1. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO
ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA, INGENIERIA
MECANICA, INGENERIAELECTRONICAE INGENIERIADE MINAS.
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA
.
DOCENTE : Ing. ALFONSO HUAMAN VALENCIA
CURSO : MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
ALUMNO : CHUQUITAYPE QUISPE EDWIN
CODIGO : 081513
CUSCO – PERU
2015-II
DISEÑO DE UN MOTOR GASOLINERO DE 90 OCTANOS
2. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Índice.
1. Introducción…………………………………………………………………………1
2. Parámetros iniciales……………………………………………………………………………………………….2
3. composición del hidrocarburo……………………………………………………3
3.1. Generalidades de la combustión………………………………………………4
3.1. Coeficiente de exceso de aire………………………………………………….5
3.2. Usos del coeficiente de aire……………………………………………………..6
3.3. Combustión incompleta y productos de la combustión…………………..7
4.Proceso de admisión………………………………………………………………8
4.1Presión en el cilindro en el proceso de admisión………………………..…9
4.2Gases residuales y coeficiente de gases residuales……………………...10
4.3Temperatura de admisión………………………………………………………11
4.4Coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico………………………..12
5.Proceso de compresión…………………………………………………………13
6.Proceso de combustión……………………………………………………….…14
7. Calculo de la presión máxima al final de la combustión visible…………..15
8.Proceso de expansión………………………………………………...................16
9Parámetros indicados y parámetros efectivos………………………………..17
9.1Parámetros indicados………………………………………………………..…18
9.2Parámetros efectivos……………………………………………………….......19
9.3Dimensiones principales del motor…………………………………………….26
4. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
1.INTRODUCCIÓN
El diseño del motor Gasolinero de 90 octanos con una potencia nominal de 120HP,
velocidad nominal de 3450RPM y relación de compresión de 11.8 este diseño esta hecho en
condiciones atmosféricas de la región cusco, en estos cálculos se muestra los procesos de
admisión, compresión, combustión y expansión. También se definirá las dimensiones
principales del motor (cilindrada, carrera, diámetro del pistón, consumo de combustible,
eficiencias y otros parámetros).
5. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
DISEÑO DE UN MOTOR GASOLINERO DE 90 OCTANOS
2.-LOS PARÁMETROS INICIALES
2.1Procedimiento a seguir.
Primero veremos la composición del hidrocarburo.
algunas generalidades del proceso de combustión.
Cálculos en el proceso de admisión.
Calculo de las temperaturas de admisión.
Cálculos en el proceso de compresión.
Cálculos en el proceso de combustión.
Cálculos en el proceso de expansión.
Octavo el proceso de escape.
Calculo de los parámetros indicados y parámetros efectivos.
Y finalmente calcularemos las principales dimensiones del motor.
Potencia 120 HP 89.484 KW
Velocidad 3450 RPM Ɛ 11.8
6. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
3. COMPOSICION GRAVIMETRICA DEL COMBUSTIBLE (GASOLINA SP 90)
PODER CALORIFICO:
3.1. GENERALIDADES DE LA COMBUSTION:
Para motores gasolineros:
Las mezclas RICAS (∝< 𝟏)
∝= (𝟎. 𝟖𝟓 − 𝟎. 𝟗)
3.2COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE
la cantidad de aire teórica necesaria para la combustión de 1kg de combustible se halla
mediante la ecuación:
𝑙 𝑜 =
1
0.23
(
8
3
𝐶 + 8𝐻 − 𝑂𝑐)
CARBONO: 0.855
HIDROGENO: 0.145
OXIGENO: 0
Hu= 44000 KJ/Kg
44 MJ/Kg
α = 0.9 COEFICIENTE DE EXESO DE AIRE (Asumido)
7. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
𝑙 𝑜 =
1
0.23
(
8
3
∗ 0.855 + 8 ∗ 0.145 − 0.0) = 𝟏𝟒.𝟗𝟓𝟔𝟓𝟐𝟏𝟕𝟒 Kg aire /kg comb
y mediante la otra ecuación:
𝐿 𝑜 =
1
0.21
(
𝐶
12
+
𝐻
4
−
𝑂 𝑐
32
)
𝐿 𝑜 =
1
0.21
(
0,87
12
+
0.126
4
−
0.004
32
) =
𝑳 =∝ 𝑳 𝟎=𝟎.𝟒𝟔𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝒂𝒊𝒓𝒆/𝑲𝒎𝒐𝒍𝒄𝒐𝒎𝒃
𝒍 = 𝛂 𝒍 𝟎=𝟏𝟑.𝟒𝟔 𝑲𝒈 𝒂𝒊𝒓𝒆/𝑲𝒄𝒐𝒎𝒃
Masa molecular aparentedeaire
𝝁 𝒂 =
𝒍 𝟎
𝑳 𝟎
⁄ = 𝝁 𝒂 = 29.22
3.3. COMBUSTION INCOMPLETA Y PRODUCTOS DE LA COMBUSTION
En motores otto (gasolineras):
CALCULO DE LA CANTIDAD TOTAL DE MEZCLA DEL CARBURANTE
*para motores gasolina Masa molecular del combustible 𝝁 𝑪
(𝟏𝟏𝟎− 𝟏𝟐𝟎)
𝝁 𝑪= 𝟏𝟐𝟎 𝑨𝑺𝑼𝑴𝑰𝑫𝑶
CALCULO DE LA MEZCLA FRESCA
𝑴 𝟏 = 𝜶𝑳 𝑶 +
𝟏
𝝁 𝑪
[ 𝒌𝒎𝒐𝒍] =0.469047619 Kmol aire/ Kmol comb
masa de carga fresca
𝑮 𝟏 = 𝟏 + 𝜶𝒍 𝑶 = 𝟏 + (𝟎. 𝟗) 𝟏𝟒. 𝟗𝟓𝟔𝟓𝟐𝟏𝟕𝟒 = 𝟏𝟒. 𝟒𝟔 𝒌𝒈
kmol aire/kmol comb𝑳 𝟎 =0.511904762
8. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
La cantidad de cada uno de los componentes de los productos de
combustión y su suma:
(Para la com bustión incompleta se observa que la relación entre el núm ero de m oles
del hidrogeno y del m onóxidode carbonoes aproximadamente constante y no depende
del 𝛼 y se representa por k)
𝑲 =
𝑴 𝑯
𝑴 𝑪𝑶
Si
𝑯
𝑪
= ( 𝟎. 𝟏𝟒 − 𝟎. 𝟏𝟗) entonces
𝑲 = 𝟎. 𝟒𝟓 − 𝟎. 𝟓𝟎
Con una composición de (C = 0.855 H = 0.145)
𝑝𝑎𝑟𝑎 =
0.145
0.855
=0.169
Interpolando
k=0.479590643 relacion del hidrogeno y
carbono del combustible
3.4.COMPONENTES DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIONM2
𝑴 𝑪𝑶 = 𝟎. 𝟒𝟐
𝟏 − 𝜶
𝟏 + 𝑲
𝑳 𝑶 [ 𝑲𝒎𝒐𝒍] = 𝟎. 𝟎𝟏𝟒𝟓𝟑𝟏𝟎𝟒𝟔
H/C ( K)
0.14 0.45
0.169590643 k
0.19 0.5
10. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
𝜇 𝑜 = 1 +
∆𝑀
𝑀1
=
𝑀2
𝑀1
=
0.50778
0.4695
= 1.082
4.-PARAMENTROS DEL PROCESO DE ADMISIÓN
DIAGRAMA DE P-V SIN SOBREALIMENTACION
4.1.-PRESIÓN EN EL CILINDRO EN EL PROCESO DE ADMISIÓN.
Para nuestro caso el motor no es sobrealimentado
Presión al final de la admisión
𝑷 𝑲 = 𝑷 𝑶 𝒚 𝝆 𝒌 = 𝝆 𝒐
𝑷 𝒂 = 𝑷 𝒌 − ∆𝑷 𝒂
Perdidas hidráulicas en el múltiple de admisión
∆𝑷 𝒂 = 𝑷 𝒌 − 𝑷 𝒂 = (𝜷 𝟐
+ 𝛏 𝒂𝒅
)
𝝎 𝒂𝒅
𝟐
𝟐
𝝆 𝒌 𝟏𝟎−𝟔 [ 𝑴𝑷𝒂]
11. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Calculo de la densidad de la carga fresca:
𝑻 𝟎= 𝟐𝟖𝟖°𝑲 y presión de Po = 0.068MPa; con
𝜌𝑜 =
𝑃𝑜
𝑅 𝑎 𝑇𝑜
∗ 106
=
0.068 ∗ 28.96 ∗ 106
284.53 ∗ 288
= 0.898254
𝑘𝑔
𝑚3
La suma de ( 𝛽2
+ ξ 𝑎𝑑 ) = 2,5… … 4,0 Asumimos : 3
𝛽 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑟𝑡𝑖𝑔𝑢𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎
ξ 𝑎𝑑 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑟𝑡𝑔𝑢𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎
Velocidad del aire en el múltiple de admisión ( 𝜔 𝑎𝑑 = 50 − 130𝑚/𝑠) tomamos:
100m/s
Finalmente
𝑷 𝒂 = 𝑷 𝟎 − ∆𝑷 𝒂
Presión al final de la admisión: 𝑷 𝒂 = 𝑷 𝑶 − (𝜷 𝟐
+ 𝛏 𝒂𝒅
)
𝝎 𝒂𝒅
𝟐
𝟐
𝝆 𝒐 𝟏𝟎−𝟔
𝑷 𝒂 = 𝟎. 𝟎𝟔𝟖 −
𝟑 ∗ 𝟏𝟎𝟎 𝟐
𝟐
∗ 𝟎. 𝟖𝟐𝟐𝟒𝟒 ∗ 𝟏𝟎−𝟔
= 𝟎. 𝟎𝟓𝟓𝟓𝟓𝟐𝟔𝟐𝟐 𝑴𝑷𝒂
∆𝑷 𝒂 = 𝑷 𝟎 − 𝑷 𝒂 = 0.012447378
12. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
4.2.-GASES RESIDUALES Y COEFICIENTE DE GASES RESIDUALES.
𝑻 𝑲 = 𝑻 𝑶
𝜸 𝒓 =
𝑴 𝒓
𝑴 𝟏
Coeficientes de gases residuales: 𝜸 𝒓 =
𝑻 𝒐+∆𝑻
𝑻 𝒓
∗
𝑷 𝒓
𝝐𝑷 𝒂−𝑷 𝒓
∆𝑇 : Temperatura de calentamiento de la carga varía entre 0 a 20° k para
los motores de formación externa de los gases; asumiremos un valor
promedio de 15°C.
Tr: este valor se asume de 900-1000°k para motores a gasolina
tomamos:940°k
Pr: se debe asumir de (1,1…….1, 25) tomamos: 1,25*P0:
Relación de compresión
Pr = 1.25*0.068 = 0.085 MPa.
Finalmente: coeficiente de gases residuales (0.03-0.06)
𝜸 𝒓 =
𝟐𝟖𝟖 + 𝟏𝟓
𝟗𝟒𝟎
∗
𝟎. 𝟎𝟖𝟓
𝟏𝟏. 𝟖 ∗ 𝟎. 𝟎𝟓𝟓𝟓𝟓𝟐𝟔𝟐𝟐 − 𝟎. 𝟎𝟖𝟓
= 𝟎. 𝟎𝟒𝟖𝟎𝟐𝟒𝟒𝟏𝟖
Para E.CH. 𝜸 𝒓<0.03-0.06> esta dentro de lo admisible (sin
sobrealimentación para motores de 4 tiempos)
𝑴 𝒓 = 𝑴 𝟏∗ 𝜸 𝒓 = 𝟎. 𝟎𝟐𝟐𝟓𝟐𝟓𝟕𝟑𝟗𝑲𝒎𝒐𝒍
Ɛ= 11.8
13. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
4.3.-TEMPERATURAS EN LA ADMISIÓN
La temperatura al final de la admisión, para Tk = To se determina mediante la
ecuación:
𝑻 𝒂 =
𝑻 𝒐 + ∆𝑻 + 𝜸 𝒓 𝑻 𝒓
𝟏 + 𝜸 𝒓
=
𝟐𝟖𝟖 + 𝟏𝟓 + 𝟎. 𝟎𝟒𝟖𝟎𝟐𝟒𝟒𝟏𝟖 ∗ 𝟗𝟒𝟎
𝟏 + 𝟎. 𝟎𝟒𝟖𝟎𝟐𝟒𝟒𝟏𝟖
= 𝟑𝟑𝟐. 𝟏𝟖𝟗𝟕𝟑𝟒𝟑°𝑲
4.4.-Coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico.
Par evaluar la calidad de admisión y para saber si el cilindro fue saturado en su
totalidad con carga fresca en su totalidad.
Siendo: Tk = To; Pk = Po.
𝜑 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑜𝑠(0.75 − 0.859
𝜖=11.8, además 𝜑 = 0.8(por que estamos asumiendo)
η𝑣
= 𝜑1
𝜖
(𝜖 − 1)
𝑃𝑎
𝑃 𝑘
𝑇𝑘
𝑇𝑎(1 + 𝛾𝑟 )
=
0.8 ∗ 11.8
10.8
∗
𝟎. 𝟎𝟓𝟓
0.068
∗
288
𝟑𝟑𝟐. 𝟏𝟖𝟗𝟕𝟑(1 + 𝟎. 𝟎𝟒𝟖)
= 𝟎. 𝟖𝟑𝟒𝟎
Los valores permisibles del coeficiente de llenado son:
η𝑣
: 0,8……..0, 9 lentos sin turbo
𝜼 𝒗
: 0,75……0,85 rápidos sin turbo…………….si cumple
η𝑣
: 0,9……….0, 98 sobre alimentados
14. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
5.-PARÁMETROS DE COMPRESIÓN
El cálculo de los parámetros del proceso de compresión se realiza mediante un
balance de energía en el tramo a-c.
Diagrama (p-v) para gasolina
Determinando:
𝑴 𝟐𝒂 = 𝑴 𝟐𝑶 − 𝑴 𝟐
𝑴 𝟐𝑶 =
𝒄
𝟏𝟐
+
𝑯
𝟐
+ 𝟎. 𝟕𝟗𝑳 𝟎
𝒓 𝟎 =
𝑴 𝟐𝑶
𝑴 𝟐
= 𝟏. 𝟎𝟕𝟗𝟔𝟓𝟔
𝒓 𝒂 =
𝑴 𝟐𝒂
𝑴 𝟐
= 𝟎. 𝟎𝟕𝟗𝟔𝟓𝟔
Comprobando:
𝒓 𝟎 − 𝒓 𝒂 = 𝟏
16. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Interpolando para 𝑈 𝑎 :
𝑈 𝑎 = 1192.67
𝐾𝐽
𝑘𝑚𝑜𝑙
De igual manera interpolamos para 𝑈” 𝑎 ( 𝛼 = 0.9) :
Ta(ºC)
Ua
(KJ/Kmol)
0 0
59.18973431 Ua
100 2015
17. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
𝑈” 𝑎 = 13048.37
𝐾𝐽
𝑘𝑚𝑜𝑙
Nos falta determinar 𝑇𝐶:
Siendo: 𝑇𝐶 = 𝑇𝑎Ԑ 𝑛1−1
aquí asumimos valores de 𝑛1 los menores posibles:
Para motores a gasolina: 𝑛1 = 1.30 − 1.37
Tomamos un valor de 𝑛1 = 1.3
𝑻 𝑪 = 𝟑𝟑𝟐. 𝟏𝟖𝟗(𝟏𝟏. 𝟖) 𝟏.𝟑−𝟏
= 𝟔𝟗𝟔. 𝟓𝟒 0
K:
Ta(ºC) U"a (KJ/Kmol)
0 0
59.18973431 U"a
100 22045
18. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Interpolamos para 𝑻 𝑪 = 𝟔𝟗𝟔. 𝟓𝟒0K -273°K=423.5476 °K e interpolamos valores para 𝑈” 𝑐 y
𝑈𝑐
Para determinar 𝑈𝑐 :
Interpolando:
𝑼 𝒄 = 𝟗𝟏𝟏𝟓. 𝟒𝟎𝟓
𝑲𝑱
𝒌𝒎𝒐𝒍
ENERGIA INTERNA DE LOS GASES
Tc(ºC)
Uc
(KJ/Kmol)
300 6364
423.5476149 Uc
400 8591
19. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Para hallar 𝑈” 𝑐 :
(De la tabla 4) y para ( 𝛼 = 0.9)
𝑼” 𝒄 = 𝟗𝟗𝟔𝟓𝟐. 𝟖𝟒
𝑲𝑱
𝒌𝒎𝒐𝒍
ENERGIA INTERNA DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTION
Tc(ºC) Uc" (KJ/Kmol)
300 6916.5
423.5476149 U"c
400 9384.2
20. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Remplazando en la ecuación:
𝑞1( 𝑈𝐶 − 𝑈 𝑎) + 𝑞2( 𝑈" 𝐶 − 1301 )−
𝑅
𝑛1 − 1
( 𝑇𝑐 − 𝑇𝑎) = 𝐵
n(1) 1.3
R= 8.314 KJ/Kmol*ºC
Tc= 423.5476149 °C
Ta= 59.18973431 °C
𝑩 = 𝟏𝟕𝟏𝟕. 𝟖𝟑𝟖𝟓𝟔𝟐
Asumimos un nuevo valor para 𝑛1 = 1.38
𝑻 𝑪 = 𝑻 𝒂Ԑ 𝒏 𝟏−𝟏
= 𝟑𝟑𝟐. 𝟏𝟖𝟗(𝟏𝟏. 𝟖) 𝟏.𝟑𝟖−𝟏
= 𝟖𝟒𝟖. 𝟓𝟗𝟔C
Interpolamos para 𝑇𝐶 = 848.5960C-273°C= 575.596 e interpolamos valores para 𝑈” 𝑐 y 𝑈𝑐
Para 𝑈𝑐 :
𝑼 𝒄 = 𝟏𝟐𝟔𝟕𝟕. 𝟖𝟔𝒌𝒋/𝑲𝒎𝒐𝒍
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑈” 𝑐 𝑦 𝑐𝑜𝑛 ( 𝛼 = 0.9) :
𝑼” 𝒄 = 𝟏𝟑𝟗𝟑𝟐𝟑. 𝟏𝟑𝒌𝒋/𝑲𝒎𝒐𝒍
𝑞1( 𝑈𝐶 − 𝑈 𝑎) + 𝑞2( 𝑈" 𝐶 − 𝑈" 𝑎 ) −
𝑅
𝑛1 − 1
( 𝑇𝑐 − 𝑇𝑎) = 𝐵
ENERGIA INTERNA DE LOS GASES
Tc(ºC)
Uc
(KJ/Kmol)
500 10890
575.5967615 Uc
600 13255
ENERGIA INTERNA DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTION
Tc(ºC) Uc (KJ/Kmol)
500 119386
575.5967615 U"c
600 145759
21. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
𝑩 = 𝟓𝟖𝟔𝟓. 𝟖𝐊𝐉/𝐊𝐦𝐨𝐥
INTERPOLANDO PARA HALLAR EL VERDADERO VALOR DE B
B n(1)
1717.84 1.3
0 n
5865.81 1.38
Hallando 𝑛1 = 𝟏. 𝟐𝟔𝟔𝟖 definitivo o real
Para motores a gasolina: 𝑛1 = 𝟏. 𝟐𝟔𝟔𝟖 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑅𝑒𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑎 𝑙𝑎 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛)
Calculamos
𝑷 𝑪 = 𝑷 𝒂Ԑ 𝒏 𝟏−𝟏
Y 𝑻 𝑪 = 𝑻 𝒂Ԑ 𝒏 𝟏−𝟏
𝑷 𝑪 = 𝟎. 𝟎𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝟏𝟏. 𝟖) 𝟏.𝟐𝟔𝟔𝟖
= 𝟏. 𝟐𝟔𝟔𝟓𝟗𝑴𝒑
𝑻 𝑪 = 𝟑𝟑𝟐. 𝟏𝟖𝟗(𝟏𝟏. 𝟖) 𝟏.𝟐𝟔𝟔𝟖−𝟏
= 𝟔𝟒𝟏. 𝟖𝟓𝟔𝟔°K
n(1) 1.38
R= 8.314 KJ/Kmol*ºC
Tc= 575.5967615 °C
Ta= 59.18973431 °C
23. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Interpolamos:
𝜇𝐶 𝑣 = 21.373
𝐾𝐽
𝐾𝑚𝑜𝑙𝐶
𝑈𝐶= ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝑇𝐶 = 21.883 ∗ 560.918 = 7883.742
𝐾𝐽
𝐾𝑚𝑜𝑙
Nos queda calcular: ( 𝜇𝐶 𝑣)′′
𝑧
para calcular este valor recurrimos a la tabla
INTERPOLANDO DE LA TABLA 1
Tc(ºC) uCv(KJ/(Kmol.ºC)
400.00 21.78
368.8566993 uCv
500.00 22.09
24. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
𝑈" 𝐶 = ( 𝜇𝐶 𝑣)"𝑇𝐶
Calor específico de los productos al final del proceso de compresión:
( 𝜇𝐶 𝑣)′′
𝑐
= ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝐶𝑂 𝑟𝐶𝑂 + ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝐶𝑂2
𝑟𝐶𝑂2
+ ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝐻2
𝑟 𝐻2
+ ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝐻2 𝑂 𝑟 𝐻2 𝑂 + ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝑁2
𝑟 𝑁2
Interpolando para cada uno de los términos para T=368.85669°C.
TABLA 1
Tc=500 ºC Tc=600 ºC 368.8566993
CO2 36.258 37.438 34.71050905
CO 21.784 22.11 21.35647284
H2O 27.315 27.88 26.57404035
H2 20.934 21.001 20.84613399
N2 21.449 21.729 21.08179876
𝑀2 = 𝟎. 𝟓𝟎𝟕𝟕
Nos Falta Calcular:
𝑟𝐶𝑂 =
𝑀 𝐶𝑂
𝑀2
=
0.014946 𝑘𝑚𝑜𝑙
0.510626 𝐾𝑚𝑜𝑙
= 0.02862
𝑟𝐶𝑂2
=
𝑀 𝐶𝑂2
𝑀2
=
0.056304 𝑘𝑚𝑜𝑙
0.510626 𝐾𝑚𝑜𝑙
= 0.1117
𝑟 𝐻2
=
𝑀 𝐻2
𝑀2
=
0.0067257 𝑘𝑚𝑜𝑙
0.510626 𝐾𝑚𝑜𝑙
= 0.0137
𝑟 𝐻2 0 =
𝑀 𝐻2 𝑂
𝑀2
=
0.0657743 𝑘𝑚𝑜𝑙
0.510626 𝐾𝑚𝑜𝑙
= 0.129
𝑟 𝑁2
=
𝑀 𝑁2
𝑀2
=
0.366876𝑘𝑚𝑜𝑙
0.510626 𝐾𝑚𝑜𝑙
= 0.7168
122 22
NOOHCOCO rrrrr
25. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Finalmente reemplazando:
( 𝜇𝐶 𝑣)′′
𝑐
= ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝐶𝑂 𝑟𝐶𝑂 + ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝐶𝑂2
𝑟𝐶𝑂2
+ ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝐻2
𝑟 𝐻2
+ ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝐻2 𝑂 𝑟 𝐻2 𝑂 + ( 𝜇𝐶 𝑣) 𝑁2
𝑟 𝑁2
Calor especifico de los prod. De combustión al final del proceso compresión
( 𝜇𝐶 𝑣)′′
𝑐
= 23.3178
𝐾𝐽
𝐾𝑚𝑜𝑙. °𝐶
Energía interna de 1mol de prods. De combustión al final del proceso compresión
𝑈" 𝐶 = ( 𝜇𝐶 𝑣)"𝑇𝐶 = 23.31788 ∗ 368.8566 = 8600.9396
𝐾𝐽
𝐾𝑚𝑜𝑙. °𝐶
ξ 𝑧
(𝐻 𝑢 − (∆𝐻𝑢) 𝑞𝑢𝑖𝑚)
(1 + 𝛾𝑟 ) 𝑀1
+
𝑈𝑐 + 𝛾𝑟 𝑈′′
𝑐
1 + 𝛾𝑟
= 𝜇 𝑟 𝑈" 𝑧 = 𝐴
73378.8185 = 𝜇 𝑟 𝑈" 𝑧 = 𝐴
𝜇 𝑜 =
𝑀2
𝑀1
= 1.08243
Entonces el coeficiente real de variación molecular:
𝜇 𝑟 =
𝜇 𝑜 + 𝛾𝑟
1 + 𝛾𝑟
=
1.08243 + 𝟎. 𝟎𝟒𝟖𝟎𝟐
1 + 𝟎. 𝟎𝟒𝟖𝟎𝟐
= 1.0786589
𝑼" 𝒛 =
𝑨
𝝁 𝒓
=
𝟕𝟑𝟑𝟕𝟖.𝟖𝟏𝟖𝟓
𝟏.𝟎𝟕𝟖𝟔𝟓
=68027.81861KJ/Kmol
Utilizamos la tabla 4 para hallar la temperatura 𝑇𝑍:
26. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Interpolamos:
PARA ENCONTRAR EL VERDADERO VALOR DE (Tz)
Uz"(MJ/Kmol) Tz(ºC)
70.54 2400
68.02781861 Tz
73.88 2500
𝑇𝑍 = : 𝟐𝟑𝟐𝟒. 𝟕𝟖𝟒𝟗0C
𝑇𝑍 = : 𝟐𝟑𝟐𝟒. 𝟕𝟖𝟒𝟗 + 273 = 𝟐𝟓𝟗𝟕. 𝟕𝟖𝟒°𝐾
Ahora podemos calcular:
27. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Grado de elevación de la presión durante la combustión: ⋋= 𝜇 𝑟
𝑇 𝑍
𝑇 𝐶
= 4.3656
Presión teórica al final de la combustión
𝑃 𝑍 = 𝜇 𝑟
𝑇𝑍
𝑇𝐶
𝑃 𝐶 = 5.5295𝑀𝑝
CALCULO DE LA PRESION MAXIMA AL FINAL DE LA COMBUSTION
Asumimos φ 𝑍: 0.85
𝑷 𝒁𝑹𝑬𝑨𝑳 = 𝛗 𝒁 𝑷 𝒁 = 𝟎. 𝟖𝟓 ∗ 𝟓. 𝟓𝟐𝟗𝟓𝑴𝒑 = 𝟒. 𝟕𝟎𝟎𝟎𝟗𝟓 𝑴𝒑
Es importante calcular la presión de combustión ya que dé el dependen el cálculo del
balance dinámico y cinemático y dimensiones del motor y la temperatura para hacer un
balance en el radiador.
7.-PROCESO DE EXPANSIÓN
Q zb : Calor que desprende el combustible durante la expansión
Ub y Uz : Energias internas en "b" y "z"
Lzb : Trabajo de expansión
Asumimos 𝑛2 = 1.24 que para gasolineros 𝑛2 = 1.23 − 1.30, la presión al final de la
expansión 𝑃𝑏 se halla mediante:
𝑃𝑏 =
𝑃𝑧
𝜖 𝑛2
=
4.700095
11.81.24
𝑃𝑏 = 0.2202𝑀𝑃𝑎
zbzbzb LUUQ
28. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
La temperatura al final de la expansión será:
𝑇𝑏 =
𝑇𝑧
𝜖 𝑛2 −1
=
𝟐𝟓𝟗𝟕. 𝟕𝟖𝟒
11.80.24
=
𝑇𝑏 = 1436.65° 𝐾
Ecuación general de energía:
Coeficiente de aprovechamiento de calor:
Calculando A:
A= -2489.438629
CON EL VALOR VERDADERO DE "Tz" ENCONCONTRAMOSUzy U"zPOR INTERPOLACIÓN
HALLANDO Uz HALLANDO U''z
Tz (°C) Uz (KJ/Kmol) Tz (°C) Uz'' (KJ/Kmol)
2400 62090 2400 70543.2
2324.784988 Uz 2324.784988 U"z
2500 64979 2500 73882
Uz= 59917.03831 KJ/Kmol U"z= 68031.92119 KJ/Kmol
CON "Tz"
ENCONTRAMOS
"Tb" PARA (n2) = 1.23
=1472.550987 K
=
1199.550987°C
0.82 motoresa gasolinaestaenel rango de (0.82 - 0.87)
)""()()(
1)(
)(
0
201
bzbzbz
r
uzb
UUrUUrTT
n
R
M
H
A
M
H
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uzb
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)(
01
)""()()(
1
0
2
bzbzbz UUrUUrTT
n
R
B
b
29. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
UTILIZAMOS "Tb" PARA INTERPOLAR LOS VALORES DE Ub y U"b EN LAS TABLAS 2 Y 4
HALLANDO Ub HALLANDO U''b
Tb (° C ) Ub(KJ/Kmol) Tb( °C ) U"b(KJ/Kmol)
0 0 0 0
1199.550987 Ub 1199.550987 U"b
1400 33951 1400 38053.1
Ub= 29089.96826 KJ/Kmol U''b= 32604.73833 KJ/Kmol
NUEVO VALOR DE B:
B= -29.70596221
Asumimos un nuevo valor “n2”para interpolar valores que balanceen la
ecuación:
CON "Tz" ENCONTRAMOS "Tb" PARA (n2) = 1.3
1238.906697 °K = 965.9066973 °C
UTILIZAMOS "Tb" PARA INTERPOLAR LOS VALORES DE Ub y U"b
HALLANDO Ub HALLANDO U''b
Tb( °C ) Ub(KJ/Kmol) Tb( °C ) U"b(KJ/Kmol)
0 0 0 0
965.9066973 Ub 965.9066973 U"b
1100 25899 1100 28856.9
Uz= 22741.83414 KJ/Kmol U"z= 25339.15725 KJ/Kmol
Calculamos B:
B= -11395.36312
INTERPOLANDO VALORES PARA HALLAR EL VERDADERO VALOR DE n2:
B n(2)
-29.70596221 1.23
-2489.438629 n2 n(2) = 1.245149259 VALOR REAL
-11395.36312 1.3
30. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
TEMPERATURA FINAL EN EL PROCESO DE EXPANSION (Tb)
𝑻 𝒃 =
𝑻 𝒛
𝝐 𝒏 𝟐−𝟏
=
𝟐𝟓𝟗𝟕. 𝟕𝟖𝟒
𝟏𝟏. 𝟖 𝟎.𝟐𝟒𝟓𝟏𝟒𝟗𝟐𝟓𝟗
= 𝟏𝟒𝟏𝟖. 𝟓𝟎𝟗°𝐊
PRESION FINAL EN EL PROCESO DE EXPANSION (Pb)
𝑷 𝒃 =
𝑷 𝒛
𝝐 𝒏 𝟐
=
𝟒. 𝟕𝟎𝟎𝟎𝟗𝟓
𝟏𝟏. 𝟖 𝟏.𝟐𝟒𝟓𝟏𝟒𝟗𝟐𝟓𝟗
= 𝟎. 𝟐𝟏𝟕𝟒𝟗𝟕𝟏𝟓𝟏𝐌𝐏𝐚
8.-PARÁMETROS INDICADOS Y PARÁMETROS EFECTIVOS.
Le = Li – Lm
Ne = Ni – Nm
Le – trabajo efectivo
Li – trabajo indicado
Lm – trabajo por pérdidas mecánicas
Ne – potencia efectiva
Ni – potencia indicada
Nm – potencia que se gasta en las perdidas mecánicas
8.1PARÁMETROS INDICADOS.
Presión media indicada calculada del diagrama indicado para un motor a gasolina
31. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
( 𝑃𝑖)𝑐𝑎𝑙 = 𝑃𝑎
𝜀 𝑛1
𝜀 − 1
[
𝜆
𝑛2 − 1
(1 −
1
𝜀 𝑛2−1
) −
1
𝑛1 − 1
(1 −
1
𝜀 𝑛1 −1
)]
( 𝑃𝑖) 𝑐𝑎𝑙 = 0.058
11.8 𝟏.𝟐𝟔𝟔
11.8 − 1
[
4.3656
1.245 − 1
(1 −
1
11.81.245 −1
) −
1
1.2668 − 1
(1 −
1
11.81.2668 −1
)]
( 𝑷𝒊) 𝒄𝒂𝒍 = 𝟎. 𝟕𝟑 𝟔𝟎𝟔𝟑𝑴𝑷𝒂
Presión media indicada real
𝑷𝒊 = 𝝋𝒊( 𝑷𝒊)𝒄𝒂𝒍
𝝋𝒊: Coeficiente de redondeo o plenitud del diagrama indicado (0.95 – 0.97)
asumimos un valor de 𝝋𝒊 = 𝟎. 𝟗𝟕.
𝑷𝒊 = 𝟎. 𝟗𝟕 ∗ 𝟎. 𝟕𝟑𝟔𝟎𝟔𝟑 = 𝟎. 𝟕𝟏𝟑𝟗𝟖𝟏𝟏𝟏 𝑴𝑷𝒂
Potencia indicada (para un motor de 4 tiempos y de 8 cilindros):
Vh= 0.546145154
N i = 89.68558436 Kwats
P i = 0.71398111MPa
n = 3450 RPM
t×
×××
30
nViP
N hi
i
niP
N
V
i
i
h
××
××
t30
32. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Consumo específico indicado de combustible:
Po= 0.068
To= 288
ηv= 0.78137471
𝛼 = 0.9 𝒀 𝒍 𝒐=𝟏𝟒.𝟗𝟓𝟔𝟓𝟐𝟏
𝝆𝒐 =
𝑷 𝒐
𝑹 𝒂 𝑻 𝒐
∗
𝟏𝟎 𝟔
𝑲𝒈
𝒎 𝟑
= 𝟎. 𝟖𝟐𝟐𝟒
𝒈𝒊 = 𝟑𝟔𝟎𝟎
𝜼 𝒗 𝝆 𝒐
𝑷𝒊 𝜶𝒍 𝒐
= 𝟑𝟔𝟎𝟎 ∗
𝟎. 𝟕𝟖𝟏𝟑 ∗ 𝟎. 𝟖𝟐𝟐𝟒
𝟎. 𝟕𝟏𝟑𝟗𝟖 ∗ 𝟎. 𝟗 ∗ 𝟏𝟒. 𝟗𝟓𝟔𝟓𝟐
𝒈𝒊 = 𝟐𝟓𝟗. 𝟐𝟒
𝒈𝒓
𝑲𝑾𝒉
Rendimiento indicado:
𝜂𝑖 = 0.32
8.2.-PARÁMETROS EFECTIVOS.
Parámetros principales del ciclo. La fracción de la presión indicada que se gasta al
vencer la fricción y accionar los mecanismos auxiliares se determina recurriendo a
los coeficientes experimentales:
𝑃𝑚 = 𝐴 + 𝐵𝑣 𝑝
Donde 𝑣 𝑝 es la velocidad media del pistón (m/s); 𝑣 𝑝 = 10 − 16 𝑚/𝑠 asumimos la
velocidad media del pistón de 𝑣 𝑝 = 15𝑚/𝑠.
iu
i
gH
)10(6.3 3
h
33. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Valores de los coeficientes A y B para motores gasolineros:
Al tratarse de un motor lentos η𝑣
= 𝟎. 𝟕𝟖𝟏𝟑𝟕𝟒𝟕𝟏 que está entre los valores de
0,8…..0.9 que corresponde a los motores lentos sin turbo.
Entonces S/D > 1 A = 0.05 B = 0.0155
A= 0.05
B= 0.0155
Vp= 15 m/s
Po= 0.068 M Pasc.
Hallando la presión media de pérdidas mecánicas
𝑷 𝒎 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟗𝟐𝟏𝑴𝑷 𝒂
Entonces la presión media efectiva del ciclo será:
𝑷 𝒆 = 𝑷𝒊 − 𝑷 𝒎 = 𝟎. 𝟕𝟏𝟑𝟗𝟖 − 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟗𝟐𝟏
𝑷 𝒆 = 𝟎. 𝟕𝟏𝟐𝟎𝟔𝟎𝟏𝟏 𝑴𝑷𝒂
𝑵 𝒆 = 𝟖𝟗. 𝟒𝟖𝟒𝑲𝒘
nVhi
Nm
Pm
**
*
*30
t
NmNiNe
[ ]MpaPoBVpAPm )(1.0
i
e
ie
P
P
NN
34. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
Potencia perdidas mecánicas:
𝑁 𝑚 = 0.24141
El rendimiento mecánico:
𝜂 𝑚 = 0.99730
Eficiencia efectiva:
𝜼 𝒆 = 𝜼 𝒎 ∗ 𝜼 𝒊 = 𝟎. 𝟑𝟏𝟗𝟏𝟑𝟗
El consumo especifico efectivo de combustible (g/Kw-h):
𝒈 𝒆 =
𝒈𝒊
𝜼 𝒎
= 𝟐𝟓𝟗. 𝟗𝟑𝟗𝟑𝟕
𝒈
𝑲𝑾𝒉
Consumo horario del combustible:
𝑮 𝒄 = 𝟐𝟑. 𝟐𝟔𝟎𝟒𝟏𝟐𝑲𝒈𝒓/𝒉
Cantidad másica real del combustible.
Consumo horario del aire:
𝐺𝑎 = 313.1054𝐾𝑔𝑟/ℎ
)(KwNNN eim
i
e
m
N
N
h
mie hhh ×
eec NgG ×
ca GlG 0
35. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
9.-PARÁMETROS PRINCIPALES DIMENSIONES DEL MOTOR
Cilindrada total del motor:
𝒊𝑽 𝒉 = 𝟒. 𝟑𝟕𝟏𝟏 𝑳𝒕𝒓𝒔
Volumen de trabajo de un cilindro:
𝑉ℎ = 0.546387 𝐿𝑡𝑟𝑠
Relación S/D>1 para motores lentos:
S/D=J=1.2
Diámetro del cilindro:
𝐷 = 83.3828 𝑚𝑚
Carrera del pistón:
𝑆 = 100.05939 𝑚𝑚
El nuevo valor de Vh:
𝑉ℎ = 0.546387 𝐿𝑡𝑟
La velocidad media del pistón resultara:
𝑉𝑝 = 11.5068 𝑚𝑚/𝑠𝑒𝑔
ltr
nP
N
iV
e
e
h
t30
ltr
niP
N
V
e
e
h
t30
)(
43 mm
J
V
D h
p
)(
4
2
mm
D
V
S h
p
)(
4
2
ltrSDVh
p
segm
Sn
Vp /
30
36. MOTORES DE COMBUSTIONINTERNA
10. Conclusiones:
El análisis de cada uno de los procesos y el cálculo de estos permiten determinar los
parámetros de diseño del ciclo, la potencia del motor, así como la presión de los
gases en el espacio útil del cilindro en función del ángulo de rotación del cigüeñal.
Sin embargo algunos de los parámetros fueron asumidos puesto que no se tiene
información especificada pero siempre respetando el rango de dichos parámetros y
tomando valores medios para no afectar a sus demás relaciones.
Existen motores diésel tanto de 4 tiempos (los más usuales en vehículos terrestres
por carretera) como de 2 tiempos (grandes motores marinos y de tracción
ferroviaria).
La principal ventaja de los motores diésel, comparados con los motores a gasolina,
es su bajo consumo de combustible
Diésel es más pesado y más grasa en comparación con la gasolina, y tiene un punto
de ebullición más alto que el del agua. Y los motores diésel están atrayendo una
mayor atención debido a una mayor eficiencia y rentabilidad.
En automoción, las desventajas iníciales de estos motores (principalmente precio,
costos de mantenimiento y prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras
como la inyección electrónica y el turbocompresor.
El motor diésel emite gases tóxicos en menor escala debido a que la densidad del
combustible diésel en bajo. Que un motor a gasolina
11.Bibliografía:
MOTORES DE AUTOMOVIL; MS JOVAJ Editorial MIR.
DISEÑO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA; Ing. Arturo Macedo
Silva.
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA; HOMERO ALVARADO VARA