Problema 08

Problema 8
En un motor de dos tiempos de barrido asimétrico unidireccional, de encendido por
compresión, de seis cilindros de diámetro 900 mm, carrera 2180 mm y la longitud de la biela
es de 3850 mm., la relación de compresión geométrica es de 20:1
El diagrama de distribución es:
Apertura escape: 72º antes del PMI
Cierre escape: 47º después del PMI
Apertura admisión 60ª antes del PMI
La bomba debarrido comprime adiabaticamente el aire hasta una sobrepresión de 0,8
bares.
La presión media relativa de los gases de escape es de 0,3 bar
El motor gira 100 rpm
Deseamos trabajar con un coeficiente de admisión, con relación a la temperatura
exterior y presión de escape, de 1,7,y el rendimiento de retención es de 0,41 y el rendimiento
de barrido es de 0,97.
El dosado relativo efectivo es de 0,71.- Temperatura del aire antes de la admisión en el cilindro y potencia de la bomba de
barrido.
2.- Relación de compresión efectiva.
3.- Composición y presión en el momento de cerrarse la lumbrera de admisión si la
temperatura de los gases es 35ºc superior a la del aire en la admisión antes de realizarse el
barrido.
(Si no se ha obtenido esta respuesta a partir de este punto emplear 1.35 bar comopresión cuando se cierra la lumbrera de admisión)
4.- Presión y temperatura al final de la compresión.
5.- Volumen de combustible a inyectar por la bomba de inyección en cada cilindro en cada
ciclo.
6.- Temperatura máxima de los gases si la presión máxima es de 95 bares.
7.- Condiciones de los gases en el momento de abrirse la válvula de escape.
8.- Presión media, par, potencia y consumo teóricos.Condiciones ambientes 1000 mbar y 27ºC.
El estudio teórico realizarlo con ayuda del ciclo de aire equivalente.
Cv = 0,7168 kJ/kgºK , Cp = 1,0038 kJ/kgºK
R = 0,287 kJ/kgºK
Combustible: Med. Diesel Oil C13H28 con densidad de 0,920 kg/l y poder calorífico
de 18000 Btu/lbm

Solución:
1.- Compresión del aire atmosférico hasta las condiciones del colector de admisión mediante
la bomba de barrido.Condiciones iniciales: Pamb= 1000 mbar y Tamb=27ºC = 300ºK
Condiciones finales: Padm = 1+0.8 = 1.8 bar
Tipo de compresión: adiabatica con trasvasamiento.
Coeficiente politropico = Cp / Cv = 1.0038/0.7168 = 1.4
pV = RT
Tγ
γ
pV = cte ⇒ γ −1 = cte
p
γ
γ
1.4
Tamb
Tadm
Tadm
3001,4
= γ −1 ⇒
=
⇒ Tadm = 355º K
γ −1
100000 0.4 180000 0.4
pamb
padm

Trabajo de compresión de un kilogramo de aire atmosferico contrasvasamiento:
W = Hadm - Hatm = Cp (Tadm - Tatm) = 1.0038*55 = 55.2 kJ/kg
Calculo de la masa comprimida y trasvasada en un segundo (o sea la masa suministrada)
Masa de referencia:
.
r
m REF = nVt
ρa
r −1
Calculo de la cilindrada unitaria:
Φ2
0. 9 2
VD =
Sπ =
2.18 = 1. 3868 m 3
4
4
Calculo de la cilindrada total:

Vt= z VD = 8.3211 m3
Calculo de la densidad del aire en las condiciones dereferencia (Temperatura
ambiente y presion de escape: 1.3 bar): Es el inverso del volumen especifico en esas
condiciones:
Pref Vref = R Tref
1/Vref = 130000/287*300 = 1.5099 kg/m3
.
100
20
m REF =
* 8. 3211 * * 1. 5099 = 22 . 04 kg / s
60
19
.

.

m sum = Rs m ref = 1. 7 * 22. 04 = 37 . 47 kg / s
Potencia necesaria para la compresión en la bomba de barrido:
N = W msum = 55.07 * 37.47 = 2063.5 kW
2.-Siendoel escape mediante válvula y la admisión mediante lumbrera, la admisión debera de
ser simetrica, o sea que se cerrará 60º despues del PMI.
La relación de compresión efectiva deberá de calcularse en el momento en el que se
tapa esta lumbrera, ya que lo hace despues de cerrarse la válvula de escape y es el instante
real en el que empieza la compresión:

Calculamos la distancia desde el PMS hastaese punto.
x = L + S 2 (1 − cos α ) − L2 − ( S 2 sen α ) 2 = 3. 85 + 1. 09 (1 − cos120 ) − 3. 852 − (1. 09 sen 120 ) 2 = 1. 7525m

El volumen que queda desplazar por el émbolo cuando se cierra la lumbrera será:
Vu = VD * x / S =1.3868 * 1.7525 / 2.18 = 1.1148 m3
El volumen de la camara de compresión lo podemos calcular conociendo la cilindrada
unitaria y la relación de compresión geometrica:
vc =...