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 un trabajo que es independiente del desplazamiento del motor . ^[1] A pesar de tener la dimensión de presión, la MEP no se puede medir. ^[2] Cuando se cita como una presión media efectiva indicada ( IMEP ), puede considerarse como la presión promedio que actúa sobre un pistón durante las diferentes partes de su ciclo . Cuando se restan las pérdidas por fricción de la IMEP, el resultado es la presión media efectiva del freno ( BMEP ).

Derivación

Dejar:

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

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

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

${\displaystyle i}$= número de ciclos por revolución (para un motor de 4 tiempos, , para un motor de 2 tiempos, ); ^{[Nota 1]} ${\displaystyle i=0.5}$ ${\displaystyle i=1}$

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

${\displaystyle \omega =}$velocidad angular, es decir ; ${\displaystyle \omega =2\pi n}$

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

Luego, BMEP se puede utilizar para determinar la potencia de salida de un motor de la siguiente manera:

${\displaystyle P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}}$

Como sabemos que el poder es:

${\displaystyle P=\omega \cdot M=2\pi \cdot n\cdot M}$

Ahora vemos que BMEP es una medida para expresar el torque por desplazamiento:

${\displaystyle P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}=p_{\text{me}}=2\pi \cdot n\cdot M}$

Y por lo tanto, la ecuación para BMEP en términos de torque es:

${\displaystyle p_{\text{me}}={{M\cdot 2\pi } \over {V_{\text{d}}\cdot i}}.}$

La velocidad ha quedado fuera de la ecuación y las únicas variables son el par motor y el volumen de desplazamiento. Dado que el rango de presiones medias efectivas máximas de frenado para buenos diseños de motores está bien establecido, ahora tenemos una medida independiente del desplazamiento de la capacidad de producción de par motor de un diseño de motor: un par motor específico de algún tipo. Esto es útil para comparar motores de diferentes desplazamientos. La presión media efectiva también es útil para los cálculos iniciales de diseño; es decir, dado un par motor, se pueden utilizar valores MEP estándar para estimar el desplazamiento requerido del motor. Sin embargo, la presión media efectiva no refleja las presiones reales dentro de una cámara de combustión individual (aunque las dos están ciertamente relacionadas) y solo sirve como una medida conveniente del rendimiento. ^[2]

La presión media efectiva de frenado (BMEP) se calcula a partir del par medido en el dinamómetro . La presión media efectiva indicada neta (IMEP) se calcula utilizando la potencia indicada ; es decir, la integral del volumen de presión en la ecuación de trabajo por ciclo. A veces, el término FMEP (presión media efectiva de fricción) se utiliza como un indicador de la presión media efectiva perdida por fricción (o par de fricción) y es simplemente la diferencia entre IMEP y BMEP. ^[3]

Ejemplos

MEP de par y cilindrada

Un motor de cuatro tiempos produce 159 N·m de par y tiene una cilindrada de 2000 cm3 ^.

• ${\displaystyle i=0.5}$
• ${\displaystyle M=159\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}}$
• ${\displaystyle V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}}$

${\displaystyle p_{\text{me}}={2\pi }\cdot {0.5^{-1}}{{159\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}} \over {2000\,{\text{cm}}^{3}}}={2\pi }\cdot {0.5^{-1}}{{15900\,{\text{N}}{\cancel {\cdot {\text{cm}}}}} \over {2000\,{\text{cm}}^{{\cancel {3}}2}}}\approx 100\,N\cdot cm^{-2}=1\,{\text{MPa}}}$

Potencia del MEP y velocidad del cigüeñal

Si conocemos la velocidad del cigüeñal, también podemos determinar la potencia de salida del motor a partir de la cifra MEP: En nuestro ejemplo, el motor genera 159 N·m de torque a 3600 min ⁻¹ (=60 s ⁻¹ ): ${\displaystyle P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}}$

• ${\displaystyle i=0.5}$
• ${\displaystyle n=60\,{\text{s}}^{-1}}$
• ${\displaystyle V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}}$
• ${\displaystyle p_{\text{me}}=1\,{\text{MPa}}}$

De este modo:

${\displaystyle P={2000\,cm^{3}\cdot 1\,N\cdot cm^{-2}\cdot 60\,s^{-1}\cdot 0.5}=60,000\,N\cdot m\cdot s^{-1}=60,000\,{\text{W}}=60\,{\text{kW}}}$

Como los motores de pistón suelen tener su par máximo a una velocidad de rotación inferior a la de la potencia máxima de salida, la BMEP es inferior a plena potencia (a una velocidad de rotación superior). Si el mismo motor tiene una potencia nominal de 72 kW a 5400 min ⁻¹ = 90 s ⁻¹ y su BMEP es de 0,80 MPa, obtenemos la siguiente ecuación:

• ${\displaystyle i=0.5}$
• ${\displaystyle n=90\,{\text{s}}^{-1}}$
• ${\displaystyle V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}}$
• ${\displaystyle p_{\text{me}}=0.80\,{\text{MPa}}}$

Entonces:

${\displaystyle P={2000\,cm^{3}\cdot 0.80\,N\cdot cm^{-2}\cdot 90\,s^{-1}\cdot 0.5}=72,000\,N\cdot m\cdot s^{-1}=72\,{\text{kW}}}$

Tipos de presiones medias efectivas

La presión efectiva media (MEP) se define por la ubicación de la medición y el método de cálculo; aquí se dan algunas MEP comúnmente utilizadas:

• Presión efectiva media del freno (BMEP, ): presión efectiva media calculada a partir del par de freno medido. ${\displaystyle p_{me}}$
• Presión media efectiva indicada (IMEP, ) - Presión media efectiva calculada a partir de la presión en el cilindro durante el ciclo completo del motor (720° en un motor de cuatro tiempos, 360° en un motor de dos tiempos). La IMEP se puede determinar planimetrizando el área en el diagrama pV de un motor . Dado que los motores de cuatro tiempos de aspiración natural deben realizar un trabajo de bombeo para succionar la carga hacia el cilindro y para eliminar el escape del cilindro, la IMEP se puede dividir en la presión media efectiva bruta de alta presión (GMEP, ) y la presión media efectiva de bombeo (PMEP, ). En los motores de aspiración natural, la PMEP es negativa y, en los motores sobrealimentados o turboalimentados, suele ser positiva. La IMEP se puede derivar de PMEP y GMEP: . ^[3] ${\displaystyle p_{mi}}$ ${\displaystyle p_{mg}}$ ${\displaystyle p_{miGW}}$ ${\displaystyle p_{mi}=p_{mg}-p_{miGW}}$
• Presión efectiva media de fricción (FMEP, ): la presión efectiva media teórica requerida para superar la fricción del motor, puede considerarse como la presión efectiva media perdida debido a la fricción: . La FMEP aumenta con un aumento en la velocidad del motor. ^[4] ${\displaystyle p_{mr}}$ ${\displaystyle p_{mr}=p_{mi}-p_{me}}$

Valores típicos de BMEP

Véase también

• Relación de compresión

Notas y referencias

Notas

1. 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 rotatorios y 2: (véase Wolf-Dieter Bensinger : Rotationskolben-Verbrennungsmotoren , Springer, Berlín/Heidelberg/Nueva York 1973, ISBN 978-3-642-52174-4 , pág. 66) ${\displaystyle i=0.5}$ ${\displaystyle V_{\text{d}}}$ ${\displaystyle V_{\text{c}}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle V_{\text{d}}=2V_{\text{c}}i}$ 

Referencias

1. Heywood, JB, "Fundamentos del motor de combustión interna", McGraw-Hill Inc., 1988, pág. 50
2. Schreiner, Klaus (25 de mayo de 2011). Basiswissen Verbrennungsmotor (en alemán). Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag. pag. 41.ISBN​ 978-3-8348-1279-7.
3. 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. 24
4. 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. 26, fórmula 3.48
5. 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 de freno (bmep), potencia y par, tubería de fábrica
• Todo sobre la presión media efectiva, Harleyc.com

• Máquina de vapor Tiddler