con la muñequilla.

Se dispone de un motor alternativo que está acoplado a un generador eléctrico que tiene un rendimiento total (de combustible a electricidad) del 40% y usa un combustible con un poder calorífico de 40 MJ/kg que cuesta 1 €/kg. Si el generador se usa para cargar las baterías de un vehículo eléctrico y este consume 20 kWh cada 100 km, el coste por km recorrido del automóvil es: 4,5 céntimos. 2,2 céntimos. 1,1 céntimos.

En un motor Diesel, la reacción química de combustión. Precisa del aporte de energía que da la bujía. Presenta un frente de llama aproximadamente esférico. Comienza siempre con los componentes en fase gaseosa.

La velocidad del frente de llama de un motor Otto tiene un valor típico de: 10 cm/s. 10 m/s. 1.000 m/s.

Un motor Otto gira a 6.000 rpm. Se puede decir que: El proceso de admisión dura aproximadamente 6 milisegundos. La combustión dura aproximadamente 10 milisegundos. Durante la expansión, que dura unos 5 milisegundos, se puede despreciar la transferencia de calor con las paredes.

En un ciclo Diesel dual: El rendimiento aumenta al aumentar la relación de compresión. Todo el calor se aporta a volumen constante. A igualdad de calor aportado, es preferible aportar más a presión constante que a volumen constante.

En un ciclo Otto ideal como el estudiado en clase, con aporte de calor a volumen constante, se supone que dentro del cilindro: El modelo es cerodimensional, es decir, se renuncia a conocer la variación espacial de las variables termo-fluidodinámicas y se trabaja con sus valores globales. El campo de presiones no es uniforme, siendo mayor la presión en la zona de productos de combustión. Existen gradientes de temperatura espaciales importantes debido a la transferencia de calor con las paredes de la cámara.

El pasar de modelos ideales a modelos reales con leyes de aporte de calor incrementa el grado de complejidad de las ecuaciones del ciclo debido a que: Las leyes de aporte de calor son funciones complejas que dependen de gran cantidad de parámetros. Es complejo relacionar el momento de salto de chispa con el inicio real del proceso de combustión. La formulación del ciclo ya no se realiza con ecuaciones algebraicas, sino con una ecuación diferencial de primer orden.

Una deposición de calor que sigue una ley de Wiebe: Da más peso a la parte de adición a volumen constante que en un modelo de ciclo dual. Considera una ley de aporte continua y derivable, no como la del ciclo Dual. Solo es válida para motores Otto, ya que en Diesel la premezcla es demasiado rápida para ser modelada con una función continua.

En un motor que consigue una combustión perfecta con una mezcla pobre, los gases de escape están compuestos por: CO₂, CO y H₂O. CO₂, CO y H₂O. CO₂, H₂O, N₂ y O₂.

El dosado estequiométrico de una reacción de combustión se define como: La proporción entre aire y combustible para que idealmente todo el combustible reaccionara con todo el oxígeno para formar CO₂ y H₂O. La proporción entre aire y combustible que consigue que en la combustión real los productos sean únicamente CO₂ y H₂O. La proporción entre aire y combustible que consigue el mayor rendimiento del motor.

En el modelo de combustión descrito en clase, sin transferencia de calor con las paredes: Los reactantes siguen una evolución isoterma, aumentando su presión debido al efecto del aporte de energía pero manteniendo la temperatura inicial del proceso. Los reactantes siguen una evolución isentrópica, aumentando su temperatura debido al incremento de presión en la cámara. Los reactantes siguen una evolución dada por una ecuación de la energía en la que se supone que no hay intercambio de masa entre productos y reactantes pero sí de energía, mediante un proceso de transferencia de calor entre gases por conducción.

En una situación de flujo en equilibrio químico, se puede decir que: El tiempo de reacción química es mucho menor que el tiempo de residencia en la cámara. El tiempo de reacción química es mucho mayor que el tiempo de residencia en la cámara. El tiempo de reacción química es del mismo orden que el tiempo de residencia en la cámara.

Las temperaturas obtenidas con el modelo de combustión suelen ser inferiores a las obtenidas con el modelo de aporte de calor, en parte debido a que: El calor específico del gas es menor en el modelo de combustión al considerar la presencia de combustible vaporizado. Durante la combustión se pierde parte de la energía liberada por el combustible en vaporizar la gasolina restante. La reacción química no se llega a completar durante la combustión, pudiéndose encontrar otros compuestos aparte de los de una combustión ideal, CO₂ y H₂O.

Durante el proceso de renovación de carga, ¿se puede producir el bloqueo sónico de alguna válvula?. En la de escape normalmente hay bloqueo sónico al inicio del proceso de escape. En la de escape si el régimen de giro es alto, a mitad de la carrera ascendente del émbolo, cuando la velocidad lineal del émbolo es mayor. En la de admisión, si el régimen de giro es bajo.

A 3.000 rpm, durante el tiempo que tarda una onda de sonido (a = 360 m/s) en recorrer un colector de admisión de 0,5 m de longitud, el cigüeñal ha girado. 25 grados. 50 grados. 100 grados.

La válvula de admisión suele cerrar entre 40º y 70º después de que el émbolo haya pasado por el punto muerto inferior debido a que: Existe un retraso entre el movimiento del fluido en el colector y el movimiento del émbolo, por lo que aunque el émbolo comience a subir pueden seguir entrando gases en el cilindro. diseño del árbol de levas impone aceleraciones en la leva muy elevadas con los consiguientes esfuerzos en el empujador, y cerrar en el PMI induciría esfuerzos superficiales muy elevados. Cuanto más ángulo esté abierta la válvula mayor cantidad de gases entrarán en la cámara.

El régimen de giro de un motor alternativo suele estar limitado por: En Otto por el proceso de renovación de carga (bloqueo sónico de la válvula) y en diésel por el de combustión. En Otto por el proceso de inyección y en diésel por la resistencia mecánica de los componentes. Tanto en Otto como en diésel por procesos de renovación de carga (bloqueo sónico de la válvula).

El fenómeno de transferencia de calor estudiado en clase se simula con. Una convección entre gas y pared, conducción en la pared y convección al refrigerante, de modo que con la temperatura del refrigerante se calcula el coeficiente de convección h. Una convección natural, sin capa límite térmica, entre gases y paredes de la cámara, calculando el coeficiente de convección h con la correlación de Grashof. Un modelo de convección forzada semiempírico, calculando el coeficiente de convección h con la correlación de Woschni.

El fenómeno de transferencia de calor entre gases de la cámara y el bloque. Ha de tenerse en cuenta en modelos medianamente complejos ya que representa aproximadamente el 15% del calor liberado por el combustible. Ha de tenerse en cuenta en modelos medianamente complejos ya que representa aproximadamente el 40% del calor liberado por el combustible. Suele despreciarse en modelos de cálculo ya que es mucho más pequeño que otros intercambios energéticos en el motor.