Dependiendo del diseño y tamaño del sistema, y de la aerodinámica del vehículo, solo es posible usar un intercooler para reducir la temperatura del aire de admisión hasta 160 ° F antes de que ingrese a la cámara del pleno. Esto significa que simplemente aumentar la potencia del motor al aumentar la presión de refuerzo no es una opción, ya que significaría exceder el umbral de detonación.
Aquí es donde entra en juego la solución de la división BMW M: si se inyecta agua en una fina nebulización en la cámara de admisión, es posible reducir la temperatura del aire de admisión en 80 ° F adicionales .
Supongamos que el motor M4 promedia 1500 RPM durante la operación regular.
La tasa de volumen de aire ingerido por el motor a esta velocidad es:
= 2979 cc * 1500 RPM / 2 # divide by 2 because four-stroke
= 2,234,250 cc / min
= 37 liters / second
= 0.037 m3/s
Los turbos gemelos desarrollan 18.1 psi en el pico de impulso , así que supongamos que el promedio es de 4-5 psi en promedio.
Absolute pressure at intake valve = 14.7 + 4 = 18.7 psi
Asumiendo una temperatura de aire de admisión decente
Air density at 18.7 psi, 50 °C = 1.39 kg/m3
(Afortunadamente para nosotros, esta es una configuración de inyección directa, por lo que las propiedades termodinámicas de WolframAlpha para el aire son útiles)
Al unir dos y dos, la tasa de flujo de masa de aire promedio (@ 100% de eficiencia volumétrica) es:
Mass air flow rate = 1.39 kg/m3 * 0.037 m3/s
= 0.0514 kg/s
(Esto plantea la pregunta: ¿cuál es una eficiencia volumétrica razonable para asumir aquí? Más sobre eso más adelante)
¿Cuánta energía hace que la temperatura del aire cambie en estas condiciones?
Aparentemente 719.5 J / (kg-K) .
¿Y cuánta energía se necesita para convertir el agua en vapor?
Calor latente de vaporización de agua = 2,230,000 J / kg
Esa es una cantidad épica de energía. Reduce el calor específico del agua, que es 4200 J / (kg- ° C).
Entonces, ¿cuál es el caudal de agua promedio requerido?
@ 100% VE, la energía por segundo requerida para cambiar la temperatura del aire en 44 ˚C es:
= m • Cv • ( T1 - T2 )
= 0.0514 • 719.5 • 44
= 1630 J
Eso no se traduce en mucha agua:
Requiere flujo de masa de agua por segundo:
= Energy ÷ ( latent heat of vaporization )
= 1630 J / 2,230,000 J/kg
= 0.00073 kg
= 0.73 g
En otras palabras, aproximadamente 44 cc / minuto @ 100% VE .
Si el VE en el mundo real es del 20%, lo cual es de esperar con aceleración parcial, esa cifra se desploma a alrededor de 9 cc / minuto .
Según la respuesta de anonymous2, el tanque de agua es de 5000 cc
Entonces, a 9 cc / min, el tanque de agua debería durar alrededor de 9,25 horas .
Si la velocidad promedio del vehículo a 1500 RPM es algo así como 45 mph, el tanque debería durar alrededor de 40 horas .
La discrepancia 4x podría deberse a una de las muchas suposiciones hechas. Al menos el valor calculado está en el estadio correcto.
La cantidad mínima de agua requerida para promulgar una carrera de potencia secundaria razonable ...
sería uno en el que el vapor ocupa el desplazamiento del cilindro:
Steam required = displacement * RPM / 3 # once per three crank revs
= 2979 cc * 1500 RPM / 3
= 1,489,500 cc / min
Eso es aproximadamente 1500 l / min, o 0.25 m3 / s
¿Cuánta agua se requiere para eso?
Depende de las temperaturas de la culata, pero suponiendo 0.8 bar y 350 ° F, la relación de expansión es aproximadamente 2600: 1 .
Por lo tanto, se requiere un caudal de agua total:
= 1,489,500 cc / min ÷ 2600
= 572 cc / min
