Calculos Termicos

II)

VI. Calcular un motor diesel de aplicacin industrial, de cuatro tiempos, con enfriamiento acuoso:

DATOS DE ENTRADA:

f) i = 3 = 17.8n = 2500 RPM Ne = 59 kW(79hp) Combustible.Para este motor se adoptan las normas tcnicas del combustible diesel. Con un ndice de Cetano del combustible no menor de 45.COMPOSICIN ELEMENTAL MEDIA DEL COMBUSTIBLE DIESEL:C = 0.870;H = 0.126;O = 0.004

CALOR INFERIOR DE COMBUSTIN DEL COMBUSTIBLE:

Parmetros del fluido motor.

CANTIDAD TERICA PARA LA COMBUSTIN DE 1kg DE COMBUSTIBLE:

COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE:Tomando como referencia las conferencias de clculo trmico de motores de automvil y de tractor.

para el diesel sin sobrealimentacin

para el diesel con sobrealimentacin

CANTIDAD DE CARGA FRESCA:

Para

Para CANTIDAD DE DIFERENTES COMPONENTES DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIN:

Como

Para

CANTIDAD TOTAL DE PRODUCTOS DE LA COMBUSTIN:

Si

Para

Parmetros del medio circundante y gases residuales.

CONDICIONES ATMOSFRICAS:

PRESIN DEL MEDIO CIRCUNDANTE PARA LOS DIESELES:

Un motor diesel sin sobrealimentacin:

Con sobrealimentacin:(media sobrealimentacin)

TEMPERATURA DEL MEDIO CIRCUNDANTE PARA LOS DIESELES:

Por lo anterior, si utiliza sin sobrealimentacin:

Con sobrealimentacin:Donde el exponente de la politrpica de compresin del aire nK es igual a 1.7 (compresores axiales y centrfugos

TEMPERATURA Y PRESIN DE LOS GASES RESIDUALES:

Sin sobrealimentacin:

Con sobrealimentacin:

Proceso de admisin.

TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO:El motor calculado no presenta dispositivo especial para el precalentamiento natural de la carga fresca. Entonces si se adopta en los dieseles Sin sobrealimentacin:T = 20CCon sobrealimentacin:T = 5C

DENSIDAD DE LA CARGA EN LA ADMISIN:

Sin sobrealimentacin


PERDIDAS DE PRESIN EN LA ADMISIN DEL MOTOR:



PRESIN AL FINAL DE LA ADMISIN:pa = pK - pa



COEFICIENTE DE GASES RESIDUALES:


Con sobrealimentacin:TEMPERATURA AL FINAL DE LA ADMISIN:



COEFICIENTE DE LLENADO:



Proceso de compresin.

EXPONENTES MEDIOS DE LA ADIABATA Y DE LA POLITROPA DE COMPRESIN:

En el funcionamiento del diesel con rgimen nominal se puede con suficiente grado de exactitud adoptar el exponente de la politropa de compresin aproximadamente igual al exponente de la adiabata, el cual se determina por medio de la adiabata (Nomograma de la Figura 25 de las conferencias de Calculo Trmico de motores de automvil y de Tractor).

Sin sobrealimentacin: para = 17.8 y Ta = 327.56K n1 k1 = 1.371Con sobrealimentacin: para = 17.8 y Ta = 396.9K n1 k1 = 1.358

PRESIN Y TEMPERATURA AL FINAL DE LA COMPRESIN:



CAPACIDAD CALORFICA MOLAR MEDIA EN EL FINAL DE LA COMPRESIN:

Del aire:Sin sobrealimentacin Tc = 951.24 273 ; Tc = 678.24 C.

Con sobrealimentacin: Tc =1138.95 273 ; Tc = 865.95C.

De los gases residuales:Se determina por medio de la Tabla 8, utilizando la interpolacin.Sin sobrealimentacin. Para = 1.4 y Tc = 678.24 C.

Con sobrealimentacin:para = 1.7 y Tc = 865.95C

De la mezcla de trabajo:


Con sobrealimentacin: Proceso de combustin.

COEFICIENTE DE VARIACIN MOLECULAR DE LA MEZCLA FRESCA:



COEFICIENTE DE VARIACIN MOLECULAR DE LA MEZCLA DE TRABAJO:



CALOR DE COMBUSTIN DE LA MEZCLA DE TRABAJO:



CAPACIDAD CALORFICA MOLAR MEDIA DE LOS PRODUCTOS:



;

COEFICIENTE DE UTILIZACIN DEL CALOR ():Como el coeficiente de utilizacin de calor en motores dieseles con cmaras no separadas est en un rango de: 0,7 0,88. Sin sobrealimentacin:Z = 0.8Con sobrealimentacin: Z = 0.86

COEFICIENTE DE ELEVACIN DE PRESIN ():Para los dieseles con cmaras de combustin no separadas, = 1,6 - 2,5: Sin sobrealimentacin: Z = 2.0Con sobrealimentacin:Z = 1.5TEMPERATURA EN EL FINAL DEL PROCESO VISIBLE DE COMBUSTIN:


0.001991t2z + 33.9tz 75844.13 = 0de donde


0.0019t2 + 33.33t 73527.41 = 0

de donde

PRESIN MXIMA DE COMBUSTIN:



RELACIN DE EXPANSIN PREVIA:


Con sobrealimentacin: Proceso de expansin.

RELACIN DE EXPANSIN CONSIGUIENTE:


Con sobrealimentacin: EXPONENTES MEDIOS DE LA ADIABATA Y DE LA POLITROPA DE EXPANSIN:

En el rgimen nominal se puede adoptar el exponente de la politropa de expansin por medio de la adiabata (Figura 30 de las conferencias de Calculo Trmico de motores de automvil y de Tractor).

Sin sobrealimentacin:Para = 14.26, TZ = 2274.72K, y = 1.4;K2 = 1.278 y n2 vara para dieseles de 1.18 1.28. Se asume n2 igual a 1.25Con sobrealimentacin: Para = 13., TZ = 2255.11K, y = 1.7;K2 = 1.284 y n2 se asume igual a 1.2PRESIN Y TEMPERATURA AL FINAL DE LA EXPANSIN:



VERIFICACIN DE LA TEMPERATURA DE LOS GASES RESIDUALES:

Sin sobrealimentacin: %error = 100 (810.67 - 800)/810.67 = 1,32 %, lo que es admisible.

Con sobrealimentacin: %error = 100 (870.05 - 900)/810.67 = 3,32 %, lo que es admisible.

Parmetros indicados del ciclo de trabajo (del ciclo motriz).

PRESIN INDICADA MEDIA TERICA:



PRESIN INDICADA MEDIA:

;Donde es el coeficiente de perfeccin (de plenitud) del diagrama que se adopta igual a 0.94.



RENDIMIENTO INDICADO PARA LOS DIESELES:



GASTO ESPECFICO INDICADO DEL COMBUSTIBLE:


Con sobrealimentacin: Indicadores efectivos del motor.

PRESIN MEDIA DE PRDIDAS MECNICAS:

;Donde vP.M. Velocidad media del pistn se adopt igual a 8 m/s

PRESIN EFECTIVA MEDIA:Sin sobrealimentacin: pe = pi - pM = 0.917 0.18 = 0.7342 MPa.Con sobrealimentacin: pe = pi - pM = 1.2857 0.18 = 1.1023 MPa

RENDIMIENTO MECNICO:


Con sobrealimentacin: RENDIMIENTO EFECTIVO:



GASTO ESPECIFICO EFECTIVO DEL COMBUSTIBLE:



Parmetros principales del cilindro y del motor.

EMBOLADA (LITRAJE) DEL MOTOR:

VOLUMEN DE TRABAJO DEL CILINDRO:

El dimetro y la carrera del mbolo del diesel, por regla se ejecutan con relacin de la carrera del mbolo al dimetro del cilindro S/D >1. Sin embargo, la disminucin de S/D para el diesel, como tambin para el motor del carburador, disminuye la velocidad del mbolo y eleva M. Por eso es conveniente adoptar S/D=1[footnoteRef:1]. [1: Tomado de las conferencias de Calculo Trmico de motores de automvil y de Tractor. Catedrtico Ivn Caneva Rincn. Pg. 119]

En definitiva se adopta D = S = 128 mm.Por medio de los valores adoptados en definitiva de D y S se determinan los principales parmetros e indicadores del motor:

CILINDRADA DEL MOTOR:

AREA DEL EMBOLO:

VELOCIDAD DEL EMBOLO: Lo que es suficientemente cercano al valor al vp.m. = 8 m/s. antes adoptado.

PARA MOTOR DE TRACTOR SIN SOBREALIMENTACIN:

POTENCIA EFECTIVA:

MOMENTO TORSIONAL:

GASTO HORARIO DE COMBUSTIBLE:

PARA MOTOR DE TRACTOR CON SOBREALIMENTACIN:

POTENCIA EFECTIVA:

MOMENTO TORSIONAL:

GASTO HORARIO DE COMBUSTIBLE:

DIAGRAMA DE INDICADOR

MOTOR DE TRACTOR SIN SOBREALIMENTACIN:

OXOB/OXPxOB/OXPx

6,23595505617,88,412913,01312,619

6,60714285716,87,777612,31311,79

7,02531645615,87,155711,61310,971

7,514,86,547710,91310,163

8,04347826113,85,954310,2139,3673

8,67187512,85,37619,51348,584

9,40677966111,84,81388,81347,8138

10,2777777810,84,26848,11347,0576

11,326530619,83,74077,41346,3162

12,613636368,83,23216,71345,5908

14,230769237,82,74376,01344,8826

16,323529416,82,27735,31344,1932

19,137931035,81,83494,61343,5244

23,1254,81,41913,91342,8786

29,210526323,81,03333,21342,2589

39,642857142,80,68252,51341,6698

61,666666671,80,37461,81341,1176

11110,168610,5374

MOTOR DE TRACTOR CON SOBREALIMENTACIN

OXOB/OXPxOB/OXPx

6,23595505617,84,58914,269,177

6,60714285716,84,23913,488,554

7,02531645615,83,89712,77,94

7,514,83,56311,927,335

8,04347826113,83,23711,146,74

8,67187512,82,9210,366,156

9,40677966111,82,6129,5815,582

10,2777777810,82,3138,8015,02

11,326530619,82,0258,0214,47

12,613636368,81,7477,2413,933

14,230769237,81,4816,4613,411

16,323529416,81,2275,6812,904

19,137931035,80,9864,9012,415

23,1254,80,7614,1211,944

29,210526323,80,5523,3411,496

39,642857142,80,3632,5611,073

61,666666671,80,1981,7810,681

11110,08910,331

BALANCE TRMICO.

CALOR TOTAL INTRODUCIDO AL MOTOR CON EL COMBUSTIBLE:

SIN SOBREALIMENTACIN

CON SOBREALIMENTACIN

CALOR EQUIVALENTE AL TRABAJO EFECTIVO EN 1S:



CALOR TRANSFERIDO AL MEDIO ENFRIADOR:

Donde C es un coeficiente de proporcionalidad; para los motores de cuatro tiempos C = 0.45 0.53[footnoteRef:2]. [2: Tomado de las conferencias de Calculo Termico de motores de automvil y de Tractor. Catedratico Ivan Caneva Rincn. Pg. 122]

i = 3 cilindros D = 12,63 cm. n = 1800 rpm.m es el exponente de la potencia; para los motores de cuatro tiempos m = 0.6 0.7.

SIN SOBREALIMENTACIN = 1.4

CON SOBREALIMENTACIN = 1.7

CALOR ARRASTRADO CON LOS GASES DE DESECHO:

Segn la tabla 8:para = 1.4 y Tr = 542 C SIN SOBREALIMENTACIN


para = 1.7 y Tr = 591 C

Segn la tabla 5:

SIN SOBREALIMENTACIN para = 1.4 y TK = 20C

CON SOBREALIMENTACIN para = 1.7 y Tr = 542 C

Remplazando:



PERDIDAS NO CONSIDERADAS (RESTANTES) DE CALOR:



COMPONENTES DEL BALANCE TERMICOMOTOR DIESEL SIN SOBREALIMENTACIONDIESEL CON SOBREALIMENTACION

Q J/sq %Q J/sq %

Qe63095.0936.0294724.764242.83

Qa57053.4832.5749804.329522.52

Qr50246.8128.6874167.024733.53

Qres4778.872.732487.87181.12

Q0175174.25100.00221183.99100,00

CARACTERSTICAS DE VELOCIDAD DEL MOTOR. Motor con sobrealimentacin.

Motor sin sobrealimentacin

BIBLIOGRAFA

Conferencias: Clculo Trmico de motores de automvil y de tractor Ing. Ivn Caneva Rincn.

Conferencias: Motores de automvil y de tractor, Ing. Ivn Caneva Rincn.

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