tesis analisis termofluido del sistema de refrigeración utilizando agua como sustituto del refrigerante

UNI1ERSIDAD C2SAR 1ALLE3# FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INGENIER ÍA MECÁNICA Tesis Tesis para optar el título Profesional e

INGENIERO MECÁNICO.

“ANÁLISIS TERMOFLUIDO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN QUE UTILIZA AGUA NATURAL COMO SUSTITUTO DE REFRIGERANTE Y SUS EFECTOS EN EL RENDIMIENTO EN UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA”

AUTORES: G!ME" ALARC!N R#GER LLAN#S SÁNC$E" LUÍS MIGUEL

ASESOR: In%& S'n()e* Castro C+sar&

Chicla! " #$%& '()'

El presente tra,a-o se lo ei(o a .i .are por su (onstante (onstante apo/o / (o.prensi0n (o.prensi0n en

Es(uela e In%eniería Me('ni(a los .o.entos .'s ifí(iles& Ro%er G0.e* Alar(0n&

El presente tra,a-o se lo ei(o a .is pares5 a .i )er.ana5 / en espe(ial a .i so,rino 6r/an por su a.or / pa(ien(ia en los .o.entos .'s ifí(iles& Luis M& Llanos S'n()e*

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Es(uela e In%eniería Me('ni(a los .o.entos .'s ifí(iles& Ro%er G0.e* Alar(0n&

El presente tra,a-o se lo ei(o a .is pares5 a .i )er.ana5 / en espe(ial a .i so,rino 6r/an por su a.or / pa(ien(ia en los .o.entos .'s ifí(iles& Luis M& Llanos S'n()e*

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Es(uela e In%eniería Me('ni(a

RESUMEN. La %ran epenen(ia e los (o.,usti,les f0siles5 es responsa,le en su %ran .a/oría e la (onta.ina(i0n a.,iental en el .uno5 too esto esto )a lle8ao a to.ar estri(tas .eias .eias para .e-orar el ese.pe9o ese.pe9o el .otor5 .otor5 reu(ieno las e.isiones to:i(as / el (onsu.o e (o.,usti,le5 sieno los siste.as e refri%era(i0n un fo(o poten(ial para lo%rar este o,-eti8o& El par;ue auto.otor el Per< (uenta (on un apro:i.ao e 4 =>> >>> uniaes5 ;ue en su .a/oría utili*an A%ua Natural (o.o fluio refri%erante en el siste.a e refri%era(i0n En el presente estuio se .uestra la (o.para(i0n (o.para(i0n e los par'.etros ini(aos el .otor .oelo .oelo Ti(o .ar(a Dae?oo Dae?oo utili*ano utili*ano (o.o fluios fluios refri%erante refri%erantess A%ua Natural Natural / .e*(la .e*(la e A%ua Natural @ 1iston/ 1iston/ al B& Para ello se reali*0 .ei(iones e las te.peraturas el fluio refri%erante5 para a.,os (asos5 a la entraa / salia el .otor lue%o se reali*0 un estuio t+r.i(o el siste.a e refri%era(i0n5 ,asao en .oelos %lo,ales e transferen(ia e (alor / ter.oin'.i(a (l'si(a5 así (o.o ta.,i+n se )a e.pleao la solu(i0n e las e(ua(iones iferen(iales el (i(lo real e tra,a-o el .otor para o,tener los par'.etros pro.eios e (aa uno e los pro(esos pro(esos posterior.e posterior.ente nte se )a reali*ao reali*ao la (o.para(i0n (o.para(i0n e los resultaos5 resultaos5 para eter.inar eter.inar sus efe(tos en el reni.iento el .otor& Los resultaos o,tenios e.uestran ;ue es fa8ora,le la utili*a(i0n e .e*(la A%ua A%ua Natural @ 1iston/ 1iston/ al B5 e,io a un au.ento relati8o e la efi(ien(ia el .otor en rela(i0n al uso e A%ua Natural (o.o fluio refri%erante& r efri%erante&

#ala*%a+ cla,$+. A%ua Natural5 Me*(la A%ua Natural @ 1iston/ al B5 An'lisis Ter.ofluio5 Consu.o espe(ífi(o e (o.,usti,le5 Poten(ia Efe(ti8a&

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ABSTRACT. T)e )ea8/ relian(e on fossil fuels5 is responsi,le for t)e 8ast .a-orit/ of pollution int)e ?orl5 all t)is )as le to tae stri(t .easures to i.pro8e en%ine perfor.an(e5 reu(in% to:i( e.issions an fuel (onsu.ption5 ?it) t)e s/ste.s (oolin% a potential fo(us for a()ie8in% t)is %oal& T)e fleet of Peru )as an esti.ate 4 =>> >>> units5 ?)i() .ostl/ use plain ?ater as a refri%erant in t)e (oolin% s/ste.& In t)e present stu/ s)o?s t)e (o.parison of .oel en%ine para.eters ini(ate Dae?oo Ti(o use as refri%erants an ,lens Natural ater Natural ater @ 1iston/ to B& T)is ?as a()ie8e .easure.ents of (oolant te.peratures5 for ,ot) (ases5 t)e input an output of t)e en%ine5 t)en (onu(te a t)er.al (oolin% s/ste.5 ,ase on %lo,al .oels of )eat transfer an (lassi(al t)er.o/na.i(s5 as ?ell as ?e )a8e use t)e solution of ifferential e;uations of t)e a(tual (/(le en%ine ?or to %et t)e a8era%e para.eters of ea() pro(ess )as su,se;uentl/ ,een .ae to (o.pare t)e results to eter.ine t)eir effe(ts on en%ine perfor.an(e& T)e results o,taine e.onstrate t)at fa8ors t)e use of natural ?ater .i:ture  1iston/ to B ue to a relati8e in(rease in en%ine effi(ien(/ in relation to t)e use of natural ?ater as (oolant&

-$!%/+. Natural ater5 Natural ater Mi:ture  1iston/ to B5 T)er.oflui anal/sis5 Spe(ifi( fuel (onsu.ption5 Effe(ti8e Po?er&

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INDICE. CA#0TULO ): #ROBLEMA DE IN1ESTIGACIÓN2222222222222..3 4&4& Realia Pro,le.'ti(a&&&&&&H 4&7& 3ustifi(a(i0n e I.portan(ia e la In8esti%a(i0n&&&&&&&&&&&4> 4&& #,-eti8os e la In8esti%a(i0n&&&&&&&44 4&=& Li.ita(iones e la In8esti%a(i0n&47

CA#0TULO ': MARCO TEÓRICO22222222222222222222)4 7&4& Ante(eentes e Estuio&&&&&&4= 7&7& Desarrollo e la Te.'ti(a Corresponiente&&&& 4 7&7&4& Motores e Co.,usti0n Interna&4 7&7&7& For.as e Estuio el Motor&&&&&&&&&4J 7&7&& Siste.a e Refri%era(i0n el Motor Moelo Ti(o Mar(a Dae?oo& &4J 7&7&=& Refri%erantes para Motores e Co.,usti0n Interna&&&&&&&&&&7 7&7&& Moela.iento Cine.'ti(o el Me(anis.o Pist0n6ielaMani8ela&& &&7H 7&7&K& Propieaes / Pro(esos Ter.oin'.i(os el Ci(lo #tto& &= 7&7&J& Funa.ento Te0ri(o e la Transferen(ia e Calor en el MCI&&&&=H 7&7&& 6alan(e T+r.i(o el Motor& &J 7&7&H& Par'.etros e Salia e un M&E&P&&J

CA#0TULO 4: MARCO METODOLÓGICO222222222222222234 &4& Tipo e In8esti%a(i0n&&= &7& Dise9o e In8esti%a(i0n&&&& = && Po,la(i0n / Muestra& && &=& $ip0tesis& 

=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a && 1aria,les / #pera(ionali*a(i0n&&&&&&  &K& M+toos / T+(ni(as e In8esti%a(i0n&&&&&&J &J& Des(rip(i0n e Instru.entos Utili*aos&&J && An'lisis Estaísti(o e Interpreta(i0n e los atos&&&&&&&&H4

CA#0TULO 5: ANÁLISIS E INTER#RETACIÓN DE LOS RESULTADOS2.2...67 =&4& An'lisis e los Par'.etros Geo.+tri(os el Motor Ti(o Mar(a Dae?oo&&&& HK =&7& Calor Li,erao en la Co.,usti0n el Motor Ti(o Mar(a Dae?oo&&&&&H =& Constru((i0n el Ci(lo Ini(ao el Motor Ti(o Mar(a Dae?oo&&&&4>K =&=& An'lisis T+r.i(o el Raiaor el Motor Ti(o Mar(a Dae?oo&&&4>H =&& 6alan(e T+r.i(o e Motor Ti(o Mar(a Dae?oo&47= =&K& Par'.etros Ini(aos el Motor Ti(o&&&&&&&&47K

CA#0TULO 7: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES22222222...)44 &4& Con(lusiones&&4= &7& Re(o.ena(iones&&4K

BIBLIOGRAF0A222222222222222222222222222..)48 ANE9OS222222...222222222222222222222222)46 ANE# A Resultao e las prue,as e:peri.entales e .ei(i0n e te.peratura utili*ano a%ua natural&&&&&4=> ANE# 6 Resultao e las prue,as e:peri.entales e .ei(i0n e Te.peratura utili*ano .e*(la e a%ua @ 8iston/ al B&&&4=> ANE# C Fi()a t+(ni(a e ter.0.etros Mar() utili*aos en las prue,as e:peri.entales e .ei(i0n e te.peraturas el refri%erante&&4=4



Es(uela e In%eniería Me('ni(a ANE# D Material foto%r'fi(o el e:peri.ento e .ei(i0n e te.peraturas el refri%erante el .otor Ti(o .oelo Dae?oo&&&&4= ANE# E Ta,las e la (o.posi(i0n ;uí.i(a e la %asolina5 (alores espe(ífi(os / ener%ía interna e los %ases e la (o.,usti0n4=H ANE# E Propieaes físi(as e al%unos refri%erantes utili*aos en .otores e (o.,usti0n interna&&&&&4 ANE# F f0r.ulas para el ('l(ulo e propieaes físi(as e una .e*(la&&&&4 ANE# G Datos %enerales el .otor Ti(o .ar(a Dae?oo&&&4K4

K


INTRODUCCIÓN. Las políti(as .eio a.,ientales se )an 8uelto .'s rí%ias5 / )an

o,li%ao a los

fa,ri(antes a la prou((i0n e nue8os 8e)í(ulos (on .enor (onsu.o e (o.,usti,le / la reu((i0n e e.isiones t0:i(as& En el Per< la .a/or parte e la (onta.ina(i0n a.,iental es %eneraa por el transporte p<,li(o / las inustrias& Estuios reali*aos por Geo C)i(la/o en 7>>K eter.inaron ;ue la .a/or fuente e (onta.ina(i0n es el transporte p<,li(o (on un H7&B& Se )an reali*ao i8ersas in8esti%a(iones e solu(i0n para estos pro,le.as5 sieno el siste.a e refri%era(i0n uno e los .eios poten(iales e perfe((iona.iento el .otor / a la 8e* uno e los .'s ol8iaos& INTRAP PERU O77 esti.0 ;ue en el a9o 7>> el Per< (onta,a (on un par;ue auto.otor e 4 =H 4> uniaes istri,uias a ni8el na(ional5 así (o.o ta.,i+n para la re%i0n La.,a/e;ue (on =4 7 8e)í(ulos5 / la .a/oría e ellos utili*a a%ua (o.B e las repara(iones totales ;ue se efe(t
J


CA#0TULO I #ROBLEMA DE IN1ESTIGACIÓN.




).). REALIDAD #ROBLEMÁTICA. Sa,e.os ;ue una e las .'s i.portantes .a;uinas ener%+ti(as prou(toras e poten(ia .otri* es el .otor e (o.,usti0n interna5 apro8e()ano la ener%ía ;uí.i(a el (o.,usti,le para (on8ertirla en ener%ía t+r.i(a5 la (ual se (on8ierte a su 8e* en ener%ía .e('ni(a o tra,a-o& Su e8olu(i0n a partir el a9o 4JK )asta la >>QC en las ('.aras e (o.,usti0n5 por lo ;ue es ne(esario (ontrolar esta 8aria,le .eiante un ,uen siste.a e refri%era(i0n / el uso e un apropiao refri%erante& E:iste una %ran pol+.i(a en (uanto a este > el Per< (onta,a (on un par;ue auto.otor e 4 =H 4> uniaes istri,uias a ni8el na(ional5 así (o.o ta.,i+n para la re%i0n La.,a/e;ue (on =4 7 8e)í(ulos5 / la .a/oría e ellos utili*a a%ua (o.B e las repara(iones totales ;ue se efe(t
H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a so,re(alenta.iento5 espe(ial.ente entre pist0n / la pare el (ilinro5 a9o por (orrosi0n e partes internas el .otor / otros a((esorios (o.o raiaor5 ,o.,a e a%ua5 et(& #tro e los %ranes pro,le.as (ausaos es el so,re(onsu.o e (o.,usti,le5 la entraa e refri%erante a las ('.aras e (o.,usti0n5 fu%as e refri%erante (onta.inano el a(eite lu,ri(ante / for.a(i0n e pelí(ulas inesea,les en ele.entos ;ue transfieren (alor5 (o.o los u(tos el raiaor5 tra/eno (onsi%o una (ostosa repara(i0n / lar%a ina(ti8ia el 8e)í(ulo& Esto lo )a(e un te.a a
).'. USTIFICACIÓN E IM#ORTANCIA DE LA IN1ESTIGACIÓN. Tal 8e* )o/ este.os fir.e.ente a fa8or e la (ons(ien(ia e un .uno e(ol0%i(o5 pero es i.posi,le e opa(ar la i.portan(ia ;ue )a tenio el .otor e (o.,usti0n interna en nuestro .uno a(tual5 / ;ue se%uir' sieno el futuro e la )u.ania5 (on ello )e.os lo%rao enor.es a8an(es te(nol0%i(os so,re too en el transporte fa(ilitano la 8ia el )o.,re5 en la a(tualia5 es posi,le 8er (ir(ular por las (alles uniaes nue8as (on te(nolo%ía e punta para prote%er el .eio a.,iente& Por lo ;ue )a traío (o.o (onse(uen(ia au.ento en el pre(io e los (o.,usti,les5 e in(re.ent'nose en n<.ero& Esto trae (onsi%o .';uinas (on ele8ao pre(io / (aa 8e* (on .anteni.ientos .'s (aros / sofisti(aos5 por lo ;ue se )a(e .a/or aB5 ;ue representan los .otores ;ue ne(esitan ser

4>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a reparaos5 (ausao por pro,le.as en el siste.a e refri%era(i0n5 reali*aa en iferentes talleres a ni8el na(ional& En el Per< el par;ue auto.otor )a io reno8'nose (on la i.porta(i0n e 8e)í(ulos nue8os5 esto )a a/uao a solu(ionar el pro,le.a el in(re.ento e 8e)í(ulos usaos ;ue se i.portaron en la +(aa pasaa5 es e,io a ello ;ue se )a .e-orao la posi(i0n e(on0.i(a el país5 la presente in8esti%a(i0n tiene (o.o finalia e.ostrar real.ente la i.portan(ia el .anteni.iento ae(uao para el siste.a e refri%era(i0n e un 8e)í(ulo5 /a ;ue las estaísti(as e.uestra ;ue la .a/or parte e pro,le.as ;ue presentan los .otores e (o.,usti0n interna / ;ue re;uieren e un ele8ao (osto e repara(i0n5 tienen ;ue 8er (on el (uiao inae(uao e i()o siste.a5 e,io a estos pro,le.as presentaos5 es e %ran e:i%en(ia para este nue8o par;ue auto.otor presentar las (ausas ;ue en un futuro no .u/ le-ano porían o(asionar& Esta in8esti%a(i0n nos per.itir' eter.inar .eiante un an'lisis t+r.i(o el siste.a e refri%era(i0n la influen(ia e utili*ar a%ua (o.o a%ente refri%erante / el efe(to ;ue o(asiona en el ese.pe9o e un .otor e (o.,usti0n interna5 en la a(tualia en nuestra re%i0n en los os
al esarrollo e(on0.i(o5 /a ;ue

pore.os e.ostrar la influen(ia e(on0.i(a a lar%o pla*o el uso e un ae(uao refri%erante&

).4. OBETI1OS DE LA IN1ESTIGACIÓN: ).4.) OBETI1O GENERAL: Reali*ar un an'lisis ter.o fluio (o.parati8o el siste.a e refri%era(i0n ;ue utili*a tanto a%ua natural / asi.is.o una .e*(la e A%ua natural 1iston/ B / sus efe(tos en los par'.etros ini(aos en un .otor e (o.,usti0n interna&

).4.' OBETI1OS ES#EC0FICOS: Des(ri,ir el fun(iona.iento el siste.a e refri%era(i0n e un .otor e (o.,usti0n interna&

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Es(uela e In%eniería Me('ni(a Desarrollar un .oelo .ate.'ti(o e la transferen(ia e (alor en un .otor e (o.,usti0n interna& Reali*ar prue,as e:peri.entales e .ei(i0n e te.peratura e los fluios refri%erantes a la entraa / salia el .otor& Desarrollar un an'lisis t+r.i(o el .otor e (o.,usti0n interna utili*ano a%ua (o.o a%ente refri%erante& Desarrollar un an'lisis t+r.i(o el .otor e (o.,usti0n interna utili*ano un refri%erante 1IST#N 7B& Deter.inar la influen(ia en (uanto al reni.iento / el (onsu.o e (o.,usti,le e un .otor e (o.,usti0n interna&

).5. LIMITACIONES DE LA IN1ESTIGACIÓN. El esarrollo e la tesis est' en.ar(aa al an'lisis el .otor e (o.,usti0n interna el .oelo Ti(o e la .ar(a Dae?oo&  Se reali*ara un estuio a partir e e(ua(iones %lo,ales e transferen(ia e (alor / ter.oin'.i(a (l'si(a5 así (o.o la solu(i0n e las e(ua(iones iferen(iales el (i(lo #tto real5 por lo ;ue se o,tenr'n 8alores pro.eios e los par'.etros ini(aos el .otor ti(o&  De,io a la si.pli(ia el .oelo utili*ao5 Para (al(ular los par'.etros ini(aos el .otor ti(o a istintas 8elo(iaes se apro:i.ar' lineal.ente5 por lo ;ue al .o.ento e %rafi(ar las fun(iones se tenr'n tenen(ia lineal5 las (uales e,erían ser (ur8as&  La 8aria(i0n e presi0n / te.peratura para el ('l(ulo ser'n to.aas (o.o el 8alor pro.eio&  Se reali*ar' un ,alan(e t+r.i(o utili*ano (o.o fluios refri%erantes el siste.a e refri%era(i0n a%ua natural / .e*(la e a%ua natural @ 1iston/ al B5 .antenieno (onstante los 8alores pro.eios e las p+rias e (alor en los %ases e es(ape5 lu,ri(a(i0n / otras perias a 4>>5 7>>5 >>5 =>> / >> rp.&  No se to.ara en (uenta el .e(anis.o e transferen(ia e (alor por raia(i0n&

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CA#0TULO II MARCO TEÓRICO.

4


'.). ANTECEDENTES DE ESTUDIO:  Dire((i0n e Transporte C#NAE 7& Siste.a e Enfria.iento e los Motores e Co.,usti0n Interna5 en one es(ri,e el fun(iona.iento el siste.a e refri%era(i0n5 etallano los prin(ipales pro,le.as ;ue o(urren5 is.inu/eno la efi(ien(ia el siste.a / la 8ia >H& Uni8ersia Polit+(ni(a e 1alen(ia& Departa.ento e M';uinas / Motores T+r.i(os& El tra,a-o est' en(a.inao a estuiar los fen0.enos e transferen(ia e (alor / ,alan(e t+r.i(o e .otores e (o.,usti0n interna alternati8os en el (ilinro / siste.a e refri%era(i0n5 tenieno (o.o o,-eti8o prin(ipal pree(ir las te.peraturas entro / fuera e la estru(tura e los .otores .eiante soft?are (o.puta(ional (o.er(iales5 para .oelar5 si.ular / 8aliar ise9os nue8os e siste.as e refri%era(i0n e .otores&  Pero Luis Curto Riso& Si.ula(i0n nu.+ri(a / .oeli*a(i0n Te0ri(a e un (i(lo tipo #tto Irre8ersi,le& Tesis para o,ten(i0n e título e o(tor en Físi(a& Sala.an(a @ Espa9a 7>>H& Uni8ersia e Sala.an(a& 7 C#NAE Co.isi0n Na(ional Para el A)orro e Ener%íaM+:i(o5 0r%ano a.inistrati8o ;ue tiene (o.o o,-eti8o pro.o8er la efi(ien(ia ener%+ti(a / (onstituirse (o.o 0r%ano e (ar'(ter t+(ni(a en .aterias e apro8e()a.iento sustenta,le e la ener%ía&

4=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Departa.ento e Físi(a Apli(aa& Con(lusiones  Desarrollo e un pro%ra.a (o.puta(ional ;ue resuel8e el .oelo .ate.'ti(o (uasi i.ensional utili*ano la pri.era le/ e la ter.oin'.i(a5 para o,tener el estao ter.oin'.i(o e un .otor .ono (ilínri(o e (uatro tie.pos e en(enio por ()ispa&  Deter.ino los (a.,ios a efe(tuar en los .oelos ter.oin'.i(os e tie.pos finitos para reprou(ir los resultaos5 no solo (ualitati8a.ente sino (uantitati8a.ente5 utili*ano (o.o referen(ia la (onfi%ura(i0n e 6eretta5 (o.pro,ano la e8olu(i0n e la presi0n a lo lar%o el (i(lo / la e8olu(i0n e la fra((i0n e los %ases ;ue.aos urante el perioo e la (o.,usti0n& Si la e8olu(i0n e la e8olu(i0n e la presi0n e:peri.enta / nu.+ri(a (oin(ien5 se puee afir.ar ;ue el tra,a-o reali*ao en el (i(lo si.ulao es i%ual al e:peri.ental5 / (o.o la 8elo(ia es la .is.a la poten(ia ta.,i+n ser'n i%uales& Se%
'.'. DESARROLLO DE LA TEMÁTICA CORRES#ONDIENTE. '.'.). MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA: Es una .';uina t+r.i(a5 ;ue se en(ar%a e transfor.ar la ener%ía ;uí.i(a e un (o.,usti,le en ener%ía .e('ni(a5 .eiante la o:ia(i0n e la .e*(la aire(o.,usti,le en el interior el (ilinro el .otor5 al(an*ano ele8aas te.peraturas / presiones para lue%o e:panirse en (ontra e los .e(anis.os el .otor5 esta e:pansi0n es (on8ertia a tra8+s el .e(anis.o ,iela.ani8ela en ener%ía rota(ional en el (i%Ve9al5 ;ue a su 8e* est' (one(tao a un .e(anis.o e tras.isi0n e poten(ia para el fin eseao&

Cla+i;icaci<= /$ >!?!%$+ /$ c!>*@+?i<= i=?$%=a.

4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Los .otores e (o.,usti0n interna pueen ser (lasifi(aos e iferentes .aneras

#!% la ;!%>aci<= /$ la >$cla  $l ?i! /$ i=ici<=. a M!?!% M!?!%$+ $+ O??!: O??!: se i.pulsan (on %asolina / la .e*(la se for.a %eneral.ente fuera e la ('.ara e (o.,usti0n& (o.,usti0n& La (o.,usti0n (o.,usti0n en el (ilinro (ilinro se esen(aen esen(aenaa por en(enio e:terior . El .otor ini(ia el pro(eso pro(eso e (o.,usti0n (o.,usti0n en (aa uno e los (i(los por el uso e una ,u-ía& La ,u-ía a una es(ar%a e alta tensi0n el+(tri(a entre os ele(tro ele(troos os ;ue infla.an infla.an la .e*(la .e*(la aire(o aire(o.,us .,usti,le ti,le en la ('.ara ('.ara e (o.,usti0n&

* M!?!%$+ Di$+$l: la for.a(i0n e la .e*(la se a en el interior el (ilinro5 / se i.pulsan preferente.ente (on %asoil& La (o.,usti0n en el (ilinro se prou(e por autoen(enio5 el .otor ini(ia el pro(eso e (o.,usti0n (uano la .e*(la aire (o., (o.,us usti ti,l ,lee se infla infla.a .a e,i e,io o a la alta alta te.p te.per erat atur uraa (aus (ausa aaa por por las las alta altass (o.presiones en la ('.ara&

Cicl!+ /$ >!?!%: a Cic Cicl! /$ c@a?% a?%! ?i$ ?i$>! >!+: en este este (i(l (i(loo es pist pist0n 0n e:pe e:peri. ri.en enta ta (uat (uatro ro .o8i.ientos %enerano os re8olu(iones el .otor en (aa (i(lo&

* Cicl Cicl!! /$ /!+ ?i$> ?i$>! !+: +: en este (i(lo el pist0n pist0n e:peri.en e:peri.enta ta os .o8i.iento .o8i.ientoss %enerano una re8olu(i0n el .otor por (i(lo&

Di+$! B+ic!: a Al?$ Al?$%= %=a? a?i, i,!+ !+:: el .otor tiene uno o .'s .'s (ilinros en el ;ue el pist0n alterna ia / 8uelta& La ('.ara e (o.,usti0n se en(uentra en el e:tre.o (errao e (aa (ilinro& La ener%ía es entre%aa a un (i%Ve9al e salia e la rota(i0n por (one:i0n .e('ni(a (on los pistones& * R!?a? !?a?i, i,!: !: el .otor esta )e()o e un ,lo;ue no (on(+ntri(o (on(+ntri(o (on el rotor / el e-e el (i%Ve9 (i%Ve9al& al& Las ('.aras ('.aras e (o.,u (o.,usti sti0n 0n se (on (onstr stru/ u/en en en el ,lo;ue ,lo;ue no

4K

Es(uela e In%eniería Me('ni(a %iratorio& Al i%ual ;ue un .otor e pistones5 el rotati8o e.plea la presi0n (reaa por la (o.,usti0n e la .e*(la aire(o.,usti,le& La iferen(ia rai(a en ;ue esta presi0n est' (ontenia en la ('.ara for.aa por una parte el re(into / sellaa por uno e los laos el rotor trian%ular5 ;ue en este tipo e .otores ree.pla*a a los pistones&

'.'.'. FORMAS DE ESTUDIO DEL MOTOR. Los .otores e (o.,usti0n interna pueen ser estuiaos .eiante tres for.as e:peri.enta(i0n en la,oratorios (on ,an(os ,an(os e .otores5 .eiante si.ula(i0n nu.+ri(a nu.+ri(a por orenaor / final.ente final.ente .eiante .oelos .oelos te0ri(os& Durante a9os el .+too .'s (o.
'.'.4. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR MODELO TICO MARCA DAEOO. El .otor e (o.,usti0n interna es una .a;uina t+r.i(a5 ;ue al(an*a ele8aas te.peraturas e )asta 7>> Y en el interior e la ('.ara e (o.,usti0n5 e,io al pro(eso e (on8ersi0n e la ener%ía ;uí.i(a W(o.,usti,lesX en ener%ía .e('ni(a&

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Fi. NH '.): E+@$>a $=$%al /$ /i+?%i*@ci<= /$ $=$%Ja $=$%Ja /$ @= >!?!% !??!. F@$=?$: T$+i+ #i$/%ahi?a R!>$%! Ca%l!+ K))

En la figura 2.1 se .uestra la istri,u(i0n %lo,al e la ener%ía en un .otor e (o.,usti0n interna5 li,eraa en el pro(eso e la (o.,usti0n Wse poría tener pe;ue9as 8aria(iones en los por(enta-e epenieno el tipo e 8e)í(ulo / e las (oni(iones e tra,a-oX& En la ;ue se apre(ia ;ue el >B e la ener%ía total apro:i.aa.ente5 es apro8e()aa por el .otor5 lo ;ue si%nifi(a ;ue e:iste una fuerte (ar%a t+r.i(a ;ue e,e ser e8a(uaa al e:terior por .eio el refri%erante5 ;ue a(t
4


El$>$=?!+ /$l +i+?$>a /$ %$;%i$%aci<= /$l >!?!% Tic!. El e:(eso e (alor es e:traío ese el interior el .otor Ti(o5 por a((i0n e los ele.entos anterior.ente .en(ionaos5 re (ir(ulano el lí;uio refri%erante (on8irti+nose en un (i(lo (errao&

Fi. NH'.': El$>$=?!+ %i=cial$+ /$l +i+?$>a /$ %$;%i$%aci<= /$l >!?!% ?ic!. F@$=?$: #%!i!"A@?!ca/ '())

En la fig. 2.2: se .uestra el (ir(uito e refri%era(i0n5 (on sus ele.entos ,'si(os5 para lle8ar a (a,o su fun(i0n& El lí;uio refri%erante es i.pulsao a (ierta presi0n %ra(ias a la ,o.,a e a%ua instalaa5 a tra8+s e los u(tos espe(iales lla.aos ta.,i+n ('.aras e a%ua5 ;ue se (onstru/en por el interior e la (ulata5 / el ,lo(5 e .anera ;ue el refri%erante ,a9e a la ('.ara e (o.,usti0n5 transportano (onsi%o el e:(eso e ener%ía t+r.i(a (ontenia en las parees e las pie*as el .otor5 el (alor (ontenio en el lí;uio es li,erao a la at.osfera %ra(ias al inter(a.,iaor e (alor WraiaorX5 por .eio e .e(anis.os (o.o la raia(i0n / la (on8e((i0n entre el aire el a.,iente / el aire for*ao pro8eniente el 8entilaor instalao& El (ir(uito (uenta (on una 8'l8ula e (ontrol e flu-o Wter.ostatoX5 ;ue re%ula el flu-o e a%ua se%
4H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a posee un sensor e te.peratura %eneral.ente es un ter.0.etro e ter.o resisten(ia ;ue es un ini(aor para el (onu(tor ;ue puee ser e se9al lu.inosa o e alar.a&

a Ra/ia/!%: ,'si(a.ente es un inter(a.,iaor e (alor5 (onstruio e alu.inio tiene una (apa(ia e & litros5 est' (onstituio por tu,os paralelos5 espa(iaos5 pro8istas e aletas tras8ersales e alu.inio5 (on el fin e au.entar el 'rea e refri%era(i0n& Est' (one(tao a os tan;ues5 por la parte superior e los tu,os entra el lí;uio refri%erante (aliente pro8eniente el .otor e (o.,usti0n5 el (alor es isipao al a.,iente .eiante (on8e((i0n / raia(i0n5 e,io a los %raientes e te.peratura ;ue e:iste entre el aire el a.,iente / el for*ao ;ue ,rina el 8entilaor& El raiaor en la parte superior tiene tapa ;ue per.ite la presuri*a(i0n el siste.a Wpresi0n e ali8io >&H %Z(.7X5 e8itano la e8apora(i0n el refri%erante (uano el .otor reali*a tra,a-os intensos5 / en la parte inferior tiene un (ole(tor one se eposita el refri%erante frio para lue%o retornar al pro(eso&

Fi. NH'.4: Ra/ia/!%  M!?!% Tic! F@$=?$: #%!ia.

7>


C@a/%! NH'.): #a%>$?%!+ $!>?%ic!+ /$l Ra/ia/!% >!?!% ?ic!. F@$=?$: #%!ia.

* T$%>!+?a?!: es una 8'l8ula e (ontrol e flu-o el refri%erante5 (olo(ao antes e la entraa e la línea (aliente )a(ia el raiaor5 est' (onstituio por un pist0n (olo(ao entro e un (ilinro lleno e (era espe(ial ;ue es sensi,le a la te.peratura Wse%
Fi. NH'.5: O$%aci<= /$l T$%>!+?a?!. F@$=?$: Ma=@al M!?!% Tic! M!/$l! Da$!!.

74


c B!>*a: es una ,o.,a (entrífu%a a((ionaa por el .otor a tra8+s e una (orrea5 e,e tener la poten(ia ne(esaria para )a(er (ir(ular el lí;uio refri%erante5 en las istintas partes el (ir(uito e refri%era(i0n& Cuano el ter.ostato est' (errao el a%ua pasa a tra8+s e un es8iaor para e8itar ;ue.ar el sello .e('ni(o e la ,o.,a5 / (uano est' a,ierta es ali.entaa por el raiaor&

Fi. NH'.7: B!>*a C$=?%i;@a M!?!% Tic!. F@$=?$: Ma=@al M!?!% Tic! >!/$l! Da$!!.

C@a/%! NH'.': #a%>$?%!+ $!>?%ic!+ /$l B!>*a c$=?%i;@a >!?!% ?ic! F@$=?$: %!ia.

77


/ 1$=?ila/!%: esta a((ionaa por el .otor .eiante un a(ople en el e-e e la ,o.,a5 / se i.pulsa .eiante una (orrea ese el (i%Ve9al5 las aspas est'n espa(iaas e .anera no unifor.e (on el fin e .enor el ruio e tra,a-o& El 8entilaor no solo en8ía aire al .otor si no ta.,i+n su((iona el aire el a.,iente )a(ieno pasar por el n<(leo el raiaor (ontri,u/eno al enfria.iento el lí;uio refri%erante&

'.'.5 REFRIGERANTES #ARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA.

Los .otores e (o.,usti0n interna est'n ise9aos para operar efi(iente.ente entro el ran%o e te.peraturas e >[C a 44[C O45 8ariano se%
•

Se (orre el ries%o e is.inuir la 8is(osia el a(eite5 is.inu/eno la prote((i0n (ontra el es%aste e los .e(anis.os el .otor&

•

In(re.ento e la fri((i0n entre los .e(anis.os .08iles el .otor&

•

In(re.ento el (alenta.iento e los .e(anis.os el .otor5 tra/eno (onsi%o a%rieta.ientos e,io al ()o;ue t+r.i(o5 et(&

•

Pro8o(a autoen(enios en la .e*(la aire (o.,usti,le entro el (ilinro antes e ini(iar el pro(eso e (o.,usti0n&

•

Au.ento e (onsu.o e (o.,usti,le&

•

Perias e poten(ia e,io al autoen(enio el (o.,usti,le antes e tie.po&

Si opera.os por e,a-o el ran%o espe(ifi(ao&

•

Au.ento el (onsu.o e (o.,usti,le por;ue el siste.a a-usta la .e*(la para la te.peratura el .otor&

7

Es(uela e In%eniería Me('ni(a •

Au.enta el (onsu.o e a(eite / e%aste e los .e(anis.os5 e,io a ;ue estos est'n ise9aos para e:panirse )asta su ta.a9o / toleran(ia nor.al&

•

Reu(i.os la poten(ia el .otor por la p+ria e (o.presi0n5 / la falta e te.peratura para lo%rar una (o.,usti0n efi(iente&

Es por ello ;ue es ne(esario5 tener (ontrol e la te.peratura .eiante el uso ae(uao e refri%erante5 para ase%urar la efi(ien(ia el siste.a e refri%era(i0n& General.ente se utili*an (o.o refri%erantes los si%uiente&

•

A%ua pota,le&

•

Refri%eranteZanti(orrosi8oZanti(on%elante a ,ase e etilen%li(ol W8ere / a.arilloX / (ar,o:ilatos nor.al.ente Wanaran-ao / ro-oX&

A@a #!?a*l$: utili*ar solo a%ua pota,le (o.o refri%erante5 es la peor op(i0n posi,le5 e,io a ;ue a(t
Fi. NH'.: Ca,i?aci<= $= la Ca>i+a /$ R$;%i$%aci<= U?ilia=/! A@a #!?a*l$ C!>! R$;%i$%a=?$. F@$=?$: RICPAR IDMAN K)6 

7=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Refri%erante anti(orrosi8oZ anti(on%elante los refri%erantes a ,ase e etilen%li(ol e8itan la (orrosi0n / el (on%ela.iento5 ta.,i+n ele8a el punto e e,ulli(i0n& Si se .e*(la (on a%ua is.inu/e las propieaes e sus aiti8os5 reu(e la transferen(ia e (alor por su a((i0n aislante& Los refri%erantes a ,ase e (ar,o:ilato solo prote%en las partes ;ue presentan a((i0n (orrosi8a / son los ;ue tienen .a/or ura(i0n& El etilen%li(ol WC7$K#7X (o.ponente ,ase e los refri%erantes5 es un (o.puesto ;uí.i(o ;ue pertene(e al %rupo e los ioles5 es un lí;uio transparente5 in(oloro5 li%era.ente espeso (on le8e sa,or ul(e5 son por estas (ara(terísti(as or%anol+pti(as ;ue se suele utili*ar istintos (olorantes Wlos istintos (olores ;ue se utili*an en los refri%erantesX para re(ono(erlo& A te.peratura a.,iente es po(o 8ol'til5 pero puee e:istir en el aire en for.a e 8apor5 Se fa,ri(a a partir e la )irata(i0n el 0:io e etileno&

En el si%uiente (uaro se .uestra las propieaes el etilen%li(ol a te.peraturas e >[C /a presi0n at.osf+ri(a&

PR#PIEDADES DE ETILENGLIC#L N#M6RE

UNIDAD

1AL#R

Densia

Y%Z.

4&44K

Masa .olar

%Z.ol

K7&>

Punto e fusi0n

[C

4&4

Punto e e,ulli(i0n

[C

4HK&

1is(osia

Pa

4&K4

C@a/%! NH'.4: #%!i$/a/$+ /$l $?il$=lic!l F@$=?$: K )'

7


A=?ic!%%!+i,!+: Para reu(ir la tenen(ia (orrosi8a el a%ua en el siste.a e enfria.iento se utili*an (iertos aiti8os ;ue reu(en este efe(to5 )a/ .u()as 8ariantes e anti(orrosi8os e ,ase e fosfatos5 nitratos5 ,oratos o sili(atos pero la .a/oría e ellos tienen una 8ia li.itaa a partir e la (ual se (on8ierten en per-ui(iales al for.ar loo o ep0sitos so,re las partes internas el siste.a e refri%era(i0n& Por lo ;ue su utili*a(i0n est' (oni(ionaa al (a.,io peri0i(o el refri%erante el .otor& #tros aiti8os se ,asan en el uso e '(ios or%'ni(os e tipo (ar,o:íli(os5 estos pare(en tener una 8ia .'s lar%a& Nun(a e,en e:(eerse las propor(iones re(o.enaas por los fa,ri(antes o su efe(to ser' ne%ati8o&

A=?ic!=$la=?$: Cuano se 8i8e en *onas (on peli%ro e (on%ela(i0n5 o (uano se 8ia-a a ellas (on el auto.08il resulta i.pres(ini,le la utili*a(i0n e un aiti8o anti(on%elante para el a%ua utili*aa en el .otor& Si este re;uisito no se (u.ple / la te.peratura a.,iente ,a-a lo sufi(iente5 la (on%ela(i0n el a%ua entro el .otor / espe(ial.ente en el raiaor puee prou(ir su rotura efiniti8a& Los aiti8os por e:(elen(ia utili*aos para este fin son el %li(ol o eri8aos e este5 (o.o el etilen%li(ol o el propilen%li(ol& Estos al(o)oles .e*(laos (on el a%ua en las propor(iones ae(uaas ,a-an .u()o el punto e (on%ela(i0n e la .e*(la / resultan se%uros a (asi (ual;uier te.peratura si se usa el tipo / la propor(i0n (orre(ta anti(on%elantea%ua& En el si%uiente %r'fi(o se .uestra la e8olu(i0n e la te.peratura en fun(i0n e la (on(entra(i0n e %li(ol .e*(lao (on a%ua&

7K


Fi@%a NH '.8: E,!l@ci<= /$ la ?$>$%a?@%a /$ c!=$laci<= /$l lic!l  a@a $= ;@=ci<= /$ !%c$=?a$ /$ $+!. F@$=?$: K'(

En la figura N°2.7, #,ser8e ;ue a%re%ano el B e %li(ol la te.peratura e (on%ela(i0n ,a-a )asta los 7> %raos (elsius5 si se si%ue a%re%ano esta te.peratura si%ue es(enieno )asta los K %raos5 lle%ano al J> B e %li(ol se e.peora la prote((i0n5 /a ;ue (o.ien*a a is.inuir el punto e (on%ela.iento / ta.,i+n is.inu/e la (apa(ia e refri%era(i0n& El 4>>B e %li(ol se (on%ela a 7 %raos& Estos anti(on%elantes ae.'s e reu(ir la te.peratura e (on%ela(i0n el a%ua5 ta.,i+n au.entan su te.peratura e e,ulli(i0n5 por lo ;ue son
#!%c$=?a$ /$ >$cla %$;%i$%a=?$ >+ a@a =a?@%al.

7J

Es(uela e In%eniería Me('ni(a En el .er(ao e:isten refri%erantes iluios listos para utili*ar en el (ir(uito e refri%era(i0n& #tros 8ienen en (on(entra(iones para ser iluio en a%ua5 en por(enta-es se% @ >B e a(uero a nor.a&

C@a/%! NH'.5: Ca%ac?$%J+?ica+ /$ %$;%i$%a=?$ ECOOL /$ la $>%$+a O99E c!= @= !%c$=?a$ /$ 7(7(. F@$=?$: O99E #$?%!l$@> C!%!%a?i!= S.A.

Las (ifras representan un 8alor pro.eio e los resultaos o,tenios en el la,oratorio / son aas (o.o referen(ia / no (o.o lí.ites e:a(tos e una espe(ifi(a(i0n&

1a%iaci<= /$ la ?$>$%a?@%a /$ $*@llici<= /$ l!+ %$;%i$%a=?$+ $= ;@=ci<= /$ l!+ >.+.=.>: el punto e e,ulli(i0n el a%ua 8aría en (ual;uier parte e a(uero a la altitu respe(to al ni8el el .ar& El siste.a e refri%era(i0n est' ise9ao para operar presuri*ao a 4 psi W4 ,arX& Esta presi0n est' eter.inaa por el ise9o e la tapa el raiaor& La tapa (orre(ta au.ente la te.peratura e e,ulli(i0n el a%ua 4K&JQC& El refri%erante5 (uano es (orre(ta.ente .e*(lao (on el a%ua au.enta la te.peratura e e,ulli(i0n 7QC .'s& Cuano (o.,ina.os la tapa (orre(ta / un ,uen refri%erante5 tene.os una 8enta-a e (asi =7QC para (o.pensar por la altura o la te.peratura el a.,iente&

7


Fi. NH'.3: 1a%iaci<= /$ la ?$>$%a?@%a /$ $*@llici<= $= ;@=ci<= /$ l!+ >.+.=.>. F@$=?$: i/>a= I=?$%=a?i!=al SRL.

'.'.7. MODELAMIENTO CINEMÁTICO DEL MECANISMO

#ISTÓN"BIELA"

MANI1ELA& En un MCI5 el .e(anis.o pist0n,iela.ani8ela es el en(ar%ao e transfor.ar el .o8i.iento lineal el pist0n5 o(asionao por la e:pansi0n e los %ases e (o.,usti0n5 en .o8i.iento (ir(ular el (i%Ve9al .eiante la ,iela5 ;ue a la 8e* est' unio a estos por arti(ula(iones en sus e:tre.os %ra(ias a este .e(anis.o se lo%ra esarrollar los (uatro pro(esos el (i(lo e tra,a-o Wa.isi0n5 (o.presi0n5 e:pansi0n5 es(apeX& El ini(io / t+r.ino e (aa pro(eso est' eter.inao por el 'n%ulo e %iro el (i%Ve9al (o.o se .uestra en la fi%ura NQ7&K

7H


Fi. NH'.6: Á=@l! /$ a$%?@%a  ci$%%$ /$ ,l,@la+ /$l M!?!% Tic!. F@$=?$: MANUAL"MOTOR TICO &

\ es el 'n%ulo ;ue se for.a entre la .ani8ela el (i%Ve9al / la 8erti(al5 se (onsiera >Q (uano el pist0n al(an*a el PMS5 o 4>Q (uano se en(uentra en el PMI& El pro(eso e a.isi0n W(olor (eleste (o.o se .uestra en la fi%uraX5 e.pie*a 47[ antes e ;ue el pist0n al(an(e el PMS / ter.ina K[ espu+s el ;ue el pist0n pase el PMI5 re(orrieno un ar(o e 77Q en el sentio e las .ane(illas el relo-5 el pro(eso e la (o.presi0nW(olor a.arilloX (o.ien*a -usto en este .is.o punto / ter.ina [ antes el PMS re(orrieno un ar(o e 4K[5 ano ini(io a la (o.,usti0n W(olor ro-oX ;ue (o.ien*a [ antes el PMS / finali*a >[ espu+s re(orrieno un ar(o e [5 se%uio por el pro(eso e e:pansi0n W(olor naran-aX5 e.pie*a >[ espu+s e PMS / tiene un 'n%ulo e ter.ino e =K[ antes e

>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a PMI5 re(orrieno un ar(o e 4>=Q5 por ulti.o tene.os el pro(eso e es(ar%a W(olor 8ioletaX ;ue (o.ien*a =K[ =K[ antes el PMI / finali*a 4>[ 4>[ espu+s el PMS5 re(orrieno re(orrieno un ar(o e 7KQ&

Fi. NH'.)(: M$ca=i+>! i+?<=" *i$la">a=i,$la. F@$=?$: T$+i+ K)6

Los par'.etros (onsieraos en el .e(anis.o para el .oelao (ine.'ti(o son los si%uientes D i'.etro interior el (ilinro&  istan(ia entre el punto .uerto superior WPMSX / (a,e*a el pist0n& C (arrera el pist0n& L lon%itu e la ,iela& r lon%itu e la .ani8ela el (i%Ve9al& 1(( 8olu.en e la ('.ara e (o.,usti0n& 1 8olu.en espla*ao por el pist0n&

4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a \ 'n%ulo entre la .ani8ela el (i%Ve9al / la 8erti(al5 (onsierano >Q el (i%Ve9al (uano el pist0n se en(uentra en el PMS& Meiante la tri%ono.etría ,'si(a poe.os o,tener una una e(ua(i0n para  en fun(i0n el 'n%ulo e %iro el (i%Ve9al5 reali*ano un es;ue.a es;ue.a si.ple el .e(anis.o pist0n,iela .ani8ela5 (o.o se etalla a (ontinua(i0n

Fi.: NH'.)): E+@$>a /$l >$ca=i+>! #i+?<="*i$la">a=i,$la. F@$=?$: #%!ia.

$alla.os la 8aria,le 5 apli(ano Pit'%oras

2

2

2

L =( rsenφ ) + Z

[

2

Z = L L −( rsenφ )

2 1 /2

]

Por lo tanto L + r = X + Z + rcosφ

[

2

X ( φ)= L + r − L L

1 /2

− ( rsenφ )2 ] −rcosφ

7


Consierano la rela(i0n ,iela .ani8ela ;ue efine la transfor.a(i0n el .o8i.iento alternati8o el pist0n / el .o8i.iento alternati8o el (i%Ve9al (o.o

[(

X ( φ)= L + r − r

X ( φ)= r

[

X ( φ)= r 1−cosφ +

2

λ

1

λ

+1 −

1/ 2

2

L − senφ2 2 r

[ ( 1

1

λ

2

r λ = L

2

− senφ

( 1 −√ 1− λ

2

.senφ

)]

−rcosφ

1/ 2

) 2

)

−cosφ

]

] W7&4X

´ Para eter.inar eter.inar la 8elo(ia W X X el pist0n en (ual;uier posi(i0n e la ('.ara e (o.,usti0n5 pro(ee.os pro(ee.os a eri8ar a la 8aria,le  (on respe(to al tie.po ´ ( φ ) dX dX dX . d ( φ ) dX ´ = = .ω X = dt d ( φ ) . d ( t ) dφ

[

´ =r . ( 1 −cosφ ) ' + X

[ [

´ =r . senφ + X

1 2

1

λ

(1− √ 1− λ

1

]

.senφ ) ' . ω 2

2

√ 1− λ .senφ 2

2

2

.2 λ . senφ. senφ. cosφ.

´ =r . sen X senφ +

]]

1 .ω λ

λ.senφ.cosφ

√ 1− λ .senφ 2

2

. ω ( 2.2)

Para el an'lisis e la transferen(ia e (alor en estao (uasi esta(ionario unii.ensional5 se tra,a tra,a-a -a (on (on 8alore 8aloress pro.e pro.eio ioss (o.o (o.o la 8elo( 8elo(ia ia .eia .eia el pist0n pist0n ;ue nos per.it per.itee



Es(uela e In%eniería Me('ni(a (ono(er la rapie* (on la ;ue se a((iona el .e(anis.o / ;ue se eter.ina por la si%uiente e(ua(i0n

V mp=

C . N ( 2.3) 30

D0ne C (arrera el pist0n W.&X& N n<.ero e re8olu(iones el .otor por .inuto& Para (al(ular el 8olu.en el (ilinro en fun(i0n el 'n%ulo e %iro el (i%Ve9al es ne(esario sa,er ;ue el 'rea e la (a,e*a el pist0n es la e una (ir(unferen(ia e i'.etro D& V ( φ )= V c ( φ ) + V cc

V ( φ )= A p . X ( φ )+ V cc

[ ] 2

π . D V ( φ )= . X ( φ ) + V cc ( 2.4 ) 4

D0ne 1( 8olu.en el (ilinro& 1(( 8olu.en e la ('.ara e (o.,usti0n&

'.'.. #RO#IEDADES Y #ROCESOS TERMODINÁMICOS DEL CICLO OTTO. E=$%Ja.

=


Se efine (o.o la (apa(ia para reali*ar tra,a-o tenieno en (uenta ;ue )a/ istintos tipos e ener%ía se%
T%a*a! M$c=ic!. En físi(a se efine (o.o una .a%nitu es(alar ;ue epene el .0ulo e una fuer*a apli(aa so,re un punto / el espla*a.iento ;ue esta le prou(e en un .otor e (o.,usti0n interna el tra,a-o es %enerao por la fuer*a ;ue e-er(en los %ases e (o.,usti0n (ontenios en el (ilinro so,re el pist0n / el espla*a.iento e-er(io por este&

Cal!%. Se efine (o.o la transferen(ia e ener%ía e un (uerpo a otro %ra(ias a %raientes e te.peratura& El (alor es ener%ía en tr'nsito5 sie.pre flu/e e un (uerpo e .a/or te.peratura )a(ia una .enor5 au.entano la te.peratura e la se%una / is.inu/eno e la pri.era5 sie.pre / (uano el 8olu.en e los (uerpos sea (onstante&

Cal!% E+$cJ;ic!. Se efine (o.o la (antia e (alor ne(esaria para ele8ar la te.peratura e una unia e .asa e una sustan(ia en un %rao5 en el siste.a interna(ional e uniaes se e:presa en -ulios por ilo%ra.o el8in5 se efine .eiante la si%uiente e:presi0n& Q=C x ∆ T

W7&X

D0ne ]^(alor aportao& ∆ T ^8aria(i0n e te.peraturas& C x

ês el (alor espe(ifi(o e un pro(eso %eneral :&




El (alor espe(ífi(o epene el pro(eso5 sieno los pro(esos .'s )a,ituales para o,tenerlo a presi0n (onstante C p / a 8olu.en (onstante C 8 la rela(i0n entre el (alor espe(ifi(o a presi0n (onstante / 8olu.en (onstante se (ono(e (o.o e:ponente aia,'ti(o&

k =

C p C v

( 2.6 )

El (alor espe(ífi(o epene e la naturale*a el %as o .e*(la e %ases / la te.peratura a la ;ue se en(uentra el %as5 se (al(ula .eiante la si%uiente (orrela(i0n&

2

4

C p =a  1 + a 2 t + a 3 t + a 4 t

+

a 5

W7&JX

2

t

Sieno t =

T 1000

D0ne T^te.peratura WYX& a 

^(oefi(iente ta,ulaos para (iertos (o.,usti,les&

C p

^(alor espe(ifi(o a presi0n (onstante W(alZ.ol YX

A (ontinua(i0n se .uestra los 8alores e (oefi(ientes

a 

para istintos tipos e

(o.,usti,les&

C@a/%! NH'.7: C!$;ici$=?$+ A; a%a /i+?i=?!+ ?i!+ /$ c!>*@+?i*l$+ & F@$=?$: T$+i+ K)6.

K


Ga+$+ I/$al$+. Un %as ieal es a;uel ;ue (u.ple (on las le/es e 6o/le5 C)arles / Ga/Lusa(5 la e(ua(i0n e estao e los %ases ieales es !V = m"T

W7&X

Sieno P^presi0n& WPaX 1^8olu.en& W.X R^(onstante e %ases ieales >&7JY3ZY%& Y T^te.peratura& WYX

#%!c$+!+ ?$%>!/i=>ic!+ /$l cicl! O??! i/$al. 1!l@>$= /$ C!=?%!l.  Para el estuio el .oelo ter.oin'.i(o (ero i.ensional5 se (onsiera ;ue el 8olu.en e (ontrol es un siste.a e tra,a-o a,ierto ;ue inter(a.,ia ener%ía / tra,a-o (on los alreeores / est' li.itao por las si%uientes fronteras por la parte superior (on la superfi(ie e la (ulata5 inferior (on la (a,e*a el pist0n / laos laterales el (ilinro / (ulata&

Fl@i/! /$ T%a*a!.  El fluio e tra,a-o est' (o.puesto por una .e*(la e aire5 (o.,usti,le / %ases resiuales ;ue se (o.portan (o.o un %as ieal5 / por lo tanto es apli(a,le las le/es e 6o/le5 C)arles5 Ga/ Lusa(&

J

Es(uela e In%eniería Me('ni(a  Antes e la for.a(i0n e la .e*(la el (ar,urante )a 8apori*ao for.ano ire(ta.ente una .e*(la %aseosa e aire / (o.,usti,le5 o.itieno así el (alor asor,io por el (o.,usti,le en el (a.,io e fase&  El fluio e tra,a-o tiene las .is.as propieaes / presenta las .is.as propieaes en (aa punto el 8olu.en e (ontrol&  Se (onsiera ;ue no )a/ fu%a e .asa atre8es e los anillos e estan;ueia5 por lo tanto se (onsiera ;ue la .asa en el 8olu.en e (ontrol se (onsiera (onstante&  Se o.iten los efe(tos e ro*a.iento interno el fluio e tra,a-o / e su 8is(osia a (ausa e su .o8i.iento& El (i(lo #tto .oela el (o.porta.iento e un .otor e (o.,usti0n interna5 .eiante pro(esos ter.oin'.i(os5 (on8irtieno la ener%ía ;uí.i(a el (o.,usti,le en ener%ía t+r.i(a / esta a su 8e* en ener%ía .e('ni(a a tra8+s el .e(anis.o pist0n5 ,iela .ani8ela5 este (i(lo est' representao en las si%uientes %r'fi(as&

Fi. NH'.)': Dia%a>a #"1. F@$=?$: #%!ia

#%!c$+!+ a $=?%!Ja c!=+?a=?$: Pro(eso 47 (o.presi0n aia,'ti(a




En este pro(eso el fluio e tra,a-o se (o.pri.e5 (onsierano ;ue el pro(eso es re8ersi,le / ;ue no e:iste inter(a.,io e (alor (on el entorno5 enton(es tene.os&

Q =0

r c=

( )( ) v1 v2

=

v4 v3

!v = "T

()

k

! 1 v2 ! v = cte# = !2 v1 k

Tv

k

T !

k − 1

W7&HX

k − 1

()

T v =cte# 1 = 2 T 2 v1

( 2.10 )

1− 1 / k

( )

T ! = cte# 1 = 1 T 2 !2

1 − k

(2.11 )

Pro(eso = e:pansi0n a entropía (onstante& Al finali*ar el pro(eso e (o.presi0n5 la .e*(la )a al(an*ao la presi0n .':i.a en el siste.a5 en el (i(lo #tto salta la ()ispa e la ,u-ía infla.ano la .e*(la in(re.entano la te.peratura / presi0n e:panieno los %ases ;ue e.pu-an el pist0n5 este es el
( )

! 4 v = 3 ! v = cte# ! 3 v4 k

k

W7&47X

H


Tv

k

k − 1

T !

k − 1

( )

T v =cte# 3 = 4 T 4 v3

W7&4X

1−1 / k

( )

T ! = cte# 3 = 3 T 4 ! 4

1− k

W7&4=X

#%!c$+!+ a ,!l@>$= a c!=+?a=?$: Pro(eso 7 (o.,usti0n a 8olu.en (onstante Wiso.+tri(oX& Se (onsiera tra,a-o .e('ni(o nulo $ = 0

Calor aportao al siste.a a 8olu.en (onstante est' ao por % & =3 −2 % & =C v ( T 3 −T 2 ) ( 2.15 )

Pro(eso =4 es(ape a 8olu.en (onstante Wiso.+tri(oX& $ = 0

Calor li,erao por el siste.a a 8olu.en (onstante est' ao por % L =4 −1 % L =C v ( T 4 −T 1 ) ( 2.16 )

Al ser los pro(esos e e:tra((i0n / su.inistro e (alor a 8olu.en (onstante tene.os T 2 T 1

=

T 3 T 4

=>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a T 4 T 1

=

T 3 T 2

( 2.17 )

E;ici$=cia ?%>ica /$l +i+?$>a: Est' ao por nt =

% T −T ( =1− L =1− 4 1 ( 2.18 ) % & % & T 3 −T 2

#%!c$+!+ T$%>!/i=>ic!+ /$l Cicl! R$al D$ U= M!?!%. A. Ca=?i/a/ ?$<%ica /$ ai%$ =$c$+a%ia a%a la c!>*@+?i<=: El o:í%eno ne(esario para la (o.,usti0n se en(uentra en el aire ;ue se introu(e al (ilinro urante el pro(eso e a.isi0n& Consierano ;ue el (ontenio e .asa e o:í%eno en el aire es apro:i.aa.ente 7B / en 8olu.en 74B5 se o,tenr' la (antia te0ri(a e aire ne(esario para la (o.,usti0n e 4 % e (o.,usti,le / se e:presa .eiante las si%uientes e(ua(iones En % ) 0=

(

)

1 8 C + 8 & −*c ( 2.19 ) 0.23 3

En .ol L0=

(

1 C & *c + − 0.209 12 4 32

)(

2.20 )

La .asa .ole(ular aparente el aire es +a=28.97 5 por lo tanto ) 0= +a∗ L0 ( 2.21)

B. C!$;ici$=?$ /$ $c$+! /$ ai%$: Es la rela(i0n entre la (antia e aire real ;ue in%resa al (ilinro la (antia te0ri(a ne(esaria para la (o.,usti0n e 4 % e (o.,usti,le5 e,io a ;ue la (antia e aire real.ente (onsu.ia en un .otor e un 8e)í(ulo5 puee ser .a/or5 i%ual o .enor ;ue la ne(esaria te0ri(a.ente para la

=4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a (o.,usti0n (o.pleta por i8ersos fa(tores / se eter.ina .eiante la si%uiente e(ua(i0n ) , = ( 2.22 ) )0

# L , = ( 2.23 ) L 0

Si , < 1 Winsufi(ien(ia e o:i%enoX se le eno.ina .e*(la ri(a (uano

, > 1

We:(eso e o:i%enoX la .e*(la se eno.ina po,re&

C. Ca=?i/a/ /$ >$cla ;%$+ca: La (antia total e .e*(la (ar,urante5 (onstituia por 8apores e (o.,usti,le / aire5 est' ao e la si%uiente for.a5 en .ol 1 - 1= + , ∗ L0 ( 2.24 ) + c

Done +c es la .asa .ole(ular el (o.,usti,le5 / en %  1=1 + , ∗) 0 ( 2.25 )

D. #%!/@c?!+ /$ la c!>*@+?i<=: En (iertas (oni(iones5 (uano , < 1 5 es ne(esario enri;ue(er la .e*(la5 e,io a la es(ase* e o:í%eno5 parte el (o.,usti,le se o:ia for.ano .on0:io e (ar,ono5 / parte el )iro%eno no rea((iona (on el o:í%eno& Los an'lisis e los %ases e es(ape Wpara

, < 1

X .uestran ;ue la

rela(i0n entre el n<.ero e .oles e )iro%eno / el .on0:io e (ar,ono es apro:i.aa.ente (onstante para (ual;uier (o.,usti,le ao5 / no epene e la

.a%nitu e

, 5 por lo tanto se esi%na la rela(i0n

/ =

- & 2

- C* / e,io a

e:peri.ento efe(tuaos / = 0.45 0 0.5 &

=7

Es(uela e In%eniería Me('ni(a La (antia e (aa uno e los prou(tos e la (o.,usti0n se (al(ulan e a(uero a las si%uientes e:presiones

- C* =

- C* = 2

0.42 ∗1−, ∗ L0 ( 2.26 ) 1 + k

C − - C*( 2.27) 12

- & 2= k ∗ - C* ( 2.28 )

- & 2 *=

& − - & ( 2.29 ) 2

- N =0.79∗, ∗ L0 (2.30 ) 2

La (antia total e los prou(tos e la (o.,usti0n ser' - 2= - C* + - C* + - & 2+ - & 2* + - N ( 2.31 ) 2

2

El n<.ero e .oles e los prou(tos e la (o.,usti0n

- 2

no es i%ual al

n<.ero ini(ial e .oles en la .e*(la (ar,urante - 1 5 enton(es la 8aria(i0n el n<.ero e .oles ser' ∆ - = - 2− - 1

W7&7X

El (a.,io e 8olu.en urante la (o.,usti0n se e:presa por una .a%nitu relati8a lla.aa (oefi(iente te0ri(o e 8aria(i0n .ole(ular

+0=

- 2 - 1

( 2.33 )

=


E. #a%>$?%!+ /$l %!c$+! /$ a/>i+i<=: la (antia e .e*(la fres(a ;ue in%resa en el pro(eso e a.isi0n epenen e los si%uientes fa(tores De la resisten(ia )ir'uli(a en el siste.a e a.isi0n5 ;ue )a(e is.inuir la presi0n e la (ar%a su.inistraa en la .a%nitu ∆ p & De la e:isten(ia e (ierta (antia - r e los prou(tos ;ue.aos W%ases resiualesX en el (ilinro5 ;ue o(upan parte e su 8olu.en& Del (alenta.iento e la .e*(la por las superfi(ies e las parees el siste.a e a.isi0n / el espa(io interior el (ilinro en la .a%nitu ∆ T

5 (o.o (onse(uen(ia el (ual is.inu/e la ensia e la .e*(la

introu(ia& La influen(ia e las perias )ir'uli(as so,re el llenao puee eter.inarse si se (ono(e la presi0n en el (ilinro W p0 X en el instante en ;ue se supone finali*ao el pro(eso e a.isi0n& Se puee eter.inar la presi0n entro el (ilinro urante la a.isi0n5 (onsierano este pro(eso (o.o esta(ionario& Utili*ano la e(ua(i0n e 6er.oulli poe.os es(ri,ir 2

2

2

2

!0 (k ! 3 ∗(ad 4 ad∗(ad + + 2∗ Z k = a + + + 2 Z a W7&=X 2 2 1 0 2 1a

Done 1 / 0

respe(ti8a.ente

1 a

son las ensiaes e la (ar%a en la entraa / en el (ilinro (0

/

( ad

son la 8elo(ia el aire en la entraa el

siste.a e a.isi0n / la 8elo(ia .eia el aire en too el pro(eso e a.isi0n respe(ti8a.ente5 .eia en la 8'l8ula5 en .Zs

Z 0

/

Z a

alturas e ni8el

respe(ti8a.ente ese el e-e el siste.a e a.isi0n / el e-e e la 8'l8ula e

==

Es(uela e In%eniería Me('ni(a a.isi0n 3 es el (oefi(iente e a.orti%ua(i0n e la 8elo(ia e la (ar%a en la se((i0n e:a.inaa el (ilinro ( ad es la 8elo(ia .eia el aire en la se((i0n e:a.inaa5 4 ad (oefi(iente e resisten(ia el siste.a e a.isi0n referia a su se((i0n .'s estre()a&

Asu.ieno ;ue

( 0=0

5 las alturas e ni8el

Z 0 =Z a

5 / espre(iano la

8aria(i0n e la ensia e la (ar%a fres(a urante su .o8i.iento en el siste.a e = a.isi0n W 10 1 a X5 o,tene.os !a= !0 −( 3

2

+ 4)

( ad 2

2

∗ 10∗10−6 W7&X

Se% @ 4> .Zs .ientras ;ue 2

W 3 + 4ad X est'n entre 7& @ =&

C!$;ici$=?$ /$ a+$+ %$+i/@al$+: e,io a ;ue en el pro(eso e es(ape no se lo%ra e8a(uar por (o.pleto el (ilinro los prou(tos e la (o.,usti0n5 estos o(upan !r

(ierto 8olu.en a presi0n

/ te.peratura

T r

 los %ases resiuales se

e:panen .e*(l'nose (on la (ar%a fres(a ;ue in%resa5 is.inu/eno el llenao el (ilinro& Para un .otor e (uatro tie.pos el (oefi(iente e %ases resiuales se o,tiene e la si%uiente e(ua(i0n T 0 + 6 T 5 r=

T r

∗ !r

r c ∗ ! a∗ !r

(2.37 )

=


Enton(es la te.peratura al final e la a.isi0n WYX ser'

T a=

T 0 + 6T + 5 r ¿ T r 1 + 5 r

( 2.38 )

F. #a%>$?%!+ /$ %!c$+! /$ c!>%$+i<=: urante este pro(eso la te.peratura / la presi0n se ele8an5 los 8alores e estos par'.etros epenen funa.ental.ente e los par'.etros ter.oin'.i(os el a.,iente al (o.en*ar la (o.presi0n5 e la rela(i0n e (o.presi0n W r c X / el (ar'(ter ;ue ten%a el inter(a.,io e (alor& A rela(iones e (o.presi0n .'s ele8aos al final el pro(eso e (o.presi0n (orresponen .a/ores rela(iones e e:pansi0n / .e-or apro8e()a.iento el (alor& Resulta ifí(il eter.inar analíti(a.ente los par'.etros al final e la (o.presi0n puesto ;ue el e:ponente politr0pi(o WY 4X para .otores a %asolina 8arían e 4& @ 4&=& La te.peratura / la presi0n al final e la (o.presi0n se (al(ulan a partir el 8alor .eio e la politr0pi(a5 (onsier'nolo (onstante para too el pro(eso la presi0n al final e la (o.presi0n se o,tiene e la si%uiente e(ua(i0n / 1

!C = !a r c ( 2.39 )

Te.peratura al final e la (o.presi0n WYX / 1−1

T C =T a ¿ r c

(2.40 )

G. #a%>$?%!+ /$l %!c$+! /$ c!>*@+?i<=: el (alor ;ue se esprene urante la (o.,usti0n e la .e*(la aire(o.,usti,le entro el (ilinro

el .otor se

(onsu.e en (alentar el fluio operante / en reali*ar el tra,a-o e:terior& Parte el (alor pasa a las parees urante el pro(eso e (o.,usti0n / en la posterior e:pansi0n& $a/ ;ue tener en (uenta ;ue el pro(eso final e (o.,usti0n5 por lo

=K

Es(uela e In%eniería Me('ni(a %eneral a,ar(a una parte (onsiera,le e la (arrera e e:pansi0n / ;ue (ierta (antia e (alor esprenio se (onsu.e en la iso(ia(i0n e las .ol+(ulas e los prou(tos e la (o.,usti0n&

Para 8alores , > 1 (uano

] ^ $u W(al(ulano para 4 % e (o.,usti,le (onsu.ioX5

, < 1 Q= & −( 6 &  ) %7m

& El (alor (eio a las parees al final e la

e:pansi0n influ/e po(o so,re el tra,a-o
Done 4 8 es el (oefi(iente e apro8e()a.iento e (alor5 ;ue para .otores e (ar,uraor 8aria e >& @ >&5 &  es el poer (alorífi(o el (o.,usti,le5 la (antia e .e*(la fres(a W.olX5

' '

9 c

/

- 1

' '

9 8 son la ener%ía interna al

ini(io / al final e la (o.,usti0n respe(ti8a.ente& El (oefi(iente real e 8aria(i0n .ole(ular se e:presa en la si%uiente e(ua(i0n +0 + 5 r ( 2.42 ) +r = 1 + 5 r

El (alor no esprenio urante la (o.,usti0n

( 6 &  )%7m se puee (al(ular

.eiante la si%uiente e(ua(i0n

=J


( 6 &  ) %7m=114∗10 ∗( 1 −, )∗ L ( 2.43 ) 6

0

La ener%ía interna WY3Z.olX e 4 .ol e .e*(la al final el pro(eso e (o.presi0n (onstituir' 9 c =( + C v )c∗T c ( 2.44 )

( + C v ) c es el (alor espe(ifi(o e la .e*(la fres(a WY3Z.olQCX a la

Done

te.peratura T c & Para el (i(lo (on (o.,usti0n a 8olu.en (onstante el %rao e ele8a(i0n e la presi0n es ! 8 λ = ( 2.45 ) !c

La presi0n .':i.a WMPaX el (i(lo se o,tienes e la si%uiente e:presi0n + r∗ ! c∗T 8 ( 2.46 ) ! 8 = T c

Los 8alores reales e las presiones .':i.as en los (ilinros e los .otores a %asolina son ne(esarios para poer reali*ar los ('l(ulos in'.i(os5 se eter.inan .ultipli(ano los 8alores (al(ulaos e

! 8

por un (oefi(iente e.píri(o e

is.inu(i0n e la presi0n φ 8 5 ;ue to.a en (onsiera(i0n el au.ento e 8olu.en e la ('.ara e (o.,usti0n en el instante en ;ue al(an*a la .':i.a presi0n / ;ue %eneral.ente se aopta el 8alor e >& ''

! 8 = 0.85 ! 8 ( 2.47 )

P. #a%>$?%!+ /$l %!c$+! /$ $a=+i<=: en este pro(eso se prou(e el tra,a-o .e('ni(o a (uenta e la ener%ía t+r.i(a ;ue se esprene urante la (o.,usti0n&

=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a En el (i(lo real la (arrera e tra,a-o e.pie*a urante la (o.,usti0n / ter.ina (uano (o.ien*a el pro(eso e es(ape e los %ases ;ue.aos& En el (o.ien*o el pro(eso e e:pansi0n5 (uano la (o.,usti0n se reali*a (on un espreni.iento intenso e (alor / una ,rus(a ele8a(i0n e la presi0n5 el e:ponente politr0pi(o n7 tiene 8alor ne%ati8o5 lla%ano a ser nulo en el punto P .a:& En el tra.o P.a: / T.a: el e:ponente pasa a ser positi8o / en el punto T .a: es 4&eter.inar el e:ponente politr0pi(o e e:pansi0n a partir el ia%ra.a ini(ao es i.posi,le en 8ista e estas ifi(ultaes ;ue apare(en5 se utili*an

8alores pro.eios el

e:ponente Y 7 ;ue 8aría e 4&7 @ 4&> para .otores e (ar,uraor& La presi0n WMPaX / te.peratura WYX al final el pro(eso e e:pansi0n se eter.inan e a(uero a las si%uientes for.ulas !:=

T :=

! 8 / 2

rc

( 2.48 )

T 8 / 2− 1

rc

(2.49 )

Di;$%$=cia+ $=?%$ $= @= cicl! ?$<%ic!  %$al. El (i(lo real es el ;ue representa las (oni(iones efe(ti8as el fun(iona.iento el .otor / (uano se representa en un %r'fi(o P1 se eno.ina ia%ra.a ini(ao5 las iferen(ia entre el (i(lo real e ieal ,'si(a.ente son las si%uientes&  Perias e (alor tienen .u()a i.portan(ia en el (i(lo real5 e,io a ;ue el (ilinro est' roeao por (onu(tos e refri%era(i0n5 ;ue e8a(uan (alor en el ran%o el 7>B el (alor total li,erao por el (o.,usti,le& Por lo ;ue los pro(esos e (o.presi0n / e:pansi0n no son aia,'ti(os / re8ersi,les (o.o se (onsieran en (i(lo ieal&

=H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a  Tie.po e apertura / (ierre e 8'l8ulas e a.isi0n / es(ape en el (i(lo te0ri(o la apertura / (ierre e las 8'l8ulas se (onsieran ;ue o(urren instant'nea.ente5 lo (ual físi(a.ente es i.posi,le& En el (i(lo real este pro(eso se a en un tie.po relati8a.ente lar%o (on el o,-eti8o e .e-orar el llenao / 8a(iao el (ilinro5 lo (ual pro8o(a peria el tra,a-o
 Perias por ,o.,eo en el (i(lo te0ri(o se (onsiera ;ue la a.isi0n / es(ape se reali*a a presi0n (onstante5 (onsierano ;ue el fluio (ir(ula por los (onu(tos e a.isi0n / es(ape sin ro*a.iento& Lo (ual no o(urre en el (i(lo real5 / .'s a
Para (uantifi(ar la rela(i0n entre el (i(lo te0ri(o / el ini(ao se (al(ula el (o(iente entre la superfi(ie el (i(lo #tto ini(ao por la respe(ti8a el (i(lo te0ri(o a esto se eno.ina reni.iento ini(ao& Se (on(lu/e ;ue la iferen(ia entre los (i(los .en(ionaos se e,e prin(ipal.ente al tie.po ;ue e.ora en ;ue.arse la .e*(la / al llenao / e8a(uao e la .e*(la entro el (ilinro& Para a(er(ar .'s el (i(lo real al te0ri(o se a(t
>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a  Aelanto en la apertura e a.isi0n WAAAX antes ;ue lle%ue el pist0n al P&M&S en el pro(eso e es(ape5 la 8'l8ula e a.isi0n /a e,e estar a,ierta para e8itar la estran%ula(i0n e la .e*(la a la entraa el (ilinro& Se%[7>[ para .otores lentos / e 4>[>[ para .otores r'pios&

 Retraso al (ierre e a.isi0n WRCAX (onsiste en )a(er ;ue la 8'l8ula se (ierre espu+s e ;ue el pist0n lle%ue al P&M&I para apro8e()ar la iner(ia e los %ases al final e la a.isi0n5 per.itieno la entraa e %ases aun;ue el pist0n (o.ien(e a espla*arse )a(ia P&M&S& .e-orano la efi(ien(ia e llenao& El ran%o e RCA os(ila entre >[=>[ para .otores lentos / =>[K>[ para .otores r'pios&

 Aelanto al en(enio WAEX (onsiste en (o.pensar el tie.po e (o.,usti0n e la .e*(la e tal .anera ;ue se prou*(a la .a/or parte e la (o.,usti0n (uano el pist0n lle%a al P&M&S& el ran%o os(ila entre >[4[ para .otores lentos / 4>[=>[ para .otores r'pios&

 Aelanto a la apertura e es(ape WAAEX (onsi%ue ;ue la presi0n interna en (ilinro is.inu/a al .o.ento e ini(iarse el es(ape5 para e8itar el estran%ula.iento e los %ases a la salia / la p+ria e ener%ía al .o.ento e )a(er el ,arrio e los %ases& El ran%o esta entre [>[ para .otores lentos / e =>[K>[ para .otores r'pios&

 Retraso en el (ierre e es(ape WRCEX per.ite una .e-or e8a(ua(i0n e los %ases e (o.,usti0n& De,io a la su((i0n pro8o(aa por la alta 8elo(ia e los %ases a la salia5 e8itano ;ue los %ases resiuales i.pian el in%reso e los %ases fres(os& El ran%o esta entre >[4>[ para .otores lentos / e [>[ para .otores r'pios

4


 Cru(e e 8'l8ulas es el perioo en ;ue las 8'l8ulas e a.isi0n / es(ape se en(uentran si.ult'nea.ente a,iertas5 e,io a la 8elo(ia e los %ases e es(ape (rea una su((i0n ;ue fa(ilita el in%reso e .e*(la fres(a / per.ite el ,arrio e la .e*(la resiual5 una 8e* ;ue los %ases fres(os al(an*an la 8'l8ula e es(ape esta e,e estar (o.pleta.ente (erraa e tal .anera ;ue no se piera .e*(la fres(a a la at.osfera5 ,enefi(iano nota,le.ente el reni.iento el .otor

'.'.8. FUNDAMENTO TEÓRICO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL MCI: M!?!% c!>! >@i=a ?%>ica. Est' (o.puesto por un (on-unto e pie*as fi-as / .08iles5 ;ue operano (oorinaa.ente lo%ran (on8ertir la ener%ía ;uí.i(a W(o.,usti,leX en ener%ía t+r.i(a5 .eiante una se(uen(ia orenaa e pro(esos ;ue se efe(t
7


Fi. NH'.)4. R$%$+$=?aci<= $+@$>?ica /$ @= >!?!% ?%>ic! F@$=?$: T$+i+ K))

De,io a los %raientes e te.peratura ;ue e:isten entre las os fuentes e (alor una a alta / otra a ,a-a te.peratura (o.o se es;ue.ati*a en la fi%ura& La *ona e alta te.peratura see parte el (alor W](&X pasano por el .otor t+r.i(o5 (on8irti+nose una parte e este en tra,a-o .e('ni(o5 / la otra parte el (alor W]fX se li,era al a.,iente a una .enor te.peratura e,io a la e:pansi0n ;ue sufrieron los %ases (alientes para prou(ir tra,a-o&

T%a=+;$%$=cia /$ cal!% $= $l MCI. El .otor e (o.,usti0n interna es una .';uina .u/ (o.ple-a e anali*ar ese el punto e 8ista t+r.i(o5 e,io a las fronteras fluii(as por las ;ue est' li.itao W%ases e (ilinro5 %ases e a.isi0n5 %ases e es(ape5 refri%erante5 lu,ri(ante / aire a.,ienteX / ;ue son e naturale*a transitoria / epenen el punto e opera(i0n el .otor& Para anali*ar t+r.i(a.ente el .otor e (o.,usti0n interna se ispone e .oelos ;ue per.itan pree(ir / (ontrolar las te.peraturas e la estru(tura / e los fluios e las fronteras5 / e8aluar la transferen(ia e (alor para lo%rar opti.i*ar la (o.,usti0n5 reu(ir el (onsu.o e (o.,usti,le / las e.isiones e (onta.inantes en toos los re%í.enes e opera(i0n el .otor5 así (o.o ta.,i+n lo%rar un in(re.ento e la poten(ia espe(ífi(a el .otor&



Es(uela e In%eniería Me('ni(a E:isten tres for.as e estuiar la transferen(ia e (alor en un .otor e (o.,usti0n interna la e:peri.enta(i0n en la,oratorios (on ,an(os e .otores5 si.ula(i0n nu.+ri(a .eiante orenaor5 / (on .oelos te0ri(os& Entre las iferentes (ualiaes la e:peri.enta(i0n se esta(a por tener .a/or pre(isi0n en los resultaos / per.ite anali*ar fen0.enos (o.pli(aos ifí(iles e al(an*ar (on e:a(titu .eiante .oelos nu.+ri(os5 la es8enta-a ;ue presenta es ;ue re;uiere e .a/or tie.po e prepara(i0n / son .u/ (ostosos& Meiante la si.ula(i0n nu.+ri(a poe.os o,tener resultaos (on sufi(iente pre(isi0n5 resol8ieno un siste.a e e(ua(iones iferen(iales o,tenias a partir e la ter.oin'.i(a / la .e('ni(a el siste.a5 e.ostrano ser una propuesta e(on0.i(a / fle:i,le& La si.ula(i0n nu.+ri(a se i8ie en os %rupos en el pri.ero se en(uentran los .oelos fluioin'.i(os o .ultii.ensionales5 ,as'nose en la (onser8a(i0n e la .asa / la ener%ía en (ual;uier punto el siste.a / en (ual;uier instante el tie.po5 .eiante este .+too poe.os o,tener resultaos so,re el (a.po e 8elo(iaes5 te.peraturas / (o.posi(iones entro el (ilinro& En el se%uno se en(uentran los .oelos ter.oin'.i(os / entro e este se en(uentran los .oelos (ero i.ensionales5 lla.aos así por;ue la
M!/!+ D$ T%a=+;$%$=cia D$ Cal!% E= U= M.C.I. En un M&C&I el flu-o e (alor es transferio e tres .oos iferentes5 ;ue ser'n es(ritos a (ontinua(i0n

C!=/@cci<=: La transferen(ia e (alor por (onu((i0n se a por el .o8i.iento .ole(ular entre s0lios / fluios ;ue est'n en reposo5 e,io a los %raientes e te.peratura&

=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a En el M&C&I la transferen(ia e (alor por (onu((i0n se a a tra8+s e las parees el (ilinro5 (a,e*a el pist0n5 ,lo;ue el .otor5 entre anillos el pist0n5 / (ulata Esta aa por la si%uiente e(ua(i0n %´ =k . ∆ T

W7&>X

En la e(ua(i0n NQ5 %´ representa el flu-o e (alor por unia e 'rea5  es la (onu(ti8ia t+r.i(a el .aterial W8er en ane:oX5 /

∆ T %raiente e

te.peratura en la ire((i0n el flu-o e (alor&

C!=,$cci<=: La transferen(ia e (alor por (on8e((i0n se a a entre fluios en .o8i.iento5 ta.,i+n entre un fluio / un s0lio en .o8i.iento relati8o& En el M&C&I5 e,io a ;ue los fluios en el interior el (ilinro son tur,ulentos se usa el t+r.ino e (on8e((i0n for*aa5 la (ual se a entre los %ases / las parees el (ilinro5 8'l8ulas / pist0n entre las parees el (ilinro / el refri%erante5 ta.,i+n se a entre la superfi(ie e:terna el .otor / el .eio a.,iente& Est' eter.inao por la si%uiente e(ua(i0n& % =h(T- {T} rsub {W} )

W7&4X

Ra/iaci<=: Se prou(e a tra8+s e la e.isi0n / la a,sor(i0n e ona ele(tro.a%n+ti(as la lon%itu e ona en la ;ue la ener%ía es transfor.aa en ener%ía t+r.i(a es el ran%o 8isi,le W>&= a >&J + .&X5 / el infrarro-o es W>&J a => p.X5 la trasferen(ia e (alor se e,e a las altas te.peraturas e los %ases e (o.,usti0n a las parees e la ('.ara e (o.,usti0n5 ta.,i+n se a al .eio a.,iente por toas las superfi(ies (alientes e:ternas el .otor& Esta aa por la si%uiente e(ua(i0n



Es(uela e In%eniería Me('ni(a 4

4

T −T $ ´%= ; . ¿ X

W7&7X

Done ; es el (oefi(iente e Stefan6olt*.ann (u/o 8alor es e &KJ:4>  Z.7 Y =&

T%a=+;$%$=cia /$ cal!% $=?%$ l!+ a+$+  la+ a%$/$+ /$ la c>a%a /$ c!>*@+?i<=. Al esarrollarse el pro(eso e (o.,usti0n e la .e*(la Waire(o.,usti,leX en el interior el (ilinro se al(an*an te.peraturas e )asta 7>>Y5 tenieno en (uenta ;ue la te.peratura .':i.a ;ue resisten los .ateriales es inferior e los 4>> Y O45 el siste.a e refri%era(i0n e,e e:traer la (antia e (alor ne(esaria para ;ue la te.peratura el .etal no al(an(e estos ni8eles urante el tie.po ;ue per.ane(en los %ases ;ue.aos en el (ilinro& La transferen(ia e (alor en el (ilinro se efine (o.o el flu-o e ener%ía t+r.i(a ;ue e:iste entre los %ases ;ue.aos )a(ia el fluio refri%erante a tra8+s e las parees el (ilinro e,io a los %raientes e te.peratura ;ue e:isten entre ellos& Deter.inar la transferen(ia e (alor en el (ilinro es una e las .a/ores ifi(ultaes5 por ser e naturale*a transitoria5 e,io a la 8aria(i0n e i8ersos par'.etros en el tie.po (o.o la te.peratura5 presi0n / 8elo(ia e la .asa e tra,a-o ;ue epenen el punto e opera(i0n el .otor5 por otro lao el pro,le.a se (o.pli(a a
la

(on8e((i0n / raia(i0n&

K


Fi. NH'.)5: E+@$>a /$ ?%a=+;$%$=cia /$ cal!% $= la+ a%$/$+ /$l cili=/%! & F@$=?$: T$+i+ K 44&

La figura 2.14 .uestra un es;ue.a si.plifi(ao e la transferen(ia e (alor en el (ilinro5 en la (ual se o,ser8a la 8aria(i0n e te.peratura e los %ases urante el (i(lo / la 8aria(i0n el (oefi(iente e transferen(ia e (alor el %as5 se%
8alores .u/ pe;ue9os )asta el oren e los MZ. 7& En un estuio

unii.ensional el pro(eso e transferen(ia %lo,al e (alor entre los %ases entro el (ilinro / las parees e este5 por lo %eneral se a por .eios os .e(anis.os ;ue son la (on8e((i0n / la raia(i0n& Posterior.ente el flu-o e (alor es (onu(io a tra8+s e las

J

Es(uela e In%eniería Me('ni(a parees .et'li(as el (ilinro .eiante (onu((i0n5 / final.ente el (alor ser' transferio al lí;uio refri%erante por .eio e la (on8e((i0n para lue%o ser e8a(uao al a.,iente&

T%a=+;$%$=cia /$ cal!% $+?a/! $+?aci!=a%i!"@=i/i>$=+i!=al. Ante la ifi(ulta ;ue se tiene al .o.ento e reali*ar un an'lisis te0ri(o transitorio e la transferen(ia el (alor entre los %ases e la (o.,usti0n / el fluio refri%erante5 e,io a la 8aria(i0n e las (oni(iones e entorno en el tie.po5 / ;ue epenen %eneral.ente el r+%i.en e opera(i0n el .otor& Se%
W7&X

D0ne ; 8iene a ser el flu-o e (alor transferio por unia e 'rea& ) (oefi(iente %lo,al e transferen(ia e (alor& T te.peratura .eia e los %ases e (o.,usti0n& T? te.peratura e la superfi(ie e la pare& En la realia el (oefi(iente e transferen(ia e (alor 8aría e a(uero al espa(io / el tie.po5 por lo ;ue es e.asiao (o.pli(ao o,tener 8alores apro:i.aos a los reales5 para esto e:isten (orrela(iones e.píri(as (o.o las e os()ni5O7 Ei()el,er%5 Annan / Ma5 O / .u()os .'s in8esti%aores & ]ue utili*an 8alores pro.eiaos en el espa(io / el tie.po&




!+ch=i: La e(ua(i0n est' en ,ase a las le/es e se.e-an*a e transferen(ia e (alor para flu-os esta(ionarios tur,ulentos a tra8+s e tu,os5 partieno e la e(ua(i0n e.píri(a 0.8 0.4 e Nusselt& N =C ℜ !r &

< =0.820 D

− 0.2

0.8

0.8

−0.53

! $ T

W7&=X

D0ne D es el i'.etro el (ilinro W.&X& P presi0n instant'nea en el (ilinro WMPa&X& T te.peratura .eia e los %ases e (o.,usti0n WY&X&  8elo(ia e referen(ia

[

C 1 V mp + C 2

V c T 1 !1 V 1

( !− !0 )

]

1.p 8elo(ia .eia el pist0n& W.Zs&X C45 C7 (onstantes para (orre((i0n e 8elo(ia& 1( 8olu.en espla*ao por el pist0n& W. X& 14 T45 P4 8olu.en5 te.peratura / presi0n en un punto eter.inao& P> presi0n e la ('.ara sin (onsierar la (o.,usti0n

( )

V ¿ !1 1 V

5

Cuaro4 Constantes para la (orre((i0n e la 8elo(ia en el .oelo e transferen(ia e (alor e os()ni&

Etapa

C4

C7

H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a A.isi0n / es(ape Co.presi0n Co.,usti0n / e:pansi0n

K&4 7&7 7&7

> > &7= : 4> 

C@a/%! NH'.: C!=+?a=?$ a%a la c!%%$cci<= /$ la ,$l!ci/a/. F@$=?$: ?$+i+ K)( 

Eich$l*$%: Esta e(ua(i0n ta.,i+n es e.pleaa para .oelos e transferen(ia e (alor5 (uano no es ne(esario eter.inar el (alor transferio al refri%erante o eter.inar la te.peratura e los (o.ponentes en la e(ua(i0n se (onsiera la raia(i0n e flu-o instant'neo e (alor&

´= Q =2.43 V mp1 /3 ( pT )1/ 2 ( T −T ( ) $ 2 A = m

( )

W7&X

D0ne 1.p 8elo(ia .eia el pist0n W.ZsX& p presi0n instant'nea entro el (ilinro W,arX& T te.peratura instant'nea el %as entro el (ilinro WYX& T? te.peratura .eia e la superfi(ie el (ilinro WYX& As Área instant'nea e la superfi(ie W. 7X& ]s flu-o e (alor instant'neo ;ue sale el (ilinro a tra8+s e la superfi(ie WX

A==a=/  Ma: ´ = k : Q =c ℜ ( T −T ( ) + d ( T 4 −T (4 ) $ 2 A = : m

( )

D0ne

K>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a 1>vp Re^ +

D i'.etro el (ilinro& _ ensia el %as& ` 8is(osia in'.i(a& , ^ >&J >&7  (  >&  ^ >&>J b b  (onstante e Stefan6olt*.ann&

R$+i+?$=cia ?%>ica $=?%$ l!+ a+$+  la+ a%$/$+ /$ la c>a%a /$ c!>*@+?i<=. El flu-o e (alor ;ue se transfiere ese los %ases a las parees el (ilinro / posterior.ente al refri%erante es apro:i.aa.ente e 7=B el poer (alorífi(o el (o.,usti,le ;ue se ;ue.a entro e la ('.ara e (o.,usti0n& En la figura Nº2.14 se .uestra el es;ue.a si.plifi(ao e la transferen(ia e (alor unii.ensional en la ;ue se (onsiera ;ue el flu-o e (alor es transferio ese los %ases a las parees e la ('.ara e (o.,usti0n .eiante los .e(anis.os e raia(i0n / (on8e((i0n for*aa5 atra8esano la el%aa pare el (ilinro por (onu((i0n5 / nue8a.ente por (on8e((i0n entre la pare el (ilinro / el fluio refri%erante5 en ,ase a estos (on(eptos el flu-o e (alor por unia e 'rea esta e:presaa por la si%uiente e(ua(i0n& %´ =´% conv + %´ rad.

W7&KX

La (o.ponente raia(ti8a en la e(ua(i0n W44X pro8iene e os fuentes ;ue son la raia(i0n el %as / la raia(i0n e las nu,es e partí(ulas& En .otores #tto la (o.,usti0n es )o.o%+nea por lo ;ue la (antia e )ollín es pe;ue9a5 por lo ;ue se (onsiera ;ue la
K4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a resisten(ias t+r.i(as5 / se (al(ula .eiante el (o(iente entre la iferen(ia total e te.peraturas / la su.a e las resisten(ias t+r.i(as5 apli(ano este (on(epto se plantea la si%uiente e(ua(i0n&

Fi. NH'.)7: E+@$>a /$ %$+i+?$=cia+ ?%>ica+ $=?%$ l!+ a+$+  la+ a%$/$+ /$ la c>a%a /$ c!>*@+?i<=. F@$=?$: #%!ia.

De a(uero a la analo%ía el+(tri(a el flu-o e (alor estar' es(rito por la si%uiente e(ua(i0n

%´ =

( T 2 −T coo) ) ln

() r2

r1 1 1 + + < 2 . A7 2. π . ) . k < coo) . A e

W7&JX

K7


D0ne %´ es el flu-o e (alor por unia e 'rea5 T % / T

(ool

es la te.peratura e los

%ases entro el (ilinro / el lí;uio refri%erante respe(ti8a.ente ) % (oefi(iente e transferen(ia e (alor por (on8e((i0n entre el %as / las parees el (ilinro5 ) (ool (oefi(iente e transferen(ia e (alor por (on8e((i0n entre el refri%erante / las parees el (ilinro5  (onu(ti8ia t+r.i(a el .aterial el (ilinro A i / Ae son las 'reas e inter(a.,io e (alor interna / e:ternas el (ilinro5 l es la lon%itu el (ilinro5 / r 4 / r 7 son las istan(ias raiales&

T%a=+;$%$=cia /$ cal!% al %$;%i$%a=?$. Depenieno el ise9o5 el flu-o el refri%erante en un .otor lle%a a los u(tos e refri%era(i0n en la parte e:terna e los (ilinros / lue%o es (onu(ia )a(ia la (ulata por .eio e orifi(ios en la parte superior el ,lo;ue5 utili*ano para este fin una ,o.,a (entrifu%a la (ual es a((ionaa e una for.a sin(roni*aa por el e-e (i%Ve9al el .otor5 epenieno el (aual re;uerio para e:traer el (alor ne(esario& Los flu-os e (alor ;ue se presenta en el .otor son .u/ (o.pli(aos por ser tur,ulentos W(on ire((iones e .o8i.iento .u/ (o.ple-asX / epenientes e las (oni(iones e opera(i0n& En la transferen(ia e (alor son eter.inantes las propieaes ter.ofísi(as el refri%erante5 el patr0n e flu-o5 e la presen(ia e e,ulli(i0n / (a8ita(i0n& Es por ello ;ue se )a io e8olu(ionano en los estuios e la transferen(ia e (alor utili*ano (orrela(iones e:peri.entales ese .oelos e.píri(os )asta trata.ientos analíti(os utili*aos en la in'.i(a (o.puta(ional e fluios5 ;ue )an per.itio un .oelo .'s a-ustao e transferen(ia e (alor entre el refri%erante / las parees el (ilinro& 6o)a( O utili*a la e:presi0n NuRePr para .oelar la transferen(ia e (alor entre el refri%erante / las parees el (ilinro utili*ano la si%uiente (orrela(i0n e Gri.son Nusselt m

N=1.13 C 1 C 2 ℜ D !r

1 /3

(2.58 )

K

Es(uela e In%eniería Me('ni(a D0ne C4 / . epene e la istri,u(i0n e los (ilinros5 C 7 epene el n<.ero e (ilinros el .otor& En (iertos (asos o(urre ;ue la te.peratura e pare eno.inao T (a))

es .a/or ;ue la te.peratura .eia el refri%erante

T mcoo)

5 o(asion'nose la

for.a(i0n e pe;ue9as ,ur,u-as e 8apor eno.inao e,ulli(i0n nu(leaa5 para este (aso se )a(e uso la (orrela(i0n e C$EN5 a-ustano el 8alor el (oefi(iente e transferen(ia e (alor por (on8e((i0n 0.79

<:o7)7n2 =0.00122

0.45

0.49

k coo) .Cp coo) . 1 coo) . 0.5

0.29

; . coo) . ( ∆ < 2 . 12 )

.? .= ( 2.59 )

D0ne sieno e8aluao en fun(i0n e sus propieaes .'s rele8antes el refri%erante (o.o k coo) & Conu(ti8ia t+r.i(a5 Cp& Calor espe(ífi(o5 1 ensia5 superfi(ial5 ` 8is(osia5

∆ < 2

(alor e 8apori*a(i0n /

1 2

;

tensi0n

es la ensia el

refri%erante a te.peratura e satura(i0n& El fa(tor F se eter.ina por la si%uiente e(ua(i0n ? =( T (aa) −T sat .coo) )

D0ne

T (aa)

refri%erante5

0.24

( ! sat@(a))− !coo) )0.75 (2.60 )

es la te.peratura e pare5

!sat@ (a))

T sat. coo)

te.peratura e satura(i0n el

es la presi0n e satura(i0n a te.peratura e la pare  ! coo) es

la presi0n e satura(i0n el refri%erante& El fa(tor S es un fa(tor ;ue se interpreta ;ue en flu-os tur,ulentos la for.a(i0n e pe;ue9as ,ur,u-as e 8apor se (ontrarresta e,io a la .e*(la (on el fluio .'s frio se eter.ina a partir e la si%uiente e(ua(i0n = = 3.4 −0.6 log ( ℜ ) ( 2.61 )

K=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Ca,e se9alar ;ue a tra8+s e prue,as en la,oratorios5 .ei(iones e:peri.entales ;ue se reali*aron para el (ir(uito e refri%era(i0n e un .otor5 se (onfir.0 ;ue la e,ulli(i0n nu(leaa solo o(urre en *onas (on alta (ar%a t+r.i(a (o.o .a/or.ente son la parte superior e la (a.isa / en las 8'l8ulas e es(ape& E:isten i8ersas e(ua(iones e.píri(as5 e,io a la ne(esia ;ue se tiene e a-ustar el (oefi(iente e transferen(ia e (alor e a(uero a las (oni(iones e fun(iona.iento el .otor5 una e ellas es la e:presi0n e DITTUS 6#ELTER5 O para el ('l(ulo e la transferen(ia e (alor en la (a.isa e refri%era(i0n 0.8

N=0.023 . ℜ . !r

0.4

( 2.62)

La e(ua(i0n W7>X es 8'lia para Re c4>>>> (ono(io (o.o flu-o total.ente tur,ulento5 para >&J  Pr  4K>5 /

T mcoo). −T (a))

.enores &K QC5 tenieno en (uenta ;ue sea un

flu-o total.ente esarrollao / ;ue la propieaes el refri%erante se e8al
.a/or ;ue K QC se utili*a la e(ua(i0n propuesta por SIEDER  TATE OK

0.8

N=0.027 ℜ !r

D0ne (a))

mcoo)

1/ 3

( ) mcoo) (a))

0.14

W7&KX

es la 8is(osia el refri%erante e8aluaa a su te.peratura .eia /

es la 8is(osia el refri%erante a te.peratura e pare&

A=li+i+ /$ ?%a=+;$%$=cia /$ cal!% /$l ci%c@i?! /$ %$;%i$%aci<=. A=li+i+ $= $l %a/ia/!% /$l ,$hJc@l! Da$!! >!/$l! Tic!. En los .otores e (o.,usti0n interna entre el 4J al 7KB el (alor li,erao al ;ue.arse el (o.,usti,le es e8a(uao por el siste.a e refri%era(i0n )a(ia el a.,iente5 %eneral.ente el

K

Es(uela e In%eniería Me('ni(a siste.a e refri%era(i0n est' ise9ao para tra,a-ar (on a%entes refri%erantes en estao lí;uio5 (o.o es el (aso el 8e)í(ulo Dae?oo .oelo Ti(o& Por lo (onsi%uiente la .etoolo%ía e.pleaa para el an'lisis el raiaor es la .is.a ;ue se utili*a en los inter(a.,iaores e flu-o (ru*ao& En la si%uiente fi%ura se .uestra el es;ue.a el pro(eso e inter(a.,io e (alor al a.,iente (onstituio por el raiaor )e()o en .aterial e alu.inio (o.o ele.ento prin(ipal / un flu-o e aire su.inistrao por el 8entilaor ;ue se lo(ali*a perpeni(ular.ente al fluio refri%erante ;ue (ir(ula por el interior e los tu,os el raiaor&

Fi. NH'.): #a%?$+ %i=cial$+ /$l +i+?$>a %a/ia/!%" ,$=?ila/!% /$l >!?!% Tic! F@$=?$: #%!ia  AUTOCAD '()).

KK


En este (apítulo se pretene anali*ar el raiaor5 (on el fin e (uantifi(ar el (alor e8a(uao al a.,iente utili*ano (o.o refri%erantes a%ua natural / .e*(la e a%ua natural / triple a((i0n @1IST#N en una propor(i0n e J / 7B respe(ti8a.ente& 6asaos en las e(ua(iones funa.entales e transferen(ia (alor5 / la .etoolo%ía e.pleaa para el ise9o e raiaores e Ya/s / Lonon OJ5 para ello se esta,le(i0 el si%uiente pro(ei.iento e ('l(ulo& A.

S$ /$?$%>i=a= la+ %!i$/a/$+ $!>?%ica+ /$l %a/ia/!%: a partir e los par'.etros %eo.+tri(os ,'si(os el raiaor se eter.ina el 'rea e transferen(ia e (alor lao a%ua5 'rea e flu-o li,re lao aire5 i'.etros )ir'uli(os5 ensia el 'rea e superfi(ie5 'rea frontal et(&

B.

Clc@l! /$ l!+ ;l@!+ >+ic!+ /$l %$;%i$%a=?$  $l ai%$: para (al(ular los flu-os .'si(os e los fluios ;ue inter8ienen en el inter(a.,io e (alor5 (o.o se .uestra en la fi%ura&

KJ

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Fi. NH'.)8: E+@$>a /$ la Di+?%i*@ci<= /$ l!+ Fl@!+ M+ic!+ Ta=?! /$l Ai%$ c!>! /$l R$;%i$%a=?$ $= $l Ra/ia/!%. F@$=?$: #%!ia  AUTOCAD '()).

Las in(0%nitas a en(ontrar en este apartao son los flu-os .'si(os5 tanto el refri%erante / (o.o el aire ;ue (ir(ula perpeni(ular.ente a este& Para ello pri.era.ente se e,e esti.ar la (antia e (alor ;ue e,e isipar el raiaor al aire (ir(unante5 para ello se puee utili*ar la (orrela(i0n e La)8i( O ;ue se puee apli(ar tanto para .otores e en(enio pro8o(ao (o.o para iesel& Qre =( 8.66 V t N + 108.93 - T + 1119.74 ! e − 1010 V t + 2890 )/ 3412.2 V t =¿

Cilinraa WlitrosX5 N^rp.5

- T =¿

tor;ue WN.X5

!e =¿

W7&K=X poten(ia

efe(ti8a el .otor WYX& Por el prin(ipio e (onser8a(i0n e la ener%ía5 la ener%ía ;ue %ana el refri%erante es el .is.o ;ue se isipa al aire (ir(unante por lo tanto& Q " =

Q "

Q re

( C " 1 " ∆ T " ) W7&KX

Es el (aual 8olu.+tri(o W. ZsX el el aire5

C "

Calor espe(ifi(o WY3ZY% [CX el aire& ∆ T " =¿ 1aria(i0n e la te.peratura el refri%erante W[CX usual.ente se en(uentra en el ran%o e K[C47[C OH ∆ T a=¿ 1aria(i0n e la te.peratura a la entra / salia el aire W[CX se puee to.ar una iferen(ia e 4> [C& Co.o pri.era apro:i.a(i0n OH& Para )allar el flu-o .'si(o el refri%erante5 se )a utili*ao los par'.etros %eo.+tri(os e la ,o.,a&

K


Fi: '.)3: ?%ia=@l! /$ ,$l!ci/a/$+ a la $=?%a/a  +ali/a /$l %!/$?$ /$ la *!>*a. F@$=?$: #%!ia A@?!CAD.

D0ne D7 i'.etro e salia el ala,e5 D4 i'.etro e la entraa el ala,e5 U7 / U4 son las 8elo(iaes a,solutas el ala,e a la salia / entraa respe(ti8a.ente W.ZsX5 C7 / C4 8elo(iaes a,solutas el fluio a la salia / entraa W.ZsX5 7 / 4 8elo(iaes relati8as a la salia / entraa Wel fluio (on respe(to al ala,eX W.ZsX5 C7. / C4. (o.ponente .eriional e la 8elo(ia a,soluta el fluio a la salia / entraa W.ZsX5 m "e =( π ∗ D 2∗Bv∗ : 2∗C 2 m )∗ 1 re ( 2.66 )

Bv =¿

D0ne ,7 el an()o el ala,e a la salia5

efi(ien(ia 8olu.+tri(a e la

,o.,a5 usual.ente se en(uentra en el ran%o e >&>&H O4 9 2=

π ∗ D 2∗n 60

( 2.67)

n 8elo(ia e %iro el .otor Wr&p&.&X C 2 =9 2−

C 2m T2 > 2

( 2.68 )

KH


C 2 m =C 2 '∗T2, 2 ( 2.69)

, 2 :

Án%ulo ;ue se for.a entre las 8elo(iaes C4 / U4

3 2 : An%ulo ;ue for.an 4 / WU4X&

C. Clc@l! /$ ?$>$%a?@%a+: el 8alor e las te.peraturas el refri%erante en la entraa / salia el raiaor se o,tu8o .eiante la instala(i0n e ter.0.etros en las .an%ueras superior Wte.peratura e entraa ter.0.etro 4 / te.peratura e salia .eia por el ter.0.etro 7X

Fi. NH'.)6: E+@$>a+ /$ >$/ici<= /$ ?$>$%a?@%a+ $= $l %a/ia/!%. F@$=?$: #%!ia.

J>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Para el (aso el aire las te.peraturas e entraa / salia se eter.inaron a partir el prin(ipio e (onser8a(i0n e la ener%ía .eiante el si%uiente arre%lo e f0r.ulas& T "==T " @ −

( )(

T " @  −T a @  )

W7&J>X

T a @= =T a @ + 

( )(

T "@  −T a @  )

W7&J4X

C m7n C <

C m7n C c

T "==¿

Te.peratura e salia el lí;uio refri%erante&

T "7=¿

Te.peratura e entraa el lí;uio refri%erante

T a==¿

Te.peratura el aire e salia&

T a7 =¿

Te.peratura el aire e entraa&

La efi(ien(ia

 se puee asu.ir entre el ran%o e WK>BJBX O4> se%
e:perien(ia el ise9aor& El

C m7n =( ´ mC p )

´ p ) C max =( mC

/

5 son las (apa(iaes t+r.i(as .íni.a /

.':i.a e los fluios refri%erante o aire epenieno el su flu-o .'si(o / el (alor espe(ifi(o5 C <

/

C c

son las (apa(iaes t+r.i(as el fluio (aliente / frio

respe(ti8a.ente&

D. Clc@l! /$ la+ %!i$/a/$+ ?$%>! ;J+ica+ /$ l!+ ;l@i/!+: (al(ulaas las te.peraturas se pro(ee a la e8alua(i0n e las propieaes ter.ofisi(as e los fluios a su te.peratura .eia lo%arít.i(a WDTMLX (o.o 8is(osia in'.i(a W`X5 (alor espe(ifi(o W C p ¿ 5 (onu(ti8ia t+r.i(a WYX5 nu.ero e Prantl WPrX5 ensia W 1 ¿ et(&

J4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Se%
E.

∆T ( 2.72) 2

∆ T ( 2.73) 2

Clc@l! /$l =&>$%! /$ R$=!l/+: se%
ℜ= D <=¿

'

( 2.74 )

Di'.etro )ir'uli(o5 G^flu-o .'si(o por unia e 'rea trans8ersal5

u^8is(osia in'.i(a& F.

Clc@l! /$l =&>$%! /$ N@+$l?: se puee utili*ar la si%uiente (orrela(i0n e.píri(a para un flu-o tur,ulento (o.pleta.ente esarrollao& 0.8

N d= 0.023 ℜd !r

n

W7&JX

n =¿ >&= para (alentar el fluio

n^>& para enfriar el fluio& G.

E,al@aci<= /$ l!+ c!$;ici$=?$+ /$ $lJc@la /$ l!+ ;l@i/!+: a partir e Nuselt / Re/nols se eter.ina los (oefi(ientes e pelí(ula .eiante la si%uiente (orrela(i0n e.píri(a para el refri%erante& N 'd=

< D< k

( 2.76 )

)^ Coefi(iente e pelí(ula WZ.7[CX5 ^(onu(ti8ia t+r.i(a el fluio WZ.[CX5 D<=¿ i'.etro )ir'uli(o&

J7

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Se%

W7&JJX

E;ici$=cia /$ la +@$%;ici$ $?$=/i/a: para eter.inar la efe(ti8ia e la superfi(ie el raiaor ;ue ispone e un arre%lo e aletas& Para ello se to.a (o.o .uestra un (on-unto unitario ;ue est' (onfor.ao por una aleta / un espa(io el tu,o ;ue est' e:puesta a (on8e((i0n pura se%
√

tnh mL

mL

Eficiencia de aleta, w=cociente entre el área de la aleta y el área del

conunto unitario w=! a "!c.u. I.

A=li+i+ /$l cal!% /i+ia/! $= $l %a/ia/!%: el (alor isipao en un arre%lo aleta pare est' ao por el (alor ;ue isipa la aleta )a(ia el a.,iente5 / el (alor isipao por la superfi(ie li,re& Co.o se .uestra en la fi%ura&

J


Fi@%a NH'.'(: A%%$l! G$!>?%ic! a%a $l A=li+i+ /$ T%a=+;$%$=cia /$ Cal!% /$l Ra/ia/!% /$l M!?!% Tic!. F@$=?$: F@=/a>$=?!+ /$ T%a=+;$%$=cia /$ Cal!%"I=c%!$%a.

% d7s= %d7s a)eta + % d7ssper . )7:re

Utili*ano la analo%ía e resisten(ias el+(tri(as tene.os

1 =¿ < " . A "

1

Resisten(ia

(on8e(ti8a

el

"

refri%erante5
resisten(ia

(on8e(ti8a el aire one el ) a se supone (onstante tanto para la aleta (o.o para el

'rea e superfi(ie li,re A at = A a + A s) &

.aterial5

T "=¿

( )

r2 r1 =¿ Resisten(ia (onu(ti8a el 2. π . ) . k ln

te.peratura el refri%erante5 T a=¿ te.peratura el aire

a.,iente5 T p =¿ te.peratura e pare&

J=


% d7srad7ador =

T "−T a

∑

"

( 2.79)

T%a=+;$%$=cia /$ cal!% $=?%$ $l ac$i?$  $l >!?!%. El a(eite es uno e los entornos fluíi(os ;ue anali*a.os en el ,alan(e t+r.i(o e un .otor e (o.,usti0n interna5 por lo tanto e8aluare.os el inter(a.,io e (alor entre el a(eite pist0n5 / a(eite(ulata5 tenieno en (uenta ;ue los (oefi(ientes (on8e(ti8os epenen el ise9o el siste.a e lu,ri(a(i0n el .otor&

T%a=+;$%$=cia /$ cal!% $=?%$ $l ac$i?$  $l i+?<=. #tra fun(i0n el a(eite5 aparte e lu,ri(ar5 es refri%erar la parte interna el pist0n5 e:istieno para esto tres .+toos usaos a(tual.ente por salpi;ue %enerao por el (i%Ve9al5 in/e(tao ese el ,ul0n el pist0n / por in/e((i0n .eiante una to,era& 6#$AC O=5 asu.e 8alores e (oefi(iente (on8e(ti8os para los tres .+toos e refri%era(i0n es(ritos anterior.ente5 ;ue nos per.itir'n tener una referen(ia para el ('l(ulo5 utili*ano (orrela(iones e.píri(as&

METODO DE REFRIGERACIÓN Por salpi;ue In/e(tao ese el ,ul0n Por to,era

CORONA DE

FALDA DE

#ISTÓN>' #ISTÓN>' 4>>> 7=> 74>> 7>> 7>> 7>

C@a/%! NV '.8: 1al!%$+ a+@>i/!+ /$ c!$;ici$=?$+ c!=,$c?i,!+ !% B!hac. F@$=?$: ?$+i+ K)) 

RAC#P#UL#S O4=5 en su tra,a-o5 utili*o la 8elo(ia an%ular para (al(ular el (oefi(iente e transferen(ia e (alor .eiante la si%uiente f0r.ula

J


[

D n vd

1/ 2

]

W7&>X

Done r es el raio e la .ani8ela el (i%Ve9al5

( es la 8elo(ia an%ular el

.otor D n i'.etro e la to,era5 v d 8is(osia (ine.'ti(a el a(eite a te.peratura e opera(i0n& En el .oelo e prei((i0n e te.peraturas e pare e un .otor5 (on refri%era(i0n .eiante ()orro in/e(tao5 esarrollao por T#RREGR#SA O4

el (oefi(iente

(on8e(ti8o en las %alerías e refri%era(i0n se (al(ula .eiante la si%uiente e:presi0n&

Done a(eite5 d 2a)

C ' 2a) =C 2a)

v ace7te

k ace7te v o7)

[ ]

k ace7te C m d 2a) d 2a)

v ace7te

^ 77& / . ^ >&J5

8is(osia (ine.'ti(a el a(eite5

m

W7&4X

k ace7te

C m

(onu(ti8ia t+r.i(a el 8elo(ia .eia el pist0n

i'.etro toroial e la %alería&

T%a=+;$%$=cia /$ cal!% $=?%$ $l ac$i?$  la c@la?a. Para las partes e la (ulata en (onta(to (on el a(eite5 3arrier / Gentile O4K utili*an la si%uiente e:presi0n para superfi(ies planas 0.5

N=0.664 ℜ !r

0.33

W7&7X

Para el a(eite ;ue se es(urre por las parees el (ilinro )a(ia el ,lo;ue5 3arrier / Gentile utili*an una e:presi0n esta,le(ia por $ausen

JK

Es(uela e In%eniería Me('ni(a 0.00668

N= 3.66 1+ 0.04

D <d

ℜ !r

2 L D <d 2 L

ℜ !r

W7&X

Sieno L la lon%itu e la parte e la (a.isa en (onta(to (on el a(eite&

T%a=+;$%$=cia /$ cal!% $=?%$ $l >!?!%  $l a>*i$=?$. 3arrier / 6o)a( O= afir.an ;ue no se ispone e .oelos para (al(ular la transferen(ia e (alor entre el .otor / el a.,iente e,io a ;ue esta es .u/ (o.ple-a5 por lo ;ue se utili*a e:presiones e (on8e((i0n natural en las superfi(ies e:ternas e .otor& 6o)a( O= apro:i.o el .otor (o.o un (ilinro e altura / i'.etro i%uales para eter.inar la transferen(ia e (alor (on8e(ti8a / raiati8a entre el .otor / el a.,iente .eiante las si%uientes e:presiones ´ conv =

W7&=X

´ rad=  am: A : ; ( T : −T a ) Q

W7&X

4

4

El (oefi(iente e transferen(ia e (alor se e:presa e la si%uiente .anera

0.675

!r

0.4

()

k ( 2.86 ) )e

Done k es la (onu(ti8ia el aire apro:i.aa a la el .aterial el ,lo;ue5 para el )ierro funio  am: =0.44 5

)e

la lon%itu efe(ti8a e .otor5 T a / T : son la

te.peratura el ,lo;ue / el (o.parti.iento el ,o;ue el .otor respe(ti8a.ente5 A : es el 'rea el ,lo;ue en (onta(to (on el aire e:terno&

JJ


'.'.3. BALANCE TWRMICO DEL MOTOR. El ,alan(e ener%+ti(o e un .otor se reali*a en estao esta(ionario / esta,le& Los .otores e auto.08iles tra,a-an en iferentes (oni(iones e opera(i0n / e,io a los pro(esos transitorios ;ue se prou(en en su (i(lo e tra,a-o no se puee %aranti*ar (oni(iones esta,les / e repetiti8ia5 por lo tanto no se en(uentra .u()a infor.a(i0n e:peri.ental& Al%unas in8esti%a(iones ;ue )an reali*ao e8alua(iones t+r.i(as en estao transitorio )an tenieno .u()as li.ita(iones 3arrier W7>>>X O4K asu.e ;ue urante el (alenta.iento el .otor la presi0n instant'nea e los %ases en el (ilinro eran i+nti(as a las el estao esta(ionario& En los .otores alternati8os la ener%ía se es(o.pone (asi por partes i%uales entre el tra,a-o
C@a/%! NH'.3: Di+?%i*@ci<= $=$%?ica /$ @= >!?!% /$ c!>*@+?i<= $= ?%>i=!+ /$ !%c$=?a$+ & F@$=?$: PEYOOD OPN. K)

J


Fi. NH'.'): Dia%a>a /$ /i+?%i*@ci<= $=$%?ica /$ @= >!?!% /$ c!>*@+?i<= i=?$%=a. F@$=?$: PEYOOD OPN K).

Si reali*a.os un an'lisis ter.oin'.i(o e la (o.,usti0n en el .otor5 se anali*a el %as ;ue se en(uentra en la ('.ara e (o.,usti0n urante la (o.presi0n5 (o.,usti0n / e:pansi0n5 ;ue (ontiene una .e*(la e (o.,usti,le5 aire / %ases resiuales5 too este 8olu.en tiene (o.o fronteras a las parees el (ilinro5 superfi(ie interna e la (ulata5 las 8'l8ulas / la superfi(ie superior el pist0n& Si apli(a.os la pri.era le/ e la ter.oin'.i(a o,tenre.os infor.a(i0n
JH

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Q 0=Q p + Qre + Qe + Q per ( 2.87 )

Done5 Q0 es la ener%ía esprenia por la (o.,usti0n el (o.,usti,le5 Q re

poten(ia .eia efe(ti8a5

Q p

es la

es el (alor isipao al refri%erante W(alor transferio a

tra8+s e las parees e la ('.ara e (o.,usti0nX5 /

Q per

es el (alor por perias no

in(luias en los e.'s par'.etros&

'.'.6. #ARAMETROS DE SALIDA DE UN M.E.#. #%$+i<= M$/ia E;$c?i,a. Es la .eia e toas las presiones instant'neas ;ue se prou(en en la fase e (o.,usti0n / e:pansi0n e los %ases entro el (ilinro& La presi0n .eia est' en fun(i0n el llenao el (ilinro / el apro8e()a.iento el (o.,usti,le ;ue se introu(e al .otor& !me = !7− !m

W7&X

= ∗ D0ne !7 0.97 !m7 n1

p a∗ !m7=  −1

[

∗

λ n2− 1

(

∗ 1−

1



n 2− 1

)

!m= 0!04 + 0.0135 ¿ = p

−

1

n1− 1

(

∗ 1−

1



n 1−1

)]

W7&HX

W7&H>X

#!?$=cia I=/ica/a. La poten(ia esarrollaa en el interior el (ilinro no se trans.ite ínte%ra.ente al e-e e salia el .otor5 si no ;ue parte e esta poten(ia es a,sor,ia o p+ria e,io al ro*a.iento& La poten(ia ini(aa es esarrollaa en el interior el (ilinro al .o.ento e la (o.,usti0n e la .e*(la aireZ(o.,usti,le5 antes e ser trans.itia a los ele.entos .e('ni(os .otor&

>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Tanto el tor;ue (o.o la poten(ia est'n en fun(i0n a la 8elo(ia el .otor5 el tor;ue au.enta a .eia ;ue au.enta la 8elo(ia el .otor )asta al(an*ar un .':i.o / lue%o is.inu/e5 esto se e,e a ;ue el .otor no est' en (oni(iones e in%erir un (antia (o.pleta e aire a altas 8elo(iaes& La poten(ia ini(aa au.enta (on la 8elo(ia5 .ientras ;ue la poten(ia efe(ti8a au.enta )asta un .':i.o / lue%o is.inu/e& Esto se e,e a ;ue la poten(ia e fri((i0n au.enta (on la 8elo(ia el .otor / es o.inante a .a/ores 8alores e esta para .u()os .otores e auto.08iles la poten(ia efe(ti8a .':i.a se a alreeor e K>>> a J>>> RPM& La poten(ia ini(aa est' representaa enton(es por la si%uiente e(ua(i0n

´ 7=$ ´ e +$ ´ pas (2.91 ) $

Done

é $

es la poten(ia efe(ti8a /

´ pas $

es la poten(ia peria e,io a las

resisten(ias pasi8as& Ta.,i+n se puee (al(ular (ono(ieno la presi0n .eia ini(aa el (i(lo ini(ao5 .eiante la si%uiente e(ua(i0n ´ 7= Z E V c E pm7 E $

N 1 E ( 2.92 ) 60 2

Esta e(ua(i0n es para un .otor e (uatro tie.pos W4 (i(lo ter.oin'.i(o (aa os re8olu(ionesX5 one " n<.ero e (ilinros el .otor& 2

1 (ilinraa el .otor

πD EC 4

C (arrera el pist0n& D i'.etro el (ilinro& p.i presi0n .eia ini(aa& N re8olu(iones por .inuto&

4


#!?$=cia E;$c?i,a. La poten(ia real ;ue se o,tiene en el (i%Ve9al e un .otor es lla.aa poten(ia efe(ti8a5 ;ue es el resultao final e la poten(ia es(ontano las perias .e('ni(as e la poten(ia ini(aa o,tenia por la (o.,usti0n5 ta.,i+n es lla.aa poten(ia al freno /a ;ue esta poten(ia se .ie (olo(ano un ispositi8o en el e-e e salia el .otor lla.ao freno o un ina.0.etro& E:isten iferentes tipos e freno aX $ir'uli(os& ,X El+(tri(os& (X Aeroin'.i(os& Toos ellos se ,asan en e;uili,rar .eiante un .o.ento e fuer*as e:ternas .ei,les5 el .o.ento en el e-e prou(io por el .otor esta poten(ia .eia .eiante estos siste.as esta en rela(i0n a la presi0n .eia efe(ti8a5 esta presi0n .eia .ultipli(aa por la (ilinraa a el .is.o resultao e tra,a-o
!e =

Q∗ N ∗´m  ∗ nt 120000

( 2.93 )

Done ]^(alor li,erao por (i(lo WY-ZY%X5 N^ r&p&.&5 m´  =¿ flu-o .'si(o e .e*(la por (i(lo5 nt^ efi(ien(ia t+r.i(a el (i(lo& Si utili*a.os pme ;ue es la presi0n .eia efe(ti8a5 ta.,i+n en(ontra.os ;ue la poten(ia efe(ti8a esta en fun(i0n a la 8elo(ia .eia el pist0n

7

Es(uela e In%eniería Me('ni(a !e = pmeE A p E

V mp 4

( 2.94 )

D0ne A p V mp

•

 Área e la (ara superior e toos los pistones&  1elo(ia .eia el pist0n&

E;ici$=cia T%>ica & En un .otor e (o.,usti0n interna5 no se puee utili*ar el 4>>B e la ener%ía

t+r.i(a %eneraa en la (o.,usti0n e .e*(la5 e .oo ;ue solo es apro8e()ao el >B para %enerar tra,a-o .e('ni(o5 .ientras ;ue la ener%ía restante es isipaa al .eio a.,iente / ta.,i+n se e,e a su fun(iona.iento ;ue suele ser por e,a-o el r+%i.en el par .':i.o / (on una (ar%a .enor ;ue la .':i.a para e8aluar la efi(ien(ia t+r.i(a e un .otor sería ne(esario (ontar (on %r'fi(os el (onsu.o espe(ifi(o e (o.,usti,le a iferentes re%í.enes / (ar%as5 una for.a te0ri(a e (al(ularla se esti.a .eiante la si%uiente e(ua(i0n&

Bt =

´ D0ne $ 7 es la poten(ia ini(aa5 Bc

´7 $ ´ ¿ Bc Q

( 2.95 )

´¿ Q es la ener%ía %eneraa por la (o.,usti0n /

es la efi(ien(ia e la (o.,usti0n %eneral.ente esta entre e ran%o e >&H>&H

WILLAR& &X&

E;ici$=cia M$c=ica. Parte e la poten(ia ini(aa es utili*aa para e:pulsar los %ases e es(ape e inu(ir (ar%a fres(a para superar la fri((i0n entre los i8ersos .e(anis.os el .otor /



Es(uela e In%eniería Me('ni(a eli.inar otras resisten(ias pasi8as por lo tanto la efi(ien(ia .e('ni(a es la rela(i0n entre la poten(ia efe(ti8a / la poten(ia ini(aa Bm =

! e

´7 $

( 2.96 )

C!=+@>! E+$cJ;ic! /$ C!>*@+?i*l$. En un .otor el (onsu.o e (o.,usti,le se .ie por la rela(i0n el flu-o e .asa por unia e tie.po o (aual un par'.etro .'s
CFC =

ć m !e

( 2.97 )

D0ne CFC

ć m

 Consu.o espe(ifi(o e (o.,usti,le&

 Flu-o .'si(o e (o.,usti,le&

Los 8alores .'s ,a-os e (onsu.o espe(ífi(o e (o.,usti,le es e8iente.ente lo .'s eseao& Los .e-ores 8alores para .otores e en(enio por ()ispa est'n entre los 77> %ZY&) a =>%ZY)&

C@%,a+ Ca%ac?$%J+?ica+ /$l M!?!%. Son a;uellas ;ue para una eter.inaa (ar%a nos ini(an (o.o 8arían las .a%nitues físi(as en fun(i0n el n<.ero e re8olu(iones el .otor / nos a una serie e (ur8as (ara(terísti(as5 (o.o son

=


aX ,X (X X eX

Par .otor& Poten(ia efe(ti8a& Consu.o espe(ifi(o e (o.,usti,le& Presi0n .eia efe(ti8a& Reni.iento 8olu.+tri(o&

E:isten os fa.ilias e (ur8as (ara(terísti(as ;ue son Curvas a plena carga.

Las .'s representati8as son las el par .otor5 poten(ia efe(ti8a / (onsu.o espe(ifi(o e (o.,usti,le& Para este (aso5 en el ,an(o e prue,as para .otores a %asolina se a,re total.ente la .ariposa5 o en los .otores iesel se (olo(a al .':i.o la in/e((i0n e (o.,usti,le5 / ta.,i+n se a-usta la (ar%a para la 8elo(ia .íni.a5 a i()a 8elo(ia se to.an los atos ne(esarios5 nue8a.ente se a-usta la (ar%a para una nue8a 8elo(ia / repite el pro(eso )asta o,tener las (orresponientes (ur8as& Curvas a carga parcial.

Este tipo e (ur8as se reali*an para (o.pletar la infor.a(i0n so,re el fun(iona.iento el .otor& En %eneral para istintas posi(iones e a,ertura e .ariposa 0 e (arrera e ,o.,a e in/e((i0n se to.an los par'.etros .eios en la prue,a anterior5 reali*ano las %r'fi(as (orresponientes&




'.4 DEFINICIÓN DE LA TERMINOLOG0A EM#LEADA.

A@?!$=c$=/i/!: Es el en(enio espontaneo o a estie.po e la .e*(la (ar,urante (ontenia en el (ilinro el .otor&

Bala=c$ T%>ic!: Es la (onta,ilia e entraa / salia e ener%ía& D$=+i/a/ es la .eia e (u'nta .asa )a/ (ontenia en una unia e 8olu.en& Usual.ente se representa (o.o %Z. &

Cal!%: Es la transferen(ia e ener%ía entre iferentes (uerpos o iferentes *onas e un .is.o (uerpo ;ue se en(uentran a istintas te.peraturas&

Ca%*@%a/!%: Es un ispositi8o .e('ni(o ;ue reali*a la .e*(la aireZ(o.,usti,le en .otores e (o.,usti0n interna #tto5 el ,uen fun(iona.iento el .otor en su par'.etro e poten(ia epene e una ,uena propor(i0n e aireZ (o.,usti,le&

Cili=/%a/a: Es el espa(io (o.prenio en el (ilinro entre el punto .uerto inferior / el punto .uerto superior .

C!>*@+?i<=: La (o.,usti0n es una rea((i0n ;uí.i(a en la (ual %eneral.ente se esprene una %ran (antia e (alor / lu*&

E=$%Ja i=?$%=a: A ni8el .i(ros(0pi(o la Ener%ía Interna e un siste.a est' (onstituia por la ener%ía el .o8i.iento e toas las partí(ulas .i(ros(0pi(as& A ni8el .a(ros(0pi(o es a;uella ;ue epene e la te.peratura el siste.a&

E=$%Ja @J>ica: Es un aspe(to e la ener%ía interna e un (uerpo5 es la ;ue posee un (o.,usti,le5 (apa* e li,erar (alor&

K


E=$%Ja T%>ica: es la ener%ía li,eraa en for.a e (alor5 es e(ir5 pasa e un (uerpo .'s (aliente a otro ;ue presenta una te.peratura .enor&

E=$%Ja M$c=ica: Es la ener%ía ;ue se e,e a la posi(i0n / al .o8i.iento e un (uerpo5 por lo tanto5 es la su.a e las ener%ías poten(ial / (in+ti(a e un siste.a .e('ni(o&

Fl@i/!: Se entiene por fluio too (uerpo (u/as .ol+(ulas tienen entre sí po(a (o)eren(ia / to.a sie.pre la for.a el re(ipiente one est' (ontenio& Dentro e esta efini(i0n los fluios se (onsieran a la .ateria en estao lí;uio / %aseoso&

#!/$% cal!%J;ic!: Cantia e (alor esprenio al ;ue.ar por (o.pleto una unia .'si(a e %asolina e (o.,usti,le&

#!?$=cia $;$c?i,a: Es el prou(to el par .otor en el e-e el (i%Ve9al por su r+%i.en e %iro&

R$laci<= /$ c!>%$+i<=: Es un i%ito ;ue per.ite sa,er (u'nto se a (o.pri.io la .e*(la e aire(o.,usti,le en la ('.ara e (o.,usti0n&

R$;%i$%a=?$: Sustan(ia en(ar%aa e a,sor,er / (eer (alor en un siste.a e refri%era(i0n5 sin perer sus propieaes&

1i+c!+i/a/: propiea e un fluio ;ue tiene a oponerse a su flu-o (uano se le apli(a una fuer*a& Cuanto .'s resisten(ia oponen los lí;uios a fluir5 .as 8is(osia poseen

1!l@>$= /$ c!=?%!l: Es el 8olu.en ientifi(a,le /a sea fi-o o efor.a,le one se presentan tanto el flu-o e entraa (o.o el flu-o e salia&

J


CA#0TULO III MARCO METODOLÓGICO.




4.). TI#O DE IN1ESTIGACIÓN. Des(ripti8a  e:peri.ental&

4.'. DISEXO DE IN1ESTIGACIÓN.

IDENTIFICACI!N DEL PR#6LEMA

Efe(tos ;ue prou(e la utili*a(i0n e a%ua natural (o.o sustituto el refri%erante 1iston/ B en la efi(ien(ia el .otor ti(o

3USTIFICACI!N DEL PR#6LEMA

Reu((i0n e los (ostos e:(esi8os e .anteni.iento tanto en el siste.a e refri%era(i0n (o.o en el .otor5 / la ,
ANÁLISIS  SÍNTESIS

Se reali*ara prue,as e:peri.entales e .ei(i0n a la entraa / salia el raiaor para los refri%erantes antes .en(ionaos posterior.ente se esarrollaran .oelos .ate.'ti(os para 8er la influen(ia en los par'.etros

6US]UEDA DE S#LUCI#NES

Se reali*ara an'lisis t+r.i(o para los os refri%erantes5 / eter.inar la influen(ia en los par'.etros ini(aos el .otor

E1ALUACI!N DE LA S#LUCI!N

Nos ;ueare.os (on la alternati8a ;ue nos per.ita reu(ir (ostos e .anteni.iento5 / se lo%re .e-oras en el reni.iento el .otor ti(o&

H


4.4. #OBLACIÓN Y MUESTRA. 4.4.). #!*laci<=: Motores e (o.,usti0n interna e = tie.pos e en(enio por ()ispa e la (iua e C)i(la/o&

4.4.'. M@$+?%a: Motor FC e  (ilinros5 .oelo Ti(o .ar(a Dae?oo5 a9o 4HH&

4.5. PI#OTESIS. Si utili*a.os una .e*(la e A%ua / refri%erante en

la propor(i0n ae(uaa5

.e-ora.os el reni.iento / is.inui.os los (ostos e .anteni.iento el Motor Ti(o&

4.7. 1ARIABLES Y O#ERACIONALIZACIÓN. 1a%ia*l$+:

1a%ia*l$+ I=/$$=/i$=?$+

1a%ia*l$+ D$$=/i$=?$+ Calor e8a(uao por el siste.a e

A%ua Natural&

refri%era(i0n Poten(ia efe(ti8a el .otor&

Me*(la e A%ua Natural

Reni.iento efe(ti8o el .otor&

(on Refri%erante 1iston/

Consu.o e (o.,usti,le&

B&

Costos e .anteni.iento

H>


O$%aci!=aliaci<= /$ la+ 1a%ia*l$+.

H4


4..

MWTODOS

Y

TWCNICAS

DE

IN1ESTIGACIÓN. E$%i>$=?aci<=: Se )a reali*ao .ei(iones e la te.peratura el refri%erante a la entraa / salia el raiaor el .otor ti(o a plena (ar%a5 utili*ano (o.o fluios operantes es siste.a e refri%era(i0n A%ua Natural / Me*(la A%ua Natural (on Refri%erante 1iston/ B&

A=li+i+ /$ /!c@>$=?!+: 6
el para

.oelo poer

e8aluar el .otor Ti(o / al(an*ar

los

o,-eti8os

propuestos&

4.8. DESCRI#CIÓN DE INSTRUMENTOS UTILIZADOS. #%@$*a+ $$%i>$=?al$+ /$ >$/ici<= /$ ?$>$%a?@%a $= $l +i+?$>a /$ %$;%i$%aci<= /$l >!?!% Da$! >!/$l! Tic!. C!>!=$=?$+ /$l +i+?$>a. A. B!>*a /$ LJ@i/! R$;%i$%a=?$:

H7


Tipo e ,o.,a (entrifu%a& Di'.etro e tu,ería e su((i0n Z pul%& Di'.etro e tu,ería e es(ar%a Z pul%& Flu-o .'si(o J7JK&=K Y%Zs& RPM >>

B. Ra/ia/!%:

Presi0n e ali8io e la tapa >&H %Z(. 7 #rena.iento e los Tu,os 1erti(al& Tipo e aletas Serpentín& Material e las aletas Alu.inio Paso entre tu,os a lo an()o 7>&>KK..& Área total e transferen(ia e (alor =& . 7

C. T$%>!+?a?!:

Tipo a: Pallet Te.peratura a la ;ue (o.ien*a la apertura e la 8'l8ula 7[C& Te.peratura e apertura total e la 8'l8ula H[C&

D. LJ@i/! R$;%i$%a=?$: Lí;uio para raiaor triple a((i0n @1IST#N Banti(on%elante5 anti(orrosi8o5 antio:iante&

Color

1ere


4>[C

Punto e (on%ela.iento

=>[C

H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Densia

4>=& %Z. 

1is(osia

>&>>>=7J>K %Z.&s

Conu(ti8ia T+r.i(a

>&7K4 Z.[C

Coefi(iente e Transferen(ia e (alor

JK&KH4 Z. 7[C

C@a/%! 4.): %!i$/a/$+ /$ la >$cla A@a Na?@%al  1i+?!= 44. F@$=?$: .,i+?!=.c!>

A%ua natural&

Color

In(olora


4>>[C


>[C

Cloruro

7> pp.

Sulfatos

7> pp.

Dure*a

JJ&7 pp.

P$

K&&

Coefi(iente e transferen(ia e (alor

7J=&== Z. Y&

Conu(ti8ia T+r.i(a

>&KJ Z. 7[C&

C@a/%! NH4.': #%!i$/a/$+ /$l A@a Na?@%al. F@$=?$: E+$l S.A.

H=


#%!i$/a/$+

Li>i?$+

#%@$*a+ ASTM

Cloruro %rZ%al Wpp.X

7&= W=>X Ma:&

D4765D47D5D=7J

Sulfato %rZ%al Wpp.X

&H W4>>X Ma:&

D4K,5D4K5D=7J

Dure*a total %rZ%al Wpp.X

4> W4J>X Ma:

D447K,

P$

&H&>

D47H

C@a/%! NH4.4: Cali/a/ /$l a@a a%a @+! c!>! %$;%i$%a=?$. F@$=?$: Th$ Pa%?;!%/ S?$a> B!il$% I=+$c?i!= a=/ I=+@%a=c$ C!&

ENTRADA DE LIQUIDO REFRIGERANTE

DEPOSITO DE LIQUIDO REFRI.

RADIADOR

TERMOSTATO

BOMBA DE LIQUIDO REFRIGERANTE

BLOQUE DE CILINDROS

CULATA

TERMOSTATO

SALIDA DE LIQUIDO REFRIGERANTE

E. CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN.

F. DESCRI#CIÓN DEL #ROCESO E9#ERIMENTAL.

H


Ma?$%ial$+  h$%%a>i$=?a+. 3ue%o e .an%ueras Wsuperior e inferiorX d Z W7X TEE )ierro funio d Z W7X reu((iones e Z a 4Z7 W7X ter.0.etros MARS$ (on un ran%o >[C47>[C5 (aratula 75 ,ul,o7 W>X a,ra*aeras Z W4Z= %al&X Lí;uio para raiaor triple a((i0n @1IST#N W>4X sili(ona&

4.3. ANÁLISIS ESTAD0STICO E INTER#RETACIÓN DE LOS DATOS. #%!c$+! $$%i>$=?al a%a !*?$=ci<= /$ ?$>$%a?@%a+. Las prue,as e .ei(i0n e te.peratura el lí;uio refri%erante a la entraa / salia el raiaor se reali*aron en un 8e)í(ulo DAE## .oelo TIC# el a9o 4HH en (oni(iones e opera(i0n esta,le en la (iua e C)i(la/o& Se utili*0 un -ue%o e .an%ueras Wsuperior e inferiorX para 8e)í(ulo TIC#5 a las (uales se tu8o ;ue )a(er una aapta(i0n para (olo(ar un ter.0.etro W(ali,raoX en (aa una e ellas5 (on el fin e o,tener los 8alores reales e la te.peratura el fluio e tra,a-o& Pre8io a las prue,as reali*aas se )i*o una li.pie*a el siste.a e refri%era(i0n (on a%ua / eter%ente posterior.ente Se reali*0 un rena-e total el fluio el siste.a e

HK

Es(uela e In%eniería Me('ni(a refri%era(i0n5 lue%o se es.onto el raiaor para sustituir el -ue%o e .an%ueras a(oni(ionaas para la prue,a&

U?ilia=/! a@a c!>! %$;%i$%a=?$: Una 8e* .ontaa las .an%ueras (on sus respe(ti8os ter.0.etros5 se pro(ei0 a llenar el siste.a e refri%era(i0n (on a%ua natural utili*aa nor.al.ente en la .a/oría e 8e)í(ulos5 una 8e* en(enio el .otor se 8erifi(o fu%as en el siste.a5 ase%ur'nose ;ue se en(uentre presuri*ao& Posterior.ente el 8e)í(ulo se puso en opera(i0n por la (iua a plena (ar%a por un tie.po e os )oras5 lue%o se to.aron le(turas e las te.peraturas e la entraa / salia a inter8alos e  .inutos& Arro-ano (o.o resultao los si%uientes 8alores&

Etapas Motor en pro(eso e (alenta.iento Motor (aliente

Minutos >  4> 4 7> 47> 47

Te.peratura a la

Te.peratura

entraa [C 7> => J> H7 4>> 4>> 4>>

A la salia 7> => J> H7 K K K

C@a/%! NH4.5: R$+@l?a/!+ /$ la %@$*a $$%i>$=?al /$ >$/ici<= /$ ?$>$%a?@%a a la $=?%a/a  +ali/a /$l %a/ia/!% @?ilia=/! A@a Na?@%al. F@$=?$: #%!ia

U?ilia=/! LJ@i/! a%a %a/ia/!% ?%il$ acci<= 1ISTONY al 44.

HJ

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Para esta prue,a se utili*0 una .e*(la e a%ua (on refri%erante en la propor(i0n e B respe(ti8a.ente&

Etapas

Motor en pro(eso e (alenta.iento Motor (aliente

Minutos

Te.peratura a la entraa [C

Te.peratura A la salia

>  4> 4 7> 47> 47

7> K K = H> H> H>

7> K K = > > >

C@a/%! NH4.7: R$+@l?a/!+ /$ la %@$*a $$%i>$=?al /$ >$/ici<= /$ ?$>$%a?@%a a la $=?%a/a  +ali/a /$l %a/ia/!% @?ilia=/! >$cla A@a Na?@%al  1i+?!= 44. F@$=?$: #%!ia

H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Fi. NH 4.): E,!l@ci<= /$ ?$>$%a?@%a+ >$/i/a+ /$ l!+ %$;%i$%a=?$+ $= la +ali/a +ali/a /$l >!?!% Tic! Tic! $= !$%aci<=. F@$=?$: #%!ia  Ma?la* '()(.

Fi. NH 4.': E,!l@ci<= /$ ?$>$%a?@%a+ >$/i/a+ /$ l!+ %$;%i$%a=?$+ $= la $=?%a/a $=?%a/a /$l >!?!% Tic! $= $= !$%aci<=. F@$=?$: #%!ia  Ma?la* '()(.

T$>$%a?@%a >$/ia /$l %$;%i$%a=?$ $= $l %a/ia/!%: Se%! %$;%i$%a=?$ A@a Na?@%al. T m"=100−

(100−65 ) 2

T m"=82.5 G C

M$cla /$ a@a  %$;%i$%a=?$ 1i+?!= 44 T m"=90 −

(90 −80 ) 2

HH


T m"=85 G C

CA#0TULO I1

4>>


ANÁLISIS E INTER#RET INTER#RETA ACIÓN DE LOS RESULTADOS

5.). ANÁLISIS DE LOS #ARAMETROS GEOMWTRICOS DEL 1EPICULO DAEOO MOTOR TICO. 1!l@>$= ?!?al /$+laa/!: 3∗π ¿ D v c= 4

v c=

2

∗ L

3∗π ∗6.85 ∗7.2 4

v c =796.02 cm

2

1!l@>$= /$ la c>a%a /$ c!>*@+?i<=:

4>4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a v cc =

vc

( r c −1 ) 3

v cc =31.969 cm

1!l@>$= ?!?al: V T =v c + v cc V T =827.989 cm

3

1$l!ci/a/ M$/ia /$l #i+?<=: Se%
R#M

7((

)7((

'7((

47((

57((

77((

1> >+

4&7

&K

K

&=

4>&

4&7

C@a/%! 5.): 1a%iaci<= /$ la ,$l!ci/a/ >$/ia /$l i+?<= $= ;@=ci<= /$ la+ %> /$l >!?!% Tic!. F@$=?$: #%!ia.

Fl@! >+ic! /$ c!>*@+?i*l$ !% cicl!. Densia e la (ar%a e a.isi0n 10=

!0 "T 0

"a=

8314 + a

+a=28.96

4>7


10=

0.1∗28.96 ∗106 8314 ∗294

10=1.185 k2 / m

3

Masa e la .e*(la por (i(lo m ´ c =V T ∗ 1

´ c =827.989 ∗0.001185 m

´ c =0.98 2 / c7c)o m

Flu-o .'si(o e la .e*(la a >> rp.

´ m= m

´ m= m

n∗´m c 2∗60 5500∗0.98 120

´ m= 44.92 2 / s m

5.'. CALOR LIBERADO EN LA COMBUSTIÓN DEL MOTOR TICO MARCA DAEOO.

4>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a El si%uiente ('l(ulo resulta .u/  N ^ >> rp. "^  r ( ^H& Del (o.,usti,le C ^ >& $ ^ >&4= $u^ == M3Z%

•

Cantia te0ri(a e aire ne(esaria para la (o.,usti0n e 4 % e (o.,usti,le&

(

)

) 0=

1 8 C + 8 & −*c 0.23 3

) 0=

1 8 ∗0.855 + 8∗0.1465 0.23 3

(

)

) 0=14.96 k2

# ta.,i+n en .ol

L0=

(

1 C & *c + − 0.209 12 4 32

)

4>=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a L0=

(

1 0.855 0.145 + 0.209 12 4

)

L0=0.516 kmo)

•

Cantia real e aire ;ue parti(ipa en la (o.,usti0n e 4 % e (o.,usti,le para  ^ >&H&

) =, ∗) 0

) =0.9∗14.96

) =13.46 k2

# ta.,i+n en .ol L=, ∗ L0

L=0.9∗0.516

L=0.4644 kmo)

Cantia total e .e*(la fres(a  1=1 + , ∗) 0

 1=1 + 0.9∗14.96

 1=14.46 k2

1 - 1= + , ∗ L0 + c

4>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a - 1=

1 + 0.4644 114

- 1= 0.4732 kmo)

•

Cantia e (aa uno e los (o.ponentes e los prou(tos e la (o.,usti0n / su su.a asu.ieno ^>&

- C* =

0.42∗1−, ∗ L0 1 + k

- C* =

0.42 ∗1−0.9 ∗ 0.516 1+ 0.5

- C* =0.0144 kmo)

- C* =

C − - C* 12

- C* =

0.855 − 0.0144 12

2

2

- C* = 0.0568 kmo) 2

- & = k ∗ - C* - & = 0.5∗0.0144 - & = 0.0072 kmo)

- & 2 *=

& − - & 2

- & 2 *=

0.145 −0.0072 2

- & 2 *=0.0653 kmo)

4>K

Es(uela e In%eniería Me('ni(a - N =0.79∗, ∗ L0 2

- N =0.79∗0.9∗0.516 2

- N =0.3669 kmo) 2

Cantia total e los prou(tos e la (o.,usti0n M 7 - 2= 0.0144 + 0.0568 + 0.0072 + 0.0653 + 0.3669 - 2=0.5106 kmo)

El in(re.ento el 8olu.en es ∆ - = - 2− - 1

∆ - =0.5106 −0.4732

∆ - =0.0374 kmo)

Coefi(iente te0ri(o e 8aria(i0n .ole(ular +0=

- 2 - 1

+0=1.08

•

Par'.etros el pro(eso e a.isi0n aopta.os ;ue el in(re.ento e la te.peratura es e 4QC / la te.peratura e los %ases resiuales 4>> Y5 / la presi0n e los %ases resiuales >&47 MPa&

4>J

Es(uela e In%eniería Me('ni(a El (oefi(iente su.ario ;ue (onsiera la a.orti%ua(i0n e la 8elo(ia / la resisten(ia el siste.a e a.isi0n5 referio a la se((i0n e la 8'l8ula

3

2

+ 4 =3

/ la

8elo(ia e la (ar%a en la se((i0n e la 8'l8ula ω ad=90 m / s & !k = !0 = 0.1 -!a T k =T 0= 294 /

Presi0n al final e la a.isi0n 2

ω ad ∗ 10∗10−6 !a= !0 −( 3 + 4 ) 2 2

!a=0.0856 -!a

Coefi(iente e %ases resiuales T 0 + 6 T

∗ !r T r 5 r= r c ∗ ! a∗ !r 294 + 15 ∗0.12 1050 5 r= 9.3∗0.0856 −0.12

5 r= 0.052

Te.peratura al final e la a.isi0n

T a=

T 0 + 6T + 5 r ¿ T r 1 + 5 r

4>


T a=

294 + 15 + 0.052 ∗1050 1+ 0.052

T a=345.6 /

C'l(ulo el reni.iento 8olu.+tri(o rc Bv =

Bv =

∗ !a

r c −1 !0

∗T 0

T a∗( 1 + 5 r )

9.3 ∗0.0856 9.3−1 ∗294 0.1 345.6∗( 1 + 0.052 )

Bv = 0.775

•

Par'.etros el pro(eso e (o.presi0n se usara (o.o e:ponente politr0pi(o e (o.presi0n n4^4&=&

Presi0n al final e la (o.presi0n WP (X / 1

!C = !a r c

!C =0.0856 ∗9.3

1.34

!C =1.7 -!a

Te.peratura al final e la (o.presi0n WT CX

4>H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a / 1− 1

T C =T a ¿ r c

T C =345.6∗9.3

1.34−1

T C =737.7 /

#a%>$?%!+ al ;i=al /$l %!c$+! /$ c!>*@+?i<=: Coefi(iente real W`r X X - a + 5 r∗ - 1 +r = - 1 ( 1 + 5 r )

+a + 5 r +r = 1 + 5 r

+r =

1.08 + 0.052 1 + 0.052

+r =1.076

Calor no esprenio por efe(to e la (o.,usti0n in(o.pleta (uano  ˂4&

( 6 &  ) %7m=114∗106∗( 1 −, )∗ L0

( 6 &  ) %7m=114∗( 1−0.9 )∗0.516 -H

( 6 &  ) %7m=5.882 kmo) E(ua(i0n E(ua(i0n e e (o.,usti0 (o.,usti0nn para .otore .otoress e (ar,ura (ar,uraor5 or5 para  ˂4&

44>


4 8 [ & & −( 6 & )%7m ] 9 C + 5 r∗9 'c' + = +r 9 8' ' 1 + 5 r - 1 ( 1 + 5 r )

Asu.i.os un (oefi(iente e apro8e()a.iento apro8e()a.iento e (alor

4 8 =0.85

&

La ener%ía interna e 4.ol e .e*(la fres(a al final el pro(eso e (o.presi0n es 9 c =( + + C v )c∗T c

Done ( + C v ) c es el (alor espe(ifi(o e la .e*(la fres(a a la te.peratura

T c

WY3Z.olQCX& Asu.i.os ;ue el (alor espe(ífi(o e la .e*(la fres(a es i%ual al (alor espe(ífi(o el aire

Para la te.peratura

/H o T C =464.7 C (737.7 / ) el 8alor e + C v =21.672 o kmo) C

9 c =21.672 ∗464.7

9 c =10070.98

/H o

kmo) C

La ener%ía ener%ía interna interna e 4 .ol e prou( prou(tos tos e (o.,us (o.,usti0 ti0nn al final el pro(eso pro(eso e (o.,usti0n es ' '

' '

9 c =( + C v ) c∗T c

' '

Done ( + C v ) c es el (alor espe(ifi(o espe(ifi(o e los prou(tos prou(tos e la (o.,usti0n (o.,usti0n al final el pro(eso e (o.presi0n& (o.presi0n&

444 444

Es(uela e In%eniería Me('ni(a El (alor espe(ífi(o e la .e*(la es i%ual a la su.a ;ue resulta e .ultipli(ar (aa uno e los los (o.p (o.pon onen ente tess e los los pro prou( u(to toss e la (o., (o.,us usti ti0n 0n por por sus sus fra( fra((i (ion ones es 8olu.+tri(as& Para la (o.posi(i0n ;uí.i(a ele.ental el (o.,usti,le sieno  ^ >&H& r C* =0.028 r C* =0.111 2

r & = 0.014 2

r & 2 * =0.128 r N =0.719 2

∑ r =1 7

' '

+ C v =0.028∗21.674 + 0.111∗35.782 + 0.014∗20.911 + 0.128∗27.12+ 0.719∗21.354 ' '

+ C v =23.696

o La ener%ía interna e los prou(tos e la (o.,usti0n para T C =464.7 C seria

' '

9 c =23.696∗464.7

' '

9 c =11011.53

/H kmo)

Ree.pla*ano Ree.pla*ano tene.os ' '

+r 9 8 =75203.617

Enton(es

447

Es(uela e In%eniería Me('ni(a 9 8 =( + C v )∗T 8= ' '

' '

75203.617 +r

' '

9 8 =69891.84 /H / kmo)

A.itieno ;ue para la 8aria(i0n e la te.peratura la ener%ía interna 8aria lineal.ente la te.peratura seria T 8= 2380.44 GC W8er ane:oEX&

El cal!% +$ calc@la !% la +i@i$=?$ $c@aci<=:

' '

' '

Q=9 8 −9 c

Q =69891.84 −11011.53

Q=58880.31 /H / kmo)

Q =2031.06 /H / k2

´m %´ =Q∗m %´ =2031.06 ∗0.04492

%´ =91.235 /$

5.4 CONSTRUCCIÓN DEL CICLO INDICADO DEL MOTOR TICO MODELO DAEOO. V c =265.34 cm

3

V cc= 31.969 cm

3

44

Es(uela e In%eniería Me('ni(a r c =9.3

L<=72 mm

Fi. NH5.) c!=;i@%aci<= /$ la+ ,a%ia*l$+ a%a la c!=+?%@cci<= /$l cicl! /$l >!?!% F@$=?$: #%!ia

rc=

V c + V cc V c

=1+

V cc V c

=1 +

L < Lm

L< 1 + = 9.3 Lm

Lm=8!6746 mm

La= Lm + L<

La=80.674 mm

1.34

! x = ! a ( rx )

44=


ITEM

CARRERA W..X

4 7  = . . . J7

>&KJ= JH&KJ= J&KJ= JJ&KJ= . . . &KJ=

PRESI#N DE

La r x = Lm

C#MPRES& PWX

4 4&>4 4&>7 4&>H . . . H&>4

MPA >&>K >&>J >&>H >&>H . . . 4&KHH

C@a/%! NH 5.' Da?!+ calc@la/!+ a%a $l %!c$+! /$ c!>%$+i<= F@$=?$: #%!ia

Presi0n al final e la (o.,usti0n + r∗T 8 ! 8 = ∗ !c T c

! 8 =6.38 -!a

Presi0n al final e la e:pansi0n&

( )

!e = ! 8∗

1 rc

1.23

!e =0.401699

1.24

! 8x = ! 8 ( rx )

44

Es(uela e In%eniería Me('ni(a ITEM

CARRERA

PRESI#N DE EPAN&

W..X

La r x = Lm

4 7 

>&KJ= JH&KJ= J&KJ=

4 4&>4 4&>7

>&=>4KHH >&=> >&=4=

= . . . J7

JJ&KJ= . . . &KJ=

4&>H . . . H&>4

>&=74 . . . K&

PW"X MPA

C@a/%! NH5.4 Da?!+ calc@la/!+ a%a $l %!c$+! /$ $a=+i<= F@$=?$: #%!ia

Fi: NH5.' Cicl! i=/ica/! /$l >!?!% ?ic! >a%ca Da$!! /ia%a>a #"1 F@$=?$: %!ia"Ma?la*.

5.5. ANÁLIS TWRMICO DEL RADIADOR DEL 1EPICULO DAEOO.

44K


MODELO TICO. Clc@l! /$l cal!% $,ac@a/! !% %a/ia/!% /$l >!?!% Da$!! M!/$l! ?ic!. A. #a%>$?%!+ $!>?%ic!+ /$l %a/ia/!%.

Fi NH5.4: C!%?$ T%a+,$%+al /$l Ra/ia/!% M!?!% Tic!. F@$=?$: #%!ia.

Fi. NH5.5 1i+?a F%!=?al /$l Ra/ia/!% /$l M!?!% Tic!. F@$=?$: #%!ia.

C@a/%! NH5.5 #a%>$?%!+ G$!>?%ic!+ /$ E=?%a/a /$l Ra/ia/!% /$l M!?!% Da$!! M!/$l! Tic! F@$=?$: #%!ia.

A.) Á%$a /$ ;l@! li*%$ la/! %$;%i$%a=?$:

44J


Fi. NH5.7: Di>$?%!+ $?$%=! $ i=?$%=!

Fi. NH5.: %$a li*%$ /$l %$;%i$%a=?$

D$ la ?@*$%Ja /$l %a/ia/!%.

F@$=?$: #%!ia.

Lon%itu e (ir(unferen(ia WL(&X est' ao por Lc =π . ∅

Lc =π .0 .008466 m

Lc =0.0265967 m.

Área e flu-o li,re el refri%erante por tu,o A ?"T = Lc . L

A ?"T =0.0265967 m .0.3175 m

−3

A ?"T =8.4444 ∗10 m

2

Área e transferen(ia e (alor lao refri%erante el raiaor A ?L"= A ?"T N T

−3

2

A ?L"= 8.4444 ∗10 m . 36

44

Es(uela e In%eniería Me('ni(a A ?L"=0.304000 m

2

A.' Á%$a /$ ;l@! li*%$ la/! ai%$:

Fi. NH5.8: Á%$a /$ ;l@! li*%$ *a+a/! $= $l la/! $?$%=! /$l ?@*!. F@$=?$: #%!ia.

Lon%itu e (ir(unferen(ia ,asaa en el i'.etro e:terno el tu,o Lc =π . ∅ext

Lc =π .0.0094 m .

Lc =0.0295309 m .

Área e flu-o li,re lao aire por tu,o A ?aT = Lc . L pn7ta

−3

A ?aT = 0.0295309 m .1.1∗10 m .

−5

A ?aT =3.2483∗ 10 m

2

44H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Área total e flu-o li,re lao aire ,asaa en los tu,os el raiaor A ?a= A ?aT . N T ∗ N a

−5

A ?a=3.2483∗10 m

2

.36∗207

A ?a=0.21900 m

2

Área e transferen(ia e (alor por las aletas A a =2∗( La + ea )∗( a∗ N a

A a =2∗( 0.335 m + 0.0001 )∗0.0334 m∗207

2

A ta = 4.6336 m

Área e flu-o li,re total lao aire A ?La= A ?a+ A a

2

A ?La= 0.21900 m + 4.6336 m

2

2

A ?La= 4.8526 m

C@a/%! NH5.7: #a%>$?%!+ G$!>?%ic!+ Calc@la/!+ /$l Ra/ia/!% /$l M!?!% Da$!! M!/$l! Tic!.

47>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a F@$=?$: #%!ia.

B Clc@l! /$ l!+ ;l@!+ >+ic!+:

C@a/%! NH5.: #%!i$/a/$+ T$%>!;l@J/ica+  #a%>$?%!+ A/i>$=+i!=al$+ /$l R$;%i$%a=?$ A@a Na?@%al a ?$>$%a?@%a >$/ia /$ '.7HC. F@$=?$: T%a=+;$%$=cia /$ Cal!%"POLMAN.

C@a/%! NH5.8: #%!i$/a/$+ T$%>!;l@J/ica+  #a%>$?%!+ A/i>$=+i!=al$+ /$l R$;%i$%a=?$ 8 /$ A@a Na?@%al 44 /$ ,i+?!=  a ?$>$%a?@%a >$/ia /$ 37HC. F@$=?$: T%a=+;$%$=cia /$ Cal!%"POLMAN.

C@a/%! NH5.3: #%!i$/a/$+ T$%>!;l@J/ica+  #a%>$?%!+ A/i>$=+i!=al$+ /$l ai%$ a ?$>$%a?@%a %!>$/i! /$ 4(HC. F@$=?$: T%a=+;$%$=cia /$ Cal!%"POLMAN.

474

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Cantia e (alor ;ue se e,e e8a(uar al a.iente a tra8+s el siste.a e refri%era(i0n& Qre =( 8.66 V d n + 108.93 - T + 1119.74 N e −1010 V d + 2890 )/ 3412.2

Q re =( 8.66 ∗0.796∗5500 + 108.93∗52.08 + 1119.74 ∗30 −1010∗0.796 + 2890 )/ 3412.2

Qre =23 /$

B.) ;l@! >+ic! /$l ai%$: Caual 8olu.+tri(o e aire ;ue pasa por la se((i0n tras8ersal el raiaor

Q a=

Q a=

Q re

( C a 1a ∆ T a )

23 /$

(

)

1.0057 /H /2 ∗10 G C G C ∗1.1774 /2 m3

3

m Qa=1.9423 s

Flu-o .'si(o e aire ;ue pasa a tra8+s el raiaor ´ a∗ 1a m a =Q

477


3

m ma=1.9423 s

´ ∗1.1774 k2 / m 3

´ /2 / s ma=2.2869

´ /2 / < m a=8233

B.' Fl@! >+ic! /$l %$;%i$%a=?$. 9 2=

9 2=

π ∗ D 2∗n 60

π ∗0.06 ∗5500 60

9 2=17.28 m / s

C 2 =9 2−

C 2 =17.28

C 2m T2 > 2

C m − 2m 0 .1 s T2 42 G

C 2 m =C 2 ∗T2 5 G 0 0 2

Ree.pla*ano 7 en 4 tene.os

47

Es(uela e In%eniería Me('ni(a C 2 =15.75 m / s

C 2 m =1.38 m / s

Flu-o .'si(o el refri%erante para >> r&p&. m "e =( π ∗ D 2∗Bv∗ : 2∗C 2 m )

m "e =( π ∗0.06∗0.8∗0.01∗1.38 )∗987 m "e =2.02 k2 / s

B.5 Caaci/a/ ?%>ica /$l %$;%i$%a=?$ (agua natural). C "A= m "A∗Cp

2.02 /2 ∗3412 /I s C "A= /2G C

C "A= 6864.94 $ / G C

B.7 Caaci/a/ ?%>ica /$l %$;%i$%a=?$ A@a Na?@%al  1i+?!= 44.

C "V =m "V ∗Cp

47=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a C "V =

2.18 k2

<

∗2.5556 ∗1000

C "V =5571.208 $ / G c

B.7 Caaci/a/ ?%>ica /$l ai%$. C a=ma∗Cp

2.28 k2 ∗1005.7 H < C "V = /2 G C

)7do capac7dad term7ca mJn7ma C a= 2299.93 $ / G C ¿

C@a/%! NH5.6: #a%>$?%!+ /$ Fl@! Calc@la/! /$ l!+ Fl@i/!+ /$ T%a*a!. F@$=?$: #%!ia.

C. Clc@l! /$ T$>$%a?@%a+ /$ l!+ Fl@i/!+.

47

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Para eter.inar el 8alor e las te.peraturas se reali*aron .ei(iones en las .an%ueras superior e inferior el raiaor& Para el (aso el aire se utili*aron las e(ua(iones e (onser8a(i0n e la ener%ía (o.o se .uestra a (ontinua(i0n&

Fi NH 5.3 E+@$>a /$ ?$>$%a?@%a+ $= $l

>$/ici<= /$ %$;%i$%a=?$.

F@$=?$: #%!ia.

En el es;ue.a .ostrao se (onsiera (o.o te.peratura e entraa el refri%erante al raiaor5 el 8alor .eio por el ter.0.etro 45 / (o.o te.peratura e salia el refri%erante se to.a el 8alor .eio por el ter.0.etro 7& Se%
C@a/%! NH5.)(: T$>$%a?@%a+ /$ E=?%a/a  Sali/a /$l Ra/ia/!% a%a l!+ R$;%i$%a=?$+ A@a =a?@%al  la M$cla /$ A@a Na?@%al  1i+?!= al 44. F@$=?$: #%!ia

C.) ?$>$%a?@%a /$ +ali/a /$ ai%$ @?ilia=/! a@a =a?@%al c!>! %$;%i$%a=?$. T a @= =T a @ + 

( )( C m7n C c

T " @  −T a @  )

47K

Es(uela e In%eniería Me('ni(a T a @= =20 G C + 0.65 ( 1 ) ( 100 GC −20 G C )

T a @= = 72 G C

C.' ?$>$%a?@%a /$ +ali/a /$ ai%$ @?ilia=/! %$;%i$%a=?$ 1ISTONY al '7.

T a @= =T a @ + 

( )( C m7n C c

T " @  −T a @  )

T a @= =20 GC + 0.65 ( 1 ) ( 90 G C −20 G C )

T a @= = 65.5 G C

C@a/%! NH5.)): T$>$%a?@%a+ /$ $=?%a/a  +ali/a /$l ai%$ +$&= $l %$;%i$%a=?$. F@$=?$: #%!ia.

D Clc@l! /$l =&>$%! /$ %$=!l/+: D.) R$=!l/+ a%a $l %$;%i$%a=?$ a@a =a?@%al:

( ) ( ) )( ∗

"e =

(

"e =

D <

A T

0.008466 m −3

8.444∗10

m

2

.

.

m "a 

2.02 /2 / = −4

3.47 10 /2 / m=

)

"e =5840.537626

D.' R$=!l/+ a%a $l %$;%i$%a=?$ 1ISTONY '7:

47J


( )( ) )(

"e =

(

" e =

D <

A T

0.008466 m −3

8.444 ∗10 m

m "V

.

2



.

2.02 /2 / s −4

4.2785∗10

)

"e = 4743.004469

D.4 R$=!l/+ a%a $l ;l@i/! ;%i! ai%$: D < 

ℜ=



Di'.etro )ir'uli(o el 'rea trans8ersal el raiaor 2∗( L∗$ ) D & = ( L+ $ ) −3

D & =

2∗( 0.335 m∗1.6∗10 m)

( 0.335 m+ 1.6∗10−3 m ) −3

D & =3.1847∗10 m

Flu-o .'si(o por unia e 'rea = =

ma A a 2.2869 /2 / s 2

0.0601889 m

2

 =37.995 /2 / s m

Re/nols para el fluio frio aire −3

ℜ=

3.1847∗10

m∗37.995 /2 / s m −5 1.8462∗10 /2 m. s

2

ℜ= 6554.3

E Clc@l! /$l =&>$%! /$ N@++$l?: E.) N&>$%! /$ N@++$l? a%a $l %$;%i$%a=?$ a@a =a?@%al.

47

Es(uela e In%eniería Me('ni(a n

0.8

N 'd"A =0.023 ℜd !r

0.8

∗2.160.3

N "A=0.023 ¿ ( 5840.537626 )

N d"A =29.869

E.' N&>$%! /$ N@++$l? a%a $l %$;%i$%a=?$ 1ISTONY '7. 0.8

N d"V =0.023 ℜd !r

n

0.8

N d"V =0.023 ¿( 4743.0044 ) 32.4

0.3

N d"V =56.98153

F. Clc@l! /$l c!$;ici$=?$ @=i?a%i! /$ $lJc@la /$ l!+ ;l@i/!+ /$ ?%a*a!: F.) C!$;ici$=?$ @=i?a%i! /$ $lJc@la /$l %$;%i$%a=?$ a@a =a?@%al: N 'd"A =

29.869 =

< "A D < k "A

< "A∗0.008466 0.673

2

< "A=2374.44 $ / m G C

F.' C!$;ici$=?$ @=i?a%i! /$ $lJc@la /$l %$;%i$%a=?$ 1ISTONY 44:

47H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a N d"V =

56.98153 =

< "V D < k "V

< "V ∗0.008466 0.261

< "V =1756.6951

$ 2

m G C

F.4 C!$;ici$=?$ @=i?a%i! /$ $lJc@la a%a $l ;l@i/! ;%i! ai%$: Se%4H $#LMAN )alla.os la si%uiente STAT#NPRNADTL St& Pr 7Z =t ∗ !r

2 3

=0.0045 2 3

∗( 0.7 )

∗1005.7 I 2 m s /2 GC

$ 2

m G C

C@a/%! NH5.)': #a%>$?%!+ A/i>$=+i!=al$+  C!$;ici$=?$+ U=i?a%i!+ /$ #$lJc@la Calc@la/!+ /$ l!+ Fl@i/!+ /$ T%a*a!.

4>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a F@$=?$: #%!ia.

G E;ici$=cia /$ la +@$%;ici$ $?$=/i/a: n s. a=n a ( + 1− (

w=!a "!c.u#Na.

(=

4.6336 m

2

4.8526 m

2

( =0.9549

Asu.i.os una efi(ien(ia e >& para las aletas n s. a=0.8∗0.9549 + 1 −0.9549 n s. a=0.81

P E,al@aci<= /$ la+ %$+i+?$=cia+. P.) R$+i+?$=cia c!=,$c?i,a /$l %$;%i$%a=?$ @?ilia=/! a@a =a?@%al. Fa(tor e Corre((i0n e,io al ensu(ia.iento e la tu,ería ^ >&J 1 < "A∗ Ar∗0.7

1 2374.44

$ ∗0.30400 m 2∗0.7 m 2∗G C

"C"AN = 0.001923068 GC / $

P.' R$+i+?$=cia c!=,$c?i,a /$l %$;%i$%a=?$ 1ISTONY 44.

44

Es(uela e In%eniería Me('ni(a 1 < "V ∗ A r∗0.7 1 1756.6951 $

m

2

∗G C

∗0.30400 m2∗0.7

"C"V =0.0025993 G C / $

P.4 R$+i+?$=cia c!=/@c?i,a /$*i/! al >a?$%ial.

( )

r1 r2 2∗π ∗ L∗ / ln

ln

( ) 4.7 3.7

2∗π ∗0.3175 ∗36∗204 −5

"C- = 1.6328∗10 G C / $

P.5 R$+i+?$=cia c!=,$c?i,a /$*i/! al ai%$ a>*i$=?$. 1

$ 2

∗4.8526 m2∗0.81

m ∗G C

"a= 0.00114127 G C / $

I

Cal!% ?%a=+;$%i/! al a>*i$=?$. I.) Cal!% ?%a=+;$%i/! al a>*i$=?$ A@a Na?@%al. % AN = % AN =

T "−T a

∑ " 100− 20 −5

0.001923068 + 1.6328∗10

+ 0.00114127

% AN =25968.4107 $

I.' Cal!% ?%a=+;$%i/! al a>*i$=?$ 1ISTONY 44.

47

Es(uela e In%eniería Me('ni(a %V =

90 − 20 −5

0.0025993184 + 1.6328 ∗10

+ 0.00114127

%V =18632.30174 $

C@a/%! NH5.)4: Cal!% ?%a=+;$%i/! al a>*i$=?$. F@$=?$: #%!ia.

A=li+i+ cal!% $?%aJ/! !% $l +i+?$>a /$ %$;%i$%aci<= @?ilia=/! a@a =a?@%al  >$cla a@a",i+?!= 44 +$&= la+ %.>.. /$l >!?!%.

)7((

'7((

R#M 47((

T!%@$ N.>

7&>J

7&>K

7&>

7&>J

7&>J

Ca%a ?%>ica -

J&H >&JH

44&JHJ 4&4J

4&K>H 4&

4H&=4 4&H7

7& 7&7

>&

>&H4K

4&7

4&K=H

7&>7

4

7K=K&H

J>K&K

=JK=&=

=>

47

74=K&J

>>&

K=&4

=J=

77J

J

==4

J

K=

4>&

4&

7>&JJ

7&JH

7H&KH

7>&>> =&>>K

>&4>H 47

H&=>H 4K=7&J

=&4 7>>&

K&H 7J=&=4

K4K&=

H7&7

474=&H

4=&

4JK&=

K&HH &KK

4>7&>7 47&JH

4=4&=> 4>&44 4J&44=7 74&74=

777&H7 7&HK

K&47

H&7=H

#ARÁMETROS

Fl@! >+ic! /$l ai%$ /$ %$;%i$%aci<= -S Fl@! >+ic! /$l %$;%i$%a=?$ -S R$=!l/+ a%a $l a@a R$=!l/+ a%a >$cla a@a" ,i+?!= 44 R$=!l/+ a%a $l ;l@i/! ;%i!" ai%$ N@++$l? a%a $l a@a N@++$l? a%a la >$cla a@a" ,i+?!= 44 C!$;ici$=?$ @=i?a%i! /$ $lJc@la a@a C!$;ici$=?$ @=i?a%i! /$ $lJc@la a%a ,i+?!= C!$;ici$=?$ @=i?a%i! /$ $lJc@la /$l ai%$ Cal!% $?%aJ/! !% $l a@a - Cal!% $?%aJ/! !% >$cla a@a" ,i+?!= 44 -

47&7

57((

77((

4&7==

4&K7

4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a C@a/%! NH5.)5: Cal!%$+ $,ac@a/!+  =&>$%!+ a/i>$=+i!=al$+ /$l +i+?$>a /$ %$;%i$%aci<= calc@la/!+ $= ;@=ci<= /$ la+ %..>. F@$=?$: %!ia.

5.7. BALANCE TWRMICO DE MOTOR TICO MARCA DAEOO& •

U?ilia=/! c!>! %$;%i$%a=?$ a@a =a?@%al &

Fi.5.6: Bala=c$ T%>ic! /$l M!?!% Tic! U?ilia=/! A@a Na?@%al C!>! R$;%i$%a=?$. F@$=?$: #%!ia

Q 0=Q p + Qre + Q) + Qe + Q per

Q

Calor li,erao por el (o.,usti,le (¿¿ 0 ) . ¿

Q 0=91.235 /$

Calor e8a(uao por el refri%erante utili*ano a%ua natural W Qre AN X&

4=

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Qre AN =25.968 /$

Calor e8a(uao por los %ases e es(ape5 se%
Perias e (alor no in(luias en los e.'s (o.ponentes W Q per X& Q per= 6.8 /$

Calor e;ui8alente al tra,a-o efe(ti8o el .otor W Q p X utili*ano a%ua natural& Q p=22.437 /$

U?ilia=/! >$cla /$ a@a =a?@%al  %$;%i$%a=?$ 1i+?!= 44.

4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a Fi.5.)(: Bala=c$ T%>ic! /$l M!?!% Tic! U?ilia=/! >$cla A@a Na?@%al Y R$;%i$%a=?$ 1i+?!= 44. F@$=?$: #%!ia

Calor e8a(uao por el refri%erante utili*ano 1ISTONY 44. Qre V =18.632 /$ .

Calor e;ui8alente al tra,a-o efe(ti8o el .otor W Q p X utili*ano 1ISTONY 44. Q p=29.773 /$

5.. #ARÁMETROS INDICADOS DEL MOTOR TICO:

R#M

#ARAMETROS INDICADOS #!?$=cia i=/ica/a 

)7((

'7((

47((

57((

77((

7=&

=4&=KJ

&>=

J=&K=4

H4&77

#!?$=cia $;$c?i,a +$&= =&K7K H&7H7J 4&K== 4&7 77&=J *ala=c$ ?%>ic! "a@a #!?$=cia $;$c?i,a *ala=c$ J&>>H 47&H 4&== 7=&4=H 7H&JJ ?%>ic! ,i+!=44 E;ici$=cia $;$c?i,a @?ilia=/! >&4H >&77=4 >&7 >&7= >&7KJ c!>! %$;%. a@a E;ici$=cia ?%>ica @?ilia=/! >&74 >&>HK >&4JK >&7J >&7K ,i+?!= 44 C!+@>! h!%a%i! /$ 7&7 JK&J 477K&H7 4JJ&=J 4H7&> c!>*@+?i*l$ h C!=+@>! $+. /$ c!>*@+. ==>&44 K&4 =&4K &7J >& a@a -.h C!=+@>! $+. /$ c!>*@+. 7H>&K 7K=&7J 7J&K 74&7 7>&J= ,i+?!= -.h C@a/%! NH5.)7: #a%>$?%!+ i=/ica/!+ /$l >!?!% ?ic! calc@la/!+ $= ;@=ci<= /$ la+ %..>. F@$=?$: %!ia

4K


Fi. 5.)): E,!l@ci<= /$l ;l@! >+ic! /$l ai%$  %$;%i$%a=?$ $= ;@=ci<= /$ %>. F@$=?$: #%!ia"Ma?la*.

En la fi%ura =&44 se .uestra la e8olu(i0n el flu-o .'si(o en fun(i0n a las re8olu(iones el .otor& La tenen(ia e las %r'fi(as .uestra ;ue a .a/or poten(ia au.entan el flu-o e

4J

Es(uela e In%eniería Me('ni(a aire / refri%erante5 e,io a ;ue )a/ una .a/or (ar%a t+r.i(a a e8a(uar por el siste.a e refri%era(i0n para .antener las te.peraturas e opera(i0n el .otor en el ran%o ini(ao&

Fi.5.)': E,!l@ci<= /$l ;l@! >+ic! /$l ai%$  %$;%i$%a=?$ $= ;@=ci<= /$ la ca%a ?%>ica. F@$=?$: #%!ia"Ma?la*.

En la fi%ura =&47 se .uestran ;ue a .eia ;ue au.enta la (ar%a t+r.i(a5 e,io a un .a/or (onsu.o e poten(ia5 es ne(esario tener .a/ores flu-os .'si(os e aire /

4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a refri%erante (on la finalia e .antener las te.peraturas e tra,a-o W>[C a 44[C O4X5 / %aranti*ar la opera(i0n entro e los par'.etros e ise9o el .otor

Fi.5.)4 Cal!% $?%aJ/! !% l!+ %$;%i$%a=?$+ a@a =a?@%al  M$cla a@a  ,i+?!= 44 $= ;@=ci<= %>. F@$=?$: #%!ia"Ma?la*.

4H

Es(uela e In%eniería Me('ni(a En la fi%ura =&4 se .uestra ;ue utili*ano a%ua natural (o.o fluio operante en el siste.a e refri%era(i0n5 e:trae .a/or (alor ;ue la .e*(la a%ua @ 8iston/ B5 en un pro.eio e =&4 Y5 too esto a ;ue el a%ua natural posee un (oefi(iente unitario e pelí(ulas .'s ele8ao ;ue la .e*(la a%ua @ 8iston/ B&

Fi.5.)5: 1a%iaci<= /$ la !?$=cia $;$c?i,a @?ilia=/! c!>! %$;%i$%a=?$+ A@a =a?@%al  >$cla a@a  ,i+?!= 44 $= ;@=ci<= %>. F@$=?$: %!ia"Ma?la*

4=>

Es(uela e In%eniería Me('ni(a En la fi%ura =&4= se .uestra la 8aria(i0n e las poten(ias efe(ti8as5 ;ue se 8a in(re.entano e a(uero a la (ar%a el .otor se o,ser8a ;ue al utili*ar (o.o refri%erante .e*(la e a%ua @ 8iston/ B 5 o,tene.os poten(ias .'s (er(anas a los 8alores estipulaos en el (atalo%o por el fa,ri(ante& Mientras ;ue utili*ano a%ua natural (o.o refri%erante se o,tiene poten(ias por e,a-o e las e ise9o en un pro.eio e =&Y&

Fi.5.)7: 1a%iaci<= /$l c!=+@>! $+$ci;ic! /$ c!>*@+?i*l$ @?ilia=/! A@a =a?@%al  >$cla a@a  ,i+?!= 44 $= ;@=ci<= %>. F@$=?$: #%!ia"Ma?la*

4=4

Es(uela e In%eniería Me('ni(a En la fi%ura =&4& Se o,ser8a ;ue utili*ano un .is.o (o.,usti,le / (o.o fluio operante .e*(la a%ua @ 8iston/ B5 el (onsu.o espe(ifi(o e (o.,usti,le se .antiene entro el ran%o estipulao para .otores #tto W7> %ZY)  7 %ZY) O  X utili*ano a%ua (o.o refri%erante tene.os un au.ento e (onsu.o e (o.,usti,le e,io a la (antia e (alor e:traío por el siste.a e refri%era(i0n&

Fi.5.): E;ici$=cia $;$c?i,a @?ilia=/! A@a =a?@%al  >$cla a@a  ,i+?!= 44 $= ;@=ci<= %>. F@$=?$: #%!ia"Ma?la*.

4=7

Es(uela e In%eniería Me('ni(a En la fi%ura =&4K .uestra ;ue la utili*a(i0n el refri%erante a%ua @ 8iston/ B5 representa un .e-or apro8e()a.iento t+r.i(o5 a(er('nonos a los 8alores e efi(ien(ia e ise9o&

CA#0TULO 1 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

4=


7.). CONCLUSIONES: ). Para el esarrollo e este tra,a-o se utili*0 .oelos %lo,ales e transferen(ia e (alor / ter.oin'.i(a (l'si(a para el an'lisis el siste.a e refri%era(i0n5 to.ano en (uenta los 8alores reales e te.peratura el refri%erante a la entraa / salia el .otor5

así (o.o ta.,i+n se )a e.pleao la solu(i0n e las e(ua(iones

iferen(iales el (i(lo real e tra,a-o el .otor para o,tener los par'.etros pro.eios e (aa uno e los pro(esos& Estos .oelos no se e.plean para es(ri,ir los efe(tos transitorios e la transferen(ia e (alor5 e .oo ;ue se )an propuesto para e8aluar la transferen(ia e (alor en (oni(iones esta(ionarias / son por lo tanto apropiaos para si.ular el (i(lo el .otor / pree(ir las presta(iones %lo,ales el .is.o (o.o la poten(ia efe(ti8a5 el (onsu.o e (o.,usti,le5 las p+rias totales e (alor5 la (ar%a t+r.i(a el .otor o la te.peratura e los %ases e es(ape&

'. Se es(ri,i0 el siste.a e refri%era(i0n el .otor ti(o .ar(a Dae?oo / se eter.in0 los par'.etros %eo.+tri(os5 para su posterior an'lisis t+r.i(o&

4. Las iferen(ias e e:tra((i0n e (alor en el siste.a e refri%era(i0n5 utili*ano (o.o refri%erantes a%ua natural / .e*(la e a%ua natural @ 8iston/ al B es e 7& Y a ,a-as re8olu(iones / J& Y a altas re8olu(iones& Por lo ;ue se (on(lu/e ;ue la iferen(ia se 8a in(re.entano e a(uero a la 8elo(ia e %iro el .otor

5. De a(uero al an'lisis t+r.i(o reali*ao utili*ano a%ua (o.o fluio refri%erante en el .otor Ti(o .ar(a Dae?oo5 se o,tu8o ;ue el (alor e8a(uao en el siste.a e refri%era(i0n tiene un 8alor e 7&H Y W7&B e la poten(ia ini(aaX 5 a su .':i.a poten(ia5 .ientras ;ue utili*ano (o.o fluio refri%erante .e*(la e a%ua

4==

Es(uela e In%eniería Me('ni(a @ 8iston/ al B se o,tu8o 4&K Y W7>&=B e la poten(ia ini(aaX en(ontr'nose entro el ran%o W4JB7KB e la poten(ia ini(aa O 4 X se%
7. La poten(ia efe(ti8a .':i.a o,tenia se%> rp.& Mientras ;ue utili*ano (o.o fluio refri%erante .e*(la e a%ua @ 8iston/ al B se o,tiene 7H&JJ Y a >> rp.& 1alor ;ue es .u/ (er(ano al espe(ifi(ao por el fa,ri(ante W>Y a >> rp. se%
. El (onsu.o espe(ifi(o e (o.,usti,le el .otor Ti(o .ar(a Dae?oo utili*ano a%ua (o.o fluio refri%erante el siste.a e refri%era(i0n es e ==>&44 %ZY) a 4>> rp.& @ >&%ZY) a >> rp.5 asi .is.o utili*ano (o.o fluio refri%erante .es(la e a%ua @ 8iston/ al B se o,tiene 7H>&K %ZY) a 4>> rp. @ 7>&J= %ZY @) a >> rp.5 en(ontr'nose entro el ran%o re(o.enao se% %ZY)  7 %ZY) O 4J  X

8. El uso el refri%erante a%ua @ 1iston/ al B es fa8ora,le respe(to a uso el a%ua natural5 e,io al .e-or apro8e()a.iento el (alor5 o,tenieno una iferen(ia pro.eio en poten(ia e =& Y& #,tenieno par'.etros e opera(i0n (er(anos a los espe(ifi(aos se%
3. Dese el punto e 8ista e(on0.i(o se (on(lu/e ;ue el uso el refri%erante a%ua @ 1iston/ al B5 es fa8ora,le e,io a ;ue tiene un .e-or apro8e()a.iento t+r.i(o .e-orano relati8a.ente la poten(ia efe(ti8a / (onsu.o e (o.,usti,le (on respe(to al uso e a%ua (o.o refri%erante&

6. Dese el punto e 8ista a.,iental se (on(lu/e ;ue el uso e la .e*(la a%ua 1iston/ al B (o.o refri%erante5 es fa8ora,le5 e,io a ;ue se lo%ra una .e-ora relati8a el (onsu.o espe(ífi(o e (o.,usti,le respe(to al uso e a%ua (o.o refri%erante&

4=


7.' . RECOMENDACIONES. ). Se re(o.iena el uso e la .e*(la a%ua @ 1iston/ al B5 por;ue se lo%ra una .e-ora relati8a en la efi(ien(ia el .otor (on respe(to al uso el a%ua (o.o refri%erante5 por su aporte al .eio a.,iente / e(ono.ía e,io a los .enores (onsu.os e (o.,usti,le&

'. Usar .e*(la a%ua 1iston/ al B para e8itar (ostos e .anteni.iento e:(esi8os e,io a sus propieaes anti(on%elantes / anti(orrosi8as5 .antenieno en (oni(iones ae(uaas los ele.entos el siste.a e refri%era(i0n el .otor&

4. Para o,tener resultaos (on .a/or pre(isi0n se re(o.iena reali*ar estuios .ultii.ensionales e,io a ;ue su for.ula(i0n se ,asa en la (onser8a(i0n e la .asa / ener%ía en (ual;uier punto el siste.a5 en (ual;uier instante el tie.po5 en este .oelo las 8aria,les inepeniente son las (oorenaas espa(iales / el tie.po5 %o,ernaas por un siste.a e e(ua(iones iferen(iales en eri8aas par(iales& Utili*ano estos .oelos se pueen o,tener resultaos etallaos el (a.po e 8elo(iaes5 e te.peraturas / (o.posi(iones entro el (ilinro&

5. Se re(o.iena 8aliar estos resultaos .eiante el an'lisis por soft?are5 e,io a la pre(isi0n e estos / reali*ar prue,as e:peri.entales e los par'.etros ini(aos el .otor&

4=K


BIBLIOGRAF0A: O4 $E##D 3o)n 6& Internal Co.,ustion En%ine funa.entals5 7 a Ei(i0n5 M( Gra? $ill5 4H5 Unites States& O7 #SC$NI G& A& Uni8ersall/ Appli(a,le E;uation for t)e Instantaneous $eat Transfer Coeffi(ient in t)e I& C& En%ine& O 6#RMAN  NIS$IAYI Internal Co.,ustion En%ine $eat Transfer Pro%ress in Ener%/ Co.,ustion S(ien(es 4HJ& O= 6#$AC S1 Glo,al Moel for Stea/State an Transient S&I& En%ine $eat Transfer Stuies .en(ionaa en la tesis e PIEDRA$ITA Carlos O4> O Men(ionaa en la tesis O4> OK Men(ionaa en la tesis O4> OJ & M& Ya/s an A& L& Lonon5 Co.pa(t $eat E:()an%ers5 t)a eition5 4H=& O T&R& La)8i( In8esti%ation of En%ine $eat Re-e(tion A%osto 4HK5 W(itao por R#MER# PIEDRA$ITA Carlos OX& OH C&A& Mesa& T)e En%ine Coolin% S/ste. Li8onia5 =t)a eition5 4HHJ& O4> PIEDRA$ITA R#MER# Carlos / CARRAN"A SÁNC$E" a.i E8alua(i0n e la Capa(ia T+r.i(a e un Raiaor5 Uni8ersia Te(nol0%i(a e Pereira5 7>>J5 Colo.,ia& O44 R#MER#

PIEDRA$ITA

Carlos5

Contri,u(i0n

al

Cono(i.iento

el

Co.porta.iento T+r.i(o / la Gesti0n T+r.i(a e los Motores e Co.,usti0n Interna Alternati8os5 1alen(iaEspa9a5 Ma/o 7>>H& O47 3& P& $ol.an Transferen(ia e Calor a8a& Ei(i0n5 M( Gra? $ill5 4HH5 Espa9a& O4 INCR#PERA Fran5 DE IT T Da8i Funa.ento e Transferen(ia e Calor =t)a Ei(i0n5 Prenti(e $all5 4HHH5 M+:i(o& O4= RAY#P#UL#S5 CD T)e Influen(e of t)e E:)aust S/ste. Unstea/ Gas Flo? an Insulation on t)e Perfor.an(e of a Tur,o()ar%e Diesel En%ine& $eat Re(o8er/ S/ste.& WMen(ionaa en la tesis e PIEDRA$ITA Carlos O4>X&

4=J

Es(uela e In%eniería Me('ni(a O4 T#RREGR#SA A&3& Assess.ent of t)e Influen(e of t)e Different S/ste. Confi%urations on En%ine& WMen(ionaa en la tesis PIEDRA$ITA Carlos O4>X& O4K 3ARRIER L&  GENTILE D& Diesel En%ine E:peri.ent an Moelin%&

SAE

O4J M& S& 308a- Motores e Auto.o8il5Eitorial Mir5 4H75 Rusia& O4 MATAI Clauio Me('ni(a e Fluios / M';uinas $ir'uli(as5 7 a ei(i0n5 Eitorial .e:i(ana5 4H75 M+:i(o& O4H CURT# RIS# Pero& Si.ula(i0n Nu.+ri(a / Moeli*a(i0n Te0ri(a e un Ci(lo tipo #tto Irre8ersi,le&

#AGINAS EB. O7> )ttpZZ???&sa,elotoo&or%Zauto.o8ilZrefri%li;uia&)t.l O74 )ttpZZ???&sa,elotoo&or%Zauto.o8ilZrefri%li;uia&)t.l O77 )ttpZZ???&intrapperu&or%Z

4=


ANE9OS

ANE9O A. R$+@l?a/! /$ la+ %@$*a+ $$%i>$=?al$+ /$ >$/ici<= /$ ?$>$%a?@%a @?ilia=/! a@a =a?@%al c!>! %$;%i$%a=?$ /$l +i+?$>a /$ %$;%i$%aci<= /$l >!?!% Tic! >!/$l! Da$!! $= +@ cicl! /$ ?%a*a!.

Minutos Motor en

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Te.peratura a la entraa [C 77

Te.peratura A la salia 77

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pro(eso e (alenta.iento Motor (aliente

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ANE9O B: %$+@l?a/! /$ la+ %@$*a+ $$%i>$=?al$+ /$ >$/ici<= /$ ?$>$%a?@%a @?ilia=/! c!>! %$;%i$%a=?$ >$cla /$ a@a  ,i+?!= al 44 /$l +i+?$>a /$ %$;%i$%aci<= /$l >!?!% Tic! >!/$l! Da$!! $= +@ cicl! /$ ?%a*a!.

Minutos Motor en pro(eso e (alenta.iento Motor (aliente

>  4> 4 7> 47> 47

Te.peratura a la entraa [C 77 K K = H> H> H>

Te.peratura A la salia 77 K K = > > >

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ANE9O C. Ficha ?c=ica /$ ?$%><>$?%!+ Ma%ch @?ilia/!+ $= la+ %@$*a+ $$%i>$=?al$+ /$ >$/ici<= /$ ?$>$%a?@%a+ /$l %$;%i$%a=?$.

4>


44


ANE9O D.

47


Ma?$%ial ;!?!%;ic! /$l $$%i>$=?! /$ >$/ici<= /$ ?$>$%a?@%a+ /$l %$;%i$%a=?$ /$l >!?!% Tic! >!/$l! Da$!!.

F!?! NH() >a?$%ial$+ @?ilia/!+. F@$=?$: #%!ia

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4


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ANE9O E.

4


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F@$=?$: <,a K)8

'. Cal!% $+$ci;ic! >!la% >$/i! /$ l!+ a+$+ /$ c!>*@+?i<= a 1\ c?$.

4H


F@$=?$: <,a K)8.

4. Cal!% $+$ci;ic! /$ l!+ %!/@c?!+ /$ la c!>*@+?i<= $= -->!lHC.

4K>


F@$=?$: <,a K)8.

5. E=$%Ja i=?$%=a /$ l!+ %!/@c?!+ /$ la c!>*@+?i<= $= M->!l.

4K4


F@$=?$: <,a K)8.

ANE9O E.

4K7


#%!i$/a/$+ ;J+ica+ /$ al@=!+ %$;%i$%a=?$+ @?ilia/!+ $= >!?!%$+ /$ c!>*@+?i<= i=?$%=a.

4K


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#%$+$=?aci<= /$l %!/@c?! $= $l >$%ca/! /$l %$;%i$%a=?$ ,i+?!=

Color

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4>[C


=>[C

Densia

4>=& %Z. 

1is(osia

>&>>>=7J>K %Z.&s

Conu(ti8ia T+r.i(a Coefi(iente e Transferen(ia e (alor

>&7K4 Z.[C JK&KH4 Z. 7[C

F@$=?$: .,i+?!=.c!>

4K


Da?!+ /$ la+ %!i$/a/$+ ;J+ica+  /$ +$@%i/a/ /$l $?il$=lic!l @%!.

4KK


#%!i$/a/$+ ;J+ica+ /$l a@a $= ;@=ci<= /$ la ?$>$%a?@%a.

4KJ


ANE9O F. F<%>@la+ a%a $l clc@l! /$ %!i$/a/$+ ;J+ica+ /$ @=a >$cla. ). 1i+c!+i/a/: Para la .e*(la Para o,tener la 8is(osia e la .e*(la se usa la si%uiente f0r.ula

+me8c)a =

[∑

]

1 3 3

x 7∗( +7 )

D0ne +me8c)a

: es la 8is(osia e la .e*(la WY%Z.&sX&

+7

: es la 8is(osia e (aa (o.puesto&

x 7

: es la 8is(osia e (aa e (o.puesto&

'. Caaci/a/ cal<%ica: Para la .e*(la& Para o,tener la (apa(ia (al0ri(a e la .e*(la se usa la si%uiente f0r.ula

∑ Cp ∗ x

Cp - =

7

Cp -

Cp7

7

: Capa(ia (al0ri(a e la .e*(la& : Capa(ia (al0ri(a el (o.ponente i&

4K

Es(uela e In%eniería Me('ni(a x 7

: Fra((i0n .olar el (o.ponente i&

4. C!=/@c?i,i/a/ ?%>ica. Para la .e*(la& Para o,tener la (onu(ti8ia t+r.i(a e la .e*(la se usa la si%uiente f0r.ula k m =

∑ k x 7

7

D0ne k m

: Conu(ti8ia t+r.i(a e la .e*(la WZ.[YX&

k 7

: Conu(ti8ia t+r.i(a el (o.ponente i&

x 7

: Fra((i0n .olar el (o.ponente i&

5. T$>$%a?@%a /$ $*@llici<=. Para (al(ular la te.peratura e e,ulli(i0n e una .e*(la se e,e (u.plir la si%uiente i%uala N

k ∗ x =1 ∑ = 7

7

7

1

k 7

: Coefi(iente e e;uili,rio a una presi0n / te.peratura aa&

x 7

: Fra((i0n .olar el (o.puesto i&

La te.peratura 8iene a ser la 8aria,le para la (ual se (u.ple la i%uala&

4KH


7. D$=+i/a/. Est' ao por V

(¿ ¿ 2 +V 1) 1 1∗V 1 + 12∗V 2 1 - = ¿

1 1=¿

Densia e la sustan(ia 4&

1 2=¿

Densia e la sustan(ia 7&

V 1=¿

1olu.en e la .e*(la 4&

V 2=¿

1olu.en e la .e*(la 7&

4J>


ANE9O G. Da?!+ $=$%al$+ /$l >!?!% Tic! >a%ca Da$!!.

4J4

tesis analisis termofluido del sistema de refrigeración utilizando agua como sustituto del refrigerante

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