UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO MOTOR DIESEL TURBOALIMENTADO

INFORME DEL PROYECTO DEL CURSO DE MOTORES

1. TTULOCALCULO TERMOENERGETICO DEL MOTOR TRACTOCAMIN SCANIA P310 LA 4X22. RESUMENEste proyecto tiene como finalidad conocer el comportamiento de los parmetros energticos que afectan el funcionamiento del motor, para de esta manera poder utilizar de manera ms racional el combustible disminuyendo el consumo especfico y aumentando, de alguna manera, la potencia y el torque del motor.

Se pudo constatar que el menor consumo especfico efectivo del motor SCANIA P310 es de 197.56 [g/kwh] cuando el motor gira a 1900 rpm.

3. INDICE ANALTICO4.Introduccin

3

- Antecedentes

3

- El problema

3

Descripcin

3

Justificacin

3

Enunciado del problema

3

Hiptesis

3

Objetivo General

3

Objetivo Especfico

3

5. Marco terico

4

6.Materiales y Mtodos

9

7.Clculos, Resultados y Discusin

11

I.Parmetros de la sustancia de trabajo

11

II.Productos de la combustin

12

II.Cantidad total de los productos de la combustin

13

IV.Parmetros del medio ambiente y de los gases residuales13

V.Parmetros del proceso de admisin

14

VI.Parmetros del proceso de compresin

15

VII.Parmetros del proceso de combustin

16

VIII.Parmetros del proceso de expansin

18

IX.Comprobacin de la temperatura de los gases residuales19

X. Parmetros Indicados del Ciclo Operativo del motor19

XI. Parmetros efectivos

20

XII. Principales parmetros constructivos del cilindro

y del motor

21

XIII.Parmetros energticos y econmicos del motor

22

XIV.Construccin del diagrama indicado

23

1.Inicio de la combustin

26

2.Combustin Visible

27

3.Proceso de Escape

28

4.Proceso de Admisin

32

GRAFICAS DEL DIAGRAMA INDICADO REAL33

XV.Balance termo energtico

38

XVI. Construccin de curvas caractersticas externas

de velocidad

39

CURVAS CARACTERSTICAS EXTERNAS

DE VELOCIDAD

44

XVII.Construccin de curvas caractersticas de carga del motor47

CURVAS CARACTERSTICAS DE CARGA

49

8.Conclusiones

52

9.Recomendaciones

52

10.Referencias Bibliogrficas

53

ANEXOS

54

4. INTRODUCCIN ANTECEDENTES

El motor en estudio ha presentado el problema de exceso de aire de opacidad de los gases. Internacionalmente se sabe que la mxima potencia de los motores est limitado por su opacidad, en este sentido, el problema de la opacidad como parmetro que expresa el nivel de contaminacin ambiental se encuentra normado internacionalmente para distintos tipos de motores. En el presente trabajo se hace una evaluacin de los principales parmetros que caracterizan el comportamiento del motor.

EL PROBLEMA DESCRIPCCINCombustin incompleta.

Quemado de aceite.

Desgaste de las partes del motor.

Falta de aire.

Combustin incompleta.

Regulacin de bomba de inyeccin y de inyectores.

JUSTIFICACINPorque se deben resolver los problemas mencionados

ENUNCIADO DEL PROBLEMA

Es posible analizar y evaluar las propiedades dinmico-traccionales del motor SCANIA P310 mediante el clculo termo energtico

HIPTESIS

Si es posible analizar y evaluar las propiedades Dinmico-traccionales del motor basndose en el conocimiento de la teora de los motores durante su explotacin que fundamente los diversos fenmenos que tienen lugar en el motor durante su trabajo

OBJETIVO GENERAL

Contribuir a la mitigacin del efecto invernadero y al calentamiento y oscurecimiento global del problema

OBJETIVOS ESPECFICOS

1.Determinar los parmetros indicados, efectivos y las prdidas mecnicas del motor.

2.Evaluar las curvas caractersticas de velocidad y de carga del motor.

3.Establecer las anomalas ms importantes encontradas en el motor.

4. Trazar o construir el diagrama indicado del motor en las coordenadas PV y P y las curvas caractersticas de carga.

5.Establecer los aspectos posibles de modernizacin del motor

5.MARCO TERICOMotores Turbo alimentados

Fundamento de los turbocompresores:Para llevar a cabo la combustin completa de los hidrocarburos del combustible, es necesario aportar la cantidad suficiente de oxgeno, el cual no est en cantidad mayoritaria en el aire.

Cuanto ms aire y combustible seamos capaces de introducir en los cilindros del motor, mayor ser la potencia que se podr obtener, pero mayor ser la masa de aire necesaria para quemarlo; de esta necesidad surge la idea de los motores sobrealimentados. La carga fresca entra al cilindro a una presin muchsimo mayor a la presin de entrada del compresor, y por tanto la temperatura de entrada ser igualmente alta.

La sobrealimentacin consiste en establecer a la entrada de los cilindros del motor una atmsfera de aire con una densidad superior a la normal de forma que para un mismo volumen de aire, la masa de ese aire es mayor; para ello se utilizan una serie de accesorios que sern diferentes segn el tipo de sobrealimentador que se utilice.

El turbocompresor o turboalimentador es bsicamente un compresor accionado por los gases de escape, cuya misin fundamental es presionar el aire de admisin, para de este modo incrementar la cantidad que entra en los cilindros del motor en la carrera de admisin, permitiendo que se queme eficazmente ms cantidad de combustible. De este modo, el par motor y la potencia final pueden incrementarse hasta un 35%, gracias a la accin del turbocompresor.

Este dispositivo ha sido proyectado para aumentar la eficiencia total del motor. La energa para el accionamiento del turbocompresor se extrae de la energa desperdiciada en el gas de escape del motor, est compuesto de una rueda de turbina y eje, una rueda de compresor, un alojamiento central que sirve para sostener el conjunto rotatorio, cojinetes, un alojamiento de turbina y un alojamiento de compresor.

Componentes de un Turbocompresor

El turbocompresor podra definirse como un aparato soplador o compresor de aire movido por una turbina. Se puede considerar que est formado por tres cuerpos: el de la turbina, el de los cojinetes o central y el del compresor, van acoplados a ambos lados de los cojinetes.

As, en uno de los lados del eje central del turbo van acoplados los labes de la turbina, y en el otro extremo los labes del compresor. Los gases de escape, al salir con velocidad hacen que giren los labes de la turbina a elevadas velocidades, y sta, a travs del eje central, hace girar el compresor que, a su vez, impulsa el aire a presin hacia las cmaras de combustin.

Funcionamiento de un Turbocompresor

Tanto los labes de la turbina como los del compresor giran dentro de unas carcasas que en su interior tienen unos conductos de formas especiales para mejorar la circulacin de los gases. El eje comn central gira apoyado sobre cojinetes situados entre compresor y turbina, y tambin est recubierto por una carcasa. El eje y los cojinetes reciben del propio motor lubricacin forzada de aceite, que llega a la parte superior del cuerpo de cojinetes, se distribuye a travs de conductos en el interior y desciende a la parte inferior. En otras palabras el turbo utiliza el lubricante del mismo carter del motor.

En el cuerpo del compresor, el aire entra por el centro de la carcasa dirigido directamente al rodete de labes, que le dan un giro de 90 y lo impulsan hacia el difusor a travs de un paso estrecho que queda entre la tapa, el cuerpo central y la pared interna del difusor. Este es un pasaje circular formado en la carcasa, que hace dar una vuelta completa al aire comprimido para que salga tangencialmente hacia el colector de admisin.En el cuerpo de la turbina, los gases de escape entran tangencialmente y circulan por un pasaje de seccin circular que se va estrechando progresivamente y los dirige hacia el centro, donde est situado el rodete de labes de la turbina. Al chocar contra los labes, los gases hacen girar la turbina, cambian de direccin 90 y salen perpendicularmente por el centro hacia el tubo de escape. El cuerpo de la turbina es de fundicin, o de fundicin con aleacin de nquel, y el rodete se suele fabricar en aleaciones de nquel, de alta resistencia al calor.

Sistema de refrigeracin o Intercooler

El problema del aumento del calor es consecuencia de la alta temperatura que se alcanza en la cmara de combustin, del orden de los 3 000 C en el momento de la explosin. Los gases de escape salen por los colectores con temperaturas cercanas a los 1 000 C. Estos gases, que son los que mueven la turbina, acaban calentando los de admisin, movidos por el compresor, muy por encima del valor de temperatura ambiente. Esto se traduce en una dilatacin del aire y prdida de oxgeno en una misma unidad de volumen, lo que hace que el excesivo calor de la mezcla en la cmara de combustin eleve la temperatura de funcionamiento del motor, por lo que la refrigeracin tradicional del mismo resulta insuficiente.

La solucin llega con la adopcin de un sistema de refrigeracin del aire de admisin, por medio de un radiador enfriador aire-aire, conocido tambin como intercooler. Esta refrigeracin del aire de admisin hace posible el uso continuado del turbo y dificulta enormemente la presencia de los efectos de detonacin que se presentan con gran frecuencia con el aire caliente, en cuanto los valores de sobrepresin son importantes.

Como el rgimen de giro del turbo depende de los gases de escape, y stos a su vez, del volumen de gas quemado, el turbo aumenta su presin de admisin slo cuando los gases quemados son abundantes, y son abundantes slo cuando son recibidos en las cmaras de combustin en suficiente cantidad. Es un problema de acoplamiento que se produce a bajas vueltas del motor y que determina una lentitud de respuesta del turbo, problema que se agrava adems ante la necesidad de una baja relacin de compresin por las causas antes explicadas.

Este es un fenmeno que se est investigando y cuya solucin pasa por un turbo que se mueva al comps del rgimen de giro del motor, que tenga muy poca inercia y sea de tamao reducido; adems de ser muy sensible al paso de los gases, acelerando y desacelerando con gran rapidez. Otra solucin, que ya comienza a desarrollarse, es la creacin de turbinas con labes de inclinacin variable, pero al fin y al cabo son soluciones que an no se han implantado en serie debido a los altos costos de produccin.

6.MATERIALES Y MTODO Especificaciones Tcnicas el motor:

TRACTOCAMIN SCANIA P310 LA 4X2MOTOR:

DC9 11 310

COMBUSTIBLE:

DIESEL

PRINCIPIO:

ENFRIADRO DEL AIRE DE ADMISION

CILINDRADA:

8.5 LITROS

ORDEN DE ENCENDIDO:

1-2-4-5-3

CILINDROS:

5 EN LINEA

CULATAS:

5

VALVULAS POR CILINDRO:

4

DIAMETRO X CARRERA:

127mm x 140mm

RELACION DE COMPRESION: 18:1

CONTROL DE INYECCION:

SCANIA PDE

POTENCIA MAXIMA A RPM: 228KW 310CV A 1900RPM

PAR MAXIMO A RPM:

1550 Nm A 1100-1300 RPM

FRENO MOTOR MAXIMO A RPM: 180KW A 2400 RPM

CAPACIDAD DE ACEITE:

30 LITROS.Toma de fuerza del motor:600 NmToma de fuerza de volante:1.200/2.000 NmTecnologa:

Euro 3Cajas de cambios

Cambio de relacin de 8 velocidades

Cambio de relacin de 8+1 velocidades

Doble gama con split de 12 velocidades

Doble gama con split de 12+2 velocidades

La eleccin puede limitarse segn las aplicaciones de transporte de larga distancia, distribucin o construccin.

Opciones de cadena cinemtica

Scania Opticruise con cajas de cambios de doble gama con split.

Ralentizador de Scania

clculo trmico del motor DEL TRACTOCAMIN SCANIA P310 LA 4X2Realizamos el clculo trmico del motor del tractocamion SCANIA P310 LA 4x2

Datos de partida:

Potencia nominal: 310 CV 228 KW Numero de revoluciones nominales: n =1900 rpm

Numero de cilindros: i= 5 en lnea Cmara de combustin de un motor de inyeccin directa

Relacin de compresin: =18:1Datos asumidos:

= 2.45

Tr = 700K

TK = 333 K I. PARAMETROS DE SUSTANCIA DE TRABAJO:a. Composicin gravimtrica: (como mnimo 47 N de Cetano)

Elegimos a composicin del combustible diesel usando la tabla N 1

COMBUSTIBLEComposicin ElementalMasa Molecular(Kg. /Kmol)Poder Calrico Bajo (Kcal. /Kg.)

CHO

DIESEL0,870,1260,004180-20010150

Tabla 1: Caractersticas de los combustibles lquidos para los motores de combustin interna.

b.Poder calrico bajo del combustible :

-Formula de Mendeleyev:

Hu = 33,91 C + 125,60 H -10,89 (O-S) -2,51 (9 H +W); [MJ/Kg.] W: vapor de agua

Hu = 42,44 [MJ/Kg.]

c.Los parmetros de la sustancia operante:

Tericamente la Cantidad de Kmoles necesaria de aire para quemar 1Kg de combustible esta dada por la siguiente expresin:

Lo = 1/0,21 (C/12 +H/4 O/32) = 0,4994 [Kmol/Kg.]

lo = 1/0,23 (8C/3 +8H -O) = 14,45[Kg. aire/Kg. comb]

d.Coeficiente de exceso de aire ():Velocidad constante

La disminucin de hasta ciertos lmites posibles disminuye las dimensiones del cilindro y por consiguiente aumenta la potencia por unidad de cilindrada del motor diesel, pero simultneamente la rapidez trmica del motor especialmente de las piezas del grupo cilindro pistn crece. Aumenta el humeado de los gases de escape. Los mejores prototipos modernos de motores diesel de aspiracin natural, trabajan de manera estable en el rgimen nominal sin sobrecalentamiento significativo con un de 1,4 1,5 aspiracin natural y la de los motores diesel turboalimentados a 1,6 - 1,7Se asume para nuestro motor en estudio = 1.7

Calculamos

M1 = Lo = 1,8 (0,4994) = 0,841 [Kmol de carga fresca / Kg. combustible]

II. productos de la combustin

Mco2 =0,870/12 = 0, 0725 [Kmol CO2/ 1Kg Comb]

MH2O= H/2 = 0,063 [Kmol H2O/ Kg. Comb]

MO2 = 0,208(-1) Lo = 0,208 (1,7-1)0,4995=0, 0720 [Kmol O2/ Kg Comb]

MN2 = 0,792 (Li) = 0,792 (1,7)(0,4995) = 0,6660[Kmol N2/ Kg Comb]

III. Cantidad Total de los prodcutos de la CombsutinM2 = M CO2 + M H2O + M O2 + M N2M2 = 0,0725 + 0,063 + 0,0720+0,6660M2 = 0, 874 [Kmol Prod. Comb. / Kg Comb]

IV. Los parmetros del medio ambiente y de los gases residuales

-Po = 0,1 MPpa = 1 bar

- To = 293 K

Si no tiene intercooler, el turbocompresor es de baja presin

-Asumo

-

-

De acuerdo a los datos experimentales el ndice politrpico de compresin del aire en el compresor (nk) y en funcin del grado de enfriamiento con el intermolecular.

I.Para los compresores a pistn:

nk = 1,4 1,6

II.Para los compresores volumtricos:

nk = 1,55 1,75.

III.Para los compresores centrfugos y axiales:

nk = 1,4 2,0.Seleccionamos:nk = 1,65

Tk = -

Tk = 333,664K

Observacin: Internacionalmente se sabe que la temperatura del aire que ingresa al cilindro del motor no debe ser en extremo. Para los motes diesel turboalimentados no mayor de 100 C entonces, podemos asumir que el sistema de refrigeracin (intermolecular) absorbe una temperatura de 84 C.La temperatura y la presin de los gases residuales podemos configurarlos considerando que el valor suficientemente alto de la relacin de compresin del motor diesel permite que durante la turbo alimentacin del rgimen trmico del motor aumente y aumenten tambin los valores de Tr y Pr por eso podemos asumir que para los motores diesel turboalimentados.- Tr = 700 K

-Pr = 0,75 Pk = 0,75 (0.245)

Pr =0,1837 [MPa]V. Parmetros del proceso de admisin:

La temperatura de calentamiento de la carga fresca para el motor en estudio no tienen un dispositivo especial para el calentamiento de la carga fresca; sin embargo, el calentamiento de la carga del motor, turboalimentado a cuenta de la disminucin de la cada trmica entre las piezas del motor y el aire sobrecalentado constituyen una magnitud de calentamiento que se reduce por esto para el motor diesel turboalimentado normalmente se elige la temperatura entre 0 y 10 C y considerando las condiciones ambientales propias de Trujillo podemos seleccionar = 0 10 C.

La densidad de la carga en la admisin podemos nosotros calcularlos del siguiente modo:

-

;

= 2,5635[Kg/m3]-Las prdidas de presin en la admisin es:

0,01395 MPa

-Presin al final de la admisin:

Pa = Pk -

Pa = 0,245 0,01395Pa = 0,231041Mpa-El coeficiente de los gases residuales:

2.3% del 3 al 6% Ta =

Ta =

Ta = 360,9K-Eficiencia volumtrica:

= 0,90VI. parmetros del proceso de compresin :Durante el trabajo del motor diesel en su rgimen nominal con suficiente grado de precisin podemos asumir el ndice politrpico de compresin igual al ndice adiabtico el cual podemos determinarlo de acuerdo a la tabla adjunta.ndice politropico medio de compresin

ndice adiabtico medio de compresin

Segn la experiencia con distintos tipos de motores el ndice politrpico de compresin en funcin de generalmente se establece en los siguientes rangos:Para los M.E.F(-0.00) : (-0.04)

Para los M.E.C(diesel)(+0.02) : (-0.02)

Del grafico 25: Para Ta = 360,9 K y 18

Pc = Pa

Pc = 0,231041

Pc = 11.9436MPa Tc = Ta

Tc = 360,9

Tc =1036.49 K Segn tabla 5: para Tc = 1036.49K:

Siendo

Segn tabla 8: para t = 763,34k C y : Interpolando:

VII. parmetros del proceso de combustin:

Coeficiente terico de variacin molecular:

Coeficiente de variacin molecular

El poder calrico inferior de la mezcla operante:

El calor especfico molar medio de los productos de la combustin, trabajando en el rango de 1501 a 2800 C:

= +8,314

= 32,1626 + 1,83371 Tz [KJ/Kmol C]

Temperatura Tz

El coeficiente de utilizacin del calor , para los modernos motores diesel con cmara de combustin no divididas o de inyeccin directa y con una adecuada organizacin de la formacin de la mezcla se puede asumir para los motores de aspiracin natural diesel = 0,82 y para motores turboalimentados teniendo en cuenta que se acompaa con una elevada carga trmica y con la generacin de mejores condiciones para el desarrollo de la combustin = 0,86. El grado de elevacin de la presin en los motores diesel depende fundamentalmente de la magnitud del suministro cclico de combustible, con el propsito de disminuir las cargas gsicas sobre las piezas del mecanismo biela-manivela, es conveniente tener mxima presin de combustin no mayor de 15 MPa en relacin con esto es conveniente asumir para los motores diesel de aspiracin natural =2 y para los motores turboalimentados =1,5 el cual es nuestro caso.

Asumo =1,5 y =0,86

= 0,86(48,75) = 42,4755[MJ/Kmol]

= 26801,691 [KJ/Kmol]

2270() = 2270(1,7-1,0358) = 1048,96 [KJ/Kmol]

=1,0379(32,1626+1,899tz)tz

= 33,3139 tz +1,899tz2 1,903tz2 +33,3816 tz 70326.197tz = 1900.75 C

Tz=2173,90 K La relacin de expansin previa:

Pz = Pz = 1,5(11.9436 MPa)

Pz = 17,915 MPaVIII. PARMETROS DEl proceso de expansin:-

=

= 12.403-Del grfico 30:Para Tz = 2173,90 K y =12.403; entonces: k2 =n2= 1,28

-

Pb =

Pb = 0,7128MPa -

Tb =

Tb = 1072.76K IX. Comprobacin de temperatura de los gases residuales asumida inicialmente-

Tr = Tr = 682.74K

-Tr calculado < Tr asumido

700 > 682.74 entonces:cumple