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CALCULO DEL CICLO DE TRABAJO DEL MOTOR
EJEMPLO 1calcular el ciclo de trabajo de un motor de carburador predestinadopara instalarlo a un coche de turismo a partir de los datos del calculo Determinar las principales dimenciones del motor y su supuesto rendimiento economico
Los paramentros iniciales son
Potencia nominal del motor a η = 5500 rpm= 66 kW
Numero de Cilindros i = 4relacion de comprecion E = 9.5Coeficiente de exceso de aire α = 0.9Combustible Gasolina A - 93
C = 0.855H = 0,145
poder calorifico interior = 44 MJ/kg
1.- la cantidad teorica de aire necesaria para la combustion de 1 kg de combustible
cuadro N°1cantidad teorica de aire
C H o𝑙0.855 0,145 5053.39 kg
cuadro N°2cantidad teorica de aire
C H Lo0.855 0,145 174.203 kmol.
Comprobando este resultado, aplicando la ecuación obtenemos
cuadro N°3cantidad teorica de aire
o𝑙 Lo = o/µa𝑙5053.391 28.960. 174.496 kmol.
2.- la cantidad real de aire que participa en la combustión de 1 kg de combustible para α = 0.9 de acuerdo a la siguiente ecuación.
cuadro N°4cantidad real de aire
Ne
Hu
Para calcular las magnitudes l0 y L0 se ha asumido que el contenido de oxigeno en el aire es un 20.9% en volumen y un 23% en masa.
µa
o𝑙 α α* o𝑙5053.39 0.9 4548.05 kg
O por la ecuación
cuadro N°5cantidad real de aire
Lo α α*Lo174.20 0.9 156.78 kmol
3. de la ecuación total de la mescla fresca, con forme a la expresión es
cuadro N°6cant. Total de la mescla fresca
α* o𝑙4548.05 4549.05 kg
Y según la ecuación.
cuadro N°7cantidad real de aire
α*Lo156.78 114 156.791 kmol
4. la cantidad de cada uno de los componentes de los productos de combustión y su suma, asumiendo que K = 0.5. de acuerdo a las expresiones dadas.
cuadro N°8
productos de combustion
K α0.5 0.9 4.8777 kmol
la cantidad total de productos de combustion es
G1
µc M1
Mco
M2 = 0.0144 + 0.0568 + 0.0072 + 0.0653 + 0.3669 = 0.5106 kmol.
cuadro N°9cant. Total produc. Combustion
M2 196.4293 kmol
El incremento de volumen es.cuadro N°10
Incremento de Volumen
M1 M2 ΔM=M2-M1156.791 196.4293 39.6382 kmol
El coeficiente teorico de variación molecular se determina mediante la ecuación
cuadro N°11coeficiente teorico
M1 M2
156.791 196.4293 1.25 kmol
M2=Mco+Mco2+MH2+MH2O+MN2
u0=M2/M1
2.- la cantidad real de aire que participa en la combustión de 1 kg de combustible para α = 0.9 de acuerdo a la siguiente ecuación.
se ha asumido que el contenido de oxigeno en el aire es un 20.9% en volumen y un 23% en masa.
4. la cantidad de cada uno de los componentes de los productos de combustión y su suma, asumiendo que K = 0.5. de acuerdo a las expresiones dadas.
productos de combustion
|-4.8064 kmol 2.4388 kmol 70.0612 kmol 123.8581 kmol
Mco2 MH2 MN2
5. parámetros de proceso de admisión, Adoptamos que: el incremento de la temperatura en el proceso de calentamiento de la carga
la velocidad de la carga en al sección de la valvula puesto que no hay sobre alimentación y la succion de aire se realiza desde la atmosfera, resulta que
La densidad de la carga en la admisión ; para el aire ;
1DATOS DE ENTRADA Densidad de la Carga en la Admision
ΔT 15 °C Po R To µa
Tr 1050 K 0.1 287.0856354 288 28.96Pr 0.12 Mpaβ²+ξ 3
90 m/s LA PRESION FINAL DE LA ADMISIONPk=Po 0.1 MpaTk=To 288 K 2µa 28.96 Densidad de la Carga en la Admision La presión al final de la admisiónε 9.5 Po β²+ξ ρo
0.1 3 90 1.209
El coeficiente de gases residuales, para se halla de la ecuación
3Coeficiente De Gases Residuales
To ΔT Tr Pa Pr288 15 1050 0.085 0.120
La temperatura final de la admisión, para se determina mediante la expresión ….. asumiendo que
Temperatura Final
To ΔT Tr Yr288 15 1050 0.06
El rendimiento volumétrico de acuerdo a la expresión …. , y asumiendo que es
T = 15°C, la temperatura de los gases residuales Tr = 1050 K. la presión de los gases residuales pr = 0.12 MPa, El coeficiente sumario que considera la amortiguación de la velocidad y la resistencia del sistema de admisión, referido a la sección de la balbula,
ωad
ωad
Rendimiento Volumetrico
Pa Po Ta To Yr0.085 0.1 345 288 0.06
6. parámetros del proceso de compresión. Adoptamos el exponente politropico de compresión
La presión al final al final de la compresión, según la ecuación
Pa ε0.085 9.5
La temperatura la final de la compresión se halla de:
Ta ε345.283 9.5
7. los parámetros al final del proceso de combustión. el coeficiente real de variación molecular es:
coeficiente real de variación molecular
Yr
1.25 0.06
El calor no desprendido por defecto de la combustión incompleta cuando α<1, de acuerdo a la ecuación
α Lo0.9 174.203
La presión al final al final de la compresión, según la ecuación
La temperatura la final de la compresión se halla de:
µo
El calor no desprendido por defecto de la combustión incompleta cuando α<1, de acuerdo
a la ecuación
La ecuación de combustión para los motores del carburador, α<1, según la ecuación es: Asumimos que el coeficiente de aprovechamiento de calor . la energía interna de 1 mol de mezcla fresca la final de proceso de compresión constituirá.
Donde es el calor especifico de la mezcla fresca a la temperatura en kJ(Kmol*°C).
Entonces
μCv 21.56 kJ/(kmol*°C) La energia internaT 443 T μCv
443 21.56
La energía interna de 1 mol de productos de combustión al final del proceso de compresión es:
Donde es el calor especifico de los productos de combustión al final del proceso de compresión.
El calor especifico de la mezcla es igual a la suma que resulta de multiplicar los calores específicos de cada uno de los componentes en los productos de combustión por sus fricciones volumétricas. Para la composición química elemental del combustible adoptada, siendo α=0.9, obtenemos
Aprovechando los datos de la tabla 6, para
,obtenemos
μCv" 23.13582
La energia interna de los ProductosT μCv"
443 23.13582
Entonces el primer miembro de la ecuación .
Adoptamos que el calor especifico de la mezcla fresca es igual al calor especifico del aire. En la tabla 6 para
La energía interna de los productos de combustión, para t = 443°C, resultara.
0.85Hu 44 44000
ecuacion de combustion
Hu Uc U"c M10.85 44000 1985910.072 0.05 9551.08 10249.17 156.791
Por lo tanto
μrU"z1.238 -440.294
Asumamos que . En la tabla 9 hallamos el valor de la energía interna en los productos de combustión para α=0.9 y El valor obtenido de para , . Determine para en la tabla 9 en caso de α=0.9, encontramos que
El valor buscado para la temperatura de combustión, correspondiente al valor obtenido de
Se encuentra entre la gama de temperaturas 2300°C<<2400°C.Admitiendo que para la variación de la temperatura desde 2300 hasta 2400°C la energía interna varia linealmente, obtendremos que
Si los valores asumidos de α no corresponden a los aducidos en la tabla n° 9 entonces se debe determinar recurriendo a la ormula de la energía interna para una mezcla de gases. Los valores de las energias internas de los componentes para las temperaturas elegidas se toman de la tabla 7. Para cálculos aproximados, en caso de α que varia tan solo en 0.1, la función se puede considerar lineal y por lo tanto utilizar.
La presión calculada para el final de la combustión Tz 2615
Presion Final de la combustion
ξz
ξz (ΔHu)quim Ɣr
μr
, T=2615 K.
μr Tz Tc Pc1.238 2615 742 1.74
El grado de elevación de la presión se halla de la expresión.
grado de elevacion de la presionPc Pz
1.74 7.601
La presión máxima del ciclo, considerando el redondeamiento del diagrama [ecuación 184 sera.
presion maxima del cicloPz
4.363
5. parámetros de proceso de admisión, Adoptamos que: el incremento de la temperatura en el proceso de calentamiento de la carga
puesto que no hay sobre alimentación y la succion de aire se realiza desde la atmosfera, resulta que
Densidad de la Carga en la Admision
1.209 kg/m3
Densidad de la Carga en la Admision La presión al final de la admisiónPa
0.085 Mpa
Coeficiente De Gases Residuales
Yr0.05
Temperatura Final
Ta345 K 345.2830189
,
= 1050 K. la presión de los gases residuales pr = 0.12 MPa, El coeficiente sumario que considera la amortiguación de la velocidad y la resistencia del sistema de admisión, referido a la sección de la balbula,
ρo=Po/Rto
Rendimiento Volumetrico
0.75
Pc1.74 Mpa
Tc742 k
coeficiente real de variación molecular
1.238
El calor no desprendido por defecto de la combustión incompleta cuando α<1, de acuerdo a la ecuación
### J/kmol1985.910 MJ/kmol
ηv
La presión al final al final de la compresión, según la ecuación
La temperatura la final de la compresión se halla de:
µr
El calor no desprendido por defecto de la combustión incompleta cuando α<1, de acuerdo
a la ecuación (ΔHᵤ)quim
### kJ/kmolLa ecuación de combustión para los motores del carburador, α<1, según la ecuación es:
. la energía interna de 1 mol de mezcla fresca la final de proceso de compresión constituirá.
La energia internaUc
9551.08 kJ/kmol
La energía interna de 1 mol de productos de combustión al final del proceso de compresión es:
es el calor especifico de los productos de combustión al final del proceso de compresión.
El calor especifico de la mezcla es igual a la suma que resulta de multiplicar los calores específicos de cada uno de los componentes en los productos de combustión por sus fricciones volumétricas. Para la composición química elemental del combustible adoptada, siendo α=0.9, obtenemos
La energia interna de los ProductosUc"
10249.17 kJ/kmol
Adoptamos que el calor especifico de la mezcla fresca es igual al calor especifico del aire. En la tabla 6 para t=443°C encontraremos que
= 443°C, resultara.
-440.294
U"z-355.5
. En la tabla 9 hallamos el valor de la energía interna en los productos de combustión para α=0.9 y
El valor buscado para la temperatura de combustión, correspondiente al valor obtenido de
Admitiendo que para la variación de la temperatura desde 2300 hasta 2400°C la energía interna varia linealmente, obtendremos que
Si los valores asumidos de α no corresponden a los aducidos en la tabla n° 9 entonces se debe determinar recurriendo a la ormula de la energía interna para una mezcla de gases. Los valores de las energias internas de los componentes para las temperaturas elegidas se toman de la tabla 7. Para cálculos aproximados, en caso de α que varia tan solo en 0.1, la función
, se determinada mediante la ecuación.
Presion Final de la combustion
μrU"z
Pz7.601 Mpa
grado de elevacion de la presionλ
4.363
La presión máxima del ciclo, considerando el redondeamiento del diagrama [ecuación 184 sera.
presion maxima del cicloP"z
3.708 Mpa
= 0.12 MPa, El coeficiente sumario que considera la amortiguación de la velocidad y la resistencia del sistema de admisión, referido a la sección de la balbula,
se debe determinar recurriendo a la ormula de la energía interna para una mezcla de gases. Los valores de las energias internas de los componentes para las temperaturas elegidas se toman de la tabla 7. Para cálculos aproximados, en caso de α que varia tan solo en 0.1, la función
8. parámetros del proceso de expansión. Asumiendo el exponente politropico de expansión
la presión al final de la expansión se halla mediante la ecuación 187.
La Presion Final
₂𝑛 ε1.24 9.5 7.601 0.466 Mpa
La temperatura al final de la expansión según 188
La Temperatura Final
₂𝑛 ε1.24 9.5 2615 1523 k
9. la presión media indicada del ciclo (calculada), de acuerdo a 196 es
La Presion Media Indicada
Pa ₁𝑛 ₂𝑛 ε 𝜆0.085 1.34 1.24 9.5 4.363 1.91 Mpa
Considerando que el coeficiente de redondeo o penitud del diagrama es . entonces la presión media indicada real será.
Presion Media
φ Pi0.97 1.91 1.85 Mpa
Pz Pb
Tz Tb
(pi)an
(pi)an
𝜆
10. parámetros principales del ciclo. La fracción de la presión indica que se gasta en vencer la friccion y accionar los mecanismos auxiliares se determina conforme a la expresión (224), recurriendo a los coeficientes experimentales aducidos en la tabla 17.
Asumimos que al velocidad media del piston es de , entonces
factor perdidas mecanicasVp Pm
13.5 0.22
La presión media efectiva del ciclo se halla de la ecuación (215).
Presion Media EfectivaPi Pm Pe
1.85 0.22 1.63
El rendimiento mecanico (según la ecuación 240) es
Rendimiento Mecanico
Pe Pi
1.63 1.85 0.88
El consumo especifico indicado de combustible, según la ecuación (211), es.
Consumo Especifico Indicado de Combustible
o𝑙 Pi α ρo gi5053.39 0.75 1.85 0.90 1.21 0.39
El consumo especifico efectivo de combustible es.g/(kW*h)
ηm
ηv
Consumo Especifico Efectivo de Combustible
gi
0.39 0.88 0.44
El rendimiento indicado del ciclo [cuando se expresa en g/(kW*h) y el en MJ/kgl, de acuerdo a la expresión (212) resulta.
Rendimiento Indicado del Ciclo
gi Hu ηᵢ0.39 44.00 210.76
El rendimiento efectivo del ciclo se determina mediante la expresión (222)
Rendimiento Efectivo del Ciclo
ηᵢ
210.76 0.88 185.45
El consumo horario de combustible constituye.
Consumo Horario de Combustible
ge Ne consumo/h0.44 66.00 0.03
ηm ge
ηm ηₑ
10. parámetros principales del ciclo. La fracción de la presión indica que se gasta en vencer la friccion y accionar los mecanismos auxiliares se determina conforme a la expresión (224),
Asumimos que al velocidad media del piston es de , entonces
factor perdidas mecanicasPm
Mpa
La presión media efectiva del ciclo se halla de la ecuación (215).
Presion Media EfectivaPe
Mpa
El rendimiento mecanico (según la ecuación 240) es
Rendimiento Mecanico
Mpa
El consumo especifico indicado de combustible, según la ecuación (211), es.
Consumo Especifico Indicado de Combustible
gig/kW*h
El consumo especifico efectivo de combustible es.
ηm
Consumo Especifico Efectivo de Combustible
g/kW*h
El rendimiento indicado del ciclo [cuando
en MJ/kgl, de acuerdo a la expresión (212) resulta.
Rendimiento Indicado del Ciclo
ηᵢ
El rendimiento efectivo del ciclo se determina mediante la expresión (222)
Rendimiento Efectivo del Ciclo
El consumo horario de combustible constituye.
Consumo Horario de Combustible
consumo/hkg/h
ge
ηₑ
Cilindrada del Motor
n τ Ne iVh5500 4 1.63 66 0.885
El volumen de trabajo de un cilindro es.
Volumen del trabajo de un cilindro
iVh Vh0.880 0.2200
De donde
Diametro del piston
π J Vh D3.14160 0.9 0.2200 0.6780 dm
67.795 mm
Carrera del piston
π D Vh S3 0.6780 0.2200 0.6094 dm
A. Dimensiones principales del motor. La cilindrada total del motor se halla de la expresión (216)
pₑ
Designemos la relación S/D = J. entonces.
Adoptando que J=0.9
Asumimos que D = 82 mm, por lo tanto.
60.944 mm
π D S Vh3 0.6780 0.6094 0.22
La cilindrada del motor será.
i Vh iVh4 0.30 1.2
n S5500 0.6094 111.73 dm/s
11 m/s
Fijamos S = 74mm, entonces
La velocidad media del piston resultara.
vp
Dimensiones principales del motor. La cilindrada total del motor se halla de la expresión (216)
![YAMAHA XS 400 - 28 - [BRICO NO MOTOR] - Restauración pintura cilindros](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/55bfc782bb61eb7a4e8b4674/yamaha-xs-400-28-brico-no-motor-restauracion-pintura-cilindros.jpg)
