investigacion maquinas compresibles

7/25/2019 Investigacion Maquinas Compresibles

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INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DEGUASAVE

CARRERA:ING. MECNICA

MATERIA:MAQUINAS DE FLUIDOS COMPRESIBLES

TRABAJO:INVESTIGACIN

ALUMNOS:ADRIAN ISRAEL SOTO SERNA

JUAN CARLOS SANCHEZ ANGULOROYCER ALAN LEAL ELENES

JOAQUIN HUMBERTO LEYVA BLANCO

VALENTIN ZAMBRANO SANTIN

PROFESOR:ING. JESUS ALBERTO MACHADO CORONADO

GRUPO:


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ndice

1- Introduccin2- Procedimientos y normas empleadas para valorar los parmetros significativos en el

rendimiento y contaminacin3- Sistemas auxiliares utilizados en los motores de fluidos compresiles

3!1- sistema de escape

3!2- sistema el"ctrico

3!3- sistema de refrigeracin

3!#- sistema de alimentacin $caruracin%

3!&- sistema de transmisin

3!'- sistema de arran(ue

#- Prueas (ue se efect)an a motores de fluidos compresiles#!1- potencia#!2- tor(ue#!3- consumo

&- *ariales (ue afectan el rendimiento'- +onclusiones

1. INTRODUCCIN


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,n el siguiente contenido se muestra todo lo relacionado con las ma(uinas de fluidoscompresiles $motores de comustin interna% como por eemplo los tipos de sistemasauxiliares (ue se utilizan en los motores de fluidos compresiles!

Sistema .e /uricacin! ,ste sistema es el (ue mantiene luricadas todas las partesmviles de un motor0 a la vez (ue sirve como medio refrigerante! iene importancia por(ue

mantiene en movimiento mecanismos con elementos (ue friccionan entre s0 (ue de otromodo se engranaran0 agravndose este fenmeno con la alta temperatura reinante en elinterior del motor!

Sistema ,l"ctrico! ,ste sistema provee la energa el"ctrica necesaria para producir elencendido de la mezcla comustile! Su importancia radica en (ue su presencia garantizael inicio de la comustin en los motores (ue funcionan ao el principio del ciclo tto0produciendo una c4ispa (ue enciende la mezcla comustile!

,ntre muc4os otros sistemas0 como tami"n se 4ala de la potencia0 tor(ue y consumo (ue

presentan los motores de fluidos compresiles!

2. PROCEDIMIENTOS Y NORMAS EMPLEADAS PARA VALORAR LOS

PARMETROS SIGNIFICATIVOS EN EL RENDIMIENTO Y CONTAMINACIN


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/a contaminacin amiental y la dependencia del petrleo son dos de los grandesprolemas con los (ue tropieza el progreso de la automocin! /a proliferacin de ve4culosmovidos por gas natural0 una energa limpia y econmica0 puede representar una solucinpara amas cuestiones! ,s una fuente de energa aundante0 de alto rendimiento y soretodo muy limpia! Slo faltan los re(uisitos de distriucin y los incentivos fiscalesnecesarios para (ue el gas como comustile para automviles se convierta en laalternativa gloal!

Prueba de Em!"# de Ga!e!$/a gran contaminacin amiental en el mundo 4a oligadoa tomar medidas para limitar su aumento0 por lo cual los estndares de emisin ve4icularse 4an vuelto ms estrictos y los de control ms sofisticados0 4aciendo osoletos losanalizadores no infrarroos ya (ue estos no pueden medir las concentraciones de + y 5+al igual (ue presentan inexactitudes en la medicin de los otros compuestos!/os productos medidos por este analizador de gases tienen las siguientes caractersticas6

M%#"&d% de 'arb%#% (CO)$,l 7onxido es resultado del proceso de comustin y seforma siempre (ue la comustin es incompleta0 es un gas toxico0 inoloro e incoloro!*alores altos del +0 indican una mezcla rica o una comustin incompleta! 8ormalmenteel valor correcto est comprendido entre 90& y 2 :0 siendo la unidad de medida elporcentae en volumen! ,ste es un suproducto de la comustin inoloro y txico! Sepresenta por la comustin incompleta causada por el exceso de comustile en la mezcla

;ire - comustile! ,ste aumenta cuando se presentan mezclas muy ricas!/as causas para la presencia de un alto nivel de + son6

7ezcla muy rica de comustile! allas en el analizador de gases! $Sistema P+*0 filtro sucio0 etc!% ,strangulador defectuoso $+4o(ue%!

*dr%'arbur%! (*C)$ ,s fruto de la comustin incompleta0 (ue se produce cuando lamezcla dentro del cilindro llega a las paredes de este y se apaga deando comustile sin(uemar! Se mide en partes por milln en volumen! ,l exceso de 5+ en ve4culos se dee afallas o defectos mecnicos0 el"ctricos o en el carurador! ,ste compuesto representa los4idrocaruros (ue salen del motor sin (uemar! /a unidad de medida es el ppm0 partes pormilln de partes0 recordemos (ue el porcentae representa partes por cien partes y el ppm0partes por milln de partes! /a conversin seria 1:?19999 ppm! Se utiliza el ppm0 por(uela concentracin de 5+ en el gas de escape es muy pe(ue@a!Ana indicacin alta de 5+ indica6

7ezcla rica0 el + tami"n da un valor alto! 7ala comustin de mezcla pore! ,scape o aceite contaminado!


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,l valor normal est comprendido entre 199 y #99 ppm!

O&+,e#% (O2)$,ste es uno de los meores indicadores de la forma en (ue se realiza laoperacin en el motor! Indica la cantidad de oxgeno residual a la salida del escape0 luegode la (uema! /a lectura se da en porcentae de volumen! ,l 2 residual aumentadirectamente proporcional con la relacin aire - comustile 4asta un lmite en (ue lamezcla es incomustile! ,n mezclas ricas en comustile la lectura de 2 residual seraa pero la lectura de + ser alta! Por lo cual es indispensale disponer de amas! ,stecompuesto es el oxgeno del aire (ue soro del proceso de comustin!

An valor alto de xigeno puede deerse a mezcla pore0 comustiones (ue no seproducen o un escape roto! An valor de 9: significa (ue se 4a agotado todo el oxgeno0 siel +o es alto es indicativo de un mezcla rica! 8ormalmente el xigeno dee uicarsedeao del 2 :!

D"&d% de Carb%#% (CO2)$;l igual (ue los anteriores es un producto de la comustin!,n aas concentraciones no es txico ya (ue es procesado por las plantas! Se mide enporcentaes de volumen! ,l dixido de +arono es tami"n resultado del proceso decomustin0 no es toxico a aos niveles0 es el gas de la soda0 el an4drido carnico! ,lmotor funciona correctamente cuando el +2 est a su nivel ms alto0 este valorporcentual se uica entre el 12 al 1& :! ,s un excelente indicador de la eficiencia de lacomustin! +omo regla general0 lecturas aas son indicativas de un proceso decomustin malo0 (ue representa una mala mezcla o un encendido defectuoso!

N%& (&d%! de N-r",e#%)$ /os xidos de 8itrgeno se simolizan gen"ricamente como

8ox0 siendo la BxB el coeficiente correspondiente a la cantidad de tomos de 8itrgeno0puede ser 10 203 etc! ,stos xidos son perudiciales para los seres vivos y su emisin enmuc4os lugares del mundo se encuentra reglamentada! /os xidos de 8itrgeno surgen dela cominacin entre s del oxgeno y el nitrgeno del aire0 y se forman a altas temperaturasy ao presin! ,ste fenmeno se lleva a cao cuando el motor se encuentra ao carga0 ycon el oetivo de disminuir dic4a emisin de gases0 los motores incorporan el sistema ,C=$recirculacin de gas de escape%!

Rea'"# Lambda$Se define a la relacin /amda como =el! /amda ? =! =eal D 1#!E

Siendo =! =eal la relacin en peso aire- comustile real (ue tiene el motor en esemomento! /a relacin ideal aire-comustile es de 1#!E gr! de aire y 1 gr! de gasolina!Supongamos (ue el motor est funcionando con una mezcla un poco rica0 por eemplo conuna relacin 13!F610 entonces la relacin lamda ser =! /amda? 13!FD1#!E *emos (ueeste valor ser 9!G!

,n resumen una relacin lamda menor (ue 10 significa (ue la mezcla aire

comustile se est produciendo en una condicin de ri(ueza!


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Ana relacin lamda mayor (ue 10 significa (ue la relacin aire comustile se est

efectuando en una condicin de poreza! Ana relacin lamda?10 significa (ue el aire y el comustile 4an sido mezclados en

la proporcin exacta0 lo (ue no implica (ue el motor despu"s (ueme ien esosproductos!

,sto puede interpretarse como (ue a pesar (ue la mezcla es correcta0 el motor puede tenerdeficiencias y (uemar mal esa mezcla! ,ste concepto es importante por(ue nos puedeindicar prolemas en el motor0 como una mala puesta a punto de la distriucin0 unencendido defectuoso0 comustiones despareas por inyectores sucios0 etc!

/. SISTEMAS AU0ILIARIES UTILIADOS EN LOS MOTORES DE FLUIDOSCOMPRESILES

S!-ema De Lubr'a'"#

,ste sistema es el (ue mantiene luricadas todas las partes mviles de un motor0 a la vez(ue sirve como medio refrigerante! iene importancia por(ue mantiene en movimientomecanismos con elementos (ue friccionan entre s!

+uando dos superficies metlicas se mueven en contacto una contra otra estn sometidasa rozamientoH el rozamiento es mayor cuando menos pulidas est"n las superficies y cuantomayor sea la presin (ue se eerce sore ellas! ,l rozamiento consiste en la deformacin ydesgarramiento de las crestas (ue la mecanizacin0 por muy esmerada (ue 4aya sido0 4adeado en las superficies! ,sta accin asore una energa (ue se transforma en calor!

Se llama luricantes una series de sustancias (ue interpuestas entra dos superficies

metlicas (ue se frotan mutuamente0 disminuyen en gran manera la energa asorida porrozamiento el desgaste de las piezas0 los luricantes pueden ser l(uidos0 slidos0semislidos pastosos $grasas%!

7isin del aceite de engrase6

=educir el rozamiento0 reduciendo la p"rdida de potencia! =educir el desgaste0 impidiendo el contacto entre piezas! =efrigerar los elementos internos del motor! ,liminar0 a su paso por el filtro0 las partculas metlicas resultantes del asentamiento

de piezas0 y las caronosas procedentes de las comustiones! ;mortiguar los golpes en las piezas sometidas al empue de otros elementos como

ulones0 coinetes de iela0 ancada etc! ,liminando los ruidos originados por elgolpeteo!

+ompletar la 4ermeticidad o estan(ueidad de los pistones en los cilindro!

S!-ema De E!'a3e


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,ste sistema conduce gases del motor al exterior! ,s importante por(ue ayuda a laexpulsin de los gases del motor0 a meorar la comustin y la potencia final otenida! /afuncin de los motores de comustin interna es la de ayudar a los gases producidos en lacomustin a escapar del motor 4acia el exterior meorar la comustin y reducir enalgunos casos las emisiones de gases nocivos! +onsta de un m)ltiple de escape0conductos0 catalizador0 silenciador y en algunas instalaciones0 de censores auxiliares! ,lprincipio de operacin se asa en las leyes de conduccin de gases por ca@eras y por elestudio de las ondas generadas por el fluo alternativo! /os gases producto de lacomustin0 son expulsados por el pistn en su carrera ascendente y salen a trav"s de lavlvula de escape al m)ltiple o conducto colector0 de este0 el sistema puede derivar en unoo varios catalizadores $motor ve4icular% para disminuir las emisiones de los gasespeligrosos y de all al silenciador para disminuir el nivel sonoro del sistema! Pueden 4aeren el sistema uno o ms censores de distinta ndole en cominacin con una unidad decontrol y actuadores para controlar o para medir alg)n parmetro de la comustin! ,stesistema funciona ien si el fluo de gases 4acia el exterior es continuo0 de caudal acorde al

r"gimen de marc4a del motor y con p"rdidas de carga admisiles re(ueridas por elfaricante del motor!

S!-ema E4'-r'%

,ste sistema provee la energa el"ctrica necesaria para producir el encendido de la mezclacomustile! Su importancia radica en (ue su presencia garantiza el inicio de la comustinen los motores (ue funcionan ao el principio del ciclo tto0 produciendo una c4ispa (ueenciende la mezcla comustile! /a funcin principal es la de convertir energa el"ctrica deaa tensin en alta tensin y distriuirla a cada uno de los cilindros del motor! +onstasicamente de6 un generador de corriente o atera0 un arrollamiento primario0 uninterruptor mecnico0 un condensador0 arrollamiento secundario0 un distriuidor y uas! ,lfuncionamiento es el siguiente6 el generador de corriente o una atera suministra energael"ctrica (ue circula a trav"s de un interruptor mecnico y un condensador a un circuitoprimario de una oina0 cuando se are el interruptor se produce una variacin rpida0ayudada por el condensador0 del campo magn"tico0 (ue produce el paso de corriente por elarrollamiento primario0 lo cual induce en el arrollamiento secundario una tensin muyelevada $1#999 o 29999 *%0 esta tensin se distriuye al cilindro correspondiente deacuerdo a la secuencia de encendido y provoca en los extremos de una ua una c4ispaen el interior del motor0 (ue es la (ue enciende finalmente la mezcla comustile! ,l

funcionamiento de este sistema se puede verificar0 si el funcionamiento del motor seproduce de manera uniforme y sin interrupciones! Para asegurarnos (ue cada componentefunciona ien0 se pueden realizar mediciones el"ctricas de continuidad0 si esta existe nodeera 4aer prolemas! ,l componente ms difcil de inspeccionar es la ua0 ya (uepuede no presentar fallas cuando se la pruea en condiciones (ue no son las defuncionamiento real!

S!-ema De Re5r,era'"#


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Por refrigeracin entendemos el acto de evacuar el calor de un cuerpo0 o moderar sutemperatura0 4asta dearla en un valor determinado o constante! /a temperatura (ue sealcanza en los cilindros0 es muy elevada0 por lo (ue es necesario refrigerarlos! /arefrigeracin es el conunto de elementos0 (ue tienen como misin eliminar el exceso decalor acumulado en el motor0 deido a las altas temperaturas0 (ue alcanza con lasexplosiones y llevarlo a trav"s del medio empleado0 al exterior! /a temperatura normal defuncionamiento oscila entre los E& y los G9!

,l exceso de calor producira dilatacin y como consecuencia agarrotara las piezasmviles! Por otro lado0 estropeara la capa aceitosa del engrase0 por lo (ue el motor seamarrara al no ser adecuado el engrase y sufriran las piezas vitales del motor! ,l medioempleado puede ser6 ;ire0 li(uido $agua%0 aceite!

S!-ema De Ame#-a'"# (Carburad%r)

,ste dispositivo0 realiza la conversin y mezcla del comustile l(uido con el aire0 de

acuerdo a los re(uerimientos del motor! Su importancia radica en (ue produce una mezclaadecuada al r"gimen de marc4a del motor0 arran(ue0 ralent0 aceleracin rusca0 velocidadcrucero0 desaceleracin y carga mxima! /a funcin principal es la mezclar el aire exteriorcon los vapores del comustile l(uido para producir una comustin apropiada! ,s de4acer notar la diferencia con el carurador para gas0 por(ue a "ste carurador adems sele agrega la funcin de producir la evaporacin del comustile l(uido0 en una seccindonde se produce una cada rusca de presin! ,l dispositivo sico consta de una vlvulamariposa o mariposa del carurador0 una cua de nivel constante y uno o varios surtidores!

;ctualmente los caruradores tienen muc4os accesorios (ue meoran su funcionamiento0adecuando meor la mezcla al r"gimen re(uerido por el motor! +on la tendencia actual de la

inyeccin de comustile0 los caruradores tienden a desaparecer!

Se#'ad%r

,l sonido del motor es una onda formada por pulsos alternativos de alta y aa presin (uese pueden amortiguar con un silenciador de escape! +uando la vlvula de escape se arey el gas se precipita 4acia el m)ltiple0 golpea la masa de gas de menor presin (ue estdetenida all! ,sto genera una onda (ue se propaga 4asta la atmsfera por el sistema deescape! /a velocidad de la onda es mayor (ue la del propio gas! Silenciador de motor decomustin!

S!-ema De Tra#!m!"#

Se entiende por el sistema de transmisin el conunto de elementos (ue transmiten lapotencia desde la salida del motor 4asta las ruedas! ,l sistema de camio de marc4asmanual 4a evolucionado notalemente desde los primeros mecanismos de caa de camiosde marc4as manuales sin dispositivos de sincronizacin 4asta las actuales caas de camiosincronizadas de dos ees Independientemente de la disposicin transversal o longitudinal y


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delantera o trasera0 las actuales caas de camios manuales son principalmente de dostipos6 tres ees6 un ee primario recie el par del motor a trav"s del emrague y lo transmitea un ee intermediario! Jste a su vez lo transmite a un ee secundario de salida0 coaxial conel ee primario0 (ue acciona el grupo diferencial!

S!-ema De Arra#6ue

,l sistema de arran(ue tiene por finalidad de dar manivela al cigKe@al del motor paraconseguir el primer impulso vivo o primer tiempo de expansin o fuerza (ue inicie sufuncionamiento! ,l arrancador consume gran cantidad de corriente al transformarla enenergas mecnica para dar movimiento al cigKe@al y vencer la enorme resistencia (ueopone la mezcla al comprimirse en la cmara de comustin! Ana atera completamentecargada puede (uedar descargada en pocos minutos al accionar por muc4o tiempo elinterruptor del sistema de arran(ue0 se calcula (ue el arrancador tiene un consumo de #99a &99 amperios de corriente y entones nos formamos una idea de (ue una atera puede(uedar completamente descargada en poco tiempo0 por eso no es recomendale ausar

en el accionamiento del interruptor de arran(ue!

7. PRUEAS 8UE SE EFECTUAN A MOTORES DE FLUIDOS COMPRESILES(POTENCIA9 TOR8UE Y CONSUMO)

POTENCIATraba:% ; P%-e#'a/a fsica define como traao el desplazamiento de un cuerpo por efecto de una fuerza!,l traao se mide en t"rminos num"ricos0 multiplicando la fuerza eercida por la distancia

recorrida! ,s decir0 si movemos un cuerpo con la fuerza de un Lilgramo para (ue recorra 1metro0 estamos efectuando un traao de 1 Lg x metro! ; mayor fuerza eercida mayortraao efectuado! +uando se realiza traao y la trayectoria es circular0 como es el caso deun motor0 el clculo del traao se expresa6

raao ? >uerza x 2Mr0 donde M es una constante $301#1'% y r es el radio de giro

P%-e#'a (*P)/a potencia es traao mecnico (ue incorpora en su valor el parmetro tiempo! ,s decir0 lapotencia se expresa con un n)mero (ue cuantifica el traao efectuado durante un lapso detiempo! 7ientras ms rpido se realiza el traao la potencia (ue se desarrolla es mayor!1 5P es igual a levantar 1 lira a &&9 pies de altura en 1 segundo! /a capacidad de eercertor(ue y potencia en un motor es limitada! .epende de la fuerza de expansin (ue logran


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los gases en el cilindro! ,l tor(ue mximo se consigue cuando el rendimiento volum"trico$: de llenado de los cilindros% es mximo!/a potencia en t"rminos generales0 expresa la capacidad para eecutar un traao en elmenor tiempo posile!,l t"rmino Bpotencia al frenoB0 deriva de (ue en las primeras determinaciones0 la produccinde energa producida por un motor en su ee era disipado o asorido por el rozamiento deun freno! ;)n se utilizan frenos para este propsito para magnitudes pe(ue@os de potenciay de velocidad! An tipo conocido como freno de Prony se representa es(uemticamente enla figura anterior! /a instalacin del freno de Prony comprende un volante o polea grande0 yel freno constituido por el flee y las locLs o zapatas de apriete0 las cuales se adaptanalrededor de la superficie perimetral de este volante y son construidas de madera!tros instrumentos para medir el traao en el ee son6 un freno 4idrulico0 un dinammetro0y sistemas medidores de deformacin (ue informan sore el momento del par motriz0 ascomo los cuales no se analizan en este traao!

TOR8UE/a estructura y el alcance de nuestros ancos de prueas de la potencia de motores 7Ppueden variar muc4o seg)n la aplicacin respectiva para medir la eficiencia de motores decomustin interna0 permite conocer con precisin el valor de la potencia $5P% y el tor(ue$8m%! /a medicin se puede efectuar en cual(uier tipo de automvil!Son varias las aplicaciones del anco de pruea para motores0 (ue resultan eneficiosaspara el usuario del ve4culo! ,n el caso de un motor reci"n reacondicionado0 es posilecomproar si su potencia es similar a la del e(uipo original!ami"n es )til al momento de ad(uirir un automvil usado0 ya (ue se puede conocer elestado del motor0 efectuando una pruea de tor(ue y potencia (ue ser comparada con las

especificaciones originales del faricante del motor!>inalmente resulta indispensale para alcanzar una puesta a punto ptima0 en motoresdeportivos de alto desempe@o! ,l anco de pruea0 admite la correccin en vivo deparmetros de caruracin y puesta a punto del encendido! +on esto se consigue otenerla mxima eficiencia permisile!

PAR DE TORSIN,l par o tor(ue es un n)mero (ue expresa el valor de la fuerza de torsin! Se expresa enLilos x metros!,n un motor de pistones la capacidad de eercer fuerza de torsin es limitada! .epende dela fuerza de expansin mxima (ue logran los gases en el cilindro! ,l tor(ue mximo seconsigue cuando el rendimiento volum"trico es mximo y por lo tanto se dispone de mayortemperatura para expandir los gases!,l par motor tami"n depende del largo del razo del cigKe@al!/os motores de mayor tama@o estn e(uipados con cigKe@al de razo ms largo! ,sto lesda la posiilidad de eercer igual par de torsin con menos fuerza de expansin de losgases!


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CONSUMO ESPEC


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,mpezando por un motor de +iclo tto $gasolina convencional% y seg)n este clculoexplicado por la Aniversidad de Sevilla0 tomando datos razonales para las varialesimplicadas0 la eficiencia mxima de un motor terico perfecto de gasolina con relacin decompresin F61 es de un &'0&:!

,n el caso del ciclo diesel0 (ue difiere ligeramente de la gasolina y permite relaciones de

compresin mayores0 en este clculo realizado sore el modelo terico de este ciclo0 sepuede ver (ue su rendimiento perfecto para una relacin de compresin de 1F61 sera deun '302:!

,n el mundo real no es posile construir motores (ue funcionen o se acer(uen si(uiera aestas condiciones!

,stos rendimientos $(ue son inferiores al mximo asoluto de +arnot% corresponderan amotores ideales0 lo (ue implica cosas como ausencia de rozamientos0 p"rdidas nulas poromeo0 procesos instantneos de comustin0 apertura y cierre de vlvulas en tiempo

cero0 procesos muy lentos de compresin y expansin y un aislamiento t"rmico sinp"rdidas de energa! .ic4o de otro modo0 en el mundo real no es posile construir motores(ue funcionen o se acer(uen si(uiera a estas condiciones!

/o (ue todo ello significa es (ue0 en el dise@o de un motor t"rmico0 el oetivo no puede serconvertir toda la energa (umica en movimiento0 sino intentar no desperdiciar muc4o msde la mitad0 en el meor de los casos!

>. CONCLUSIONES

,ste traao aporta al perfil del Ingeniero 7ecnico la capacidad para utilizar 4erramientas

para resolver prolemas en los (ue intervengan m(uinas de fluidos compresiles!;simismo0 descriir los componentes y la funcin de los principales sistemas auxiliares delos motores de fluidos compresiles!

/os conocimientos y 4ailidades ad(uiridas 4arn (ue seamos capaces de descriir lostipos0 metodologa y el propsito de realizar prueas a los motores de comustin interna0para identificar las acciones (ue producen la variacin de estos parmetros y reconocer lo


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significativo en el rendimiento de los motores de fluidos compresiles y evaluar lacontaminacin producida!

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