SISTEMA DE INYECCION DIESEL

CÁLCULO Y DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR

Cilindrada Unitaria

Cilindrada Total

Potencia útil del Motor

Consumo horario de combustible

DIMENSIONAMIENTO DEL INYECTOR

Bomba de inyección

Consumo de combustible por cilindro – segundo

Consumo de combustible por cilindro – ciclo

Consumo de combustible por litro y grado de rotación

Diámetro y carrera efectiva del embolo de la bomba

Régimen del embolo de la bomba por grado de rotación

Velocidad del embolo

Tiempo de Inyección

DIMENSION DEL INYECTOR

Velocidad de inyección

Presión en el inyector

Superficie total del inyector

Numero de orificios del inyector

CAÑERIAS DE INYECCION

Calculo de cañerías de inyección

Numero de Reynolds y diámetro critico de la cañería

Ecuación de continuidad Bomba – Cañería – Inyector

Sección de la cañería

Velocidad del combustible

CALCULO DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES

Se tiene un motor diesel de 4 tiempos con las siguientes características:

Presión media efectiva (Pme): 7 kg/ cm2 =70.000 kg/ m2

Rotación del cigüeñal (n): 1.800 R.P.M.

Numero de cilindros: 6

Carrera del pistón (L): 30 cm

Diámetro del cilindro (D): 22 cm

Consumo especifico de

Combustible (Em): 120 gr/Hp – h

El cálculo de las dimensiones principales será de acuerdo a la siguiente secuencia:

CALCULO DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR

CALCULO DE LA CILINDRADA UNITARIA (q)

Representa el volumen aspirado en la admisión por cada cilindro.

q= π D2 /4 * L 3.14/4 (0.22m)2 * (0.30m) = 0.0114m3

q= 0.0114m3

CALCULO DE LA CILINDRADA TOTAL DEL MOTOR Q:

El motor tiene 6 cilindros por lo que:

Q = q*n = 0.0114m3 * 6 = 0.0684 m3

Q = 0.0684 m3

CALCULO DE LA POTENCIA UTIL DEL MOTOR (Wm)

Es la potencia que se manifiesta en el cigüeñal, su cálculo será como sigue:

Wu = Pme* Q * n/9000 (HP)=

Wu = 70000 * 0.0684 * 1800/9000

Wu = 957.6 HP

CONSUMO HORARIO DE COMBUSTIBLE (Ch)

El consumo de combustible del motor por hora, estará en función de la potencia útil y el consumo especifico de acuerdo a la siguiente relación:

Ch = Wu * Em = 957. 6 HP * 0.120 kg/HPh

Ch = 114.912 Kg/l

Su expresión en kg/seg será

Cn= 114.912 kg/h * 1h/3600 seg

Cn= 0.03192 kg/seg

Considerando que el peso específico de combustible es:

γ= 870 kg/ m3

La expresión del consumo horario en volumen de combustible (m3) será:

Ch = 0.3192 kg/s * 1/870 kg/ m3

Ch = 0.000367 m3/seg

Para su expresión de este consumo en milímetros tendremos:

Ch = 0.000367 m3/seg * (1000 mm)3/ m3

Ch = 36.689,6 mm3/seg

DIMENSIONAMIENTO DES SISTEMA DE INYECCION

BOMBA DE INYECCION

La bomba de inyección que utilizaremos en nuestro motor será del tipo boch (de carrera constante) (tipo bomba individual). En el grafico se vera la planilla con las características de este tipo de bombas para poder escoger en dicha planilla la bomba que necesitamos calculamos con la expresión siguiente, el consumo de combustible en un cilindro y por ciclo.

Diametro piston mm

Carrera piston mm

Volumen barrido por piston

Descarga máxima por carrera mm

Relacion de descarga y volumen barrido

456

6.67

7.589

101011121314151617181617181920212220

22

252730

77

101010101010101212121215151520202020202020202030

35

353535

88137.5

283332385442503636785942

1140135715931847204030003420381540404540508056306300690076009450

13300

171002000024800

3045

125135160180230280400600730875

10501200135015201720205023002600288032003500375040004100

5100

67507900

10500

0.340.330.350.380.380.360.360.360.420.530.540.550.570.450.450.440.450.510.510.510.510.510.510.510.490.42

0.38

0.390.390.42

II.2 CONSUMO DE COMBUSTIBLE POR CILINDRO Y EN CADA Chs

Considerando que el motor tiene 6 cilindros tendremos.

Chs = Ch/N = 36.689.6mm3 /seg = 6.114.9 mm3 /cil.seg

Chs = 6.114.9 mm3 /cil.seg

II.3 CONSUMO DE COMBUSTIBLE POR CICLO Y CILINDRO (Cc)

Al tratarse de un motor de 4 tiempos, se debe considerar que solamente (n/2) son de suministros de combustible.

Entonces n/2 x 60 serán las vueltas del motor por segundo.

Luego Cc = Chs/n/2x60 = 6.114.9 x 120/1800 = 407.6 mm3 /cil.ciclo

Cc = 407.6 mm3 /cil.ciclo

La compresión de combustible en las cañerías podrá insumirnos u treinta por ciento (30 %) mas aproximadamente con los que llegamos al siguiente paso.

Cc = 407.6 + 0.3 (407.6) = 529.88 mm3 /cil.ciclo

Cc = 529.88 mm3 /cil.ciclo

Que representa la descarga por cilindro y por ciclo con el cual entraremos en el grafico 4 de la bomba, para hallar las características de la que usaremos, asi resulta.

Diámetro de pistoncito o embolo de la bomba: 11 mm

Carrera de pistoncitos o embolo de la bomba: 12 mm

II.4 CÁLCULO DE COMBUSTIBLE POR LITRO Y GRADO DE ROTACION Cc

El suministro del combustible se produce en un cierto ángulo que vale 20 a 25º en cámaras de inyección directa de 25 a 35º para motores con cámaras de pre combustión elegimos para nuestro caso 25º , de manera que el régimen de la bomba será.

Siendo la cilindrada unitaria q = 0.01140 m3/ ciclo

q= 0.01140 m3 x 1000 Lts /1m3 = 11.4 Lits.

q= 11.4 Lits.

Entonces siendo en consumo de combustible ciclo cilindro.

Ccº = 529.88 mm3 /cil.ciclo

Tendremos:

Ccº = 529.88 mm3 /cil.ciclo /11lts/cl.ciclo x 25º = 1.86 mm3 /Lts.grado de Rotación

Ccº = 1.86 mm3 /Lts.grados de Rotación

II.5. CALCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL PISTON O DEL EMBOLO DE LA BOMBA DE INYECCION PARA SUMINISTRAR LA CANTIDAD NECESARIA DE COMBUSTIBLE (LE)

Será

Si el consumo por cilindro es:

Cc = 529.88 mm3 /cil.ciclo

El diámetro de pistón o embolo de la bomba es D = 11 mm

La sección del pistón o embolo será (Ωb)

Ωb= πD2/4 = 3.14/4 * (11 mm)2 = 94.9 mm2

La carrera efectiva del pistón o embolo de la bomba será

LB = Cc /Ωb = 529.99/94.9 = 5.6 mm

LB = 5.6 mm

II.6 CÁLCULO DEL REGIMEN DEL PISTON POR GRADO DE ROTACION (Cb)

Cb = LB /Ø = 5.6 MM /25 = 0.224 mm /ºde Rotación

Cb = 0.224 mm /ºde Rotación

II.7 CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL PISTON O EMBOLO DE LA BOMBA DE INYECCION (Vb)

Vb = 0.224 mm/ºRot * 360º /vuelta * n/2 vueltas/min * 1m/1000 m

Vb = 0.224 * 360 * 1800/2 * 60 * 100

Vb = 1.21 m/seg

II.8 CÁLCULO DEL TIEMPO DE INYECCION

Si n/2 -------------------------- 60 seg

2s/360 ------------------------- t

t= 25/360 * 60*2/n = 25 * 60 * 2 /360 * 1800

t= 0.0046 seg

III. DIMENSIONAMIENTO DEL INYECTOR

Se debe calcular la superficie de descarga en el, inyector y en el caso de la superficie fuera necesario fraccionarla en cierta cantidad de orificios para lo cual se debe considerar los siguientes aspectos.

III.1VELOCIDAD DE INYECCION (INYECTOR)

La velocidad de salida del combustible por el inyector de acuerdo a normas tiene un valor promedio de norma Vr = 150 m/seg

VI = 150 m/seg

Este valor tiene relacionado con la siguiente ecuación

V1 = ƒ V 2g∆Hcm/seg

Siendo

f= Coeficiente de descarga 0.67 a 0.94

∆H = Es la carga en mts de la columna de combustible que se necesita para obtener la velocidad de descarga que deseamos, la que conforme a resultados experimentales conviene que oscile entre 120 a 150 m/s.

III.2 CÁLCULO DE LA PRESION EN EL INYECTOR (Pr)

Formando para nuestro caso 150 m/seg y un f = 0.9 operando en la presión con sus transformaciones tenemos lo siguiente

Luego

Optando f = 0.9 y Vr = 150 m/seg se tiene

∆Po = (VI/14f)2 * γc = (150/14 * 0.9)2 * 0.87 = 123 kg/cm2

∆Po = 123 kg/cm2

Este valor está relacionado con:

∆Po= P1 – Po donde

P1 = Presión de inyección

Po = presión del aire comprimido en el cilindro del motor en el momento de inyección.

En consecuencia

P1 = A Po + Po

Considerando que Po = 50 kg/ Cm2 Entonces

P1 = 123 + 50 = 173 kg/cm2

P1 = 173 kg/ Cm2

Que representa la presión de inyección

III.3 CÁLCULO DE LA SUPERFICIE TOTAL DEL INYECTOR (ΩI)

El consumo de combustible que debe inyectar el inyector al motor seria

Q1 = Cc/ t = ΩI * VI

Siendo Cc el volumen neto que el inyector debe suministrar al motor sin tomar en cuenta el 30% adicional asumida en las cañerías será.

Cc 407.6 mm3/cil.ciclo

t= tiempo de inyección = 0.0046 seg.

En consecuencia

Ω1 = Cc / t * VI = 407 * (mm3) / 0.0046seg * 150m/seg * 1m/1000mm

Ω1 = 407.6 / 0.0046 * 150 * 1000

Ω1 = 0.60 mm2

El valor optimo de la penetración del chorro de combustible de acuerdo a normas se considera como su valor a la mitad del diámetro del cilindro del motor osea D/2 = 22/2 = 11 cm = 110 mm

Penetración = 110 mm

Con este valor de penetración utilizaremos el grafico (B) de green que nos da la abcisa en el diámetro del orificio, que en este caso es 0.45 mm.

Diámetro del orificio = 0.45 mm

III.4 CALCULO DE ORIFICIOS DEL INYECTOR (No)

Debemos relacionar la sección total de descarga del inyector con la sección correspondiente al orificio para determinar la cantidad de orificios.

Para D = 0.45 tenemos:

Entonces

Numero de orificios No= Ω1/ Ω0=0.60 /0.1589

No=7.775 orificios

No= 8 orificios

IV. CAÑERIA DE INYECCION

IV.1 CALCULOS DE LAS CAÑERIAS DE INYECION

Las tuberías de inyección que conducen el combustible desde la bomba de inyección hasta los inyectores debe ser de diámetro uniforme en toda longitud capaz de resistir presiones altas y lo suficiente ductil para ser doblado fácilmente hasta la forma que exige su instalación en el motor.

La tubería se construye de diámetro reducido y gruesas paredes. Lo primero a los efectos de disminuir el volumen de combustible alojado en la cañería, atenuando asi los efectos de la compresibilidad, las gruesas paredes se justifican solo por la resistencia mecánica; sino también para reducir vibración y aumento de volumen por la deformación de la cañería a presiones elevadas.

IV.2 CALCULO DE DIAMETRO DE LA CAÑERIA ES UN COMPROMISO ENTRE LA PERDIDA DE CARGA EN LA MISMA Y LA COMPRESIBILIDAD. DIAMETROS GRANDES NOS DARAN PEQUEÑA PERDIDA DE CARGA CON GRAN COMPRESIBILIDAD Y VICEVERSA

Determinaremos el DIAMETRO CRITICO de la cañería; o sea el correspondiente al numero de Reynolds 2000, valor limite del movimiento laminar.

Vc = Velocidad de circulación en la cañería

dc = Diametro critico de la cañería

g = Aceleracion de la gravedad

u = Viscosidad absoluta del aceite

EL CAUDAL NETO DEBE ENTREGAR LA BOMBA SERA

Si Cc = 407.6 m3/cil. ciclo

Y el tiempo de inyección será:

t= 0.0046 seg

El Caudal será

IV. ECUACION DE CONTINUIDAD BOMBA – CAÑERIA – INYECTOR – DIAMETRO CRITICO

Deberá cumplirse la ecuación de continuidad para bomba – cañería y orificios del inyector (el mismo caudal) luego:

Por lo siguiente:

El valor limite del diámetro critico correspondiente a la expresión anterior que nos da el numero de reynold de 2000 de la cual sacamos la siguiente expresión que igualamos a la anterior.

Con lo que podemos calcular el diametro de la cañería

Ademas tenemos que

Y tomando la ecuación de continuidad para el sistema inyector – bomba

Y reemplazando en la ecuación

Se tiene

Diferencia esta presión entre la bomba y la salida (orificios del inyector sumando a la anterior la presión a vencer en el cilindro motor obtendremos:

198.6 + 50 = 248 kg/ Cm2

El valor de la viscosidad absoluta que necesitamos esta dado en el grafico siguiente en función de la presión y para el valor de presión anteriormente calculado resulta.

De:

146

210

286

196

260

336

0.0009

0.001

0.0012

1.55

1.63

1.65

Calculando el diámetro o adoptado para el régimen ser laminar es 1.63 mm

IV.4 CALCULO DE LA SECCION DE LA CAÑERIA

VI.5 CALCULO DE LA VELOCIDAD EN LA CAÑERIA

Vc = 42.53 m/seg