Motoare cu ardere interna

2

Cap. 1 Tem de proiect

S se proiecteze un motor cu aprindere prin compresie (MAC) avnd urmtoarele caracteristici:

- = 4 (motorul este in 4 timpi);

- Pe = 140 kWPe puterea efectiv a motorului;

- n = 2500 rot/minn turaia motorului;

- = 16,7 raportul de comprimare;

- i = 6i numarul de cilindrii;

- = 1,7 - coefincientul de exces de aer;

- motorul este supraalimentat ;

- ps = 0,26 MPa ps - presiunea la supraalimentare;

Cap. 2 Analiza performanelor

motoarelor similare cu cel din tem

Plecnd de la datele din tema de proiectare: motor cu aprindere prin compresie (MAC), Pe = 140 kW, n = 2500 rot/min am fcut urmtorul tabel care cuprinde cteva motoare ale cror caracteristici sunt apropiate cu cele ale motorului prezentat n tema de proiect.

n tabelul urmtor sunt prezentate:

1. puterea efectiv a motorului (Pe);

2. numrul de turaii (n);

3. curs/alezaj (S/D);

4. raportul curs/alezaj (

D

S

=

Y

);

5. numrul de cilindri (i);

6. raportul de comprimare ();

7. cilindreea unitar (Vs);

8. cilindreea total (Vt);

9. presiunea medie efectiv (pe);

10. puterea litric (PL);

11. puterea specific (Ps);

12. puterea efectiv pe un cilindru (

1

e

P

);

13. viteza medie a pistonului (Wpm).

Nr.

Marimea

Unitatea de masura

Deutz

BF6M2012C

460

Carrier

Engine

Mermaid

Mistral

Mermaid

Majestic

John Deere

6068HF285

John Deere

Tier 3

6068HF285

John Deere

6068HF275

Caterpillar

C7

Partz

M215C

FPT

N67

M28

1.

Pe

kW

147

140

138

142

129

149

138

147

145

132

2.

n

rot/min

2500

2400

2500

2500

2400

2400

2400

2500

2500

2500

3.

S/D

mm

126/101

135/114

115/105

115/105

127/106

127/106

127/106

127/110

125/110

132/104

4.

D

S

=

y

-

1,248

1,184

1,095

1,095

1,198

1,198

1,198

1,155

1,136

1,269

5.

i

-

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6.

-

19

18

16,4

15,7

19

19

17

16,5

19

-

7.

S

4

D

V

2

s

p

=

l

1,009

1,378

0,996

0,996

1,121

1,121

1,121

1,207

1,188

1,121

8.

Vt = iVs

l

6,057

8,268

5,975

5,975

6,724

6,724

6,724

7,242

7,127

6,728

9.

i

n

V

P

30

p

s

e

e

t

=

MPa

1,165

0,847

1,109

1,141

0,959

1,108

1,026

0,974

0,977

0,942

10.

t

e

L

V

P

P

=

kW/l

24,27

16,933

23,097

23,767

19,184

22,158

20,522

20,3

20,344

19,62

11.

4

D

i

P

P

2

e

s

p

=

kW/dm2

30,58

22,86

26,562

27,332

24,363

28,141

26,063

25,78

25,43

25,898

12

i

P

P

e

1

e

=

kW/cil

24,5

23,333

23

23,667

21,5

24,833

23

24,5

24,167

22

13.

30

n

S

W

pm

=

m/s

10,5

10,8

9,583

9,583

10,16

10,16

10,16

10,583

10,417

11

Cap. 3 Stabilirea particularitilor

constructive ale motorului

Sistemul de alimentare

Instalaia de alimentare cu combustibil a unui motor cu aprindere prin compresie se compune din dou pri:

- sistemul de nalt presiune sau sistemul de injecie prin care combustibilul circul la presiuni de sute de atmosfere;

- sistemul de joas presiune (cteva atmosfere).

Sistemul de injecie are urmatoarele componente:- pomp de injeie;

- injectorul;

- conductele de legtur.

Sistemult de injeie are urmtoarele funcii:

- creeaz presiune ridicat n injector, necesar pulverizrii;

- dozeaz cantitatea de combustibil pe ciclu n funcie de ncrcarea motorului;

- asigur aceeai doz de combustibil pentru toi cilindri.

- pulverizeaz combustibilul i asigur distribuia lui n camera de ardere.

n acest caz, alimentarea motorului (MAC) prezentat se face prin injecie direct pe volum

Sistemul de rcire

O parte din cldura dezvoltat prin arderea combustibilului n cilindrul motorului, este transmis pereilor cu care fluidul motor intr n contact.

Temperatura pieselor motorului trebuie meninut la o anumit valoare denumit temperatur de regim termic normal, avnd n vedere influena pe care o are acest parametru funcional asupra performanelor energetice i de durabilitate ale motorului.

La motorul cu aprindere prin compresie (MAC), o temperatur mai ridicat reduce ntrzierea la autoaprindere, ceea ce afecteaz jocul la montaj al pieselor n micare, existnd pericolul de gripare. De asemenea se nrutaesc proprietile mecanice ale materialelor din care sunt executate piesele.

n cazul unui regim termic prea cobort, cresc pierderile de caldur ceea ce duce la micorarea randamentului indicat, iar pierderile mecanice prin frecare cresc ca urmare a dilurii uleiului cu fraciuni grele din combustibil care condenseaz pe pereii cilindrului (cresc uzura motorului).

Cap. 4 Calculul ciclului motorului

Prin calculul ciclului se urmrete s se determine mrimile de stare ale fluidului motor pentru trasarea diagramei indicate pe baza creia se calculeaz principalii indici tehnico-economici, cum ar fi: presiunea medie indicat, consum specific de combustibil, randamentul ciclului si se determin dimensiunile principale ale motorului: alezajul si cursa.

Calculul termic se calculeaz la regimul nominal (precizat n tema de proiect).

Sunt metode care calculeaz ciclul teoretic n care se consider fluidul motor ca amestec de gaze perfecte i o alt categorie de metode de calcul ale ciclurilor reale cu gaze reale.

Prima categorie care calculeaz cicluri teoretice trateaz .. n mod global, determinand mrimile de stare n punctele caracteristice ale ciclului. Prin corecie, din ciclul teoretic se obine apoi ciclul real.

A doua categorie de metode urmresc transformarea pas cu pas lund n considerare o serie de particulariti ale procesului din cilindru (curgerea gazelor, transferul de caldur, legea de ardere etc.).

Metodele de calcul simplificate sunt adecvate cnd se efectueaz calculele preliminare de proiectare sau predimensionare a unui motor.

4.1. Calculul admisiei

Prin calculul admisiei se urmrete s se determine presiunea de admisie (pa) sau coeficientul de umplere (

b

h

) i a coeficientului de gaze arse reziduale .

Se fac urmtoarele ipoteze de baz:

n cilindru evolueaz un amestec omogen de gaze perfecte;procesul de evacuare decurge la presiune constant, pg;se consider c supapa de evacuare se deschide la punctul mort exterior (PME) n punctul b, curgerea liber a gazelor fiind reprezentat n transformarea izocor b-b;procesul de admisie se desfoar la presiune constant notat cu pa i nceputul admisiei se consider punctul s care e nceputul cursei;perioada de suprapunere a deschiderii supapei este nul;ncrctura proaspt se nclzeste n contact cu pereii motorului;creterea de temperatur notat cu T este la motorul cu aprindere prin compresie (MAC) ntre 10 - 20C la admisia normal i ntre 5 - 10C la motorul supraalimentat.

- la motorul cu admisie normal, mrimile de stare iniiale sunt:

T0 = 298 K;T0 - temperatura iniial la motorul cu admisie normal;

'

0

T

= T0 + T;

p0 = 0,1 MPa.p0 - presiunea iniial la motorul cu admisie normal;

Pentru motorul supraalimentat se v-a calcula temperatura de supraalimentare (Ts) i se aleg urmtoarele date:

T creterea de temperatur;

T = 6 C

Tr temperatura de rcire;

Temperatura de rcire se cuprinde n intervalul 20 - 100C, i am ales:

Tr = 92 C

ms exponent politropic de comprimare n suflant;

Exponentul politropic de comprimare n suflant se cuprinde n intervalul 1,8 2, i am ales:

ms = 1,8.

Dup ce am facut alegerile, se va calcula temperatura de supraalimentare (Ts).

668

,

363

T

T

p

p

T

T

s

r

m

1

m

0

s

0

s

s

s

=

D

-

=

-

K

668

,

369

6

668

,

363

T

T

T

s

'

s

=

+

=

D

+

=

K

La nceputul cursei de admisie, n cilindru se afl gaze arse reziduale iar la sfaritul sursei de admisie (n punctul a), n cilindru, se afl amestecul iniial rezulatat din amestecarea gazelor de ardere arse reziduale cu ncrctura proaspt.

Evoluiile de comprimare din punctul a n punctul c i de destindere din punctul z n punctul b sunt evoluii politropice cu exponenii mc i md.

Se calculeaz coeficientul de umplere:

(

)

(

)

[

]

(

)

907

,

0

T

T

k

1

p

p

1

k

1

p

s

s

s

g

a

v

'

=

-

e

-

-

+

e

+

e

=

h

Unde:

(

)

s

a

p

98

,

0

...

91

,

0

p

=

239

,

0

p

92

,

0

p

s

a

=

=

MPa;

(

)

s

g

p

9

,

0

...

7

,

0

p

=

226

,

0

p

87

,

0

p

s

g

=

=

MPa;

k exponent adiabatic,k = 1,4.

Se calculeaz coeficientul de gaze arse reziduale:

03

,

0

T

T

1

1

1

p

p

g

s

v

s

g

=

-

e

h

=

g

Unde:Tg temperatura la care se desfoar procesul de evacuare

Tg = 600...900 K

Am ales: Tg = 750 K

Se calculeaz temperatura de la sfritul procesului de admisie:

962

,

380

T

1

1

1

1

p

p

T

s

v

s

a

a

=

-

e

e

g

+

h

=

K

4.2. Calculul comprimarii

Se alege exponentul politropic al comprimrii (mc) din intervalul (1,351,38):mc = 1,37.

Se calculeaz:

- presiunea la sfritul cursei de comprimare (pc):

321

,

11

p

p

c

m

a

c

=

e

=

MPa

- temperatura la sfritul comprimrii (Tc):

660

,

1079

T

T

1

m

a

c

c

=

e

=

-

K

4.3. Calculul arderii

Calculul arderii se efectueaz considernd 1 kg de combustibil.

Proprietatile fizico-chimice ale combustibilului:

- H puterea calorifica;

H = 41855 kJ/kmol

- Mc masa molara.

Mc = 224. kg/kmol

Participaiile masice din molecula de combustibil (motorin) sunt:

01

,

0

100

1

o

133

,

0

100

3

,

13

h

857

,

0

100

7

,

85

c

=

=

=

=

=

=

Se calculeaz cantitatea teoretic de aer de ardere:

497

,

0

21

.

0

1

32

o

4

h

12

c

L

t

aer

=

-

+

=

kmol aer/kg comb

Se calculeaz cantitatea real de aer de ardere:

845

,

0

497

,

0

7

,

1

L

L

t

aer

aer

=

=

l

=

kmol aer/kg comb

Compozitia gazelor de ardere:

- depinde de valoarea excesului de aer, :

- pt > 1 n gazele arse se vor gsi CO2, H2O, N2 i O2;

- pt = 1 n gazele arse se vor gsi CO2, H2O i N2;

- pt < 1 n gazele arse se vor gsi CO2, CO, H2O i N2.

- pt = 1,55, gazele arse sunt un amestec de CO2, H2O, N2 i O2.

Se calculeaz in continuare catitatea de gaze de ardere:

071

,

0

12

c

n

2

CO

=

=

Kmol CO2/ Kg comb

067

,

0

2

h

n

O

H

2

=

=

Kmol H2O/ Kg comb

667

,

0

497

,

0

7

,

1

79

,

0

L

79

,

0

n

t

2

aer

N

=

=

l

=

Kmol N2/ Kg comb

(

)

(

)

073

,

0

497

,

0

1

7

,

1

21

,

0

L

1

21

,

0

n

t

2

aer

O

=

-

=

-

l

=

Kmol O2/ Kg comb

Cantitatea total de gaze de ardere va fi:

(

)

878

,

0

L

1

21

,

0

L

79

,

0

2

h

12

c

N

t

t

ser

aer

f

=

-

l

+

l

+

=

Kmol g.a./ Kg comb

- participaiile molare ale gazelor de ardere sunt:

081

,

0

878

,

0

071

,

0

N

n

r

f

CO

CO

2

2

=

=

=

076

,

0

878

,

0

067

,

0

N

n

r

f

O

H

O

H

2

2

=

=

=

76

,

0

878

,

0

667

,

0

N

n

r

f

N

N

2

2

=

=

=

083

,

0

878

,

0

073

,

0

N

n

r

f

O

O

2

2

=

=

=

Se calculeaz cantitatea iniial de ncrctur proaspt:

849

,

0

224

1

497

,

0

7

,

1

M

1

L

N

c

aer

0

t

=

+

=

+

l

=

Kmol initial/ Kg comb

Se calculeaz acum coeficientul chimic de variaie molar (

ch

m

):

034

,

1

849

,

0

878

,

0

N

N

0

f

ch

=

=

=

m

Coeficientul real de variaie molar

m

, va fi:

033

,

1

N

N

N

N

g

o

g

f

=

+

+

=

m

Unde:

025

,

0

849

,

0

03

,

0

N

N

o

g

=

=

g

=

Kmol g.a. rez/ Kg comb

n funcie de Tc = 1079,66 K, care n tabelul standardizat este cuprins ntre temperaturile 1000 < Tc < 1100, vom calcula prin interpolare energia interna U la temperatura Tc pentru aer si energia interna U la temperatura Tc pentru gazele de ardere.

Pentru aer:

La Tc1 = 1000 K

22047

U

aer

1

Tc

=

kJ/kmol;

La Tc2 = 1100 K

24562

U

aer

2

Tc

=

kJ/kmol;

(

)

(

)

449

,

24050

1000

1100

U

U

T

1100

U

U

aer

1

Tc

aer

2

Tc

c

aer

2

Tc

aer

Tc

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol;

Pentru gazele de ardere:

La Tc1 = 1000 K

34443

U

2

CO

1

Tc

=

kJ/kmol;

27696

U

O

H

1

Tc

2

=

kJ/kmol;

23013

U

2

O

1

Tc

=

kJ/kmol;

21791

U

2

N

1

Tc

=

kJ/kmol.

La Tc2 = 1100 K

39100

U

2

CO

2

Tc

=

kJ/kmol;

31036

U

O

H

2

Tc

2

=

kJ/kmol;

25696

U

2

O

2

Tc

=

kJ/kmol;

24265

U

2

N

2

Tc

=

kJ/kmol.

(

)

(

)

766

,

38152

1000

1100

U

U

T

1100

U

U

2

2

2

2

CO

1

Tc

CO

2

Tc

c

CO

2

Tc

CO

Tc

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol;

(

)

(

)

644

,

30356

1000

1100

U

U

T

1100

U

U

O

H

1

Tc

O

H

2

Tc

c

O

H

2

Tc

O

H

Tc

2

2

2

2

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol;

(

)

(

)

278

,

25150

1000

1100

U

U

T

1100

U

U

2

2

2

2

O

1

Tc

O

2

Tc

c

O

2

Tc

O

Tc

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol;

(

)

(

)

788

,

23761

1000

1100

U

U

T

1100

U

U

2

2

2

2

N

1

Tc

N

2

Tc

c

N

2

Tc

N

Tc

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol;

689

,

25546

U

r

U

r

U

r

U

r

U

2

2

2

2

2

2

2

2

O

Tc

O

N

Tc

N

O

H

Tc

O

H

CO

Tc

CO

ga

Tc

=

+

+

+

=

kJ/kmol.

Pentru calculul temperaturii n punctul z se scrie ecuaia de bilan energetic:

Q = Uc-z + Lc-z + Qp,c-z

Unde: Q cldura degajat prin ardere;

Uc-z variaia energiei interne ntre strile c i z;

Lc-z lucrul mecanic efectuat ntre strile c i z;

Qp,c-z cldura cedat pereilor intre strile c i z.

Din ecuaia de bilan energetic, dup o serie de nlocuiri i transformri, obinem urmtoarea formul pentru entalpia molar a gazelor de ardere la temperatura Tz:

(

)

(

)

(

)

(

)

53

,

77001

I

033

,

1

66

,

1079

315

,

8

7

,

1

03

,

0

1

033

,

1

489

,

25546

03

,

0

449

,

24050

033

,

1

03

,

0

1

849

,

0

41855

84

,

0

T

R

1

U

U

1

N

Q

I

z

c

p

ga

Tc

aer

Tc

0

z

z

=

+

+

+

+

+

=

=

m

l

+

g

+

m

g

+

+

m

g

+

x

=

Iz = 77001,53 kJ/kmol

Unde: z coeficient de utilizare a cldurii,

z = 0,7...0,88, pentru MAC cu injecie direct,

z = 0,65...0,8, pentru MAC cu camer separat,

- aleg pentru MAC cu injecie direct z = 0,84;

- energia intern a aerului la temperatura Tc, [kJ/kmol];

- energia intern a gazelor arse la temperatura Tc, [kJ/kmol];

p gradul de cretere a presiunii,

p = 1,6...2,5, pentru MAC cu injecie direct n volum,

p = 1,3...1,8, pentru MAC cu injecie direct pe perete,

p = 1,1...1,4, pentru MAC cu camer separat de preardere,

- aleg pentru MAC cu injecie direct n volum p = 1,7;

R constanta universal a gazelor, R = 8,315 kJ/kmolK.

n cazul de fa = 1,7 > 1

Q = Hi = 41855 kJ/kg

Dup mai multe ncercri am observat c valorile ntre care se situeaz entalpia molar a gazelor de ardere la temperatura Tz, Iz sunt la temperaturile Tz1 = 2100 K i Tz2 = 2200 K:

Pentru Tz1 = 2100

106985

I

2

1

z

CO

T

=

kJ/kmol;

88019

I

O

H

T

2

1

z

=

kJ/kmol;

74079

I

2

1

z

O

T

=

kJ/kmol;

68400

I

2

1

z

N

T

=

kJ/kmol.

73495

I

r

I

r

I

r

I

r

I

r

I

2

1

z

2

2

1

z

2

2

1

z

2

2

1

z

2

1

z

N

T

N

O

T

O

O

H

T

O

H

CO

T

CO

i

T

i

1

z

=

+

+

+

=

=

kJ/kmol

Pentru Tz2 = 2200

113099

I

2

2

z

CO

T

=

kJ/kmol;

93256

I

O

H

T

2

2

z

=

kJ/kmol;

75376

I

2

2

z

O

T

=

kJ/kmol;

72020

I

2

2

z

N

T

=

kJ/kmol.

259

,

77246

I

r

I

r

I

r

I

r

I

r

I

2

2

z

2

2

2

z

2

2

2

z

2

2

2

z

2

2

z

N

T

N

O

T

O

O

H

T

O

H

CO

T

CO

i

T

i

2

z

=

+

+

+

=

=

kJ/kmol

Iz se cuprinde intre valorile Iz1 si Iz2, deci intervalul Tz1 si Tz2 este ales corect.

Acum vom calcula Tz prin interpolare la Iz:

(

)

(

)

(

)

(

)

-

-

-

-

=

-

-

-

-

=

73495

259

,

77246

2100

2200

53

,

77001

259

,

77246

2200

I

I

2100

2200

I

I

2200

T

1

z

2

z

z

2

z

z

476

,

2193

T

z

=

K

Gradul de destindere prealabil va fi:

235

,

1

T

T

c

p

z

=

l

m

=

r

Se calculeaz volumul la sfritul comprimrii:

(

)

377

,

693

p

T

R

N

N

V

c

c

g

0

c

=

+

=

m3

Din raportul de destindere vom afla valoarea volumului n punctul

z

, Vz:

218

,

856

V

V

V

V

c

z

c

s

=

r

=

=

r

m3

Din raportul de cretere a presiunii vom afla valoarea presiunii n starea z, pz:19,246

c

z

p

p

p

=

l

246

,

19

p

p

c

p

z

=

l

=

MPa

4.4. Calculul destinderii

Se alege din date statistice exponentul politropic al destinderii, md:

Alegem md = 1,3. din intervalul (1,21,3).

Se calculeaz:

- presiunea la sfritul destinderii:

651

,

0

p

p

d

m

z

b

=

e

r

=

MPa

- temperatura la sfritul destinderii:

159

,

1004

T

T

1

m

z

b

d

=

e

r

=

-

K

4.5. Trasarea diagramei ciclului de referin

Se alege o scar arbitrar pentru axa volumelor astfel nct:

- pt = 16,7 aleg Va = 16,7

1

V

V

a

c

=

e

=

unitate

Iar pentru pentru axa presiunilor: 1 MPa = 1 unitate

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0123456789101112131415161718

V

p [MPa]

px

pd

c-y

y-z

a-b

pa = 0,239 MPa

pg = 0,226 MPa

ps = 0,26 MPa

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

V

p [MPa]

px

pd

c-y

y-z

a-b

pa = 0,239 MPa

pg = 0,226 MPa

ps = 0,26 MPa

Diagrama ciclului de referin

4.6. Calculul mrimilor caracteristice ale

ciclului de referin

Se calculeaz presiunea medie indicat a ciclului de referin:

(

)

(

)

765

,

1

p

p

1

1

1

m

1

1

1

m

1

1

p

p

a

g

p

1

m

c

1

m

d

p

p

m

a

'

i

c

d

c

=

-

f

-

e

-

-

-

e

r

-

-

r

l

+

-

r

l

-

e

e

=

-

-

MPa

n care: p = 0,20,4

aleg p = 0,2

Se calculeaz randamentul indicat al ciclului de referin:

459

,

0

H

T

N

1

p

p

R

s

0

v

s

'

i

'

i

=

h

=

h

= 45,9%

4.7. Diagrama ciclului real

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0123456789101112131415161718

V

p [MPa]

px

pd

c-y

y-z

a-b

pa = 0,239 MPa

pg = 0,226 MPa

ps = 0,26 MPa

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

V

p [MPa]

px

pd

c-y

y-z

a-b

pa = 0,239 MPa

pg = 0,226 MPa

ps = 0,26 MPa

4.8. Calculul mrimilor caracteristice ale ciclului real.

Calculul indicilor tehnico-economici

Parametrii indicai

- presiunea medie indicat a ciclului real:

624

,

1

p

p

'

i

d

i

=

h

=

MPa

Unde:

d

h

- coeficient de corecie al diagramei,

97

,

0

...

92

,

0

d

=

h

aleg

92

,

0

d

=

h

- randamentul indicat al ciclului real:

422

,

0

'

i

d

i

=

h

h

=

h

= 42,2%

- consumul specific indicat:

643

,

203

H

10

6

,

3

c

i

6

i

=

h

=

[g/kWh]

Parametrii efectivi

- presiunea medie efectiv a ciclului real:

38

,

1

p

p

i

m

e

=

h

=

MPa

Unde:

m

h

- randament mecanic

95

,

0

...

85

,

0

m

=

h

pentru MAC supraalimentat, am ales

m

h

= 0,85;

- randamentul efectiv al ciclului real:

359

,

0

i

m

e

=

h

h

=

h

= 35,9%

- consumul specific efectiv:

58

,

239

c

c

m

i

e

=

h

=

[g/kWh]

4.9. Calculul dimensiunilor fundamentale ale motorului

Alegem alezajul i cursa din tabel, din marimile efective ale motoarelor similare cu motorul ales prin tem,:

S cursa;

S = 115 mm

D alezajul;

D = 105

095

,

1

105

115

D

S

=

=

=

y

mm;

y

- raportul curs/alezaj ales din tabelul de motoare;

tiind raportul curs/alezaj putem calcula alezajul pentru motor:

072

,

98

n

i

p

P

120

10

D

3

e

2

=

y

p

t

=

mm

Se calculeaz cursa pistonului:

412

.

107

D

S

=

y

=

mm

Se calculeaz n continuare cilindreea unitar:

(

)

811

,

0

S

4

10

D

V

2

3

s

=

p

=

-

l

Calculm acum cilindreea total:

868

,

4

V

i

V

s

t

=

=

l

Calculm viteza medie a pistonului:

951

,

8

30

n

10

S

W

3

pm

=

=

-

m/s

4.10. Bilanul energetic

Ecuaia de bilan energetic este:

Q = Qe + Qg + Qin + Qrc + Qrez

n care: Q cantitatea de cldur disponibil;

Qe cantitatea de caldur transformat n lucru mecanic efectiv;

Qg cantitatea de cldur pierdut prin gazele de evacuare;

Qin cantitatea de caldur coninut n gazele de evacuare sub form de energie chimic, datorit arderii incomplete, Qin = 0, deoarece avem > 1

Qrc cantitatea de caldur evacuat prin sistemul de rcire;

Qrez termen rezidual care nglobeaz pierderile ce nu au fost cuprinse n ceilali termeni.

Cantitatea de cldur disponibil se obine astfel:

757

,

1403867

10

H

P

c

Q

3

e

=

=

-

kJ/h

Caldura transformat n lucru mecanic efectiv este:

504000

Q

Q

e

e

=

h

=

kJ/h

Pentru a afla cldura pierdut prin gazele de evacuare (Qg), vom calcula temperatura la evacuare (Tev) dup care aflm temperatura medie (Tm).

Am notat cu Tm, valoarea medie dintre temperaturile entalpiei gazelor i cu Tsm valoarea medie dintre temperaturile ntre care se calculeaz entalpia aerului.

349

,

812

p

p

T

T

d

d

m

1

m

b

s

b

ev

=

=

-

K

254

,

908

2

T

T

T

ev

b

m

=

+

=

K

Din tabelul standardizat aleg valorile ntre care se ncadreaz Tm:

Tm = 908,254 K

Aleg intervalul 900 < Tm < 1000 K. Cu ajutorul acestor temperaturi din tabel, voi calcula interpolrile pentru gazele de ardere (CO2, H2O, O2, N2), pentru a afla entalpia gazelor de ardere la temperatura Tm.

Pentru Tm1 = 900 K

37393

I

2

CO

1

Tm

g

=

kJ/kmol;

31919

I

O

H

1

Tm

g

2

=

kJ/kmol;

27872

I

2

O

1

Tm

g

=

kJ/kmol;

23868

I

2

N

1

Tm

g

=

kJ/kmol;

Pentru Tm2 = 1000 K

42758

I

2

CO

2

Tm

g

=

kJ/kmol;

36012

I

O

H

2

Tm

g

2

=

kJ/kmol;

31329

I

2

O

2

Tm

g

=

kJ/kmol;

30111

I

2

N

2

Tm

g

=

kJ/kmol;

Calculez prin interpolare entalpia gazelor de ardere (CO2, H2O, O2, N2) la temperatura Tm:

(

)

(

)

81

,

37835

900

1000

I

I

T

1000

I

I

2

2

2

2

CO

1

Tm

g

CO

2

Tm

g

m

CO

2

Tm

g

CO

Tm

g

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol;

(

)

(

)

823

,

32256

900

1000

I

I

T

1000

I

I

O

H

1

Tm

g

O

H

2

Tm

g

m

O

H

2

Tm

g

O

H

Tm

g

2

2

2

2

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol;

(

)

(

)

33

,

28157

900

1000

I

I

T

1000

I

I

2

2

2

2

O

1

Tm

g

O

2

Tm

g

m

O

2

Tm

g

O

Tm

g

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol;

(

)

(

)

277

,

24383

900

1000

I

I

T

1000

I

I

2

2

2

2

N

1

Tm

g

N

2

Tm

g

m

N

2

Tm

g

N

Tm

g

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol.

Dup ce am aflat valorile entalpiilor gazelor de ardere componente, calculm entalpia gazelor de ardere:

084

,

26387

I

r

I

r

I

r

I

r

I

2

2

2

2

2

2

2

2

N

Tm

g

N

O

Tm

g

O

O

H

Tm

g

O

H

CO

Tm

g

CO

Tm

g

=

+

+

+

=

kJ/kmol;

Avnd tipul motorului supraalimentat, calculez temperatura medie (Tsm) dintre Ts si Ts:

668

,

366

2

T

T

T

'

s

s

sm

=

+

=

K

Cu ajutorul acestei temperaturi voi alege din tabelul standardizat de temperaturi, intervalul 300 < Tsm < 400 si voi afla entalpia ncrcturii proaspete (I0), pentru aer, prin interpolare:

Pentru Tsm1 = 300 K

8713

I

aer

1

Tsm

0

=

kJ/kmol;

Pentru Tsm2 = 400 K

11626

I

aer

2

Tsm

0

=

kJ/kmol.

Calculez prin interpolare entalpia aerului:

(

)

(

)

049

,

10655

300

400

I

I

T

400

I

I

aer

1

Tsm

0

aer

2

Tsm

0

sm

aer

2

Tsm

0

Tsm

0

=

-

-

-

-

=

kJ/kmol

Dupa ce am aflat entalpia gazelor de ardere si entalpia ncrcturii proaspete, putem calcula cldura pierdut prin gazele de evacuare (Qg):

(

)

347

,

473871

10

P

c

I

N

I

N

Q

3

e

Tsm

0

0

Tm

g

f

g

=

-

=

-

kJ/h

Ecuaia de bilan energetic scris procentual este:

100% = qe + qg + qin + qr + qrez

Unde:

359

,

0

Q

Q

q

e

e

=

=

= 35,9%

338

,

0

Q

Q

q

g

g

=

=

= 33,8%

Q

Q

q

in

in

=

qin = 0, deoarece este mai mare ca 1, = 1,7 > 1.

Iar qr i qrez se vor aleg din urmatoarele intervale de valori date pentru MAC:

qr = 15...35%;

qrez = 2...5%.

Aleg:qr = 26% = 0,26

qrez = 4,3% = 0,043

qr + qrez = 26 + 4,3 = 30,3%

Ecuaia de bilan energetic scris procentual este corect:

100% = 35,9% + 33,8% + 0% + 26% + 4,3%

Cap. V Concluzii

n urma calculelor de dimensionare a motorului se face o comparaie ntre valorile motorului proiectat i cele ale motoarelor similare din tabelul prezentat la capitolul 2. n urmtorul tabel se reprezint aceast comparaie:

Mrimea

U.M.

Valoarea calculat

Interval de valori ale motoarelor similare

S

mm

107

115...135

D

mm

98

101...114

D

S

=

Y

-

1,095

1,095...1,269

S

4

D

V

2

s

p

=

l

0,811

0,996...1,378

s

t

V

i

V

=

l

4,868

5,975...8,268

i

n

V

P

30

p

s

e

e

t

=

MPa

1,38

0,847...1,141

t

e

L

V

P

P

=

kW/l

28,757

16,933...24,27

p

=

4

D

i

P

P

2

e

S

kW/dm2

30,88

22,86...30,58

i

P

P

e

e

1

=

kW/cil

23,33

21,5...24,833

30

n

S

w

pm

=

m/s

8,951

9,583...11

Din tabel rezult c aproape toate valorile calculate nu se ncadreaz n intervalul de valori ale motoarelor similare pentru c presiunea la sfritul destinderii (pb) nu se cuprinde n interval si este mai mare si presiunea medie efectiv a ciclului real (pe), la fel, este prea ridicat fa de intervalul n care trebuie s se cuprind.