CALCULO DEL CICLO DE TRABAJO DEL MOTOR EJEMPLO 1 calcular el ciclo de trabajo de un motor de carburador predestinado para instalarlo a un coche de turismo a partir partir de los datos del del calculo Determinar Determinar las principales dimenciones dimenciones del motor y su supuesto rendimiento economico economico Los paramentros iniciales son Potencia nominal del motor a Numero de Cilindros relacion de comprecion Coeficiente de exceso de aire Combustible Gasolina
poder calorifico interior
η = N e = = i = E = α A C = H = H u =
5500 66 4 9.5 0.9 93 0.855 0,145
rpm kW
44 MJ/kg
1.- la cantidad teorica de aire necesaria para la combustion de 1 kg de combustible
cuadro N°1 C 0.855
cantidad teorica de aire o H 0,145 #VALUE! kg kg
Para calcular las magnitudes l 0 y L 0 se ha asumido que el contenido de oxigeno en el aire es un 20.9% en volume cuadro N°2 C 0.855
cantidad teorica de aire Lo H 0,145 #VALUE! km kmol.
Comprobando Comprobando este resultado, aplicando la ecuación ecuación obtenemos cuadro N°3 cantidad teorica de aire Lo = o/µa o µa #VALUE! 28.960. #VALUE! kmol. 2.- la cantidad real de aire que participa en la combustión combustión de 1 kg de combustible para α = 0.9 de acuerdo a la sigui cuadro N°4 o #VALUE!
cantidad real de aire α* o α 0.9 #VALUE! kg kg
O por la ecuación cuadro N°5
Lo #VALUE!
cantidad real de aire α*Lo α 0.9 #VALUE! km kmol
3. de la ecuación total de la mescla fresca, con forme a la expresión expresión es
cuadro N°6 cant. Total de la mescla fresca α* o G1 #VALUE! #VAL #VALUE UE!! kg Y según la ecuación.
cuadro N°7 α*Lo #VALUE!
cantidad real de aire M1 µc 114 #VALUE! km kmol
4. la cantidad de cada uno de los componentes componentes de los productos pr oductos de combustión y su suma, asumiendo que K = 0.5. cuadro N°8
K 0.5
α 0.9
M co #VALUE! kmol
la cantidad total de productos de combustion es M2 = 0.0144 + 0.0568 + 0.0072 + 0.0653 + 0.3669 = 0.5106 kmol. cuadro N°9 cant. Total produc. Combustion
M2=Mco+Mco 2+M H2 +M H 2O +M N2 M2
#VALUE!
kmol
O por la ecuación cuadro N°5
Lo #VALUE!
cantidad real de aire α*Lo α 0.9 #VALUE! km kmol
3. de la ecuación total de la mescla fresca, con forme a la expresión expresión es
cuadro N°6 cant. Total de la mescla fresca α* o G1 #VALUE! #VAL #VALUE UE!! kg Y según la ecuación.
cuadro N°7 α*Lo #VALUE!
cantidad real de aire M1 µc 114 #VALUE! km kmol
4. la cantidad de cada uno de los componentes componentes de los productos pr oductos de combustión y su suma, asumiendo que K = 0.5. cuadro N°8
K 0.5
α 0.9
M co #VALUE! kmol
la cantidad total de productos de combustion es M2 = 0.0144 + 0.0568 + 0.0072 + 0.0653 + 0.3669 = 0.5106 kmol. cuadro N°9 cant. Total produc. Combustion
M2=Mco+Mco 2+M H2 +M H 2O +M N2 M2
#VALUE!
kmol
El incremento de volumen es. cuadro N°10 Incremento de Volumen ΔM=M2-M1 M1 M2 #VALUE! #VALUE! #VALUE! kmol
El coeficiente teorico de variación molecular molecular se determina mediante mediante la ecuación cuadro N°11 coeficiente teorico M1
M2
#VALUE!
#VALUE!
u0=M2/M1 #VALUE!
kmol
n y un 23% en masa.
ente ecuación.
de acuerdo a las expresiones dadas.
productos de combustion
M co 2 #VALUE! kmol
M H2 #VALUE! kmol
| #VALUE! kmol
M N2 #VALUE! kmol
5. parámetros de proceso de admisión, Adoptamos que: el incremento de la temperatura en el T = 15°C, la temperatura de los gases residuales T r = 1050 K. la presión de los gases residu la velocidad de la carga en al sección de la valvula puesto que no hay sobre alimentación y la succion de aire se realiza desde la La densidad de la carga en la admisión ; para el aire ; 1 DATOS DE ENTRADA ΔT Tr Pr β²+ξ
ωad Pk=Po Tk=To µa ε
Densidad de la Carga Po
15 °C 1050 K 0.12 Mpa 3 90 m/s
R
To
0.1 287.0856354
288
LA PRESION FINAL DE LA ADMISION
0.1 Mpa 288 K 28.96 9.5
2 Densidad de la Carga en la Admision ωad Po β²+ξ 0.1 3 90 El coeficiente de gases residuales, para se halla de la ecu
3 ΔT
To
288
15
Coeficiente De Gases Res Pa Tr 1050 0.085
La temperatura final de la admisión, para se determina mediante la expresión ….. asumiendo que
ΔT
To
288
15
Temperatur Tr 1050
El rendimiento volumétrico de acuerdo a la expresión …. , y asumiendo que es
Pa 0.085
Po
0.1
Rendimiento Volumet Ta To 345 288
6. parámetros del proceso de compresión. Adoptamos el exponente politropico de compresió
La presión al final al final de la compresión, según la ecu
La presión al Pa 0.085 La temperatura la final de la compresión se halla de:
La temperatur Ta 345.283 7. los parámetros al final del proceso de combustión. el coeficiente real de variación molecul
coeficiente re
µo #VALUE! El calor no desprendido por defecto de la combustión inc
El calor α 0.9
La ecuación de combustión para los motores del carburad
Asumimos que el coeficiente de aprovechamiento de calo . la energía interna de 1 mol de mezcla fresca la final de p
Donde es el calor especifico de la mezcla fresca a la temperatura en kJ(Kmol*°C). Adoptamos que el calor especifico de la mezcla fresca es i
Entonces
μCv T
21.56 kJ/(kmol*°C) 443
T
443
La energía interna de 1 mol de productos de combustión a Donde es el calor especifico de los El calor especifico de la mezcla es igual a la suma que res en los productos de combustión por sus fricciones volum
Aprovechando los datos de la tabla 6, para ,obtenemos La energía interna de los productos de combustión, para t μCv"
23.13582 La en T
443
Entonces el primer miembro de la ecuación .
ξz
0.85
Hu
ξz 0.85
(ΔH u)quim Hu 44000 #VALUE!
44
Ɣ r 0.05
44000 ecuacion de c U"c Uc 9551.08 10249.17
Por lo tanto
μ r #VALUE! Asumamos que . En la tabla 9 hallamos el valor de la energía interna en lo El valor obtenido de para , . Determine para en la tabla 9 en caso de α=0.9, encontramos que
El valor buscado para la temperatura de combustión, corre Se encuentra entre la gama de temperaturas 2300°C< <2400°C. Admitiendo que para la variación de la temperatura desde , T =2615 K. Si los valores asumidos de α no corresponden a los aduci se debe determinar recurriendo a la ormula de la energía i se puede considerar lineal y por lo tanto utilizar. La presión calculada para el final de la combustión Tz
2615
Presion Final de l μr #VALUE!
Tz
Tc 2615
742
El grado de elevación de la presión se halla de la expresió
grado de Pc 1.74
La presión máxima del ciclo, considerando el redondeami
proceso de calentamiento de la carga ales p r = 0.12 MPa, El coeficiente sumario que considera la amortiguación de la velocidad y la resistencia del tmosfera, resulta que
en la Admision µa
ρ o=Po/Rto
28.96
1.209 kg/m3
a presión al final de la admisión Pa ρo 1.209 0.085 Mpa ción
iduales Pr
Yr 0.05
0.120
a Final Yr
Ta 345 K
0.06
,
345.2830189
ico
ηv
Yr
0.06
0.75
ción
final al final de la compresión, según ε Pc 9.5 1.74 Mpa
a la final de la compresión se halla de:
Tc
ε
9.5
742 k
r es:
l de variación molecular
µr
Yr
0.06 #VALUE! mpleta cuando α<1, de acuerdo a la ecuación
o desprendido por defecto de la
Lo #VALUE!
(ΔHᵤ)quim
#VALUE! J/kmol #VALUE! MJ/kmol #VALUE! kJ/kmol r, α<1, según la ecuación es:
oceso de compresión constituirá.
gual al calor especifico del aire. En la tabla 6 para
t= 443°C encontraremos que
La energia interna
Uc
μCv 21.56
9551.08 kJ/kmol
l final del proceso de compresión es:
productos de combustión al final del proceso de compresión. lta de multiplicar los calores específicos de cada uno de los componentes étricas. Para la composición química elemental del combustible adoptada, siendo α=0.9, obtenemos
= 443°C, resultara.
rgia interna de los Productos
μCv" 23.13582
Uc" 10249.17 kJ/kmol
mbustion M1 #VALUE!
μrU"z #VALUE!
μ rU"z
#VALUE!
U"z #VALUE!
s productos de combustión para α=0.9 y
spondiente al valor obtenido de
2300 hasta 2400°C la energía interna varia linealmente, obtendremos que os en la tabla n° 9 entonces nterna para una mezcla de gases. Los valores de las energias internas de los componentes para las temperaturas
, se determinada mediante la ecuación.
a combustion
Pc
Pz 1.74 #VALUE! Mpa
.
elevacion de la presion λ Pz #VALUE!
#VALUE!
ento del diagrama [ecuación 184 sera.
presion maxima del ciclo P"z Pz #VALUE!
#VALUE! Mpa
istema de admisión, referido a la sección de la balbula,
elegidas se toman de la tabla 7. Para cálculos aproximados, en caso de α que varia tan solo en 0.1, la f
nción
8. parámetros del proceso de expansión. Asumiendo el exponente politropico de expansión
la presión al final de la expansión se halla mediante la ecuación 187.
₂
1.24
La Presion Final P z ε 9.5 #VALUE!
P b #VALUE!
Mpa
La temperatura al final de la expansión según 188
La Temperatura Final ₂
T z
ε 1.24
9.5
T b
2615
1523 k
9. la presión media indicada del ciclo (calculada), de acuerdo a 196 es
La Presion Media Indicada
Pa 0.085
₁
₂
1.34
ε 1.24
9.5
#VALUE!
( p i )an
#VALUE!
Mpa
Considerando que el coeficiente de redondeo o penitud del diagrama es . entonces la presión media indicada real será. Presion Media φ
( p i )an
0.97
#VALUE!
Pi #VALUE!
Mpa
10. parámetros principales del ciclo. La fracción de la presión indica que se gasta en ve recurriendo a los coeficientes experimentales aducidos en la tabla 17.
Asumimos que al velocidad media del pisto
factor perdidas mecani Pm Vp 13.5 0.22 La presión media efectiva del ciclo se halla
Presion Media Efectiva Pe Pi Pm #VALUE! 0.22 #VALUE! El rendimiento mecanico (según la ecuació
Rendimiento Mecanico Pe #VALUE!
Pi #VALUE!
ηm
#VALUE!
El consumo especifico indicado de combus
Consumo Especifico Indicado de Combustible
o
ηv
#VALUE!
0.75
Pi #VALUE!
α 0.90
ρo
1.21
gi #VALUE!
El consumo especifico efectivo de combust g/(kW*h)
Consumo Especifico Efectivo de Combu gi
ηm
g e
#VALUE!
#VALUE!
#VALUE!
El rendimiento indicado del ciclo [cuando se expresa en g/(kW*h) y el en MJ/kgl, de acuerdo a la expresión (212)
Rendimiento Indicado del Ciclo gi #VALUE!
Hu 44.00
ηᵢ
#VALUE!
El rendimiento efectivo del ciclo se determi
Rendimiento Efectivo del Ciclo ηᵢ
ηm
#VALUE!
#VALUE!
ηₑ
#VALUE!
El consumo horario de combustible constit
Consumo Horario de Combustible ge #VALUE!
Ne 66.00
consumo #VALUE!
ncer la friccion y accionar los mecanismos auxiliares se determina conforme a la expresión (224),
n es de , entonces
as Mpa de la ecuación (215).
Mpa 240) es
Mpa
ible, según la ecuación (211), es.
g/kW*h
ible es.
stible
g/kW*h
resulta.
na mediante la expresión (222)
ye.
/h kg/h
A. Dimensiones principales del motor. La cilindrada total del mot
n
τ 5500
Cilindrada del Motor p ₑ Ne 4 #VALUE!
66
iVh #VALUE!
El volumen de trabajo de un cilindro es.
Volumen del trabajo de un cilindro
iVh #VALUE!
Vh #VALUE!
Designemos la relación S/D = J . entonces.
De donde
Adoptando que J=0.9
π
3.14160
Diametro del piston J Vh 0.9 #VALUE!
D #VALUE! #VALUE!
dm mm
Asumimos que D = 82 mm , por lo tanto.
π
3
Carrera del piston D Vh #VALUE! #VALUE!
S #VALUE! #VALUE!
dm mm
Fijamos S = 74mm, entonces
π
3
D
S
Vh
#VALUE!
#VALUE!
#VALUE!
i
Vh
iVh
4
#VALUE!
#VALUE!
La cilindrada del motor será.
La velocidad media del piston resultara.
S
n 5500
#VALUE!
v p #VALUE! #VALUE!
dm/s m/s
