Informe de Diseño

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

INGENIERÍA MECÁNICA

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se presenta un resumen de los procesos del ciclo real para la simulación matemática de la operación del motor de combustión interna mediante cálculo, utilizando la teoría dada desde el inicio en clases. El diseño del motor Diesel con turbo alimentador con c on una potencia nominal de 170HP, elocidad nominal de !"00#P$ % relación de compresión de 1& este diseño esta 'ec'o en condición a niel del mar, en estos cálculos se muestra los procesos de admisión, compresión, combustión % e(pansión. e(pans ión. )a )ambi*n se de+inirá las dimensiones principales del motor cilindrada, carrera, diámetro del pistón, consumo de combustible, e+iciencias % otros parámetros-.

DISEÑO DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

PÁGINA 1



DISEÑO DE MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA, MOTOR TIPO DIESEL TURBOALIMENTADO DATOS: Potencia nominal 170 HP elocidad nominal !"00 #P$ #elación de compresión 1& /ombustible diesel /aracterística turboalimentado Poder calorí+ico calorí+ico por 2 de mezcla en j32 j32 Hu 4!7&! 4!7&! $asa molecular media 4150 6 !00

1.-COMPOSICIÓN DEL HIDROCARBURO. /omposición del petróleo /3H340.5730.1!&30.008 Poder calorí+ico Hu 4 8!"00 932.

2.-GENERALIDADES DE LA COMBUSTIÓN. 2.1.-la a!"#$a$ $% a#&% "%'&#a !%%(a&#a )a&a la *+("#'! $%l *+("#l% %(: l o=

4

(

1 8 C + 8 H −Oc 0.23 3

14.45 Kg de

Lo=

)4

(

1 8 ( 0.87 ) +( 8 ) ( 0.126 ) −0.004 0.23 3

)

aire de combustibl combustiblee kg

(

)

(

1 C H Oc 1 0.87 0.126 0.004 + − = + − 0.21 12 4 32 0.21 12 4 32

) 4 0.8:8&

lo = μa∗ Lo donde μa=29.216 kg / Kmol

6demás

l=α ∗lo y L =α ∗ Lo , donde

l  /antidad real de aire ;ue in2resa al cilindro del motor. lo  /antidad de aire teórica. α > 1 $ezclas pobres donde para motores Diesel turboalimentado

2.25

< α < 1.4 < De a;uí

ele2imos α =1.4

2.2.-%! +*"*&%( $#%(%l (% $a la *+("#'! *+)l%"a α =1.4  1 /+%0la )*&%.  La a!"#$a$ "*"al $% %("a +%0la a&&a!"% %( M1 M 1

=

α * Lο


PÁGINA 2



$1 4 1.8-0.8:8&-4 0.&:!"mol32

E("a+*( *! α =1.4 > 1 !a +%0la )*&% )*& "a!"* %l *+("#l% a&$% "*"al+%!"%  l*( )&*$"*(M2 %( : M 2 = M CO2 + M H 2O + M O2 + M N 2

M (CO2 ) =

M ( H 2 O) =

C

=

12 H 2

=

0.87 12

= 0.0725kmol / kg

0.126 2

= 0.063kmol / Kg

M (O2 ) = 0.21 * (α − 1) * Lo = 0.21 * (1.4 − 1) * 0.4946 = 0.04155 Kmol / Kg M ( N 2 ) = 0.79 * α * Lo = 0.79 * 1.4 * 0.4946 = 0.547075 Kmol / Kg

M 2 = M CO2 + M H 2O + M O2 + M N 2 = 0.7269kmol / Kg

µ 0

/oe+iciente teórico de ariación molecular

0.7269

= M 2 M 1

4

0.6925

41.08:&7"

 L*( )&*$"*( $% *+("#'! )a&a α =1 %( la a!"#$a$ $% a#&% %("%3#*+%"&#a M 20=( M 2 )α =1 M 20

C =

12

H +

2

+

0.79 LO

/on o(í2eno cero por;ue todo el o(í2eno 'a sido consumida este;uiometricamente M 20=( M 2 )α =1= 0.5262267857 kmol / kg M 2α

= (α − 1) * Lo = 0.4 * 0.4946 = 0.1988kmol / kg

M 2 = ( M 2 ) α =1 + M 2α = 0.52813 + 0.1988 = 0.7269 kmol / kg


PÁGINA 4



C*%5##%!"% $% 5&a#'! 6*l+7"&#a $% l*( )&*$"*( $% *+("#'!: ro =

( M 2 )

α

=1

M 2

=

0.52813 = 0.72652 0.72693

*%5##%!"% $% 5&a#'! 6*l+7"&#a $%l %8%(* $% a#&%: ra =

(α − 1) * Lo M 2

=

(1.4 − 1) * 0.4946 0.72693

= 0.27348

r 0 + r α = 0.72652+ 0.27348=1

En estos cálculos nos interesa cuanto ario $1 in2reso al cilindro- con respecto de cuanto salió del mismo los productos de combustión $! tiene ;ue e(istir un incremento ∆ M ( kmol ) , esto demuestra al arder los combustibles in2eridos el olumen de los productos de combustión es ma%or ;ue el de la mezcla aire=combustible. Esta ariación de olumen si2ni+ica ;ue durante la combustión los 2ases ;ue se +orman realizan trabajo >til, este 'ec'o se cuanti+ica mediante el *%5##%!"% de ariación molecular de la mezcla +resca. µ 0 =

M 2 M 1

=1+

∆ M

M 1

=

0.72693 0.6458

= 1.1256

4.-PROCESO DE ADMISIÓN PROCESO DE ADMISION Es el encar2ado de introducir la mezcla aire= combustible al cilindro. 4.1 PARÁMETROS DEL PROCESO DE ADMISIÓN:

Presión atmos+*rica es

PO=1 atm =1 ¯¿ 0.1 MPa

)emperatura medio promedio de

T O =288 k

Para nuestro caso el motor es sobrealimentado, % con intercooler entonces la presión a la entrada del el cilindro es

Pa = P K − ∆ Pa, MPa

∆ P a = P K − P a , ( MPa)

De los principios del turbo=compresores se tiene e(isten p*rdidas 'idráulicas a lo lar2o del m>ltiple de admisión.


esto debido a ;ue

PÁGINA 9


π k

=


P k P o

?rado de eleación de presiones π k

@i, ad;uiere alores superiores a !.0=!." se justi+ica plenamente el 'ec'o de introducir un inter en+riador de aire intercooler- despu*s del compresor % antes de in2resar al cilindro, por;ue se eidencia un incremento eleado de T k el interen+riador puede en+riar 'asta 70AB π k

)omamos 4!.&< como el 2rado de eleación de presiones es ma%or ;ue !.", entonces necesita intercooler para bajar su P k = P oπ k

Entonces

4 0.1- !.&-4!.&bar

D%!(#$a$ $% la a&a 5&%(a Po

6

kg 0.1∗10 ρo= ∗10 = =1.2098 3 Ra T o 287∗288 m 6

4.2.-LA PRESIÓN ;INAL DE ADMISIÓN P a

= ( P k − ∆ P ref ( f p

Ca presión al +inal de la admisión se calcula con la si2uiente +órmula

ar

∆ P ref Donde

caída de presión en el en+riador es i2ual a 0.08 bar

f p

 actor ;ue considera las p*rdidas de presión en el m>ltiple de admisión % ad;uiere f p

alores de 0.5" a 1.0", donde tomaremos

40.:"

P a = P k − ∆ P ref f p ( 2.6 − 0.04)( 0.95) 4

4!.8F!bar

4.4.- CANTIDAD DE GASES RESIDUALES < COE;ICIENTE DE GASES RESIDUALES.

En el proceso de escape no se lo2ra desalojar por completo del cilindro los productos de combustión, ocupado estos ciertos ol>menes a Pr % )r. En el proceso de admisión los 2ases residuales, se e(panden %, mezclándose con la car2a +resca ;ue in2resa, 'ace disminuir el llenado del cilindro.

 C*%5##%!"% $% a(%( &%(#$al%(


PÁGINA =


γ r=


M r M 1 T o + ∆ T

γ r=

T r

∗ Pr

P a− Pr

ϵ

Donde T o  )emperatura atmos+*rica e i2ual a !55  ∆ T  )emperatura de calentamiento de la car2a aría para los diesel con

sobrealimentación de 0G.1"< 6sumiremos ∆ T =15 K Ca car2a +resca durante su moimiento por el sistema de admisión % dentro del cilindro entra en contacto con las paredes calientes, eleándose su temperatura en ∆ T  el 2rado de calentamiento de la car2a depende de la elocidad de su moimiento en el m>ltiple de admisión % de la di+erencia de temperaturas entre las paredes % la car2a. Es importante tener presente ;ue al aumentar la temperatura de la car2a su densidad disminu%e % iceersa. )r  temperatura de los 2ases residuales en 2rados . este alor se tiene ;ue asumir por el momento % aría para los motores diesel 700 % :00. 6sumiremos T r =850 K . Pr  presión de los 2ases residuales en $Pa. )ambi*n se debe asumir P r 4 1,1G..1,!"- P o. Pr= 1.25∗1.0 =1.25 ¯¿ Entonces asemos ;ue .  +inalmente remplazando alores a la ecuación tenemos T o + ∆ T

288

∗ Pr

T r γ r= ϵ P − P a r

γ r=

M r M 1

=

+ 15

850

∗1.25

∗2.432−1.25

16

se tiene !ue Mr=¿

=¿ 0.011831242% de

0.008193135 kmol / kg y M 1 =0.6925 kmol / kg

@i γ r " 1 , lo ;ue conduce a un encendido combustión irre2ular. 4.9.-TEMPERATURAS EN LA ADMISIÓN.

Ca temperatura despu*s de la compresión en el turbocompresor se de+ine con


PÁGINA >



1.4 −1 K −1     1.4 K − 2 . 6 1   π − 1 T K = T O 1 + K º K ) 2881 + ( =   0 . 7 η K      

4

817.18:!:7A

η K

 E+iciencia adiabática del compresor 0.7=0.5< asumiremos  índice adiabático del compresor 1.8 π K

4!.& el cual necesita un intercooler de +orma ;ue

T K

η K

40.7

disminu%a por lo tanto

P a = P s − ∆P a

= T k − ∆T ref

T s

−

4817.18:!:7 70 4F87.18:!:7 P S = P K − ∆P ref

−

4!.& 0.0!:811::" 4 !."70"500"bar T s

 )emperatura de la car2a +resca a la salida del en+riador P S

 Presiones de la car2a +resca a la salida del en+riador

∆ P ref  Perdidas 'idráulicas en el en+riador 0.01=0.0"- 23cm!,

∆ P ref 6sumiremos

40.0F 23cm!40.0!:81::"bar

∆T ref

 En+riamiento de la car2a en el inter en+riador ;ue puede lle2ar 'asta 70A 6'ora bien la temperatura al +inal de la admisión ;ue utilicen turbo compresor e interen+riador. Ta = ❑ 4 ❑

347.149229 + 15 +( 0.011831242 )( 850 ) =¿ F&7.5"F&5&7A 1 + 0.011831242

4.9.-COE;ICIENTE DE LLENADO O RENDIMIENTO VOLUM?TRICO / #$  #$

4/ali+ica la calidad de admisión % sobre todo saber si la capacidad del cilindro +ue

saturada con car2a +resca en su totalidad. n $=

( % aire )real (% aire )teorico


PÁGINA @


η v


Ts = ϕ 1 ε * Pa * ε − 1 Ps Ta * (1 + γ r )

& 1=

M 1 + Mr M 1 a + Mr < /oe+iciente de car2a, sabemos ;ue

& 1=

M 1 + Mr =0.98 Para motores sobre alimentados M 1 a + Mr

M 1 > M 1 a

&1= 0.90 −0.98

-

&1= 0.98

∗ ∗2.432 16 −1

0.98 16

#$ =

2.57058005

∗347.149297

∗( 1+ 0.011831242)

367.6772903

#$ =¿

0.:!!80!1::

Para motores sobrealimentados el ran2o del coe+iciente de llenado es 0.9 < n $ < 0.98 /on lo cual nuestro calculo está dentro del ran2o.

9.-PROCESO DE COMPRESIÓN: El proceso de compresión se da del punto a al punto % depende de las características o parámetros termodinámicos ambientales ;ue e(isten al inicio de la compresión, de la relación de compresión % tambi*n las características de desprendimiento % aproec'amiento de calor ;ue brinda el poder calorí+ico Hu ;uien nos permite subir 'asta el punto I.


PÁGINA 



O%"#6*: buscar un alor +ijo del e(ponente politrópico de e(pansión #1 en el cual no e(ista intercambio de calor con las paredes del cilindro. Para lo cual se utilizara las +ormulas dadas. )eniendo cuidado con el ran2o dado para motores Diesel sobrealimentados es 1.32 < #1 < 1.38

El al "*+a&%+*( ! 6al*& )a&a #1 1.4

E("&a"%#a: para determinar la temperatura % presión al +inal de la compresión se supone ;ue este proceso es politropico % se 'alla con las ecuaciones n1

Pc = Pa ϵ

=( 2.432 ) 161.38 411&.8F7105:bar

n1−1

T c =T a ϵ

4 F&7.&77!:0F- 

1.38 −1

16

- 410&&.5&508A

Cll*( a &%al#0a$*( a!"%&#*&+%!"%:  /oe+iciente de +racción olum*trica de los productos de combustión ro =

( M 2 ) M 2

α

=1

=

0.52813 = 0.72652 0.72693

 coe+iciente de +racción olum*trica del e(ceso de aire ra =

(α − 1) * Lo M 2

=

(1.4 − 1) * 0.4946 0.72693

= 0.27348

r 0 + r α = 0.72652+ 0.27348=1


PÁGINA 


Pa&a )%"&*l%&*(:

!1

4

! 2=

a 1 + γ r∗r ¿ ¿ ¿ ¿

!1

4

¿ ¿ ¿

<

! 2=

γ r∗r 0

1 + γ r

< para motores con J ¿ 1 diesel

1 + 0.011831242∗0.2734 =¿ 0.::1"0!0!F 1 + 0.011831242

γ r∗r 0

= 0.011831242∗0.72652 =¿ 0.0058:7:77 1 + γ r 1+ 0.011831242

;#!al+%!"%:

!1 ( ' C −' a ) + ! 2 ( ' } rsub {C} - {U a ) −

D%"%&+#!a+*(: ' (a Para

4

a 1 + γ r∗r ¿


R n1−1

( t c−t a )= 0

 ' a

T a=367.6772903 K ! 1=0.991502023 y !2= 0.008497977

trans)ormamos a

A/

T a=367.6772903 −273 =94.677


A/

PÁGINA 1F


Knterpolando de la tabla ! para

' a




' M* 94.677 = a ' a=1.9077474 kmol 100 2.015

De i2ual manera interpolamos para ' ( a ( α =1 )  de la tabla 8 94.677 100

=

' (a 2.252

' (a =2.133

M* kmol

n −1 N*( 5al"a $%"%&+#!a& T C : @iendo T C =T a Ԑ

a;uí asumimos alores de n1 los

1

menores posibles Para motores sobrealimentados

n1=1.32 −1.38

)omamos un alor de n1=1.38 < n1−1

T c =T a ϵ

1.38 −1 4 F&7.&77!:0F-  16 - 410"8.:7188:4751.:7188:A/

Knterpolamos para T C =781.971449 + C e interpolamos alores para ' ( c

% ' c

Knterpolando para 'allar ' c De la tabla ! ' c −18,171 781.971449 −800 = 900 −800 20,708 −18,171 ' c =¿


k* 1@@14.>1=>> kmol

PÁGINA 11



Knterpolando Para 'allar ' (c  De la tabla 8- % para ( α =1 ) ' (c − 20.390 781.971449 −800 = 900 −800 23.237−20.390 ' (c =¿ 1@>.@2@1= +*l

#emplazando en la ecuación ' } rsub {C} -1301 right ) - {R} over {{} rsub {1} -1} !e"t #{t} rsub {$} - {t} rsub {%} right ) &'

¿ !1 ( ' C −' a ) + ! 2 ¿

6demás/onstante uniersal de los 2ases R=¿ 5.F1893mol 

Pa&a *"%!%& %l 6al*& $% B #!"%&)*la+*( l*( *! 6al*&%( a(+#$*( $% !1


PÁGINA 12



25000 20000 15000 B 10000

Linear () 5000 0 1.35 1.36 1.37 1.38 -5000 n1

n1  1.F7 !1775.:!18" 1.F&" F:.&!"1:"! 1.F&80:81 0.000100!0F ! 1.F&8 =8.1!51&58F7 1.F& =151."7!F&"8 Entonces el coe+iciente politrópico para 40 ,000100!0F40

n141.F&80:81!

#eemplazando en ' } rsub {C} -1301 right ) - {R} over {{} rsub {1} -1} !e"t #{t} rsub {$} - {t} rsub {%} right ) &' !1 (

¿ ' C −' a + ! 2 ¿

)

40.000100!0F

inalmente a'ora calcularemos la presión % la temperatura 1.36409412 n Pc = Pa ϵ =( 2.432 ) 16 4106.781633 bar 1

n1−1

T c =T a ϵ

4 F&7.&77!:0F- 

1.36409412 −1

16


- 4100:.8"7&5B47F&.8"7&5!Ac

PÁGINA 14



/on la temperatura de+initia al +inal de la compresión calculamos el erdadero alor de la ener2ía interna de compresión % la ener2ía interna de los 2ases de combustión Knterpolando de la tabla ! del in2eniero 6rturo $acedo- para 'allar ' c ' c −18,171 736.457682 − 800 = 900 −800 20,708 −18,171

' c =¿

k* 1&""5.:F18 kmol

Knterpolando Para 'allar ' (c De la tabla 8- % para ( α =1 ) ' ( c −20.390 736.457682 − 800 = 900 −800 23.237 −20.390 ' ( c =¿

15"50.:"0!B93Bmol

=.-PROCESO DE COMBUSTIÓN. Luestro objetio en el análisis de la combustión es encontrar los alores de )z % Pz má(imas en ;ue empezara la combustión. Para el cálculo de los parámetros de combustión se 'ace un balance de ener2ías, % lue2o de al2unas trans+ormaciones se lle2a a la si2uiente ecuación. ε z H u ( + γ r ) M 1 1

+ q1U c + q 2U c'' + Rλ T c = µ r (U z r α + U z '' r o + RT z ) ó . .

, -∗ H u ' + γ ∗' + c r c M 1 ( 1 + γ r ) 1 + γ r

+ 8.314 T c = μr (' -.. + 8.314 T - )

En este caso utilizaremos el criterio de 9oaj$.@ para el cálculo de las ener2ías internas como λ =

'' Uc U ' ' c λ U z U z

,

,

,

,

% )z ;ue son desconocidos.

Pz Pc

Es el 2rado de eleación de la presión durante la combustión % se asume por lo lo ?

?eneral 1.8


PÁGINA 19


ε z


ε z

 /oe+iciente de aproec'amiento de calor 0.&" M M 0.5"< )omamos 6demás /onstante uniersal de los 2ases R=¿ 5.F1893mol 

ε z

4 0.5"

=.1. DADO JUE
$1 4 0.&:!"mol32 Hu 4 8!"00 932 γ r=¿ 0.011831242 ε z = 0.85

se asume)c4100:.8"7&5B47F&.8"7&5!Ac C*%5##%!"% &%al $% 6a&#a#'! +*l%la& M 2 + γ r M 1 μo + γ r μr = = =¿ 1.F9=144 %a ;ue μo=¿ 1.F9=>>@@ M 1 ( 1 + γ r ) 1 + γ r /alculo Nc %a ;ue tenemos la temperatura T c =736.457682 + c En la tabla LO1 in2eniero 6rturo macedo- encontramos el calor especi+ico molar medio de los 2ases

( μ C $) c j3Bmol=Oc-.

Knterpolamos

− 700

736.457682 800

−700

μ C $ =22.552391

=

μ C $ −22.408 22.713

−22.408

K* KmolC

C =¿ ( μ C $ ) T C =22.552391∗736.457682 ' ¿


PÁGINA 1=


' c =16854.3377


K* Kmol

/ / /alculo de ' c

/ / , la ener2ía interna ' c de 1mol de productos de combustión a la )c está inte2rada por la ener2ía interna de estos >ltimos α =1 % la ener2ía interna del aire / / / / e(cedente, es decir ' c = ( ' c ) α =1∗r 0+ ' c∗r 2 a

De tabla LOF in2. 6rturo $acedo-se tiene Cue2o interpolamos .

¿ ¿ 747.341499 −700 μ C $ −25.079 = 800−700 25.498 −25.079

¿

μ C $ =25.27736

K* KmolC

/ /

' / / (¿¿ c ) =1=( μ C $ ) ∗T c ∝

¿

¿ 25.27736∗747.341499 //

'

(¿¿ c )

=1

∝

=17250.55 ¿

K* Kmo l


PÁGINA 1>



inalmente se tiene el alor de / / c

= ( ' c )/ / α =1∗r 0+ ' c∗r 2 α

/ / c

=17250.55 ∗0.726763828 + 16854.3377 ∗0.273236172 =17142.29 k0 / kmol

'

'

6'ora reemplazamos en . .

, -∗ H u M 1 ( 1 + γ r )

+

' c + γ r∗' c

1 + γ r

+ 8.314 T c = μr (' -.. + 8.314 T - )

Cue2o iendo la ecuación notamos ;ue la parte iz;uierda puede ser calculada puesto ;ue se tiene todo los alores. ..

, -∗ H u ' + γ ∗' 1 = + c r c M 1 ( 1 + γ r ) 1 + γ r

+ 8.314 T c =76970.1245 k0 / kmol

El lado derec'o 2 = μr ( ' -

..

+ 8.314 T - )= 1.04515039∗( ' -.. + 8.314 T - )=76970.1245 k0 / kmol

. .

' - + 8.314 T -=76970.1245 GGGGGGa-

. . Ca ener2ía interna ' - es una +unción de la temperatura de combustión % del calor

especí+ico, por eso la >ltima ecuación puede resolerse utilizando el m*todo de apro(imaciones sucesias, utilizando la tabla LO ! % 8.


PÁGINA 1@



@abiendo ;ue !!00M)zM !F00, siendo analizado las ener2ías internas para z

P&#+%&a a)&*8#+a#'! a(+#+*( 3% T02FFFKC22@4 De las tablas !  8 tenemos / /

' -=( ' - )

/ / α = 1

∗r 0 + ' -∗r 2 α =58197∗0.72676383 + 50660∗0.273236172

¿ 56137.62 K0 / kmol . .

' - + 8.314 T -=75035.342 k0 / kmol

S%!$a a)&*8#+a#'! a(+#%!$* T02F>FKC2444 De la tabla 8 in2eniero 6rturo $acedo. .

' - −58197 2060 −2000 = Knterpolamos 2100 −2000 61546 −58197

. .

' - =60206.4

K* Kmol

De la tabla LO F in2eniero 6rturo $acedo-


PÁGINA 1



❑ −2000 ' - −50660 = 2100 −2000 53507−50660

2060

Knterpolamos ❑

' - =52368.2

K* Kmol

;#!al+%!"% / /

' -=( ' - )

/ / ∗ 0+ α = 1

r

' -∗r 2 α =60206.4∗0.72676383 + 52368.2∗0.273236172

¿ 58064.72k0 / kmol . .

' - + 8.314 T -=77451.95 / kmol

T02F>FKC2444

A(+#%!$* l#!%al la &%la#'! $% T0 

. .

' -

%!"*!%( )*$%+*( #!"%&)*la& )a&a

. .

' - + 8.314 T -=76970.1245 GGGGGGa. .

' -

+ 8.314 T -

T -

-

75035.342

!!7F

76970.1245

T -

77451.95

!FFF

I!"%&)*la!$* T -= 2323 k 4!0"0A/ Entonces los alores erdaderos son  De la tabla LO 8 ' -

)O/-

"51:7

( ' - )/ / α

!000 !0"0

&1"8&

!100

. .

=1

/ / ' ( ) α Knterpolando

=1

=¿

":571." k0 / kmol

 De la tabla LO !


PÁGINA 1


❑

' -

)O/-

"0&&0 ' -

!000 !0"0

"F"07

!100

❑

Knterpolando se tiene


' - = 52083 k0 / kmol

=.2. El *%5##%!"% $% %8)a!(#'! )&%l#+#!a& %(: ρ =

µ r * Tz 1.04515039 * 2050 = = 2.04779046 λ * Tc 1.4 * 747.341499

=.4. La )&%(#'! +8#+a $% *+("#'!: λ =

Donde

Pz

λ

Pc

Pz4 Pc41.8- 10&.751&-418:.8:bar

P (¿¿ - ) real =0.85∗149.49 =127.0665 ¯¿

¿

>.-PROCESO DE EPANSIÓN: E("&a"%#a: para el cálculo del e(ponente poli trópico de e(pansión se usara el mismo m*todo de las apro(imaciones si2uiendo la si2uiente ecuación

( ξ b − ξ z ) Hu R( Tz − Tb ) = − r α (U z − U b ) − r 0 (U z " − U "b ) M 1 ( µ 0 + γ r ) n2 − 1  A =

 =

( ξ b − ξ z ) Hu M 1 ( µ 0 + γ r ) R( Tz − Tb ) n2

−1

− r α (U z − U b ) − r 0 (U z "! − U "b )

O%"#6*: nuestro objetio principal es determinar el alor +ijo del coe+iciente de e(pansión % así poder 'allar la presión % temperatura de e(pansión


PÁGINA 2F


Tb = Tz *

1

P b = P z *

n 2 −1

δ

%


1

δ n 2 ξ b = 0.92

ξ b

D*!$%: ξ z = 0.85

aria para motores Diesel de 0.57a 0.:!ele2imos +ue asumido en cálculos anteriores.

Cue2o podemos determinar el alor de 6 puesto ;ue estos alores %a la conocemos A =

( ξ b − ξ z ) Hu (0.92 − 0.85) * 42500 = = 4063.86413 3k! / kmol M 1 ( µ 0 + γ r ) 0.6925(1.04566787 + 0.01146119 2)

Para el cálculo de  necesitamos usar en m*todo de apro(imaciones sucesias

 P&#+%&a a)&*8#+a#'! a(+#+*( δ =

T -= 2323 K

/on Tb = Tz *

ε 16 = ρ 2.07802111

= 7.69963303 6

% 1

δ n 2−1

= 2323 *

n2 = 1.228

lue2o 'allamos )b 1

= 1287.178256°C = 1014.17825 K 7.699633036 1.228−1

/on la )b41!57.175!"& determinamos Nb de tabla LO ! )O/-

NbBj3Bmol-

1!00 1!57.175!"&

!5""8

1F00

F1!F5

U b

U b = 30893.8644k! / kmol

Knterpolando U "b

/on la )b41!57.175!"& determinamos )O/1!00 1!57.175!"&

de la tabla LO 8

U "b

Bj3BmolF!80& U "b


PÁGINA 21


1F00


F""08 U "b = 35106.7823 8k! / kmol

Knterpolando tenemos #eemplazando alores para  tenemos  = 4028.352074k! / kmol

 S%!$a a)&*8#+a#'! a(+#+*( δ =

T -= 2323 K

/on Tb = Tz *

ε 16 = = 7.69963303 6 ρ 2.07802111

% 1

δ n 2−1

/on la )b4

= 2323 *

n 2 = 1.229

lue2o 'allamos )b 1

= 1284.55358 3 = 1011. 5533586k 7.69963303 6 1.229−1

1284.553583

determinamos Nb de tabla LO !

)O/-

NbBj3Bmol-

1!00

!5""8

1284.553583

U b

1F00

F1!F5

U b = 30823.41817 k! / kmol

Knterpolando /on la )b4

1284.553583

U "b

determinamos

)O/-

U "b

1!00

Bj3BmolF!80&

1284.553583

U "b

1F00

F""08


de la tabla LO 8

PÁGINA 22



U "b = 35025.47 k! / kmol

Knterpolando tenemos #eemplazando alores para  tenemos  = 3923.8310171k! / kmol

;#!al+%!"% alla+*( %l 6%&$a$%&* 6al*&

%$ Knterpolando

n

Bj3Bmol-

1.!!:

F:!F.5F1017

n2

4063.864133

1.!!5

80!5.F"!078

n2

)*& #!"%&)*la#'! "%!%+*(:

n 2 = 1.22766024

δ =

ε = 7.699633036 ρ

El grado de expansión posterior es

La "%+)%&a"&a al 5#!al $% %8)a!(#'! %(: Tb = Tz *

1 n 2−1

δ

= 2323 *

1

7.69963303

1.24708−1

= 1288.07123 K #an2o es 1000 M

Tb

M 1!"0-

La )&%(#'! al 5#!al $% la %8)a!(#'! %(: P b

= P z *

1 n2

δ

= 156.234587

1 bar * 7.69963303

1.22766024

= 12.7495006 MPa

@.-PARÁMETROS INDICADOS < PARÁMETROS E;ECTIVOS: Cos parámetros indicados caracterizan la per+ección del ciclo a realizar en cuanto al aproec'amiento del calor, caracterizan la calidad de or2anización de los procesos< en cambio los parámetros e+ectios consideran, además de los indicados, el 2rado de per+ección mecánica del motor. Ce 4 Ci  Cm Le 4 Li  Lm Ce  trabajo e+ectio Ci  trabajo indicado Cm  trabajo por p*rdidas mecánicas Le  potencia e+ectia Li  potencia indicada DISEÑO DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

PÁGINA 24



Lm  potencia ;ue se 2asta en las perdidas mecánicas @.1 PARÁMETROS INDICADOS.

 P&%(#'! +%$#a #!$#a$a alla$a $%l $#a&a+a #!$#a$* )a&a ! +*"*& D#%(%l %( ε n  λ  1  1  1   ( P " ) cal = P a λ ( ρ − 1) + 1 − n −1  − 1 − n −1    n2 − 1  δ ε − 1   n1 − 1  ε   1

2

1

)eniendo %a calculada los alores de los coe+icientes para la presión media indicada, para reemplazarlos.

 1.4 1 1  1 −  −  1 − 1   1.4(1.428 − 1) +     1.22766024−1  16 − 1  1.22766 − 1  7.699633  1.3645 − 1  161.3645−1   = 32.1276344 5bar = 3.21276344 5 MPa

( P " ) cal = 0.2432

161.3645

P&%(#'! +%$#a #!$#a$a &%al "*+a!$* %! %!"a %l &%!$#+#%!"* $%l &%$*!$%a +#%!"* $%l $#a&a+a )a&a &i =0.95 : Pi=& i ( Pi )cal =0.95∗¿

3.052125273 MPa

El *!(+* %()%#5#* #!$#a$* $% *+("#l%: gi=3600

#$ ρ o P i α l o

=

∗1.2098 =¿ 11&.&:70"0: kg / k3∗4r 3.052125273∗1.4∗14.452174

∗

3600 0.9224

R%!$#+#%!"* #!$#a$* $%l #l* /a!$*

gi

(% %8)&%(a %!

g k5  4

 %l )*$%&

al*&5#* %! M #i =

3600 3600 = =¿ 0.7!"5&1F7: #an2o es 0.F: M #i M 0."Fgi H u 116.6970509∗42.5

@.2. PARÁMETROS E;ECTIVOS:

Parámetros principales del ciclo. Ca +racción de la presión indicada ;ue se 2asta al encer la +ricción % accionar los mecanismos au(iliares se determina recurriendo a los coe+icientes e(perimentales Pm= 1 + 2 $ 6 Donde $ 6 es la elocidad media del pistón m3s-< asumimos la elocidad media del $ = m/s pistón de 6 9 . alores de los coe+icientes 640.10" % 40.01! para motores Diesel


PÁGINA 29



Pm= 0.105 + 0.012 $ 6=0.105 + 0.012∗9 =0.213 MPa

La )&%(#'! +%$#a %5%"#6a $%l #l* (%&: Pe = Pi− Pm =3.052125273−0.213 =¿

!.5F:1!"!7F MPa

El &%!$#+#%!"* +%!#*: Pe 2.839125273 MPa #m = = =¿ 0.:F0!1!"&F Pi 3.052125273 MPa

C*!(+* %5%"#6* $% *+("#l%: ge =

g i #m

=

116.6970509 0.930212563

=¿ 1!".8"!0!&F gr / k3∗¿ 'r

El &%!$#+#%!"* %5%"#6* $%l #l*: #e =#i #m =¿

0.7!"5&1F7: ¿ 0.930212563 =¿ 0.&7"!0"F78

C*!(+* *&a&#* $% *+("#l%: 7 e =170 46 =126.768983 k3 −3

%c = ge 7 e 10

.

=125.4520263 ∗126.768983∗10−3 =15.9 

kg 4r

C*!(+* *&a&#* $% a#&%: %a= ∝∗l 0∗% c =1.4∗14.45 ∗15.9 =321.657 kg / 4r

.-DIMENSIONES PRINCIPALES DE MOTOR. .1. La #l#!$&a$a "*"al $%l +*"*&: i 8 4 =

30 7 e 9 Pe n

( lts ) 9 =4 Para motores de 8)-


PÁGINA 2=


i 8 4 =


∗126.768983∗4 =¿ !.18F!F885! lts 2.839125273∗2500 30

8.2. Volumen de trabajo de un cilindro:

8 4=

2.143234482 =¿ 0."F"505&!1 lts 4

.4. La &%la#'! SD 4 j la supondremos i2ual a 1 : 2 : 3 8 4= ; < = ; 0 4

; =

√ 3

4

Entonces calculamos el diámetro del pistón.

√

4 8 4 3 4∗0.53580862 = =¿ 55.0F157!!8 mm :0 : ∗1

6doptamos un diámetro D 4 55 mm, por lo ;ue <=

8 4 : 2 ; 4

=¿

55.0F1&&&F5 mm , redondeando ele2imos @455mm

.9. La 6%l*#$a$ +%$#a $%l )#("'! (%&: 3

#edondeando p47.F m3s


PÁGINA 2>



C*!l(#*!%(: El análisis de cada uno de los procesos % el cálculo de estos permiten determinar los parámetros de diseño del ciclo, la potencia del motor, así como la presión de los 2ases en el espacio >til del cilindro en +unción del án2ulo de rotación del ci2Qeñal. @in embar2o al2unos de los parámetros +ueron asumidos puesto ;ue no se tiene in+ormación especi+icada pero siempre respetando el ran2o de dic'os parámetros % tomando alores medios para no a+ectar a sus demás relaciones. E(isten motores diesel tanto de 8 tiempos los más usuales en e'ículos terrestres por carretera- como de ! tiempos 2randes motores marinos % de tracción +erroiaria-. Ca principal entaja de los motores diesel, comparados con los motores a 2asolina, es su bajo consumo de combustible. En el mundo actual, donde los precios del combustible están aumentando como consecuencia de la demanda en espiral % disminución de los suministros, es necesario ele2ir un combustible rentable para satis+acer sus necesidades. )'anBs to t'e inention o+ #udolp' Diesel, t'e diesel en2ine 'as proed to be e(tremel% e++icient and cost e++ectie. ?racias a la inención de #udolp' Diesel, el motor diesel 'a demostrado ser mu% e+iciente % rentable. Diesel +uel is priced moderatel% 'i2'er t'an 2asoline but diesel 'as a 'i2'er ener2% densit%, ie more ener2% can be e(tracted +rom diesel as compared Rit' t'e same olume o+ 2asoline. El combustible diesel tiene un precio li2eramente superior a la 2asolina, diesel, pero tiene una ma%or densidad de ener2ía, es decir, más ener2ía se puede e(traer de diesel en comparación con el mismo olumen de 2asolina. )'ere+ore, diesel en2ines in automobiles proide 'i2'er milea2e, maBin2 it an obious c'oice +or 'ea%=dut% transportation and e;uipment. Por lo tanto, los motores diesel de automóiles o+recen un Bilometraje más alto, por lo ;ue es una opción obia para trabajo pesado de transporte % e;uipos. Diesel is 'eaier and oilier compared Rit' 2asoline, and 'as a boilin2 point 'i2'er t'an t'at o+ Rater. Diesel es más pesado % más 2rasa en comparación con la 2asolina, % tiene un punto de ebullición más alto ;ue el del a2ua. 6nd diesel en2ines are attractin2 2reater attention due to 'i2'er e++icienc% and cost e++ectieness.  los motores diesel están atra%endo una ma%or atención debido a una ma%or e+iciencia % rentabilidad. En automoción, las desentajas iníciales de estos motores principalmente precio, costos de mantenimiento % prestaciones- se están reduciendo debido a mejoras como la in%ección electrónica % el turbocompresor . El motor diesel emite 2ases tó(icos en menor escala debido a ;ue la densidad del combustible diesel en bajo.

B#l#*&a5a:  $)#E@ DE 6N)$KC< $@ 969 Editorial $K#.  DK@ES DE $)#E@ DE /$N@)KL KL)E#L6< Kn2. 6rturo $acedo @ila.  $)#E@ DE /$N@)KL KL)E#L6< H$E# 6C6#6D 6#6


PÁGINA 2@




PÁGINA 2




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Informe de Diseño

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