volvo FH16 -D16G

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

“CÁLCULO TERMO ENERGÉTICO Y ANÁLISIS ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES ENERGÉTICOS, ECONÓMICAS, ECOLÓGICAS Y DINÁMICOTRACCIONALES DEL MOTOR VOLVO VOLVO FH16 –D16G-600”



RESUMEN Este proyecto tiene como finalidad conocer el comportamiento de los parámetros energéticos que afectan el funcionamiento del motor, para de esta manera poder utilizar de manera más racional el combustible disminuyendo el consumo específico y aumentando, de alguna manera, la potencia y el torque del motor. Se pudo constatar que el menor consumo específico efectivo del motor VOLVO FH16D16G.600 es de 213 [g/kwh] [g/kwh] cuando el el motor gira a 1900 rpm.

UNIVERSIDAD NACIONAL


DE TRUJILLO

1. INDICE ANALÍTICO

4.

Introducción

3

- Antecedentes

3

- El problema

3

Descripción

3

Justificación

3

Enunciado del problema

3

Hipótesis

3

Objetivo General

3

Objetivo Específico

3

5.

Marco teórico

4

6.

Materiales y Métodos

9

7.

Cálculos, Resultados y Discusión

11

I.

Parámetros de la sustancia de trabajo

11

II.

Productos de la combustión

12

II.

Cantidad total de los productos de la combustión

13

IV. IV.

Pará Paráme metr tros os del del med medio io ambi ambien ente te y de de los los gase gasess res resid idua uale les13 s13

V.

Parámetros del proceso de admisión

VI.

Parámetros del proceso de compresión

15

VII.

Parámetros del proceso de combustión

16

VIII.

Parámetros del proceso de expansión

18

IX. IX.

Comp Compro roba baci ción ón de la temp temper erat atur ura a de los los gase gasess resi residu dual ales es 19

14

X.

Parám rámetro etross In Indicad cados del Ci Ciclo clo Op Operati rativo vo del motor tor

19

XI.

Parámetros efectivos

20

XII.

Principales Principales parámetros constructivos del cilindro y del motor

21

XIII.

Parámetros energéticos y económicos del motor

22

XIV.

Construcción del diagrama indicado

23

1.

Inicio de la combustión

26

2.

Combustión Visible

27

3.

Proceso de Escape

28

4.

Proceso de Admisión

32

GRAF GRAFIC ICAS AS DEL DEL DIAGR IAGRAM AMA A IND INDIC ICAD ADO O REAL REAL XV. XVI.

Balance termo energético Construcción de curvas características externas

33 38



de velocidad

39 CURVAS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS

DE VELOCIDAD

44

XVII. VII. Cons Constr truc ucci ción ón de curv curvas as cara caract cter erís ístitica cass de carg carga a del del moto motor r 47 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE CARGA

49

8.

Conclusiones

52

9.

Recomendaciones

52

10.

Referencias Bibliográficas

53

ANEXOS

54



2. INTRODUCCIÓN

ANTECEDENTES

•

Tal como como está están n de exig exigen ente tess las las regu regula laci cion ones es sobr sobre e la emis emisió ión n de gase gasess contaminantes a la atmósfera, el construir mecánicas respetuosas con el entorno, es un problema que se tiene que afrontar de la manera más eficaz para así tener un sector del transporte medioambientalmente medioambientalmente sostenible. Los motores diesel tienen un alto consumo energético. Durante la combustión, la temperatura es alta y hay un excedente de aire para garantizar que la combustión sea casi completa. En el presente trabajo se hace una evaluación de los principales parámetros que caracterizan el comportamiento del motor. EL PROBLEMA

•

-

DESCRIPCCIÓN -

Emisión de de ga gases co contaminantes tes a la at atmosfera.

-

Alto consumo energético.

-

Desgaste de las partes del motor.

-

Excedente de aire.

-

Combustión incompleta.

-

Regulac ulaciión de bomb bomba a de inyec nyecci ción ón y de inye nyecto ctores. res.

-

JUSTIFICACIÓN

El presente trabajo ayudará en la aplicación de la teoría brindada en el curso de motores motores de combustión combustión interna interna y así obtener obtener plantear una rigurosa rigurosa reducción de los gases de escape, con duras exigencias para todos los fabricantes. -

ENUNCIADO DEL PROBLEMA

“¿Es posible analizar analizar y evaluar las las propiedades energéticos económicas, económicas, ecológicas ecológicas dinámico-traccionales del motor VOLVO FH16 D16G-600 mediante el cálculo termo energético?”


-


HIPÓTESIS

“Si es posible analizar y evaluar las propiedades energéticos, económicos, económicos, ecológicos, Dinámico-traccionales del motor basándose en el conocimiento de la teoría de los motores durante su explotación que fundamente los diversos fenómenos que tienen lugar en el motor durante su trabajo” -

OBJETIVO GENERAL

Obtener una reducción del consumo consumo de combustible combustible ya que es indispensable indispensable para la economía de cualquier empresa, pero lo es mucho más cuando se trata de proteger el medio ambiente. -

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1.

Dete Determ rmin inar ar los los par parám ámet etro ross indi indica cado dos, s, efe efecti ctivo voss y las las pérd pérdid idas as mec mecán ánic icas as del del motor.

2.

Eval Evalua uarr las las curv curvas as cara caract cter erís ístitica cass de de velo veloci cida dad d y de de car carga ga del del moto motorr.

3.

Esta Establ blec ecer er las las ano anoma malílías as más más imp impor orta tant ntes es enco encont ntra rada dass en el moto motorr.

4.

Traz Trazar ar o con const stru ruir ir el el diag diagra rama ma ind indic icad ado o del del moto motorr en las las coo coord rden enad adas as PV PV y P y las curvas características de carga.

5.

MARCO TEÓRICO

Motores Turbo alimentados Fundamento de los turbocompresores: Para llevar a cabo la combustión completa de los hidrocarburos del combustible, es necesari necesario o aportar aportar la cantidad cantidad suficien suficiente te de oxígeno oxígeno,, el cual no está en cantidad mayoritaria en el aire aire.. Cuanto más aire y combustible seamos capaces de introducir en los cilindros del motor , mayor será la potencia que se podrá obtener, pero mayor será la masa de aire nece necesa sari ria a para para quem quemar arlo lo;; de esta esta nece necesi sida dad d surg surge e la idea idea de los los motores sobrealimentados. La carga fresca entra al cilindro a una presión muchísimo mayor a



la presión de entrada del compresor, y por tanto la temperatura de entrada será igualmente alta. La sobrealimentación consiste en establecer a la entrada de los cilindros del motor motor una una atmósfera atm ósfera de aire con una densidad superior a la normal de forma que para un mismo volumen de aire, la masa de ese aire es mayor; para ello se utilizan una serie de accesorios que serán diferentes según el tipo de sobrealimentador sobrealimentador que se utilice. El turbocompresor o turboalimentador es básicamente un compresor accionado por los gases de escape, cuya misión fundamental es presionar el aire de admisión, para de este modo incrementar la cantidad que entra en los cilindros del motor en la carrera de admisión, permitiendo que se queme eficazmente más cantidad de combustible. De este modo, el par motor y la potencia final pueden incrementarse hasta un 35%, gracias a la acción del turbocompresor. Este dispositivo ha sido proyectado para aumentar la eficiencia total del motor. La ener energí gía a para para el acci accion onam amie ient nto o del del turb turboc ocom ompr pres esor or se extr extrae ae de la ener energí gía a desperdiciada desperdiciada en el gas de escape del motor, está compuesto de una rueda de turbina y eje, una rueda de compresor, un alojamiento central que sirve para sostener el conjunto rotatorio, cojinetes, un alojamiento de turbina y un alojamiento alojamiento de compreso Componentes de un Turbocompresor

El turbocompresor podría definirse como un “aparato soplador” o compresor de aire movido por una turbina. Se puede considerar que está formado por tres cuerpos: el de la turbina, turbina, el de los cojinetes cojinetes o central central y el del compresor compresor,, van acoplados acoplados a ambos ambos lados de los cojinetes.



Así, en uno de los lados del eje central del turbo van acoplados los álabes de la turbina, y en el otro extremo los álabes del compresor. Los gases de escape, al salir con velocidad hacen que giren los álabes de la turbina a elevadas velocidades, y ésta, a través del eje central, hace girar el compresor que, a su vez, impulsa el aire a presión hacia las cámaras de combustión. Funcionamiento de un Turbocompresor

Tanto los álabes de la turbina como los del compresor giran dentro de unas carcasas que en su interi interior or tienen tienen unos unos conduc conductos tos de formas formas especi especial ales es para para mejora mejorarr la circulación de los gases. El eje común central gira apoyado sobre cojinetes situados entre compresor y turbina, y también está recubierto por una carcasa. El eje y los cojinetes reciben del propio motor lubricación forzada de aceite, que llega a la parte superior del cuerpo de cojinetes, se distribuye a través de conductos en el interior y desciende a la parte inferior. En otras palabras el turbo utiliza el lubricante del mismo carter del motor. En el cuer cuerpo po del del comp compre reso sorr, el aire aire entr entra a por por el cent centro ro de la carc carcas asa a diri dirigi gido do directamente al rodete de álabes, que le dan un giro de 90° y lo impulsan hacia el difusor a través de un paso estrecho que queda entre la tapa, el cuerpo central y la pared interna del difusor. Este es un pasaje circular formado en la carcasa, que hace dar una vuelta completa al aire comprimido para que salga tangencialmente hacia el colector de admisión.



En el cuerpo de la turbina, los gases de escape entran tangencialmente y circulan por un pasaje de sección circular que se va estrechando progresivamente y los dirige hacia el centro, donde está situado el rodete de álabes de la turbina. Al chocar contra los álabes, álabes, los los gases gases hacen hacen girar girar la turbin turbina, a, cambia cambian n de direcc direcció ión n 90° 90° y salen salen perpendicularmente por el centro hacia el tubo de escape. El cuerpo de la turbina es de fundición, o de fundición con aleación de níquel, y el rodete se suele fabricar en aleaciones de níquel, de alta resistencia al calor. Sistema de refrigeración o Intercooler

El problema del aumento del calor es consecuencia de la alta temperatura que se alcanza en la cámara de combustión, del orden de los 3 000º C en el momento de la explosión. Los gases de escape salen por los colectores con temperaturas cercanas a los 1 000º C. Estos gases, que son los que mueven la turbina, acaban calentando los de admisión, movidos por el compresor, muy por encima del valor de temperatura ambiente. Esto se traduce en una dilatación del aire y pérdida de oxígeno en una misma unidad de volumen, lo que hace que el excesivo calor de la mezcla en la cámara de combustión eleve la temperatura de funcionamiento del motor, por lo que la refrigeración tradicional del mismo resulta insuficiente.



La solución llega con la adopción de un sistema de refrigeración del aire de admisión, por medio de un radiador enfriador aire-aire, conocido también como “intercooler”. “intercooler”. Esta refrigeración del aire de admisión hace posible el uso continuado del turbo y dificulta enormemente enormemente la presencia de los efectos de detonación que se presentan con gran frecuencia con el aire caliente, en cuanto los valores de sobrepresión son importantes. Como el régimen de giro del turbo depende de los gases de escape, y éstos a su vez, del volumen de gas quemado, el turbo aumenta su presión de admisión sólo cuando los gases quemados son abundantes, y son abundantes sólo cuando son recibidos en las cámaras de combustión en suficiente cantidad. Es un problema de acoplamiento que se produce a bajas vueltas del motor y que determina una lentitud de respuesta del turbo, problema que se agrava además ante la necesidad de una baja relación de compresión por las causas antes explicadas. Este es un fenómeno que se está investigando y cuya solución pasa por un turbo que se mueva al compás del régimen de giro del motor, que tenga muy poca inercia y sea de tamaño reducido; además de ser muy sensible al paso de los gases, acelerando y desacelerando desacelerando con gran rapidez. Otra solución, que ya comienza a desarrollarse, desarrollarse, es la creación de turbinas con álabes de inclinación variable, pero al fin y al cabo son soluciones que aún no se han implantado en serie debido a los altos costos de producción.



EL GRUPO VOLVO Volvo es uno de los principales fabricantes de camiones pesados y motores diesel del mundo. El Grupo Volvo ofrece una amplia gama de soluciones personalizadas en lo que respecta a la financiación, leasing, seguros y mantenimiento, así como a los sistemas completos de transporte diseñados para el tráfico urbano.



DE TRUJILLO

El motor volvo de 16 litros en línea Cele Ce lebr braa 25 añ años os de máximo Rendimiento 1987 F16: Motor de 16 litros en linea de diseño unico. 470 CV / 2015 NM 1993 D16A: Extraordinario motor con 520 CV e inyeccion electronica de combustible 2006 I-SHI -SHIFT FT:: El sueñ sueño o de tod todos los los conductores. Motor D16 con caja de cambios I-SHIFT. 2009 700CV 700 CV:: Lider Lider en rendim rendimien iento. to. Una vezz mas ve mas pote potent ntey ey con con cons consum umo o eficiente. 2012 25 años: el nuevo Volvo FH16 750, rendimiento a mayor velocidad Volvo, entre las diferentes gamas y modelos más significativo, presenta 6 modelos de camiones: FL, FE, FM, FMX, FH y FH16. VOLVO FH 16 En lo más alto de la gama Volvo de camiones se encuentra el FH16, la elección más lógica para los transportes más exigentes y de grandes kilometrajes como pueda ser el internacional. Organizada alrededor de cabina dormitorio, Glogetrotter y Globetrotter XL, la gama se decanta por el impresionante motor D16G, que ofrece potencias de 540, 600 y 700 CV, con pares máximos de 2.650, 2.800 y 3.150 Nm, y todo ello con la caja de cambio I-Shift en combinación, si bien el profesional también puede inclinarse por lo manual de 14 velocidades. GRAFICAS DE POTENCIA Y PAR La filosofía de Volvo siempre ha sido la creación de los mas eficientes y capaces línea de conducción. Uno en el que se transfiere la potencia a la carretera de forma rápida y fiable, sin importar la superficie.Este enfoque ha permitido aumentar los niveles de rendimiento de la Volvo FH16 600 a una nueva industria alta y sin comprometer la durabilidad durabilidad o el consumo de combustible.



En el programa de motores que nos presenta volvo en su pagina oficial podemos encontrar datos y graficas del motor mas adecuado para un determinado negocio. Se consulta la potencia y el par, nos muestra tambien combinaciones economicas para ahorrar más combustible. En dicho dicho progra programa ma para para el motor motor D16G6 D16G600 00 se pueden pueden visua visualiz lizar ar las las siguie siguiente ntess graficas de la potencia y el par: Curva Potencia vs r/min

Curva Par vs r/min

RENDIMIENTO ENERGETICO El motor motor Diesel Diesel consti constituy tuye e actua actualme lmente nte la fuente fuente de energí energía a domin dominant ante e en los los vehículos comerciales comerciales pesados. El motivo principal por el que se utiliza esta tecnología es su eficiencia superior debido a la combustión a alta presión y altas temperaturas. El índice de eficiencia máxima de un motor diesel moderno, es decir, su capacidad de convertir el contenido energético del combustible en trabajo útil, es de alrededor del 45 por ciento, y existe potencial para mejorarlo aún más. Si se compara con el camión que que real realiz izab aba a tare tareas as de tran transp spor orte te simi simila lare ress en la déca década da de los los sete setent nta, a, comprobamos que el consumo de combustible se ha reducido en aproximadamente un 40%. Sin embargo, en Volvo Trucks Trucks se está trabajando para mejorar esta eficiencia en un 1% anualmente.

Emisión de los camiones En lo que que resp respec ecta ta a las las emis emisio ione ness de vehí vehícu culo los, s, exis existe ten n cuat cuatro ro ingr ingred edie ient ntes es principales en los gases de escape que tienen un efecto negativo en la salud y el medio medio ambien ambiente: te: óxidos óxidos de nitróg nitrógen eno, o, partíc partícula ulas, s, hidroc hidrocarb arburo uross y monóxi monóxido do de carbono. Las emisiones de estas sustancias están reguladas estrictamente en la mayoría de los países y los límites de las cantidades que puede emitir cada vehículo se están reduciendo constantemente



En los vehículos diesel de transporte pesado, el objetivo principal se centra en los óxidos de nitrógeno y las partículas. El siguiente gran paso en las emisiones será la normativa Euro VI en 2013, que reducirá las partículas un 50% y las de NOx un 80% en comparación con la normativa Euro V.

RETOS DEL TRANSPORTE DE LARGO RECORRIDO 

Contar con un camión que se adapte a sus requisitos concretos y a su forma de trabajar.



Poder confiar en un servicio de mantenimiento y reparaciones rápido y cualificado, cualificado, donde y cuando lo necesite.



Estar seguro de sacar el máximo partido a cada litro de combustible



Cumplir con las nuevas normativas medioambientales. medioambientales.



Reducir el riesgo de que se produzcan accidentes o incidentes de otro tipo.



Identificar formas de mejorar la eficacia de su operación de transporte de largo recorrido.



Poder contar con el apoyo y compromiso del concesionario mucho después de la compra del camión.



Conseguir conductores profesionales y con experiencia.



DE TRUJILLO



Contar con un camión que este siempre preparado para realizar el trabajo al que está destinado.

VOLVO VOLVO FH16 D16G El FH16 puede considerarse como el buque insignia de Volvo, un gran camión capaz de realizar las operaciones de transporte más exigentes, especialmente especialmente sobre grandes recorridos. No importa cuál de los modelos elija, tanto sea el rígido como la tractora, la mecánica siempre responderá eficientemente; el Rey del transporte pesado cuenta con el motor más potente del mercado.



MEDIO AMBIENTE Volvo olvo es la prim primer era a empr empres esa a que que cuen cuenta ta con con una una fábr fábric ica a sin sin CO CO2, 2, apor aporta tand ndo o continuamente soluciones técnicas, hasta convertirse en líderes en la fabricación de camiones pesados para el sector del transporte medioambientalmente sostenible. Los motores diesel tienen un alto consumo energético. Durante la combustión, la temperatura es alta y hay un excedente de aire para garantizar que la combustión sea casi completa. Los niveles de hidrocarburos y de monóxido de carbono son bajos en comparación con los niveles de los motores de gasolina. Este impacto medioambiental procede principalmente principalmente de los gases de escape de los motores. Será este año, en octubre, cuando en Europa entre en vigor la legislación Euro 5 que impone una normativa rigurosa para la reducción de los gases de escape, con duras exigencias para todos los fabricantes. Estos tendrán que ajustar sus motores y reducir las emisiones de Oxidos de Nitrógeno (NOx) de 5 a 3.5 g/kWh, es decir, un 30%. Las emisiones de partículas (PM) de 0.1 a 0.02 lo que corresponde a una reducción del 80%. CONSUMO Y ECONOMIA La reducción del consumo de combustible es indispensable para la economía de cualquier empresa, pero lo es mucho más cuando se trata de proteger el medio ambiente.



Tomando como punto de comparación comparación un camión para transporte pesado de 1980, los nuevos motores reducen el consumo de combustible en un 30%. El progra programa ma de optim optimiz izaci ación ón de emisio emisiones nes está está sujeto sujeto a una serie serie de factor factores, es, independ independiente ientemente mente de la elaborac elaboración ión de los motores motores con tecnología tecnología avanzada. avanzada. Influyen en el conjunto elementos como un diseño frontal eficiente en que el aire fluye con mayor libertad oponiendo la menor resistencia, la carga, principal responsable de cons consum umo o por por tone tonela lada da y mill milla a o kiló kilóme metr tro, o, el equi equipa pami mien ento to y las las cond condic icio ione ness meteorológicas. SEGURIDAD La seguridad es algo más que diseñar cabinas más resistentes a los impactos, El trabaj trabajo o desar desarrol rolla lado do en seguri seguridad dad vial vial incluy incluye e la preven prevenció ción n de accid accident entes es y la reducción de las lesiones.

MOTOR FH16 D16G - 600 cv

La facilidad de conducción es de gran importancia aquí y lo que caracteriza a los motores diesel de seis cilindros en línea de Volvo es que su potencia de tracción se aplica inmediatamente, inmediatamente, desde la velocidad de ralentí. El flujo f lujo de potencia es uniforme y el par máximo se mantiene en una amplia gama de revoluciones. Gracias a estas propiedades, los motores ahorran combustible y las cajas de cambios son muy fáciles de utilizar. Elevada fiabilidad y reducción del consumo de combustible Cuando se trata de cilindradas de motor grandes y potencias altas, el motor de seis cilindro cilindross ofrece ofrece ventajas ventajas bien diferenciada diferenciadas. s. Con siete cojinetes cojinetes principal principales es para distribuir las fuerzas operativas, los motores combinan presión máxima con máxima transmisión de potencia.



DE TRUJILLO

turbocompresor or e Los motore motoress diese diesell de Volvo olvo están están equipa equipados dos de serie serie con turbocompres intercambiado intercambiadorr de calor . Cuentan con una culata de una sola pieza, árbol de levas en cabeza y cuatro válvulas por cilindro. Los inyectores bomba centrados dan como resultado una inyección increíblemente rápida y bien controlada con una distribución simétrica del combustible en la cámara de combustión. D16G: el más potente del mercado La “fuerza bruta” del turbodiesel en línea se ha mejorado para crear el D16G y cumple la normativa Euro 5. El D16G está disponible en tres variantes de potencia: 540, 600 y 700 CV. Estos motores se caracterizan por su imparable transmisión de potencia en todo momento. Elevada potencia de motor cuesta arriba y gran potencia de frenado cuesta abajo: las pendientes se aplanan y se alcanzan elevadas velocidades de crucero. El par se aplica directamente desde el arranque, lo que da como resultado una excepcional

facilidad

de

conducción

con

un

fluj flujo o unif unifor orme me de pote potenc ncia ia.. El par par máxi máximo mo es de 2.65 2.650, 0, 2.800 .800 o 3.15 3.150 0 Nm, Nm, dependiendo de la variante de motor. Si tenemos en cuenta el rendimiento disponible para su uso inmediato y las masas máximas en combinación para las que se ha fabric fabricado ado el D16G, D16G, Hay que conclu concluir ir que estos estos motore motoress tiene tienen n un consum consumo o de combustible especialmente bajo

6.

MATERIALES Y MÉTODO Especificaciones Técnicas el motor :

VOLVO VOLVO FH16 D16G-600



DE TRUJILLO

Principales Características del motor MOTOR Combustible Potencia Máxima Par Máximo Numero de cilindros Relación de compresión Cilindrada Carrera del pistón Diámetro

D16G600 Gasóleo 600 CV (441 kW) a 1900 rpm 2800 Nm a 1000 - 1500 rpm 6 17,3 : 1 16,1 dm3 165 mm 144 mm

Otras características Chasis 4x2, 6x2, 6x4, 8x2, 8x4 Caja de cambios I-Shift , Manual, range de 14 velocidades Freno motor EPG, VEB+, 425 kW de potencia Gama económica de revoluciones 1000 – 1500 rpm Potenc Potencia ia de frena frenado do del regulado reguladorr de gases gases de 230 kW, (2200 rpm) escape Potencia – VEB+ 425 kW, (425 kW) N° de filtros de aceite 2 de flujo completo 1 de derivación Volum olumen en de cam cambio bio de de ace aceite ite, inc inclu luid ido o el filtr iltro o 42 L Sistema de refrigeración, volumen total 48 L Salida de potencia con el vehículo parado 1000 Nm Sali Salida da de de pot poten enci ciaa con con el el vehíc vehícul ulo o en en mov movim imie ient nto o 650 650 Nm Nm Relación de salida de potencia 1,26 : 1 Intervalo para el cambio de aceite 100000 km o una vez al año con VDS4


7.


CÁLCULO, RESULTA RESULTADOS DOS Y DISCUSIÓN:

CÁLCULO TÉRMICO DEL MOTOR DIESEL TURBOALIMENTADO VOLVO VOLVO D16G600 CON ENFRIAMIENTO INTERMEDIO DE AIRE Realizamos el cálculo térmico del motor diesel Volvo D16G600, de cuatro tiempos turboalimentado turboalimentado y con enfriamiento intermedio del aire. Datos de partida: -

potencia nominal: 600 CV

-

numero de revoluciones nominales: n =1900 rpm

-

numero de cilindros: i= 6

-

cámara de combustión de un motor de inyección directa



DE TRUJILLO

relación de compresión: =17.3

-

Datos asumidos:

-

= 2.2

-

Tk = 355 K

-

Tr = 790 K PARAMETROS DE SUSTANCIA SUSTANCIA DE TRABAJO:

I.

a) Composición gravimétrica: (como mínimo 45% de cetano) Elegimos a composición del combustible diesel usando la tabla Nº 1

COMBUSTIBL E

COMPOSICIÓN ELEMENTAL C H O

DIESEL

0,87

0,126

0,004

Mas Masa Molecular (Kg. /Kmol) 180-200

Poder Calórico Calórico Bajo (Kcal. /Kg.) 10150

Tabla 1: Características de los combustibles líquidos para los motores de combustión interna.

b) Poder calórico bajo del combustible: Formula de Mendeleyev: Hu = 33,91 C + 125,60 H -10,89 (O-S) -2,51 (9 H +W); W: vapor de agua Hu = 42,44 [MJ/Kg.] c.

Los parámetros de la sustancia operante:

Cantidad de Kmoles de aire para quemar 1Kg de combustible Lo = 1/0,208 (C/12 +H/9 –O/32) = 0,42 [Kmol/Kg.] lo = 1/0,23 (8C/3 +8H -O) = 14,4522 [Kg. aire/Kg. comb]

d.

Coeficiente de exceso de aire ():



Velocidad constante

La disminuci disminución ón de

hasta ciertos ciertos límites límites posibles posibles disminuye disminuye las dimensio dimensiones nes del

cilindro y por consiguiente aumenta la potencia por unidad de cilindrada del motor diesel, pero simultáneamente la rapidez térmica del motor especialmente de las piezas del grupo cilindro pistón crece. Aumenta el humeado de los gases de escape. Los mejores prototipos modernos de motores diesel de aspiración natural, trabajan de manera estable en el el régimen nominal nominal sin sobrecalentamiento sobrecalentamiento significativo significativo con un de 1,4 – 1,5 aspiración natural y la de los motores diesel turboalimentados a 1,6 - 1,8

Se asume

= 1.7

Calculamos

M1 = Lo = 1,7 (0,42) = 0,706 [Kmol de carga fresca / Kg. combustible]

II.

PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN

Mco2 =0,870/12 = 0, 0725 [Kmol CO 2/ 1Kg Comb]



MH2O= H/2= 0,063 [Kmol H 2O/ Kg. Comb]

MO2 = 0,208(-1) Lo = 0,208 (1.7-1)0,42 MO2 = 0, 06046 [Kmol O 2/ Kg Comb]

MN2 = 0,792 (Li) = 0,792 (1, 7)(0,5) = 0,559112 0,559112 [Kmol N 2/ Kg Comb] CANTIDAD TOTAL TOTAL DE LOS PRODCUTOS DE LA COMBSUTIÓN

III.

M2 = M CO2 + M H2O + M O2 + M N2 M2 = 0, 0725 + 0,063 + 0, 06046 +0, 6732 M2 = 0,75507 [Kmol Prod. Comb. / Kg Comb] LOS LOS PARÁM ARÁMET ETRO ROS S DEL DEL MEDI MEDIO O AMBI AMBIEN ENTE TE Y DE LOS LOS GASE GASES S

IV. IV.

RESIDUALES -

Po = 0,1 MPpa = 1 bar

-

To = 293 K

Si no tiene intermolecular, el turbocompresor turbocompresor es de baja presión

= Pk /Po

Asumo =2 2



DE TRUJILLO

-

Pk = (Po) = 2,2 (0,1)

Pk = 0,22 MPa

-

Tk = -

De acuerdo a los datos experimentales el índice politrópico de compresión del aire en el compresor (nk) y en función del grado de enfriamiento con el intermolecular. intermolecular. I. Para los compresores a pistón: II. Para Para los compre compresor sores es volumé volumétri trico cos: s:

nk = 1,4 – 1,6 nk = 1,55 – 1,75.

III. Para los compresores centrífugos y axiales: Seleccionamos:

nk = 1,4 – 2,0.

nk = 1,65

Tk = -

355K (= 82º C) = 399.72 - = 44,7251º C Observación: Observación: Internacionalmente se sabe que la temperatura del aire que ingresa al cilindro del motor no debe ser en extremo. Para los motes diesel turboalimentados no mayo mayorr de 100º 100º C ento entonc nces es,, pode podemo moss asum asumir ir que que el sist sistem ema a de refri refrige gera raci ción ón (intermolecular) absorbe una temperatura de 44,7251º C. La temp temper erat atur ura a y la pres presió ión n de los los gase gasess resi residu dual ales es pode podemo moss conf config igur urar arlo loss considerando que el valor suficientemente alto de la relación de compresión del motor diesel diesel permit permite e que duran durante te la turbo turbo alimen alimentac tación ión del régime régimen n térmic térmico o del del motor motor aumente y aumenten también los valores de Tr y Pr por eso podemos asumir que para los motores diesel turboalimentados. - Tr = 790 K


-


Pr = 0, 75 75 Pk = 0,75 (0,22) = Pr = 0,165 [MPa] PARÁMETROS DEL PROCESO PROCESO DE ADMISIÓN:

V.

La temperatura de calentamiento de la carga fresca para el motor en estudio no tienen un dispositivo especial para el calentamiento de la carga fresca; sin embargo, el calentamiento de la craga del motor, turboalimentado a cuenta de la disminución de la caída térmica entre las piezas del motor y el aire sobrecalentado constituyen una magn magniitud tud de cale calen ntami tamie ento que que se redu reduce ce por por esto sto para el moto motorr die diesel sel turboalimentado normalmente se elige la temperatura entre 0 y 10º C y considerando las condiciones ambientales propias de Trujillo podemos seleccionar = 0 – 10º C. La densidad de la carga en la admisión podemos nosotros calcularlos del siguiente modo:

-

;

= 2.1593 [Kg/m3] -

Las Las pérd pérdida idass de de pres presión ión en la admisi admisión ón es: es:

0,02204 MPa -

Pres Presió ión n al al fin final al de la admi admisi sión ón::

Pa = Pk -


Pa = 0,22 – 0,02204 Pa = 0,197955 Mpa -

El coe coefifici cien ente te de de los los gase gasess resi residu dual ales es::

0,023387

-

Ta =

Ta = Ta = 374,7125 K -

Eficiencia vo volumétrica:




= 0,90898 VI.

PARÁMETROS DEL PROCESO DE COMPRESIÓN :

-

Del grafico 25: Para Ta = 374,6466 K y 17.3 : k1 =1,363

-

Pc = Pa

Pc = 0,197955 Pc = 9,6388 MPa

-

Tc = Ta

Tc = 374,7125 Tc =1054,6514 K

-

Según tabla 5: para Tc = 1054,4661 ºC: = 22,67927[KJ/Kmol] 22,67927[KJ/Km ol]

-

Según tabla 8: para Tc Tc = 1054,4661 ºC y : = 24,07054 [KJ/Kmol]

-



22,7106 [KJ/Kmol]

VII.

PARÁMETROS DEL PROCESO DE COMBUSTIÓN:

-

Coeficiente teórico de variación molecular:

-

Coeficiente de variación molecular

-

El poder calórico inferior de la mezcla operante:

=

-

El calor específico molar medio de los productos de la combustión, trabajando

en el rango de 1501 a 2800º C:



Tz

   mCv    productos  T

0

= 23,847 +1,833 Tz [KJ/Kmol [ KJ/Kmol ºC]

= +8,314

= 32,161 + 1,833 Tz [KJ/Kmol ºC] -

Temperatura Tz

El coeficiente de utilización del calor , para los modernos motores diesel con cámara de combustión no divididas o de inyección directa y con una adecuada organización de la formación de la mezcla se puede asumir para los motores de aspiración natural diesel = 0,82 y para motores turboalimentados teniendo en cuenta que se acompaña con una elevada carga térmica y con la generación de mejores condiciones para el desarrollo de la combustión = 0,86. El grado de elevación de la presión en los motores dies diesel el depe depend nde e fund fundam amen enta talm lmen ente te de la magn magnititud ud del del sumi sumini nist stro ro cícl cíclic ico o de combustible, con el propósito de disminuir las cargas gásicas sobre las piezas del mecanismo biela-manivela, es conveniente tener máxima presión de combustión no mayor de 15 MPa en relación con esto es conveniente asumir para los motores diesel de aspiración natural =2 y para los motores turboalimentados =1,5.

-

Asumo =1,5 y =0,86



DE TRUJILLO

-

= 0,86() = 50,516 [MJ/Kmol]

-

=[22,71106+8,314(1,5)]781,6514 = 27 475,2544 [KJ/Kmol]

-

2270() = 2270(1,5-1,068) = 980,6471 [KJ/Kmol]

-

=1,068 (32,161+1,833tz)tz (32,161+1,833tz)tz

= 33,32 tz +1,8992tz 2

-

1,8992tz2 +33,32 tz -69735

tz = 2123,1699º C -

Tz=2396,3299 K

La relación de expansión previa:



Pz =

-

Pz = 1,5(9,738804) 1,5(9,738804) Pz = 14,4582 MPa PARÁMETROS DEL PROCESO DE EXPANSIÓN:

VIII.

-

=

= 10,69374

-

Del gráfic gráfico o 30: 30: Para Para Tz Tz = 239 2396,3 6,329 299 9 y =10 =10,69 ,69374 374;; k2 = 1,259

-

Pb = Pb = 0,73188 MPa

-



DE TRUJILLO

Tb = Tb = 1297.1853K COMPROBACIÓN DE TEMPERATURA DE LOS GASES RESIDUALES

IX.

ASUMIDA INICIALMENTE

-

Tr = Tr = 789,4960 K -

Tr cal calcu cula lado do > Tr Tr asu asumi mido do x (0, (0,95 95)) 789,4960 > 790(0,95)

789,4960 > 750,5 (Se cumple)

Determinando el porcentaje de error:

1-TrcalculadoTrasumido×100=0,064

% de error=0.064

X.

PARÁMET ARÁMETROS ROS INDICAD INDICADOS OS DEL CICLO CICLO OPERA OPERATIV TIVO O DEL MOTOR MOTOR

DIESEL TRUBOALIMENTADO TRUBOALIMENTADO


-


La presión media indicada:

= 2,0390 MPa

-

Factor diagramático: diagramático: 0,92 < <0,97, Asumo = 0,96

-

Pi = 0,96(2,0390) Pi = 1,9574 MPa

-

Rendimiento indicado:

=

=0,5774 -

Consumo específico indicado de combustible (gi)



=

=146,927 [gr/Kwh] PARÁMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR TURBOALIMENTADOS: TURBOALIMENTADOS:

XI.

-

La presión media de las pérdidas mecánicas:

Pm = 0,105 +0,012Vp; donde Vp === 10.45m/s Pm = 0,105 +0,012(10.45) Pm = 0,2304MPa -

Presión media efectiva:

Pe = Pi –Pm Pe = 1,95744-0,2304 1,95744-0,2304 Pe = 1.72704 MPa -

Rendimiento mecánico y efectivo:

=

= 0,8823

-



= 0,5774(0,8823) 0,5774(0,8823)

= 0,5094 -

Consumo específico de combustible:

=

= 166,5283 [gr/Kwh]

PRINCIPALES PRINCIPALES PARÁMETROS CONSTRUCTIVOS DEL CILINDRO CILI NDRO Y DEL

XII.

MOTOR: -

La cilindrada del motor:

=

= 16,1274 16,1274 Lts revisar


-


El diám diámet etro ro y la carr carrer era a de los moto motore ress dies diesel el se expre expresa sa gene genera ralm lmen ente te bajo bajo la siguiente condición (S/D)>1. Sin embargo, la reducción de esta relación para los motores Diesel así como para los motores a gasolina disminuye la velocidad del pistón y aumenta el rendimiento mecánico por esto es conveniente que en los cálculos de diseño se asuma la relación (S/D)> 1 en este caso el diámetro debe ser igual a:

D = 100 x

Asumiendo (S/D)=1,145

D = 100 x D = 144,0127mm -

A =

A =

Área del pistón:



DE TRUJILLO

A= 16288,882mm 2 XIII.

PARÁMETROS

ENERGÉTICOS

Y

ECONÓMICOS

DEL

MOTOR

TURBOALIMENTADO Después de haber precisado los principales parámetros constructivos del cilindro y del motor se calcula definitivamente lo siguiente:

-

Ne =

Ne = Ne = 441 Kw

-

Me =

Me = Me = 2216.6053 Nm -

Me max = 285,7142 Kgm Me max = 2800 Nm

-

Km =

Km = Km = 1,2632

-

NeL =



NeL =

NeL Gc = Ne ge

-

Gc = 441 (166,5283) Gc = 73438,969 [gr/h] XIV.

CONS CONSTR TRUCC UCCIÓ IÓN N DEL DEL DIAG DIAGRAM RAMA A INDIC INDICADO ADO REAL REAL DEL DEL MOTOR MOTOR

TURBOALIMENTADO:

Pr = 0,165 MPa

Pb` = 0,73188 MPa

Pa` = 0,197955 MPa

Pc` = 9,6388 MPa



DE TRUJILLO

Pz` =14,4582 MPa Vc`= Vz` =0,1553 Lts.

= 10, 6937

Va` = Vb` = 2,6879 Lts. = 17, 3 = 1, 5

i=6 iVh =16,1274 Lts.

= 1, 61777 Vh = 2, 6879 Lts.

-

Tramo a`c`:

PVn1 = k1

k1 = Pa`Va`n1 = 0,197955 (2,6879)1,363

k1 = 0,761828 -

Para valores intermedios entre a`y c`:

PUNT (Vx1) (Px1) O (Lts) (Mpa) a' 2.6879019 0.197954 92 2 2.6372512 0.203154 89 8 2.5866006 0.208596 32 4 2.5359500 0.214295 49 1 2.4852993 0.220270 13 7 2.4346487 0.226539 59 3 2.3839980 0.233125 9 2.3333474 6 2.2826968 2 2.2320461 8 2.1813955 4 2.1307449 1 2.0800942

0.240049 53 0.247338 58 0.255020 07 0.263124 8 0.271686 73 0.280743

Px1Vx11, 363 = 0,761828

7 2.0294436 3 1.978793 1.9281423 6 1.8774917 2 1.8268410 8 1.7761904 5 1.7255398 1 1.6748891 7 1.6242385 3 1.5735879 1.5229372 6 1.4722866 2 1.4216359 9 1.3709853 5 1.3203347 1 1.2696840 7 1.2190334 4 1.1683828 1.1177321 6 1.0670815 2 1.0164308 9

46 0.290336 71 0.300512 89 0.311323 72 0.322827 07 0.335087 83 0.348179 0.362182 99 0.377193 13 0.393315 54 0.410671 3 0.429399 18 0.449658 91 0.471635 19 0.495542 69 0.521632 27 0.550198 75 0.581590 78 0.616223 47 0.654594 65 0.697306 11 0.745091 63

0.798854 43 0.859717 97 0.929095 81 1.008789 56 1.101128 51 0.7125270 1.209173 27 6 0.6618764 1.337019 88 3 0.6112257 1.490266 44 9 0.5605751 1.676752 14 5 0.5099245 1.907771 12 1 0.4592738 2.200153 65 8 0.4086232 2.580022 32 4 0.3579726 3.090007 52 0.3073219 3.804229 59 6 0.2566713 4.862677 42 3 0.2060206 6.561397 15 9 0.155370 9.638804 05 0.9657802 5 0.9151296 1 0.8644789 8 0.8138283 4 0.7631777

c'

-

Tramo b`z``:

PVn2 = k3

k3 = Pb`Vb`n2 = 0,731880 (2,6879)1,259

k3 = 2.541392 -

Vz`` = (k3/Pz``) (1/n2) Vz`` = (2,541392/14,4582) (1/1,259)

Vz`` = 0,251353 Lts. -

Para Para valo valores res inte interm rmed edio ioss de z`` z`` y b`: b`:

PUNTO z''

(Vx3)(Lts) 0.2513527 9 0.3000837 7 0.3488147 5 0.3975457 4 0.4462767 2 0.4950077 0.5437386 8 0.5924696 7 0.6412006 5 0.6899316 3 0.7386626 1 0.7873936 0.8361245 8 0.8848555 6 0.9335865 4 0.9823175 3 1.0310485 1

(Px3) (Mpa) 14.45820 6 11.56706 77 9.570721 63 8.117891 39 7.018105 1 6.159637 33 5.472872 03 4.912300 77 4.446990 56 4.055223 26 3.721327 83 3.433729 02 3.183702 05 2.964553 29 2.771066 66 2.599120 78 2.445418 59

Px3Vx31, 259 = 2,541392

1.0797794 9 1.1285104 7 1.1772414 6 1.2259724 4 1.2747034 2 1.3234344 1.3721653 9 1.4208963 7 1.4696273 5 1.5183583 4 1.5670893 2 1.6158203 1.6645512 8 1.7132822 7 1.7620132 5 1.8107442 3 1.8594752 1 1.9082062 1.9569371 8 2.0056681 6 2.0543991 4 2.1031301

2.307292 93 2.182564 32 2.069435 38 1.966411 4 1.872239 79 1.785863 44 1.706384 36 1.633035 13 1.565156 24 1.502177 93 1.443605 61 1.389007 95 1.338007 18 1.290271 14 1.245506 65 1.203453 99 1.163882 37 1.126585 97 1.091380 77 1.058101 7 1.026600 33 0.996742

b'

82 2.1518611 0.968408 1 23 2.2005920 0.941486 9 95 2.2493230 0.915879 7 48 2.2980540 0.891495 6 29 2.3467850 0.868251 4 81 2.3955160 0.846073 2 62 0.824891 2.444247 68 2.4929779 0.804642 9 7 2.5417089 0.785268 7 51 2.5904399 0.766715 5 64 2.6391709 0.748934 4 76 2.687901 0.731880 92 37

1.

Inicio de la combustión (tramo c-d): Px1=k2/Vx2nk

3

-

Asumido: nk = 1,42 , donde nk > (n1 =1,363)

-

Vc = Vc`+ Vh/2 [1-cos(360-)+(1-cos(720-2))]

Asumiendo = 10º Vc = 0,206182 Lts. -

Pc = Pa`(Va`/Vc`)n1 Pc = 0,19795(2,6879/0,15537)1,363

Pc = 9,6388 MPa k2 = PcVcnk

-

k2 = 9,6388(0,206182) 1,42 k2 = 1,0239

-

Para Para valo valore ress inte interm rmed edio ioss entr entree c y d:

PUNT PU NTO O c

(Vx2)( (Vx2 )(LLts ts))

(Px2)) (Px2 (Mpa) 0.206181 9.63880 5 0.203640 9.81001 9 9.98646 0.201100 4 10.16839 0.198559 8 0.196019 10.35604 2 0.193478 10.54967 6 0.190938 10.74955 1 0.188397 10.95598 5 0.185856 11.16925 9 0.183316 11.38969 3 0.180775 11.61766 8 0.178235 11.85351 2 0.175694 12.09764 6 0.173154 12.35047 1 0.170613 12.61243 5 12.88401 0.168072 9

P x1=1,0239/Vx21, 42

d

0.165532 3 0.162991 8 0.160451 2 0.157910 6

13.16570

0.155370 1

14.40509

13.45806 13.76166 14.07711

2. Combustión Visible (tramo d-z-l): -

Vz = (Vz`+Vz``)/2 Vz =(0,15537 +0,25135)/2 Vz = 0,20336 Lts.

-

k4 =

k4 =

k4 = -0,0108413 -

Para vL:

(Vx2-Vz)2 = 4 k4 (Px2-Pz)

Solución:

vL = 0,027 Lts.

PL =(k3/vLn2)

-

PL=(2,541392/0,0271,259) PL = 13,2125 MPa

-

Para Para valo valore ress inte interm rmed edio ioss de d, z, L: Px2 =

PUNT PU NTO O d

(Vx4)( (Vx4 )(LLts ts))

(Px4)) (Px4 (Mpa) 0.155370 14.40509 1 14.41702 0.161101 6 14.42744 0.166833 0 0.172564 14.43633 5 0.178296 14.44372 0 0.184027 14.44959 5 0.189759 14.45394 0 0.195490 14.45678 5 0.201222 14.45810

0 0.206953 5 0.212685 0 0.218416 5 0.224148 0 0.229879 5 0.235611 0 0.241342 5 0.247074 0 0.252805 5 0.258537 0 0.264268 5

l

0.270000 0

3.

14.45791 14.45620 14.45298 14.44824 14.44199 14.43422 14.42494 14.41414 14.40183 14.38800 14.37266 14.35580

Proceso de Escape (tramo b-e-a-r-r`):

-

Escape Libre(tramo b-e)

-

Pe =

Pe = Pe = 0,56492 MPa -

Ve = Vc`+Vh

(Px3-Pe)2 = 4k5 (Vx3-Ve)

Ve = 0,15537 +2,6879 Ve = 2,8432 Lts.

-

Asumo =80º para:

Vb = Vc`+ Vh/2 [1-cos(360-)+(1-cos(720-2))] Vb = 2,24352 Lts -

Pb = k3 (Vb)-n2 Pb = 2,541392 (2,24352)-1,259 Pb = 0,91896 MPa

-

k5 =

k5 = k5 = -0,085897

-

Para valor intermedios entre b y e: Px3 =0,56492 +2

PUNTO

(Vx5) (Lts)

b

2.243515 8

(Px5) (Mpa) 0.91887

2.273503 6 2.303491 4

0.90737

2.333479 2

0.88344

0.89557

2.363467 0 2.393454 8 2.423442 6 2.453430 5 2.483418 3 2.513406 1 2.543393 9 2.573381 7 2.603369 5 2.633357 3 2.663345 1 2.693332 9 2.723320 7 2.753308 5 2.783296 4 2.813284 2

e

2.84327 20

0.87094 0.85805 0.84472 0.83090 0.81654 0.80157 0.78591 0.76943 0.75202 0.73348 0.71355 0.69189 0.66793 0.64073 0.60847 0.56642 0.46492

-

Escape forzado (tramo e-a):

-

Va = Vb = 2,243516 Lts

-

Po = Pe = 0,464917 MPa

-

Ro = Ve – Vo = 2,843271 – Vo

-

Pa = Pr – (Pa´- Pr)

(Px4-Po)2 +(Vx4-Vo)2 = Ro2

Pa = 0,165 – (0,19795-0,165) Pa = 0,132045 Mpa -

Para el punto a: (Pa-Po

)2 +(Va-Vo)2 = Ro2

(0,132045 -0,464917)2 +(2,243516 -Vo)2 = (2,843271 -Vo)2 Solución Vo = 2,451019

-

Ro = Ve- Vo Ro = 2,843271 -2,451019 Ro = 0,3922

-

Para valores intermedios entre e y a: Px4 = 0,464917 +

PUNTO

(Vx1) (Lts)

e

2.843272 0

(Px2) (Mpa) 0.46492

2.813284 2 2.783296 4

0.31450

2.753308 5

0.21495

2.723320 7 2.693332 9

0.18258

2.663345 1

0.13510

2.633357 3

0.11762

2.603369 5 2.573381

0.10346

0.25646

0.15646

0.09224

7 2.543393 9

0.08370

2.513406 1 2.483418 3

0.07766

2.453430 5

0.07267

2.423442 6 2.393454 8

0.07364

2.363467 0

0.08256

2.333479 2

0.09069

2.303491 4 2.273503 6

0.10147

a

2.24351 58

0.13205

-

Barrido (a-r`-r):

-

Tramo (a-r`):

PUNT PU NTO O a r'

0.07401

0.07691

0.11513

P = Pa = 0,132045 Mpa

(Vx1) (Vx 1)(L (Lts ts))

(Px2)) (Px2 (Mpa) 2.243515 0.13205 8 0.270000 0.13205 0

(Px5-Pr )2 = 4 k6 (Vx5-Vr )

-

Tramo (r`-r):

-

Pr = 0,165 MPa; Vr = Vc`= 0,15537 Lts.

-

Pr´= Pa = 0,132045 MPa; Vr`= VL = 0,27 Lts.

-

K6 =

K6 = K6 = 0,0023685 Para valores intermedios entre r y r`:

-

PUNTO

(Vx1) (Lts)

r'

0.270000 0 0.247074 0 0.224148 0 0.201222 0 0.178296 0

r

0.15537 01

(Px2) (Mpa) 0.13205 0.13552 0.13947 0.14416 0.15026 0.16500

Proceso de Admisión (r-r``-a`):

4.

-

Para Para valo valore ress inte interm rmed edio ios: s:

(Px6-Pr )2 = 4 k6 (Vx6-Vr )

PUNTO

(Vx1) (Lts)

r

0.155370 1 0.178296 0 0.201222 0 0.224148 0 0.247074 0 0.270000 0

r'' a'

2.68790 19

(Px2) (Mpa) 0.16500 0.17974 0.18584 0.19053 0.19448 0.19795 0.19795

GRAFICAS DEL DIAGRAMA INDICADO REAL DEL MOTOR TURBO ALIMENTADO

XV. XV.

a.

Q=

BALANCE TERMOENERGÉTICO DEL MOTOR TURBOALIMENTADO Cantidad de calor introducido al motor con el combustible

Q= Q = 865,7108 [kW]

El calor equivalente al trabajo efectivo por cada segundo

b.

Qe = Ne Qe = 441 [kW] c.

El calor transferido al sistema de refrigeración

Qref = CiD1+2m nm

Qref = CiD1+2m nm

C:

m:

Constituye un coeficiente de proporcionalidad que comúnmente varía entre 0,45 y 0,53

i:

Numero de cilindros.

D:

Diámetro del cilindro en centímetros.

Es un índice exponencial experimental que para los motores de 4 tiempos es m = 0,60 – 0,70

n:

Es la frecuencia rotacional del ciguieñal del motor (rpm)

Qref = CiD1+2m nm Qref = 2, 65738 [kW]

d.

La cantidad de calor que se llevan los gases de escape

Qgas = 3. Según tabla 5 : Para tk= 81,84º C: (mCv) = 20,82447 [kJ/kmol] 4. Según tabla 8: Para tr = 516,336º C: (mCv) = 23,3030 [kJ/kmol]

Qgas = Qgas = 148,7342 [kJ/kmol]

La cantidad de calor no considerado en los casos anteriores llamado

e.

también calor residual. Qrest = Q comb – (Qe +Q ref +Q gases) Qrest = 865, 7108 – (441 +2,6574 +148,7342) Qrest = 273, 3192 [kW] BALA BA LANC NCE E TÉ TÉRM RMIC ICO O Qe Qref Qgases Qr Qt introducido al motor

XVI.

MOTOR MOTO R DI DIES ESEL EL TU TURB RBOA OALI LIME MENT NTAD ADO O Q(kJ/s) q(%) 441 50,94 2,6574 0,307 17,18 148,7342 273,3192 31,57 865,3108 100

CONSTRUCCIÓN DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DE

VELOCIDAD: Para los motores diesel el régimen mínimo de velocidad generalmente se asume entre los 350 y los 800 rpm, la frecuencia máxima de rotación del cigüeñal normalmente está limitada por las condiciones de desarrollo cualitativo de las condiciones de trabajo del

motor, por los esfuerzos térmicos de las piezas, por la tolerancia de los esfuerzos inerciales y otros. El valor de n

min

se determina por la estabilidad de trabajo del motor operando a plena

carga. Los puntos calculados en la parte termoenergéticos del motor sirven de base para la construcción de las curvas características externas de velocidad, los cuales se pueden calcular mediante las siguientes expresiones o modelos matemáticos.

La pote potenc ncia ia efec efecti tiva va del del moto motorr dies diesel el turb turboa oali lime ment ntad ado o y con con

1.

intercooler -

Para motores MEF:

Nex = Ne -

Para Para mot motor ores es de de inye inyecc cció ión n dire direct cta: a:

Nex =Ne -

Para Para mot motor ores es die diese sell con con prepre-ca cama mara ra::

Nex = Ne -

Para Para mot motor ores es die diese sell con con cáma cámara ra de de torb torbel ellilino no::

Nex = Ne -

Elij Elijo o un un moto motorr de iny inyecci ección ón dir direc ecta ta

Nex = Ne

441 Kw @ 1900 rpm 2800 Nm@ 1000 rpm

Torque Torque efectivo del motor

2.

-

Mex =

La presión media efectiva del motor

3.

-

Pex =

-

= 4; iVh = 16,12 Lts.

La presión media indicada

4.

5.

-

Pix = Pex +Pmx

-

Pmx = 0,105 +0,012

Consumo específico efectivo

-

Gex = geN[1,25 -1,25 () +()2]

-

geN = 166, 5282[g/kwh] ; nN = 1900 rpm

6.

El consumo horario de combustible

-

Gcx = gex Nex. 10 -3 [kg/h]

La eficiencia volumétrica

7.

Para el caso de los motores Diesel para la determinación de la eficiencia volumétrica del motor es necesario conocer la ley de variación de la composición de la mezcla () en función de la frecuencia rotacional del motor. En este sentido, sabemos que en los motores motores diesel con el aumento de la frecuencia frecuencia rotacional rotacional aumenta aumenta algo por esta razón para los motores diesel de 4 tiempos y de inyección directa se puede asumir una variación lineal de con la siguiente siguiente ecuaciónmin = (0,7-0,8) N

-

Asumido:

min = 0,75N

min = 1,275

Una vez que se elige la ley de variación de la composición de la mezcla entonces la eficiencia volumétrica será calculada del siguiente modo:

-

v=

-

lo = 14,452; = 2,159297

8.

El coeficiente de adaptabilidad por torque y por frecuencia de giro

-

KM =

KM = K M = 1, 26319

-

Kw =

Kw = Kw = 1, 9

RESULTADOS:

XVII. XVII. CONSTRUCC CONSTRUCCIÓN IÓN DE CURV CURVAS AS CARACTERÍ CARACTERÍSTICA STICAS S DE CARGA CARGA DEL MOTOR MOTOR

-

Ne util utiliz izad ada a = ; Ne Ne max max = 441 441 kW

-

Nm =

Nm = Nm = 58,8328 [kW] -

Ni = Ne + Nm

-

nm = (Ne/Ni)100

-

ni =

-

Asumo n cc = 0,98

-

n D = 1-

n D = 1n D = 1,003

-

=0,92;

-

ne = ni * nm

-

ge = ; Hu = 48,751

-

Gc =

RESULTADOS:

8.

CONCLUSIONES

•

La temperatura del aire a la salida del compresor alcanza los 72º C, por lo cual es

obliga el uso de un intercooler o sistema de refrigeración que disminuya la temperatura del aire antes de ingresar a la cámara de combustión. •

La presión máxima en la cámara de combustión llega a 12,5 Mpa, lo cual no

sobrepasa los límites presión permitidos (15 MPa), así como la temperatura máxima de combustión llega a ser 1889,4º C, el cual también es un valor aceptable. •

El porcentaje de calor de combustión que se convirtió en trabajo fue de 32,2 %,

mientras que el sistema de refrigeración absorbió el 18 % del calor total. •

Se pudo calcular que el consumo específico efectivo mínimo es de 213 g/kwh y se

obtiene cuando el motor gira a 3000 rpm aproximadamente. •

El torque máximo del motor analizado es de 176,46 Nm y se alcanza a 2200 rpm,

lo cual nos dice que el motor desarrolla su máxima fuerza a baja velocidad. •

Como se puede apreciar en la grafica del diagrama indicado real del motor el

trabajo en el proceso de admisión es positivo, debido a la elevación de la presión por parte del compresor.

9. RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES Mientras el turbocompresor ayuda al motor en la compensación de altura y aumento de fuerza y el intercooler aumenta mas potencia todavía, ambos requieren mayores cuidados en su mantenimiento.

•

El único sistema de refrigeración del turbocompresor es el aceite que viene del

cárter y alcanza los 280° C. Por lo que es necesario contar con un aceite que garantice su desempeño como los aceites API grupo II, sintetizados o sintéticos. •

El motor motor turboal turboalime imenta ntado, do, después después de operar operar en carret carretera era,, siempr siempre e deberí debería a

enfriarse entre 3 a 5 minutos antes de ser apagado. Cuando se apaga el motor con el cojinete caliente, se corta la circulación del aceite, cocinando el aceite en el cojinete. Si vuelve a encender el motor (con el aceite cocinado sobre el cojinete y el cojinete caliente) éste podrá agriparse. •

El motor turboalimentado normalmente tiene un enfriador de aceite como parte del

sistema de refrigeración del motor para reducir la temperatura del aceite antes de volver al cárter. Para aprovechar la máxima vida útil del turbocompresor, turbocompresor, se requiere un refrigerante

de máxima tecnología. Uno que tenga la máxima transferencia de calor y mayor inhibición de depósitos, que evite la cavitación cavitación y corrosión. (En nuestro nuestro boletín 11 encontrará encontrará más información sobre las diferentes formulaciones de refrigerantes). •

El motor turboalimentado requiere lubricación instantánea. Es por eso que la

bomba de aceite en el cárter tiene dos salidas de aceite. Entonces la viscosidad del aceite es determinante. Si el aceite es muy viscoso, demora en alcanzar el turbocompresor, caus causan ando do mayor mayor desg desgas aste te.. No se reco recomi mien enda dan n acei aceite tess mono monogr grad ados os en moto motores res equipados con turbocompresor. El turbocompresor está diseñado de tal modo que suele durar lo mismo que el motor. No precisa de mantenimiento especial; limitándose sus inspecciones a unas comprobaciones periódicas.

•

Para garantizar que la vida útil del turbocompresor se corresponda con la del

motor, motor, deben cumplirse de forma estricta las siguientes siguientes instrucciones instrucciones de mantenimie mantenimiento nto del motor que proporciona el fabricante: •

Intervalos de cambio de aceite

•

Mantenimiento del sistema de filtro de aceite

•

Control de la presión de aceite

•

Mantenimiento del sistema de filtro de aire

El 90% de todos los fallos que se producen en turbocompresores se debe a las siguientes causas:

•

Penetración de cuerpos extraños en la turbina o en el compresor

•

Suciedad en el aceite

•

Suministro de aceite poco adecuado (presión de aceite/sistema de filtro)

•

Alt Altas as temp temper erat atur uras as de gase gasess de esca escape pe (sis (siste tema ma de arra arranq nque ue/s /sis iste tema ma de

inyección). Estos fallos se pueden evitar con un mantenimiento frecuente. Cuando, por ejemplo, se efectúe el mantenimiento del sistema de filtro de aire se debe tener cuidado de que no se introduzcan fragmentos de material en el turbocompresor.

•

Diagnóstico de fallos

•

Si el motor no funciona de forma correcta, no se debe dar por asumido que el fallo

vien viene e

prov provoc ocad ado o

por por

el turbo urboccompr ompres esor or..

Suel Suele e

suc suceder eder que que

se

sus sustitu tituyyen

turbocompresores que funcionan perfectamente pese a que el fallo no se encuentra en éstos, sino en el motor. Solamente tras verificar todos estos puntos se debe verificar la presencia de fallos en el turbocompresor. Como los componentes del turbocompresor se fabrican en máquinas de alta precisión con mínimas tolerancias y las ruedas giran a una velocidad de hasta 300.000 rpm, los turbocompresores sólo deben ser inspeccionados por especialistas que dispongan de cualificación. 9.

•

ANEXOS

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁFICAS Jovaj M.S. “Motores de Automóvil” Editorial.MIR.1979.Moscú.

Figura 25

Figura 30

TABLA 8

TABLA 5

volvo FH16 -D16G

Recommend Documents