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DISEÑO DE LOS SISTEMAS UN MOTOR TERMICO INTRODUCCIÓN. - GENERTALIDADES DE UN MOTOR DE 4 TIEMPOS El motor de cuatro tiempos es una maquina reciprocarte (dispositivo cilindro-embolo) también conocido como motor térmico de combustión interna de encendido por compresión, que funciona ajo los principios del ciclo diésel. En realidad, su funcionamiento y componentes son muy similares a los motores de combustión interna de encendido provocado (gasolina), su principal diferencia y de ella se derivan las otras, se encuentran en su ciclo operativo o de trabajo y específicamente en el proceso de adición de calor a presión constante, además estos motores queman su combustible de manera más completa al trabajar a regímenes menores, su eficiencia térmica esta alrededor de 35y 40% CICLO DIESEL IDEAL El ciclo diésel ideal para motores de encendido por compresión fue propuesto por primera vez por Rudolph Diésel en 1890. ER En estos motores, el aire de admisión entra al cilindro se comprime hasta alcanzar una temperatura superior a la de encendido (700-900°C), la combustión sucede al introducirse (inyectarse) el combustible diésel a presión al aire caliente dentro del cilindro. Aquí solo el aire se comprime durante la carrera de compresión, eliminando así el riesgo y problema del auto encendido prematuro, dando así lugar a que trabajen a relaciones de compresión más altas (12:1-24:1). el siclo diésel se desarrolla en un dispositivo cilindro – embolo , formando un sistema cerrado suponiendo además aire frio estándar
FASE 0-1 ADMISIÓN. - el aire ingresa al cilindro cuando el pistón empieza a bajar del PMS, a medida que el pistón realiza su carrera hacia PMI, ingresa más aire procurando llenar el cilindro de aire solamente. Se puede considerar como referencia una presión cercana a la atmosférica del cilindro. se puede considerar como referencias una presión cercana a la atmosférica dentro del cilindro. La muñequilla del cigüeñal gira a 180°. FASE 2-3 ADMISIÓN DE CALOR. - Es un proceso isobárico unos grados antes de q el pistón llegue al PMS en la carrera de compresión, es inyectado el combustible al cilindro, este al estar en contacto con el aire a elevada
LAS PÉRDIDAS MÁS RELACIONADAS A MOTORES DIÉSEL SON LAS SIGUIENTES:
- Perdidas en la admicion: perdidas por el vacio creado al descender el piston hacia PMI en la carrera de admisión. debido a las oposiciones al paso de fluido al cilindro ( filtro de aire. Rugosidades de ductos , válvulas). Según el régimen al que este sometido el motor el cilindro solamente se llena un 70% de la cilindrada total
- Perdidas en la compresión: en realidad el dispositivo cilindro embolo no estaa aislado térmicamente con el exterior y en la carrera de compresión se produce transferencia de calor con el exterior dejando de ser un proceso adiabático. Asi los valores de temperatura y presión logrados por el fuido son menores que los correspondientes teóricos: Treal¿ 700 K y Preal¿ 3 MPa.
- Perdidas en la explosión: ya que los valores de presión y temperatura alcanzadas en la compresión son menores a los teóricos, el fluido no se combustiona efectivamente al momento de la explosión. Es necesario adelantar el momento de inyección para lograr una buena propagación de la explosión, los valores de adelanto en motores diésel esta entre 15-20° antes del PMS.
- Perdidas en el escape: se produce un gasto de energía al expulsar los gases quemados, por las resistencias en los conductos de escape lo que afecta el rendimiento del ciclo. además, que tan solo se expulsa un +60-70% de los gases quemados.
- Una manera de reducir estas pérdidas es modificar el tiempo de apertura y cierre de las válvulas modificando el diagrama de mando del motor, además de adelantar el tiempo de inyección del diésel, así se obtiene lo que común mente se conoce como ciclo corregido.
ESPECIFICACIONES DEL MOTOR ESPECIFICACIONES MARCA Toyota MODELO 2KD-FTV POTENCIA MAXIMA 102CV (3600RPM) TORQUE MAXIMO 260Nm(1600-2400RPM) NUMERO DE CILINDROS 4 en línea NUMERO DE VALVULAS^16 TIPO DE DISTRIBUCION DOCH CILINDRADA 2494cc DIAMETRO DEL PISTON 92mm CARRERA DEL PISTON 93.8mm RELACION DE COMPRESION 18.5: ALIMENTACION Sobrealimentado INYECCION Directa, Tipo Common Rail OBJETIVOS ESPECÍFICOS Diseño de los componentes de forzaje Diseño de los componentes para la refrigeración Diseño de los componentes de potencia DESARROLLO DISEÑO DE LOS COMPONENTES DE FORZAJE VOLUMEN UNITARIO
Vcc =35.63 cc VELOCIDAD MEDIA DEL PISTON Vm = rpm ∗ 2 ∗ s 60 Velocidad del pistón a 700rpm Vm =
Vm =2.18 m / s Velocidad media del pistón a potencia máxima 3600rpm Vm =
Vm =11.25 m / s TORQUE Mm = Ne ∗ 9550 n Mm =
3600 rpm =230.83 Nm DISEÑO DE LOS COMPONENTES PARA LA REFRIGERACION Y LUBRICACION REFRIGERACION La refrigeración de los motores de combustión interna es necesaria para disminuir el calor generado por la quema de combustible en los diferentes cilindros que compone un motor de combustión interna que superan los 2000°C. la función principal es de mantener en una temperatura dentro del rango de diseño de los componentes del motor evitando de esta manera su destrucción por deformación o agarrotamiento de los componentes. Según el diseño del motor al rededor del 33% de la energía potencial del combustible se transforma en energía mecánica y el resto se transforma en calor que es necesario disipar para no poner en riesgo los componentes del motor, el sistema de refrigeración no solo debe mantener por debajo de la temperatura máxima del motor sino también mantener una temperatura optima parta el funcionamiento del mismo que pendiendo del tipo del motor esta temperatura oscila entre los 80-100°C. Si el motor trabaja por en sima de la temperatura optima se corre el riesgo de disminuir la viscosidad del aceite generando de esta manera un mayor desgaste entre las piezas por la fricción. Según el tipo de refrigeración los componentes amplían su sistema existen 2 tipos de generación que soy muy comunes en nuestro medio son: por aire y por agua por agua: por termosifón es un trabajo en el que el refrigerante no muestra resistencia a la circulación los componentes usados son los ductos en la culata y el termosifón por agua forzada es cuando el refrigerante circula por el blog la culata el radiador y la bomba que se encarga de forzar a la circulación del refrigerante en el sistema. COMPONENTES DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN RADIADOR
Quizás la pieza más conocida del sistema de refrigeración. Por lo general se encuentra en la parte frontal de los vehículos, con la finalidad de recibir directamente todo el aire mientras el vehículo se moviliza, de manera que se pueda disminuir la temperatura del refrigerante que se encuentra circulando en el interior del mismo. Es importante comprobar que el radiador no presente fugas y que funcione correctamente. Es un componente que se encuentra formado por delgadas láminas metálicas que pueden ser estropeadas fácilmente si son golpeadas, además que pueden obstruirse con el exceso de suciedad. Si se obstruye, no cumplirá con la función de disipar el calor correctamente, ocasionando un recalentamiento del motor. La calidad del líquido refrigerante también puede comprometer el funcionamiento del radiador, por lo que no solo se debe estar pendiente de su parte exterior, sino de los componentes internos. Lo conveniente es realizar una limpieza cada cierto tiempo en un taller especializado. Siempre es más económico el mantenimiento que la reparación o el cambio. LAS MANGUERAS Componentes esenciales del sistema de refrigeración. Estas se encargan de transportar el líquido refrigerante desde el motor hasta el radiador. Por lo general son elaboradas en caucho y son muy resistentes a los cambios de temperatura. Sin embargo, con el paso del tiempo suelen estropearse. Por ello siempre se debe estar pendientes y comprobar su estado estructural y si hace falta un cambio, realizarlo de inmediato, no dejarlo pasar. Ya que al reventarse uno de estos elementos se perderá el refrigerante que se dirige al motor y se ocasionará un daño y una pérdida económica mucho más alta. Por lo general las mangueras del sistema de refrigeración se elaboran para cada modelo de vehículo. BOMBA DE AGUA Un elemento de gran importancia para el sistema de refrigeración. Esta es la encargada de movilizar el agua o refrigerante por todo el sistema. E un componente que puede dañarse por diversos motivos y perder todo el contenido líquido, por ello siempre es importante estar pendiente que no se presenten fugas. De presentarlas, hay que sustituirla rápidamente. También puede suceder que la bomba de agua sea desplazada por la correa de la distribución, por lo tanto, es conveniente que cuando se realice el cambio de la correa, también se cambie la bomba de agua. Si es tirada por la correa auxiliar no debe ser cambiada, a menos que presente signos de deterioro evidente. TERMOSTATO Su importancia en el sistema de refrigeración es igualmente vital. El motor debe funcionar a una determinada temperatura, para ello el termostato se encarga que el agua o refrigerante
EL REFRIGERANTE SELECCIONADO ES: Anticongelante y refrigerante Quality Optimus Utilizado en radiadores con tapón de 15 psi. (103Kpa) en buen estado Con protección hasta -41°C al 100%(sin agua) está elaborado a base de fluidos de glicol y aditivos que evitan la oxidación, corrosión, herrumbre y depresión; además contiene otros inhibidores que proporcionan un mejor funcionamiento del sistema de enfriamiento. Instrucciones de uso Drenar completamente el líquido del radiador Paso 1: haga fluir agua limpia por el sistema dejándola salir para limpiar el sistema. Paso 2: vacíelo nuevamente cuando se asegure que el agua sale limpia.
Paso 3: agregar el anticongelante/refrigerante al sistema dependiendo a la proporción deseada. AGUA ANTICONGELANTE/ REFRIGERANTE CONGELACION EBULLICION 50% 50% -12°C +106°C 25% 75% -15°C +110°C 0% 100% -41°C +126°C LUBRICACION: El lubricante es una mezcla cientificamente balanceada entre aceites basicos y su paquete de aditivos. Para poder lubricar el motor debe tener un sistema de lubricacion. El sistema de lubricacion contempla los siguientes elementos: CARTER: estas ubic ado en la parte inferior del motor, tambien conocido como el deposisto de aceite. BOMBA DE ACEITE : es la que va a tomar el aceite del deposito y distribuira el aceite por el resto del sistema. FILTRO DE ACEITE: limpia las impuresas generadas en el sistema para que el aceite que suba un aceite completamente limpio SISTEMAS DE DISTRIBUCION: es todo lo que contempla los tubos, agujeros, ranuras. Para que el aceite que se encuentra en la parte mas baja pueda llegar a cada una de las partes en movimiento TIPO DE ACEITE A UTILIZAR La selección del lubricante see realiza apartir de esta tabla:
RENDIMIENTO MECANICO ηm = Ne ¿ ηm = 64 kW 75.02 kW
ηm = 85 % RENDIMIENTO VOLUMETRICO ηv = Rc Rc − 1
P 1
Patm T (^) amb T 1 ( 1 + γr ) ηv =
291 ° K
ηv = 112 % CONSUMO INDICADO DE COMBUSTIBLE gi = 3600 ηv ∗ ρ Pi ∗ a ∗ lo gi = 3600 1.12∗0.917 kg m 3 0.988 MPa ∗1.4∗14.52 kg gi =184. g kW ∗ h CONSUMO ESPECIFICO DE COMBUSTIBLE ¿= gi ηm
g kWh
LOS GRAFICOS OBTENIDOS DEL MOTOR: Desarrollo del diagrama P-v Con los datos obtenidos en las tablas graficamos
CONCLUCIONES Mediante el estudio del diseño de los elementos de forzaje refrigeración y de potencia se llega aganar una amplia experiencia en cuanto a los motores de combustión interna en general ya que se partió todo el cálculo para el diseño con pocos datos llegando a determinar la potencia efectiva. Los diferentes rendimientos como ser mecánico, volumétrico y también haciendo énfasis en la selección de los lubricantes a utilizar los refrigerantes aptos para los motores de combustión interna.
