Download - Diseño de Motor Diesel
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFACULTAD:ING.ELECTRICA,MECANICA Y ELECTRONICA
CARRERA PROFESIONAL:ING.MECANICA
CURSO:MOTORES DE COMBUSTION INTERNADOC. Ing. Alfonso Huaman Valencia
ALUMNO: Tunque Valderrama George GaryCODIGO: 0604..
DISEÑO DE UN MOTOR Diesel
POTENCIA: 238.624 Kw = 320 HpVELOCIDAD 2200 rpm
COMPOSICION GRAVIMETRICA DEL COMBUSTIBLE(PETROLEO)CARBONO 0.87 Hu= 42.5 Mj/KgHIDROGENO 0.126OXIGENO 0.004
COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE
1.25 asumido
AIRE TEORICO NECESARIO Kg aire/Kg combustible
14.45217391304
AIRE TEORICO NECESARIO Kmol aire/Kmol combustible
0.494642857143
lo=1
0 .23 ( 83C+8H−Oc)
Lo=1
0 . 21 ( C12+ H
4−Oc32 )
lo
α
LO
29.21739130435
COMBUSTION COMPLETA Y PRODUCTOS DE LA COMBUSTIONEn los motores diesel:
0.618303571429 Kmol
0.0725
19.065217390.063
0.02596875 Coeficiente de variacion molecular teorico:
0.488459821 1.0511480144
0.649928571 CANTIDAD TOTAL DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTION
μ=loLo
M 1=α∗LO
M 2=M co2+M H
2O+MO
2+MN
2
MCO2=C
12(Kmol )
MO2=0 .21 (α−1 )LO
M H2O=H2
M N2=0 . 79αLO
M 20=C12
+H2
+0 . 79LO
μa
M 1
M 2
μ0=M 2
M 1
G2=113C+9H+0 .23 (α−1) l0+0 . 77α∗l0=
0.526267857 INSUFICIENCIA DE OXIGENO
0.123660714
0.809731839 FRACCION VOLUMETRICA
0.190268161
1
PROCESO DE ADMISION
PRESION EN EL CILINDRO EN EL PROCESO DE ADMISION
0.068 PRESION ATMOSFERICA(Respecto al Cusco)
0.0952 Mpa PRESION AL SALIR DEL TURBO-COMPRESOR1.4 Relacion de elevacion de Presion
K = 1.4
0.6 Eficiencia del Turbo-compresor288 ºK TEMPERATURA ATMOSFERICA
336.435644954 ºK TEMPERATURA TURBO-COMPRESOR
284.556547619 0.8297511095 Kg/m^3
0.9944120142 Kg/m^3
M 20=C12
+H2
+0 . 79LO
M 2 α=LO (α−1 )
ro=M 20
M 2
rα=(α−1 )LOM 2
rα+ro
Po
Ra=8314μa
ρ0=P0
RaT 0
∗106
T 0=
100 m/s velocidad del aire en el multiple de admision
2.5 β :Suma del Factor de Amortiguamiento de la Carga Fresca
:Coeficiente de Amortiguamiento de la Carga Fresca
PRESION AL FINAL DE LA ADMISION PERDIDAS HIDRAULICAS EN EL MULTIPLE DE ADMISION:
0.08276985 0.0124301502 =
GASES RESIDUALES Y COEFICIENTE DE GASES RESIDUALES
0.0196895811
COEFICIENTE DE LOS GASES RESIDUALES
0.03184452098 COEFICIENTE DE GASES RESIDUALES
336.435645 K
TEMPERATURA DE CALENTAMIENTO20
TEMPERATURA DE GASES RESIDUALES900 °K Temperatura de los gases residuales, asumir entre 700 y 900 °K
PRESION DE LOS GASES RESIDUALES
εad
ºk Temperatura de calentamiento de la carga varia de 0 - 20 °K
Pa=P0−ΔPa=
γ r=M r
M 1
⇒M r=γr⋅M 1
γ r=T 0+ΔTT r
×Pr
ε⋅Pa−Pr
T r=
ΔT=
Pr= (1 .1−1 .25 )PPr=
γ r=
wad=
( β2+εad )=
ΔPa=( β2+ε ad )w
2ad
2ρ0∗10−6
0.10472
RELACION DE COMPRESION 17
TEMPERATURAS EN LA ADMISION
TEMPERATURA DESPUES DE LA COMPRESION
LA TEMPERATURA AL FINAL DE LA ADMISION SERA:
373.2109887 K 100.21098868 C
COEFICIENTE DE LLENADO O DE RENDIMIENTO VOLUMETRICO0.85 Coeficiente de llenado
0.685987814
PROCESO DE COMPRESIONLA ECUACION EN TERMINOS DE LA TEMPERATURA ES:
Mpa Presion de los gases residuales Pr=
ε=
T a=TO+ΔT+γ rT r
1+γ r
nv=ϕ1ε
( ε−1 )PaP0
T0
T a (1+γ r )
ϕ1 (0 .8−0 . 9 )
q1 (U c−U a)+q2 (U c} } } - U rSub { size 8{a} rSup { size 8{)−
Rn1−1
(T c−T a)=0
DONDE:
0.975010263659
0.024989736341
BUSCANDO VALORES EN LA COMPRESIONpara motores sobrealimentados
1.33
HALLANDO LA TEMPERATURA DE COMPRESION677.6104114 ºC
INTERPOLANDO LOS VALORES DE LA TABLA 2 OBTENEMOS:Ua (KJ/Kmol)Ta= 100.210988677 CTa( C ) Ua
100 2015100.2109887 Ua Ua= 2019.5995532 energia interna de los gases
200 4195INTERPOLANDO DE LA TABLA 4 OBTENEMOS U"a(KJ/Kmol)
1 (para aceite diesel)Ta( C ) U"a
100 2252100.2109887 U"a U"a= 2256.9046428
200 4576.6energia interna de los productos de combustion
HALLAMOS Uc y U"c Tc= 677.6104113804 C
INTERPOLANDO LOS VALORES DE LA TABLA 2 OBTENEMOS UcTc( C ) Uc
600 13255677.6104114 Uc Uc= 15140.156892
q1=1+γr rα1+γ r
q2=r0γ r1+γr
n1 (1.32−1.38 )
n1=
T c=T aεn1−1
−273
α=
700 15684INTERPOLANDO LOS VALORES DE LA TABLA 4 OBTENEMOS U"c
Tc( C ) U"c600 14750
677.6104114 U"c U"c= 16894.375666700 17513
TENIENDO TODO LOS VALORES REEMPLAZAMOS EN LA ECUACION:
PARA n(1)= 1.33 R= 8.314Tc( C )= 677.6104114 CTa( C )= 100.2109887 C
B= -1388.501449389PARA UN VALOR DE :
n(1)= 1.38822.2796346 C
INTERPOLANDO CON LOS VALORES DE LA TABLA 2 OBTENEMOS Uc:Tc( C ) Uc
800 18171822.2796346 Uc Uc= 18736.234331
900 20708
INTERPOLANDO CON LOS VALORES DE LA TABLA 4, SE OBTIENE U"cTc( C ) U"c
800 20309822.2796346 U"c U"c= 20966.472018
900 23260
REEMPLAZANDO EN LA ECUACION:
q1 (U c−U a)+q2 (U c} } } - U rSub { size 8{a} rSup { size 8{)−
Rn1−1
(T c−T a)=0
T c=T aεn1−1
−273
q1 (U c−U a)+q2 (U c} } } - U rSub { size 8{a} rSup { size 8{)−
Rn1−1
(T c−T a)=0
PARA n( 1 ) = 1.38Uc= 18736.23433U"c= 20966.47202
B= 968.3357364287
SE TIENEN 2 VALORES DE B, INTERPOLAMOS PARA HALLAR EL VERDADERO VALOR DE n(1):B n(1)-1388.50145 1.33
0 n(1) n(1)= 1.359456881 1968.3357364 1.38
LA PRESION AL FINAL DE LA COMPRESION ES:
3.895959379 Mpa
LA TEMPERATURA AL FINAL DE LA COMPRESION ES:
1033.350738 K
PROCESO DE COMBUSTIONLA ECUACION EN TERMINOS DE q1 Y q2 ES LA SIGUIENTE PAARA MOTORES GLP
GRADO DE ELEVACION DE PRESIONES2
HALLANDO LA PRESION EN EL PUNTO z:
Pz= 7.791918758
q1 (U c−U a)+q2 (U c} } } - U rSub { size 8{a} rSup { size 8{)−
Rn1−1
(T c−T a)=0
Pc=Pa εn1
T c=T aεn1−1
ξzHu
M 1(1+γ r )+q1U c+q2U rSub { size 8{c} } +RλT rSub { size 8{c} } =μ rSub { size 8{r} } \( U rSub { size 8{z} } r rSub { size 8{α} } +U z r0+RT z )
λ=PzPc
λ (1. 4−3 )=
μr=M 2+M r
M 1+M r
=M 2+γ rM r
M 1 (1+γ r )=μ0+γr1+γ r
01.05016037762
ENERGIA INTERNA DEL AIRE Y DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTION Uc y U"c: Tc( C )= 1033.350737923 K 760.35073792 C
HALLANDO Uc INTERPÓLANDO DE LA TABLA 2:Tc( C ) Uc
700 15684760.3507379 Uc Uc= 17184.922852
800 18171HALLANDO U"c INTERPOLANDO DE LA TABLA 4:
Tc( C ) U"c700 17513
760.3507379 U"c U"c= 19200.406632800 20309
COEFICIENTE DE APROVECHAMIENTO DE CALOR 0.75
PODER CALORFICO DEL COMBUSTIBLE Hu: Hu= 42.5 MJ/Kg
HALLANDO A DE LA ECUACION:
A= 34467.806682 Fraccion de calor que no se desprende (KJ/Kmol)
ASUMIMOS EL VALOR DE Tz PARA HALLAR EL VALOR DE Uz y U"z :Tz= 1700 CUz= 42203U"z= 48358
ENTONCES HALLAMOS EL VALOR DE B CON LA ECUACION:
μr=M 2+M r
M 1+M r
=M 2+γ rM r
M 1 (1+γ r )=μ0+γr1+γ r
μr=
ξz (0 . 65−0. 8 )=
ξzHu
M 1(1+γ r )+q1Uc+q2U c+Rλ ital Tc=A} {¿
B= 64396.568908
OBSERVAMOS QUE B>A POR LO TANTO ASUMIMOS UN NUEVO VALOR DE Tz:Tz= 1600 CUz= 39444U"z= 45008
B= 60123.5172469
Tz SE ENCUENTRA ENTRE 1600 Y 1700,ENTONCES INTERPOLANDO SE TIENE:B Tz34467.80668 Tz60123.51725 1600 Tz= 999.59278289 C64396.56891 1700 Tz= 1272.5927829 K 1
HALLANDO EL GRADO DE EXPANSION:
0.646647100732
PROCESO DE EXPANSIÓN
BALANCE DE ENERGIA ENTRE z-b:
ESPECIFICANDO:
PARA (M2-Mr) KILOMOLES DE GASES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO:
μr (U zrα+U rSub { size 8{z} } r rSub { size 8{o} } + ital RT rSub { size 8{z} } \) =B} { ¿
ρ=μrT zλT c
Q zb=Ub−U z+Lzb
Q zb=Hu (ξz−ξb )
(ξb−ξ z )Hu
M 1( μ0+γ r )= Rn2−1
(T z−T b )−rα (U z−U b )−r0 (U rSub { size 8{z} } - Ub )
GRADO DE EXPANSION POSTERIOR
26.28945522336
EXPONENTE POLITROPICO DE EXPANSION
1.18COEFICIENTE DE APROVECHAMIENTO DE CALOR
0.85
CALCULANDO A:A= 7.444107535884
HALLAMOS Uz y U"z PARA Tz VERDADEROinterpolando de la tabla 2 para Uz: Tz Uz
900 20708999.5927829 Uz Uz= 23969.66364
1000 23983interpolando de la tabla 4 para U"z: Tz U"z
900 23260
(ξb−ξ z )Hu
M 1( μ0+γ r )= Rn2−1
(T z−T b )−rα (U z−U b )−r0 (U rSub { size 8{z} } - Ub )
( ξb−ξz )H u
M 1( μ0−γr )=A
B=R
n2−1(T z−T b )−rΔ (U z−U b )−r 0(U rSub { size 8{z} } - Ub )
δ=ερ
n2 (1. 18−1. 28 )=
ξb (0 .82−0 .92)=
999.5927829 U"z U"z= 26214.1211261000 26226.2
HALLAMOS Tb:
706.5270118 K = 433.52701177 ºC
CON Tb HALLAMOS Ub y U"b:hallando Ub de la tabla 2: Tb( C ) Ub
400 8591433.5270118 Ub Ub= 9361.7860007
500 10890
hallando U"b de la tabla 4: Tb( C ) U"b
400 9483433.5270118 U"b U"b= 10351.684875
500 12074
HALLANDO B DE LA ECUACION:tenemos: B= 10522.21531522COMO B ES DIFERENTE DE A SE ASUME UN NUEVO n2: n2= 1.23CALCULAMOS UN NUEVO Tb:
599.9840303534 K 326.98403035 C
CALCULANDO NUEVOS VALORES DE Ub y U"b:hallando Ub de la tabla 2: Tb( C ) Ub
300 6364326.9840304 Ub Ub= 6964.934356
T b=T z1
δn2−1
T b=T z1
εn2−1
400 8591
hallando U"b de la tabla 4: Tb( C ) U"b
300 6992326.9840304 U"b U"b= 7665.5483817
400 9488.1
CALCULAMOS EL NUEVO VALOR DE B:
B= 6058.515723479
INTERPOLANDO VALORES PARA HALLAR EL VERDADERO n2: B Tb6058.515723 599.98403035347.444107536 Tb Tb= 455.55244451 K 182.55244451 C10522.21532 706.5270117741 1
CALCULANDO n2: Tb n2706.5270118 1.18455.5524445 n2 n2= 1.2977809012 1599.9840304 1.23
CALCULAMOS Pb(VERDADERO):
0.111964150356Pb=Pz1
δn2
PARAMETROS INDICADOS
PRESION MEDIA INDICADA PARA DIESEL
ג 7.791918758ε = 17
Pi(cal)= 3.499099082087 Mpa n2= 1.297780901n1= 1.359456881
PRESION MEDIA INDICADA REAL Pa = 0.08276985coeficiente de redondeo
0.94
3.289153137
POTENCIA INDICADA4 (para motores de cuatro tiempos)
i= 8 Nro de cilindros
0.494650675 (cilindrada en ltr.)
CONSUMO ESPECIFICO INDICADO DE COMBUSTIBLE:
gi=3600ρ0ηvαl0Pi
g /Kw .h
(Pi )cal=Paεn1
ε−1 [λ ( ρ−1 )+ λρn2−1 (1− 1
δn2−1 )− 1
n1−1 (1− 1
εn1−1 )]=Mpa
Pi=ϕi(Pi )cal(Mpa )
ϕ (0 . 92−0. 95 )
N i=Pi⋅i⋅V h⋅n30⋅τ
τ
V h=30⋅τ⋅N i
Pi⋅i⋅n
284.5565476
ENTONCES: 0.9944120142
POR TANTO:
gi= 41.32929321548
RENDIMIENTO INDICADO
2.049536195
PARAMETROS EFECTIVOSHALLANDO LA PRESION MEDIA DE PERDIDAS MECANICAS Pm :
10
VALORES DE LOS COEFICIENTES A y B (PARA CAMARA DE COMBUSTION NO SEPARADA): A= 0.105 B= 0.012
ENTONCES: Pm= 0.002142
PRESION MEDIA EFECTIVA DEL CICLO Pe:
3.287011137162 Mpa
gi=3600ρ0ηvαl0Pi
g /Kw .h
Ra=8 . 314μa
ρ0=P0
RaT 0
∗106 Kg /m3
ηi=3.6 (103 )Hu gi
Pm=0 .1(A+BVp)P0 [Mpa ]V p<10m /seg
Pe=Pi−Pm
POTENCIA EFECTIVA (Kw):
238.4686005 Kw 858.48696196 MJ/Kg
POTENCIA DE PERDIDAS MECANICAS:
0.155399456 Kw
EFICIENCIA MECANICA
0.99934876854
EFICIENCIA EFECTIVA:
2.048201472407
CONSUMO ESPECIFICO EFECTIVO DE COMBUSTIBLE (g/Kw-h)
41.35622569072
CONSUMO HORARIO DE COMBUSTIBLE(Kg/h):
84.70588235294
CONSUMO HORARIO DE AIRE(Kg/h):
1530.230179028Gc:cantidad masica real de combustible:
DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR
CILINDRADA TOTAL DEL MOTOR:
Nm=N i−Ne(Kw )
Ga=αl0Gc
Ne=N i[ PePi ]
ηm=N e
N i
ηe=ηi⋅ηm
ge=g iηm
Gc=ge⋅N e
3.957205397
VOLUMEN DEL TRABAJO DE UN CILINDRO:
0.494650675 ltr 494650.67461 mm3
RELACION S/D>1 PARA MOTORES LENTOS:
1.1
DIAMETRO DEL CILINDRO:
83.0370751 mm
CARRERA DEL PISTON:
91.34078261 mm
EL NUEVO VALOR DE Vh ES:
494650.6746 mm3
LA VELOCIDAD MEDIA DEL PISTON RESULTARA:
6698.324058 mm/seg
iV h=30Ne τ
Penltr
V h=30Ne τ
Peniltr
S/D=J
D=3√ 4V hπJ
(mm )
S=4V hπD2
(mm)
V h=π4D2 S (ltr )
V p=Sn30m / seg
:Suma del Factor de Amortiguamiento de la Carga Fresca
:Coeficiente de Amortiguamiento de la Carga Fresca
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