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2018 CÁLCULO TERMOENERGÉTICO Y ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES DINÁMICO DEL MICROBUS MERCEDES BENZ MAXUS V80-STD

CRUZ NIEVES JHON UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 06/12/2018

RESUMEN El presente proyecto de investigación trata sobre el cálculo y análisis de los parámetros Termo energéticos que afectan el funcionamiento de un motor petrolero, para lo cual hemos escogido las especificaciones de un motor que nos provee la casa motriz BENZ, eligiendo un motor sin turbo alimentación,

MAXUS

V80-STD,

cuyas

aplicaciones

se

centran

básicamente en ser un automóvil de transporte de pasajeros. Para el desarrollo de esta Investigación calculamos los principales parámetros reales en los diversos procesos para de esta manera elaborar gráficas y poder comparar con los datos dados por la casa motriz. De esta manera aplicamos el conocimiento adquirido en el curso de Motores de Combustión Interna para poder analizar el motor termo energéticamente a partir de datos reales dados por el fabricante.

1

ÍNDICE ANALÍTICO

1. INTRODUCCIÓN 1.1. LA REALIDAD PROBLEMÁTICA 1.1.1. DEFINICIÓN ONTOLÓGICA 1.1.2. DEFINICIÓN FUNCIONAL 1.1.3. DEFINICIÓN GENÉTICA 1.2. ESTADO DEL ARTE 1.3. OBJETIVOS 1.4. IMPACTO AMBIENTAL

2. MARCO TEÓRICO 2.1.

CÁLCULO TÉRMICO

3. PARAMETROS INDICADOS DEL CICLO OPERATIVO DEL MOTOR: 3.1. 3.2. 3.3.

La Presión Media Indicada Teórica La Presión Media Indicada El Rendimiento Indicado y el Consumo Específico Indicado de Combustible:

4. PARAMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR: 4.1.

4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

La Presión Media de las Perdidas Mecánicas para el Motor de Carburador y con Encendido Forzado con un Numero de Cilindros hasta seis y con una Relación (S/D)< 1 La Presión Media Efectiva y el Rendimiento Mecánico El Rendimiento Efectivo y el Consumo Específico Efectivo de Combustible La Potencia Efectiva, el Torque Efectivo y el Consumo Horario de Combustible La Potencia por Unidad de Cilindrada del Motor

5. La Presión Media Indicada Teórica 6. BALANCE TERMOENERGÉTICO DEL MOTOR 6.1. 6.2. 6.3.

La cantidad total de calor introducida al motor con el combustible El Calor Equivalente al Trabajo Efectivo por Segundo El Calor Transferido al Medio Refrigerante

7. MATERIAL Y MÉTODO 8. CALCULOS, RESULTADOS Y DISCUSIÓN 9. NEXOS

2

I.

INTRODUCCION 1.1.

REALIDAD PROBLEMÁTICA 1.1.1. Definición Ontológica:  Marca y modelo: Mercedes Benz Microbús MAXUS V80-STD  Tipo de motor: Motor petrolero  Número de cilindros: 04 cilindros  Disposición de cilindros: En línea  Número de válvulas: 16 válvulas (DOHC)  Tipo de refrigeración: Enfriado por agua  Diámetro x Carrera (mm): 76.0 X 88.0  Cilindrada (cc): 1597 aprox. 1600  Potencia máx. (KW/rpm): 100/3800  Torque máx. (Nm /rpm): 300/2400  Relación de compresión: 9.5: 1  Sistema de alimentación de combustible: control electrónico de inyección, ECCS.  Volumen de sistema de enfriamiento (L): 4.5  Volumen del tanque de combustible (L): 80  Caja de velocidades: WIA 5MT 1.1.2. Definición Funcional:  Motor petrolero cuyas prestaciones son básicamente en ser un automóvil de transporte y uso personal. 1.1.3. Definición Genética:  El Potente Motor de 100/3800 Kw/RPM

Doble Árbol de Levas. El doble árbol de levas asegura una mejor eficiencia volumétrica (mejor llenado de cilindros), permite la posición central de la bujía mejorando el quemado de la mezcla y el crossflow (manera en que se comporta la mezcla de aire combustible al entrar al cilindro).

3

 Su potente motor al Microbús MAXUS V80-STD proporciona al desempeño óptimo en cualquier condición de manejo, su transmisión mecánica o automática complementa la respuesta del motor con su potencia de 100 KW, con lo que se logra un equilibrio perfecto entre desempeño, economía de combustible y conducción confortable

1.2.

ESTADO DEL ARTE:

1.3.

 Estudiantes que llevan el curso de Motores de Combustión Interna de La Escuela de Ingeniería Mecánica de La Universidad Nacional de Trujillo OBJETIVOS:  Estudiar de manera adecuada las propiedades que rigen el funcionamiento y operación del motor petrolero Microbús MAXUS V80-STD, a partir de datos obtenidos por el fabricante.  Analizar, evaluar y graficar las curvas características del motor petrolero Microbús MAXUS V80-STD y compararlas con los datos de la casa motriz.  Analizar los Parámetros de Economía y Productividad obtenidos para el motor petrolero Microbús MAXUS V80-STD.

1.4.

IMPACTO AMBIENTAL: Las formas más importantes de acción del motor sobre el medio ambiente son:  Agotamiento de materias primas no renovables consumidas durante el funcionamiento de los MCI.  Consumo en gran proporción contiene el aire atmosférico.

4

de oxígeno que

 Emisión y contaminación de la atmósfera con gases tóxicos que perjudican al hombre, la flora y la fauna.  Emisión de sustancias que provocan el llamado efecto invernadero contribuyendo a la elevación de la temperatura de nuestro planeta.  Consumo de agua potable.  Emisión de altos niveles de ruido a la atmósfera que disminuye el rendimiento de los trabajadores y ocasiona molestias en sentido general. La Toxicidad de los gases de escape de los motores de combustión interna y formas para reducirla. Se llaman sustancias tóxicas a las que ejercen influencia nociva sobre el organismo humano y el medio ambiente. Durante el trabajo de los MCI de émbolo se desprenden las siguientes sustancias tóxicas principales: óxidos de nitrógeno, hollín, monóxido de carbono, hidrocarburos, aldehídos, sustancias cancerígenas (bencipireno), compuestos de azufre y plomo. Además de los gases de escape de los MCI, otras fuentes de toxicidad son también los gases del cárter y la evaporación del combustible a la atmósfera. Incluso en un motor bien regulado la cantidad de componentes tóxicos que se expulsan durante su funcionamiento puede alcanzar los siguientes valores:

De este modo, la toxicidad de los motores Diesel depende en lo principal del contenido de los óxidos de nitrógeno y el hollín. La toxicidad de los motores de encendido por chispa y carburador depende en gran medida de la concentración del monóxido de carbono y de los óxidos de nitrógeno. 5

II.

MARCO TEORICO 2.1.

CÁLCULO TÉRMICO Realizar el cálculo de un motor de cuatro tiempos, de aplicación automotriz, cuyas especificaciones técnicas son las siguientes: - Potencia Efectiva: Ne = 100kW a 3800 RPM - Motor de cuatro cilindros: i = 4; - Disposición de los cilindros: en línea; - Sistema de Refrigeración: líquida, de tipo cerrada; - Relación de compresión:  = 9.5.

2.1.1. CÁLCULO TÉRMICO: En la realización del cálculo térmico para varios regímenes de velocidad comúnmente se eligen de 3 a 4 regímenes básicos. Para los motores de carburador estos regímenes son los siguientes: 1. El régimen de frecuencia mínima de rotación nmin= 600:1000 RPM, que asegura el trabajo estable del motor. 2. El régimen de máximo torque, para el cual nM= (0.4: 0.6)nN. 3. El régimen (nominal) de máxima potencia a nN. 4. El régimen de máxima velocidad de marcha del automotor, cuando nmax = (1.05 : 1.20)nN. Con la consideración de las recomendaciones aducidas y los datos de entrada del trabajo (nN=3800 RPM), el cálculo térmico, secuencialmente se realiza para n = 900, 1900, 2900 y 3800 RPM. 2.1.2. Combustible: Se puede emplear la gasolina de 95 octanos. En correspondencia con la relación de compresión dada en el trabajo =9.5. La composición gravimétrica elemental y la masa molecular del combustible de este combustible: C = 0.855; H = 0.145; Mc = 115 Kg/Kmol. El poder calorífico inferior del combustible: Hu = [33.91C + 125.6H – 10.89(O-S) – 2.51(9H-W)]x103 = 43930 KJ/Kg. Donde W es la cantidad de vapores de agua contenida en los productos de la combustión por unidad másica de combustible.

6

2.1.3. Parámetros del Fluido Operante: Cantidad de aire teóricamente necesaria para la combustión de 1Kg de combustible: Lo = (C/12+H/4-O/32)/0.208 = 0.516 Kmol aire/Kg comb. Lo = (8C/3+8H-O)/0.23 = 14.957 Kg aire/Kg comb. El coeficiente de exceso de aire se establece en base a los siguientes criterios: -

-

-

-

En los modernos motores se instalan carburadores de varias cámaras que permiten obtener composiciones óptimas de mezcla en función de las características de velocidad del motor. La posibilidad de empleo (para el motor calentado) de n carburador de dos cámaras con sistema de enriquecimiento y sistema de marcha en vacío permite obtener, dada una regulación correspondiente, una composición de mezcla operante tanto para máxima potencia como para máxima economía. La tendencia a obtener un motor lo suficientemente económico y con una mínima toxicidad de los productos de la combustión, lo cual se logra con α=0.95-0.98, permite asumir α=0.96 en los regímenes básicos y en el régimen de mínima frecuencia rotacional α=0.86. La cantidad de mezcla carburante queda definida del siguiente modo:

𝑀1 = 𝛼𝐿𝑜 +

1 𝑚𝑐

; En Kmoles

Para n=1000 rpm, se tiene: M1=0.86x0.516+1/115= 0.4525 Kmol mezcla carburante/Kg combustible Para n=4000, 6000 y 6500 rpm: M1=0.96x0.516+1/115= 0.5041 Kmol mezcla carburante./Kg combustible -

La cantidad de los diversos componentes de los productos de la combustión para k=0.5 y para los regímenes de velocidad asumidos:

7

Para n=1000 rpm: 𝑀𝐶𝑂2 =

𝐶 1−𝛼 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 −2 𝑥0.208𝐿𝑜 = 0.0512 12 1+𝐾 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

𝑀𝐶𝑂 = 2

1−𝛼 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂 𝑥0.208𝐿𝑜 = 0.02 1+𝐾 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

𝐻 1−𝛼 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂 − 2𝐾 𝑥0.208𝐿𝑜 = 0.0625 2 1−𝐾 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

𝑀𝐻2 𝑂 =

𝑀𝐻2 = 2𝐾

1−𝛼 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑥0.208𝐿𝑜 = 0.01 1+𝐾 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

𝑀𝑁2 = 0.792𝛼𝐿𝑜 = 0.3515

𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑁2 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

Para n=4000, 6000 y 6500 rpm: 𝑀𝐶𝑂2 =

𝐶 1−𝛼 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 −2 𝑥0.208𝐿𝑜 = 0.0655 12 1+𝐾 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

𝑀𝐶𝑂 = 2 𝑀𝐻2 𝑂 =

1−𝛼 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂 𝑥0.208𝐿𝑜 = 0.0057 1+𝐾 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

𝐻 1−𝛼 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂 − 2𝐾 𝑥0.208𝐿𝑜 = 0.0696 2 1−𝐾 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

𝑀𝐻2 = 2𝐾

1−𝛼 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑥0.208𝐿𝑜 = 0.0029 1+𝐾 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

𝑀𝑁2 = 0.792𝛼𝐿𝑜 = 0.3923

𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑁2 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏.

La cantidad Total de Productos de la Combustión:

𝑀2 = 𝑀𝐶𝑂2 + 𝑀𝐶𝑂 + 𝑀𝐻2𝑂 + 𝑀𝐻2 + 𝑀𝑁2 Para n=900 rpm: 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑.𝑐𝑜𝑚𝑏.

M2 = 0.0512+0.02+0.0625+0.02+0.3515 = 0.4952 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 Para n=1900, 2900 y 3800 rpm: M2 = 0.0655+0.0057+0.0696+0.0029+0.3923 = 0.536

8

𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑.𝑐𝑜𝑚𝑏. 𝐾𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

III.

PARAMETROS INDICADOS DEL CICLO OPERATIVO DEL MOTOR:

3.1.

La Presión Media Indicada Teórica:

𝑷𝑰𝒊 =

𝑷𝑪 𝝀 𝟏 𝟏 𝟏 [ (𝟏 − 𝒏 − 𝟏 ) − (𝟏 − 𝒏 − 𝟏 )] 𝜺 − 𝟏 𝒏𝟐 − 𝟏 𝜺 𝟐 𝒏𝟏 − 𝟏 𝜺 𝟏

n 𝑷𝑰𝒊 3.2.

900 1.174

1900 1.296

2900 1.135

3800 1.088

La Presión Media Indicada: 𝑷𝒊 = 𝝋𝒅 . 𝑷𝑰𝒊 = 𝟎. 𝟗𝟔𝑷𝑰𝒊

Donde: d = 0.96; es el coeficiente de plenitud del diagrama o factor diagramático: n Pi 3.3.

900 1.127

1900 1.244

2900 1.090

3800 1.044

El Rendimiento Indicado y el Consumo Específico Indicado de Combustible: 𝜼𝒊 =

𝑷𝒊 . 𝒍𝒐 . 𝜶 (𝑯𝒖. 𝝆𝒐 . 𝜼𝒗 )

𝒈𝒊 =

𝟑𝟔𝟎𝟎 (𝑯𝒖. 𝜼𝒊 ) i 0.319 0.371 0.336 0.259

n 900 1900 2900 3800

9

gi 257 221 244 316

IV.

PARAMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR: 4.1.

La Presión Media de las Perdidas Mecánicas para el Motor de Carburador y con Encendido Forzado con un Numero de Cilindros hasta seis y con una Relación (S/D)< 1: 𝑷𝒎 = 𝟎. 𝟎𝟑𝟒 + 𝟎. 𝟎𝟏𝟏𝟑𝒗𝒎.𝒑

Dónde: vm.p= velocidad media del pistón en m/s Previamente, si asumimos la carrera del pistón S=88 mm obtenemos: 𝑣𝑚.𝑝 =

𝑆. 𝑛 88𝑛 = = 0.0029𝑛, 𝑚/𝑠 4 (3 ∗ 10 ) (3 ∗ 104 )

Entonces: 𝑷𝒎 = 𝟎. 𝟎𝟑𝟒 + 𝟎. 𝟎𝟏𝟏𝟑 ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟗𝐧, 𝐌𝑷𝒂 n Vm.p Pm 4.2.

900 2.9 0.067

1900 11.6 0.165

4.3.

900 1.127 1.06 0.941

𝜼𝒎 =

;

𝑷𝒆 𝑷𝒊

1900 1.244 1.079 0.867

2900 1.090 0.859 0.788

3800 1.044 0.797 0.763

El Rendimiento Efectivo y el Consumo Específico Efectivo de Combustible: 𝜼𝒆 = 𝜼𝒊 . 𝜼𝒎

n i e ge

3800 18.85 0.247

La Presión Media Efectiva y el Rendimiento Mecánico: 𝑷𝒆 = 𝑷𝒊 − 𝑷𝒎

n Pi Pe m

2900 17.4 0.231

y

900 0.319 0.295 278

𝒈𝒆 =

1900 0.371 0.322 254

10

𝟑𝟔𝟎𝟎 𝑯𝒖.𝜼𝒆

2900 0.336 0.265 309

3800 0.259 0.251 326

4.4.

La Potencia Efectiva, el Torque Efectivo y el Consumo Horario de Combustible:

𝑵𝒆 =

𝑷𝒆 .𝑽𝒊 .𝒏 𝟑𝟎𝝉

N Pe Ne Me Ge

;

𝑴𝒆 =

(𝟑.𝟏𝟎𝟒 ).𝑵𝒆

900 1.06 14.098 134.694 3.919

4.5.

;

(𝝅.𝒏)

𝑮𝒆 = 𝑵𝒆 . 𝒈𝒆 . 𝟏𝟎−𝟑

1900 1.079 57.401 137.104 14.580

2900 0.859 78.548 109.153 21.181

3800 0.797 68.901 101.275 22.461

La Potencia por Unidad de Cilindrada del Motor: 𝑵𝒊 =

𝑵𝒆 𝟕𝟖. 𝟓𝟒𝟖 = = 𝟒𝟗. 𝟐𝟐 𝑲𝒘/𝒍𝒊𝒕𝒓𝒐 𝑽𝒊 𝟏. 𝟓𝟗𝟔

TABLA N° 02

N° DE PUNTO S 1

OX OB/O m.m. X 10.35

9.50

CURVA POLITRÓPICA DE COMPRESIÓN 𝑃

𝑂𝐵 1,376 (𝑀𝑋 ), 𝑝 ( ) 𝑂𝑋 mm 22.15

37.67

𝑃𝑋 , M𝑃𝑎 1.88

CURVA POLITRÓPICA DE EXPANSIÓN 𝑃

𝑂𝐵 1,253 (𝑀𝑋 ), 𝑝 ( ) 𝑂𝑋 mm 16.79

145.8

𝑃𝑋 , M𝑃𝑎 7.29 (punto

(punto c)

z)

2

11.0

8.94

20.37

34.64

1.73

15.56

135.08 6.75

3

12.6

7.81

16.92

28.73

1.44

13.14

113.95

5.70

4

17.7

5.56

10.60

18.00

0.9

8.58

74.43

3.72

5

22.1

4.45

7.80

13.26

0.66

6.49

56.36

2.82

6

29.5

3.33

5.23

8.91

0.45

4.51

39.24

1.96

7

44.2

2.23

3.01

5.11

0.26

2.73

23.65

1.18

8

58.9

1.67

2.03

3.44

0.17

1.90

16.50

0.83

9

98.35

1.00

1.00

1.7

0.099

1.00

8.68

0.43

(punto a)

11

(punto b)

DIAGRAMA INDICADO DEL MOTOR CONSTRUIDO CON MÉTODO ANALÍTICO

8

P,

7

6

5

4

3

2

1

b b

0 0

20

40

60

FIGURA 04

12

80

b ' '

100

V,120

V.

La Presión Media Indicada Teórica:

|

𝑃𝒊 =

𝐹 | 𝑀𝑃 𝐴𝐵

=

1950.08∗0.05 88

= 1,108 M𝑃𝑎

 Donde: 𝐹 | = 1950.08 𝑚𝑚2 , es la superficie del diagrama aczba en la fig.4. |

La magnitud 𝑃𝒊 = 1,108 M𝑃𝑎 , obtenida por medición planimétrica del |

diagrama indicado, es muy cercana a la magnitud 𝑃𝒊 = 1,112 M𝑃𝑎 obtenida en el cálculo térmico. El redondeamiento del diagrama indicado se realiza en base a los siguientes criterios y cálculos: Dado que el motor en estudio es lo suficientemente rápido (n=6000 r.p.m), entonces las fases de distribución de los gases es necesario establecerlos considerando la obtención de una buena limpieza de los gases de escape del cilindro y del aseguramiento de una recarga en el marco de los límites asumidos en el cálculo. En relación con esto, el inicio de la apertura de la válvula de admisión (punto 𝑟 | ) se estable con un avance de 18° antes de que el pistón llegue al punto muerto superior, y el cierre (punto 𝑎|| ) con un retardo de 60° después que el pistón pasa por el punto muerto inferior; el inicio de la apertura de la válvula de escape (punto 𝑏 | ) se asume con avance de 55° antes de que el pistón llegue al punto muerto inferior, y el cierre (punto 𝑎| ) con el retardo de 25° después que el pistón pasa por el punto muerto superior. Considerando la rapidez del motor, el ángulo de avance de encendido 𝜃 se asume igual a 35° es decir, 𝜃 = 35°, y la duración de la primera fase de la combustión o fase de formación del frente de la llama ∆𝜑1 = 5°. En correspondencia con las fases de distribución de los gases asumidos y con el ángulo de avance del encendido se determina la posición de los puntos 𝑟 | ,𝑎| , 𝑎 || ,𝑐 | , f y 𝑏 | de acuerdo a la expresión definida para el desplazamiento del pistón: AX =

𝐴𝐵

𝜆

2

[(1 − 𝐶𝑂𝑆𝜑) + 4 (1 − 𝑐𝑜𝑠2𝜑)];

𝑆

𝜆

𝑆𝑋 = 2 [(1 − 𝐶𝑂𝑆𝜑) + 4 (1 − 𝑐𝑜𝑠2𝜑)];

13

𝜆

𝑆𝑋 = 𝑅 [(1 − 𝐶𝑂𝑆𝜑) + 4 (1 − 𝑐𝑜𝑠2𝜑)];

𝑆

R=2;𝜆=

𝑅 𝐿

;

L: Longitud de la biela R: radio de la manivela 𝜆 = 0,285 Los cálculos de las ordenadas de los puntos 𝑟 | ,𝑎| , 𝑎 || ,𝑐 | , f y 𝑏 | se muestran en la tabla N°03. Donde:    

A.P.M.S. : antes del punto muerto superior; A.P.M.I. : antes del punto muerto inferior; D.P.M.S. : después del punto muerto superior; D.P.M.I.: después del punto muerto inferior.

La posición del punto 𝑐 || se determina a partir de la siguiente expresión: 𝑃𝐶 || = (1,15 ÷1,25)𝑃𝐶 = 1,25 * 1,883 = 2,354 M𝑃𝑎 𝑃 || 𝐶 𝑀𝑝

=

2,354 0,05

= 47,08 mm

La presión real de la combustión: 𝑃𝑍∗𝑟 = 0.85 𝑃𝑍 = 0.85 ∗ 7.29 = 6.20 𝑀𝑃𝑎 𝑃𝑍∗𝑟 6.20 = = 124 𝑚𝑚 𝑀𝑝 0.05 El crecimiento de la presión desde el punto 𝑐 || hasta 𝑍𝑟 constituye: 6.20 – 2,354 = 3,846 𝑀𝑃𝑎 ; ó 3,846 / 12 = 0.32 𝑀𝑃𝑎 / G. G. C. Donde: G. G. C.: grado de giro del cigüeñal; 12°: es la posición del punto 𝑍𝑟 (para la simplificación de los cálculos posteriores se puede asumir que la presión máxima real 𝑃𝑍𝑟 se alcanza 10°despues del punto muerto superior, cuando el cigüeñal gira a 370°).

14

Uniendo con curvas continuas, los puntos r con 𝑎| ,𝑐 | con 𝑐 || y con 𝑍𝑟 con la curva de expansión, 𝑏 | con 𝑏 || (el punto 𝑏 || se ubica comúnmente entre los puntos b y a) y con la línea de escape 𝑏 || 𝑟 | r, se obtiene el diagrama indicado real redondeada r 𝑎| a 𝑐 | f 𝑐 || 𝑍𝑟 𝑏 | 𝑏 || r.

TABLA N° 03 PUNTOS POSICION DEL DE LOS DIAGRAMA PUNTOS INDICADO 18° A.P.M.S. 25° D.P.M.S. 60° D.P.M.I. 35° A.P.M.S. 30° A.P.M.S. 55° A.P.M.I.

𝑟| 𝑎| 𝑎|| 𝑐| f 𝑏 ||

VI.

(1 − 𝑐𝑜𝑠𝜑) +

𝜑°

𝜆 4

(1 −

cos2 𝜑)

DISTANCIA DE LOS PUNTOS, DESDE EL P.M.S. (Ax), m.m

18

0.0655

2.6

25

0.1223

4.8

120

1.6069

62.5

35

0.2313

9.0

30

0.1697

6.6

125

1.6667

65.0

BALANCE TERMOENERGÉTICO DEL MOTOR: 6.1.

La cantidad total de calor introducida al motor con el combustible: 𝑄0 =

𝐻𝑢∗ 𝐺𝐶 3,6

=

43930𝐺𝐶 3,6

= 12203𝐺𝐶

n

900

1900

2900

3800

𝐺𝐶

3.919

14.580

21.181

22.461Kg/h

𝑄0

47823.56

177919.74

258471.74

274091.58 J/s

15

6.2.

El Calor Equivalente al Trabajo Efectivo por Segundo: 𝑄𝑒 = 1000𝑁𝑒

n 𝑄𝑒 6.3.

900 14098

1900 57401

2900 78548

3800 68901 J/s

El Calor Transferido al Medio Refrigerante: 𝑄𝑟𝑒𝑓 = 𝐶 ∗ 𝑖 ∗ 𝐷1+2 𝑚 ∗ 𝑛𝑚 ∗

(𝐻𝑢 − Δ 𝐻𝑢) (𝛼 𝐻𝑢)

Donde: C = 0,45 ÷ 0,53 coeficiente de proporcionalidad para los motores de cuatro tiempos. En el cálculo se ha asumido c = 0,5. i: es el número de cilindros del motor. D: diámetro del cilindro, en cm. n: frecuencia rotacional del cigüeñal, en r.p.m. m= 0,6 ÷ 0,7 índice exponencial para los motores de cuatro tiempos. En el cálculo se ha asumido n = 1000 r.p.m.; m = 0,6 y en todos los demás regímenes de velocidad m = 0,65 Para n = 900 r.p.m.: 𝑄𝑟𝑒𝑓

0,5 ∗ 4 ∗ 7,6(1+2∗0,6) ∗ 10000,60 ∗ (43930 − 8665.188) = = 10207 𝐽/𝑠 (0,86 ∗ 43930)

Para n = 1900 r.p.m.: 𝑄𝑟𝑒𝑓 =

0,5 ∗ 4 ∗ 7,6(1+2∗0,65) ∗ 40000,65 ∗ (43930 − 2475.76) = 45791 𝐽/𝑠 (0,96 ∗ 43930)

Para n = 2900 r.p.m.: 𝑄𝑟𝑒𝑓

0,5 ∗ 4 ∗ 7,6(1+2∗0,65) ∗ 60000,65 ∗ (43930 − 2475.76) = = 59599 𝐽/𝑠 (0,96 ∗ 43930)

Para n = 3800 r.p.m.: 𝑄𝑟𝑒𝑓 =

0,5 ∗ 4 ∗ 7,6(1+2∗0,65) ∗ 65000,65 ∗ (43930 − 2475.76) = 62781 𝐽/𝑠 (0,96 ∗ 43930) 16

FIGURA 05 120

100

80

60

40

20

0 0

2000

4000

6000

8000

DEPENDENCIA DE LOS COMPONENTES DEL BALANCE TERMOENERGÉTICO DEL MOTOR EN FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA ROTACIONAL DEL CIGÜEÑAL DEL MOTOR

VII.

MATERIAL Y MÉTODO  MATERIALES: Libros especializados, PC (software: Excel, Word, etc.)  MÉTODO: El Método empleado en el Proyecto de Investigación fue el Analítico, debido a que es el que se hizo en el desarrollo del curso y es uno de los mejores Métodos para analizar el comportamiento Termo energético de un motor de combustión interna, en nuestro caso un motor petrolero.

17

VIII. CALCULOS, RESULTADOS Y DISCUSIÓN  Se determinó que el motor presenta una eficiencia volumétrica es decir una calidad de llenado con carga fresca a los cilindros del motor, que es máxima a 4000 RPM (𝜂𝑣 =0.923), esto se debe a que en este régimen el movimiento de apertura de las válvulas de admisión es el óptimo para este tipo de motor petrolero, lo que quiere decir adicionalmente que en este régimen el motor aprovecha al máximo la energía calorífica en la cámara de combustión para convertirla en trabajo mecánico toda vez que también en este régimen (4000 RPM) el motor también alcanza su máximo rendimiento indicado (𝜂𝑖 =0.371) y su máximo torque (𝑀𝑒 =137.104).  El menor rendimiento volumétrico o calidad de llenado con carga fresca (𝜂𝑣 ) al motor disminuye considerablemente en los regímenes de baja y alta velocidad: 𝜂𝑣 = 0.869 a 1000 RPM y 𝜂𝑣 = 0.811 a 6500 RPM respectivamente.  El calor desprendido en la cámara de combustión del motor adquiere un valor máximo a 𝑄𝑒 = 78548 𝐽/𝑆 a 6000 RPM, esto se debe a que en este régimen el motor está operando con una composición de la mezcla cercanas a la estequiométrica, (𝛼 = 0.96) y a medida que las mezclas se van enriqueciendo más, el calor disponible 𝑄𝑒 apara ser transformado en trabajo efectivo va disminuyendo gradualmente. Sin embargo se puede observar que esta disminución es más expresiva a bajas velocidades que a altas velocidades, ya que a bajas velocidades el motor trabaja con mezclas mejor enriquecidas que a gran velocidad.

18

IX.

NEXOS: 10.1. GRÁFICOS DE PARÁMETROS PARÁMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR:

POTENCIA EFECTIVA 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLE 350 300 250 200

150 100 50 0 0

1000

2000

3000

19

4000

5000

6000

7000

TORQUE EFECTIVO 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

COMPOSICIÓN DE LA MEZCLA 0.98 0.96 0.94 0.92 0.9 0.88 0.86 0.84 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

6000

7000

EFICIENCIA VOLUMÉTRICA 0.93 0.92 0.91 0.9 0.89 0.88 0.87 0.86 0

1000

2000

3000

20

4000

5000

CONSUMO HORARIO DE COMBUSTIBLE 25

20

15

10

5

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

6000

7000

PARÁMETROS INDICADOS DEL MOTOR:

PRESIÓN MEDIA INDICADA 1.3 1.25 1.2 1.15

1.1 1.05 1 0

1000

2000

3000

21

4000

5000

CONSUMO ESPECÍFICO INDICADO 350 300 250 200

150 100 50 0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

RENDIMIENTO INDICADO 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

1000

2000

3000

22

4000

5000

6000

7000

PARAMETROS DE BALANCE ENERGÉTICO DEL MOTOR:

CANTIDAD TOTAL DE CALOR (Qo) 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

6000

7000

CALOR EQUIVALENTE(Qe) 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000

10000 0 0

1000

2000

3000

23

4000

5000

CALOR TRANSFERIDO AL MEDIO REFRIGERANTE(Qref) 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

CALOR LLEVADO POR LOS GASES DE ESCAPE(Qg.e) 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

CALOR CEDIDO DEBIDO A COMB. INCOMPLETA(Qc.i) 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0

1000

2000

3000

24

4000

5000

6000

7000

PERDIDAS DE CALOR RESIDUAL(Qres) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 0

1000

2000

3000

25

4000

5000

6000

7000

TABLAS USADAS.

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