Maquinas Termicas Diesel

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MA DOCENTE : ALUMNO : CODIGO: PROBLEMA:

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MAQUINAS TERMICAS

DOCENTE : Ing. OSCAR MÉNDEZ CRUZ

ALUMNO : RUIZ CASTAÑEDA FREDY

CODIGO: 082122-I

PROBLEMA: MOTOR DIESEL

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MAQUINAS TERMICAS

Ing. OSCAR MÉNDEZ CRUZ

RUIZ CASTAÑEDA FREDY

082122-I

MOTOR DIESEL

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DATOS rpm n 2400 rpm

potencia Ne 160 KwNumero de cilindros i 8Relacion de Compresion ε 16.5Coeficiente exceso de aire α 1.4

Combustible :diesel

Composicion masica elementalC 0.87H 0.126

Oc 0.004

Masa molecular media μc 180 - 120

42

86

Caracteristica del Combustible β 0.345numero de tiempos τ 4

protada

Poder calorifico combustible MJ/kg HU

Poder calorifico de la mezcla para α = 1, MJ/kg

datos carga admision

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DATOS ASUMIDOS RESULTADOSADMISION

variacion de temperatura ∆T 20 - 40°C 30 presion al final de la combustiontemperatura de gases residuales Tr 700 - 900 k 850 temperatura al final de la combustion

coeficiciente sumario (β² + ξ ) 2.5 - 4 2.8 rendimiento volumetricovel. en la seccion de la valvula wad 50 - 130 80 coeficiente de gases residualespresion de lo gases residuales pr (1.1 - 1.25)po 1.2

presion atmosferica po 0.1Mpa 0.1 COMPRESIONExp. politropico de expansión n2 1.18 - 1.23 1.23 presion al final de la compresionexp. politropico de compresion n1 1.3 - 1.4 1.38 temperatura al final de la compresion

coef. de aprovechamineto del calor 0.70 - 0.85 0.82coef. De redondeo de presion ϕi 0.92-0.97 0.95 COMBUSTION

velocidad del piston 9 presion al final de la combustionasumimos la relacion S/D = J J 1 temperatura al final de la combustion

grado de elevacion de presion: λ 1.5 - 4 1.8

ξz

admision compresion combustion expansion parametros

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RESULTADOS EXPANSIÓNADMISION presion al final de la combustion

presion al final de la combustion pa 0.089 Mpa temperatura al final de la combustion

temperatura al final de la combustion Ta 335.11 K presion indicada del ciclorendimiento volumetrico ƞv 0.789

coeficiente de gases residuales γr 0.03 PARAMETROS PRINCIPALES DEL CICLOperdidas mecanicas de presion

COMPRESION presion efectiva del ciclopresion al final de la compresion pc 4.3 Mpa rendimiento mecanicco

temperatura al final de la compresion Tc 972.36 K consumo especifico indicado de combustibleconsumo especifico efectivo de combustible

COMBUSTION Rendimiento indicado del ciclo presion al final de la combustion Pz 7.68 Mpa Rendimiento efectivo del ciclo

temperatura al final de la combustion Tz 2255 K Consumo horario de combustible

DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR Cilindrada total del motor

Velocidad media del piston diametrocarrera

parametros

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EXPANSIÓNpb 0.351 Mpa

Tb 1266 KPi 0.92 Mpa

PARAMETROS PRINCIPALES DEL CICLOpm 0.21 Mpape 0.70 Mpa

0.767463gi 179 g/Kw.hge 233.4772 g/Kw.hɳi 0.478356ɳe 0.37ge 37.356 kg/h

DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR ivh 11.38 ccVp 10.06 m/sD 120 mmS 126 mm

ɳm

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1.- CANTIDAD TEORICA DE AIRE PARA LA COMBUSTION DE 1kg DE COMBUSTIBLE:

según la ecuacion 44 es:

lo = 14.96 kg Masa molecular aparente del aire μ..>

ecuacion 45

0.497 kmol comprobamos según la expesion 46

2.- CANTIDAD TOTAL DE AIRE (M1): encontramos la cantidad de aire fresco según la expresion 54

M1 = αLo= 0.6990 Kmol/kg

3.- PRODUCTOS DE LA COMBUSTION PARA α = 1

0.5297 Kmol/kg

encontramos la cantidad exedente de aire freseco

(α-1)Lo = 0.2064 Kmol/kg

0.7293 Kmol/kg

coeficiente teórico de variacion molecular lo hallamos de la ecuacion 115

μo = M2/M1 = 1.044

LO =

encontamos la cantidad total de los productos de combustion se determina mediante la ecuacion 68

datos carga admision compresion combustion

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CANTIDAD TEORICA DE AIRE PARA LA COMBUSTION DE 1kg DE COMBUSTIBLE:

Masa molecular aparente del aire μ..> μa= 28.96

comprobamos según la expesion 46 0.516 kmol

CANTIDAD TOTAL DE AIRE (M1):

de la ecuaccion ( 67)

lo hallamos de la ecuacion 115

LO =

encontamos la cantidad total de los productos de combustion se determina mediante la ecuacion 68

combustion expansion parametros

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5.- PARAMETROS EN EL PROCESO DE ADMISION

ASUMIMOS PARAMETROS EN EL PROCESO DE ADMISION SEGÚN SUS RESPECTIVOS CRITERIOS BASADOS EN LA EXPERIMENTACION

Temperatura de los gases residuales:De la página 91 la temperatura Tr de los gases residuales Tr=700…900 K

pk=po= 0.1 MpaTk=To= 288 K

Para el aire 287.09

μa= 28.96

1.209

de acuerdo a la expresion 127

pa= 0.0892

* Coeficiente de gases residuales (Tk = To)

γr = 0.033

* Temperatura al final de la admision (Tk = To)

Ta = 335.11

Incremento de la temperatura en el proceso de calentamiento de la carga :pagina 92 para motores con formación externa de la mezcla ∆T=20…40ºC

Presion de los gases residuales : De la página 91 vemos que para Pr=(1.1…1.25)Po , asumimos:

Coeficiente sumario De la página 89 (β2+ξad)=2.5…4, asumimos:

Velocidad de la carga en la seccion de la valvula De la página 89 ωad = 50…130 m/s, asumimos:

*Densidad de la carga en la admision

Ra =8314/μa =

ρo = kg/m³

* Presion final admision (pk = po)

datos carga admision compresion

parametros iniciales

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* Rendimiento Volumetrico (Tk = To ; Pk = Po)Asumiendo: ϕ=ϕ1=ϕs = 1

ƞv = 0.789

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PARAMETROS EN EL PROCESO DE ADMISION

ASUMIMOS PARAMETROS EN EL PROCESO DE ADMISION SEGÚN SUS RESPECTIVOS CRITERIOS

∆T = 30 °C

Tr= 850 KDe la página 91 la temperatura Tr de los gases residuales Tr=700…900 K

pr= 0.12 Mpa

(β² + ξ )= 2.8

wad= 80 m/s

de acuerdo a la expresion 127

Mpa

de acuerdo a la expresion 160

de acuerdo a la expresion 140

K

Incremento de la temperatura en el proceso de calentamiento de la :pagina 92 para motores con formación externa de la mezcla ∆T=20…40ºC

De la página 91 vemos que para Pr=(1.1…1.25)Po , asumimos:

De la página 89 (β2+ξad)=2.5…4, asumimos:

Velocidad de la carga en la seccion de la valvula De la página 89 ωad = 50…130 m/s, asumimos:

compresion combustion expansion parametros

parametros iniciales

Page 12: Maquinas Termicas Diesel

de acuerdo a la expresion 152

Expresion (152)-pag.97

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5.- PARAMETROS DEL PROCESO DE COMPRESION

Exponente politropico 1.38

* Presion al final de la compresion

pc= 4.3 MPa

* Temperatura al final de la compresion

972.4 K699.4 °C

n1 =

Tc =

datos carga admision compresion combustion

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figura 45, pag. 113

Ecuacion (162)-pag.112

Ecuacion (163)-pag.112

combustion expansion parametros

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6.- PARAMETROS AL FINAL DEL PROCESO DE COMBUSTION

ECUACION I

* Coeficiente real de variacion molecular:

1.04

Coeficiente de aprovechamiento de calor es :0.82 ξz es el coef. De aprovechamiento de calor,va de 0.70-0.85 pag. 157

* De la ecuacion: reemplazando

47685.9917 KJ/kmol

De tabla (6) encontramos para la temperatura Tc = 699.36°C

μcv = 22.408 KJ/kmol

* Energia interna de 1kmol de aire a la temperatura de compresion Tc

Uc" = μcv *Tc Uc" = 15671.3134 KJ/kmol

(μc"v) = 25.079 KJ/kmol

*Entonces la energia interna de los productos de la combution para α=1

17585 KJ/kmol para Tc = 700 °C

17207.3681 KJ/kmol

*La ecuacion del proceso de combustion en el motor diesel según la expresion (177)

ξz =

Energía interna de Uc" 1kmol de productos de combustion de la temperatura Tc esta integrada por la energia interna de los ultimos siendo α=1 y la energia interna del aire excedente.es decir:

El calor especifico de los productos de la combustion para α=1 , lo obtenemos de tabla (8) pag 67

datos carga admision compresion combustion

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15720.7085 KJ/kmol

Asignamos el grado de elevacion de presion:

entonces 14551.5983 KJ/kmolLa suma del primer miembro tenemos: reemplazando en la ecuacion I

77958.2985 KJ/kmol

77958.2985 KJ/kmol

Ya que 1.04

U"z + 8.314 Tz = 74774.0396 KJ/kmol

RESOLVEMOS Aplicando metodo de de aproximaciones sucesivas, utilizando las tablas 9 y 7asumimos una temperatura

Para un Tz = 1900 °C y2173 k

la temperatura de combustion que buscamos debe estar entra estas temperaturas para luego interpolar

Tz(°C) TABLA n° 9 TABLA n° 7 U"z 1900 54931 47813 53428.7041 714952000 58197 50660 56606.5747 75504

Tz Interpolando valores 1982 74774

Entonces Tz = 2255 K Temperatura maxima del ciclo …pag156

*El coeficiente de expasion preliminar se obtiene de la expresion 157-pag.

1.34

*La presion maxima de combustion

pz= pcƛ = 7.68 Mpa

reemplazando en la ECUACION I

*La energia interna U"z es una funcion de la temperatura de combustion y del calor especifico.

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PARAMETROS AL FINAL DEL PROCESO DE COMBUSTION

ξz es el coef. De aprovechamiento de calor,va de 0.70-0.85 pag. 157* De la ecuacion: reemplazando

* Energia interna de 1kmol de aire a la temperatura de compresion Tc

según la expresion (177)

Energía interna de Uc" 1kmol de productos de combustion de la temperatura Tc esta integrada por la energia interna de los ultimos siendo α=1 y la energia interna del aire excedente.es

α=1 , lo obtenemos de tabla (8) pag 67

combustion expansion parametros

Page 19: Maquinas Termicas Diesel

λ= 1.8pag.28

Tz= 2000 °C2273 k

la temperatura de combustion que buscamos debe estar entra estas temperaturas para luego interpolar

7149575504

Interpolando valores 74774

Temperatura maxima del ciclo …pag156

*El coeficiente de expasion preliminar se obtiene de la expresion 157-pag.

funcion de la temperatura de combustion y del calor especifico.

Page 20: Maquinas Termicas Diesel

tabla No. 9 tabla No. 8T (°C) U diesel (MJ/Kmol) U aire (MJ/Kmol)

0 0 0

100 2552 2015200 4580 4195300 6992 6364400 9483 8591500 12100 10890600 14779 13255

700 17585 15684800 20390 18171900 23237 20708

1000 26293 239831100 29308 258991200 32406 285541300 35504 312381400 38686 339511500 41868 366891600 45008 394441700 48358 422031800 51498 450081900 54931 478132000 58197 506602100 61546 535072200 64979 563542300 68287 592012400 71594 620902500 75027 64979

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7.- PARAMETROS DEL PROCESO DE EXPANSION*Grado de expansion posterior

12.3

Escogemos el exponente politropico de expansion 1.23pag.161

*Temaperatura al final de la expansion deacuerdo a la expresion 186

1266 K EXPLICACION GRAFICA 158

*Presion al final de la expansion --expresion 185

0.351 Mpa

8.- PRESION MEDIA INDICADA DEL CICLO

(pi)an= 0.96 MPa Según resultados experimentales Considerando coeficiente de redondeo ϕi =De pag (170 ) ϕi = 0.92…0.97

* Entonces la presion media indicada real será:

pi=(pi)an*ϕi pi= 0.92 MPa

n2=

datos carga admision compresion combustion

Page 22: Maquinas Termicas Diesel

pag.159

EXPLICACION GRAFICA 158

0.95

exp.199

combustion expansion parametros

Page 23: Maquinas Termicas Diesel

9.- PARAMETROS PRINCIPALES DEL CICLO

Pm= A - Bvp Por tabla 17

Asumimos que la velocidad media del piston vp= 9Entonces

pm= 0.21

*Presion media efectiva del ciclo Ecuacion (215)-pag.176

pe=pi-pm

pe= 0.70 MPa

*Rendimiento mecanico Ecuacion (218)-pag.177

0.76746303

*consumo especifico indicado de combustible Ecuacion (211)-pag.174

gi= 179 g/Kw.h

*consumo especifico efectivo de combustible

ge= 233.477187 g/Kw.h

*Rendimiento indicado del ciclo Ecuacion (222)-pag.

La fraccion de la presion indicada que se gasta en vencer la friccion y accionar los mecanismos auxiliares es:

Para camara de combustion

semiseparada y no separada

ɳm = pe/pi

ɳm =

datos carga admision compresion combustion

Page 24: Maquinas Termicas Diesel

ɳi = 0.47835607

*Rendimiento efectivo del ciclo

ɳe= 0.37

*Consumo horario de combustible

37.4 kg/h

ɳe = ɳiɳm

geNe10³=

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10.- DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR

Ecuacion 224pag.212 *Cilindrada total del motor

A= 0.105B= 0.012 iVh= 11.38

m/s*Volumen de trabajo de un cilindro

Vh= 1.423 cc

* Designemos la relacion S/D = J = 1

Entonces:

Ecuacion (211)-pag.174D= 1.219

Elegimos D = 120mm 1.2120

Entonces :Vh= 1.42

S= 1.2580.1258

125.777385

Para camara de combustion

semiseparada y no separada

combustion expansion parametros

Page 26: Maquinas Termicas Diesel

* La cilindrada del motor será:

iVh= 11.38

* Velocidad media del piston

vp= 2Sn= 10.06

Page 27: Maquinas Termicas Diesel

DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR

Ecuacion (216)-pag.177

dm= 121.4mm

dm

cc

dmmmm

Page 28: Maquinas Termicas Diesel

cc

m/s