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Consumo de combustible específico de los frenos

El consumo de combustible específico del freno ( BSFC ) es una medida de la eficiencia de combustible de cualquier motor principal que queme combustible y produzca potencia rotacional o de eje. Se utiliza normalmente para comparar la eficiencia de los motores de combustión interna con una potencia de eje.

Es la tasa de consumo de combustible dividida por la potencia producida. En unidades tradicionales, mide el consumo de combustible en libras por hora dividido por la potencia al freno , lb/(hp⋅h); en unidades del SI , esto corresponde a la inversa de las unidades de energía específica , kg/J = s 2 /m 2 .

Por este motivo, también se puede considerar como consumo de combustible específico de la potencia. El BSFC permite comparar directamente la eficiencia de combustible de diferentes motores.

El término "freno" aquí como en " caballos de fuerza de freno " se refiere a un método histórico de medición del torque (ver freno Prony ).

Cálculo

El consumo de combustible específico del freno se expresa mediante:

dónde:

es la tasa de consumo de combustible en gramos por segundo (g/s)
es la potencia producida en vatios donde (W)
es la velocidad del motor en radianes por segundo (rad/s)
es el par motor en newton metros (N⋅m)

Los valores anteriores de r , , y pueden medirse fácilmente mediante instrumentación con un motor montado en un banco de pruebas y una carga aplicada al motor en marcha. Las unidades resultantes de BSFC son gramos por julio (g/J)

Generalmente, el BSFC se expresa en unidades de gramos por kilovatio-hora (g/(kW⋅h)). El factor de conversión es el siguiente:

BSFC [g/(kW⋅h)] = BSFC [g/J] × (3,6 × 10 6 )

La conversión entre unidades métricas e imperiales es:

BSFC [g/(kW⋅h)] = BSFC [lb/(hp⋅h)] × 608,277
BSFC [lb/(hp⋅h)] = BSFC [g/(kW⋅h)] × 0,001644

Relación con la eficiencia

Para calcular la eficiencia real de un motor se requiere la densidad energética del combustible utilizado.

Los distintos combustibles tienen distintas densidades energéticas, definidas por su valor calorífico. El valor calorífico inferior (PCI) se utiliza para los cálculos de eficiencia de los motores de combustión interna, ya que el calor a temperaturas inferiores a 150 °C (300 °F) no se puede aprovechar.

Algunos ejemplos de valores caloríficos inferiores para combustibles para vehículos son:

Certificación de gasolina = 18,640 BTU /lb (0,01204 kW⋅h/g)
Gasolina regular = 18,917 BTU/lb (0,0122222 kW⋅h/g)
Combustible diésel = 18.500 BTU/lb (0,0119531 kW⋅h/g)

Por lo tanto, la eficiencia de un motor diésel = 1/(BSFC × 0,0119531) y la eficiencia de un motor de gasolina = 1/(BSFC × 0,0122225)

Valores operativos y como estadística promedio del ciclo

Mapa de BSFC [g/(kW⋅h)]

Cada motor tendrá diferentes valores de BSFC a diferentes velocidades y cargas. Por ejemplo, un motor alternativo alcanza la máxima eficiencia cuando el aire de admisión no está regulado y el motor está funcionando cerca de su par máximo. Sin embargo, la eficiencia que se suele informar para un motor en particular no es su eficiencia máxima, sino un promedio estadístico del ciclo de economía de combustible . Por ejemplo, el valor promedio del ciclo de BSFC para un motor de gasolina es 322 g/(kW⋅h), lo que se traduce en una eficiencia del 25 % (1/(322 × 0,0122225) = 0,2540). La eficiencia real puede ser menor o mayor que el promedio del motor debido a las diferentes condiciones de funcionamiento. En el caso de un motor de gasolina de producción, el BSFC más eficiente es de aproximadamente 225 g/(kW⋅h), lo que equivale a una eficiencia termodinámica del 36 %.

Se muestra un mapa iso-BSFC (gráfico de isla de combustible) de un motor diésel. El punto óptimo a 206 BSFC tiene una eficiencia del 40,6 %. El eje x representa las rpm; el eje y representa la BMEP en bares (la BMEP es proporcional al par motor ).

Diseño y clase de motor

Los valores BSFC varían mucho según el diseño del motor, la relación de compresión y la potencia nominal. Los motores de distintas clases, como los diésel y los de gasolina, tendrán valores BSFC muy diferentes, que van desde menos de 200 g/(kW⋅h) (diésel a baja velocidad y alto par) hasta más de 1000 g/(kW⋅h) (turbohélice a bajo nivel de potencia).

Ejemplos de motores de eje

La siguiente tabla toma valores como ejemplo para el consumo específico de combustible de varios tipos de motores. Para motores específicos, los valores pueden diferir (y a menudo lo hacen) de los valores de la tabla que se muestran a continuación. La eficiencia energética se basa en un valor calorífico inferior de 42,7 MJ/kg (84,3 g/(kW⋅h)) para combustible diésel y combustible para aviones , y de 43,9 MJ/kg (82 g/(kW⋅h)) para gasolina.

La eficiencia del turbohélice solo es buena a alta potencia; el SFC aumenta drásticamente para la aproximación a baja potencia (30 % Pmax ) y especialmente al ralentí (7 % Pmax ) :

Véase también

Referencias

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Lectura adicional