Calcular El Ciclo De Trabajo De Un Motor Diesel

Calcular El Ciclo De Trabajo De Un Motor Diesel

Datos iníciales

Potencia nominal a n =3400 rpm, Ne = 98 hp = 74.872 KW, numero de cilindros i = 4; relación de compresión ε = 18; coeficiente de exeso de aire α = 2; combustible de motor diesel (C = 0.87, H = 0.126, O = 0.005); poder calorífico inferior H = 42 MJ/Kg

1). La cantidad de aire teórica necesaria para la combustión de 1 Kg de combustible será

l_o=1/0.209 (81/3 C+8H-Oc)

l_o=1/0.209 (81/3 0.87+8*0.126-0.005)

l_o=14.44 Kg

O aplicando la ecuación

L_o=1/0.209 (C/12+H/4-Oc/32)

L_o=0.4987 Kmol

Comprobando

L_o=l_o/μ_a

L_o=14.45/28.96

L_o=0.4987 Kmol

2). La cantidad total de aire

M_1= αL_o

M_1= 2*0.4987

M_1= 0.997 Kmol/Kg

3). Los productos de combustión para α = 1 será:

(M_2 )_(α=1)=C/12+H/12+0.79 L_0

(M_2 )_(α=1)=0.87/12+0.126/12+0.79*0.4987

(M_2 )_(α=1)=0.5295 Kmol

La cantidad excedente e aire fresco es

(α-1) L_(o )

(2-1)0.4987=0.4987 Kmol/Kg

La cantidad total de de los productos de combustión será:

M_2= 0.5295+0.4987

M_2= 1.0282 kmol/Kg

El coeficiente teórico de variación molecular será

μ_o=M_2/M_1

μ_o=1.0282/0.997

μ_o=1.0313

4). parámetros del proceso de admisión. Proporcionamos los siguientes parámetros para la carga en el proceso de admisión: a 3800 msnm será P_o= 68 Kpa = 0.068 Mpa; T_o=14°C =287 K el incremento de temperatura de la carga ∆T=30 °C. entonces la densidad de la carga en la admisión es ρ_o=P_o/RT=0.8255 Kg/m^3 y la presión al final de la admisión ser P_K=P_o.

P_a=P_o-(β^2+ξ) (w_ad^2)/2 ρ_o*〖10〗^(-6)

Y sea (β^2+ξ)=2.8; w_ad=80m/s, por lo que

P_a=0.068-2.8*80/2*0.8255*〖10〗^(-6)

P_a=0.0606 Mpa

Adoptamos los siguientes parámetros para los gases residuales P_r=12 Mpa y T_r=850 K por lo que el coeficiente de los gases residuales será:

y_r=(T_o+∆T)/T_r *P_r/(〖εP〗_a-P_r )

y_r=(287+30)/850*0.12/(18*0.0606*0.12)

y_r=0.0461

La temperatura al final de la admisión T_K=T_o

T_a=(T_o+∆T+y_r T_r)/(1+y_r )

T_a=(287+30+0.0461*850)/(1+0.0461)

T_a=340 K

El rendimiento volumétrico siendo ϕ_1=1,〖 P〗_K=P_o,T_K=T_o resulta

η_V=ε/(ε-1) P_a/P_o T_o/(T_a (1+y_r))

η_V=18/(18-1) 0.0606/0.068 287/(340(1+0.046))

η_V=0.761

η_V=76.1%

5). Parámetros del proceso de compresión. Admitimos expo. Politropico n_1=1.38. la presión al final de la compresión será:

P_c=P_a ε^(n_1 )

P_c=0.0606*〖18〗^1.38

P_c=3.2715 Mpa

La temperatura al final de la combustión será:

T_c=T_a ε^(n_1-1)

T_c=340*〖18〗^(1.38-1)

T_c=1019.72 K

6). parámetros del proceso de combustión en el motor diesel (ξ=0.82), resultara.

(ξ_z H_u)/(M_1 (1+y_r ) )+(U_c+y_r U_c^")/(1+y_r )+8.314λT_c

El coeficiente real de variación molecular es:

μ_r=(M_2+〖y_r M〗_1)/(M_1 (1+y_r ) )=(μ_o+y_r)/(1+y_r )=(1.0313+0.0461)/(1+0.0461)=1.03

De aquí

(ξ_z H_u)/(M_1 (1+y_r ) )=0.82*42*〖10〗^(-6)/(1.0461*0.6986)=47126.08KJ/Kmol

De la tabla 6 a 750 °C

μ_CV=22.56KJ/Kmol

La energía interna de 1 Kmol de aire a la temperatura de compresión t_c es:

U_c^"=22.56*997

U_c^"=224492.32KJ/Kmol

La energía interna U_c^" de 1 Kmol de productos de combustión a la temperatura T_c esta integrada por la energía interna de estos últimos siendo α = 1.0 y la energía interna del aire excedente, es decir:

U_c^"=(U_c^" )_(α = 1.0)=(r_(M_2 ) )_(α = 1.0)+U_c r_(e.a.)

El calor específico de los productos hallamos de la tabla 8

(μ_Cv^" )_c=25.2885KJ/Kmol

Entonces la energía interna para los productos de la combustión para α = 1.0

〖(U〗_c^" )_(α = 1.0)=22212.6KJ/Kmol

Y

U_c^"=22212.60.5295/1.0282+22492.320.4987/1.0282

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