Estudio de viabilidad técnica de un compresor de doble etapa para aplicación en un motor diésel de dos tiempos sobrealimentado

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA – ICAI
Estudio de viabilidad técnica de un compresor de doble etapa para aplicación en un motor diesel de dos tiempos sobrealimentado.
Autor: Alberto Nieto Rollán
Director: D. Eduardo García Sánchez
Madrid, 27 de agosto de 2014
Departamento de Ingeniería Mecánica

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Plantilla de presentaciones – Autor
dd de mm de 20yy
Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI
Universidad Pontificia Comillas
1.Introducción
2.Objetivos
3.Especificaciones de partida
4.Cálculos
5.Diseño final de componentes
6.Diseño final del compresor
7.Comentarios y conclusiones
8.Referencias
Índice
Alberto Nieto Rollán
27 de agosto de 2014

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dd de mm de 20yy
•Proyecto de investigación de Renault.
Pequeño motor diesel para vehículos de peso bajo (600 kg).
Dos niveles de rendimiento:
35 kW (47 CV) y 112 Nm.
45 kW (60 CV) y 145 Nm.
Consumo estimado muy reducido:
2 l/100 km para el motor de 35 kW.
1.Introducción

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dd de mm de 20yy
–Sobrealimentación del motor:
•Para el motor de 45 kW  Presión de aire de 4 bares absolutos.
•Solución de Renault: Turbocompresor en serie con compresor volumétrico.
•Solución alternativa: Compresor volumétrico
de doble etapa.
1.Introducción
Turbocompresor
Compresor Volumétrico

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Los objetivos principales del proyecto son:
•Plantear el diseño conceptual de un compresor volumétrico.
•Diseñar los componentes necesarios para conseguir un correcto funcionamiento del compresor.
•Realizar estudios termodinámicos, dinámicos e hidráulicos para evaluarlo.
•Fabricar un prototipo no funcional.
2. Objetivos

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–Tipo de motor: MEC de 2 tiempos
–Combustible: Gasóleo.
–Potencia máxima: 45 kW.
–Par máximo: 145 Nm.
–Máximas revoluciones del motor: 4000 rpm.
–Número de cilindros: 2.
–Cilindrada: 730 cm3.
–Presión de sobrealimentación: 4 bar.
–Temperatura ambiente: 25 °C.
–Presión atmosférica: 100000 Pa.
3. Especificaciones de partida
Condiciones estándar

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•Trayectoria de los vértices:
4. Cálculos
-150
-100
-50
0
50
100
150
-150
-100
-50
0
50
100
150
Curva
Curva
Radio de curvatura = 8279.1 mm
α
5 mm
124 mm
(x,y)
5α

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•Relación de engranajes:
La velocidad del cigüeñal es 5 veces mayor que la del rotor:
El piñón interior está fijo al estator:
Aplicando la fórmula de Willis
para calcular la relación:
Suponiendo la velocidad de giro
del cigüeñal como:
4. Cálculos
nl
n1
n2

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4. Cálculos

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4. Cálculos
•Presión intermedia (p2):
Vol. Perjudicial relativo:
Intercambiador de calor:



 para cada etapa (I y II).
Igualando m:
Resolviendo el sistema formado por (1), (2) y (3):
(1)
(2)
(3)

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•Ciclo de compresión:
1 2 3 4 5
P1 = 100000 Pa
T1 = 298 K
P2 = 291652 Pa
T2 = 369,14 K
P3 = 289003 Pa
T3 = 316,38 K
P4 = 402649 Pa
T4 = 338,08 K
P5 = 400000 Pa
T5 = 311,69 K
1ª ETAPA
INTER COOLER
2ª ETAPA
INTER COOLER
MOTOR
4. Cálculos
1
2
3
4
5
.1
.2
.2’
.
.4
.4’
3

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4. Cálculos
•Anchura del rotor:
Para una velocidad de giro de 1600 rpm en el rotor y 4000 rpm en el motor:
Para el gasto másico calculado, el volumen necesario es:
La anchura del rotor es: con VD = 526.33 cm3.
Los rendimientos volumétricos son:
La potencia indicada en cada etapa es:
La potencia indicada total es:

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•Colocación de las válvulas:
Es necesario utilizar muelles debido a la geometría.
Admisión a 25° del plano de simetría.
Impulsión a 20° del plano de simetría.
4. Cálculos
V2 = 152,481 cm3
V4 = 358,691 cm3
V6 = 311,706 cm3
V8 = 406,274 cm3

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4. Cálculos

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5. Diseño final de componentes

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•Cigüeñal
Masa: 2,73 kg
Material: Acero
Factor de seguridad:
1,3
•Estator
Masa: 12,6 kg
Material: Aluminio 6061
1,4

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•Rotor
Masa: 7,28 kg
Material: Aluminio 518.0
4,21
•Tapa del Estator
Masa: 3,07 kg
Material: Aluminio 6061

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6. Diseño final del compresor

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7. Comentarios y conclusiones
•Movimiento epicicloidal limita la velocidad de giro.
•No hay transformación de rotación en traslación.
•Más conveniente para producción de frío.
•Es técnicamente viable.
•Características similares a otros compresores.

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•Linares, J. I. (2009). Aplicaciones de termodinámica técnica. España: Universidad Pontificia de Comillas.
•Mataix, C. (1982). Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas (2ª ed.). España: Cie Inversiones Editoriales Dossat 2000.
•Payri, F.; Desantes, J.M. (2011). Motores de combustión interna alternativos. España: Reverté.
•http://www.auto-innovations.com/
8. Referencias

Alberto Aguilera 23, E-28015 Madrid - Tel: +34 91 542 2800 - Fax: +34 91 559 6569 - http://www.icai.upcomillas.es
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