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Laboratorio de mquinas Trmicas
Practica # 8
El motor disel y su balance trmico
Alumno:Albores Castro Edward
Grupo: 24
Profesor: Ing. Sonia Lpez Maldonado
Entrega: 9/Abril/2015
Introduccin:Elmotor diseles unmotor trmicoque tienecombustin
interna alternativaque se produce por el autoencendido del
combustible debido a altas temperaturas derivadas de lacompresindel
aire en el interior delcilindro, segn el principio delciclo del
disel. Se diferencia delmotor de gasolina.El motor disel fue
inventado en el ao 1893, por el ingeniero alemnRudolf Disel,
empleado de la firmaMAN, que por aquellos aos ya estaba en la
produccin de motores y vehculos de carga.Un motor disel funciona
mediante la ignicin (encendido) del combustible al ser inyectado
muy pulverizado y con alta presin en una cmara (o pre cmara, en el
caso de inyeccin indirecta) de combustin que contiene aire a una
temperatura superior a latemperatura de auto combustin, sin
necesidad de chispa como en los motores de gasolina. sta es la
llamadaauto inflamacin.La temperatura que inicia la combustin
procede de la elevacin de la presin que se produce en el segundo
tiempo del motor, la compresin. El combustible se inyecta en la
parte superior de lacmara de combustina gran presin desde unos
orificios muy pequeos que presenta elinyectorde forma que se
atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presin (entre
700 y 900C). Como resultado, la mezcla se inflama muy rpidamente.
Esta combustin ocasiona que el gas contenido en la cmara se
expanda, impulsando elpistnhacia abajo.Esta expansin, a diferencia
del motor de gasolina es adiabtica generando un movimiento
rectilneo a travs de la carrera del pistn. Labielatransmite este
movimiento alcigeal, al que hace girar, transformando el movimiento
rectilneo alternativo del pistn en un movimiento de rotacin.Para
que se produzca la auto-inflamacin es necesario alcanzar la
temperatura de inflamacin espontnea del gasleo. En fro es necesario
pre-calentar el gasleo o emplear combustibles ms pesados que los
empleados en elmotor de gasolina, emplendose la fraccin
dedestilacin del petrleofluctuando entre los 220C y 350C, que
recibe la denominacin degasleoo gasoil en ingls.Existen diferentes
tipos de motores, en el laboratorio contamos con un motor de dos
tiempos. En este motor se usa un soplador o compresor de aire para
arrastrar hacia fuera los gases de escape y para alimentar de aire
fresco, este soplador es actuado por la flecha del motor. El aire
es admitido por la lumbrera de admisi6n y 1os gases se desalojan a
travs una vlvula de escape, que en el caso de la figura est en la
parte superior del cilindro.Al final de la carrera descendente del
pistn, los gases ya expandidos se extraen del cilindro y se
reemplazan por aire fresco. Al subir el mbolo, el aire se comprime
y la presin se eleva cuando llega al punto muerto superior. En este
momento se efecta la inyeccin del combustible finamente atomizado
que al encontrarse con estas condiciones de presin y temperatura,
se inflama provocando la expansi6n de los gases y generando la
carrera de potencia. La mquina realiza un ciclo completo por cada
revoluci6n.Los motores de 2 tiempos tienen un uso muy extenso y
entre sus principales diferencias respecto al de 4 tiempos estn las
siguientes:a. Menos prdidas de fricci6n por H.P.b. Motor ms
compacto y liviano.c. Construccin ms simple.d. Mayores prdidas de
mezcla fresca.e. Mayores prdidas en la admisin de aire y expulsin
de gasesAlgunas aplicaciones de los motores de Disel: Maquinaria
agrcola de cuatro tiempos (tractores,cosechadoras)
Propulsinferroviaria2T Propulsin marina de cuatro tiempos hasta una
cierta potencia, a partir de ah dos tiempos Vehculos de propulsin a
oruga Automviles y camiones (cuatro tiempos) Grupos generadores de
energa elctrica (centrales elctricas y de emergencia) Accionamiento
industrial (bombas, compresores, etc., especialmente de emergencia)
Propulsin area
Objetivo: El desarrollo de esta prctica comprende un balance
trmico del motor encendido por compresin, as como la determinacin
de prdidas de energa atribuidas a la combustin incompleta dentro de
los cilindros del motor.Este estudio del motor Disel comprende
bsicamente de una explicacin de los ciclos de 2 y 4 tiempos, una
breve descripci6n del sistema de inyeccin de combustible, as como
de las diferencias bsicas de este motor con respecto al motor
encendido por chispa, y finalmente un estudio sobre la distribucin
de la energa en el motor Disel o sea un balance trmico.
Materiales: 1 Psicrmetro 1 Tacmetro 1 Bacharach 1 Flexmetro 1
Cronmetro Protectores de ruido
Anlisis:Anlisis qumico del aceite Disel:
9
C= 80%H2= 7%O2= 3%H2O = 0.8 %N2= 9%
Energa suministrada
]
Energa Aprovechada
F: fuerza en la bsculaN: [rmp] = 0.8 = 80%Energa absorbida por
la humedad del combustible:
Dnde:
Energa absorbida por la humedad de la combustin del hidrogeno
del combustible
Dnde:
Dnde:
Dnde:
Energa absorbida por el agua de enfriamiento
Dnde:
Dnde:
Eficiencia trmica del motor
Desarrollo de la prctica:1. Identificar las zonas en las que
tomaremos los datos ( velocidad del tacmetro, tiempo para los
gastos, temperaturas del escape, agua de enfriamiento, medio
ambiente, humedad relativa)2. Encender el motor de disel a
velocidad baja hasta que alcance la temperatura de operacin
adecuada.3. Encender el motor elctrico.4. Agregar la carga al motor
elctrico.5. Tomar los datos correspondientes6. Tomar los datos de
los gases emitidos con el Bacharach.Tabla de datos:
Bacharach
CO25 %
O212.5 %
CO1 %
Gh2O
hH2O20 cm = 0.2 m
tH2O41 [s]
T1 H2O42 [C]
T2 H2O51 [C]
DTanque20 [cm] = 0.2 [m]
Gcomb
h2 [cm] = 0.02 [m]
t59 = 59 [s]
DTanque9.5 [cm] = 0.095 [m]
N2580 [rpm]
F12.8 [kg]
Tgs375 [C]
Tamb20 [C]
re58 %
Clculo de resultados:Energa suministrada
Energa Aprovechada
Energa absorbida por la humedad del combustible:
(P=0.77 [bar]) = 2211.56= 506
Energa absorbida por la humedad de la combustin del hidrogeno
del combustible
0.0635
Dnde:
Energa absorbida por el agua de enfriamiento
Eficiencia trmica del motor
Al realizar el clculo de las energas nos damos cuenta de la
forma que se est estn consumiendo la energa administrada haca el
resto del sistema incluyendo las prdidas provocadas por el
ambiente.
Pues de la grfica se observa que la energa aprovechada es casi
1/4 de la energa que entra al sistema. La energa perdida por la
humedad, esta va en funcin del cambio de entalpa que a su vez es
inversamente proporcional a la temperatura del bulbo seco y la
temperatura de los gases de combustin y es directamente
proporcional al gasto del combustible.
Observando la grfica de pastel se puede apreciar que el mayor
porcentaje de energa perdida de debe a los gases secos ya que los
gases tienen una temperatura elevada y por lo tanto trmicamente
apreciable.De igual forma en la energa perdida por el agua de
enfriamiento se observa que tiene una perdida esto se debe que hay
un intercambio de calor con el agua de salida.De la eficiencia
trmica del motor podemos observar cmo es una eficiencia medio baja,
sin embargo considera permisible ya que la energa aprovechada del
motor fue baja.Conclusiones:De la prctica realizada fue posible
observar cmo se realiza un balance trmico a un motor disel de dos
pasos, y sobretodo el ver en qu rea es posible perder ms energa de
la que es suministrada, esto nos da campo para poder estudiar esos
pasos y poder encontrar una mejora en la eficiencia del motor a
partir de la disminucin de las energas perdidas.Analizando las
grficas realizadas para con los resultados, se puede observar que
la mayor parte de la energa suministrada se pierde en la absorbida
por los gases secos y el agua de enfriamiento, seguida por aquellas
que no podemos contabilizar fsicamente, dejndonos con una energa
aprovechada muy pequea. Es decir que la energa es desaprovechada en
gran cantidad con respecto a la aprovechada.Otro factor que se debe
tomar en cuenta, es que la fuerza en el freno hidrulico se consider
aquel que se mantuviese un poco ms constante; ya que la lectura
pudo ser diferente debido a que la aguja del indicador oscilaba
demasiado, con este aspecto, se podra haber obtenido una cantidad
mayor o menor de energa aprovechada.Con respecto al motor de
encendido por chispa, se puede ver que el motor de combustin por
presin tiene una mayor eficiencia, por lo que es una mejor opcin al
momento de seleccionar una fuente que aproveche la energa
suministrada, tambin es por esto que el motor Disel tiene un gran
nmero de aplicaciones.
