Aplicación de un modelo matemático para el análisis del comportamiento del ciclo otto MCI bajo manipulación de parámetros ambientales
| Páginas | 1-19 |
| Fecha | 01 Enero 2024 |
| Fecha de publicación | 01 Enero 2024 |
| Autor | Rodrigo Passo,Jeyson Patricio Egas García,Joffre Alexander Arguello Guerrero,Jhon Gregorio García Valencia,Edwuin Paúl Lisintuña Toapanta |
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Aplicación de un modelo matemático para el análisis del comportamiento
del ciclo otto MCI bajo manipulación de parámetros ambientales
Application of a mathematical model for the analysis of the behavior of the otto MCI cycle
under manipulation of environmental parameters
Manuel Rodrigo Passo Guamangate1, Jeyson Patricio Egas García2, Joffre Alexander Arguello
Guerrero3, Jhon Gregorio García Valencia4, Edwuin Paúl Lisintuña Toapanta5
1Instituto Superior Tecnológico Ciudad de Valencia, manuelpasso@itscv.edu.ec, Quevedo, Ecuador
2 Universidad Técnica Estatal de Quevedo, jegasg@uteq.edu.ec, Quevedo, Ecuador
3Instituto Superior Tecnológico Ciudad de Valencia, joffrealexanderarguello@istcv.edu.ec, Quevedo,
Ecuador
4 Instituto Superior Tecnológico Ciudad de Valencia, jhongarciavalencia@itscv.edu.ec, Quevedo,
Ecuador
5 Instituto Superior Tecnológico Ciudad de Valencia, edwuinlisintuna@itscv.edu.ec, Quevedo,
Ecuador
Autor para correspondencia: manuelpasso@itscv.edu.ec
Fecha de recepción: septiembre 2023 Fecha de aceptación: diciembre
2023
RESUMEN
El objetivo de la investigación bibliográfica y experimental sobre el comportamiento del ciclo
termodinámico en motores de combustión interna es verificar cambios de comportamiento,
utilizando soluciones matemáticas para analizar los cambios de valores en términos de presión,
volumen y giro del cigüeñal. La potencia de salida de un motor de gasolina de cuatro tiempos
con compresión en el motor es proporcional a un exponente de 1.34 del coeficiente politrópico
y la relación de compresión. Los efectos de las variaciones de presión y temperatura sobre el
rendimiento de motores de combustión interna que funcionan en diferentes alturas sobre el nivel
del mar, por lo que se estudió aprovechando que nuestro país Ecuador tiene muchos cambios
geográficos, ya que, cuantificar los efectos de la temperatura y la presión es vital para establecer
la capacidad de operar motores de encendido por chispa a altitudes muy superiores a aquellas
para las que fueron diseñados. Los efectos de las condiciones atmosféricas mostraron que la
temperatura domina la presión y dieron como resultado una pérdida de potencia y caída de la
compresión de alrededor del 1,5% por cada 100 m de aumento de altitud. La eficiencia del
motor cayó aproximadamente 1,54 puntos porcentuales por cada 300 m de aumento de altitud.
La investigación se plasmó en Excel para el desarrollo del modelo matemático, en el cual se
obtuvo los gráficos de diagrama presión vs volumen, presión vs ángulo de giro del cigüeñal y
la dispersión de fuerzas actuantes en el pistón, biela y cigüeñal.
Palabras clave: Artículos, Ciclos, Investigación, Motores, Temperatura, Presión
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ABSTRACT
The objective of bibliographic and experimental research on the behavior of the thermodynamic
cycle in internal combustion engines is to verify changes in behavior, using mathematical
solutions to analyze changes in values in terms of pressure, volume and rotation of the
crankshaft. The power output of a four-stroke gasoline engine with compression in the engine
is proportional to an exponent of 1.34 of the polytropic coefficient and the compression ratio.
The effects of pressure and temperature variations on the performance of internal combustion
engines that operate at different heights above sea level, which is why it was studied taking
advantage of the fact that our country Ecuador has many geographical changes, since
quantifying the effects of temperature and pressure is vital to establishing the ability to operate
spark ignition engines at altitudes much higher than those for which they were designed. The
effects of atmospheric conditions showed that temperature dominates pressure and resulted in
a power loss and compression drop of around 1.5% for every 100 m increase in altitude. Engine
efficiency dropped approximately 1.54 percentage points for every 300 m increase in altitude.
The research was captured in Excel for the development of the mathematical model, in which
the pressure vs volume diagram graphs, pressure vs angle of rotation of the crankshaft and the
dispersion of forces acting on the piston, connecting rod and crankshaft were obtained.
Key words: Articles, Cycles, Research, Engines, Temperature, Pressure
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de investigación busca mostrar los estudios del efecto de la altitud en el
desempeño de motores de combustión interna de manera teórica, en función de la presión, la
atura y temperatura en el ambiente. La altitud sobre el nivel del mar tiene un efecto notable
sobre la densidad del aire y su composición (Lapuerta, Armas, Agudelo, & Sánchez, 2006).
Dado que los motores de combustión interna tienen sistemas de combustible de base
volumétrica, la altitud puede modificar su ciclo termodinámico de operación y, en
consecuencia, su rendimiento, las condiciones locales de combustión y la formación de
contaminantes. Se plantea y presenta una expresión matemática que permitirá calcular el
incremento de los parámetros necesario para observar cambios del ciclo termodinámico P-V
con el aumento de altitud (Lapuerta et al., 2006; Leach, Kalghatgi, Stone, & Miles, 2020).
El estudio de la admisión, compresión y trabajo es importante debido al requerimiento de
producir emisiones mucho más bajas manteniendo una alta eficiencia térmica. Entre los
sistemas de combustión existentes, los motores a combustión interna encendidos por chispa
representan una gran proporción y ligeras mejoras en su eficiencia dan a lugar a grandes
impactos en términos ambientales y económicos (Ağbulut & Bakir, 2019; Andara, 2019). Con
el fin de lograr esto, se ha buscado entender los fenómenos físicos ambientales involucrados en
la combustión a través de cálculos matemáticos corroborando fórmulas de aplicación mecánica
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