Comparación de un motor a Gasolina con un Diésel aplicando calculo térmico

MATERIA : MOTORES DE COMBUSTION

INTERNA

ASESOR : ING. CAMILO FERNANDEZ BARRIGA

AUTORES : PABLO BUSTINZA GAMERO GONZALO CORRALES BURONCLE DIEGO QUIROZ CRUZ

OCTAVO SEMESTRE

AREQUIPA-PERU

24/11/2013

Agradecimineto

Ante todo le agradeseremos a Dios por presenter este trabajo ya que sin el nada ubieses sido possible lograr todo esto ademas nosotros agradesemos a nuestros padres por darnos el Apollo moral y economico para la realizacion de este trabajo.

RESUMENLos morteros son materiales de construcción de uso cada vez más extendido y especializado dentro de la edificación, cuyas características y prestaciones son diferentes según sea el destino para el que están diseñados; siendo necesario, para garantizar que su empleo y propiedades respondan a los fines previstos, llevar a cabo un control de calidad en obra. En el presente trabajo se analizan, en primer lugar, las características de los principales tipos de mortero, así como las especificaciones que habitualmente se adoptan en el Proyecto, que corresponden, por lo general, a las que se establecen con carácter oficial en las Normas, Guías Técnicas, Pliegos de Condiciones, etc.

Introducción

Es el motor alternativo con un solo cilindro y ciclo de 2 ó 4 tiempos; son más raros los motores Diesel(empleados para las instalaciones fijas, para utilización agrícola o para la propulsión marina de importancia secundaria).

Los motores monocilíndricos están muy difundidos sobre todo en el sector motociclístico; en el automovilístico se emplearon más en los primeros años de este siglo. Generalmente, son refrigerados por aire, aunque no han faltado ejemplos de motores monocilíndricos refrigerados por agua, como los Áster y los De Dion.

El cigüeñal de un motor monocilíndrico generalmente puede descomponerse en varias piezas para permitir el montaje de la biela, forjada en una sola pieza; la cabeza de biela y las muñequillas de bancada son soportadas generalmente por rodamientos (indispensables en los motores de 2 tiempos, en los cuales la lubricación es de mezcla).

En los motores de pequeña cilindrada, generalmente el encendido es de volante magnético, montado directamente sobre el cigüeñal: esta solución, adoptada en los motores de 2 tiempos (una chispa por cada giro), puede ser utilizada asimismo en los motores de 4 tiempos (también existe una chispa durante la fase de cruce de las válvulas).Respecto al motor policilíndrico, el monocilíndrico tiene la ventaja de la sencillez de construcción, una mayor ligereza a igualdad de cilindrada y, por consiguiente, mayor economía de construcción. Sin embargo, posee las siguientes desventajas, que han disminuido su empleo en el sector automovilístico:

- Mayor irregularidad en el funcionamiento, debido a la gran variación del par motor durante el ciclo: una sola fase útil por giro (2 tiempos) o por cada 2 giros (4 tiempos) del cigüeñal, que es causa de irregularidades periódicas y de vibraciones. Estas pueden ser corregidas con el empleo de volantes que, a pesar de que regularizan el funcionamiento del motor, aumentan la inercia, por lo cual resulta menos elástico en las aceleraciones.

- Menor potencia específica, puesto que el motor monocilindrico puede alcanzar velocidades máximas de rotación inferiores a las de un motor policilíndrico de igual cilindrada total. De hecho, a igualdad de cilindrada total, un motor monocilindrico se caracteriza por las masas alternativas giratorias, mayores que las de un motor policilíndrico, y por un radio de manivela más grande.

- Menor equilibrado de las fuerzas alternativas de inercia.En realidad, el problema más grave para un motor monocilindrico consiste en la imposibilidad práctica de equilibrar las fuerzas de inercia de primer orden y de segundo. Si en la posición diametralmente opuesta a la muñequilla de manivela se coloca un contrapeso de momento estático (respecto al eje de rotación del motor) igual al de una fuerza de intensidad mayor (que está en el mismo plano que la manivela para no crear un par de fuerzas), la fuerza alternativa de primer orden se transforma en una fuerza de recta de acción perpendicular al eje del cilindro, pero con las mismas características de la fuerza de primer orden: en la práctica, se ha girado 90° la fuerza de primer orden.

Por el contrario, si se coloca un contrapeso de momento estático igual al de una fuerza de intensidad maco2r/2, se equilibra la componente giratoria con velocidad w de la fuerza alternativa de primer orden; por tanto, queda desequilibrada la componente giratoria con velocidad —u (para equilibrarla sería necesario un contrapeso análogo al anterior, pero colocado sobre un cigüeñal que gire con velocidad -w: complicación de construcción que generalmente es evitada).

La elección de un sistema de equilibrado en vez de otro, o bien de uno intermedio (colocación de contrapesos de valor diferente de los indicados), se lleva a cabo en función de las exigencias prácticas que dependen de las características del bastidor sobre el que debe colocarse el motor (rigidez y su frecuencia propia), de la dirección del eje del cilindro y del empleo del motor.

Por consiguiente, ése es el grado máximo de equilibrado obtenible prácticamente en un motor monocilindrico: el equilibrado de las fuerzas alternativas de segundo orden (de menor intensidad, pero de frecuencia doble respecto a las fuerzas de primer orden) no se toma en consideración, dadas las complicaciones de construcción que acarrea (cigüeñales giratorios con velocidad doble de la del cigüeñal), lo que, por otra parte, estaría en contraposición con la sencillez característica del motor monocilindrico.

Funcionamiento motor monocilíndrico 4T

FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL MOTOR MONICILÍNDRICO 4T

Es el más básico de los motores 4 Tiempos. Todos son estructuralmente idénticos diferenciándose en el número de válvulas por culata, el ángulo y la inclinación del cilindro. Aunque lo normal es que se monten en motores de no más de 250 cc, hay algunos ejemplos en motos de hasta 650 cc, siempre que tenga el pistón muy grande aunque lo normal es que estas potencias se dividan en varios cilindros por lo que el monocilíndrido no es muy habitual verlo en motos de carretera. Es uno de los grandes protagonistas de las motos de campo o mixtas debido a una mayor tracción (una explosión por cada dos vueltas del cigüeñal) por lógica en un motor que gire de 6000 a 7500 revoluciones por minuto sucederá a muchísima velocidad.

Para conseguir mayor potencia en estos motores se puede lograr de dos formas diferentes, o bien aumentando el número de revoluciones por minuto, (disminuyendo su fiabilidad) o aumentar la cilindrada buscando mayor potencia en el motor.La evolución hasta conseguir el motor actual ha sido lenta, desde el monocilíndrido BMW R12 de 1935, hasta el de la YAMAHA XTZ 660 de 1991, siendo en la actualidad la base de los motores monocilíndrios más montados gracias a las siguientes características:

-Se introduce la refrigeración líquida por circuito cerrado, son motores que se calientan mucho al trabajar a un gran número de revoluciones por minuto.

- Se añade el radiador, electroventilador, termotasto o bomba, evitando también el sobrecalentamiento.

- Se colocan cinco válvulas por cilindro, tres de admisión y dos de escape, donde en lugar de construir dos o tres árboles de levas, que haría necesario el montaje de un motor muy grande, se monta tan solo uno ayudado con cinco balancines.

- Vaciado del interior del pistón, al objeto de reducir peso.

Comparando motores a Diesel y motores de Gasolina

Los motores a diesel tienen diversas características que los motores de combustión interna no pueden igualar. Sus ventajas incluyen una buena eficiencia térmica que se traduce en relativas bajas emisiones de CO2, un poderoso torque inclusive en bajas velocidades y una alta durabilidad.

En 1892 Rudolf Diesel en su tesis acerca de su invención describió los principios básicos de este motor:

En un principio únicamente el aire es alimentado en la cámara de combustión, entonces el combustible es rociado dentro de esta cámara después de que el aire ha sido comprimido.

La proporción de aire comprimido es alto, esto para que la temperatura del aire sea mucho más elevada que la de el punto de combustión del combustible.

Enfoque Global, compromiso local

Los motores a diesel operan bajo un sistema de auto ignición o sistema de ignición por compresión, el cual no requiere de dispositivos de ignición y de un método de mezcla no uniforme en el cual el aire y combustible son enviados por separado hacia la cámara de combustión en donde se mezclan juntos y la combustión espontánea se lleva a cabo.

Los niveles de emisiones de escape son muy diferentes entre los motores a diesel y los motores de gasolina. Los motores a diesel emiten altos niveles de oxido de nitrógeno (Nox) y partículas de materia (PM) que los motores de gasolina, mientras que por su menor eficiencia de combustión, los motores de gasolina emiten altos niveles de CO, CO2 y HC.

GRAFICA Motores a diesel vs. Motores de gasolina

Emisiones de escapeNOx: (Gasolina Mejor)PM: (Gasolina Mejor)CO2: (Diesel Mejor)OtrosNiveles de ruido (Gasolina Mejor)Torque de motor (Diesel mejor)

Durabilidad (Diesel mejor)Motores a DieselCombustible: Aceite ligero DieselSistema de suministro de combustible: Inyección directa de alta presión hacia el cilindro vía bomba de combustible.Mezcla Aire-Combustible: No uniforme.Sistema de ignición: compresión inducida por combustión espontánea.Proporción de compresión: 15.5 – 23Sistema de control de salida: controlado exclusivamente por la cantidad de combustible jet (consumo fijo de la cantidad de aire, control de la proporción de mezcla)

Combustión – 1. Succión de aire, 2. Compresión, 3. Inyección de combustible, 4. Escape (en motores a diesel), el aire es llevado hacia el cilindro y es altamente comprimido, después de que el combustible es rociado dentro del cilindro bajo alta presión. La ignición ocurre espontáneamente como un resultado de la alta temperatura generada a través de la compresión.

Eficiencia Termal (proporción de calor convertido en potencia contra el total de calor generado durante la combustión) – motores a diesel: tienen la característica de una alta eficiencia termal. Eficiencia termal: proporción de calor convertido en potencia: 35 – 42%, motores de gasolina: 25 – 30%

CO2: La eficiencia termal de los motores a diesel se traduce en un menor consumo de combustible.20 – 40% menor que los motores de gasolina.

Durabilidad: Vida útil de los motores a diesel es de 300,000 y 1,000,000 kms o más (datos obtenidos de un vehículo montado), motores de gasolina :vida útil de 100,000 y 300,000 kms o más

Desempeño: Los motores a diesel generan un torque plano desde un rango de bajas velocidades, así que los vehículos de diesel son más fáciles de conducir.

Motores de gasolina: generan un torque durante una rotación a altas velocidades.

Observa a profundidad cualquier faceta de la vida moderna, detrás de los productos en una tienda, los servicios que disfrutas, el transporte que usas y das por hecho encontrarás motores a diesel.

Los motores a diesel son un colaborador clave en nuestro estilo de vida, transportando gente, apoyando a la distribución, generando poder y un componente vital en muchas industrias.

Los motores a diesel son extremadamente versátiles en sus aplicaciones, una de las razones de su flexibilidad es la capacidad de generar potencia desde pocos caballos de fuerza hasta miles de ellos.

Esto permite a los motores a diesel que le den potencia a todo, desde vehículos de pasajeros, camiones, barcos, equipo de construcción, generadores eléctricos para industrias o edificios. Ningún otro motor de combustión interna cuenta con un rango tan amplio de aplicaciones potenciales, lo que permite a los motores a diesel a jugar un rol muy importante en nuestras necesidades energéticas diarias.

La habilidad de aprovechar efectivamente el poder de pequeñas cantidades de combustible, hace a los motores a diesel económicamente amigables. Son también muy versátiles, corriendo el aceite de diesel no únicamente en automóviles y aceite pesado en barcos, pero puede también correr en una variedad de otros aceites como son los bio-combustibles como los aceites vegetales y sintéticos, proporcionando de nuevas fuentes de energía amigables con el ambiente.

DISEÑO DE UN MOTOR DIESEL DE 4 TIEMPOS

Parámetros de diseño

Potencia (Ne) : 11.56 kW = 15.5 HPVelocidad (n) : 6800 RPMRelación Compresión (ε) : 18 Valor típico = [15 – 20]Numero de Cilindros (i) : 1

Según el archivo de MOTORES DE COMBUSTION INTERNA: http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna#Motores_di.C3.A9sel

“Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min) (grandes barcos), mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2.500 rpm (camiones y autobuses) y 5.000 rpm (automóviles)”

Composición Gravimétrica del Combustible Diesel

Carbono (C) : 0,87Hidrogeno (H) : 0,126Oxigeno (Oc) : 0,004Poder Calorífico bajo (Hu) : 42,5 MJ/kg

Parámetros iniciales

Coeficiente de exceso de aire (α) : 1,4 Valor típico = [1,2 – 1,7] para transporte rápido

Cantidad de aire teórico para la combustión total

l0=10,23 ( 83C+8H−Oc )= 1

0,23 ( 83 .0,87+8.0 .126−0,004)=14,452kg

L0=1

0,209 ( C12+ H4

−O c

32 )= 10,209 ( 0,8712 + 0,126

4−0,004

32 )=0,499 kmol

Se puede comprobar de la siguiente manera:

L0=l0μa

=14,4528,96

=0,499kmol

La cantidad total de aire es:

M 1=∝L0=1,4 .0,499=0,699kmol/kg

Los productos de combustión para ∝=1se hallan así:

(M ¿¿2)∝=1=C12

+ H2

+0,79L0=0,8712

+ 0,1262

+0,79 .0,499=0,5297kmol /kg¿

La cantidad excedente de aire fresco es:

(∝−1)L0=(1,4−1) .0,499=0,1996kmol /kg

Entonces, la cantidad total de los productos de combustión:

M 2=(M¿¿2)∝=1+(∝−1 )L0=0,699+0,1996=0,7293kmol /kg¿

El coeficiente teórico de variación molecular se halla:

μ0=M 2

M 1

=0,72930,699

=1,044

Proceso de Admisión

Utilizando las siguientes propiedades como condiciones de entrada:

Po = 1 atm = 101,325 kPaTo = 20 ᴼC = 293 K

Usando:

ρo=Po

RT o

= 101,3250,287 .293

=1.205 kgm3

Sabiendo que: Pa=Po−∆Pa

Donde:

Pa : Presión al final de la admisión

Po : Presión de ingreso del aire ∆Pa : Perdidas hidráulicas en el múltiple de admisión

Luego ∆ Pa=(β2+ε ad ) . wad2

2. ρo .10

−6 (MPa)

Donde:

β : Coeficiente de amortiguación de la velocidad de la carga en la sección examinada del cilindro ε ad : Coeficiente de resistencia del sistema de admisión referida a su sección más estrecha wad : Velocidad en la sección de la válvula de admisión

Valores típicos de wad = [50 - 130] m/sValores típicos de β2+εad = [2.5 - 4]

Tomamos β2+εad=3 y wad=80m /s

Entonces reemplazando en la ecuación anterior:

∆ Pa=(β2+ε ad ) . wad2

2. ρo .10

−6=3 . 802

2.1,205 .10−6=0,011568MPa=11,568 kPa

Con este dato podemos hallar la presión al final de la admisión:

Pa=Po−∆Pa=101,325−11,568=89,757kPa=0,0898MPa

Utilizaremos la siguiente expresión para conocer el coeficiente de gases residuales γ r:

γ r=T 0+ΔT

Tr

.Pr

ε Pa−Pr

Donde:

Pr : Presión dentro del cilindro al final del escape Tr : Temperatura dentro del cilindro al final del escape ∆T : Incremento de temperatura de la carga fresca

Valores típicos de Pr = [1,1 – 1,25] Po = [111,46 – 126,66] kPaValores típicos de Tr = [800 - 900] KValores típicos de ∆T = [20 - 40] K

Tomamos Pr = 120 kPa = 0,12 MPaTr = 850 K∆T = 30 K

Entonces:

γ r=T 0+ΔT

Tr

.Pr

ε Pa−Pr

=293+30850

.0,12

18 .0,0898−0,12=0,0305

En motores Diesel los valores típicos de γ r están entre 0,03 y 0,06.

Conociendo que Tk = To, la temperatura al final de la admisión se halla de:

T a=T k+ΔT+γr . T r

1+γ r=293+30+0,0305 .850

1+0,0305=338,6K

En motores Diesel los valores típicos de Ta están entre 310 K y 350 K.

Ahora lo que queremos hallar es la eficiencia volumétrica o de llenado ƞv:

ηv=φ1 .ε

ε−1.Pa

Pk

.T k

T a(1+γr)

Como Pk=Po y Tk=To y además φ1 es el coeficiente de recarga comúnmente entre los valores de 1 a 1,1, por ende tomamos el valor de 1,05.

ηv=φ1 .ε

ε−1.Pa

Pk

.T k

T a(1+γr)=1,05 . 18

18−1.89,757101,325

.293

338,6 .(1+0,0305)=0,827

Proceso de Compresión

Los dos valores importantes en el proceso e compresión son la presión al final de la compresión Pc y la temperatura al final de la compresión Tc.

Suponemos un índice politrópico n1 de 1,33 (valor promedio).

Pc=Pa . εn1=89,757 .181,33=4193,54 kPa=4,19MPa

T c=T a . εn1−1=338,6 .181,33−1=878,87K=605,87ᴼC

Proceso de Combustión

Para conocer la temperatura de combustión Tk y la energía interna de combustión Uk se usa la siguiente ecuación:

ξ z .Hu

M1(1+γr)+U c+γr .U c

' '

1+γr+8,314 . λ .T c=μr(U z

' '+8,314 . T z)

Donde:

ξ z : Coeficiente de aprovechamiento de calor Hu : Poder calorífico bajo del combustible U z

' ' : Energía interna de 1 kmol de productos en la combustión

U c' ' : Energía interna de 1 kmol de productos en la compresión

U c : Energía interna de 1 kmol de carga fresca λ : Grado de elevación de presiones μr : Coeficiente real de variación molecular

Valores típicos de ξ z = [0,70 – 0,85] Valores típicos de λ = [1,40 – 2,20] K

Tomamos ξ z=0,77 y λ=1,80

Hallamos primero el coeficiente real de variación molecular:

μr=M 2+γr . M 1

M 1+γr . M 1

=μo+γr1+γ r

=1,044+0,03051+0,0305

=1,043

De la cual evaluaremos miembro a miembro de la parte izquierda de la ecuación.

1) Primer miembro:

ξ z .Hu

M1(1+γr)= 0,77 .425000,699 .(1+0,0305)

=45 431,23kJ /kmol

2) Segundo miembro

De la expresión anterior no tenemos los términos de U c y U c' ', los calcularemos interpolando de

las tablas 7 y 9, respectivamente (pág. 66 y 67 de Motores de Automóvil de M.S. Jovaj):

Tc (ᴼC) Uc (kJ/kmol)600 13 255

605,87 Uc700 15 684

Entonces Uc = 13 397,58 kJ/kmol y Uc’’= 14 943,71 kJ/kmol

U c+γ r .U c' '

1+γr=13397,58+0,0305 .14943,71

1+0,0305=13 443,34 kJ

kmol

3) Tercer miembro

Tc (ᴼC) Uc’’ (kJ/kmol)600 14 779

605,87 Uc’’700 17 585

8,314 . λ .T c=8,314 .1,80 .878,87=13152,47kJ

kmol

Entonces:

ξ z .Hu

M1(1+γr)+U c+γr .U c

' '

1+γr+8,314 . λ .T c=45 431,23+13443,34+13152,47=72027,04

kJkmol

Por lo tanto:

μr (U z' '+8,314 . T z )=72027,04 kJ

kmol

Como μr=1,043

U z' '+8,314 .T z=69057,56

kJkmol

…(1)

De la tabla 9:

Si Tz = 1 800 K entonces Uz’’= 51 498 kJ/kmol

Por lo tanto: U z' '+8,314 .T z=¿ 66 463,2 kJ/kmol

Si Tz = 1 900 K entonces Uz’’ = 54 931 kJ/kmol

Por lo tanto: U z' '+8,314 .T z=¿ 70 727,6 kJ/kmol

Entonces interpolaremos nuevamente para hallar la verdadera Tz:

(1) (kJ/kmol) Tz (ᴼC)66 463,20 1 80069 057,56 Tz70 727,60 1 900

Encontramos que T z=1860,84 ᴼC=2133,84K

En motores Diesel la temperatura de combustión esta entre 1 900 K y 2 200 K.

Ahora, hallaremos el coeficiente de expansión preliminar:

ρ=μr

λ.T z

T c

=1,0431,8

.2133,84878,87

=1,41

Podemos hallar a continuación la presión máxima de combustión:

P z=Pc . λ=4,19Mpa .1,8=7,55MPa

Proceso de Expansión

El grado de expansión posterior es:

δ= ερ= 181,41

=12,8

Escogemos un exponente politrópico promedio de expansión como n2 = 1,24, ya que los valores oscilan entre 1,22 y 1,26.

Hallamos la temperatura al final de la expansión:

T b=T z

δ n2−1= 2133,8412,81,24−1

=1157 ,26K=884 ,26ᴼC

Ahora, hallamos la presión al final de la expansión:

Pb=P z

δ n2= 7,5512,81,24

=0,32MPa=319,83kPa

Parámetros indicados del motor

Presión media indicada teórica y real

Hallamos primero la presión media indicada teórica del motor:

(P¿¿mi)t=Pa .εn1

ε−1 [ λ ( ρ−1 )+ λρn2−1 (1− 1

δ n2−1 )− 1n1−1 (1− 1

ε n1−1 )]¿

¿0,0898 . 181.33

18−1 [1,8 . (1,41−1 )+ 1,8 .1.411,22−1 (1− 1

12,81,22−1 )− 11,33−1 (1− 1

181,33−1 )](P¿¿mi)t=0,944MPa¿

Sin embargo, esto sería en un proceso ideal, en un ciclo real los contornos del diagrama en el plano P-v se redondean así que tomamos φ i=0,95, entonces la presión media indicada real seria:

Pi=φi . (P¿¿mi)t=0,95 .0,944=0,897MPa¿

Potencia indicada

Como: N i=Pi .i .V h . n

30 . τ

Donde:

N i : Potencia indicada Pi : Presión media indicada real i : Numero de cilindros V h : Volumen de cámara (lts) n : Velocidad (RPM) τ : 2 si es un motor de 4 tiempos

Como conocemos la potencia del motor, despejamos el volumen de cámara para poder hallar el diámetro y la longitud de cada cilindro posteriormente.

V h=30 . τ .N i

Pi . i . n= 30 .2 .14.890,897 .1 .6800

=0.1995 ts

Trabajo indicado

Li=Pi .V h=0,897 .106 .0,1995 .10−3=178.95N−m

Consumo especifico indicado de combustible

gi=3600 .ρ0 . ηv

α . l0. Pi

, gi→g

kW−h

gi=3600 .1,205 .0,827

1,4 .14,452 .0,897=197,67 g

kW−h

Rendimiento indicado

ηi=3,6 .103

H u . gi

= 3,6 .103

42,5 .197,67=0,429

Presión media de perdidas mecánicas

Pm=0,105+0,012 . vm ,Pm→MPa

En motores Diesel Vm es menor a 10 m/s entonces tomamos un valor de 8 m/s

Pm=0,105+0,012 .8=0,201MPa

Parámetros efectivos del motor

Presión media efectiva del ciclo

Pe=Pi−Pm=0,897−0,201=0,696MPa

Potencia efectiva

N e=N i .[ Pe

Pi]=14.89 [ 0,6960,897 ]=11.56kW

Potencia de pérdidas mecánicas

Nm=N i−N e=14.89−11.56=3.33kW

Eficiencia mecánica

ηm=N e

N i

=11.5614.89

=0,776

Eficiencia efectiva

ηe=ηi . ηm=0,429 .0,776=0,333

Consumo especifico efectivo de combustible

ge=g i

ηm

=197,670,776

=254,72 gkW−h

Consumo horario de combustible

Gc=ge .N e=254,19 .10−3 .14.89=3.78 kg

h

Dimensiones principales del motor

Cilindrada del motor

i .V h=1∗0.1995=.1995<¿

Relación L/D < 1 para motores rápidos

Suponiendo una relación carrera – diámetro de 0.95:

π D2

4. L=V h

Como D=L, encontramos que D = 72 mm y L = 49 mm

Velocidad media del pistón

v p=L .n30

, v p→m /s

v p=0,049 .6800

30=11.1m /s

CALCULO TERMICO DE UN MOTOR A GASOLINA 50 KW

I. MOTOR A ELEGIR

Motor mono cilíndrico 4 Tiempos

Cilindrada 200cc

Radio de compresión 11.5:1

Diámetro 72mm

Carrera 49mm

Par Motor 6800RPm

Componentes

La detallada de la motocicleta piezas de repuesto que podemos ofrecer se pueden enumerar de la siguiente manera: 1. frenos: pastillas de freno, la varilla de freno, zapata de freno2. cables: cable de freno, el cable del embrague, velocidad de cable, el cable del tacómetro, cable del acelerador3. de control: la parte posterior del espejo, el pedal de freno, la leva del eje, la palanca del estrangulador, amortiguador de goma, pedal de engranajes, equipo de interior, interior tiro, pedal de bombo, winkerswitch, etc.4. drive, las cadenas de la rueda dentada&: buje delantero, eje trasero, la cubierta del cubo, el piñón patada, la bomba de aceite de la rueda dentada, piñón sentado, la cadena de distribución, la conducción del engranaje, magnetor, etc.5. eléctrico de: de la batería, de iluminación, cdi, flasher, cuerno, bobina de encendido, la bobina shassis, rectificador, interruptor de llave, relé de6. del motor: cilindro, kit de pistón, anillo de pistón, kit de embrague, embrague de disco& placa, la fibra de embrague, embrague de vivienda, embrague esteras de coches, la conexión de la barra, etc.7. de escape: de escape completo, la manguera de escape8. tenedores& amortiguadores: frente tenedor, amortiguador trasero, etc.9. de combustible: carburadores, tanque de combustible, el combustible del grifo, filtro de aceite de la manguera, etc.10. Ruedas, neumático& tubos.1 1. teniendo: rodamientos del cuello, rodamientos de bolas.1 2. junta: junta de bloque, la junta completa, la junta lado, la junta superior.1 3. otros: filtro de aire, silenciador, ajustador de la sincronización, ajustador de cadena, válvula de sello de aceite, sello de aceite, enchufe de chispa, ha hablado, etc

El mecanismo cigüeñal con árbol equilibradorEn la parte inferior del bloque se encuentra instalado un árbol equilibrador que tiene como misión reducir las oscilaciones y lograr un

funcionamiento suave del motor.El árbol equilibrador está alojado en la parte inferior del bloque y es impulsado por el cigüeñal a través de dos piñones. Gira al mismo régimen que el cigüeñal, pero en sentido inverso.Debido a los movimientos alternativos de ascenso y descenso de los pistones y las bielas se generan fuerzas que provocan oscilaciones. Estas oscilaciones se transmiten a la carrocería a través del conjunto soporte de la mecánica. Para reducir las oscilaciones, el árbol equilibrador actúa en contra de las fuerzas de las oscilaciones generadas por los pistones, las bielas y el cigüeñal.

La tapa de diseño del motor con filtro de aire integradoEn la tapa de diseño del motor van integrados– el filtro de aire,– el canalizador de aire hacia la unidad de mando de la mariposa,– la regulación de aire caliente y– los elementos de insonorización de los ruidos de la admisión.Así resulta ser un componente compacto y económico.La regulación de aire calienteLa tapa de diseño del motor lleva incorporado un elemento termostático que acciona una chapaleta reguladora en función de la temperatura.A bajas temperaturas, aumenta la sección de entrada de aire caliente y reduce la sección de entrada de aire frío. A altas temperaturas pasa al revés.De esta forma se obtiene una temperatura uniforme del aire de admisión durante el funcionamiento del motor.Ello incide positivamente en la potencia del motor, el consumo de combustible y las emisiones de escape.

II. CALCULO CICLO DE TRABAJO

Calcular el ciclo de un trabajo de un motor gasolinero para una cuatrimoto

Parámetros iniciales: (Se toman datos de una cuatrimoto de 200cc)

Potencia nominal delmotor an=6800 rpm ; N e=¿11,56 kW=15,5 HP

Numerode cilindros i=1 ;

relacion decompresion ε=11.5;

coeficiente deexceso de aireα=0.9 ;

combustible gasolina 95 (C=0.885 ;H=0.145 ) ; poder calorifico H u=44MJkg

;

Diametro cilindro=72mm;Carrera=49mm;

Par maximo=16,24N .m

1. Cantidad teórica de aire necesaria para la combustión de 1 kg de combustible

lo=10.23 ( 83C+8H−O c)= 1

0.23 ( 83 (0.855)+8(0.145))=14.96kg

Lo=1

0.209 ( C12+ H4

−Oc

32 )= 10.209 ( 0.85512 + 0.145

4 )=0.516kmolEntonces se obtiene

Lo=l oµa

=14.9628.96

=0.516kmol

µa=masamolecular aparente=28.97 paraelaire

2. Cantidad real de aire que participa en la combustión de 1 kg de combustible para α=0.9

α l o=0.9 (14.96 )=13.46kg

α Lo=0.9 (0.516 )=0.4732kmol

3. La cantidad total de mezcla fresca

G1=1+α lo=1+13.46=14.46kg

M 1=1µc

+α Lo=1144

+0.4644=0.4732kmol

µc=masamolecular del combustible

4. La cantidad de cada uno de los componentes de los productos de combustión y su suma, asumimos K=0.5

MCO=0.421−α1+K

Lo=0.420.11.5

(0.516 )=0.014kmol

MCO2= C12

−MCO=0.85512

−0.0144=0.0568kmol

MH 2=K MCO=0.5 (0.0144 )=0.0072kmol

MH 2O=H2

−M H 2=0.0725−0.0072=0.0653kmol

MN 2=0.79α Lo=0.79 (0.9 ) (0.516 )=0.3669kmol

La cantidad total de los productos de combustión es

M 2=0.0144+0.0568+0.0072+0.0653+0.3669=0.5106kmol

Incremento de volumen esΔM=0.5106−0.4732=0.00374kmol

El coeficiente teórico de variación molecular es

µ0=M 2

M 1

=0.51060.4732

=1.08

5. Parámetros para el proceso de admisión. Suponemos los siguientes datos- Temperatura en el proceso de calentamiento de carga ΔT = 15º C- Temperatura de los gases residuales Tr=1000 K- Presión de los gases residuales Pr = 0.102 Mpa- Coeficiente sumario (amortiguación de la velocidad y resistencia de sistema de admisión

referido a la sección de la válvula) β2+ξ=3- Velocidad de la carga en la sección de la válvula ωad= 90 m/s

Pk=P0=0.1 Mpa ; Tk=T0=288 K

Densidad de la carga en la admisión; para el aire Ra=8314µa

; µa=28.96

ρ0=P0

R .T 0=0.1(28.96)8314 (288)

106=1.209 kgm3

Presión al final de la admisión

Pa=P0−(β2+ξ ) ωad2

2. ρ0 .10

−6=0.1−3.902

2(1.209 ) .10−6=0.085MPa

Coeficiente de gases residuales

γ r=T 0+ΔT

Tr.

PrεPa−Pr

=288+151000

.0.102

11.5 (0.085 )−0.12=0.036=0.04

Temperatura al final de la admisión, asumiendo que φ=1

T a=T0+ΔT +γ rTr

1+γ r=288+15+0.04(1000)

1+0.04=329.80K

Rendimiento volumétrico para Tk=T0, Pk=P0 asumiendo que φ= φ1 = φs=1

ηv=ε

ε−1.Pa

Po

.T o

Ta(1+γr)

ηv=11.511.5−1

.0.0850.1

.288

329.80(1+0.04 )=0.78

Con la ecuación para motores de 4 tiempos

ηv=T o

T 0+ΔT.1

ε−1.(ε

Pa

Po

−Pr

Po

)

ηv=288

288+15.

111.5−1

.(11.5( 0.080.1 )−( 0.1020.1 ))

ηv=0.7404

Usamos un eficiencia volumétrica de

ηv=0.74

6. Parámetros de compresión. Asumimos el exponente politropico de compresión n1=1.34

Presión al final de la compresión

Pc=Pa εn1=0.085 (11.51.34 )=2.16MPa

Temperatura al final de la compresión

T c=T a εn1−1=329.80 (11.50.34 )=756.63K

7. Parámetros al final del proceso de combustiónEl coeficiente real de la variación molecular es

µr=µ0+γ r

1+γr=1.08+0.04

1+0.04=1.077

El calor no desprendido por efecto de la combustión incompleta cuando α<1

(ΔH u)quim=114.106 (1−α )Lo

(ΔH u)quim=114 (1−0.9 ) (0.516 )=5.882MJ /kmol

Ecuación de combustión para motores de carburador para α<1; asumimos que el coeficiente de aprovechamiento de calor ξz=0.9

ξ z (H u−∆ H uquim)M 1(1+γ r)

+U C+γ rU C ' '

1+γr=μrUZ ' '

7.1 Energía interna de 1 mol de mezcla fresca al final de proceso de compresión

UC=(μCV )C tC

(μCV )C esel calor especifico paralatemperatura tC

De tablas para la temperatura de 756.63 K que es igual a 483.63 ºC. Hallamos (μCV )C que es igual a 21.63 KJ/kmolºC

Hallamos energía interna

UC=21.63KJkmolºC

(483.63 ºC )=10460.92 KJkmol

7.2 Energía interna de 1 mol de productos al final de proceso de compresión

UC ' '=(μCV )C ' ' tC

(μCV )C' ' esel calor especifico parala temperatura tC de los productos

Calor especifico de la mezcla se requiere conocer la composición química elemental del combustible siendo α=0.9

rCO=0.028

rCO2=0.111

rH 2=0.014

rH 2O=0.128

rN2=0.719

∑ ri=1

Para un valor de 483.63ºC de tablas hallamos el calor especifico de cada componente. Se interpola para cada uno

(μCV )C' '=0.028 (21.63 )+0.111 (35.82 )+0.014 (20.72 )+0.128 (27.2 )+0.719 (21.32 )

(μCV )C' '=23.68

Hallamos energía interna

UC ' '=23.68KJkmolºC

(483.63 ºC )=11452.36 KJkmol

Entonces en la ecuación para motores a carburador

ξ z (H u−∆ H uquim)M 1(1+γ r)

+U C+γ rU C ' '

1+γr=μrUZ ' '

0.9(44000−5882)0.4732(1+0.04 )

+10460.92+0.04 (11452.36)

1+0.04=μrU Z ' '

μrU Z' '=80208.96

Por lo tanto

U Z' '=(μCV )C

' ' t z=80208.96μr=1.075

=74612.99

Extrapolando hallamos el valor de la temperatura de combustión. De tablas

U Z' '2400=70543

U Z' '2500=73882

U Z' '?=74613

t z=2504.18 ºC

t z=2777.18K

La presión calculada para el final de la combustión pz se determina mediante la ecuación.

Pz=μr∗(TzTc )∗pc=(1.075 )∗( 2777.18733.59 )∗1.98=8.0579Mpa

El grado de elevación de la presión se halla de la expresión

λ= PzPc

=8.05791.98

=4.06966

La presión máxima del ciclo, considerando el redondeamiento del diagrama será :

P z' '=0.85∗Pz=0.85∗(8.0579 )=6.849215Mpa

8. Parámetros del proceso de expansión. Asumimos el exponente politropico de expansión n2=1.24. La presión final de la expansión pb se halla mediante la ecuación.

pb= Pz

εnz=8.057911.51.24

=0.39Mpa

La temperatura al final de la expansión según

Tb= Tz

εnz−1= 2777.18

11.51.24−1=1045.5K

9. La presión media indicada del ciclo (calculada), de acuerdo.

( pi )an=Paεn1

ε−1 [ λn2−1

∗(1− 1ε n2−1 )− 1

n1−1∗(1− 1

εn1−1 )]=0.085 11.51.34

11.5−1 [ 4.06961.24−1∗(1− 1

11.50.24 )− 11.34−1

∗(1− 111.50.34 )]=1.2623Mpa

Consideremos que el coeficiente de redondeo o plenitud del diagrama es ϕ=0.97. Entonces la presión media indicada real será.

Pi=0.97∗(1.2623)=1.2244 Mpa

10. Parámetros principales del ciclo. La fracción de la presión indicada que se gasta en vencer la fricción y accionar los mecanismos auxiliares se determina conforme, recurriendo a los coeficientes experimentales aducidos.

Pm=0.04+0.0135∗vp

Asumiendo vp=13.5 (ms )Pm=0.04+0.0135∗13.5=0.22Mpa

La presión media efectiva del ciclo se halla de la ecuación:

pe=pi−pm=1.2244−0.22=1.004

El rendimiento mecánico.

nm= PePi

= 1.0041.2244

=0.8203

El consumo especifico indicado de combustible.

gi=3600∗nv∗ρ0pi∗α∗lo

= 3600∗0.74∗1.201.2244∗0.9∗14.96

=193.92 gKW∗h

El consumo específico efectivo de combustible es :

¿= ginm

=193.920.8203

=236.40 g/(kW∗h)

El rendimiento efectivo del ciclo se determina mediante la expresión:

¿= 3600gi∗Hu

= 3600193.92∗44

=0.4219

El rendimiento efectivo del ciclo se determina mediante la expresión:

ne=¿∗nm=0.4219∗(0.8203)=0.3461

El consumo horario de combustible constituye.

¿∗Ne∗10−3=236,40∗11,56∗10−3=2,73 kgh

11. Dimensiones principales del motor. La cilindrada total del motor se halla de la expresión

iVh=30NeϒPen

= 30∗11.56∗40.93185∗6800

=0,2202 l

En donde D= 3√4∗( 0.2202π∗0.9

)=73.459mm

Se asume que D=73 mm por tanto :

S= Vh

π∗d2

4

= 0.225

π∗0.732

4

=0.5376dm

Donde S= 67 mm entonces :

Vh= π4∗0.542∗0.67=0.1534 l

La cilindrada del motor será :

iVh=1∗0.1534=0.1534 l

La velocidad media del pistón resultara:

vp=2∗0.076∗680060

=17.22m /s

RESUMEN

Tomando en cuenta las dimensiones del cilindro de la cuatrimoto, es que se hace una comparación si se usara gasolina o Diesel, después de los cálculos respectivos, se tabulan los parámetros importantes:

Parámetro Gasolina DieselPMI (teórica) 1,2623 MPa 0,944 MPaPMI (real) 1,2224 MPa 0,897 MPaPME 1,004 MPa 0,696 MPaEficiencia mecánica (nm) 82,03 % 77,60 %Consumo indica de combustible (gi) 193, 92 g/kWh 197,678 g/kWhRendimiento indicado (ni) 42,19 % 42,9 %Consumo efectivo de combustible (ge) 236,40 g/kWh 254,72 g/kWhRendimiento efectivo (ne) 34,61 % 33,30 %Velocidad del pistón 17,22 m/s 11,1 m/sConsumo horario de combustible (Gc) 2,73 g/h 3,78 g/hDensidad 680 g/l 850 g/l

Sin embargo, uno de los parámetros más importantes para escoger una máquina, es la parte económica, asumiendo un costo del Diesel de 13 S/./gal y de gasolina de 14 S/./gal, entonces:

GASOLINA=14 S / .gal

×1

680glit

×1gal3,785 lit

×2,73gh×24h1dia

×30dias1mes

=10,69 S / .mes

DIESEL=13 S / .gal

×1

850glit

×1 gal3,785 lit

×3,78gh×24 h1dia

×30dias1mes

=10,99 S/ .mes

Como se observa, no hay mucha diferencia en la parte económica, entonces otro parámetro a analizar seria el mantenimiento de un motor Diesel y uno a gasolina, y también la emisión contaminante de ambos combustibles y las posibles soluciones para contrarrestar esto. Se mostrara en 3ª fase también un diseño del motor en Inventor.

Conclusiones.

Los motores de combustión interna que mayor contaminación del medio ambiente provocan son los motores a gasolina a pesar de ser menos visible sus emisiones a la atmósfera.

En nuestro país no se controla los niveles de emisión de sustancias tóxicas por los MCI existiendo reservas de tipo explotativas para la disminución de los mismos.

En Cuba no se realizan controles de los niveles de ruido que emiten los MCI durante su funcionamiento, existiendo un gran número de vehículos que circulan por nuestras vías con altos niveles de ruido.

El cálculo térmico nos muestra que y cuaes son las dimesines a las cuales tiene que ser contruido nuestro motor.

El cálculo térmico nos da diferentes factores estos van a estar en función a los materiales que nosotros utilicemos y a los criterios que usemos.

Para el motor que utilizamos de prueba en nuestro calculo térmico obtuvimos que para ese tamaño y cilindrada nosotros teníamos que usar que el mas eficiente para un motor de 200 cc es de un motor a gasolina.

Referencias.Bald, Jim. Adelantos ergonómicos de la cabina del camión. Revista "Auto y Camión Internacional en Español. Volumen 75. Número 1. Enero-Febrero, 1998.

Fendt. Nuevas tecnologías para el medio ambiente. Noviembre. 1989.

Freudenberger, Bob. Entendiendo los sistemas de control electrónico del motor. Revista "Auto y Camión Internacional en Español. Volumen 75. Número 1. Enero-Febrero, 1998.

García, Roberto y Espinosa, Helio. El impacto del transporte automotor en el medio ambiente. Revista Ingeniería del Transporte. Volumen X, Número 1, 1989. ISPJAE. Ciudad Habana.

Jovaj, M.S. y Maslov, G.S. Motores de automóvil. Editorial Pueblo y Educación. La Habana. 1978.

Jovaj, M.S. y otros. Motores de automóvil. Editorial Mir. Moscú.1982.

Las flotas de camiones y el desafío de los combustibles alternativos. Revista Auto & Truck International en Español. Volumen 71. No. 4. Julio-Agosto, 1994.

Los biocarburantes: estado actual y experiencias en Catalunya. Estudios monográficos No. 1. Instituto Catalán de Energía. Diciembre de 1994.

Lukanin, V.N. y otros. Motores de combustión interna. Editorial Mir. Moscú. 1988.

Pichs, Ramón. Efecto Invernadero y mercado verde. Revista Prisma de Cuba y las Américas. Año 20, No 263-264. Septiembre - Octubre, 1994.

Revista Top-Auto. No. II. Noviembre. 1995.