BALANCE DE EFICIENCIA TERMICA, PRESION MEDIA Y PODER CALORIFICO EN UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA DIESEL

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FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

Tema:

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS CERRADOS Y SISTEMAS ABIERTOS, SISTEMA GASEOSO, EL CICLO TERMODINÁMICO IDEAL Y REAL

Termodinámica

Grupo N° 13

Integrantes:        Cruz del Aguila Jorge Antonio               N00179154

                               Rodriguez Mozo Melanie Xiomara         N00135522

                               Rodriguez Sanchez Cleyser Rodhas     N00

                               Rojas Macedo Rouss Maylu                   N00

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LIMA– PERÚ

2021

INDICE

1.        Introducción        3

2.        Descripción y datos del ciclo de combustion interna del motor diesel (petroleo)        4

2.1 Calculos……………………………………………………………………………………………5

3.        Análisis        6

4.        Resultados        6

5.        Conclusiones y recomendaciones        7

6.        Referencias bibliográficas        8

BALANCE DE EFICIENCIA TERMICA, PRESION MEDIA Y PODER CALORIFICO EN UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA DIESEL

1. Introducción

Un motor de combustión interna es una máquina térmica en la cual se obtiene trabajo mediante la combustión de una determinada cantidad de combustible en el interior de sus cilindros, por lo tanto, nos encontraríamos frente a un sistema abierto, el cual cuenta con ciertas características que determinan su efiencia termina presión media y poder calorífico.

El motor Diesel funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, compresión. El combustible Diesel se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación. (PACHECO, 2007).

En este trabajo se aplican las ecuaciones de la primera ley de la termodinámica a un motor Diesel, y proponemos una solución sistemática para calcular su eficiencia

térmica.

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1. Descripción y datos del proceso de combustión interna

Para realizar el balance la eficiencia térmica, presión media y poder calorifico de un motor de combustión interna diesel  debemos exponer lo siguiente:

La combustión de un motor diesel se da cuando el petróleo compuesto de carbono e hidrogeno se convierte en dióxido de carbono generando una combustión completa y la ecuación de entalpia de la reacción ΔH es calculada en base a la medida de entalpia estándar de formación de los 18 isomeros y en base a la entalpia estándar de los compuestos balanceados 298,15 K (CO2 (g), 393,5; H2O (g), –241,8; C12H26 (l),–734,5 kJ/mol).

• La reacción de combustion inicia con el llenado de aire a travez de la valvula de admision a medida que el piston desciende hasta su punto mas bajo del cilindro.
• Luego la valvula de admision y el piston inician su recorrido, comprimiendo el aire alojado en el interior del cilindro, la relacion de compresion es de 18 a 1 permitiendo elevar considerablemente la temperatura del aire.
• El inyector pulveriza el combustible en el interior de la camara inflamandose al contacto con el aire caliente.
• La presion que genera la combustion empuja el piston hacia abajo y este se eleva por inercia expulsando los gases quemados por la valvula de escape para reiniciar el ciclo nuevamente.

Se desea evaluar la eficiencia térmica y la presión media del motor Diesel de una Toyota Hilux con la siguiente situación:

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Dado que el  consumo específico de combustible al freno del motor Diesel de Toyota Hilux es de 0.3348kg /kW-hr, con un combustible cuyo poder calorífico es de 60MJ/kg. y una eficiencia mecánica de 75%. Determinar:

1. La eficiencia térmica indicada, en % si el poder calorifico cambia a 65MJ/kg
2. La presión media indicada, si la relación aire combustible es de 18, la eficiencia volumétrica es de 85% y al inicio de la compresión las condiciones del aire son; 1 bar y 18° C.

2.1 Cálculos

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     Cuando el poder calorífico es 60 MJ/kg:

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      Cuando el poder calorífico es 65 MJ/kg:

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1. Análisis

• Iniciamos analizando la reacción química de combustion del motor diesel donde se encuentra la interacción del aire con el combustible dentro del cilindro.

• Se observa que la combustion genera calor que produce el trabajo del motor para movilizar la camioneta.

• Para calcular la eficiencia térmica utilizamos las formulas relacionadas con trabajo y calor de donde obtuvimos los porcentajes de eficiencia térmica y sus diferencias con la modificación del poder calorifico en un ambiente ideal con un porcentaje de 30.5% de eficiencia térmica al 26.8%.

• Para conocer como se relaciona la el aprovechamiento del combustible que se utiliza con la presión media del motor utilizamos las formulas en función a eficiencia, trabajo y volumen de donde analizamos que la presión media en una situación ideal con una eficiencia térmica de 30.5% seria 732.013 KPa.

• Al realizar la variación en el poder calorifico donde ya no estaríamos dentro los rangos óptimos de eficiencia termina de un motor diesel en automóvil la presión media indicada disminuye a 643.21KPa.

1. Resultados

• La eficiencia termica asocia la energia o trabajo realizado que se desea obtener del motor y la energia que se consume en su funcionamiento o energia suministrada.
• La eficiencia termica representa el calor que se convierte en trabajo.

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• En el ciclo o combustion de motores diesel entre el 65% a 70% se rechaza como calor residual sin convertirse en trabajo util.
• Dentro de la combustion interna  los motores diesel típicos operan con una eficienica termica de 30% a 35% y son mas eficientes que los motores de ciclo otto por ello al analizar el cambio en el poder calorifico de la situación analizada vemos que el porcentaje de eficiencia termica disminuye debido al aumento del poder calorifico que podria ser consecuencia de la calidad y densidad del combustible utilizado pero que en el caso de el petroleo o diesel es en promedio de 43 a 44 MJ/kg.
• La presion media esta en funcion del aprovechamiento del combustible que se introduce en el motor y el nivel del llenado de cilindro.
• La eficiencia volumetrica influye directamente proporcional a la eficiencia termica ya que representa porcentualmente la capacidad del motor para introducir aire al cilindro por ello si esta disminuye al 78% la presion media indicada disminuye al 703.2 KPa por ello seria menor el aprovechamiento del combustible en el motor.

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1. Conclusiones y recomendaciones

Se concluye afirmando que:

 El automóvil del negocio se encuentra trabajando dentro de los estándares de eficiencia térmica por ello la energía obtenida esta en óptimos resultados.

• Si el poder calorífico del motor aumenta la eficiencia disminuye provocando que el calor o trabajo del motor disminuyan y con ello su eficiencia que podría causar un accidente o desperfecto del automóvil.
• La presión media del motor disminuye cuando la capacidad del motor para introducir aire al cilindro dentro del proceso de combustion disminuye por la baja eficiencia volumétrica.

Se recomienda:

• Realizar mantenimiento constante al automóvil para evitar desperfectos que puedan alterar el ciclo diesel del motor.
• Revisar constantemente el tipo y calidad de combustible ya que los motores de combustion diesel solo funcionan con petróleo por su densidad que permiten que la eficiencia térmica sea optima.
• Tener en cuenta durante el año las condiciones climáticas de la ciudad donde se usa el automóvil porque según estas se podría afectar el ciclo diesel debido al aire introducido en el proceso.

1. Referencias bibliográficas

1. https://ingenieromarino.com/normativa-tecnologias-y-modificaciones-para-reducir-las-emisiones-de-sox-y-nox-a-la-atmosfera/
2. https://revistas.unal.edu.co/index.php/momento/article/view/38738/67830
3. https://www.youtube.com/watch?v=fQ-AM7BZq9Y
4. .
5. file:///C:/Users/51992/Downloads/Libro-Termodinamica-Cap-14-Motores-Hadzich.pdf
6. file:///C:/Users/51992/Downloads/Dialnet-ProblemasDeTermodinamicaAplicada-267958.pdf

RÚBRICA DE EVALUACIÓN:

La asignación del puntaje máximo a cada criterio es aplicable si este se cumple a nivel satisfactorio. El docente del curso determina el puntaje de cada ítem de acuerdo a su juicio de experto.

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