UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO INGENIERA MECNICA

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INTRODUCCIN

En el presente trabajo se presenta un resumen de los procesos del ciclo real para la simulacin matemtica de la operacin del motor de combustin interna mediante clculo, utilizando la teora dada desde el inicio en clases.El diseo del motor Diesel con turbo alimentador con una potencia nominal de 170HP, velocidad nominal de 2500RPM y relacin de compresin de 16 este diseo esta hecho en condicin a nivel del mar, en estos clculos se muestra los procesos de admisin, compresin, combustin y expansin. Tambin se definir las dimensiones principales del motor (cilindrada, carrera, dimetro del pistn, consumo de combustible, eficiencias y otros parmetros).

DISEO DE MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA, MOTOR TIPO DIESEL TURBOALIMENTADO

DATOS:

Potencia nominal 170 HPVelocidad nominal 2500 RPMRelacin de compresin 16Combustible: dieselCaracterstica: turboalimentadoPoder calorfico por Kg de mezcla en Kj/Kg Hu =2762Masa molecular media =180 A 200

1.-COMPOSICIN DEL HIDROCARBURO.

Composicin del petrleo C/H/O=0.87/0.126/0.004Poder calorfico Hu = 42500 KJ/Kg.

2.-GENERALIDADES DE LA COMBUSTIN.

2.1.-la cantidad de aire terica necesaria para la combustin del combustible es:

==

= 0.4946

Adems: , donde:

: Cantidad real de aire que ingresa al cilindro del motor. : Cantidad de aire terica.Mezclas pobres donde para motores Diesel turboalimentado ; De aqu elegimos 2.2.-en motores diesel se da la combustin completa > 1 (mezcla pobre).

La cantidad total de esta mezcla carburante es M1:

M1 = (1.4)(0.4946)= 0.6925Kmol/Kg

Estamos con una mezcla pobre por tanto el combustible arde totalmente y los productosM2 es :

Coeficiente terico de variacin molecular: ==1.049675

Los productos de combustin para es la cantidad de aire estequiometrica

Con oxgeno cero porque todo el oxgeno ha sido consumida estequiometricamente:

Coeficiente de fraccin volumtrica de los productos de combustin:

coeficiente de fraccin volumtrica del exceso de aire:

En estos clculos nos interesa cuanto vario M1 (ingreso al cilindro) con respecto de cuanto sali del mismo los productos de combustin M2 tiene que existir un incremento , esto demuestra al arder los combustibles ingeridos el volumen de los productos de combustin es mayor que el de la mezcla aire-combustible. Esta variacin de volumen significa que durante la combustin los gases que se forman realizan trabajo til, este hecho se cuantifica mediante el coeficiente de variacin molecular de la mezcla fresca.

3.-PROCESO DE ADMISIN PROCESO DE ADMISIONEs el encargado de introducir la mezcla aire- combustible al cilindro.

3.1 PARMETROS DEL PROCESO DE ADMISIN:

Presin atmosfrica es Temperatura medio promedio de

Para nuestro caso el motor es sobrealimentado, y con intercooler entonces la presin a la entrada del el cilindro es:

De los principios del turbo-compresores se tiene: esto debido a que existen prdidas hidrulicas a lo largo del mltiple de admisin.

Grado de elevacin de presiones:

Si, adquiere valores superiores a 2.0-2.5 se justifica plenamente el hecho de introducir un inter enfriador de aire (intercooler) despus del compresor y antes de ingresar al cilindro, porque se evidencia un incremento elevado de el interenfriador puede enfriar hasta 70k

Tomamos: =2.6; como el grado de elevacin de presiones es mayor que 2.5, entonces necesita intercooler para bajar su

Entonces:= (0.1) (2.6)=2.6bar

Densidad de la carga fresca

3.2.-LA PRESIN FINAL DE ADMISIN

La presin al final de la admisin se calcula con la siguiente frmula:Bar

Donde: cada de presin en el enfriador es igual a 0.04 bar

: Factor que considera las prdidas de presin en el mltiple de admisin y adquiere valores de 0.85 a 1.05, donde tomaremos =0.95

==2.432bar

3.3.- CANTIDAD DE GASES RESIDUALES Y COEFICIENTE DE GASES RESIDUALES.

En el proceso de escape no se logra desalojar por completo del cilindro los productos de combustin, ocupado estos ciertos volmenes a Pr y Tr.En el proceso de admisin los gases residuales, se expanden y, mezclndose con la carga fresca que ingresa, hace disminuir el llenado del cilindro.

Coeficiente de gases residuales

Donde:: Temperatura atmosfrica e igual a 288 K : Temperatura de calentamiento de la carga vara para los diesel con sobrealimentacin de 0.15K; Asumiremos

La carga fresca durante su movimiento por el sistema de admisin y dentro del cilindro entra en contacto con las paredes calientes, elevndose su temperatura en el grado de calentamiento de la carga depende de la velocidad de su movimiento en el mltiple de admisin y de la diferencia de temperaturas entre las paredes y la carga. Es importante tener presente que al aumentar la temperatura de la carga su densidad disminuye y viceversa.

Tr: temperatura de los gases residuales en grados K. este valor se tiene que asumir por el momento y vara para los motores diesel 700 y 900K. Asumiremos .

Pr: presin de los gases residuales en MPa. Tambin se debe asumir Pr = (1,1..1,25) Po. Entonces asemos que . Y finalmente remplazando valores a la ecuacin tenemos:

0.011831242y de 0.008193135Si , lo que conduce a un encendido combustin irregular.

3.4.-TEMPERATURAS EN LA ADMISIN.

La temperatura despus de la compresin en el turbocompresor se define con

=417.149297K

: Eficiencia adiabtica del compresor 0.7-0.8; asumiremos=0.7K: ndice adiabtico del compresor 1.4

=2.6 el cual necesita un intercooler de forma que disminuya por lo tanto:

=417.14929770 =347.149297K

=2.60.029411995 = 2.57058005bar

: Temperatura de la carga fresca a la salida del enfriador

: Presiones de la carga fresca a la salida del enfriador

: Perdidas hidrulicas en el enfriador (0.01-0.05) Kg/cm2,

Asumiremos =0.03 Kg/cm2=0.02941995bar

: Enfriamiento de la carga en el inter enfriador que puede llegar hasta 70K

Ahora bien la temperatura al final de la admisin que utilicen turbo compresor e interenfriador.

=367.8536867K3.4.-COEFICIENTE DE LLENADO O RENDIMIENTO VOLUMTRICO ():

=Califica la calidad de admisin y sobre todo saber si la capacidad del cilindro fue saturada con carga fresca en su totalidad.

; Coeficiente de carga, sabemos que

(Para motores sobre alimentados )

0.922402199

Para motores sobrealimentados el rango del coeficiente de llenado es:Con lo cual nuestro calculo est dentro del rango.

4.-PROCESO DE COMPRESIN:

El proceso de compresin se da del punto a al punto cy depende de las caractersticas o parmetros termodinmicos ambientales que existen al inicio de la compresin, de la relacin de compresin y tambin las caractersticas de desprendimiento y aprovechamiento de calor que brinda el poder calorfico Hu quien nos permite subir hasta el punto Z.

Objetivo: buscar un valor fijo del exponente politrpico de expansin en el cual no exista intercambio de calor con las paredes del cilindro. Para lo cual se utilizara las formulas dadas. Teniendo cuidado con el rango dado para motores Diesel sobrealimentados es

El cual tomaremos un valor para=1.38

Estrategia: para determinar la temperatura y presin al final de la compresin se supone que este proceso es politropico y se halla con las ecuaciones:

=116.4371089bar

= (367.6772903) () =1066.86804K

Clculos ya realizados anteriormente:

Coeficiente de fraccin volumtrica de los productos de combustin:

coeficiente de fraccin volumtrica del exceso de aire:

Para petroleros:=; ; para motores con

= = 0.9915020230.008497977Finalmente:

Determinamos: y

Para:

C: C

Interpolando de la tabla 2 para :

De igual manera interpolamos para : de la tabla 4

Nos falta determinar : Siendo: aqu asumimos valores de los menores posibles: Para motores sobrealimentados:

Tomamos un valor de ;

= (367.6772903) () =1054.971449K=781.971449C

Interpolamos para e interpolamos valores para y

Interpolando: para hallar De la tabla 2

17713.61566

Interpolando: Para hallar :(De la tabla 4) y para

19876.72715 kJ/kmol

Remplazando en la ecuacin:

Adems:Constante universal de los gases:8.314J/mol K

Para obtener el valor de B interpolamos los con valores asumidos de n1

n1B

1.3721778.92145

1.36539.6251952

1.364094120.000100203

1.364-4.128168437

1.36-181.5723654

Entonces el coeficiente politrpico para B=0 ,000100203=0 n1=1.36409412

Reemplazando en: B=0.000100203

Finalmente ahora calcularemos la presin y la temperatura=106.781633bar

= (367.6772903) () =1009.45768k=736.457682c

Con la temperatura definitiva al final de la compresin calculamos el verdadero valor de la energa interna de compresin y la energa interna de los gases de combustin

Interpolando: de la tabla 2 (del ingeniero Arturo Macedo) para hallar

16558.9314

Interpolando: Para hallar :(De la tabla 4) y para

18580.9502kJ/kmol

5.-PROCESO DE COMBUSTIN.

Nuestro objetivo en el anlisis de la combustin es encontrar los valores de Tz y Pz mximas en que empezara la combustin.Para el clculo de los parmetros de combustin se hace un balance de energas, y luego de algunas transformaciones se llega a la siguiente ecuacin.

En este caso utilizaremos el criterio de JovajM.S para el clculo de las energas internas como , , , , y Tz que son desconocidos.

Es el grado de elevacin de la presin durante la combustin y se asume por lo lo G General 1.4

: Coeficiente de aprovechamiento de calor 0.65