MAQUINAS TERMICAS
DOCENTE : Ing. OSCAR MÉNDEZ CRUZ
ALUMNO : RUIZ CASTAÑEDA FREDY
CODIGO: 082122-I
PROBLEMA: MOTOR DIESEL
MAQUINAS TERMICAS
Ing. OSCAR MÉNDEZ CRUZ
RUIZ CASTAÑEDA FREDY
082122-I
MOTOR DIESEL
DATOS rpm n 2400 rpm
potencia Ne 160 KwNumero de cilindros i 8Relacion de Compresion ε 16.5Coeficiente exceso de aire α 1.4
Combustible :diesel
Composicion masica elementalC 0.87H 0.126
Oc 0.004
Masa molecular media μc 180 - 120
42
86
Caracteristica del Combustible β 0.345numero de tiempos τ 4
protada
Poder calorifico combustible MJ/kg HU
Poder calorifico de la mezcla para α = 1, MJ/kg
datos carga admision
DATOS ASUMIDOS RESULTADOSADMISION
variacion de temperatura ∆T 20 - 40°C 30 presion al final de la combustiontemperatura de gases residuales Tr 700 - 900 k 850 temperatura al final de la combustion
coeficiciente sumario (β² + ξ ) 2.5 - 4 2.8 rendimiento volumetricovel. en la seccion de la valvula wad 50 - 130 80 coeficiente de gases residualespresion de lo gases residuales pr (1.1 - 1.25)po 1.2
presion atmosferica po 0.1Mpa 0.1 COMPRESIONExp. politropico de expansión n2 1.18 - 1.23 1.23 presion al final de la compresionexp. politropico de compresion n1 1.3 - 1.4 1.38 temperatura al final de la compresion
coef. de aprovechamineto del calor 0.70 - 0.85 0.82coef. De redondeo de presion ϕi 0.92-0.97 0.95 COMBUSTION
velocidad del piston 9 presion al final de la combustionasumimos la relacion S/D = J J 1 temperatura al final de la combustion
grado de elevacion de presion: λ 1.5 - 4 1.8
ξz
admision compresion combustion expansion parametros
RESULTADOS EXPANSIÓNADMISION presion al final de la combustion
presion al final de la combustion pa 0.089 Mpa temperatura al final de la combustion
temperatura al final de la combustion Ta 335.11 K presion indicada del ciclorendimiento volumetrico ƞv 0.789
coeficiente de gases residuales γr 0.03 PARAMETROS PRINCIPALES DEL CICLOperdidas mecanicas de presion
COMPRESION presion efectiva del ciclopresion al final de la compresion pc 4.3 Mpa rendimiento mecanicco
temperatura al final de la compresion Tc 972.36 K consumo especifico indicado de combustibleconsumo especifico efectivo de combustible
COMBUSTION Rendimiento indicado del ciclo presion al final de la combustion Pz 7.68 Mpa Rendimiento efectivo del ciclo
temperatura al final de la combustion Tz 2255 K Consumo horario de combustible
DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR Cilindrada total del motor
Velocidad media del piston diametrocarrera
parametros
EXPANSIÓNpb 0.351 Mpa
Tb 1266 KPi 0.92 Mpa
PARAMETROS PRINCIPALES DEL CICLOpm 0.21 Mpape 0.70 Mpa
0.767463gi 179 g/Kw.hge 233.4772 g/Kw.hɳi 0.478356ɳe 0.37ge 37.356 kg/h
DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR ivh 11.38 ccVp 10.06 m/sD 120 mmS 126 mm
ɳm
1.- CANTIDAD TEORICA DE AIRE PARA LA COMBUSTION DE 1kg DE COMBUSTIBLE:
según la ecuacion 44 es:
lo = 14.96 kg Masa molecular aparente del aire μ..>
ecuacion 45
0.497 kmol comprobamos según la expesion 46
2.- CANTIDAD TOTAL DE AIRE (M1): encontramos la cantidad de aire fresco según la expresion 54
M1 = αLo= 0.6990 Kmol/kg
3.- PRODUCTOS DE LA COMBUSTION PARA α = 1
0.5297 Kmol/kg
encontramos la cantidad exedente de aire freseco
(α-1)Lo = 0.2064 Kmol/kg
0.7293 Kmol/kg
coeficiente teórico de variacion molecular lo hallamos de la ecuacion 115
μo = M2/M1 = 1.044
LO =
encontamos la cantidad total de los productos de combustion se determina mediante la ecuacion 68
datos carga admision compresion combustion
CANTIDAD TEORICA DE AIRE PARA LA COMBUSTION DE 1kg DE COMBUSTIBLE:
Masa molecular aparente del aire μ..> μa= 28.96
comprobamos según la expesion 46 0.516 kmol
CANTIDAD TOTAL DE AIRE (M1):
de la ecuaccion ( 67)
lo hallamos de la ecuacion 115
LO =
encontamos la cantidad total de los productos de combustion se determina mediante la ecuacion 68
combustion expansion parametros
5.- PARAMETROS EN EL PROCESO DE ADMISION
ASUMIMOS PARAMETROS EN EL PROCESO DE ADMISION SEGÚN SUS RESPECTIVOS CRITERIOS BASADOS EN LA EXPERIMENTACION
Temperatura de los gases residuales:De la página 91 la temperatura Tr de los gases residuales Tr=700…900 K
pk=po= 0.1 MpaTk=To= 288 K
Para el aire 287.09
μa= 28.96
1.209
de acuerdo a la expresion 127
pa= 0.0892
* Coeficiente de gases residuales (Tk = To)
γr = 0.033
* Temperatura al final de la admision (Tk = To)
Ta = 335.11
Incremento de la temperatura en el proceso de calentamiento de la carga :pagina 92 para motores con formación externa de la mezcla ∆T=20…40ºC
Presion de los gases residuales : De la página 91 vemos que para Pr=(1.1…1.25)Po , asumimos:
Coeficiente sumario De la página 89 (β2+ξad)=2.5…4, asumimos:
Velocidad de la carga en la seccion de la valvula De la página 89 ωad = 50…130 m/s, asumimos:
*Densidad de la carga en la admision
Ra =8314/μa =
ρo = kg/m³
* Presion final admision (pk = po)
datos carga admision compresion
parametros iniciales
* Rendimiento Volumetrico (Tk = To ; Pk = Po)Asumiendo: ϕ=ϕ1=ϕs = 1
ƞv = 0.789
PARAMETROS EN EL PROCESO DE ADMISION
ASUMIMOS PARAMETROS EN EL PROCESO DE ADMISION SEGÚN SUS RESPECTIVOS CRITERIOS
∆T = 30 °C
Tr= 850 KDe la página 91 la temperatura Tr de los gases residuales Tr=700…900 K
pr= 0.12 Mpa
(β² + ξ )= 2.8
wad= 80 m/s
de acuerdo a la expresion 127
Mpa
de acuerdo a la expresion 160
de acuerdo a la expresion 140
K
Incremento de la temperatura en el proceso de calentamiento de la :pagina 92 para motores con formación externa de la mezcla ∆T=20…40ºC
De la página 91 vemos que para Pr=(1.1…1.25)Po , asumimos:
De la página 89 (β2+ξad)=2.5…4, asumimos:
Velocidad de la carga en la seccion de la valvula De la página 89 ωad = 50…130 m/s, asumimos:
compresion combustion expansion parametros
parametros iniciales
de acuerdo a la expresion 152
Expresion (152)-pag.97
5.- PARAMETROS DEL PROCESO DE COMPRESION
Exponente politropico 1.38
* Presion al final de la compresion
pc= 4.3 MPa
* Temperatura al final de la compresion
972.4 K699.4 °C
n1 =
Tc =
datos carga admision compresion combustion
figura 45, pag. 113
Ecuacion (162)-pag.112
Ecuacion (163)-pag.112
combustion expansion parametros
6.- PARAMETROS AL FINAL DEL PROCESO DE COMBUSTION
ECUACION I
* Coeficiente real de variacion molecular:
1.04
Coeficiente de aprovechamiento de calor es :0.82 ξz es el coef. De aprovechamiento de calor,va de 0.70-0.85 pag. 157
* De la ecuacion: reemplazando
47685.9917 KJ/kmol
De tabla (6) encontramos para la temperatura Tc = 699.36°C
μcv = 22.408 KJ/kmol
* Energia interna de 1kmol de aire a la temperatura de compresion Tc
Uc" = μcv *Tc Uc" = 15671.3134 KJ/kmol
(μc"v) = 25.079 KJ/kmol
*Entonces la energia interna de los productos de la combution para α=1
17585 KJ/kmol para Tc = 700 °C
17207.3681 KJ/kmol
*La ecuacion del proceso de combustion en el motor diesel según la expresion (177)
ξz =
Energía interna de Uc" 1kmol de productos de combustion de la temperatura Tc esta integrada por la energia interna de los ultimos siendo α=1 y la energia interna del aire excedente.es decir:
El calor especifico de los productos de la combustion para α=1 , lo obtenemos de tabla (8) pag 67
datos carga admision compresion combustion
15720.7085 KJ/kmol
Asignamos el grado de elevacion de presion:
entonces 14551.5983 KJ/kmolLa suma del primer miembro tenemos: reemplazando en la ecuacion I
77958.2985 KJ/kmol
77958.2985 KJ/kmol
Ya que 1.04
U"z + 8.314 Tz = 74774.0396 KJ/kmol
RESOLVEMOS Aplicando metodo de de aproximaciones sucesivas, utilizando las tablas 9 y 7asumimos una temperatura
Para un Tz = 1900 °C y2173 k
la temperatura de combustion que buscamos debe estar entra estas temperaturas para luego interpolar
Tz(°C) TABLA n° 9 TABLA n° 7 U"z 1900 54931 47813 53428.7041 714952000 58197 50660 56606.5747 75504
Tz Interpolando valores 1982 74774
Entonces Tz = 2255 K Temperatura maxima del ciclo …pag156
*El coeficiente de expasion preliminar se obtiene de la expresion 157-pag.
1.34
*La presion maxima de combustion
pz= pcƛ = 7.68 Mpa
reemplazando en la ECUACION I
*La energia interna U"z es una funcion de la temperatura de combustion y del calor especifico.
PARAMETROS AL FINAL DEL PROCESO DE COMBUSTION
ξz es el coef. De aprovechamiento de calor,va de 0.70-0.85 pag. 157* De la ecuacion: reemplazando
* Energia interna de 1kmol de aire a la temperatura de compresion Tc
según la expresion (177)
Energía interna de Uc" 1kmol de productos de combustion de la temperatura Tc esta integrada por la energia interna de los ultimos siendo α=1 y la energia interna del aire excedente.es
α=1 , lo obtenemos de tabla (8) pag 67
combustion expansion parametros
λ= 1.8pag.28
Tz= 2000 °C2273 k
la temperatura de combustion que buscamos debe estar entra estas temperaturas para luego interpolar
7149575504
Interpolando valores 74774
Temperatura maxima del ciclo …pag156
*El coeficiente de expasion preliminar se obtiene de la expresion 157-pag.
funcion de la temperatura de combustion y del calor especifico.
tabla No. 9 tabla No. 8T (°C) U diesel (MJ/Kmol) U aire (MJ/Kmol)
0 0 0
100 2552 2015200 4580 4195300 6992 6364400 9483 8591500 12100 10890600 14779 13255
700 17585 15684800 20390 18171900 23237 20708
1000 26293 239831100 29308 258991200 32406 285541300 35504 312381400 38686 339511500 41868 366891600 45008 394441700 48358 422031800 51498 450081900 54931 478132000 58197 506602100 61546 535072200 64979 563542300 68287 592012400 71594 620902500 75027 64979
7.- PARAMETROS DEL PROCESO DE EXPANSION*Grado de expansion posterior
12.3
Escogemos el exponente politropico de expansion 1.23pag.161
*Temaperatura al final de la expansion deacuerdo a la expresion 186
1266 K EXPLICACION GRAFICA 158
*Presion al final de la expansion --expresion 185
0.351 Mpa
8.- PRESION MEDIA INDICADA DEL CICLO
(pi)an= 0.96 MPa Según resultados experimentales Considerando coeficiente de redondeo ϕi =De pag (170 ) ϕi = 0.92…0.97
* Entonces la presion media indicada real será:
pi=(pi)an*ϕi pi= 0.92 MPa
n2=
datos carga admision compresion combustion
pag.159
EXPLICACION GRAFICA 158
0.95
exp.199
combustion expansion parametros
9.- PARAMETROS PRINCIPALES DEL CICLO
Pm= A - Bvp Por tabla 17
Asumimos que la velocidad media del piston vp= 9Entonces
pm= 0.21
*Presion media efectiva del ciclo Ecuacion (215)-pag.176
pe=pi-pm
pe= 0.70 MPa
*Rendimiento mecanico Ecuacion (218)-pag.177
0.76746303
*consumo especifico indicado de combustible Ecuacion (211)-pag.174
gi= 179 g/Kw.h
*consumo especifico efectivo de combustible
ge= 233.477187 g/Kw.h
*Rendimiento indicado del ciclo Ecuacion (222)-pag.
La fraccion de la presion indicada que se gasta en vencer la friccion y accionar los mecanismos auxiliares es:
Para camara de combustion
semiseparada y no separada
ɳm = pe/pi
ɳm =
datos carga admision compresion combustion
ɳi = 0.47835607
*Rendimiento efectivo del ciclo
ɳe= 0.37
*Consumo horario de combustible
37.4 kg/h
ɳe = ɳiɳm
geNe10³=
10.- DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR
Ecuacion 224pag.212 *Cilindrada total del motor
A= 0.105B= 0.012 iVh= 11.38
m/s*Volumen de trabajo de un cilindro
Vh= 1.423 cc
* Designemos la relacion S/D = J = 1
Entonces:
Ecuacion (211)-pag.174D= 1.219
Elegimos D = 120mm 1.2120
Entonces :Vh= 1.42
S= 1.2580.1258
125.777385
Para camara de combustion
semiseparada y no separada
combustion expansion parametros
* La cilindrada del motor será:
iVh= 11.38
* Velocidad media del piston
vp= 2Sn= 10.06
DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR
Ecuacion (216)-pag.177
dm= 121.4mm
dm
cc
dmmmm
cc
m/s