Presión media efectiva

Medida de la capacidad de un motor para realizar trabajo.

La presión media efectiva ( MEP ) es una cantidad relacionada con el funcionamiento de un motor alternativo y es una medida de la capacidad de un motor para realizar trabajo que es independiente de la cilindrada del motor . ^[1] Cuando se cita como presión efectiva media indicada ( IMEP ), se puede considerar como la presión promedio que actúa sobre un pistón durante las diferentes partes de su ciclo .

Derivación

Dejar:

${\displaystyle W}$= trabajo por ciclo en julios;

${\displaystyle P}$= potencia de salida en vatios;

${\displaystyle p_{\text{me}}}$= presión media efectiva en pascales;

${\displaystyle V_{\text{d}}}$= volumen de desplazamiento en metros cúbicos;

${\displaystyle n_{\text{c}}}$= número de revoluciones por golpe de potencia (para un motor de 4 tiempos, ); ^{[Nota 1]} ${\displaystyle n_{\text{c}}=2}$

${\displaystyle N}$= número de revoluciones por segundo;

${\displaystyle T}$= par en newton-metro.

La potencia producida por el motor es igual al trabajo realizado por ciclo de operación multiplicado por el número de ciclos de operación por segundo. Si N es el número de revoluciones por segundo y es el número de revoluciones por golpe de potencia, el número de golpes de potencia por segundo es solo su relación. Podemos escribir: ${\displaystyle n_{\text{c}}}$

${\displaystyle P={W{N \over n_{\text{c}}}}.}$

Reordenando para poner trabajo a la izquierda:

${\displaystyle W={P{n_{\text{c}} \over N}}.}$

Por definición:

${\displaystyle W=p_{\text{me}}V_{\text{d}},}$

de modo que:

${\displaystyle p_{\text{me}}={Pn_{\text{c}} \over V_{\text{d}}N}.}$

Dado que el par T está relacionado con la velocidad angular (que es simplemente N ·2π) y la potencia producida:

${\displaystyle P={2\pi }TN,}$

entonces la ecuación para MEP en términos de torque es:

${\displaystyle p_{\text{me}}={2\pi }{n_{\text{c}}}{T \over V_{\text{d}}}.}$

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 máximas de freno para buenos diseños de motores 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 cilindradas. La presión media efectiva también es útil para los cálculos de diseño iniciales; es decir, dado un par, se pueden utilizar valores MEP estándar para estimar el desplazamiento requerido del motor. Sin embargo, la presión efectiva media no refleja las presiones reales dentro de una cámara de combustión individual (aunque ambas ciertamente están relacionadas) y sirve sólo como una medida conveniente del rendimiento.

La presión media efectiva del freno (BMEP) se calcula a partir del par medido del dinamómetro . La presión efectiva media neta indicada (IMEP _n ) se calcula utilizando la potencia indicada ; es decir, la integral de presión-volumen en la ecuación de trabajo por ciclo. A veces, el término FMEP (presión efectiva media de fricción) se utiliza como indicador de la presión efectiva media perdida por la fricción (o par de fricción) y es solo la diferencia entre IMEP _n y BMEP.

Ejemplos

MEP de par y cilindrada

Un motor de cuatro tiempos produce 160 N·m de par y desplaza 2000 cm ³ = 2 dm ³ = 0,002 m ³ :

• ${\displaystyle n_{\text{c}}=2}$
• ${\displaystyle T=160\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}}$
• ${\displaystyle V_{\text{d}}=0.002\,{\text{m}}^{3}}$

${\displaystyle p_{\text{me}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}} \over {0.002\,{\text{m}}^{3}}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\cancel {\cdot {\text{m}}}}} \over {0.002\,{\text{m}}^{{\cancel {3}}2}}}=1,005,310\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}^{-2}=10.05\,{\text{bar}}=1.005\,{\text{MPa}}}$

También obtenemos la cifra de megapascal si usamos centímetros cúbicos para : ${\displaystyle V_{\text{d}}}$

• ${\displaystyle n_{\text{c}}=2}$
• ${\displaystyle T=160\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}}$
• ${\displaystyle V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}}$

${\displaystyle p_{\text{me}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}} \over {2000\,{\text{cm}}^{3}}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\cancel {\cdot {\text{m}}}}} \over {2000\,{\text{cm}}^{{\cancel {3}}2}}}=1.005\,{\text{MPa}}}$

Potencia del MEP y velocidad del cigüeñal.

Si conocemos la velocidad del cigüeñal, también podemos determinar la potencia del motor a partir de la cifra MEP: En nuestro ejemplo, el motor genera 160 N·m de par a 3600 min ⁻¹ : ${\displaystyle P={V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}\cdot N \over n_{\text{c}}}}$

• ${\displaystyle n_{\text{c}}=2}$
• ${\displaystyle N=3600\,{\text{min}}^{-1}=60\,{\text{s}}^{-1}}$
• ${\displaystyle V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}}$
• ${\displaystyle p_{\text{me}}=1.005\,{\text{MPa}}}$

${\displaystyle {2000\cdot 1.005\cdot 60 \over 2}=60,300\,{\text{W}}}$

Como los motores de pistón suelen tener su par máximo a una velocidad de rotación más baja que la potencia máxima de salida, el BMEP es menor a plena potencia (a una velocidad de rotación más alta). Si el mismo motor tiene una potencia de 76 kW a 5400 min ⁻¹ = 90 s ⁻¹ y su BMEP es 0,844 MPa, obtenemos la siguiente ecuación:

• ${\displaystyle n_{\text{c}}=2}$
• ${\displaystyle N=5400\,{\text{min}}^{-1}=90\,{\text{s}}^{-1}}$
• ${\displaystyle V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}}$
• ${\displaystyle p_{\text{me}}=0.844\,{\text{MPa}}}$

${\displaystyle {2000\cdot 0.844\cdot 90 \over 2}=75,960\,{\text{W}}\approx 76\,{\text{kW}}}$

Tipos de presiones medias efectivas

La presión media efectiva (MEP) se define mediante la medición de la ubicación y el método de cálculo; a continuación se detallan algunos MEP de uso común:

• Presión efectiva media del freno (BMEP): presión efectiva media calculada a partir del par de frenado medido.
• Presión efectiva media bruta indicada (IMEP _g ): presión efectiva media calculada a partir de la presión dentro del cilindro sobre la parte de compresión y expansión del ciclo del motor (360° en un motor de cuatro tiempos , 180° en un motor de 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 dentro del cilindro durante todo el ciclo del motor (720° en un motor de cuatro tiempos, 360° en un motor de 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 dentro y fuera del cilindro, a través de las válvulas de admisión y escape. Calculado a partir de la presión dentro del cilindro sobre las porciones de admisión y escape del ciclo del motor (360° en un motor de cuatro tiempos, 0° en un motor de 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 frenado del dinamómetro. FMEP = IMEP _n - BMEP.

Valores típicos de BMEP

Ver también

• Índice de compresión

notas y referencias

Notas

1. Los motores Wankel son motores de cuatro tiempos, entonces ; el desplazamiento se deriva del volumen de la cámara multiplicándolo por el número de pistones giratorios y 2: (ver Wolf-Dieter Bensinger : Rotationskolben-Verbrennungsmotoren , Springer, Berlín/Heidelberg/Nueva York 1973, ISBN 978-3-642-52174- 4 , pág.66) ${\displaystyle n_{\text{c}}=2}$ ${\displaystyle V_{\text{d}}}$ ${\displaystyle V_{\text{c}}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle V_{\text{d}}=2V_{\text{c}}i}$ 

Referencias

1. Heywood, JB, "Fundamentos de los motores de combustión interna", McGraw-Hill Inc., 1988, pág. 50
2. Ulrich Spicher: Kapitel 3 · Kenngrößen - tabla 3.16: Effektiver Mitteldruck heutiger Motoren , en Richard van Basshuysen, Fred Schäfer (eds.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen · Komponenten · Systeme · Perspektiven , octava edición, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978 -3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, pág. 27

enlaces externos

• Presión media efectiva del freno (bmep), potencia y par, tubería de fábrica
• Todo sobre la presión media efectiva, Harleyc.com

• Máquina de vapor Tiddler