La presión efectiva media es una cantidad relacionada con el funcionamiento de un motor alternativo y es una medida valiosa de la capacidad de un motor para realizar un trabajo que es independiente del desplazamiento del motor . [1] Cuando se cita como una presión efectiva media indicada o IMEP (definida a continuación), se puede considerar como la presión promedio que actúa sobre un pistón durante las diferentes partes de su ciclo.
Presión efectiva media | |
---|---|
Símbolos comunes | pag |
Unidad SI | Pascal (Pa) |
En unidades base SI | 1 kg ⋅ m −1 ⋅ s −2 |
Derivaciones de otras cantidades | p = W · V −1 |
Dimensión |
Derivación
Dejar:
- = trabajo por ciclo en julios;
- = potencia de salida en vatios;
- = presión efectiva media en pascal;
- = volumen de desplazamiento en metro cúbico;
- = número de revoluciones por carrera de potencia (para un motor de 4 tiempos, ); [Nota 1]
- = número de revoluciones por segundo;
- = par en newton-metro.
La potencia producida por el motor es igual al trabajo realizado por ciclo de funcionamiento multiplicado por el número de ciclos de funcionamiento por segundo. Si N es el número de revoluciones por segundo, yes el número de revoluciones por golpe de potencia, el número de golpes de potencia por segundo es solo su relación. Podemos escribir:
Reordenando para poner el trabajo a la izquierda:
Por definición:
así que eso
Dado que el par T está relacionado con la velocidad angular (que es solo N · 2π) y la potencia producida,
entonces la ecuación para MEP en términos de torque es:
Observe que la velocidad ha desaparecido de la ecuación y las únicas variables son el par y el volumen de desplazamiento. Dado que el rango de presiones efectivas medias de freno máximas para buenos diseños de motor está bien establecido, ahora tenemos una medida independiente del desplazamiento de la capacidad de producción de par de un diseño de motor: una especie de par específico. Esto es útil para comparar motores de diferentes desplazamientos. La presión media efectiva también es útil para los cálculos de diseño iniciales; es decir, dado un par, los valores MEP estándar se pueden usar para estimar la cilindrada requerida del motor. Sin embargo, es importante recordar que la presión efectiva media no refleja las presiones reales dentro de una cámara de combustión individual, aunque las dos ciertamente están relacionadas, y sirve solo como una medida conveniente de desempeño.
La presión efectiva media del freno (BMEP) se calcula a partir del par medido en el dinamómetro . La presión efectiva media neta indicada (IMEP n ) se calcula utilizando la potencia indicada ; es decir, el volumen de presión integral en la ecuación de trabajo por ciclo. A veces, el término FMEP (presión efectiva media de fricción) se usa como un indicador de la presión efectiva media perdida por fricción (o par de fricción), y es solo la diferencia entre IMEP ny BMEP .
Ejemplos de
- MEP de par y desplazamiento
Un motor de cuatro tiempos produce 160 N · m de torque y desplaza 2 dm 3 = 0.002 m 3 :
También obtenemos la cifra de megapascales si usamos centímetros cúbicos para :
- Potencia de MEP y velocidad del cigüeñal
Si conocemos la velocidad del cigüeñal, también podemos determinar la potencia de salida del motor a partir de la figura MEP:
En nuestro ejemplo, el motor produce 160 N · m de torque a 3600 min −1 :
Como los motores de pistón suelen tener su par máximo a una velocidad de rotación menor que la potencia máxima de salida, el BMEP es menor a plena potencia (a mayor velocidad de rotación). Si el mismo motor tiene una potencia nominal de 76 kW a 5400 min −1 = 90 min −1 , y su BMEP es 0,844 MPa, obtenemos la siguiente ecuación:
Tipos de presiones efectivas medias
La presión efectiva media (MEP) se define por la medición de la ubicación y el método de cálculo; aquí se dan algunos MEP de uso común.
- Presión efectiva media del freno (BMEP): presión efectiva media calculada a partir del par de freno medido.
- Presión efectiva media bruta indicada (IMEP g ): presión efectiva media calculada a partir de la presión en el cilindro sobre la porción de compresión y expansión del ciclo del motor (360 ° en un cuatro tiempos , 180 ° en un dos tiempos ). La medición directa requiere un equipo sensor de presión del cilindro.
- Presión efectiva media neta indicada (IMEP n ): presión efectiva media calculada a partir de la presión en el cilindro durante todo el ciclo del motor (720 ° en un cuatro tiempos, 360 ° en un dos tiempos). La medición directa requiere un equipo sensor de presión del cilindro.
- Presión efectiva media de bombeo (PMEP): presión efectiva media del trabajo que mueve el aire hacia adentro y hacia afuera del cilindro, a través de las válvulas de admisión y escape. Calculado a partir de la presión en el cilindro sobre las porciones de admisión y escape del ciclo del motor (360 ° en un cuatro tiempos, 0 ° en un dos tiempos). La medición directa requiere un equipo sensor de presión del cilindro. PMEP = IMEP g - IMEP n .
- Presión efectiva media de fricción (FMEP): la presión efectiva media teórica requerida para superar la fricción del motor se puede considerar como la presión efectiva media perdida debido a la fricción. El cálculo de la presión efectiva media de fricción requiere una medición precisa de la presión del cilindro y el par de freno del dinamómetro. FMEP = IMEP n - BMEP.
Valores típicos de BMEP
Motores de gasolina:
- Motores de encendido por chispa de aspiración natural: motores de gasolina VW actuales, rango máximo de MEP (en bar y psi ) de 11,6 a 13,3 bar (de 168 a 193 psi), de 10,1 a 11,4 bar (de 146 a 165 psi) a potencia máxima.
- Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major de 28 cilindros con avgas de la Segunda Guerra Mundial de 115/145 octanos , 3600 HP a 2700 rpm y 17.2 bar (249.4 psi) BMEP.
- Napier Sabre 7, en HP pico, 3055 HP a 3850 rpm, 19,4 bar (281,3 psi) BMEP
- Rolls-Royce Merlin 130/131, en HP pico, 2030 HP a 2900 rpm, 23,1 bar (335 psi) BMEP
- Motores de encendido por chispa reforzada: los motores de gasolina VW actuales rango MEP máximo de 16,4 a 23,1 bar (238 a 335 psi), 15,3 a 19,3 bar (222 a 280 psi) a potencia máxima.
- Los motores de alto impulso como el Koenigsegg Agera pueden funcionar a BMEP de hasta 28 bar (32 bar para el Agera R) [2]
- Motores de Fórmula Uno : en 1986, el Williams-Honda FW11 Turbo de 1,5 L producía 1.400 CV (1.044 kW) a 12.000 rpm [3] para 831 Nm de par, un BMEP de 69,6 bar (1.009 psi). En 2006, el Toyota TF106 de 2.4 L produjo 740 hp (552 kW) a 19,000 rpm [4] para 277 Nm de torque, un MEP de 14.5 bar (210 psi).
- Motores Dragster de combustible superior: 80-100 bar (8,0-10 MPa; 1160-1450 psi)
Motores diesel :
- Diésel de cuatro tiempos con aspiración natural: los motores diésel VW actuales tienen un MEP máximo de 8,9 bar (129 psi) y 8 bar (120 psi) a la potencia máxima.
- Diésel automotriz de cuatro tiempos reforzado: los motores diésel VW actuales tienen un MEP máximo de 17,7 a 31,9 bar (257 a 463 psi), y de 14,5 a 26,8 bar (210 a 389 psi) a potencia máxima.
- Los motores diesel de dos tiempos tienen valores comparables, pero los motores diesel de baja velocidad muy grandes como el Wärtsilä-Sulzer RTA96-C pueden funcionar a BMEP de hasta 19 bar (1,9 MPa; 275 lbf / in 2 ).
- El Wärtsilä W31, el motor diésel de cuatro tiempos más eficiente del mundo en octubre de 2015, tiene una presión media efectiva de 30,1 bar. [5]
Ver también
notas y referencias
Notas
- ^ Tenga en cuenta que los motores Wankel son motores de cuatro tiempos, por lo que; el desplazamiento se deriva del volumen de la cámara multiplicándolo por el número de pistones rotativos y 2: (ver Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren , Springer, Berlín / Heidelberg / Nueva York 1973, ISBN 978-3-642-52174-4 , p. 66)
Referencias
- ^ Heywood (1988) , p. 50.
- ^ Drive (26 de febrero de 2013). El corazón de un hipercoche de 1140 CV: el interior de Koenigsegg . YouTube.
- ^ "Reglas y estadísticas de F1 1980-1989" . F1Técnico . 1 de enero de 2009.
- ^ "Toyota TF106" . F1Técnico .
- ^ "Wärtsilä 31" (PDF) . Wärtsilä. 2016.
- Heywood, JB, "Fundamentos del motor de combustión interna", McGraw-Hill Inc., 1988
enlaces externos
- Presión efectiva media del freno (bmep), potencia y par , tubería de fábrica
- Todo sobre la presión efectiva media , Harleyc.com
- Tiddler motor de vapor