Calculo De Turboalimentadores
Páginas: 10 (2426 palabras)
Publicado: 18 de julio de 2012
Cálculos para determinar el turbocompresor para un motor.
En base a las características técnicas del motor, se procede a realizar un análisis matemático que permita establecer el turbocompresor adecuado para cualquier motor.
Ejemplo características técnicas del motor Mazda.
Considerando los valores de P1 = 70 Hp (52.199kW) de potencia real y la presión de admisión de 72,1 kPa a 2754msnm; se pueden realizar los cálculos necesarios que permitan determinar el correcto turbocompresor a usarse.
Potencia real del motor a 2754msnm es: P1=70Hp o 52.199Kw
Presión de admisión es de 72.1 Kpa.
Análisis de la relación de presión.
Esta relaciona la presión de salida de aire del turbo (P1T) con la presión de entrada de aire (P1), las unidades pueden expresarse en bar ó en psi. Laecuación queda establecida de la siguiente manera:
Donde:
PR = Relación de presión.
P1T = Presión de salida de aire del compresor (bar ó psi).
P1 = Presión de entrada de aire al compresor (bar ó psi).
La presión de salida de aire del compresor P1T según los fabricantes de turbo cargadores indican un valor constante de 0,689 bar a 0,8268 bar (10 psi a 12 psi); a este valor tenemos quesumarle la presión atmosférica a la altura sobre el nivel del mar, para nuestro caso es a 2754 msnm la presión atmosférica P es de 0,725 bar (10.51 psi).
Por restricciones causadas por el filtro de aire y los conductos de admisión la presión atmosférica sufre una depresión de 0,0689 bar (1 psi) en la presión de entrada de aire al compresor P1: Considerando la presión atmosférica como la presión deadmisión para el turbocompresor se realiza el siguiente análisis:
Ahora se hace posible encontrar el valor de PR; es importante tomar en cuenta que a la presión del turbo es necesario añadirle la presión atmosférica, debido a que los manómetros utilizados por los fabricantes en la medición de la presión del turbo no consideran la presión atmosférica, la misma que depende de la altura sobre elnivel del mar a la que se efectúe la medición, de esta manera se obtienen valores más reales de la relación de presión PR:
Determinación del flujo de aire necesario (CFM).
Este parámetro es la masa de aire que fluye a través del compresor y posteriormente pasa al motor, las unidades en las que el flujo de aire necesario puede ser expresado son en kg/seg (lb/min) o en unidades de volumen m3/seg(ft3/min); el volumen de aire se convierte en masa de aire multiplicando por la densidad del aire. De esta manera se tiene la siguiente relación:
Ne = Potencia del motor medida en el banco de pruebas en kw ó Hp.
14.7 = Relación estequiométrica aire/combustible.
Gpe = Consumo específico de combustible en kg/kwh ó lb/Hph
CFM = Constante para obtener la relación de presión y del flujo deaire necesario lb/min
El valor de Flujo de Aire Necesario es un valor necesario para la interpretación o ubicación de dicho punto en el mapa del turbo cargador indispensable para su selección, que se indicara más adelante.
Hay que tomar en cuenta que para la selección del turbocompresor, todos los turbocompresores aplicados en motores a gasolina generan alrededor de 9,5 a 10,5 Hp por cadalb/min de flujo de aire, por ejemplo un motor de 400 Hp requiere de 36 a 44 lb/min de flujo de aire.
Para obtener el flujo de aire necesario es importante considerar ciertas relaciones y transformaciones de las unidades como se indica a continuación:
Cálculo de la presión en el múltiple de admisión según la potencia (Map).
Es la presión absoluta en el múltiple de admisión y tiene relacióncon la potencia requerida del motor. Su ecuación queda dada de la siguiente manera:
CFM = 7.451 lb/min (Flujo de Aire Necesario)
n= 5300 rpm a potencia máxima
VT=1590.87cm3=97.1plg3 (Volumen o Cilindrada Total)
ɳv=0.651178 (Rendimiento volumétrico).
R = 639,6 (Constante de gases)
T1 = 1130 F = 450 C (Temperatura en el múltiple de admisión).
Una vez obtenidos todos estos parámetros es...
En base a las características técnicas del motor, se procede a realizar un análisis matemático que permita establecer el turbocompresor adecuado para cualquier motor.
Ejemplo características técnicas del motor Mazda.
Considerando los valores de P1 = 70 Hp (52.199kW) de potencia real y la presión de admisión de 72,1 kPa a 2754msnm; se pueden realizar los cálculos necesarios que permitan determinar el correcto turbocompresor a usarse.
Potencia real del motor a 2754msnm es: P1=70Hp o 52.199Kw
Presión de admisión es de 72.1 Kpa.
Análisis de la relación de presión.
Esta relaciona la presión de salida de aire del turbo (P1T) con la presión de entrada de aire (P1), las unidades pueden expresarse en bar ó en psi. Laecuación queda establecida de la siguiente manera:
Donde:
PR = Relación de presión.
P1T = Presión de salida de aire del compresor (bar ó psi).
P1 = Presión de entrada de aire al compresor (bar ó psi).
La presión de salida de aire del compresor P1T según los fabricantes de turbo cargadores indican un valor constante de 0,689 bar a 0,8268 bar (10 psi a 12 psi); a este valor tenemos quesumarle la presión atmosférica a la altura sobre el nivel del mar, para nuestro caso es a 2754 msnm la presión atmosférica P es de 0,725 bar (10.51 psi).
Por restricciones causadas por el filtro de aire y los conductos de admisión la presión atmosférica sufre una depresión de 0,0689 bar (1 psi) en la presión de entrada de aire al compresor P1: Considerando la presión atmosférica como la presión deadmisión para el turbocompresor se realiza el siguiente análisis:
Ahora se hace posible encontrar el valor de PR; es importante tomar en cuenta que a la presión del turbo es necesario añadirle la presión atmosférica, debido a que los manómetros utilizados por los fabricantes en la medición de la presión del turbo no consideran la presión atmosférica, la misma que depende de la altura sobre elnivel del mar a la que se efectúe la medición, de esta manera se obtienen valores más reales de la relación de presión PR:
Determinación del flujo de aire necesario (CFM).
Este parámetro es la masa de aire que fluye a través del compresor y posteriormente pasa al motor, las unidades en las que el flujo de aire necesario puede ser expresado son en kg/seg (lb/min) o en unidades de volumen m3/seg(ft3/min); el volumen de aire se convierte en masa de aire multiplicando por la densidad del aire. De esta manera se tiene la siguiente relación:
Ne = Potencia del motor medida en el banco de pruebas en kw ó Hp.
14.7 = Relación estequiométrica aire/combustible.
Gpe = Consumo específico de combustible en kg/kwh ó lb/Hph
CFM = Constante para obtener la relación de presión y del flujo deaire necesario lb/min
El valor de Flujo de Aire Necesario es un valor necesario para la interpretación o ubicación de dicho punto en el mapa del turbo cargador indispensable para su selección, que se indicara más adelante.
Hay que tomar en cuenta que para la selección del turbocompresor, todos los turbocompresores aplicados en motores a gasolina generan alrededor de 9,5 a 10,5 Hp por cadalb/min de flujo de aire, por ejemplo un motor de 400 Hp requiere de 36 a 44 lb/min de flujo de aire.
Para obtener el flujo de aire necesario es importante considerar ciertas relaciones y transformaciones de las unidades como se indica a continuación:
Cálculo de la presión en el múltiple de admisión según la potencia (Map).
Es la presión absoluta en el múltiple de admisión y tiene relacióncon la potencia requerida del motor. Su ecuación queda dada de la siguiente manera:
CFM = 7.451 lb/min (Flujo de Aire Necesario)
n= 5300 rpm a potencia máxima
VT=1590.87cm3=97.1plg3 (Volumen o Cilindrada Total)
ɳv=0.651178 (Rendimiento volumétrico).
R = 639,6 (Constante de gases)
T1 = 1130 F = 450 C (Temperatura en el múltiple de admisión).
Una vez obtenidos todos estos parámetros es...
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