Informe PRÁCTICA 2. Motor diesel

UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

MOTOR DIESEL

Realizado por:

Revisado por:

España, Haron C.I.: 18.848.613 Ramírez, Karina C.I.: 18.455.634 Sección 02

Barcelona, Mayo de 2011

Prof. Johnny Martínez

MOTOR DIESEL LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

RESUMEN

Para el cumplimiento de ésta práctica se estudió de un motor Diesel marca SENDLING-KAISER, primeramente se inició el arranque del motor de forma manual por medio de una manivela con el fin de vencer la inercia del motor y se dejó encendido un tiempo determinado de calentamiento. Se colocaron dos termómetros en la parte trasera del motor Diesel para medir la temperatura de entrada y salida respectivamente del agua. En el banco de prueba se tomó la temperatura de los gases de escape, la lectura del caudal y se fue variando la intensidad de corriente al aumentar la carga por medio de reóstatos con el propósito de observar como cambian los distintos parámetros y estudiar la influencia que tienen sobre la eficiencia del motor.

II 2


CONTENIDO

RESUMEN…………………………………………………………………………....

II

CONTENIDO………………………………………………………………………….

III

1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….

4

2. OBJETIVOS…………………………………………………………………..

11

3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS…………………………………

12

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL……………………………………...

13

5. RESULTADOS……………………………………………………………….

14

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………………

18

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………..

23

8. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………….

25

9. APÉNDICE……………………………………………………………………

26

APÉNDICE A: Muestra de cálculos………………………………………..

26

APÉNDICE B: Asignación………………………………………………….

31

APÉNDICE C: Anexos………………………………………………………

42

III 3


1.

INTRODUCCIÓN

1.1 Motor Diesel El motor de combustión interna es una máquina térmica en la cual se obtiene trabajo mediante la combustión de una determinada cantidad de combustible en el interior de sus cilindros. Un motor diesel es una máquina de combustión interna que usa combustible inyectado de forma pulverizada dentro de los cilindros, los cuales contienen aire comprimido a una presión y temperatura relativamente altas. La temperatura del aire debe ser lo suficientemente alta como para permitir la ignición de las partículas del combustible inyectado. Ningún otro medio es empleado para producir la ignición. Debido al método de ignición usado, los motores diesel son a menudo llamados motores de ignición por compresión, y al igual que el motor de gasolina o de explosión trabaja por lo general en un ciclo de cuatro tiempos (admisión, compresión, explosión y escape). Este motor requiere de una relación de compresión más alta para realizar la combustión, esto debido a que como el gasoil es más denso utiliza más cantidad de aire para quemarse.

[1]

. 1.2 Funcionamiento de un motor Diesel Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara (o precámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene

aire

a

una

temperatura

superior

a

la

temperatura

de

autocombustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. Ésta es la llamada autoinflamación. [2] La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo del motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de combustión a 4


gran presión desde unos orificios muy pequeños que presenta el inyector de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión (entre 700 y 900 °C). Como resultado, la mezcla se inflama muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. [2] Esta expansión, al revés de lo que ocurre con el motor de gasolina, se hace a presión constante ya que continúa durante la carrera de trabajo o de expansión. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento rectilíneo alternativo del pistón en un movimiento de rotación. [2] Para que se produzca la autoinflamación es necesario alcanzar la temperatura de inflamación espontánea del gasóleo. En frío es necesario pre-calentar el gasóleo o emplear combustibles más pesados que los empleados en el motor de gasolina, empleándose la fracción de destilación del petróleo fluctuando entre los 220 °C y 350 °C, que recibe la denominación de gasóleo o gasoil en inglés. [2] 1.3 Ciclo de cuatro carreras de un motor Diesel El ciclo del motor diésel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovado de la masa y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. [3]

5


Compresión, proceso 1-2 Es un proceso de compresión adiabática reversible (isentrópica). Viene a simbolizar el proceso de compresión de la masa fresca en el motor real, en el que en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro.

[3]

Combustión, proceso 2-3 En esta idealización, se simplifica por un proceso isóbaro. Sin embargo, la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del punto muerto superior (PMS) (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos). [3] Expansión, proceso 3-4 Se simplifica por una expansión isentrópica del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión. [3] Última etapa, proceso 4-1 Esta etapa es un proceso isocórico (escape). Desde la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de cualquier significado físico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un siginificado físico a esta etapa, y la asocian. [3] El diagrama de ciclo ideal que opera un motor Diesel se puede observar en la figura C-2 del apéndice C

6


1.4 Ventajas de un motor diesel  Mejor economía de combustible, y un mantenimiento más fácil son sólo algunos

de

los

atributos

de

ser

dueño

de

vehículos con motor diesel. [4]  Un motor diesel puede ser ajustado para dar más poder sin perjudicar la economía de combustible. [4]  Los motores diesel utilizan la compresión de aire para crear la combustión, esto significa que los motores diesel no requieren bujías y por lo tanto no necesitan ser ajustadas. [4]  Los motores diesel son más baratos de mantener, tienen menos piezas que el de gasolina. [4]  La vida de un motor diesel es también mucho más prolongada.

[4]

1.5 Desventajas del motor diesel  El costo inicial de un motor Diesel es mayor que el de uno de gasolina de tamaño similar. Sin embargo, el ahorro sustancial en los costos de funcionamiento compensa este desajuste.

[5]

 Los motores diesel tienden a ser más caros que los de gasolina.

[5]

 Debido a su peso y su tasa de compresión, suelen tener un rango de RPM más bajo que los de gasolina. Esto hace que los diesel sean más lentos en términos de aceleración. [5]

7


 Los motores diesel tienen que inyectar el combustible, y en el pasado los inyectores de este tipo eran más caros y menos fiables.

[5]

 Los motores diesel tiene tendencia a producir más humos y olores.  Lo diesel son más difíciles de arrancar en temperaturas frías.  Los motores diesel hacen más ruido y tienden a vibrar.

[5]

[5]

[5]

1.6 Potencia efectiva. Es la obtenida por la transformación de la energía eléctrica a energía mecánica tomando en consideración las pérdidas por fricción (correa) y las perdidas eléctricas (alternador). P  3  V  I  cos 

Ec. (1.1)

P Nc  Na

Ec. (1.2)

Donde: V: Voltaje generado (V) I: Intensidad de corriente (A) : Ángulo de fase P: Potencia eléctrica (kw)

Pe 

Donde: Nc: Rendimiento de la correa Na: Rendimiento del alternador

8


1.7 Consumo horario de combustible. Es la cantidad de combustible necesario para la producción de potencia, la cual es la medida en la maquina durante la práctica, también sirve para calcular el consumo especifico de combustible. El método consiste en hacer pasar combustible por una bureta calibrada de 100 ml de capacidad y que va conectada al motor, se toma el tiempo en que el combustible queda completamente desalojado de la bureta.

Qc 

Vc T

Ec. (1.3)

Donde: Qc: Consumo horario de combustible (L/h) Vc: Volumen de la bureta (L) T: Tiempo de desalojo (h)

1.8 Consumo especifico de combustible. Parámetro que muestra que tanta eficiencia convierte un motor el combustible en trabajo. Por cada cantidad aire suministrado en el motor debe suministrarse una cantidad proporcional de combustible. Como el consumo de combustible en Kg/h, es proporcional al consumo de aire, asumiendo perdidas de calor constante, será

proporcional a la potencia

desarrollada en el embolo del motor. Cec 

Mc Pe

Mc  Qc  

9

Ec. (1.4)

Ec. (1.5)


1.9 Rata calorífica de combustible Es el cambio de energía interna por el consumo másico de combustible. Qcomb  Mc  Hi

Ec. (1.6)

Donde: Qcomb: Rata calorífica de combustible (Kw) Mc: Consumo másico de combustible (Kg/s) Hi: Cambio de energía interna (KJ/Kg)

1.10 Eficiencia térmica. Es la fracción de calor que es suministrada a un ciclo termodinámico es convertida en trabajo. Nt 

Pe Qcomb

Ec. (1.7)

Donde: Nt: Eficiencia térmica Pe: Potencia efectiva (Kw) Qcomb: Rata calorífica de combustible

1.11 Reostatos Un reóstato es un componente eléctrico que tiene una resistencia ajustable. Es un tipo de potenciómetro que tiene dos terminales en lugar de tres. Los dos tipos principales de reóstato son los rotativos y deslizante. El símbolo de un reóstato es un símbolo de resistencia con una flecha en diagonal a través de ella. Se utilizan en muchas aplicaciones diferentes, de reguladores de luz a los controladores de motor en las grandes máquinas industriales. [6]

10


2.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

El estudiante al finalizar la practica debe saber determinar las curvas de funcionamiento del motor diesel (manteniendo la velocidad constante y variando la carga) y realizar un balance térmico de la unidad.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Explicar el principio de funcionamiento de un motor Diesel.  Mencionar las ventajas que tiene el motor Diesel sobre otros motores de combustión interna.  Conocer y explicar cómo influyen los distintos parámetros propios del motor en sus curvas características.  Elaborar un procedimiento para la evaluación experimental de los parámetros característicos del motor.  Conocer y operar el equipo experimental de motor Diesel del laboratorio

11


3.

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

 Motor Diesel: Marca: SENDLING – KAISER

Serial: 111691 Potencia máxima: 15 HP Velocidad de rotación del eje: 1200 RPM  Banco de Prueba: - Termómetros: Apreciación: 1 º C - Amperímetros: Apreciación: 2 A - Voltímetro: Apreciación: 10 V  Cronómetro: Apreciación: 0,01 Seg  Termómetros (2) Ubicación: Motor Diesel Capacidad:  50 º C Apreciación: 1 º C  Resistencias: Marca: RUHSTRAT GÖTTINGEN Serial: 5440-8 Corriente: 240 v

12


Intensidad de corriente: 0,5 – 60

4.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Colocar los termómetros a la entrada y a la salida del motor Diesel.

2. Abrir las válvulas de admisión de agua y combustible.

3. Abrir la válvula de escape y girar la manivela para encender el motor.

4. Aguardar unos minutos hasta que el sistema se estabilice y poder leer los termómetros con una temperatura más estable

5. Iniciar el conteo de tiempo cuando combustible circule por la primera marca de bureta calibrada.

6. Detener el conteo una vez que se pase por la segunda marca de bureta calibrada.

7. Anotar valores de temperaturas a la entrada, salida del motor y de gases de escape.

8. Realizar los pasos 5, 6 y 7 para distintas cargas.

9. Abrir la válvula de descarga para que dejara de funcionar el motor.

13


5.

RESULTADOS

Tabla 5.1. Consumo horario de combustible, Potencia producida por el grupo,

Rata calorífica de combustible, Potencia indicada al freno y Eficiencia global para cada carga.

Numero de Carga

Consumo Horario de Combustible (Kg/h)

1 2 3 4 5

2,1702 2,448 2,5082 2,6842 2,8868

Potencia producida por el grupo (KW) 0 2,8059 3,9283 5,0506 6,1730

Rata Calorífica de Combustible (KW)

Potencia Indicada al Freno (KW)

Eficiencia Global (%)

25,7409 29,036 29,7500 31,8379 34,2406

0 3,3684 4,7158 6,0631 7,4106

0 9,66 13,20 15,86 18,03

Tabla 5.2.Torque, Potencia en el eje del motor y Consumo especifico de combustible para cada carga. Potencia en

Consumo

Numero de

Torque

el eje del

Específico de

Carga

(N*m)

motor

Combustible

(kW)

(Kg/KW*h)

1

0

0

Indeterminado

2

26,8355

32,2026

0,7267

3

37,5701

45,084

0,5318

4

48,3038

57,96456

0,4427

5

59,0392

70,8470

0,3895

14


Tabla 5.3. Balance térmico de la unidad y porcentaje de carga. Balance Térmico

Porcentaje de

del Agua (KW)

Carga (%)

1

4,5885

0

2

7,5086

38,109

3

9,5943

53,353

4

11,2629

68,597

5

12,0972

83,841

Numero de Carga

Potencia indicada al freno (KW)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

20

40

60

80

100

Porcentaje de carga aplicada (%)

Figura 5.1. Potencia indicada al freno en función del porcentaje de carga aplicada

15

MOTOR DIESEL

Consumo específico de combustible (Kg/KW.h)

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

20

40

60

80

100


Figura 5.2. Consumo especifico de combustible en función del porcentaje de carga aplicada

20 18 Eficiencia global (%)

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

20

40

60


16

80

100


Consumo horario de combustible (Kg/h)

Figura 5.3. Eficiencia global en función del porcentaje de carga aplicada.

3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

Potencia producida (KW)

Figura 5.4. Consumo horario de combustible en función de la potencia producida.

20 18 Eficiencia global (%)

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

1

2

3

4

Potencia producida (KW)

17

5

6

7


Figura 5.5. Eficiencia global en función de la potencia producida.

6.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

En esta práctica se estudió del funcionamiento de un motor diesel, realizándose una serie de medidas y cálculos relacionados con las propiedades mecánicas de este.

En la Figura 5.1 se observa el aumento proporcional de la potencia al freno con respecto al porcentaje de carga aplicada, lo cual es lógico ya que esta última guarda gran relación con la potencia al freno mediante corriente (I), por lo que la potencia al freno representa la pérdida que debe vencer el motor para cumplir con los requerimientos esperados y en este caso el consumo que debe vencer el motor es la carga aplicada para cada caso.

Para la Figura 5.2 donde se ilustra la curva de consumo específico de combustible en función del porcentaje de carga aplicada, se puede apreciar como a medida que aumenta la carga disminuye el consumo de combustible por parte del motor, esto se a que cuando se aumenta la carga, aumenta también la potencia del motor y esto genera una mejor utilización del combustible porque se está alcanzando la misma potencia con menos gasto de combustible.

En la Figura 5.3 se observa el comportamiento de la línea de eficiencia global o térmica con respecto al porcentaje de carga, y es notable identificar como aumenta el porcentaje de carga a medida que aumenta la eficiencia, y esto se debe a que el calor generado en la combustión es mayor debido a las grandes exigencias que requiere el consumo aplicado.

18


En la Figura 5.4 se puede observar como varía el consumo horario de combustible en función de la potencia producida. Inicialmente posee un comportamiento casi constante con una leve elevación, lo cual indica bajo consumo de combustible y aumento de potencia; seguidamente se observa un comportamiento más inclinado, formando una pendiente positiva, donde se observa una proporcionalidad entre la potencia ejercida y la tasa de consumo de combustible; finalmente reduce su inclinación y continua hasta así hasta que se deja de añadir carga, con éste último comportamiento se podría decir que el sistema está tratando de compensar la exigencia por parte del motor.

La Figura 5.5 indica el comportamiento de la eficiencia global en función de la potencia producida, en esta se denota un comportamiento creciente, los intervalos de crecimiento de la misma suelen ser de mayor pendiente al inicio de la gráfica, este aumento lo representa la liberación de energía dentro del embolo, por lo tanto la potencia producida se ve beneficiada, ya que, la eficiencia global representa la capacidad de que un motor transforme en energía real la energía calorífica englobada en el combustible que consume.

En la tabla 5.1 se muestran algunos parámetros que fueron estudiados durante la práctica y es notorio identificar el incremento que tiene la rata calorífica con cada carga, esto es producto de la cantidad de combustible consumida por el poder calorífico del combustible. También se observa como aumenta la potencia producida por el grupo, la cual es lógico que aumente con cada carga ya que la intensidad de corriente eléctrica se fue variando de manera creciente.

En la tabla 5.2 se indica el incremento

del torque con cada carga

aplicada, siendo proporcional a la potencia al freno del motor diesel. 19


En la tabla 5.3 se muestra como aumenta el balance térmico del agua con cada carga, sabiéndose que la temperatura registrada era mayor debido al incremento de la intensidad de corriente.

Br. Karina Ramírez 20


C.I.: 18.455.634 6.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la figura Nº 5.1 se puede notar un incremento proporcional de la potencia al freno con respecto al porcentaje de carga aplicada, lo cual es prudente ya que esta última guarda relación con la potencia al freno mediante corriente (I), por lo cual la potencia al freno simboliza la merma que debe reducir el motor diesel para realizar los requerimientos deseados y en este caso el consumo que debe vencer el motor es la carga aplicada para cada caso. La figura Nº 5.2 muestra el consumo específico de combustible con respecto al porcentaje de carga aplicada, en el que el CEC para una carga igual a 38,109 representa un valor máximo y va disminuyendo con el incremento de

la carga, esta descenso en el consumo de combustible señala que la eficiencia para convertir el combustible en trabajo decrece conforme aumenta la carga, ya que los requerimientos de energía (potencia) son mayores.

En la Figura 5.3 se visualiza el comportamiento de la eficiencia global con respecto al porcentaje de carga, por lo tanto indica el aumento de la carga a medida que la eficiencia global aumenta ya que la combustión es mayor debido a las exigencias que solicita el consumo aplicado.

Por otro lado la figura Nº 5.4 es una representación del consumo horario de combustible en función de la potencia producida, en el que se nota que entre las carga 1 y 2 el consumo aumento, entre las cargas 2 y 3 el consumo se comporto casi constante y a partir de la carga 3, ya que se sabe que la potencia producida se genera dentro de la cámara de combustión por lo tanto

21


al aumentar el consumo de combustible la energía dentro del émbolo es mayor y el motor busca nivelarlo aumentando su revoluciones. Para la figura Nº 5.5 indica el comportamiento de la eficiencia global en función de la potencia producida, en el cual se nota un comportamiento creciente, este aumento lo señala la descarga de energía dentro del embolo.

La tabla Nº 5.3 señala para cada carga el calor absorbido por el agua, de manera prudente aumento a partir de que la temperatura registrada es mayor, por el incremento de la intensidad de corriente. Y los porcentajes de carga para cada carga valga la rebundancia.

Finalmente otro parámetro es el Torque que se muestra en la tabla Nº 5.2 y que indica un aumento con cada carga aplicada, siendo proporcional a la potencia en el eje del motor diesel, y aunque es inversamente proporcional al consumo especifico de combustible.

22


Br. Haron España C.I.: 18.848.613 7.

CONCLUSIONES

 Si no hay intensidad no se producirá una salida de potencia.  El consumo específico de combustible será menor a medida que en el sistema trabaje con un mayor rendimiento.  Una mayor eficiencia viene dada por una mayor potencia.  La potencia al freno aumenta de una manera proporcional a la carga aplicada.  La rata calorífica aumenta al incrementarse la cantidad de combustible consumido.  Es necesario esperar a que el sistema estabilice para así obtener resultados más cercanos a los reales.  Realizar un mantenimiento preventivo al equipo para evitar errores en los resultados.

23


Br. Karina Ramírez C.I.: 18.455.634 7.

CONCLUSIONES

 La potencia del motor es proporcional a la carga aplicada.  A medida que aumenta la potencia, aumenta el consumo de combustible.  Una mayor eficiencia viene dada por una mayor potencia.  El consumo específico de combustible disminuye con el incremento de carga.  Es necesario esperar a que el sistema estabilice para así obtener resultados más cercanos a los reales.  Realizar un mantenimiento preventivo al equipo para evitar errores en los resultados.

Br. Haron España 24


C.I.: 18.848.613

8.

BIBLIOGRAFÍA

[1]

http://es.wikiversity.org/wiki/Introducci%C3%B3n_a_Motores_Diesel

[2]

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9sel

[3]

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_di%C3%A9sel

[4]

http://www.articulandia.com/premium/article.php/06-10-2010Ventajasde-los-motores-diesel.htm

[5]

http://www.marcadecoche.com/motor-diesel.html

[6] http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en|es&rur l=translate.google.co.ve&twu=1&u=http://www.techfaq.com/rheostat.html&usg=ALkJrhh2KlqM9YncbV-ysim2THSiATqTyQ

25


9.

APÉNDICE

9.1 APÉNDICE A – Muestra de cálculos

A.1. Consumo horario de combustible (

̇

̇

⁄

Donde: : Caudal del gasoil (L/h) V: Volumen del gasoil (L) t: tiempo de consumo del combustible (h)

̇

⁄

⁄ ⁄ ̇

Donde: : Densidad del gasoil

26

)


A.2. Potencia producida por el grupo (PPG) √

√

Donde: V: Voltaje (V) I: Intensidad o carga (A) : Ángulo de incidencia A.3. Rata calorífica del combustible (QRC)

⁄

⁄

Donde: Hi: Poder calorífico del gasoil

27


A.4. Potencia indicada al freno (Pi)

KW

Donde: nc: Rendimiento de la correa na: Rendimiento del alternador A.5. Consumo horario especifico de combustible (CEC)

⁄

⁄

A.6. Torque (T)

28


Donde: N: Velocidad de rotación del eje

A.7. Potencia efectiva o en el eje del motor

A.8. Eficiencia global del motor y del grupo (ηt)

A.9. Porcentaje de carga

29


A.10. Balance térmico de la unidad

⁄

⁄

Donde: CP:

Calor

especifico

del

agua

(kJ/Kg*ºC),

termodinámica. TENT= Temperatura de entrada del agua. TSAL= Temperatura de salida del agua.

30

Tabla

A-3

del

Cengel


9.2 APÉNDICE B - Asignación

1. Considere un ciclo Diesel ideal con estándar de aire en donde el estado antes del proceso de compresión es de 0,95 bar, 17 °C y la relación de compresión es 20. Considere los calores específicos constantes a la temperatura ambiente. Determinar: (a) los diagramas P-v y T-s, (b) La temperatura máxima que debe tener el ciclo para que la eficiencia térmica sea 55%, (c) La presión máxima del ciclo, (d) L a salida de trabajo neto, (e) Los calores del ciclo y (f) la presión media efectiva.

DATOS:

P1= 95 kpa; T1= 290 K; r=

SOLUCIÓN

Proceso 1-2 (Compresión isentrópica) ( )

31


Proceso 2-3 (Adición de calor a presión constante)

⁄

Proceso 3-4 (Expansión isentrópica) ( )

(

)

⁄

32


⁄

⁄ (

)

𝐾𝑝𝑎

𝑘𝑝𝑎

95 kpa

Diagrama P – V

33


T

𝑄𝑒𝑛𝑡 (2897,994 kj/kg)

3844,648 °k 3

°k 1350,10 °k

2

1

4

290 °k

𝑄𝑠𝑎𝑙 (761,156 kj/kg)

S

Diagrama T – S

34


2. Las condiciones de entrada en un ciclo dual de aire estándar que funciona con una relación de compresión de 15:1 son 0,95 bar, 17 °C y 3,80 L. El calor suministrado durante el ciclo es 6,0 kJ, del que el 30 por 100 se suministra a volumen constante y el resto a presión constante. Suponga calores específicos variables con la temperatura. Dibuje los Diagramas P-v y T-s. Determine: (a) Todas las temperaturas y presiones en el ciclo, (b) El calor cedido en el ciclo, en kJ/kg, (c) El trabajo neto, en kJ/kg, (d) El rendimiento térmico y (e) La presión media efectiva para el ciclo. (Use las Tablas del Cengel)

SOLUCIÓN:

Proceso (1-2): Compresión Isentrópica.

u1= 206,91 kJ/Kg T1= 290 K Tabla A-17

vr1= 676,1

Cengel Sabiendo que:

Aplicando ecuación de estado de gases ideales se tiene que:

35


donde

:

Calculando la masa:

Se calculan las propiedades del aire en el estado (2) a través de la interpolación usando la Tabla A-17 del Cengel, como dato se usa el volumen relativo

:

T (K)

h (kJ/Kg)

Pr

800 T2=? T2=818,562

821,95 h2=? h2= 842,396

47,75 Pr2=? Pr2=52,242

45,073

820

843,98

52,59

44,84

Entonces:

36

48,08


De la ecuación del gas ideal:

Despejando

:

Proceso (2-X): Adición de calor a volumen constante:

Despejando

:

Se interpola en la tabla de propiedades del aire estándar a fin de encontrar las propiedades del mismo en el estado (X), se utiliza como dato el valor de obtenido: T (K) 1280 Tx=? Tx= 1299,264

u (kJ/Kg) 1004,76 1022,156

11,835 =? = 11,295

1300

1022,82

11,275

37

h (kJ/Kg) 1372,24 h=? h=1395,097 1395,97


TX= 1299,264K

Proceso (X-3): Adición de calor a presión constante:

1395,097

h3= 2362,838 KJ/Kg Se interpola para encontrar las propiedades en el estado (3), se utiliza como dato el valor de

obtenido:

T (K)

h (KJ/Kg)

2050

2314,6

2,555 =?

T3=?

2362,838

= 2,402

T3= 2088,40

2100

2377,4

38

2,356


T3= 2088,40 K

Proceso (3-4). Expansión Isentrópica

Se buscan mediante interpolación las propiedades del aire en el estado (4), se utiliza como dato el valor de

obtenido:

T (K)

u(kJ/Kg)

1020

776,10

T4=? T4= 1038,94 1040

u4=? u4= 792,45 793,36

39

23,72

22,46 22,39


T4= 1038,94 K

b) Calculo del calor cedido en el ciclo:

⁄

c) Cálculo del trabajo neto en KJ/Kg:

Wneto= Wneto= (1382,48 – 585,54) KJ/Kg

Wneto= 796,94 KJ/Kg

d) Calculo del rendimiento térmico del sistema:

40


e) Cálculo de la presión media efectiva

PME=

PME=

(

)

(

)

PME= 975,197 Kpa

41


9.3 APÉNDICE C – Anexos

Figura C.1. Motor Diesel empleado para realizar la práctica

Figura C.2. Diagrama de ciclo ideal que opera un motor Diesel

42


Figura C.3. Partes de un motor diesel

Figura C.4. Ciclo de cuatro tiempos de un motor diesel.

43


Tabla C.1. Datos experimentales recolectados del Motor Diesel Parámetros a Evaluar

Carga 1 0

Carga 2 10 (x3)

Carga 3 14 (x3)

Carga 4 18 (x3)

Carga 5 22 (x3)

26

26

26

26

26

37

44

49

53

55

180

240

260

280

300

120

120

120

120

120

CosΦ

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

Tiempo en consumir 100ml de combustible (min.)

2:21

2:05

2:02

1:54

1:46

Amperaje (A) Temperatura de entrada del agua (º C) Temperatura de salida del agua (º C) Temperatura de los gases de escape (º C) Voltaje (V)

Tabla C.2. Poderes caloríficos de sustancias combustibles

Combustible MJ/kg kcal/kg Gas natural

53,6

12 800

Acetileno

48,55 11 600

Propano Gasolina

46,0

11 000

42,7

10 200

Butano Gasoil

44

Informe PRÁCTICA 2. Motor diesel

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