DISEO DE UN MOTOR GNCPOTENCIA: VELOCIDADRELACION DE COMPRESION

60 Hp 3200 RPM 16

Componentes del GNC :Nombre metano Propano etano Butano Formula CH4 C2H6 C3H8 C4H10 =

C12 24 36 48 108

H 4 6 8 10 24

De Masas 16 30 44 58 132

% a 25 c 0,93 0,04 0,02 0,01 1

C0,6975 0,032 0,016363636 0,008275862 0,056639498

H0,2325 0,008 0,003636364 0,001724138 0,013360502

Poder Calorifco (J/Kgr)

36000

Calculamos lo Para Cada Elementometano Propano etano Butano

Calculamos Lo Para Cada Elementometano Propano etano Butano

lo lo lo lo lo =

16,17391304 0,649275362 0,316205534 0,155922039 17,29531598

Lo Lo Lo Lo Lo =Lo =

0,553571429 0,022222222 0,010822511 0,005336617 0,591952779Oc 1 H C + 0 . 21 12 4 32

lo

=

1 8 C + 8 H - Oc 0.23 3

Calculamos K y otros valores SI H/C=0.14 - 0.19 i K=0.45 - 0.50 H/C = 0,24 interpolando entonces K = 0.636

H = C

0,23588665

K=

0,636

ma =

lo Lo

29,2173913

a

0,9

mC =

120

M1 =

a .Lo +

mC

1

C

Lo

a

mC =

COMBUSTION INCOMPLETA Y PRODUCTOS DE LA COMBUSTIONM1 =

M1= G1 = M CO=

0,541090834

=

a .Lo +

mC

1

16,56578438

=

G1 = 1 + a .l oM CO = 0,42 1-a LO 1+ K

0,015196832

=

M CO2 =

-0,010476874

=

M CO 2 =

C - M CO 12

M H2=

0,009665185

=

M H 2 = K .M COM H 2O = H - M H2 2

M H2O =

-0,002984934

=

M N2=

0,420878426

=

M N 2 = 0.79.a .LOM 2 = M CO + M CO 2 + M H 2 + M H 2O + M N 2M = C H + 12 2 + 0 . 79 L O

M2 =

0,432278635

=

M20=

0,479042904

=

20

M2=

0,04676427

=

M

2a

= M 2O - M 2

r0=

1,108180849

=

rO =

M 2O M2

r=

0,108180849

ra1

=

M M

2 a 2

r -r =1 0 a

M

2

r -r =1 0 a

PARAMETROS DEL PROCESO DE ADMISONPRESION EN EL CILINDRO EN EL PROCESO DE ADMISION P0 = T0 =0,068 291 Mpa K presin atmosfrica

Ra=

284,5565476

Ra =

8314

maO =PO R a TO

O

=

0,821196974 Kg/m^3

W ad =( b 2 + x ad ) =

100

m/s

Velocidad del multiple de Admision.

3

ad: COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO DE LA CARGA FRESCA.: FACTOR DE AMORTIGUAMIENTO DE LA CARGA FRESCA.

P a =

0,012317955

DP = ( b a

2

+ x ad )

w ad 22

O .10 - 6

Pa:PERDIDAS HIDRAULICAS EN EL MULTIPLE DE ADMISION (Mpa)

Pa=

0,055682045

P = P - DP a O a

Pa :PRESION AL FINALD DE LA ADMISION(Mpa)

GASES RESIDUALES Y COEFICIENTES DE GASES RESIDUALES

gr =

TO + DT Pr Tr e .Pa - PrDT =10 K 0,085 M Pasc 291 16 900 0,035274015 K Relacion de Compresin. K Temperatura de los Gases Residuales.Pr :PRESION DE LOS GASES RESIDUALES (Mpa)

Pr = (1,1...1.25) POT0=

e=Tr =gr =

e=Tr =gr =Mr =0,019086446

TEMPERATURA FINAL DEL ADMISION

Ta=

321,40922 K

Ta =

TO + DT + g r Tr 1+ g r

COEFICIENTE DE LLENADO O DE RENDIMIENTO VOLUMETRICO

nv =1 =

0,649281847

v = 1 *

(e -1 )

e

*

P Tk a * Pk*Ta ( + ) 1 r

v:COEFICIENTE DE LLENADO

0,85 1 : COEFICIENTE DE RECARGA 0.75- 0.85

v = 1

e(e - 1).(1 + g r )PARAMETROS DE COMPRESION

ECUACION EN TERMINOS DE TEMPERATURA

" q1 (U C - U a ) + q 2 (U C - U a ) "

R (TC - Ta ) = O n1 - 1

DONDE:

q1 =

1 - g r .ra 1+ g rrO g r 1+ g r

q1=

0,962241892

q2 =

q2=

0,037758108

q1 + q2 =Ta =

1

18 C

q1 + q2 =Ta =De la Carga Fresca en Funcion de la temperatura. De los Productos de la combustion en Funcion de la temperatura.

TABLASENERGIA INTERNA DE LOS GASES Ta(C) 0 18 100 Ua= Ua (KJ/Kmol) 0 Ua 2015 362,7 C ENERGIA INTERNA DE LOS GASES DE LA COMBUSTION Ta(C) 0 18 100 U''a= HALLANDO LOS VALORES PARA EL PUNTO( C ) 395,5424426 U``a(KJ/KMol) 0 U''a 2204,5 396,81 C

TC = Ta e

n1 -1

- 273

n1 =TABLAS

1,3

ENERGIA INTERNA DE LOS GASES Tc(C) 200 395,542443 300 Uc= Uc(KJ/KMOL) 4195 Uc 6364 8436,31558

ENERGIA INTERNA DE LOS GASES DE LA COMBUSTION Tc(C) 200 395,5424426 300 U''c= U''c(KJ/KMOL) 4535,2 U''c 6916,5 9191,652186

REMPLAZANDO EN LA ECUACION R= B= n1= 8,314 -2347,178118 1,385 Como tenemos un valor negativo recalcularemos para un:

q1 (U C - U a ) + q 2 (U CAsumimos un nuevo Valor.

"

" -Ua ) -

R (TC - Ta ) = O n1 - 1

TC = Ta e n1 -1 - 273Tc(C) 400 573,212005 500

573,2120051

Uc(KJ/KMOL) 8591 Uc 10890

Tc(C) 400 573,2120051 500

U''c(KJ/KMOL) 9384,2 U''c 11938,6

Uc= B=

12573,144 259,0541283

U''c=

13621,744

Como tenemos un Valor Positivo Interpolamos.

INTERPOLANDO PARA HALLAR EL VERDADERO VALOR DE B

1,3 n 1,385 n=

-2347,178118 0 259,0541283 1,376551175 Valor Real que Balancea la Ecuacin. TEMPERTAURA EN C Tc= 553,6197605

TC = Ta e n1 -1 - 273n1

PRESION EN C

3,090592094 Mpa

P C

= P e a

PROCESO DE LA COMBUSTION" x Z ( H u - (DH ) quim ) U C + g rU C " + = m rU Z = A (1 + g r ) M 1 1+ g r

Valores Asumidos

xZ =A=

0,85 Coheficiente de Aprovechamineto de Calor.

Hu =

36000 Poder Calorifico.

114000000

(DHu )quim =T(C)=

6748,261681 KJ/Kmol

( AH u ) quim = A(1 - a ) LO

553,6197605

(DHu )quim =

( AH u ) quim = A(1 - a ) LO

INTERPOLANDO DE LA TABLA 1 Tc(C) uCv(KJ/(Kmol.C) 400,00 21,474 553,6197605 uCv 500,00 21,78 Cv= 21,94407647 KJ/(Kmol.C

U C = ( mCv)Tc

12148,67436 KJ/Kmol

U C = (mCv)" Tc C"

Calor especifico de los Productos al final del proceso de compresion

(mCv) " = (mCv) CO 2 .rCO 2 + (mCv) CO .rCO + (mCv) H 2O .rH 2O + ( mCv) O2 .rO2 + (mCv) N 2 .rN 2 CCO2 CO H2O H2 N2 Tc=400 C 34,935 21,474 26,775 20,871 21,185 Tc=500 C 36,258 21,784 27,315 20,934 21,449 uCv Tc= 12148,67436 36,96738943 21,95022126 27,60454671 20,96778045 21,59055617

M2=

0,432278635

rco2 =

M CO2 M2

rco =rH 2O =

M CO M2M H 2O M2

rH 2 =rN 2

MH2 M2

M N2 = M2" C

21,17506958 (KJ/(KmolC)

CO2 CO H2O H2 N2

M -0,010476874 0,015196832 -0,002984934 0,009665185 0,420878426

M2 0,432278635 0,432278635 0,432278635 0,432278635 0,432278635

r-0,02423639 0,035155177 -0,006905116 0,022358692 0,973627637 1

(mCv) " = (mCv) CO 2 .rCO 2 + (mCv) CO .rCO + (mCv) H 2O .rH 2O + (mCv) O2 .rO2 + (mCv) N 2 .rN 2 C

( m Cv"

)

=

Es el calor especfico de los prod. De comb. Al fianl del proc. De comp`.

U C = (mCv)" Tc C

M2

( m Cv"

)

" C

=11722,93695 (KJ/(KmolC)Energia int. De 1mol de prods. De la comb. Al final del proc. De comp.

U C = (mCv)" Tc C

CALCULAMOS LA PRIMERA PARTE DE LA ECUACION" x Z ( H u - ( DH ) quim ) U C + g rU C + = A (1 + g r ) M 1 1+ g r

g

r

=A=

0,035274015 56520,07714

m0 = M 2 / M 1

0,798902157

mr =U" Z

mO + g r 1+ g r= A

0,805753994 Coheficiente Real de Variacion Molecular.

m

70145,57493 HALLANDO LA TEMPERATURA U''z Uz"(MJ/Kmol) 63900,10 70,14557493 67,21 Tz(C) 2200 Tz(C) 2300

r

Tz"=

2299,995401 Temperatura final de la Combustion

CALCULO DE LA PRESION MAXIMA AL FINAL DE LA COMBUSTION

l = mr

Tz Tc

3,347478924

Grado de elevacion de la presion durate la comb.

PZ CALC = lPCPZ REAL = Z PZ CALC

10,3456919 M Pasc

Presion teorica o calculada

8,793838113 M Pasc

Z Z ==

0,85

Qzb =Ub -Uz + Lzb

PARAMETROS DEL PROCESO DE EXPANSIONBALANCE DE ENERGIA ENTRE z-b:

Qzb =Ub -Uz + LzbQzb = H u (x z - xb )

Calor que desprende el combustible durante la expansion

L = /( 2 - ) Z - b R n 1 .T T zb

Trabajo de expansion

n2 = Coef. Politropico de expansin

(xb -xz )Hu R = (Tz -T ) -r ( z -Ub ) -r ( "z - "b ) U b a U 0 U M (m0 +g r ) n2 -1 1

(x b - x z ) H u =A M 1 (m0 - g r )

(x

z

yx

b

)

Coef. de utilizacin

B=

R (Tz - Tb ) - ra (U z - U b ) - r0 (U " z -U "b ) n2 - 1

EXPONENTE POLITROPICO DE EXPANSIONn 2 (1 . 23 - 1 . 30 ) =

1,25

COEFICIENTE DE APROVECHAMIENTO DE CALOR

x b (0.82 - 0.87) =

0,86 valor asumido

HALLANDO A A= 797,5805285

(xb - xz )Hu M1 (m0 + g r )

=A

Temperatura en el punto Z HALLANDO Uz Tz 2300 2299,995401 2400 Uz=

2299,995401 HALLANDO U''z Tz( C ) 2300 2299,995401 2400 U''z=

CON EL VALOR VERDADERO DE "Tz" ENCONCONTRAMOS Uz y U"z POR INTERPOLACION

Uz 59201 Uz 62090 59200,86714

U"b 67212,7 U''b 70543,2 67212,54684

Tb = Tz

1

e

n2 -1

CON "Tz" ENCONTRAMOS "Tb"

Tb = Tz

1

e

n2 -1

1149,997701

=

16

UTILIZAMOS "Tb" PARA INTERPOLAR LOS VALORES DE Ub y U"b

Tb(c) 1300 1149,997701 1400 Ub=

Ub 31238 Uz 33951 27168,43762

Tb( C ) 1300 1149,997701 1400 U"b=

U"b 34956,5 U''b 38053,1 30311,5288

B=

R (Tz - Tb ) - ra (U z - U b ) - r0 (U " z -U "b ) n2 - 18,314

CALCULAMOS "B" PARA LA ECUACION ANTERIOR

r0=B=

1,108180849 -6113,973362

r=

0,108180849

R=

CALCULAMOS "B" PARA UN n2=1,2

Tb = Tz

1

e

n2 -1

1321,000467

n2=

1,2

Tb(c) 1400 1321,000467 1500 Uz B= 212,571077

Ub 33951 Uz 36689 31787,99278

Tb( C ) 1400 1321,000467 1500 U''b

U"b 38053,1 U''b 41196,9 35569,51268

Hallando el valor para B -6113,973362 797,5805285 212,571077 n2= 1,195376548 1,25 n2 1,2

Tb = Tz

1

en

2 -1

Calculamos Temperatura Real

Tb = Tz

1

en

2 -1

1338,043281

Calculamos Presion Real

Pb = Pz

1

en

0,3197434662

PARAMETROS INDICADOSPresion media indicada Calculada Del Diagrama Para un Motor a Gasolina

( P )cal i

en l 1 1 1 =P 1 - n -1 1 - n -1 = Mpa a e - 1 n2 - 1 e e n1 - 1 1 2 1

=n2= n1= Pa =

3,347478924 16 1,195376548 1,376551175 0,055682045

Pi cal =

0,918682039 0,95 0,872747937 Presion media indicada real (M Pasc)

(0.95 - 0.97)Pi = i ( Pi ) cal ( Mpa )Potencia Indicada

P i Vh n Ni = i 30 tVh = 30 t N i P i n i0,480615491 Cilindrada en Litros

ti

= =

4 4

Ni = Pi = n=

44,74199229 Kwats 0,872747937 3200 RPM

Vh=

CONSUMO ESPECIFICO INDICADO DE COMBUSTIBLE:

g i = 3600

Ov g / Kw.h al 0 Pi

Po= To= v=

0,068 291 0,649281847

Ra

=

8314

ma*10 Kg / m6 3

0 =

P 0

g i = 3600

Ov g / Kw.h al 0 Pi

Ra

=

8314

ma*10 Kg / m6 3

284,5565476

0 =

P 0 Ra T0

Densidad del aire atmosferico

o= i=

0,821196974 141,2938508 gr/kw,H RENDIMIENTO INDICADO

i =

3.6(103 ) H u gi

0,707744884

PARAMETROS EFECTIVOSHALLANDO LA PRESION MEDIA DE PERDIDAS MECANICAS Pm :

Pm

= 30 *

Nm * t i * Vh * n

Ne= Ni- Nm

Pm = 0.1( A + BVp) PoMpaPm= 0,001921 M Pasc.

A= B= Vp= Po=

0,05 0,0155 15 0,068

m/s M Pasc.

HALLANDO LA PRESION EFECTIVA Pe :

P = P -P e i m

0,870826937 M Pasc.

HALLANDO LA POTENCIA EFECTIVA Ne : Pe Pi

N

e

=

N

i

=

44,64351098 Kw

HALLANDO LA POTENCIA PERDIDAS MECANICA Nm :

N m = N i - N e ( Kw )

i

N m = N i - N e ( Kw )EFICIENCIA MECANICA :

0,098481318 Kw

m =

Ne Ni

=

0,997798906

EFICIENCIA EFECTIVA :

e = i m

=

0,706187071

CONSUMO ESPECIFICO EFECTIVO DE COMBUSTIBLE (g/Kw-h)

ge =

m

gi

=

141,6055379 gr/Kw-h

CONSUMO HORARIO DEL COMBUSTIBLE

Gc = g e N e

=

6,321768384 Kgr/ H

Cantidad Masica Real del Combustible

CONSUMO HORARIO DEL AIRE

Ga = al0Gc

=

98,40328356 Kgr/ H

PRINCIPALES DIMENSIONES DEL MOTORCILINDRADA DEL MOTOR

iVh =

30 N et ltr Pn e

=

1,922461962 Ltr

VOLUMEN DE TRABAJO DE UN CILINDROVh = 30 N et ltr P ni e

=

0,480615491 Ltr

RELACION S/D>1 PARA MOTORES LENTOS:

4Vh

Vh =

30 N et ltr P ni e

S/D=J=

1,1

DIAMETRO DEL CILINDROD=3

4Vh ( mm) pJ

=

82,24409526 m.m

CARRERA DEL PISTON:4V h S = ( mm ) pD 2

1,1 = 90,46850478 m:m

EL NUEVO VALOR DE VhVh =

p4

D 2 S (ltr )

=

0,480615491 Ltr

Cilindrada en litros

LA VELOCIDAD MEDIA DEL PISTON RESULTARA

Vp =

Sn m / seg 30

=

9649,973843 mm/seg

c 2

N2

.rN 2