/28 TEMA 5 PÉRDIDAS DE CALOR. REFRIGERACIÓN
<ul><ul><li>Justificar la necesidad de la refrigeración </li></ul></ul><ul><ul><li>Plantear las ecuaciones generales de tr...
<ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Ecuaciones generales </li></ul></ul><ul><ul><li>Ecuaciones semiempíric...
1. Introducción <ul><li>Necesidad de la refrigeración: </li></ul><ul><ul><li>Razones térmico-mecánicas: </li></ul></ul><ul...
<ul><li>Ecuaciones para el cálculo de la transmisión de calor: </li></ul><ul><ul><li>Ecuaciones generales de la transmisió...
<ul><li>Elemento en régimen estacionario :   </li></ul><ul><ul><li>Convección gas-pared: </li></ul></ul><ul><ul><li>Conduc...
2. Ecuaciones generales (cont.) <ul><li>Análisis de las ecuaciones </li></ul><ul><ul><li>Calor transmitido :  </li></ul></...
/28 2. Ecuaciones generales (cont.) <ul><li>Tendencias </li></ul>Q/ A g T sg  - T sr T sg Aumenta Aumenta el grado de carg...
<ul><li>Ejemplos de distribución de temperaturas   </li></ul>2. Ecuaciones generales (cont.) /28 Motor Diesel DI N = 600 rpm
3.  Ecuaciones semiempíricas para calcular el calor instantáneo <ul><li>Objetivo : </li></ul><ul><ul><li>Cuantificar las p...
<ul><li>Ejemplo </li></ul>/28 3.  Ecs. semiempíricas para calcular el calor instantáneo (cont.) Motor Diesel DI 2l 4000 rp...
<ul><li>Comparación entre diferentes correlaciones </li></ul>/28 3.  Ecs. semiempíricas para calcular el calor instantáneo...
<ul><li>Ecuación de Taylor y Toong </li></ul><ul><ul><li>Válida para calcular el calor cedido al refrigerante </li></ul></...
5. Balance térmico <ul><ul><li>Siendo: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Potencia disponible en el combustible. </li></ul><...
<ul><li>Diagrama simplificado del balance térmico: </li></ul>5. Balance térmico (cont.) /28 <ul><ul><ul><li>: Flujo de ent...
<ul><li>Por zonas: </li></ul><ul><li>Por proceso: </li></ul><ul><li>Motor adiabático: </li></ul>/28 6. Localización de las...
/28 6. Localización de las pérdidas de calor (cont.) <ul><li>Localización de pérdidas por proceso: </li></ul>30-50 % 6-10 ...
<ul><li>Pérdidas de calor relativas </li></ul><ul><ul><li>Expresión de Taylor y Toong :   </li></ul></ul><ul><ul><li>Expre...
<ul><li>Tendencia de  Q r   y  Q r /N e </li></ul>/28 6. Localización de las pérdidas de calor (cont.) Variable a consider...
<ul><li>Mapa térmico de un motor </li></ul>/28 C m pme 6. Localización de las pérdidas de calor (cont.)
/28 7. Refrigeración por agua y por aire Fluido: agua+glicol Caudal: 2 l/kW min Salto térmico: 8º <ul><li>Refrigeración po...
/28 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.) Radiador Electro - ventilador Deposito de expansión Termocontacto Calefac...
/28 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.) 1 y 2 Anillos deslizantes de estanqueidad 3 Turbina 4 Anillo 5 Cuerpo de ...
/28 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.) Tubo Aletas Conducto de sobrepresión Depósito superior Tapón Cuerpo del r...
<ul><li>Refrigeración por aire  </li></ul>/28 Ne Hg 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.) Aletas + soplante Caudal:...
<ul><li>Ventajas de la refrigeración por aire </li></ul><ul><ul><li>Menos averías. Menos servidumbre (vehículos militares)...
Resumen <ul><ul><li>La refrigeración es necesaria por razones tecnológicas no por razones termodinámicas. </li></ul></ul><...
Bibliografía <ul><ul><li>Motores de Combustión Interna Alternativos.  </li></ul></ul><ul><ul><li>M. Muñoz, F. Payri, Servi...
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Tema05 Perdidas De Calor. Refrigeracion

9.452 visualizaciones

Publicado el

Publicado en: Motor
2 comentarios
9 recomendaciones
Estadísticas
Notas
Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
9.452
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
176
Acciones
Compartido
0
Descargas
0
Comentarios
2
Recomendaciones
9
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Tema05 Perdidas De Calor. Refrigeracion

  1. 1. /28 TEMA 5 PÉRDIDAS DE CALOR. REFRIGERACIÓN
  2. 2. <ul><ul><li>Justificar la necesidad de la refrigeración </li></ul></ul><ul><ul><li>Plantear las ecuaciones generales de transmisión de calor y las consecuencias que se obtienen </li></ul></ul><ul><ul><li>Conocer el balance térmico y donde se localizan las pérdidas </li></ul></ul><ul><ul><li>Conocer los sistemas de refrigeración </li></ul></ul>Objetivos /28
  3. 3. <ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Ecuaciones generales </li></ul></ul><ul><ul><li>Ecuaciones semiempíricas para calcular el calor instantáneo </li></ul></ul><ul><ul><li>Ecuaciones semiempíricas para calcular el calor global </li></ul></ul><ul><ul><li>Balance térmico </li></ul></ul><ul><ul><li>Localización de las pérdidas de calor </li></ul></ul><ul><ul><li>Refrigeración por agua y por aire </li></ul></ul>Contenido /28
  4. 4. 1. Introducción <ul><li>Necesidad de la refrigeración: </li></ul><ul><ul><li>Razones térmico-mecánicas: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Limitación de potencia </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Tensiones térmicas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Fatiga térmica </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>No es necesaria la refrigeración por razones termodinámicas </li></ul></ul><ul><ul><li>La transmisión de calor se conceptúa como una pérdida </li></ul></ul>/28 <ul><ul><li>Influencia de la refrigeración: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Modifica P y T a lo largo del ciclo </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Afecta a la combustión y por tanto a la formación de contaminantes </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Factor importante en el diseño debido a las cargas térmicas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Influye sobre la lubricación </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Modifica la cantidad de aire admitida en el motor </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Interviene sobre la energía disponible en los gases de escape </li></ul></ul></ul>
  5. 5. <ul><li>Ecuaciones para el cálculo de la transmisión de calor: </li></ul><ul><ul><li>Ecuaciones generales de la transmisión de calor : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Geometría compleja </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Dificultad para conocer las condiciones de contorno </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Ecuaciones semiempíricas para el cálculo instantáneo: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ecuación de Woschni </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Ecs. semiempíricas para el cálculo global: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ecuación de Taylor y Toong </li></ul></ul></ul>1. Introducción (cont.) /28
  6. 6. <ul><li>Elemento en régimen estacionario : </li></ul><ul><ul><li>Convección gas-pared: </li></ul></ul><ul><ul><li>Conducción pared gas-pared refrigerante: </li></ul></ul><ul><ul><li>Convección pared refrigerante-refrigerante: </li></ul></ul><ul><ul><li>Problemas: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Se desprecia radiación </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>T g depende del tiempo </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>T r depende del tiempo </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Geometría compleja de las paredes </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Relación e/k w muy variable </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>h g y h r varían espacial y temporalmente </li></ul></ul></ul>2. Ecuaciones generales /28 T r A r T sr T g T sg A g
  7. 7. 2. Ecuaciones generales (cont.) <ul><li>Análisis de las ecuaciones </li></ul><ul><ul><li>Calor transmitido : </li></ul></ul><ul><ul><li>Gradientes térmicos : </li></ul></ul><ul><ul><li>Temperaturas locales : </li></ul></ul>/28
  8. 8. /28 2. Ecuaciones generales (cont.) <ul><li>Tendencias </li></ul>Q/ A g T sg - T sr T sg Aumenta Aumenta el grado de carga ↑ ↑ ↑ T g Aumenta el régimen de giro ↑ ↑ ↑ h g Aumenta el diámetro del cilindro ↓ ↑ ↑ e T sg Observaciones Punta del electrodo Alta Debido a los elevados valores de e/k w Cabeza del pistón Alta Debido a los elevados valores de e/k w (se reduce T sg empleando pistones de aleación ligera) Válvula de escape Alta Debido a los elevados valores de e/k w y h g
  9. 9. <ul><li>Ejemplos de distribución de temperaturas </li></ul>2. Ecuaciones generales (cont.) /28 Motor Diesel DI N = 600 rpm
  10. 10. 3. Ecuaciones semiempíricas para calcular el calor instantáneo <ul><li>Objetivo : </li></ul><ul><ul><li>Cuantificar las pérdidas de calor, prescindiendo de la resolución espacial </li></ul></ul><ul><li>Ecuación de Woschni (tipo convectivo) </li></ul><ul><ul><li>Flujo de calor transmitido en un instante: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>T g depende sólo del tiempo (ángulo) </li></ul></ul></ul><ul><li>T w no depende del tiempo (puede variar localmente) </li></ul><ul><li>A superficie donde se mantienen los valores de T </li></ul><ul><li>h calculada de correlaciones semiempíricas del tipo : </li></ul><ul><li>siendo </li></ul><ul><ul><li>Coeficiente de película: </li></ul></ul><ul><li>C 1 y C 2 dependen del tipo de cámara de combustión y de la fase del ciclo </li></ul>/28
  11. 11. <ul><li>Ejemplo </li></ul>/28 3. Ecs. semiempíricas para calcular el calor instantáneo (cont.) Motor Diesel DI 2l 4000 rpm Plena carga
  12. 12. <ul><li>Comparación entre diferentes correlaciones </li></ul>/28 3. Ecs. semiempíricas para calcular el calor instantáneo (cont.) h g (W/m 2 ºC) 2000 1000 180 240 300 360 480 420 PMI Nu ßelt Eichelberg Woschni
  13. 13. <ul><li>Ecuación de Taylor y Toong </li></ul><ul><ul><li>Válida para calcular el calor cedido al refrigerante </li></ul></ul><ul><ul><li>Se basa en la ecuación de tipo convectivo: </li></ul></ul><ul><ul><li>A p superficie del pistón </li></ul></ul><ul><ul><li>T g temperatura media del gas en un ciclo </li></ul></ul><ul><ul><li>T r temperatura media del refrigerante </li></ul></ul><ul><ul><li>h m coeficiente global de película obtenido de la correlación </li></ul></ul><ul><li>Sustituyendo: </li></ul>/28 4. Ecuaciones semiempíricas para calcular el calor global
  14. 14. 5. Balance térmico <ul><ul><li>Siendo: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Potencia disponible en el combustible. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Potencia efectiva y de auxiliares. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Flujo de calor transmitido al refrigerante y al aceite. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Flujo de entalpía de los gases de escape. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Flujo de entalpía por combustión incompleta. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Flujo de calor transmitido por radiación, convección y conducción al ambiente. </li></ul></ul></ul>/28 <ul><li>Ecuación del balance externo: </li></ul>
  15. 15. <ul><li>Diagrama simplificado del balance térmico: </li></ul>5. Balance térmico (cont.) /28 <ul><ul><ul><li>: Flujo de entalpía sensible de los gases de escape </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Flujo de calor a las paredes </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Flujo de entalpía por combustión incompleta </li></ul></ul></ul> <ul><ul><ul><li>: Potencia indicada </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: Pot. de pérdidas mecánicas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: bombeo </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: rozamiento </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>: auxiliares </li></ul></ul></ul>ac Q Q pm N ref Q  g H  ci H  rad conv Q   b N a N e N c H f m  i N R N p 
  16. 16. <ul><li>Por zonas: </li></ul><ul><li>Por proceso: </li></ul><ul><li>Motor adiabático: </li></ul>/28 6. Localización de las pérdidas de calor Culata Pared del cilindro Conductos de escape otros 50-60% 8-22% 16-26% 2-6% 40% 30% 30% 50% 50% 30-50% 6-10% 1-3% Escape Expansión Combustión Compresión 62% 8% (25%) (25%) 7% 15% 38% 0%
  17. 17. /28 6. Localización de las pérdidas de calor (cont.) <ul><li>Localización de pérdidas por proceso: </li></ul>30-50 % 6-10 % 50 % 1-3 %
  18. 18. <ul><li>Pérdidas de calor relativas </li></ul><ul><ul><li>Expresión de Taylor y Toong : </li></ul></ul><ul><ul><li>Expresión de la potencia : </li></ul></ul><ul><ul><li>Perdidas de calor relativas: </li></ul></ul>/28 6. Localización de las pérdidas de calor (cont.)
  19. 19. <ul><li>Tendencia de Q r y Q r /N e </li></ul>/28 6. Localización de las pérdidas de calor (cont.) Variable a considerar Q r Q r /N e Aumento del diámetro del cilindro ↑ ↓ Aumento del régimen ↑ ↓ Aumento de la presión de admisión ↑ ↓ Disminución de la temperatura de admisión ↓ ↓ Aumento de la temperatura del refrigerante ↓ ↓
  20. 20. <ul><li>Mapa térmico de un motor </li></ul>/28 C m pme 6. Localización de las pérdidas de calor (cont.)
  21. 21. /28 7. Refrigeración por agua y por aire Fluido: agua+glicol Caudal: 2 l/kW min Salto térmico: 8º <ul><li>Refrigeración por agua </li></ul>Ne Hg
  22. 22. /28 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.) Radiador Electro - ventilador Deposito de expansión Termocontacto Calefactor Termostato Bomba de agua
  23. 23. /28 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.) 1 y 2 Anillos deslizantes de estanqueidad 3 Turbina 4 Anillo 5 Cuerpo de la bomba 6 Cubo polea bomba 7 Árbol de mando de la bomba 8 Cojinete bomba P impulsión = 0,5 – 1,5 bar Q: variable con el régimen de giro 7 3 8 6 1 4 2 5
  24. 24. /28 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.) Tubo Aletas Conducto de sobrepresión Depósito superior Tapón Cuerpo del radiador Deposito inferior Radiador Parámetros de funcionamiento del radiador Δ p aire ≈ 20 – 300 Pa Δ t aire ≈ 20 – 30 ºC Δ t agua ≈ 7 – 10 ºC
  25. 25. <ul><li>Refrigeración por aire </li></ul>/28 Ne Hg 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.) Aletas + soplante Caudal: 1000 l/kW min Salto térmico: 40º
  26. 26. <ul><li>Ventajas de la refrigeración por aire </li></ul><ul><ul><li>Menos averías. Menos servidumbre (vehículos militares) </li></ul></ul><ul><ul><li>Menor inercia térmica (calentamiento más rápido) </li></ul></ul><ul><ul><li>Menor sensibilidad a las variaciones de la temperatura exterior por el mayor gradiente de temperaturas entre motor y ambiente </li></ul></ul><ul><li>Inconvenientes de la refrigeración por aire </li></ul><ul><ul><li>Temperaturas de funcionamiento más elevadas: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mayor tolerancia de las piezas en frío (ruido) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Diámetro del pistón < 150 mm </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Más producción de NOx </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Problemas de autoencendido (MEP) </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Geometría del motor condicionada (aletas, separación entre cil.) </li></ul></ul><ul><ul><li>Vibración de las aletas -> ruidos mecánicos. </li></ul></ul><ul><ul><li>Elevada potencia de accionamiento </li></ul></ul><ul><ul><li>Ruido aerodinámico de la soplante </li></ul></ul>/28 7. Refrigeración por agua y por aire (cont.)
  27. 27. Resumen <ul><ul><li>La refrigeración es necesaria por razones tecnológicas no por razones termodinámicas. </li></ul></ul><ul><ul><li>El balance térmico de un motor indica que la energía del combustible se reparte aproximadamente por partes iguales entre potencia, refrigerante y gases de escape. </li></ul></ul><ul><ul><li>El elemento térmicamente mas cargado del motor es la culata. </li></ul></ul><ul><ul><li>Una parte importante del calor cedido al refrigerante se produce durante el escape, que no afecta al rendimiento del motor. </li></ul></ul><ul><ul><li>Actualmente la mayor parte de los motores están refrigerados por agua. </li></ul></ul>/28
  28. 28. Bibliografía <ul><ul><li>Motores de Combustión Interna Alternativos. </li></ul></ul><ul><ul><li>M. Muñoz, F. Payri, Servicio de Publicaciones E.T.S.I.I. de Madrid, 1989. </li></ul></ul><ul><ul><li>Internal Combustion Engine Fundamentals. </li></ul></ul><ul><ul><li>J.B. Heywood, McGraw-Hill, 1988. </li></ul></ul><ul><ul><li>The Internal Combustion Engine in Theory and Practice. </li></ul></ul><ul><ul><li>C.F. Taylor, MIT Press. 1985. </li></ul></ul><ul><ul><li>Motor Vehicle Engines. </li></ul></ul><ul><ul><li>M. Khovakh, Mir, 1976. </li></ul></ul>/28

×