ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE "CHIMBORAZO"

FACULTAD DE MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

TRABAJO DE CONTROL DE CALIDAD.

TEMA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES DE ESCAPE PARA MOTORES MEC CON LA AYUDA DE

ANSYS.

TUTOR:

ING. MIGUEL AQUINO.

REALIZADO POR:

MANOTOA LABRE WILLIAM VINICIO. CHIMBO CHIMBO DARWIN VINICIO.

Riobamba – Ecuador.

2015

TEMA: estudio y análisis del comportamiento de los gases de escape para motores MEC con la ayuda de ansys.

OBJETIVO GENERAL

Realizar un análisis de temperatura y flujo de gases de escape en un headers

OBJETIVO ESPECIFICO

Realizar el estudio de transferencia de calor por convección en un headers. Realizar la simulación del comportamiento del headers con los gases de escape.

MARCO TEÓRICO

HEADERS

Los Headers sirven para una eficiente salida de gases, para que haya una salida más directa. Ahora si bien sabemos para que un vehículo tenga un mejor impulso y desarrolle un poco más de velocidad, esto tiene que ver también con la manera como se expulsen los gases de la combustión. Las tuberías estándares de nuestros vehículos restringen un poco esto además de que crean contraflujo y restringen un poco la salida de gases. Al momento de implementar los headers, es recomendable cambiar por completo el sistema de escape.

El motor de explosión de cuatro tiempos necesita mezclar con el combustible una cierta cantidad de oxígeno para permitir que la combustión se realice eficientemente en el interior de la cámara del cilindro.

El aumento de potencia solo puede conseguirse aumentando el consumo de aire mezclado con su respectiva proporción de combustible, y las formas de obtener esto son:

1. Aumentando la cilindrada2. Aumentando el redimen de giro (alivianando piezas)

3. Por el aumento de la presión media efectiva (que es en el que trabajaremos para aumentar la entrada y salida de gases del motor)

Entonces para aumentar la potencia de un motor hay muchísimas formas pero me parece a mí que la primera que se debe hacer es la del diseño de Intakes

Tuberías para la instalación de un filtro de alto flujo

Cambian el sonido del motor de una manera y es la primera modse deben diseñar de un modo en el que queden tomando el aire frio y sin pasar muy cerca del motor para evitar el calor a su vez usando el menor número de curvas para que el aire entre más rápido

TIPOS DE HEADERS

Conceptos generales. Química de los gases de escape

La temperatura de los gases de escape de motores de encendido provocado varía entre unos 300-400 °C en ralentí a unos 900 °C a plena carga, pero en motores Diesel las temperaturas son menores, normalmente entre 200 y 600 °C. Los gases de escape contienen nitrógeno en porcentajes superiores al 75 %, CO2 y H20 provenientes de la combustión, algo de O2 en MEC o si la mezcla es pobre en MEP y otros compuestos contaminantes que provienen de problemas en terminar el proceso de combustión o de aditivos del combustible o del aceite lubricante. La cantidad de contaminantes que

salen del cilindro en la carrera de escape es muy variable según el tipo de motor, el grado de carga o la temperatura de la cámara de combustión. Parte de estos gases contaminantes, como se explica en el capítulo 20, están en desequilibrio químico por congelación de las reacciones de equilibrio al enfriarse los gases, y otros son productos de fallos en la combustión, oxidación parcial del combustible y partículas de pirolisis y des hidrogenación. Por todo eHo, nos encontramos en los gases de escape compuestos oxidantes como el O2 y los NO" y otros reductores como el CO, el H2 y los He.

Reactores térmicos

Estos reactores tienen por objeto oxidar el monóxido de carbono (CO) y los hidrocarburos (HC) contenidos en el gas de escape. Reacciones de postcombustión en el sistema de escape pueden oxidar estos productos a CO2 y H20, si existe una alta temperatura durante suficiente tiempo y el gas contiene suficiente oxígeno. Esta reacción de oxidación del CO y de los HC (y del H2 en mezclas ricas) es exotérmica, lo que permite mantener la temperatura del reactor.

Para conseguir un rendimiento de la conversión de los HC superior al 90% en un tiempo de 50 ms, la temperatura de los gases debe estar por encima de 850 °C, pero si se encontraran a 750 °C serían necesarios más de 100 ms. En condiciones de carga parcial, el rendimiento puede llegar a ser muy bajo si la temperatura de los gases no es suficiente. Por ello, los reactores deberían situarse muy cerca del motor, aunque la propia reacción de oxidación ayuda a mantener la temperatura. Si los gases provienen de una combustión en mezcla rica, es necesario inyectar aire entre la salida del motor y el reactor para disponer de suficiente oxígeno. En mezclas pobres, el rendimiento de la conversión de CO y de HC es muy bajo.

PROCEDIMIENTO PARA EL ANALISIS EN ANSYS

1. Creación del headers en solidworks.

2. Importar a ansys y empezamos el análisis en

3. Aplicamos virtual topology y body sizing en las caras para mejorar la discretizacion de la malla.

4. Con la aplicación de la malla se obtuvo una adecuada para empezar el análisis.

5. Aplicamos las temperaturas en cada una de los tubos por separado 300 a 700rpm, 900°C a 5530 plena carga, 1000°C a 2400 rpm.

6. Aplicamos convección en cada uno de los tubos por separados.

ANALISIS DE RESULTADOS

En la siguiente grafica se puede apreciar las diferentes temperaturas que alcanza el elemento tomando en cuenta los colores. Rojo.- zona donde se concentra el calor máx. Naranja.- zona donde el calor se reduce ya que la concentración no es Max. Y así sucesivamente cuando el color cambia de forma descendente hasta llagar ala color azul que representa la zona donde el calor es min.

TOTAL HEAT FLUX.

CONCLUSIONES

Se concluye que mientras más fina sea la discretizacion de la malla más memoria computacional ocupara en el momento de la ejecución del ejercicio.

La transferencia de calor utilizada en el ejercicio es por convección para la cual se utilizó un coeficiente convectivo de transferencia de calor del fluido en este caso el aire con una convección forzada de 100w/m^2°k.

En base a los resultados se puede identificar claramente la distribución de la temperatura de los gases escape en todo el conjunto, llegando a observar una elevada temperatura en la junta del headers que va unido al motor.

En base a la distribución de colores se puede apreciar que la parte de la junta la cual se una al block del motor presenta un color rojo, el cual indica la zona donde se concentra la más alta temperatura para luego ser distribuido por cada uno de los conductos del headers

El análisis se lo debería realizar por estado transitorio considerando el orden de encendido de un motor de cuatro tiempos (1 3 4 2) y los tiempos de evacuación de gases de escapes por cada uno de los conductos de salida, por lo tanto no se tomó estas consideraciones y se realizó el análisis en estado estacionario considerando la salida de los gases constante en los cuatro orificios y al mismo tiempo.

RECOMENDACIONES

Se recomienda obtener un mallado lo más fino posible para obtener resultados que se acerquen a la realidad del comportamiento del elemento, esto es posible pero debido a las características del ordenador en que se realizó el análisis se trabajó con la malla por defecto generado por el programa para generar exceso de memoria computacional durante la solución.

Seleccionar cuidadosamente cada una de las caras internas del elemento para indicar la temperatura de los gases de escape.

Tener claro cómo se produce la transferencia de calor por convención para no tener problema durante la selección de elementos que realiza dicha operación.

BIBLIOGRAFIA

Motores de paire pag 648(regulación y control de emisiones)