2013

CALCULO TERMO-ENERGETICO Y ANALISIS DE LAS PROPIEDADES

DINAMICO TRACCIONALES DEL MOTOR TURBOALIMENTADO DIESEL MAZDA 2 1.4

CRTD

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

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CALCULO TERMO-ENERGETICO Y ANALISIS DE

LAS PROPIEDADES DINAMICO TRACCIONALES DEL

MOTOR TURBOALIMENTADO DIESEL MAZDA 2 1.4

CRTD

CURSO : MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

DOCENTE : Ing. BACILIO QUIROZ, Javier

ALUMNO :

Trujillo Per

2013

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1. TITULO

CALCULO TERMO-ENERGETICO Y ANALISIS DE LAS PROPIEDADES

DINAMICO TRACCIONALES DEL MOTOR TURBOALIMENTADO DIESEL

MAZDA 2 1.4 CRTD

2. RESUMEN

El presente proyecto trata sobre la investigacin, clculo y anlisis de los

parmetros termoenergeticos que afectan el funcionamiento del motor.

Para este fin se us los datos proporcionados por la casa productora

automotriz Mazda, seleccionando un motor turboalimentado MAZDA 2 1.4

CRTD. Este motor es aplicado para automviles de transporte y uso

personal.

Para el desarrollo de este proyecto primero se determin los principales

parmetros de operacin en el proceso de: admisin, compresin,

combustin y expansin. Con todos los datos anteriormente obtenidos y

con los parmetros constructivos del cilindro y el motor, se construy las

diagramas indicados del ciclo real del motor Mazda 2 1.4 CRTD

turboalimentado.

De esta manera se comprob que aplicando los conocimientos adquiridos

en el curso de Motores de Combustin Interna, no solo son tericos, sino

que es posible analizar un motor termo energticamente a partir de algunos

datos proporcionado por las casas motrices.

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3. INDICE ANALITICO

4. INTRODUCCION

4.1. REALIDAD PROBLEMTICA

4.2. ESTADO DEL ARTE

4.3. OBJETIVOS

4.4. PERSPECTIVA DE DESARROLLO

4.5. IMPACTO AMBIENTAL

4.6. USO DE COMBUSTIBLES RENOVABLES

4.7. ESPECIFICACIONES TECNICAS Y

DETALLES DEL MOTOR

5. MARCO TEORICO

6. MATERIALES Y METODO

7. CALCULOS, RESULTADOS Y DISCUSION

7.1. PARAMETROS DE LA SUSTANCIA DE

TRABAJO

7.2. PRODUCTOS DE LA COMBUSTION

7.3. CANTIDAD TOTAL DE LOS PRODUCTOS

DE LA COMBUSTION

7.4. PARAMETROS DEL MEDIO AMBIENTE Y

DE LOS GASES RESIDUALES

7.5. PARAMETROS DEL PROCESO DE

ADMISION

7.6. PARAMETROS DEL PROCESO DE

COMPRESION

7.7. PARAMETROS DEL PROCESO DE

COMBUSITION

7.8. PARAMETROS DEL PROCESO DE

EXPANSION

7.9. COMPROBACION DE LA TEMPERATURA

DE LOS GASES RESIDUALES

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7.10. PARAMETROS INDICADOS DEL CICLO

OPERATIVO DEL MOTOR

7.11. PARAMETROS EFECTIVOS

7.12. PRINCIPALES PARAMETROS

CONSTRUCTIVOS DEL CILINDRO Y DEL

MOTOR

7.13. PARAMETROS ENERGETICOS Y

ECONOMICOS DEL MOTOR

7.14. CONSTRUCCION DEL DIAGRAMA

INDICADO

7.14.1. INICIO DE LA COMBUSTION

7.14.2. COMBUSTION VISIBLE

7.14.3. PROCESO DE ESCAPE

7.14.4. PROCESO DE ADMISION

7.14.5. GRAFICAS DEL DIAGRAMA

INDICADO REAL

7.15. BALANCE TERMO-ENERGETICO

7.16. CONSTRUCCION DE CURVAS

CARACTERISTICAS EXTRERNAS DE

VELOCIDAD

7.17. CONSTRUCCION DE CURVAS

CARACTERISTICAS DE CARGA DEL

MOTOR

8. CONCLUSIONES

9. RECOMENDACIONES

10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

ANEXOS

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4. INTRODUCCION

4.1. REALIDAD PROBLEMTICA

En pleno siglo XXI donde prima la competencia, y siendo el sistema

consumista el que hace que las casas motrices ltimamente se han

dedicado a fabricar motores con muy poca vida til. Siendo as se

presentan muchas dificultades a la hora de seleccionar una marca de

automvil para comprar.

Es por eso que resulta imprescindible para un Ing. Mecnico tener la

capacidad de hacer un anlisis termo energtico y de las propiedades

dinamico-traccionales de cualquier motor, usando algunos datos de diseo

datos proporcionados por las casas motrices.

Haciendo una buena eleccin de un motor se contribuir, al aumento de

productividad, ahorro de dinero y lo ms importante disminucin de las

emisiones contaminantes que es propia de la combustin de combustibles

fsiles

.

4.2. ESTADO DEL ARTE

Desde el inicio el hombre ha buscado la forma de simplificar el trabajo

mediante el uso de herramientas, dispositivos y mquinas.

El uso de mquinas que convierten un tipo de energa a otro tipo ha

permitido que el hombre realice actividades que incluso rebasen su

capacidad fsica. Las mquinas surgen como necesidad de aprovechar la

fuerza de la naturaleza con un propsito definido. Una de estas mquinas

se conoce como Motores de Combustin Interna, el cual, transforma la

energa calorfica en energa mecnica.

Primeros antecedentes de los motores de combustin interna:

El desarrollo de los motores de combustin interna se inicia en los

aos 60 del siglo pasado (motor Lenior-Francia 1860, motor Otto

Alemania 1867).

A fines del siglo XIX, cuando fue organizada la refinacin industrial

del petrleo los motores de combustin interna que funcionaban con

combustible lquido (gasolina, kerosene) obtuvieron mayor difusin.

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En el ao 1899 fue construido en Rusia el primer motor a gasolina

(motor Kostovich).

En 1899 fue fabricado en Petersburgo, por primera vez en la historia

del mundo un motor econmico y capaz de funcionar con encendido

por compresin (Diesel). Transcurrido un corto tiempo, la estructura

del motor diesel fue perfeccionada (motores diesel sin compresor).

En Rusia fueron construidos los motores diesel sin compresor

diseados por G. V. Trinkler (ciclo dual o mixto) en 1901.

En 1906 el profesor de la Escuela Tcnica de Mosc V. I.

Grinevetski propuso el primer mtodo de clculo trmico del motor.

A partir de ah muchos pases industriales se dedicaron

exclusivamente a la produccin de vehculos mejorando cada da la

tecnologa de diseo y produccin.

Tpicos relacionados al clculo termo-energtico del motor

Mazda 2 1.3 CRTD

Al ser el motor Mazda 2 1.4 CRTD nuevo en el mercado y para una

aplicacin de uso personal, es decir no es de inters colectivo no

existe estudios hechos del clculo termo energtico y de las

propiedades dinmico-traccionales del motor Mazda. Claro est que

la casa motriz cuenta con toda la informacin al detalle de lo que se

har en este presente trabajo, pero es de uso exclusivo solo para

los trabajadores de la empresa.

4.3. OBJETIVOS

4.3.1. OBJETIVO GENERAL

Analizar las propiedades que rigen el funcionamiento y

operacin del motor Mazda 2 1.4 CRTD, a partir de los datos

proporcionados por la casa motriz.

4.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Evaluar y graficar las curvas caractersticas externas de

velocidad del motor.

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Comparar los resultados del anlisis termo-energtico con los

datos proporcionados por el fabricante Mazda.

Analizar qu tan perjudicial es el motor Mazda 2 1.3 CRTD para

el medio ambiente.

4.4. PERSPECTIVA DE DESARROLLO

Con este trabajo se desea aportar al fortalecimiento y mejoramiento del

conocimiento de los principales parmetros de un motor a la hora de

seleccionar y disear un motor.

Claro est que es posible implantar polticas de desarrollo cientfico -

tecnolgico para el diseo y fabricacin de motores de combustin interna

en el Per. Como futuros ingenieros mecnicos tenemos que ser partcipes

de este gran sueo, de esta manera lograremos contribuir a la sociedad

para un desarrollo integro.

Este proyecto es el primer paso en el mundo de los motores de combustin

interna, pues estamos convencidos que en los aos venideros se lograra

que el Per se convierta en un pas industrial productor de automviles.

4.5. IMPACTO AMBIENTAL

Toxicidad de los motores de combustin interna

En la actualidad, los motores de combustin interna producen cerca del 85%

de la energa que se consume en la tierra, de los cuales los motores de los

vehculos constituyen la mayor parte.

Fuentes de emisiones toxicas de los motores de combustin

interna:

El combustible lquido que se emplea en los MCI contiene: carbono,

hidrogeno, y en cantidades mnimas oxgeno, nitrgeno y azufre. Sin

embargo, la composicin de los gases de escape es ms compleja.

Cerca del 1% de los gases de escape contiene aproximadamente 300

sustancias, de las cuales la mayora es toxica. Las principales fuentes

de emisiones toxicas son:

Los vapores del combustible: conducidos a la atmosfera

desde el tanque de combustible, carburador, elementos de

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alimentacin de combustible. Generalmente se presenta en los

motores gasolineros debido a su alta volatilidad. Representa un

20% de las emisiones toxicas.

Los gases del carter: representa la mescla de combustin

incompleta del combustible, que por las holguras entre los

anillos del pistn y los cilindros, penetran desde la cmara de

combustin y se depositan en el carter. En los motores disel

es muy pequea la emisin de estos gases 0.2 0.3%, a pesar

de esto ocasionan la irritacin del aparato respiratorio,

causando malestar en el conductor.

Los gases de escape: es la principal fuente de emisiones

toxicas, representados por los productos de combustin tales

como: monxido de carbono y los xidos nitrosos, holln,

sustancias cancergenas, aldehdos, etc.

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4.6. USO DE COMBUSTIBLES RENOVABLES

Perspectivas en el desarrollo de los Biocombustibles en el Per

El Per se encuentra en un proceso de cambio de su matriz energtica

considerando el uso de los biocombustibles.

Los primeros pasos para promover el uso de los biocombustibles en el

Per ha sido dados por el estado peruano: Se promulgo la ley y su

reglamento, que incluyen obligaciones para las mezclas.

En la cadena productiva de los biocombustibles se observa que el eslabn

ms dbil es el sector agrario, cuya debilidad se da por la escasez y es

muchos casos falta de titulacin de tierras, falta de agua, etc.

La produccin de gasolina en el Per es mayor a los requerimientos del

mercado y su consumo viene disminuyendo por que tiene dos

competidores importantes: el GNV y el GLP que la vienen desplazando.

Los Biocombustibles

Los biocombustibles o biocarburantes se utilizan las dos denominaciones

de forma indistinta son combustibles lquidos o gaseosos producidos a

partir de biomasa, entendiendo por tal la materia orgnica biodegradable y

que no se encuentra en estado fsil, y que generan energa mediante un

proceso de transformacin (fermentacin alcohlica, cidos grasos o

descomposicin anaerbica).

Los biocombustibles se utilizan, mayoritariamente, en el sector del

transporte como:

Biodiesel: producido a partir de la reaccin de los aceites vegetales o

grasas animales con alcohol.

Gases de escape Gases del carterVapores de

Combustible

CO 95 5 0

CxHy 55 5 40

Nox 98 2 0

CO 98 2 0

CxHy 90 2 8

Nox 90 2 0

De carburador

Diesel

Tipo de motor

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Bioetanol: se produce a partir de la fermentacin de materia orgnica con

altos contenidos en almidn (como cereales, caa de azcar y

remolacha).

Biogs: es un gas compuesto principalmente por metano, formado por la

degradacin de materia orgnica.

El uso de los biocombustibles ha sido saludado como la solucin para paliar

las elevadas emisiones de CO2 que provoca el sector del transporte y la

sustitucin de los carburantes de origen fsil, aunque tambin han surgido

algunas voces crticas sobre la proliferacin de este recurso energtico.

Greenpeace seala que los biocombustibles son, hasta el momento, la

alternativa a los derivados del petrleo, pero advierte que es necesario aplicar

una serie de criterios para evitar posibles efectos medio ambientales y

sociales negativos.

Produccin de Biocombustibles en el mundo.

4.7. ESPECIFICACIONES TECNICAS Y DETALLES DEL MOTOR

Los datos o especificaciones tcnicas del motor Mazda 2 1.4 CRTD,

proporcionado por el fabricante son los siguientes:

COMBUSTIBLE Diesel # cetano 45

CILINDRADA 1399 cc

POTENCIA 68 caballos @ 4000RPM

PAR 160 N-m @ 2000 RPM

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TRACCION delantera

LARGO 3885 mm

ANCHO 1695 mm

ALTO 1475 mm

MALETERO 250 litros

PESO 1045 Kg

CONSUMO MEDIO 4.3 L/100Km

ACELERACION (0 100Km/h) 15.5

VELOCIDAD MAXIMA (Km/h) 162

NUMERO DE CILINDROS 4 en lnea

EMISIONES DE CO2 (g/km) 114

POSICION DEL MOTOR Delantero transversal

DIAMETRO X CARRERA 73.7x82

RELACION DE COMPRESION 18:1

VALVULAS POR CILINDRO 2

DISTRIBUCION Un rbol de levas en la culata

ALIMENTACION Turbocompresor

CAJA DE CAMBIOS Manual de 5 velocidades

DESARROLLO (Km/h @ 1000RPM) nd

5. MARCO TEORICO

5.1. El Motor Disel

El motor disel llamado as en 1892 en honor a su inventor, el ingeniero alemn

Rudolf Cristian Karl Disel nacido en Pars. Este motor emplea un principio

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diferente al Otto con la caracterstica de no necesitar chispa elctrica para realizar

la combustin, sino se realiza al inyectar el gasleo pulverizado a presin en la

cmara o precmara. Se emplea con mayor frecuencia en camiones, autobuses y

automviles.

Es fundamental alcanzar una temperatura muy alta para que se origine el

autoencendido del gasleo. En fro es necesario pre-calentar el gasleo o emplear

combustibles ms pesados que los empleados en el motor de gasolina,

emplendose la fraccin de destilacin del petrleo fluctuando entre los 220C y

350C, que recibe la denominacin de gasleo o gasoil en ingls.

Los motores con alimentacin normal por presin atmosfrica, se denominan

motores aspirados o atmosfricos, mientras que los motores equipados con

dispositivos que comprimen el aire en los cilindros se denominan motores

sobrealimentados.

5.2. Ciclo terico del motor disel

En el motor disel veloz de cuatro tiempos, el pistn desarrolla cuatro carreras

alternativas mientras el cigeal gira dos vueltas (720).

Esquema de un motor de cuatro tiempos.

Admisin: La vlvula de admisin se abre instantneamente y el pistn

efecta su primera carrera desde el punto ms alto PMS (punto muerto

superior) al PMI (punto muerto inferior), aspirando solo aire de la

atmsfera, purificado a travs del filtro. La vlvula de admisin permanece

abierta durante toda la carrera del pistn, con objeto de llenar todo el

volumen del cilindro. Durante este tiempo, la muequilla del cigeal gira

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180. Al llegar al PMI se supone que la vlvula de admisin se cierra

instantneamente y el cilindro queda completamente lleno de aire.

Compresin: Las dos vlvulas estn completamente cerradas y el pistn

comprime el aire a gran presin desde el PMI al PMS, segn la relacin de

compresin est entre 14 y 22 veces del volumen de la cmara de

combustin, quedando slo aire alojado en la cmara de combustin. La

muequilla del cigeal gira otros 180 y completa la primera vuelta del

motor. De la presin alcanzada en el interior de la cmara de combustin,

se obtiene una alta temperatura del aire (600-650C), superior al punto de

inflamacin del combustible. La energa necesaria para la compresin es

aportada por el volante de inercia.

Combustin Expansin: Las vlvulas siguen cerradas y el pistn en PMS,

se inyecta el combustible pulverizado (regulada por la bomba de inyeccin)

en el interior del cilindro. Como la presin en el interior del cilindro es muy

elevada, la inyeccin del combustible debe realizarse a una presin entre

150 y 300 atmsferas (151.98 y 303,97 bares). Al momento de la inyeccin,

el combustible es pulverizado y se mezcla con el aire y se inflama de forma

inmediata. Se eleva la temperatura interna, la presin es constante

mientras dura la aportacin de calor y el pistn avanza hacia el PMI.

Durante este tiempo, es la carrera motriz, la nica que aporta trabajo al

ciclo y el pistn efecta su tercer recorrido y la muequilla del cigeal gira

otros 180 .

Escape: Al llegar el pistn al PMI, la vlvula de escape se abre

instantneamente y permanece abierta. El pistn durante su recorrido

ascendente, expulsa a la atmsfera los gases remanentes que no han

salido, efectuando el barrido de gases quemados lanzndolos al exterior, la

presin y la temperatura bajan rpidamente. Cuando el pistn llega al PMS,

la vlvula de escape se cierra inmediatamente. El pistn desciende en

admisin y el ciclo se repite. La muequilla del cigeal efecta otro giro de

180, completando las dos vueltas del rbol motor que corresponde al ciclo

completo de trabajo.

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Diagrama P-v del ciclo ideal del motor disel.

Diagrama T-s del ciclo ideal del motor disel.

5.3. Ciclo real de un motor disel

Debido a las condiciones propias dentro de las cules se desarrollan los procesos

reales, presentan un comportamiento diferente con el terico y con el fin de

conseguir un buen vaciado de los gases residuales de la combustin que no

contiene oxgeno y el mximo llenado del cilindro, los motores disponen de

avances y retrasos en los ngulos de la distribucin.

De todo esto se puede concluir que los ciclos reales en los motores a pistn

constan de los siguientes procesos:

o El intercambio de gases, que incluye el

escape de los gases quemados, el barrido de la

cmara de combustin y la admisin de la carga fresca

(aire para los motores disel).

o La compresin que va acompaada con

elevacin de la energa interna del fluido operante.

o La combustin acompaada de

desprendimiento de calor y la expansin (carrera de trabajo).

El carcter con que transcurren los procesos de compresin, combustin y

expansin no depende del nmero de tiempos del motor, sino que se define

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solamente del modo de organizacin del proceso de formacin de la mezcla y del

encendido de la misma. El proceso de intercambio de gases depende del nmero

de tiempos del motor.

5.4. Diferencias entre el ciclo terico y real de un motor disel

El ciclo real con respecto al terico sufre algunas importantes modificaciones al

poner a funcionar el motor, en la prctica. Si el motor pudiese funcionar como

muestra el ciclo terico, obtendramos la mxima potencia con el mnimo consumo

de combustible. Cuanto ms se parezca el diagrama prctico con el terico, mejor

sern las prestaciones del motor.

Las diferencias con el ciclo real, se dan por las siguientes razones:

Por rozamientos del aire, en el ciclo terico se supone que la admisin y

el escape se realizan a presin constante, considerando que el fluido activo

circula por los conductos de admisin y escape sin rozamiento, en el ciclo

real la aspiracin lo realiza a presin inferior a la atmosfrica por lo que en

el tiempo de admisin el cilindro no puede llenarse por completo, en el ciclo

aparece una prdida de carga debida al rozamiento, que causa una notable

prdida energtica.

Volumen inicial de aire menor, al que tericamente se espera, como el

cilindro no pudo llenarse por completo, no se consigue compresin hasta

que el pistn haya recorrido parte de su carrera ascendente.

Prdidas de calor, del fluido que se transmite en cierta parte a travs de

las paredes las cuales son bastantes importantes en el ciclo real, ya que al

estar el cilindro refrigerado, se asegura el ptimo funcionamiento del pistn,

pero debido a estas prdidas de calor y a las fugas que pueden producirse

por los aros y asientos de vlvulas.

Tiempo de apertura y cierre de la vlvula de admisin y de escape,

aunque de acuerdo al ciclo terico la apertura y cierre de las vlvulas

ocurre instantneamente, en la prctica es totalmente imposible, esta

accin se da en un tiempo relativamente largo, por lo que, para mejorar el

llenado y vaciado del cilindro, las vlvulas de admisin y de escape se

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abren con anticipacin y de la misma forma se cierran con retraso, lo que

provoca una prdida de trabajo til.

Combustin no instantnea, como en el ciclo terico se supone que la

combustin se realiza instantneamente, en el ciclo real de combustin

dura un cierto tiempo. Con lo cual, si el encendido o la inyeccin tuviese

lugar justamente en el PMS, la combustin ocurrir mientras el pistn siga

desplazndose, y la consecuencia de esto es la prdida de trabajo.

Para evitarlo se recurre a anticipar la inyeccin de forma que la combustin

tenga lugar, en su mayor parte, cuando el pistn se encuentra lo ms cerca

posible del PMS para recuperar algo del trabajo perdido.

Cabe destacar que en los motores disel, las prdidas por rozamientos de aire son

inferiores a las que se producen en los de ciclo otto, pues no hay estrangulamiento

al paso del aire durante la admisin, debido a que estos motores no utilizan

carburador.

5.5. Ciclo terico de un motor disel sobrealimentado

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En el motor disel sobrealimentado el sentido de la grfica es el mismo, a

diferencia que los parmetros de presin y volumen de los ciclos varan.

Diagrama del ciclo terico del motor disel sobrealimentado

5.6. Ciclo real de un motor disel sobrealimentado

El motor disel veloz rpido sobrealimentado tiene menores ngulos en el AAA y en

RCE debido a que la entrada de aire en el cilindro es forzada y la inercia del gas en

estos casos tiene menos importancia para el llenado.

5.7. Parmetros ms importantes del motor disel

5.7.1. La Cilindrada:

Se entiende por cilindrada de un motor al volumen de mezcla de aire

gasolina que ingresa a los cilindros del motor en el tiempo de admisin.

Cuando se dice que un motor de 4 cilindros tiene una cilindrada de 1,6

litros, es decir de 1 600 centmetros cbicos, quiere decir que en cada

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uno de los cilindros puede ingresar 400 centmetros cbicos de mezcla

en el tiempo de

admisin.

5.7.2. Relacin de Compresin

Es la relacin que existe entre el volumen que ocupa la mezcla de

gasolina y aire que ha ingresado en el cilindro en el tiempo de admisin

cuando el pistn est en el P.M.I. y el volumen en que ha quedado

reducida al terminar el tiempo de compresin cuando el pistn est en

el P.M.S.

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Si la relacin de compresin es demasiado alta, la mezcla de aire y

combustible se sobrecalentar y se encender antes de que la buja

lance la chispa, lo cual puede daar el motor. Las relaciones de

compresin de 10:1 o de 11:1 fueron comunes en los aos 60, debido

al alto octanaje del combustible que se quemaba uniformemente. Otro

inconveniente de las altas relaciones de compresin eleva las

temperaturas de combustin y aumenta la emisin de los xidos de

nitrgeno (NOx). En la dcada de los 70, los fabricantes de

automviles redujeron la relacin de compresin y las compaas de

hidrocarburos introdujeron al mercado gasolinas de menor octanaje

para cumplir con los lmites ms estrictos de emisin de gases txicos.

La relaciones de compresin de los motores actuales de gasolina van

desde 8:1 hasta 9:1.

Los motores Diesel tienen relaciones mayores de compresin por que

dependen de la alta compresin para crear el calor para la ignicin del

combustible (combustin). Las relaciones de compresin en este caso

van aproximadamente desde 16:1 hasta 22:1.

5.7.3. Par Motor

El torque depende de la fuerza que logran los gases en el tiempo de

expansin. El torque mximo se consigue cuando el llenado de los

cilindros es mximo, lo que equivale a quemar mayor cantidad de

combustible para expandir mejor los gases y por ende desplazar con

mayor fuerza los pistones.

El torque tambin depende del largo del brazo del cigeal, por ejemplo

en los motores de mayor tamao, estos estn diseados con los brazos

del cigeal ms largo lo que ocasiona mayor torque.

El torque del motor se mide en el extremo del cigeal al lado de la

volante. Se instala un embrague de friccin sujetando un extremo del

cigueal al lado de la volante y el otro extremo conectado a una

bscula.

Se aprieta el embrague de friccin de 0,6 m. de largo (radio) y marca

una fuerza sobre la bscula, obteniendo de esta manera un torque a

una determinada RPM (Revoluciones Por Minuto)

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5.7.4. Curvas caractersticas del motor disel

5.8. Motivos para sobrealimentar

El principal objetivo de la sobrealimentacin nace en un intento de aumentar el

rendimiento volumtrico del motor sin tener que aumentar la cilindrada del mismo, en el

cual el tiempo de aspiracin que resulta demasiado breve, sumado con los roces del

aire en las paredes del mltiple de admisin, vlvulas, filtros de aire y todo componente

que pueda llegar a involucrarse en el sistema de admisin, suman una gran desventaja

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al motor debido a que el cilindro no alcanza el valor de la presin atmosfrica y la

potencia motor no alcanza en valor esperado.

Considerando que el rendimiento volumtrico es el porcentaje de llenado de un cilindro.

Entre dos motores iguales, el que tenga mayor rendimiento volumtrico genera ms

potencia al disponer de mayor nmero de molculas de oxgeno, pues permite quemar

mayor cantidad de combustible y con lo que se consigue aumentar la potencia

desarrollada por el motor y a la vez se conserva mejor el ambiente debido a que los

gases productos de la combustin se reducen.

As pues, solo se consigue aumentar la potencia, sin variar la cilindrada ni el rgimen

del motor, mediante la colocacin en el interior del cilindro de un volumen de aire

(motor diesel veloz) o de mezcla (aire y combustible para el motor a gasolina), mayor

de la que ingresa en los motores atmosfricos.

La falta de aire, o mejor dicho su enrarecimiento, es tal que en un motor a tres mil

metros de altura se reduce la potencia aproximadamente un 40% de la potencia

desarrollada en condiciones normales. En esos casos no se trata de conseguir mejores

valores sino de conservar los nominales.

5.9. Sistema de sobrealimentacin

En los motores disel veloz est muy extendido el empleo de la sobrealimentacin

ya que mejora el rendimiento y aumenta la potencia manteniendo la misma

cilindrada.

Este mtodo consiste en forzar la entrada de aire en el cilindro, para lo cual se

monta un dispositivo en el conducto de admisin que comprime el aire antes de

introducirlo, con lo que se logra aumentar la masa de aire admitida para un mismo

volumen, y por consiguiente puede aumentarse tambin la cantidad de

combustible que es posible quemar en cada ciclo, obtenindose as una mayor

curva de par para el motor y mayor potencia.

Los aparatos de sobrealimentacin para motores de combustin se denominan

generalmente compresores.

Existen dos formas muy difundidas de sobrealimentar un motor: por medio del

Compresor Volumtrico llamado Supercargador, o un Turbocargador.

Supercargadores: Son aquellos que aprovechan la energa mecnica del

motor a travs de engranajes o correas para impulsar un compresor

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volumtrico y hacer circular el aire a mayor velocidad de la que proporciona

la presin atmosfrica, con la que crea una sobrepresin en el mltiple de

admisin. Puede quedar montado de los dos lados del motor.

Su funcionamiento le da la mayor ventaja, que permite generar la

sobrepresin prcticamente al instante debido a que se encuentra

accionado por el cigeal y tienen buen rendimiento a bajas revoluciones

cosa que no ocurre con los compresores. Por otra parte no calienta tanto el

aire como el turbocargador, as que su eficiencia no depende de la

instalacin de un intercooler.

Su inconveniente es el compresor de gran tamao y peso, por lo que son

recomendados para motores V6 (6 cilindros en V) o V8 (8 cilindros en V),

aunque tambin se puede usar en motores de 4 cilindros, adems

consumen potencia directamente del motor que en regmenes altos pueden

alcanzar los 20 CV (Caballos de vapor).

Tipos de supercargadores:

Para conseguir elevar la presin del aire atmosfrico se han estudiado y

desarrollado cuatro familias fundamentales de compresores que

corresponden a otros tantos sistemas basados en principios mecnicos, los

cules son:

o Compresores alternativos.

o Compresores rotativos.

o Compresores centrfugos accionados mecnicamente por el motor.

o Compresores intercambiadores de onda de presin.

a) Compresores alternativos: en esta familia comprenden principalmente

los que son por mbolo, su diseo puede adaptarse a las necesidades

que se prevean en cuanto al gasto de aire y tambin en cuanto a la

presin obtenida. En caso de adaptar estos compresores para los

motores diesel veloz de cuatro tiempos, resultaran demasiado

voluminosos y pesados, pero han sido bastante utilizados en los

grandes motores de dos tiempos para efectuar con ellos un barrido

perfecto de la cmara de combustin y la parte correspondiente del

cilindro.

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b) Compresores rotativos: son aquellos que no tienen giro alternativo

sino rotativo y su accionamiento es mecnico, para funcionar necesitan

ser movidos por el cigeal del motor, causndole una prdida

considerable a la potencia del motor. Estos compresores son divididos

en dos grupos los cules son:

Compresores de paletas.

Compresores de lbulos.

Compresor de paletas

Compresor de lbulos

c) Compresores centrfugos con accionamiento mecnico del motor:

El nombre de centrfugo se le aplica precisamente por su condicin de

comprimir aire por centrifugacin del mismo. El compresor centrfugo es

una de las partes de que consta el turbocompresor, ya que tambin cuenta

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con una turbina que es forma de accionamiento. Este compresor est

accionado por medios mecnicos, lo hace por medio de un tren de

engranajes altamente multiplicador de su velocidad, adecuado en este caso

para pequeas potencias. Su desventaja es que le quita potencia al motor

(generalmente 6 a 9 HP aproximadamente y produce mayor calor que el de

tipo Roots por lo que es mejor utilizarlo con intercooler.

Turbocargadores: los compresores centrfugos accionados por turbina de

gas pertenecen a la familia de los turbocargadores, se pueden considerar

como un aparato soplador o compresor diseado para operar con la

energa que normalmente se pierde en los gases de escape del motor,

ellos han dado los mejores resultados en el terreno de la sobrealimentacin

de los motores. Se diferencia de los supercargadores, de banda o cadena,

debido a que no utilizan potencia del motor y pueden girar a ms de 100

000 rpm. Lo que los hace ser los ms utilizados.

Generalidades del turbocompresor:

Un motor dotado de un turbocompresor presenta dos fases de

funcionamiento: una atmosfrica y otra sobrealimentada. Para llegar a la

fase sobrealimentada (presin superior a la atmosfrica), el turbocompresor

debe haber alcanzado un cierto rgimen, llamado de enganche (por

ejemplo 60.000 rpm), lo cual puede corresponder, en las plenas cargas, a

un rgimen motor de 3.000 rpm. A regmenes inferiores, el turbocompresor

gira a una velocidad reducida (entre 5.000 y 10.000 rpm) denominada

rgimen de vigilancia.

El turbocompresor presenta en su funcionamiento grandes ventajas,

de entre las cuales podemos destacar:

Un incremento notable de la potencia y par motor, que en el diesel veloz

puede llegar a un 35% por encima de la versin atmosfrica, lo que supone

un claro incremento de la relacin potencia/peso.

La carcasa de la turbina tiene forma de caracol para aumentar la velocidad

de los gases hacindolos incidir con mayor fuerza sobre sus labes,

adems acta como un conjunto de absorcin del ruido de los gases de

26

escape. Del mismo modo, la seccin del compresor reduce el ruido de

admisin, producidos por los impulsos del colector y la carcasa tiene el

mismo aspecto que la turbina, pero sus condiciones de utilizacin son

menos extremas en cuanto a temperaturas pero son iguales en cuanto a la

presin que se produce en ellas. Como resultado de todo ello, un motor

turboalimentado es, normalmente, ms silencioso que otro convencional,

aunque generalmente se percibe un silbido caracterstico cuando el motor

est bajo carga o acelerando.

El motor turboalimentado tiene un rendimiento volumtrico ms alto que el

convencional, con el que se logra una combustin ms completa, que da

como resultado un consumo ms bajo de combustible a igualdad de

potencia.

Los turbocompresores suministran al motor una cantidad suplementaria de

aire en el funcionamiento a media carga y a alta velocidad, que da lugar a

una combustin mucho ms eficaz y limpia, lo que reduce notablemente los

contaminantes.

El motor diesel veloz desarrolla su par mximo a un rgimen relativamente

bajo y desciende rpidamente cuando aumenta las revoluciones. El

turbocompresor provee poca asistencia en los bajos regmenes aunque la

potencia aumenta con las revoluciones y la carga. Por tanto, el motor diesel

veloz desarrolla buena potencia por s solo a bajas revoluciones y el

turbocompresor proporciona la asistencia necesaria cuando aumenta el

rgimen del motor y la carga.

Utilizar un turbocompresor tambin tiene otras ventajas. Como el aire es

forzado a introducirse a alta velocidad en el cilindro, se arremolina y se

mezcla fcilmente con el combustible inyectado, propiciando una mejor

combustin. Tambin acta como un compensador de altitud, pues cuando

disminuye la densidad en el aire con la altitud, el turbocompresor gira ms

de prisa, compensndose de esta manera la disminucin de la densidad

del aire.

En contraposicin con estas ventajas, el turbocompresor presenta

tambin algunos inconvenientes, como son:

27

La presencia de la turbina en la canalizacin de escape crea una cierta

contrapresin, lo cual resta potencia al motor.

En el funcionamiento del turbocompresor, el aire de admisin se enva a los

cilindros a una cierta presin, a consecuencia de la cual se produce una

importante elevacin de su temperatura, con la consiguiente dilatacin, que

resulta desfavorable para el llenado del cilindro.

Cuanto ms rpido sea el rgimen del motor, ms incrementan su

velocidad la turbina y, por lo tanto, el compresor. Este ltimo aumenta la

cantidad de aire suministrado, con lo cual el motor desarrolla mayor

potencia. En consecuencia, se producir un flujo de gases de escape an

ms importante y el turbocompresor girar todava ms rpidamente. Este

ciclo comenzar hasta la rotura de algn elemento del turbo o del motor.

Para solucionar estos inconvenientes, se refrigerara el aire de admisin y

regular la presin de sobrealimentacin.

5.10. Sistema de alimentacin Comum Rail del motor diesel Mazda

El sistema de common-rail o conducto comn es un sistema electrnico de

inyeccin de combustible para motores disel de inyeccin directa en el que

el gasleoes aspirado directamente del depsito de combustible a una bomba de

alta presin y sta a su vez lo enva a un conducto comn para todos los

inyectores y por alta presin al cilindro. En 1998 recibi el Premio "Paul Pietsch

Preis" para Bosch y Fiat por el sistema Common Rail como innovacin tcnica

para el futuro.

Este sistema fue desarrollado por el grupo industrial italiano Fiat Group, en

el Centro Ricerche Fiat en colaboracin con Magneti Marelli, filial del grupo

especializada en componentes automovilsticos y electrnicos. La industrializacin

la llev a cabo Bosch. El primer vehculo del mundo en equipar este sistema fue

el Alfa Romeo 156 con motor JTD en 1997.

o Funcionamiento

El gasoil almacenado en el depsito de combustible a baja presin es

aspirado por una bomba de transferencia accionada elctricamente y

enviado a una segunda bomba, en este caso, de alta presin que inyecta el

28

combustible a presiones que pueden variar desde unos 300 bar hasta entre

1500 y 2000 bar al cilindro, segn las condiciones de funcionamiento.

La bomba de transferencia puede ir montada en la propia bomba de alta

presin, accionada por el mecanismo de distribucin y sobre todo en el

interior del depsito de combustible. El conducto comn es una tubera o

"rampa" de la que parte una ramificacin de tuberas para cada inyector de

cada cilindro.

La principal ventaja de este sistema es que nos permite controlar

electrnicamente el suministro de combustible permitindonos as realizar

hasta 5 pre-inyecciones antes de la inyeccin principal, con lo que

conseguimos preparar la mezcla para una ptima combustin. Esto genera

un nivel sonoro mucho ms bajo y un mejor rendimiento del motor.

6. MATERIALES Y METODO

Para desarrollar el siguiente proyecto de investigacin se us lo siguiente:

Datos y ficha tcnica que las casas motoras (Mazda) proporcionan sobre

sus motores.

Uso de informacin va internet y uso de libros especializados en el rea de

motores de combustin interna.

7. CALCULOS, RESULTADOS Y DISCUSION

7.1. PARAMETROS DE LA SUSTANCIA DE TRABAJO

a) Composicin gravimtrica del combustible

Realizamos una tabla donde se especifica la composicin del combustible as

como sus principales propiedades:

Tabla 1: Composicin y propiedades del combustible disel.

COMBUSTIBLEMASA MOLECULAR

(Kg/Kmol)

PODER CALORIFICO

BAJO (Kcal/Kg)

C H O

0.87 0.126 0.004180-200 10150

COMPOSICION QUIMICA ELEMENTAL

DIESEL

29

= 14.452 Kg. aire/Kg. comb

b) Poder calorfico inferior del combustible

Frmula de Mendeleyev:

W: vapor de agua

Hu = 33,91 C + 125,60 H -10,89 (O-S) -2,51 (9 H +W)

Hu = 42.5 [MJ/Kg.]

c) Caculo de los parmetros de combustin

Asumiendo una combustin estequiometrica, se determinara la cantidad

de Kg de aire para quemar 1K de combustible (disel).

0 = 1

0.23(

8

3+ 8 ) II

0 = 1

0.23(

80.87

3+ 80.126 0.004)

Calculo del coeficiente de exceso de aire, para esto se tiene que tener

las condiciones en las que opera el motor turboalimentado de la marca

MASDA. Se sabe que, para que el motor turboalimentado trabaje de

manera estable en su rgimen nominal sin sobrecalentamiento, el

coeficiente de exceso de aire se encuentra entre: 1.6 1.8

Para nuestro anlisis usaremos (asumido) un coeficiente de exceso de

aire igual a 1.7, es decir:

Luego calculamos:

M1 = L0 = 1.7x0.5 = 0.85 Kmol/ Kg. comb.

7.2. PRODUCTOS DE LA COMBUSTION

= 1.7

30

Aunque los combustibles hidrocarburos son mezclas de muchos

hidrocarburos diferentes, para facilitar el anlisis se considerar al disel

como dodecano, es decir C12H26.

Cantidad de CO2 producido por cada kilogramo de combustible:

MCO2 = 087/12 = 0.0725 Kmol CO2/ kg de comb.

Cantidad de agua producido por cada kilogramo de combustible:

MH2O = 0.063 Kmol H2O/ Kg de comb.

Cantidad de oxigeno producido por cada kilogramo de combustible:

MO2 = 0.208 ( 1) L0 = 0.208 (1.7 1) 0.5

MO2 = 0.0728 Kmol O2/ Kg. comb.

Cantidad de nitrgeno producido por cada kilogramo de combustible:

MN2 = 0.792 ( Li)

MN2 = 0.6732 Kmol/ Kg. comb.

7.3. CANTIDAD TOTAL DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTION

Sumando los productos de combustin por kilogramo de combustible se

tiene:

M2 = MCO2 + MH2O + MO2 + MN2

M2 = 0.0725 + 0.063 + 0.0728 + 0.6732

M2 = 0.8815 Kmol Prod. Comb./ Kg comb.

PRODUCTOS DE LA

COMBUSTION

COMBUSTIBLE

AIRE

31

7.4. PARAMETROS DEL MEDIO AMBIENTE Y DE LOS GASES

RESIDUALES

Asumiendo que las condiciones ambientales del aire son:

P0 = 0.1MPa (presin atmosfrica)

T0 = 293K (temperatura ambiente)

El motor de estudio es turboalimentado, para realizar el anlisis

termoenergetico se tiene que asumir los datos que no son

proporcionados por el fabricante (Mazda).

K = Pk /Po =

)(5,2

)(5,29,1

)(9,13,1

alta

mediana

presionbaja

Hay que tener presente que cuando el motor no tiene intercooler, el

turbocompresor es de baja presin.

Como el turbocompresor del motor Mazda es de mediana presin se

asumir el valor de K :

K = 2.21

Clculo del valor de la presin del aire en el sistema de admisin:

Pk = K (Po) = 2,21 (0,1)

Pk = 0.221 MPa

Clculo del valor de la variacin de la temperatura del aire en el

intercooler. Para este fin se necesita determinar el ndice politrpico de

compresin del aire en el compresor (nk) y en funcin del grado de

enfriamiento con el intercooler.

a) Para los compresores a pistn: nk = 1,4 1,6

b) Para los compresores volumtricos: nk = 1,55 1,75.

c) Para los compresores centrfugos y axiales: nk = 1,4 2,0.

32

Para nuestro estudio el turbocompresor es volumtrico, por lo

tanto asumimos el valor de nk:

nk= 1.7

Asumiendo que el aire sale del turbocompresor con una

temperatura de Tk = 350K

Ahora si podemos determinar la variacin de la temperatura en el

intercooler:

Tk = nk

nk

Po

PkTo

1

- Tenf

350 = 293(0.221

0.1)

1.711.7 Tenf

Tenf = 56.14K = 56.14C

Observacin: Internacionalmente se sabe que la temperatura del aire

que ingresa al cilindro del motor no debe ser muy elevada. Para los

motores disel turboalimentados la temperatura del aire que ingresa al

cilindro debe ser no mayor de 100 C entonces, podemos asumir que el

sistema de refrigeracin (intercooler) absorbe una temperatura de

56.14 C.

La temperatura y la presin de los gases residuales podemos

configurarlos considerando que el valor suficientemente alto de la

relacin de compresin del motor disel permite que durante la turbo

alimentacin del rgimen trmico del motor aumente y aumenten

tambin los valores de Tr y Pr por eso podemos asumir que para los

motores disel turboalimentados.

Tr = 710k

Pr = 0,75Pk = 0,75 (0,221)

Pr = 0.1657 MPa

7.5. PARAMETROS DEL PROCESO DE ADMISION

33

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 carga del motor, turboalimentado a cuenta

de la disminucin de la cada trmica entre las piezas del motor y el aire

sobrecalentado constituyen una magnitud de calentamiento que se reduce.

Por esto para el motor disel turboalimentado normalmente se elige la

temperatura entre 0 y 10 C y considerando las condiciones ambientales

propias de Trujillo podemos seleccionar T = 0 10 C.

La densidad de la carga en la admisin se puede calcular de la siguiente

manera:

K

KK

TRa

P Dnde:

o Pk = 0.221 MPa

o Raire = 287 J/KgK

o Tk = 350K

= 2.2 Kg/m3

Las prdidas de presin en el sistema de admisin se puede

expresar de la siguiente manera:

= 0.03829

Presin al final de la admisin:

Pa = Pk - Pa

Pa = (0,221 0,03829) MPa

Pa = 0.1828 MPa

El coeficiente de los gases residuales:

34

k rr

r a r

T T P

T P P

= (350 + 10

710)

0.1657

180.1828 0.1657

= 0.02689

Calculo de la Ta:

Ta = r

rrk TTT

1

= 350 + 10 + 0.02689710

1 + 0.02689

= 369.16

Calculo de la eficiencia volumtrica:

kk

rak

vPTT

PPT

)1)((

)(

=350(180.1828 0.1657)

(350 + 10)818 1)0.221

= 0.808 = 80.8%

7.6. PARAMETROS DEL PROCESO DE COMPRESION

Del grafico 25, se determinara el valor de K1, teniendo en cuenta los

siguientes datos:

1 = 1.3615

o = 1

Pc = 0.1828x181.3625

Pc = 9.382 MPa

o = 11

Ta = 369.16K

=18

35

Tc = 369.16x181.3625-1

Tc = 1052.57K = 779.57C

Segn tabla 5: para Tc =779.57C:

Tc

ToairemCv

= 22,4713 KJ/Kmol

Segn tabla 8: para Tc = 779.57C:

Tc

TogasesmCv

= 24,3315 KJ/Kmol

r

Tc

Togases

r

Tc

Toaire

Tc

TomezclamCvmCvmCv

1

1

() = (22.4713 + 24.33150.02689)1

1+0.02689

() = 22.52 /

7.7. PARAMETROS DEL PROCESO DE COMBUSITION

Coeficiente terico de variable molecular:

850,0

8815,0

1

20

M

M

0 = 1.037

Coeficiente de variacin molecular:

0 1,037 0,02597446

1 1 0,02597446

rr

r

= 1.036

El poder calorfico inferior de la mezcla operante:

Humezcla )1(1 rM

Hu

Humezcla

=42,5

0,85(1 0,02855795)

36

Humezcla

48.691 MJ/Kg comb.

El calor especifico molar medio de los productos de la combustin,

trabajando en el rango de 1500 a 2800C. Los productos de combustin

son CO2, H2O, N2, O2.

() =

1

2[2()

+ 2() + 2()

+ MN2 (") ]

() CO2 = 39.123+0.003349TZ

() H20 = 26.670 +0.004438 TZ

() 02 = 23.723 +0.001550 TZ

() N2 = 21.951 + 0.001457 TZ

Anteriormente se determin las masas molares para un rango de

temperaturas (1500 2800) C:

o Mco2 = 0.0725

o MH2O = 0.063

o MO2 = 0.0728

o MN2 = 0.6732

Reemplazando los valores en la ecuacin anterior:

Tz

Tproductos

mCp0

= 32,161 + 1,833

310 Tz KJ/Kmol C

Calculo de la temperatura Tz:

TzmCptcmCvHu TzTrrTz

Tz 00 )()(2270]314,8)[()(

El coeficiente de utilizacin del calor V , para los modernos motores

disel con cmara de combustin no divididas o de inyeccin directa y

con una adecuada organizacin de la formacin de la mezcla se puede

asumir para los motores de aspiracin natural disel V = 0,82 y para

motores turboalimentados teniendo en cuenta que se acompaa con una

elevada carga trmica y con la generacin de mejores condiciones para

37

el desarrollo de la combustin V = 0,86. El grado de elevacin de la

presin en los motores disel depende fundamentalmente de la

magnitud del suministro cclico de combustible, con el propsito de

disminuir las cargas gsicas sobre las piezas del mecanismo biela-

manivela, es conveniente tener mxima presin de combustin no mayor

de 15 MPa en relacin con esto es conveniente asumir para los motores

disel de aspiracin natural =2 y para los motores turboalimentados

=1,5.

Por lo expuesto anteriormente se asumir los siguientes valores:

V = 0,86

=1,5

mezclaV Hu = 0,86(48,691) = 41874,26 [KJ/Kmol]

C

Tz

Tomezcla tmCv ]314,8)[( =[22,52+8,314(1,5)]779.57 = 27277.93 [KJ/Kmol]

2270(r ) = 2270(1,5-1,036) = 1053, 28 [KJ/Kmol]

Z

Tz

Tor tmCp)( =1,036(32,161+1,833310 tz) tz

Z

Tz

Tor tmCp)( = 33,319tz +1,899310 tz2

Por lo tanto reemplazando en la ecuacin todos los trminos, resulta:

1.899310 tz2 +33,3265 tz 65205.99 = 0

Resolviendo la ecuacin de segundo grado resulta:

Tz = 1776.71C = 2049.71K

La relacin de expansin previa:

Tc

TZr

38

= 1.0362049.71

1.51052.57

= 1.345

Calculo de la presin mxima:

Pz = CP

Pz = 1,5x9.382

Pz = 14.078 MPa

7.8. PARAMETROS DEL PROCESO DE EXPANSION

= 18/1.345

= 13.383

Del grfico 30: Para Tz = 2049.71 y =13.383; el valor de k2 = 1,267. Con

este dato podemos calcular la temperatura final de expansin:

2nb

PzP

Pb = 14.078

13.3831.267

Pb = 0.526 MPa

Calculo de la temperatura al final de la expansin:

12

n

TzTb

Tb = 2049.71

13.38311.267

Tb = 1025.42 K

39

7.9. COMPROBACION DE LA TEMPERATURA DE LOS GASES

RESIDUALES

3

r

b

b

r

P

P

TT

Tr = 1025.42

0.526

0.1657

3

Tr = 697.72

Tr calculado >Tr asumido (0,95)

697.72 > 710(0,95)

697.72 > 674.5. Si cumple la condicin establecida.

error% =710 697.72

710= 1.73% < 5%

7.10. PARAMETROS INDICADOS DEL CICLO OPERATIVO DEL MOTOR

Calculo de la presin media efectiva

)]1

1(11

1)

11(

12)1([

1 1112

1

,

nn

n

Tinn

PaP

Pi,T = 1.376 MPa

Calculo del factor diagramtico: 0.92< 1 < 0.97, asumiendo

1=0.96:

Pi = 1 Pi,T

Pi = 0.96x1.376

Pi = 1.321 MPa

Rendimiento indicado

40

vk

oi

inHu

lP

=1.3211.714.452

48.6912.20.808

= 0.375

Consumo especifico indicado de combustible (gi)

iHugi

3600

gi = 3600

48.6910.375

gi = 197.16 gr/Kwh

7.11. PARAMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR TURBOALIMENTADO

La presin media de las prdidas mecnicas:

Pm = 0,105 +0,012Vp; donde:

=

30=

0.0824000

30 10.93/

Pm = 0,105 +0,012x10.93

Pm = 0.236 MPa

Presin media efectiva

Pe = Pi Pm

Pe = 1,321 - 0,236

Pe = 1.085 MPa

Rendimiento mecnico y efectivo

Rendimiento mecnico:

41

Pi

Pem

m =1.085

1.321

m = 0.82

Rendimiento efectivo:

mie

e = 0.375x0.82

e = 0.307

Consumo especifico de combustible

eHuge

3600

ge = 3600

48.6910.307

ge= 240.83 gr/KWh

7.12. PRINCIPALES PARAMETROS CONSTRUCTIVOS DEL CILINDRO Y

DEL MOTOR

Calculo de la cilindrada del motor:

nP

NiV

e

eh

30

hiV = 68736304

1.0854000

hiV = 1383.82 cc

Determinacin del porcentaje de error en el calculo

error% =1399 1383.82

1399x100 = 1.085%

42

El dimetro y la carrera de los motores disel se expresa

generalmente bajo la siguiente condicin (S/D)>1. Sin embargo, la

reduccin de esta relacin para los motores disel as como para

los motores a gasolina disminuye la velocidad del pistn y aumenta

el rendimiento mecnico por esto es conveniente que en los

clculos de diseo se asuma la relacin (S/D)= 1.1095 en este caso

el dimetro debe ser igual a:

D = 10 3

4

( )

hV

S

D

= 10 4

1383.824

1.1095

3

= 73.497

rea del pistn:

A = 4

2D

A = 73.4972

4

A = 4242.57 mm2

Carrera del pistn:

S = Vh/A

S = 81.54 mm

7.13. PARAMETROS ENERGETICOS Y ECONOMICOS DEL MOTOR

Despus de haber precisado y determinado los principales parmetros

constructivos del cilindro y del motor, ahora se calculara lo siguiente:

Potencia efectiva @ 4000RPM

43

Ne = 30

niVP he

Ne = 1.0851383.824000

304

Ne = 50.0482 Kw

Torque efectivo @ 4000 RPM

Me = n

Ne )9550(

Me =50.04829550

4000

Me = 119.49 N-m

Se tiene como dato del motor Mazda Memax= 160 N-m @ 2000RPM

Calculo de coeficiente de adaptabilidad por torque de motor:

Km =NMe

Memax

Km = 160

119.49

Km = 1.34

Calculo del coeficiente de adaptabilidad por frecuencia de

giro:

Kn = M

N

n

n

Kn = 4000

2000

Kn = 2

NeL = hiV

Ne

44

NeL = 36.13 Kw/L

Calculo del gasto del combustible:

Gc = Ne ge

Gc = 50.0485x240.83

Gc = 12.053 Kg/hora

7.14. CONSTRUCCION DEL DIAGRAMA INDICADO

En la siguiente grafica se muestra un esquema general del diagrama

indicado real del motor turboalimentado:

DIAGRAMA INDICADO REAL DEL MOTOR DIESEL

TURBOALIMENTADO

Tabla resumen de los parmetros calculados y asumidos:

45

Pr = 0,1657 MPa

Pa` = 0,1828 MPa

Pb` = 0,526 MPa

Pc` = 9.382 MPa

Pz` =14.078 MPa

= 13.383

= 18

i= 4

iVh = 1383.82 cc = 1.38382 Lts

Vh = 345.955 cc = 0.345955 Lts

= 1.5

= 1.345

Vc`= Vz` = 20.35 cc = 0.02035 Lts

Va` = Vb` = 366.305 cc = 0.366305 Lts

Constante politrpico de compresin: (n1) =1.3615

Constante politrpico de expansin: (n2) = 1.267

Eficiencia adiabtica del compresor: (nk) = 1.7

7.14.1. INICIO DE LA COMPRESION

Se encuentra en el Tramo a c: PVn1 = k1

k1 = Pa`Va`n1 = 0,1828 (0.366305)1,3615

K1 = 0.04657

Para valores intermedios entre a`y c`: Px1Vx11,3617 = 0.04657

46

Punto Vx1 (Lts) Px1 (MPa)

a' 0.366305 0.182782327

0.359405 0.187576516

0.352505 0.192593093

0.345605 0.197847034

0.338705 0.203354655

0.331805 0.209133754

0.324905 0.215203785

0.318005 0.221586051

0.311105 0.228303921

0.304205 0.235383088

0.297305 0.242851855

0.290405 0.250741471

0.283505 0.259086518

0.276605 0.267925353

0.269705 0.277300637

0.262805 0.287259936

0.255905 0.297856437

0.249005 0.309149788

0.242105 0.321207088

0.235205 0.334104066

0.228305 0.347926485

0.221405 0.362771833

0.214505 0.378751351

0.207605 0.3959925

0.200705 0.414641971

PROCESO DE COMPRESION - Tramo a' - c' 0.193805 0.434869372

0.186905 0.456871804

0.180005 0.480879538

0.173105 0.507163162

0.166205 0.536042614

0.159305 0.567898734

0.152405 0.603188157

0.145505 0.642462752

0.138605 0.68639525

0.131705 0.73581351

0.124805 0.791746935

0.117905 0.855490354

0.111005 0.928693419

0.104105 1.013488138

0.097205 1.112674673

0.090305 1.229998626

0.083405 1.370576282

0.076505 1.54156751

0.069605 1.753280013

0.062705 2.021060576

0.055805 2.36870401

0.048905 2.834991558

0.042005 3.487240833

0.035105 4.452320047

0.028205 5.997734641

0.021305 8.787768816

c' 0.02035 9.35396604

47

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

PR

ESIO

N (

MP

a)

VOLUMEN (Lts)

PROCESO DE COMPRESION DEL MOTOR DIESEL MAZDA TURBOALIMETADO

7.14.2. PROCESO DE EXPANSION

Inicia en el tramo b z PVn2 = k3

k3 = Pb`Vb`n2 = 0.526 (0.366305)1,267

k3 = 0,1474

Vz`` = (k3/Pz``)(1/n2)

Vz`` = (0.1474 /14.078)(1/1,267)

Vz`` = 0,027366 Lts.

Para valores intermedios de z`` y b`: Px3Vx31,267 = 0.1474

48

0.197366 1.151827464

0.204166 1.103439408

0.210966 1.058571716

0.217766 1.016866781

0.224566 0.978013008

0.231366 0.941737726

0.238166 0.90780135

0.244966 0.875992567

0.251766 0.84612433

0.258566 0.818030503

0.265366 0.791563055

0.272166 0.766589682

0.278966 0.742991795

0.285766 0.720662808

0.292566 0.699506671

0.299366 0.679436616

0.306166 0.660374074

0.312966 0.642247737

0.319766 0.62499275

0.326566 0.608550003

0.333366 0.592865517

0.340166 0.577889907

0.346966 0.563577903

0.353766 0.549887941

0.360566 0.536781794

b' 0.366305 0.526148815

Punto Vx3 (Lts) Px3 (MPa)

z'' 0.027366 14.07831693

0.034166 10.6275636

0.040966 8.444167358

0.047766 6.951105336

0.054566 5.872420677

0.061366 5.060494311

0.068166 4.429626085

0.074966 3.926850492

0.081766 3.517772958

0.088566 3.179143677

0.095366 2.894715149

0.102166 2.652810862

0.108966 2.444836245

0.115766 2.264333134

0.122566 2.10636038

0.129366 1.967076969

0.136166 1.843454684

0.142966 1.733075842

0.149766 1.633988216

0.156566 1.544599203

0.163366 1.463597438

0.170166 1.38989393

0.176966 1.322577296

0.183766 1.260879323

0.190566 1.204148194

PROCESO DE EXPANSION - Tramo z'' - b'

49

7.14.3. INICIO DE LA COMBUSTION

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

Asumido: nk = 1.7 , donde nk> (n1 =1,3617)

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

4

(1-cos(720-2

1x ))]

Asumiendo 1x = 12

Vc= 0.029738Lts.

Pc = Pa`(Va`/Vc)n1

Pc = 0.1828 (0.366305/0.029738)1,3615

Pc = 5.673 MPa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

PR

ESIO

N (

MP

a)

VOLUMEN (Lts)

PROCESO DE EXPANSION DEL MOTOR MAZDA

50

k2 = PcVcnk

k2 = 5.673x0.0297381.7

k2 = 0.0144

Para valores intermedios entre c y d: Px1=0.0144/Vx21.8

Punto Vx1 (Lts) Px1 (MPa)

c 0.029738 8.061230312

0.029425 8.216234829

0.029112 8.375925685

0.028799 8.540497266

0.028486 8.710154252

0.028173 8.885112286

0.02786 9.065598695

0.027547 9.251853258

0.027234 9.444129041

0.026921 9.642693301

0.026608 9.847828454

0.026295 10.05983313

0.025982 10.27902331

0.025669 10.50573356

0.025356 10.74031835

0.025043 10.98315356

0.02473 11.23463798

0.024417 11.49519509

0.024104 11.76527488

0.023791 12.04535593

0.023478 12.33594758

0.023165 12.6375924

0.022852 12.95086882

0.022539 13.27639404

0.022226 13.61482721

0.021913 13.96687294

0.0216 14.33328512

0.021287 14.71487116

0.020974 15.11249665

0.020661 15.5270905

d 0.02035 15.95682741

INICIO DE LA COMBUSTION - Tramo c - d

51

7.14.4. COMBUSTION VISIBLE

Combustin Visible (tramo d-z-l): (Vx2-Vz)2 = 4 k4 (Px2-Pz)

Vz = (Vz`+Vz``)/2

Vz = (0.02035 +0,027336)/2

Vz = 0,02386 Lts.

k4 = )(4

)( 2

PzPd

VzVd

k4 = (0.020350.02386)2

4(15.9514.078

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

PR

ESIO

N (

MP

a)

VOLUMEN (Lts)

INICIO DE LA COMBUSTION

52

K4 = -0.000047385

Para vL:

2

2

4

32:)(

44

)2(2:)(

nVx

kPxescapeaPolitrpic

Pzk

VzVxPxcombustinParbola

Solucin: vL = 0,029354Lts.

PL = (k3/vLn2)

PL= (0.70677/0.1341381,263)

PL = 13.441 MPa

Para valores intermedios de d, z, L:

Px2 = (0.02386)2

0.000047385+ 14.078

53

Punto V (Lts) P (MPa)

d 0.02035 13.818

0.02065 13.86054511

0.02095 13.89929155

0.02125 13.93423932

0.02155 13.96538841

0.02185 13.99273884

0.02215 14.0162906

0.02245 14.03604368

0.02275 14.0519981

0.02305 14.06415385

0.02335 14.07251092

0.02365 14.07706933

0.02395 14.07782906

0.02425 14.07479012

z 0.02455 14.06795252

0.02485 14.05731624

0.02515 14.04288129

0.02545 14.02464767

0.02575 14.00261538

0.02605 13.97678443

0.02635 13.9471548

0.02665 13.9137265

0.02695 13.87649953

0.02725 13.83547388

0.02755 13.79064957

0.02785 13.74202659

0.02815 13.68960494

0.02845 13.63338462

0.02875 13.57336562

0.02905 13.50954796

l 0.029354 13.44100441

COMBUSTION VISIBLE (Tramo d - z -l)

54

7.14.5. PROCESO DE ESCAPE (Tramo b-e-a-r-r)

a) Escape Libre(tramo b-e) (Px3-Pe)2 = 4k5 (Vx3-Ve)

Pe = 2

`)`( PaPb

Pe = 0.5260.1828

2

Pe = 0.1716 MPa

Ve = Vc`+Vh

Ve = 0.02035 + 0.345955

Ve =0.366305 Lts

Asumo 1x =80 para:

Vb = Vc`+ Vh/2 [1-cos(360-1x )+

4

(1-cos(720-2

1x ))]

Vb = 0.2891 Lts

Pb = k3 (Vb)-n2

13.4

13.6

13.8

14

14.2

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

PR

ESIO

N (

MP

a)

VOLUMEN (Lts)

COMBUSTION VISIBLE Tramo d-z-l

55

Pb = 0.1474 (0.2891)-1,267

Pb = 0.7101 MPa

k5 = )(4

)( 2

VeVb

PePb

k5 = (0.71010.1716)2

4(0.28910.366305)

k5 = -0.939

Para valor intermedios entre b y e: (Px3-Pe)2 = 4k5 (Vx3-Ve)

3 = 0.1716 + 3.756(3 0.366305)

56

Punto Vx1 (Lts) Px1 (MPa)

b 0.2891 0.710099749

0.2967 0.682908498

0.29424 0.691865451

0.298486667 0.676303537

0.301056667 0.66664822

0.303626667 0.656800804

0.306196667 0.646749345

0.308766667 0.636480608

0.311336667 0.625979863

0.313906667 0.615230635

0.316476667 0.604214401

0.319046667 0.592910218

0.321616667 0.581294252

0.324186667 0.569339186

0.326756667 0.557013466

0.329326667 0.544280319

0.331896667 0.531096453

0.334466667 0.517410324

0.337036667 0.503159738

0.339606667 0.488268502

0.342176667 0.472641559

0.344746667 0.456157727

0.347316667 0.438658383

0.349886667 0.419928935

0.352456667 0.399666525

0.355026667 0.377418901

0.357596667 0.352454914

0.360166667 0.32344064

0.362736667 0.287369858

0.365306667 0.232835121

d 0.366305 0.1716

ESCAPE LIBRE - Tramo b - e

57

b) Escape forzado (Tramo e-a) (Px4-Po)2 +(Vx4-Vo)2 = Ro2

Va = Vb = 0.2891 Lts

Po = Pe = 0.1716 MPa

Ro = Ve Vo = 0.366305 Vo

Pa = Pr (Pa- Pr)

Pa = 0.1657 (0.1828 0.1657)

Pa = 0.1486 MPa

Para el punto a:

(Pa-Po )2 + (Va-Vo)2 = Ro2

(0.1486 0.1716)2 + (0.2891 - Vo)2 = (0.366305 - Vo)2

Solucin Vo = 0.32432

Ro = Ve- Vo

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

PR

ESIO

N (

MP

a)

VOLUMEN (Lts)

ESCAPE LIBRE (Tramo b - e)

58

Ro = 0.366305 0.32432

Ro = 0.041985

Para valores intermedios entre e y a:

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

4 = 0.1716 + 0.001763 (4 0.32432)2

c) Tramo (a-r)

P = Pa = 0.1486 MPa

Punto Vx4 (Lts) Px4 (MPa)

a 0.2891 0.1486

0.2771 0.1486

0.2651 0.1486

0.2531 0.1486

0.2411 0.1486

0.2291 0.1486

0.2171 0.1486

0.2051 0.1486

0.1931 0.1486

0.1811 0.1486

0.1691 0.1486

0.1571 0.1486

0.1451 0.1486

0.1331 0.1486

0.1211 0.1486

0.1091 0.1486

0.0971 0.1486

0.0851 0.1486

0.0731 0.1486

0.0611 0.1486

0.0491 0.1486

r' 0.04035 0.1486

ESCAPE (Tramo a - r')

59

d) Tramo (r-r)

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

Pr = 0.1657 MPa ; Vr = Vc`= 0.02035 Lts.

Pr= Pa = 0,1486 MPa; Vr`= VL = 0.029354 Lts.

K6 = )`(4

Pr)(Pr 2

VrVr

K6 =0.00813

Para valores intermedios entre r y r`:

5 = 0.1657 0.03252(5 0.02035)2

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

PR

ESIO

N (

MP

a)

VOLUMEN (Lts)

ESCAPE TRAMO a-r'

60

7.14.6. PROCESO DE ADMISION (r - r- a)

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

Punto Vx5 (Lts) Px5 (MPa)

r' 0.029354 0.16407628

0.028888 0.16416032

0.02814 0.16429521

0.02758 0.16439619

0.026973 0.16450565

0.026366 0.16461512

0.025759 0.16472458

0.025152 0.16483404

0.024545 0.1649435

0.023938 0.16505297

0.023331 0.16516243

0.022724 0.16527189

0.022117 0.16538135

0.02151 0.16549081

0.020903 0.16560028

r 0.02035 0.1657

ESCAPE (Tramo r'-r)

0.1638

0.164

0.1642

0.1644

0.1646

0.1648

0.165

0.1652

0.1654

0.1656

0.1658

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

PR

ESIO

N (

MP

a)

VOLUMEN (Lts)

ESCAPE Tramo r' - r

61

Para valores intermedios:

6 = 0.1657 + 0.03252(6 0.02035)2

Punto Vx6 (Lts) Px6 (MPa)

r 0.02035 0.1657

0.03765 0.162580239

0.05495 0.159460477

0.07225 0.156340716

0.08955 0.153220955

0.10685 0.150101193

0.12415 0.146981432

0.14145 0.143861671

0.15875 0.140741909

0.17605 0.137622148

0.19335 0.134502387

0.21065 0.131382625

0.22795 0.128262864

0.24525 0.125143103

0.26255 0.122023341

0.27985 0.11890358

0.29715 0.115783819

0.31445 0.112664057

0.33175 0.109544296

0.34905 0.106424535

a' 0.366305 0.103312888

ADMISION (Tramo r-r''-a')

62

7.14.7. GRAFICAS DEL DIAGRAMA INDICADO REAL

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

PR

ESIO

N (

MP

a)

VOLUMEN (Lts)

ADMISION Tramo r-r''-a'

63

7.15. BALANCE TERMO-ENERGETICO

a. Cantidad de calor introducido al motor con el combustible

Q =

3.6

Q = 163.02 kW

b. El calor equivalente al trabajo efectivo por cada segundo

Qe = Ne

Qe = 50.0482 kW

c. El calor transferido al sistema de refrigeracin

Qref = CiD1+2m nm

1

Qref = CiD1+2m nm

1

C: Constituye un coeficiente de proporcionalidad que comnmente

vara entre 0,45 y 0,53

i: Numero de cilindros.

D: Dimetro del cilindro en centmetros.

m: Es un ndice exponencial experimental que para los motores de 4

tiempos es m = 0,60 0,70

n: Es la frecuencia rotacional del cigeal del motor (RPM)

c = 0.49

i = 4

D= 7.35 cm

m = 0.65

n =4000

64

Qref = CiD1+2m nm

1

Qref = 24.866 kW

d. La cantidad de calor que se llevan los gases de escape

Qgas = ])(1)(2[3600

arg tkmCvMtrmCvMGc

acgases

1. Segn tabla 5 : Para tk= 77 C: (mCv)carga = 22.8355 [kJ/kmol]

2. Segn tabla 8: Para tr = 437C: (mCv)gases = 22.9842 [kJ/kmol]

Qgas = 28.13 kW

e. La cantidad de calor no considerado en los casos anteriores llamado

tambin calor residual.

Qrest = Q comb (Qe +Q ref +Q gases)

Qrest = 163.02 (50.0482 + 24.866 +28.13)

Qrest = 59.9758 kW

7.16. CONSTRUCCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EXTERNAS DE

VELOCIDAD

Para los motores disel el rgimen mnimo de velocidad generalmente se

asume entre los 330 y 800 RPM, la frecuencia mxima de rotacin del

cigeal normalmente est limitada por las condiciones de desarrollo

cualitativo de las condiciones de trabajo del motor, por los esfuerzos

trmicos de las piezas, por la tolerancia de los esfuerzos inerciales y otros.

El valor nmin se determina por la estabilidad de trabajo del motor operando a

plena carga. Los puntos calculados en la parte termo-energticos del motor

sirven de base para la construccin de las curvas caractersticas externas

65

de velocidad, los cuales se pueden calcular mediante las siguientes

expresiones o modelos matemticos.

a) Potencia efectiva del motor disel turboalimentado con intercooler

Para motores de inyeccin directa, haciendo uso de los coeficientes de

adaptabilidad se tiene:

=

1 + 1.36 (

) 1.36 (

)2

Del catlogo del fabricante se tiene que:

Ne = 50.048 KW @ 4000RPM

Luego la ecuacin de la potencia se tiene de

= 0.0125 1 + 0.00034() 8.5108

2

Con esto se tiene que nMmax = 2000RPM. Para el clculo del torque en el

punto de rgimen se usa el coeficiente de adaptabilidad por torque del

motor:

b) Torque efectivo del motor

Para el clculo del torque en el punto de rgimen se usa el coeficiente

de adaptabilidad por torque del motor:

= 119.49 @ 4000 RPM

= 160 @ 2000 RPM

Aplicando la ley de Leyderman se tiene:

= 1 + 1.36 (

) 1.36 (

)2

= 119.49 1 + 0.00034() 8.5108

2

66

c) Presin media efectiva del motor

= 1.0839 + 3.685104 9.21410

82

d) Presin media de las prdidas mecnicas:

= 0.105 + 0.012 (. 30

)

= 0.105 + 3.28105

e) Presin media indicada:

= +

= 1.1889 + 4.013104 9.21410

82

f) Consumo especifico efectivo

= 1.55 1.55 (

) + (

)

2

Anteriormente se determin el consumo efectivo en condiciones nominales

(@4000RPM),

= 240.83 1.55 1.55 (

4000) + (

4000)

2 gr/Kwh

g) Consumo horario de combustible

)/(10 3 horaKgNgG exexex

= 240 1.55 1.55 (

4000) + (

4000)

2x0.0125 1 + 0.00034() 8.510

82

103

h) Coeficiente de exceso de aire y eficiencia volumetrica

)(30

MPaniVh

NP

x

exex

67

Para el caso de los motores disel para la determinacin de la eficiencia

volumtrica del motor es necesario conocer la ley de variacin de la

composicin de la mezcla en funcin de la frecuencia rotacional del

motor. En este sentido, sabemos que en los motores disel con el aumento

de la frecuencia rotacional, aumenta algo. Por esta razn para los

motores disel de 4 tiempos y de inyeccin directa se puede asumir una

variacin lineal de con la siguiente ecuacin min = (0.7-0.8) N

Asumimos un min = 0.75 N = 1.275, luego asumimos una variacin lineal del

coeficiente de exceso de aire entre 1000 y 4000RPM

1.275

1000=

1.71.275

40001000

= 1.2748 + 1.4167104

Una vez que se elige la ley de variacin de la composicin de la mezcla

entonces la eficiencia volumtrica ser calculada del siguiente modo:

v = k

xxox gelPe

3600

TABLA RESUMEN DE LOS DATOS PARA LA CONSTRUCCION DE LAS

CURVAS

68

POTENCIA

Ne (Kw)

TORQUE

EFECTIVO (N-

m)

PRESION

MEDIA

EFECTIVA

PRESION MEDIA

INDICADA DE

LAS PERDIDAS

MECANICAS

PRESION MEDIA

INDICADA

CONSUMO

ESPECIFICO

EFECTIVO gr/Kwh

CONSUMO

HORARIO DE

COMBUSTIBLE

Kg/h

COEFICIENTE

DE EXCESO DE

AIRE

n min 1000 15.6875 149.9564 0.30727715 0.1378 1.580986 295.019 4.628110563 1.41647

1200 19.284 153.612096 0.34661898 0.14436 1.65719184 282.97788 5.456945438 1.444804

1400 22.9145 156.455264 0.37858961 0.15092 1.73266056 272.14092 6.235973111 1.473138

1600 26.528 158.485904 0.40318904 0.15748 1.80739216 262.50812 6.963815407 1.501472

1800 30.0735 159.704016 0.42041727 0.16404 1.88138664 254.07948 7.641059242 1.529806

n (Mmax) 2000 33.5 160.1096 0.4302743 0.1706 1.954644 246.855 8.2696425 1.55814

2200 36.7565 159.702656 0.43276013 0.17716 2.02716424 240.83468 8.852239915 1.586474

2400 39.792 158.483184 0.42787476 0.18372 2.09894736 236.01852 9.391648948 1.614808

2600 42.5555 156.451184 0.41561819 0.19028 2.16999336 232.40652 9.890175662 1.643142

2800 44.996 153.606656 0.39599042 0.19684 2.24030224 229.99868 10.34902061 1.671476

3000 47.0625 149.9496 0.36899145 0.2034 2.309874 228.795 10.76766469 1.69981

3200 48.704 145.480016 0.33462128 0.20996 2.37870864 228.79548 11.14325506 1.728144

3400 49.8695 140.197904 0.29287991 0.21652 2.44680616 230.00012 11.46999098 1.756478

3600 50.508 134.103264 0.24376734 0.22308 2.51416656 232.40892 11.73850973 1.784812

3800 50.5685 127.196096 0.18728357 0.22964 2.58078984 236.02188 11.93527244 1.813146

n (Nmax) 4000 50 119.4764 0.1234286 0.2362 2.646676 240.839 12.04195 1.84148

FRECUENCIA DE GIRO

RPM

69

020406080100

120

140

160

180

050

010

0015

0020

0025

0030

0035

0040

0045

00

Me (N-m)

n (R

PM)

TOR

QU

E EF

ECTI

VO

(N-m

)

70

0

0.0

5

0.1

0.1

5

0.2

0.2

5

0.3

0.3

5

0.4

0.4

5

0.5

05

00

10

00

15

00

20

00

25

00

30

00

35

00

40

00

45

00

PRESION MEDIA EFECTIVA

n (

RP

M)

PR

ESIO

N M

EDIA

EFE

CTI

VA

71

0

0.050.

1

0.150.

2

0.25

050

010

0015

0020

0025

0030

0035

0040

0045

00

PRESION MEDIA DE PERDIDAS MECANICAS

n (

RP

M)

PR

ESIO

N M

EDIA

DE

LAS

PER

DID

AS

MEC

AN

ICA

S

72

0

0.51

1.52

2.53

050

010

0015

0020

0025

0030

0035

0040

0045

00

PRESION MEDIA INDICADA

n (

RPM

)

PRES

ION

MED

IA IN

DIC

AD

A

73

050100

150

200

250

300

350

050

010

0015

0020

0025

0030

0035

0040

0045

00

CONSUMO ESPECIFICO

n (R

PM)

CON

SUM

O E

SPEC

IFIC

O E

FECT

IVO

74

02468101214

050

010

0015

0020

0025

0030

0035

0040

0045

00

CONSUMO DE COMB. Kg/h

n (R

PM)

CON

SUM

O H

OR

AR

IO D

E CO

MB

UST

IBLE

75

0

0.2

0.4

0.6

0.81

1.2

1.4

1.6

1.82

050

010

0015

0020

0025

0030

0035

0040

0045

00

EXCESO DE AIRE

n (

RPM

)

COEF

ICIE

NTE

DE

EXCE

SO D

E A

IRE

76

7.17. CONSTRUCCION DE CURVAS CARACTERISTICAS DE CARGA DEL

MOTOR

Ne utilizada = 100

(%)argmax acNe ; Ne max = 50.048 kW

Ne = 50.048 (%)

100

CARGA (%) Ne Utilizada

5 2.5024

10 5.0048

15 7.5072

20 10.0096

25 12.512

30 15.0144

35 17.5168

40 20.0192

45 22.5216

50 25.024

55 27.5264

60 30.0288

65 32.5312

70 35.0336

75 37.536

80 40.0384

85 42.5408

90 45.0432

95 47.5456

100 50.048

77

8. CONCLUSIONES

De la grfica del diagrama indicado real del motor Mazda el trabajo en el

proceso de admisin es positivo, debido a la elevacin de la presin por

parte del turbo-compresor.

El valor de la cilindrada calculado analticamente resulto tener un pequeo

error de clculo 1.085% (1383.3cc) respecto del valor proporcionado por la

casa motriz (1399 cc).

La presin mxima en la cmara de combustin llega a 14.078 Mpa, lo cual

no sobrepasa los lmites presin permitidos (15 MPa), as como la

temperatura mxima de combustin llega a ser 1776.71C. Estos valores

son muy aproximados de los datos determinados en la casa motriz.

Se observ de los resultados arrojados y plasmados en la grfica de

consumo especifico de combustible que el mximo ahorro de consumo

especifico de combustible ocurre a 3500 RPM.

Del balance termo-energtico se sabe que la mxima cantidad de calor

producido dentro del motor es 163.02 Kw, y de toda esta cantidad solo

50.0482 Kw es usado por el motor para producir trabajo. Todo esto se

resume diciendo que el rendimiento trmico del motor diesel Mazda

turboalimentado es 30.7%. Datos que se encuentran muy cerca de los

parmetros reales.

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120

POTE

NCI

A U

TILZ

AD

A (K

w)

% CARGA

POTENCIA UTILIZADA EN FUNCION DE LA CARGA

78

El motor Mazda es un motor veloz, econmico y tiene cantidades mnimas

de emisiones de gases txicos: 114g/Km de dixido de carbono.

9. RECOMENDACIONES

Se recomienda hacer un anlisis de los parmetros y condiciones de

funcionamiento de un turbocompresor en un motor diesel Mazda y la

implementacin del uso de biocombustibles en este tipo de motor. Siempre

y cuando se logre aumentar el rendimiento del motor as como la

disminucin de la emisin de gases txicos.

El nico sistema de refrigeracin del turbocompresor es el aceite que viene

del crter y alcanza los 280 C. Por lo que es necesario contar con un

aceite que garantice su ptimo funcionamiento.

El motor turboalimentado, despus de operar en carretera, siempre debera

enfriarse entre 3 a 5 minutos antes de ser apagado. Cuando se apaga el

motor con el cojinete caliente, se corta la circulacin 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) ste poda generar

malestares.

El motor turboalimentado requiere lubricacin instantnea. Es por eso que

la bomba de aceite en el crter tiene dos salidas de aceite. Entonces la

viscosidad del aceite es determinante. Si el aceite es muy viscoso, demora

en alcanzar el turbocompresor, causando mayor desgaste. No se

recomiendan aceites monogrados en motores equipados con

turbocompresor.

El 90% de todos los fallos que se producen en turbocompresores se debe a

las siguientes causas:

Penetracin de cuerpos extraos en la turbina o en el compresor.

Suciedad en el aceite.

Suministro de aceite poco adecuado (presin de aceite/sistema de

filtro).

Altas temperaturas de gases de escape (sistema de

arranque/sistema de inyeccin).

79

10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

o Jovaj M.S. Motores de Automvil Editorial.MIR.1979.Mosc.

o Yunus A. Cengel. Termodinmica Sexta Edicin

o Jim P. Anselmo. Motores de Combustin Interna Primera edicin Per

o Tesis de Pregrado: Repotenciacin del motor IZUSU 1.3 con la

implementacin de un turbo compresor Universidad Politcnica Salesiana

80

ANEXOS

GRAFICA: RELACION DE COMPRESION vs. k

81

82

TABLA: Calor especifico molar medio de los productos de la combustin expresado en

kJ/kmolk del petrleo disel cuando alfa es igual a:

83

TABLA: El calor especifico molar medio d diferentes gases a volumen constante

expresado en KJ/kmolk

84

Plan De Mantenimiento Del Motor Sobrealimentado

Marca del motor: Mazda 1399 cm3 Turboalimentado

85

86

NOTA: Se cumple con la siguiente relacin 50Km/hora