motor gasolinero

CÁLCULO TÉRMICO Y BALANCE ENERGÉTICO DEL MOTOR
Realizar el cálculo de un motor de carburador de cuatro tiempos, de aplicación automotriz, cuyas especificaciones técnicas son las siguientes:
- Potencia Efectiva: Ne = 73.5kW a 6000 RPM;
- Motor de cuatro cilindros: i = 4;
- Disposición de los cilindros: en línea;
- Sistema de Refrigeración: líquida, de tipo cerrada;
- Relación de compresión: = 14

A. CÁLCULO TÉRMICO:
En la realización del cálculo térmico para varios regímenes de velocidad comúnmente se eligen de 3 a 4 regímenes básicos. Para los motores de carburador estos regímenes son los siguientes:
1. El régimen de frecuencia mínima de rotación nmin= 600:1000 RPM, que asegura el trabajo estable del motor.
2. El régimen de máximo torque, para el cual nM= (0.4 : 0.6)nN.
3.El régimen (nominal) de máxima potencia a nN.
4. El régimen de máxima velocidad de marcha del automotor, cuando nmax = (1.05 : 1.20)nN.
Con la consideración de las recomendaciones aducidas y los datos de entrada del trabajo (nN=6000 RPM), el cálculo térmico, secuencialmente se realiza para n = 1000, 4000, 6000 y 6500 RPM.
A.1. Combustible:
Se puede emplear la gasolina de 95 octanos. Encorrespondencia con la relación de compresión dada en el trabajo =14.
La composición gravimétrica elemental y la masa molecular del combustible de este combustible:
C = 0.855; H = 0.145; Mc = 115 Kg/Kmol.
El poder calorífico inferior del combustible:
Hu = [33.91C + 125.6H – 10.89(O-S) – 2.51(9H-W)]x103 = 43930 KJ/Kg.
Donde W es la cantidad de vapores de agua contenida en los productos de lacombustión por unidad másica de combustible.
A.2. Parámetros del Fluido Operante:
Cantidad de aire teóricamente necesaria para la combustión de 1Kg de combustible:
Lo = (C/12+H/4-O/32)/0.208 = 0.516 Kmol aire/Kg comb.
Lo = (8C/3+8H-O)/0.23 = 14.957 Kg aire/Kg comb.
El coeficiente de exceso de aire se establece en base a los siguientes criterios:
En los modernos motores se instalan carburadores devarias cámaras que permiten obtener composiciones óptimas de mezcla en función de las características de velocidad del motor.
La posibilidad de empleo (para el motor calentado) de n carburador de dos cámaras con sistema de enriquecimiento y sistema de marcha en vacío permite obtener, dada una regulación correspondiente, una composición de mezcla operante tanto para máxima potencia como paramáxima economía.
La tendencia a obtener un motor lo suficientemente económico y con una mínima toxicidad de los productos de la combustión, lo cual se logra con α=0.95-0.98, permite asumir α=0.96 en los regímenes básicos y en el régimen de mínima frecuencia rotacional α=0.86.
La cantidad de mezcla carburante queda definida del siguiente modo:
; EnKmoles
Para n=1000 rpm, se tiene:M1=0.86x0.516+1/115=0.4525 Kmol mezcla carburante/Kg combustible
Para n=4000, 6000 y 6500 rpm:
M1=0.5041 Kmol mezcla carb./Kg combustible
La cantidad de los diversos componentes de los productos de la combustión para k=0.5 y para los regímenes de velocidad asumidos:
Para n=1000 rpm:





Para n=4000, 6000 y 6500 rpm:





La cantidad Total de Productos de la Combustión:

Para n=1000 rpm:
M2 =0.0512+0.02+0.0625+0.02+0.3515 = 0.4952
Para n=4000, 6000 y 6500 rpm:
M2 = 0.0655+0.0057+0.0696+0.0029+0.3923 = 0.536
A.3. Parámetros del Medio Ambiente y los Gases de Escape:
La presión y la temperatura del medio ambiente al trabajar el motor sin sobrealimentación, como en el presente caso:
Pk=Po=0.1Mpa; Tk=To=293K
La temperatura de los gases de escape, cuando el valor de la relación decompresión se mantiene constante =14 prácticamente crece linealmente al aumentar el régimen de velocidad y siendo α=cte; pero disminuye con el enriquecimiento de la mezcla.
Considerando que a n=1000 rpm; α=0.86 y en los restantes regímenes α=0.96, entonces se asume:
n
1000
4000
6000
6500
rpm
Tr
900
1025
1070
1080
°K

La presión de los gases residuales Pr debido a la expansión de las...