Motores de combustin interna

Motores de combustin interna

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA, INGENIERIA MECANICA, INGENERIA ELECTRONICA E INGENIERIA DE MINAS.CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA

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DISEO DE UN MOTOR DIESEL TURBO INTER-COOLER

DOCENTE:Ing. ALFONSO HUAMAN VALENCIA

CURSO: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

ALUMNO : CHUQUITAYPE QUISPE EDWIN CODIGO : 081513

CUSCO PERU 2015

ndice.1.Introduccin2.Parmetros iniciales3.composicin del hidrocarburo. 3.1. Generalidades de la combustin.3.1. Coeficiente de exceso de aire.3.2.Usos del coeficiente de aire.

3.3.Combustin incompleta y productos de la combustin4.Proceso de admisin134.1Presin en el cilindro en el proceso de admisin144.2Gases residuales y coeficiente de gases residuales..154.3Temperatura de admisin164.4Coeficiente de llenado o rendimiento volumtrico..165.Proceso de compresin176.Proceso de combustin197.Calculo de la presin mxima al final de la combustin visible.238.Proceso de expansin.................239Parmetros indicados y parmetros efectivos..249.1Parmetros indicados259.2Parmetros efectivos........259.3Dimensiones principales del motor.26Anexos...26Conclusiones27Bibliografa27

1.INTRODUCCINEl diseo del motor Disel turbo-intercooler con una potencia nominal de 310HP, velocidad nominal de 2800RPM y relacin de compresin de 16,5 este diseo esta hecho en condiciones atmosfricas de la regin cusco, 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 UN MOTOR DIESEL TURBO INTER-COOLER

2.-LOS PARMETROS INICIALES POTENCIA:230.95Kw310HP

VELOCIDAD2800Rpm

RELACION COMPRESION16,5

2.1Procedimiento a seguir. Primero veremos la composicin del hidrocarburo. algunas generalidades del proceso de combustin. Clculos en el proceso de admisin. Calculo de las temperaturas de admisin. Clculos en el proceso de compresin. Clculos en el proceso de combustin. Clculos en el proceso de expansin. Octavo el proceso de escape. Calculo de los parmetros indicados y parmetros efectivos. Y finalmente calcularemos las principales dimensiones del motor.

3.COMPOSICION GRAVIMETRICA DEL COMBUSTIBLE DIESEL(PETROLEO)

CARBONO =0.87Hu=42.5Mj/Kg

HIDROGENO =0.126

OXIGENO =0.004

Composicin gravimtrica del petrleo(disel):C = 0.87 H = 0.126 O = 0.004 Poder calorfico: Hu = 42.5Mj/Kg.

3.1. GENERALIDADES DE LA COMBUSTION:Para motores disel:Las mezclas pobres () entonces existe exceso de oxigeno

3.2COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE

1.3 Asumido

1.-la cantidad de aire terica necesaria para la combustin de 1kg de combustible se halla mediante la ecuacin:

comb /kg aire

y mediante la otra ecuacin: =

0.494642857 kmol aire/kg comb

Coeficiente de exceso de aire:

(El coeficiente de exceso de aire en el caso de un motor petrolero (disel) para la mxima carga el coeficiente de exceso de aire debe ser mayor que la unidad)la curva superior del grafico representa a la variacin de en los motores disel el cual no usa carburador

Masa molecular aparente de aire=29.21739133.3. COMBUSTION COMPLETA Y PRODUCTOS DE LA COMBUSTIONEn motores disel:CULCULO DE LA CANTIDAD TOTAL DE MEZCLA DEL CARBURANTE CARBURANTE=(1.3)(0.4946)=0.6430 Kmol

0.063

0.0311625

0.507998214

() por tanto el combustible arde totalmentey los productos de M2 son:

Si no existe oxigenoKmol

con oxigeno cero

Con oxigeno cero por que el oxigeno ha sido consumido en esta estequiometria entonces

Si evaluamos esta expresin lo aremos mediante el coeficiente de la fraccin volumtrica de los productos de la combustin:

Calculo del coeficiente de la fraccin volumtrica de los productos de combustion

Coeficiente de la fraccion volumtrica del exceso de aire

Si cumple

Cabe mencionar que si realizamos los clculos de los productos dela combustin en kg entonces G1 es =G2:

=19.78782609Coeficiente de variacin molecular terico

4.-PARAMENTROS DEL PROCESO DE ADMISIN:A.-Presin en el cilindro en el proceso de admisin.Para nuestro caso el motor Inter-cooler si ()

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 (inter-cooler) 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 inter-cooler y presin de Po = 0.068MPa

Densidad de la carga fresca

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 =0.99

==1.72bar

4.1.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.

4.2.Coeficiente de gases residuales

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

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:

COEFICIENTE DE LOS GASES RESIDUALES

4.3.TEMPERATURAS EN LA ADMISION

: Eficiencia adiabtica del compresor 0.7-0.8; asumiremos =0.78K: ndice adiabtico del compresor 1.4

=403.90370 =333.903K

=0.17680.0029411 = 0.173858Mpa

: 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 =0.04 Kg/cm2=0.02941995bar

: Enfriamiento de la carga en el inter enfriador que puede llegar hasta 70KAhora bien la temperatura al final de la admisin:

4.4.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 totalidadPara motores sobre alimentados ASUMIMOS coeficiente de carga

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

5.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.El cual tomaremos un valor para=1.32

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:

=6.96478Mpa

= (353.84123) ()-273 =594.7673K

Clculos ya realizados anteriormente:

Coeficiente de fraccin volumtrica de los productos de combustin:

coeficiente de fraccin volumtrica del exceso de aire:

Si cumplePara petroleros:=; ; para motores con

= = 0.99039660.0096033Q1+q2=1Finalmente:

Determinamos: y

Para:

C: CINTERPOLANDO LOS VALORES DE LA TABLA 2 OBTENEMOS:Ua (KJ/Kmol)INTERPOLANDO DE LA TABLA 4 OBTENEMOS U"a(KJ/Kmol)

Ta =80.84123256C1

(para aceite diesel)

Ta (C )UaTa (C )U"a

10020151002252

80.84123256Ua80.84123256U"a

20041952004580

Ua=1597.33887Mj/kmolU"a =1805.983894Mj/kmol

energia interna de los gasesenergia interna de los productos de la combustion

HALLAMOS Uc y U"cTc =594.7673414C

INTERPOLANDO LOS VALORES DE LA TABLA 2 OBTENEMOS UcINTERPOLANDO LOS VALORES DE LA TABLA 4 OBTENEMOS U"c

Tc (C )UcTc (C )U"c

9002070880020390

594.7673414Uc594.7673414U"c

8001817190023237

Uc =12964.24745Mj/kmolU"c =14547.02621Mj/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 n1PARA n1 =1.32

R=8.314

Tc =594.7673414C

Ta =80.84123256C

B=-1972.337783

Para :

n1 =1.38

Tc=753.7207471C

INTERPOLANDO CON LOS VALORES DE LA TABLA 2 OBTENEMOS Uc:INTERPOLANDO CON LOS VALORES DELA TABLA 4, SE OBTIENE U"c

Tc (C )UcTc (C )U"c

9002070890023237

753.7207471Uc753.7207471U"c

100023983100026293

Uc =15917.35447U"c =18766.70603

REEMPLAZANDO EN LA ECUACION:

Para :n1 =1.38

Uc=15917.35447

U"c=18766.70603

B=-376.5201346

Se tienen 2 valores de B, interpolamos para hallar el verdadero valor de n1:

Bn1

-1972.3377831.32

0n1n1 =1.39415651VERDADERO

-376.52013461.38

Finalmente ahora calcularemos la presin y la temperatura

=8.574155Mpa

= (353.84123) () =2068.2863k=1795.28c

6.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.

La ecuacion en terminos de q1 y q2 es la siguiente para motores Diesel:

En este caso utilizaremos el criterio de Jovaj M.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 (1.4-3) entonces se asume 2.5

: Coeficiente de aprovechamiento de calor 0.65