informe prÁctica 2. motor diesel
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UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
MOTOR DIESEL
Realizado por: Revisado por:
España, Haron C.I.: 18.848.613 Prof. Johnny Martínez
Ramírez, Karina C.I.: 18.455.634
Sección 02
Barcelona, Mayo de 2011
MOTOR DIESEL
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
RESUMEN
Para el cumplimiento de ésta práctica se estudió de un motor Diesel marca
SENDLING-KAISER, primeramente se inició el arranque del motor de forma
manual por medio de una manivela con el fin de vencer la inercia del motor y
se dejó encendido un tiempo determinado de calentamiento. Se colocaron
dos termómetros en la parte trasera del motor Diesel para medir la
temperatura de entrada y salida respectivamente del agua. En el banco de
prueba se tomó la temperatura de los gases de escape, la lectura del caudal
y se fue variando la intensidad de corriente al aumentar la carga por medio
de reóstatos con el propósito de observar como cambian los distintos
parámetros y estudiar la influencia que tienen sobre la eficiencia del motor.
2II
MOTOR DIESEL
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
CONTENIDO
RESUMEN………………………………………………………………………….... II
CONTENIDO…………………………………………………………………………. III
1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………. 4
2. OBJETIVOS………………………………………………………………….. 11
3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS………………………………… 12
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL……………………………………... 13
5. RESULTADOS………………………………………………………………. 14
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS……………………………………………… 18
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………….. 23
8. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………. 25
9. APÉNDICE…………………………………………………………………… 26
APÉNDICE A: Muestra de cálculos……………………………………….. 26
APÉNDICE B: Asignación…………………………………………………. 31
APÉNDICE C: Anexos……………………………………………………… 42
3III
MOTOR DIESEL
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
1. INTRODUCCIÓN
1.1 Motor Diesel
El motor de combustión interna es una máquina térmica en la cual se obtiene
trabajo mediante la combustión de una determinada cantidad de combustible
en el interior de sus cilindros. Un motor diesel es una máquina de combustión
interna que usa combustible inyectado de forma pulverizada dentro de los
cilindros, los cuales contienen aire comprimido a una presión y temperatura
relativamente altas. La temperatura del aire debe ser lo suficientemente alta
como para permitir la ignición de las partículas del combustible inyectado.
Ningún otro medio es empleado para producir la ignición. Debido al método
de ignición usado, los motores diesel son a menudo llamados motores de
ignición por compresión, y al igual que el motor de gasolina o de explosión
trabaja por lo general en un ciclo de cuatro tiempos (admisión, compresión,
explosión y escape). Este motor requiere de una relación de compresión más
alta para realizar la combustión, esto debido a que como el gasoil es más
denso utiliza más cantidad de aire para quemarse. [1]
.
1.2 Funcionamiento de un motor Diesel
Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del
combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una
cámara (o precámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que
contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de
autocombustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina.
Ésta es la llamada autoinflamación. [2]
La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la
presión que se produce en el segundo tiempo del motor, la compresión. El
combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de combustión a
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MOTOR DIESEL
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
gran presión desde unos orificios muy pequeños que presenta el inyector de
forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión
(entre 700 y 900 °C). Como resultado, la mezcla se inflama muy
rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara
se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. [2]
Esta expansión, al revés de lo que ocurre con el motor de gasolina, se
hace a presión constante ya que continúa durante la carrera de trabajo o de
expansión. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar,
transformando el movimiento rectilíneo alternativo del pistón en un
movimiento de rotación. [2]
Para que se produzca la autoinflamación es necesario alcanzar la
temperatura de inflamación espontánea del gasóleo. En frío es necesario
pre-calentar el gasóleo o emplear combustibles más pesados que los
empleados en el motor de gasolina, empleándose la fracción de destilación
del petróleo fluctuando entre los 220 °C y 350 °C, que recibe la
denominación de gasóleo o gasoil en inglés. [2]
1.3 Ciclo de cuatro carreras de un motor Diesel
El ciclo del motor diésel lento (en contraposición al ciclo rápido, más
aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del
diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de
renovado de la masa y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona
es un gas perfecto, en general aire. [3]
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MOTOR DIESEL
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Compresión, proceso 1-2
Es un proceso de compresión adiabática reversible (isentrópica). Viene a
simbolizar el proceso de compresión de la masa fresca en el motor real, en el
que en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su
carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. [3]
Combustión, proceso 2-3
En esta idealización, se simplifica por un proceso isóbaro. Sin embargo,
la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del punto
muerto superior (PMS) (en general un poco antes de alcanzarlo debido a
problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos). [3]
Expansión, proceso 3-4
Se simplifica por una expansión isentrópica del fluido termodinámico,
hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la
realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado
termodinámico de los gases tras la combustión. [3]
Última etapa, proceso 4-1
Esta etapa es un proceso isocórico (escape). Desde la presión final de
expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de
cualquier significado físico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder
cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas
las idealizaciones realizadas, insisten en dar un siginificado físico a esta
etapa, y la asocian. [3]
El diagrama de ciclo ideal que opera un motor Diesel se puede observar en
la figura C-2 del apéndice C
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1.4 Ventajas de un motor diesel
Mejor economía de combustible, y un mantenimiento más fácil son sólo
algunos de los atributos de ser dueño de
vehículos con motor diesel. [4]
Un motor diesel puede ser ajustado para dar más poder sin perjudicar la
economía de combustible. [4]
Los motores diesel utilizan la compresión de aire para crear la
combustión, esto significa que los motores diesel no requieren bujías y
por lo tanto no necesitan ser ajustadas. [4]
Los motores diesel son más baratos de mantener, tienen menos piezas
que el de gasolina. [4]
La vida de un motor diesel es también mucho más prolongada. [4]
1.5Desventajas del motor diesel
El costo inicial de un motor Diesel es mayor que el de uno de gasolina de
tamaño similar. Sin embargo, el ahorro sustancial en los costos de
funcionamiento compensa este desajuste. [5]
Los motores diesel tienden a ser más caros que los de gasolina. [5]
Debido a su peso y su tasa de compresión, suelen tener un rango de
RPM más bajo que los de gasolina. Esto hace que los diesel sean más
lentos en términos de aceleración. [5]
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Los motores diesel tienen que inyectar el combustible, y en el pasado los
inyectores de este tipo eran más caros y menos fiables. [5]
Los motores diesel tiene tendencia a producir más humos y olores. [5]
Lo diesel son más difíciles de arrancar en temperaturas frías. [5]
Los motores diesel hacen más ruido y tienden a vibrar. [5]
1.6Potencia efectiva.
Es la obtenida por la transformación de la energía eléctrica a energía
mecánica tomando en consideración las pérdidas por fricción (correa) y las
perdidas eléctricas (alternador).
cos3 IVP Ec. (1.1)
Donde:
V: Voltaje generado (V)
I: Intensidad de corriente (A)
: Ángulo de fase
P: Potencia eléctrica (kw)
NaNc
PPe
Ec. (1.2)
Donde:
Nc: Rendimiento de la correa
Na: Rendimiento del alternador
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1.7 Consumo horario de combustible.
Es la cantidad de combustible necesario para la producción de potencia,
la cual es la medida en la maquina durante la práctica, también sirve para
calcular el consumo especifico de combustible. El método consiste en hacer
pasar combustible por una bureta calibrada de 100 ml de capacidad y que va
conectada al motor, se toma el tiempo en que el combustible queda
completamente desalojado de la bureta.
T
VcQc
Ec. (1.3)
Donde:
Qc: Consumo horario de combustible (L/h)
Vc: Volumen de la bureta (L)
T: Tiempo de desalojo (h)
1.8 Consumo especifico de combustible.
Parámetro que muestra que tanta eficiencia convierte un motor el
combustible en trabajo. Por cada cantidad aire suministrado en el motor
debe suministrarse una cantidad proporcional de combustible. Como el
consumo de combustible en Kg/h, es proporcional al consumo de aire,
asumiendo perdidas de calor constante, será proporcional a la potencia
desarrollada en el embolo del motor.
Pe
McCec
Ec. (1.4)
QcMc Ec. (1.5)
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1.9 Rata calorífica de combustible
Es el cambio de energía interna por el consumo másico de combustible.
HiMcQcomb Ec. (1.6)
Donde:
Qcomb: Rata calorífica de combustible (Kw)
Mc: Consumo másico de combustible (Kg/s)
Hi: Cambio de energía interna (KJ/Kg)
1.10 Eficiencia térmica.
Es la fracción de calor que es suministrada a un ciclo termodinámico es
convertida en trabajo.
Qcomb
PeNt
Ec. (1.7)
Donde:
Nt: Eficiencia térmica
Pe: Potencia efectiva (Kw)
Qcomb: Rata calorífica de combustible
1.11 Reostatos
Un reóstato es un componente eléctrico que tiene una resistencia
ajustable. Es un tipo de potenciómetro que tiene dos terminales en lugar de
tres. Los dos tipos principales de reóstato son los rotativos y deslizante. El
símbolo de un reóstato es un símbolo de resistencia con una flecha en
diagonal a través de ella. Se utilizan en muchas aplicaciones diferentes, de
reguladores de luz a los controladores de motor en las grandes máquinas
industriales. [6]
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2. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
El estudiante al finalizar la practica debe saber determinar las curvas de
funcionamiento del motor diesel (manteniendo la velocidad constante y
variando la carga) y realizar un balance térmico de la unidad.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Explicar el principio de funcionamiento de un motor Diesel.
Mencionar las ventajas que tiene el motor Diesel sobre otros motores
de combustión interna.
Conocer y explicar cómo influyen los distintos parámetros propios del
motor en sus curvas características.
Elaborar un procedimiento para la evaluación experimental de los
parámetros característicos del motor.
Conocer y operar el equipo experimental de motor Diesel del
laboratorio
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3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
Motor Diesel:Marca: SENDLING – KAISER
Serial: 111691 Potencia máxima: 15 HP
Velocidad de rotación del eje: 1200 RPM
Banco de Prueba:- Termómetros:
Apreciación: 1 º C
- Amperímetros:
Apreciación: 2 A
- Voltímetro:
Apreciación: 10 V
Cronómetro:Apreciación: 0,01 Seg
Termómetros (2)Ubicación: Motor Diesel
Capacidad: 50 º C
Apreciación: 1 º C
Resistencias:Marca: RUHSTRAT GÖTTINGEN
Serial: 5440-8
Corriente: 240 v
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Intensidad de corriente: 0,5 – 60
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Colocar los termómetros a la entrada y a la salida del motor Diesel.
2. Abrir las válvulas de admisión de agua y combustible.
3. Abrir la válvula de escape y girar la manivela para encender el motor.
4. Aguardar unos minutos hasta que el sistema se estabilice y poder leer
los termómetros con una temperatura más estable
5. Iniciar el conteo de tiempo cuando combustible circule por la primera
marca de bureta calibrada.
6. Detener el conteo una vez que se pase por la segunda marca de
bureta calibrada.
7. Anotar valores de temperaturas a la entrada, salida del motor y de
gases de escape.
8. Realizar los pasos 5, 6 y 7 para distintas cargas.
9. Abrir la válvula de descarga para que dejara de funcionar el motor.
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5. RESULTADOS
Tabla 5.1. Consumo horario de combustible, Potencia producida por el grupo,
Rata calorífica de combustible, Potencia indicada al freno y Eficiencia global
para cada carga.
Numero de Carga
Consumo Horario de
Combustible (Kg/h)
Potencia producida
por el grupo (KW)
Rata Calorífica de Combustible
(KW)
Potencia Indicada al
Freno (KW)
Eficiencia Global
(%)
1 2,1702 0 25,7409 0 02 2,448 2,8059 29,036 3,3684 9,663 2,5082 3,9283 29,7500 4,7158 13,204 2,6842 5,0506 31,8379 6,0631 15,865 2,8868 6,1730 34,2406 7,4106 18,03
Tabla 5.2.Torque, Potencia en el eje del motor y Consumo especifico de
combustible para cada carga.
Numero de
Carga
Torque
(N*m)
Potencia en
el eje del
motor
(kW)
Consumo
Específico de
Combustible
(Kg/KW*h)
1 0 0 Indeterminado
2 26,8355 32,2026 0,7267
3 37,5701 45,084 0,5318
4 48,3038 57,96456 0,4427
5 59,0392 70,8470 0,3895
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Tabla 5.3. Balance térmico de la unidad y porcentaje de carga.
Numero de CargaBalance Térmico
del Agua (KW)
Porcentaje de
Carga (%)
1 4,5885 0
2 7,5086 38,109
3 9,5943 53,353
4 11,2629 68,597
5 12,0972 83,841
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900
1
2
3
4
5
6
7
8
Porcentaje de carga aplicada (%)
Pote
ncia
indi
cada
al f
reno
(KW
)
Figura 5.1. Potencia indicada al freno en función del porcentaje de carga
aplicada
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30 40 50 60 70 80 900
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Porcentaje de carga aplicada (%)
Cons
umo
espe
cífico
de
com
busti
ble
(Kg/
KW.h
)
Figura 5.2. Consumo especifico de combustible en función del porcentaje de
carga aplicada
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Porcentaje de carga aplicada (%)
Eficie
ncia
glo
bal (
%)
16
MOTOR DIESEL
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Figura 5.3. Eficiencia global en función del porcentaje de carga aplicada.
0 1 2 3 4 5 6 70
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Potencia producida (KW)
Cons
umo
hora
rio d
e co
mbu
stibl
e (K
g/h)
Figura 5.4. Consumo horario de combustible en función de la potencia
producida.
0 1 2 3 4 5 6 70
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Potencia producida (KW)
Eficie
ncia
glo
bal (
%)
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Figura 5.5. Eficiencia global en función de la potencia producida.
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
En esta práctica se estudió del funcionamiento de un motor diesel,
realizándose una serie de medidas y cálculos relacionados con las
propiedades mecánicas de este.
En la Figura 5.1 se observa el aumento proporcional de la potencia al
freno con respecto al porcentaje de carga aplicada, lo cual es lógico ya que
esta última guarda gran relación con la potencia al freno mediante corriente
(I), por lo que la potencia al freno representa la pérdida que debe vencer el
motor para cumplir con los requerimientos esperados y en este caso el
consumo que debe vencer el motor es la carga aplicada para cada caso.
Para la Figura 5.2 donde se ilustra la curva de consumo específico de
combustible en función del porcentaje de carga aplicada, se puede apreciar
como a medida que aumenta la carga disminuye el consumo de combustible
por parte del motor, esto se a que cuando se aumenta la carga, aumenta
también la potencia del motor y esto genera una mejor utilización del
combustible porque se está alcanzando la misma potencia con menos gasto
de combustible.
En la Figura 5.3 se observa el comportamiento de la línea de eficiencia
global o térmica con respecto al porcentaje de carga, y es notable identificar
como aumenta el porcentaje de carga a medida que aumenta la eficiencia, y
esto se debe a que el calor generado en la combustión es mayor debido a
las grandes exigencias que requiere el consumo aplicado.
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MOTOR DIESEL
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En la Figura 5.4 se puede observar como varía el consumo horario de
combustible en función de la potencia producida. Inicialmente posee un
comportamiento casi constante con una leve elevación, lo cual indica bajo
consumo de combustible y aumento de potencia; seguidamente se observa
un comportamiento más inclinado, formando una pendiente positiva, donde
se observa una proporcionalidad entre la potencia ejercida y la tasa de
consumo de combustible; finalmente reduce su inclinación y continua hasta
así hasta que se deja de añadir carga, con éste último comportamiento se
podría decir que el sistema está tratando de compensar la exigencia por
parte del motor.
La Figura 5.5 indica el comportamiento de la eficiencia global en función
de la potencia producida, en esta se denota un comportamiento creciente, los
intervalos de crecimiento de la misma suelen ser de mayor pendiente al inicio
de la gráfica, este aumento lo representa la liberación de energía dentro del
embolo, por lo tanto la potencia producida se ve beneficiada, ya que, la
eficiencia global representa la capacidad de que un motor transforme en
energía real la energía calorífica englobada en el combustible que consume.
En la tabla 5.1 se muestran algunos parámetros que fueron estudiados
durante la práctica y es notorio identificar el incremento que tiene la rata
calorífica con cada carga, esto es producto de la cantidad de combustible
consumida por el poder calorífico del combustible. También se observa como
aumenta la potencia producida por el grupo, la cual es lógico que aumente
con cada carga ya que la intensidad de corriente eléctrica se fue variando de
manera creciente.
En la tabla 5.2 se indica el incremento del torque con cada carga
aplicada, siendo proporcional a la potencia al freno del motor diesel.
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MOTOR DIESEL
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En la tabla 5.3 se muestra como aumenta el balance térmico del agua
con cada carga, sabiéndose que la temperatura registrada era mayor debido
al incremento de la intensidad de corriente.
Br. Karina Ramírez
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C.I.: 18.455.634
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
En la figura Nº 5.1 se puede notar un incremento proporcional de la potencia
al freno con respecto al porcentaje de carga aplicada, lo cual es prudente ya
que esta última guarda relación con la potencia al freno mediante corriente
(I), por lo cual la potencia al freno simboliza la merma que debe reducir el
motor diesel para realizar los requerimientos deseados y en este caso el
consumo que debe vencer el motor es la carga aplicada para cada caso.
La figura Nº 5.2 muestra el consumo específico de combustible con respecto
al porcentaje de carga aplicada, en el que el CEC para una carga igual a
38,109 representa un valor máximo y va disminuyendo con el incremento de
la carga, esta descenso en el consumo de combustible señala que la
eficiencia para convertir el combustible en trabajo decrece conforme aumenta
la carga, ya que los requerimientos de energía (potencia) son mayores.
En la Figura 5.3 se visualiza el comportamiento de la eficiencia global con
respecto al porcentaje de carga, por lo tanto indica el aumento de la carga a
medida que la eficiencia global aumenta ya que la combustión es mayor
debido a las exigencias que solicita el consumo aplicado.
Por otro lado la figura Nº 5.4 es una representación del consumo horario de
combustible en función de la potencia producida, en el que se nota que entre
las carga 1 y 2 el consumo aumento, entre las cargas 2 y 3 el consumo se
comporto casi constante y a partir de la carga 3, ya que se sabe que la
potencia producida se genera dentro de la cámara de combustión por lo tanto
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MOTOR DIESEL
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al aumentar el consumo de combustible la energía dentro del émbolo es
mayor y el motor busca nivelarlo aumentando su revoluciones.
Para la figura Nº 5.5 indica el comportamiento de la eficiencia global en
función de la potencia producida, en el cual se nota un comportamiento
creciente, este aumento lo señala la descarga de energía dentro del embolo.
La tabla Nº 5.3 señala para cada carga el calor absorbido por el agua, de
manera prudente aumento a partir de que la temperatura registrada es
mayor, por el incremento de la intensidad de corriente. Y los porcentajes de
carga para cada carga valga la rebundancia.
Finalmente otro parámetro es el Torque que se muestra en la tabla Nº 5.2 y
que indica un aumento con cada carga aplicada, siendo proporcional a la
potencia en el eje del motor diesel, y aunque es inversamente proporcional al
consumo especifico de combustible.
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MOTOR DIESEL
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Br. Haron España
C.I.: 18.848.613
7. CONCLUSIONES
Si no hay intensidad no se producirá una salida de potencia.
El consumo específico de combustible será menor a medida que en el
sistema trabaje con un mayor rendimiento.
Una mayor eficiencia viene dada por una mayor potencia.
La potencia al freno aumenta de una manera proporcional a la carga
aplicada.
La rata calorífica aumenta al incrementarse la cantidad de combustible
consumido.
Es necesario esperar a que el sistema estabilice para así obtener
resultados más cercanos a los reales.
Realizar un mantenimiento preventivo al equipo para evitar errores en los
resultados.
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Br. Karina Ramírez
C.I.: 18.455.634
7. CONCLUSIONES
La potencia del motor es proporcional a la carga aplicada.
A medida que aumenta la potencia, aumenta el consumo de combustible.
Una mayor eficiencia viene dada por una mayor potencia.
El consumo específico de combustible disminuye con el incremento de
carga.
Es necesario esperar a que el sistema estabilice para así obtener
resultados más cercanos a los reales.
Realizar un mantenimiento preventivo al equipo para evitar errores en los
resultados.
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MOTOR DIESEL
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Br. Haron España
C.I.: 18.848.613
8. BIBLIOGRAFÍA
[1] http://es.wikiversity.org/wiki/Introducci%C3%B3n_a_Motores_Diesel
[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9sel
[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_di%C3%A9sel
[4] http://www.articulandia.com/premium/article.php/06-10-2010Ventajas-
de-los-motores-diesel.htm
[5] http://www.marcadecoche.com/motor-diesel.html
[6] http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en|
es&rurl=translate.google.co.ve&twu=1&u=http://www.tech-faq.com/
rheostat.html&usg=ALkJrhh2KlqM9YncbV-ysim2THSiATqTyQ
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9. APÉNDICE
9.1 APÉNDICE A – Muestra de cálculos
A.1. Consumo horario de combustible ( )
V= 0,1L0,0347h
V=2,88 Lh
Donde:
: Caudal del gasoil (L/h)
V: Volumen del gasoil (L)
t: tiempo de consumo del combustible (h)
m=2,88 Lh∗0,85 Kg
L
m=2,448 Kgh
Donde:
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: Densidad del gasoil
A.2. Potencia producida por el grupo (PPG)
PPG=√3 .V . I .cos∅
1000
PPG=√3∗120∗10∗3∗0,45
1000
PPG=2,8059KW
Donde:
V: Voltaje (V)
I: Intensidad o carga (A)
: Ángulo de incidencia
A.3. Rata calorífica del combustible (QRC)
QRC=2,448
Kgh
∗42700 KJKg
3600
QRC=29,036KW
Donde:
Hi: Poder calorífico del gasoil
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A.4. Potencia indicada al freno (Pi)
Pi=2,8059KW0,98∗0,85
Pi=3,3684 KW
Donde:
nc: Rendimiento de la correa
na: Rendimiento del alternador
A.5. Consumo horario especifico de combustible (CEC)
CEC=2,448
Kgh
3,3684KW
CEC=0,7267 KgKW∗h
A.6. Torque (T)
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MOTOR DIESEL
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T= 3,3684KW
1,046∗10−4∗1200 rpm
T=26,835N .m
Donde:
N: Velocidad de rotación del eje
A.7. Potencia efectiva o en el eje del motor
PEM=T . N1000
PEM=26,835N .m∗1200 rpm1000
PEM=32,202kW
A.8. Eficiencia global del motor y del grupo (ηt)
nt=2,8059KW29,036KW
∗100
nt=9,66%
A.9. Porcentaje de carga
%Carga= 10 A26,24 A
∗100
29
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%Carga=38,109%
A.10. Balance térmico de la unidad
QH 2O=¿0,0997 Kg
s∗4,184 KJ
Kg .°C∗(44−26)¿
QH 2O=¿7,5086KW ¿
Donde:
CP: Calor especifico del agua (kJ/Kg*ºC), Tabla A-3 del Cengel
termodinámica.
TENT= Temperatura de entrada del agua.
TSAL= Temperatura de salida del agua.
9.2 APÉNDICE B - Asignación
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MOTOR DIESEL
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1. Considere un ciclo Diesel ideal con estándar de aire en donde el estado
antes del proceso de compresión es de 0,95 bar, 17 °C y la relación de
compresión es 20. Considere los calores específicos constantes a la
temperatura ambiente. Determinar: (a) los diagramas P-v y T-s, (b) La
temperatura máxima que debe tener el ciclo para que la eficiencia
térmica sea 55%, (c) La presión máxima del ciclo, (d) L a salida de
trabajo neto, (e) Los calores del ciclo y (f) la presión media efectiva.
DATOS:
P1= 95 kpa; T1= 290 K; r= V 1V 2
=V 4V 2
=20
SOLUCIÓN
Proceso 1-2 (Compresión isentrópica)
T 2=T1 .(V 1V 2 )k−1
=290.(20)0,4=961,192K
P2 .V 2T 2
=P1 .V 1T1
c ¿P ¿2=P1 . T2T 1
.V 1V 2
P2=95Kpa .961,192K
290K.201
=6297,465Kpa
P2=P3
31
MOTOR DIESEL
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
Proceso 2-3 (Adición de calor a presión constante)
P3 .V 3T 3
=P2 .V 2T 2
T 3=V 3V 2.T 2=rc .T 2
b¿T ¿3=4∗961,192K=3844,768K
qent=Cp. (T 3−T 2 )
e ¿q¿ent=1,005KJKg . K
(3844,768−961,192 )K=2897,994 KJKg
Proceso 3-4 (Expansión isentrópica)
T 4=T 3 .(V 3V 4 )k−1
=T3 .(V 2V 4 . rc)0,4
=2019,678K
qsal=Cv . (T 4−T 1 )=304,25045KJ /Kg
e ¿q¿sal=0,718KJKg .K
(1350,10612−290 ) K=761,156 KJKg
d ¿Wneto=qent−qsal=2593,7435KJ /Kg
P4=P3 . T 4T 3
.V 3V 4
=P3 . T 4T 3
.V 2.rc
V 4
32
MOTOR DIESEL
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P4=6297,465Kpa .2019,678K
3844,768K.420
=661,618Kpa
P1 .V 1=R .T 1
V 1=0,287
KJKg. K
.290K
95Kpa=0,876
m3
Kg
PME= Wneto
V 1(1−1r)
f ¿ PME=2072,42
KJKg
0,876m3
Kg.(1− 1
20 )=2490,29Kpa
Diagrama P – V
33
661,618kpa
6297,465Kpa
95 kpa
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Diagrama T – S
34
T
S
2
1
3
4
290 °k
961,192
3844,648 °k
1350,10 °k
Qent (2897,994
Qsal (761,156 kj/kg)
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2. Las condiciones de entrada en un ciclo dual de aire estándar que
funciona con una relación de compresión de 15:1 son 0,95 bar, 17 °C y
3,80 L. El calor suministrado durante el ciclo es 6,0 kJ, del que el 30 por
100 se suministra a volumen constante y el resto a presión constante.
Suponga calores específicos variables con la temperatura. Dibuje los
Diagramas P-v y T-s. Determine: (a) Todas las temperaturas y presiones
en el ciclo, (b) El calor cedido en el ciclo, en kJ/kg, (c) El trabajo neto, en
kJ/kg, (d) El rendimiento térmico y (e) La presión media efectiva para el
ciclo. (Use las Tablas del Cengel)
SOLUCIÓN:
Proceso (1-2): Compresión Isentrópica.
u1= 206,91 kJ/Kg
T1= 290 K Tabla A-17 vr1= 676,1
Cengel
Sabiendo que:
Aplicando ecuación de estado de gases ideales se tiene que:
35
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donde :
Calculando la masa:
Se calculan las propiedades del aire en el estado (2) a través de la
interpolación usando la Tabla A-17 del Cengel, como dato se usa el volumen
relativo :
T (K) h (kJ/Kg) Pr
800 821,95 47,75 48,08T2=?
T2=818,562h2=?
h2= 842,396Pr2=?
Pr2=52,242 45,073
820 843,98 52,59 44,84
Entonces:
36
MOTOR DIESEL
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
De la ecuación del gas ideal:
Despejando :
Proceso (2-X): Adición de calor a volumen constante:
Despejando : ux=1,8KJ
0,00434Kg+607,41 KJ
Kg=1022,156 KJ
Kg
Se interpola en la tabla de propiedades del aire estándar a fin de encontrar
las propiedades del mismo en el estado (X), se utiliza como dato el valor de
obtenido:
T (K) u (kJ/Kg) h (kJ/Kg)1280 1004,76 11,835 1372,24Tx=?Tx=
1299,2641022,156
=?= 11,295
h=?h=1395,097
1300 1022,82 11,275 1395,97
37
MOTOR DIESEL
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TX= 1299,264K
PX=0,287∗1299,2645,828 x10−2
PX=6398,22Kpa
Proceso (X-3): Adición de calor a presión constante:
h3=4,2
0,00434+¿1395,097
h3= 2362,838 KJ/Kg
Se interpola para encontrar las propiedades en el estado (3), se utiliza como
dato el valor de obtenido:
T (K) h (KJ/Kg)
2050 2314,6 2,555
T3=?
T3= 2088,40
2362,838
=?
= 2,402
2100 2377,4 2,356
38
MOTOR DIESEL
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
T3= 2088,40 K
v3=0,287∗2088,406398,22
v3=0,09367m3
Kg
Proceso (3-4). Expansión Isentrópica
vr4=2,402∗0,8760,09367
vr4=22,463
Se buscan mediante interpolación las propiedades del aire en el estado (4),
se utiliza como dato el valor de obtenido:
T (K) u(kJ/Kg)
1020 776,10 23,72
T4=?T4= 1038,94
u4=?u4= 792,45
22,46
1040 793,36 22,39
39
MOTOR DIESEL
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T4= 1038,94 K
P4=0,287∗1038,94
0,876
P4=340,383Kpa
b) Calculo del calor cedido en el ciclo:
qsal=u4−u1
qsal=792,45−206,91
qsal=585,54KJKg
c) Cálculo del trabajo neto en KJ/Kg:
Wneto= qent−qsal
Wneto= (1382,48 – 585,54) KJ/Kg
Wneto= 796,94 KJ/Kg
d) Calculo del rendimiento térmico del sistema:
40
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nT=1−585,541382,48
nT=0,576 o57,6%
e) Cálculo de la presión media efectiva
PME=
W neto
V 1(1−1r )
PME=
3,4587KJ
0,0038m3(1− 115 )
PME= 975,197 Kpa
41
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9.3 APÉNDICE C – Anexos
Figura C.1. Motor Diesel empleado para realizar la práctica
Figura C.2. Diagrama de ciclo ideal que opera un motor Diesel
42
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Figura C.3. Partes de un motor diesel
43
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Figura C.4. Ciclo de cuatro tiempos de un motor diesel.
Tabla C.1. Datos experimentales recolectados del Motor Diesel
Parámetros a Evaluar Carga 1
Carga 2
Carga 3
Carga 4
Carga 5
Amperaje (A) 0 10 (x3) 14 (x3) 18 (x3) 22 (x3)
Temperatura de entrada del agua (º C)
26 26 26 26 26
Temperatura de salida del agua (º C)
37 44 49 53 55
Temperatura de los gases de escape (º C)
180 240 260 280 300
Voltaje (V) 120 120 120 120 120
CosΦ 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45
Tiempo en consumir 100ml de combustible (min.)
2:21 2:05 2:02 1:54 1:46
Tabla C.2. Poderes caloríficos de sustancias combustibles
Combustible MJ/kg kcal/kg
Gas natural 53,6 12 800
Acetileno 48,55 11 600
Propano
Gasolina
Butano
46,0 11 000
Gasoil 42,7 10 200
44