Simulación de un turboalimentador para un motor diesel

Práctica 6: SIMULACIÓN DE UN TURBOALIMENTADOR PARA UN MOTOR DIESEL

INTRODUCCIÓN

En esta práctica vamos a realizar la simulación del comportamiento de un motor que tiene acoplado un grupo turbocompresor, comparando los resultados obtenidos entre los caos en que añadamos o no un posenfriador o intercooler. Compararemos, para un mismo régimen, como se comporta el motor al ir aumentandoprogresivamente la relación de compresión. Posteriormente, elegiremos una presión de admisión dada, y hallaremos un compresor y turbina adecuados para el grupo turbocompresor.
La descripción del sistema y sus componentes es la siguiente:
- Un filtro de aire a la entrada del compresor. Con ello evitamos que entren partículas que produzcan un daño y desgaste prematuro de los álabes. En contraposición,el filtro de aire supone una cierta pérdida de carga ∆Pfiltro que, aunque pequeña, hay que tenerla en cuenta.

- El compresor centrífugo que gira solidariamente con la turbina.

- El intercooler es un intercambiador de calor aire-aire que disminuye la temperatura a la entrada del motor, y le proporciona una mayor potencia manteniendo el mismo dosado. El posenfriador genera también pérdidade carga, aunque al igual que en caso anterior es muy reducida.
- El motor , donde se produce la combustión de los gases frescos de admisión produciendo trabajo útil.

- La válvula de cortocircuito sangra parte del aire que llega a la turbina a altos regímenes. En cambio, a bajos régimen necesitamos todo el aire disponible, por lo que en ese caso la mantendremos abierta.

- La turbina estáacoplada al compresor y se mueve mediante los EGR.
- El silenciador de escape en el que también tenemos una pérdida de carga apreciable, aunque reducida.
Comenzamos a continuación a calcular las temperaturas, saltos de entalpía y el resto de parámetros pedidos y que cuantificarán las mejoras que el grupo turbocompresor ejercerá en el funcionamiento y rendimiento del motor. Con estos datospodremos calcular las gráficas pedidas.

DATOS MOTOR DIESEL (NISSAN LD23-II, 4T)

Diámetro y carrera

Relación de compresión

Datos atmosféricos

Relación de presiones deseada a plena carga Pad/Pes

Rendimiento volumétrico de entrada

Perdidas de carga:

Presión de admisión deseada

Rendimiento total a estatico compresor

Eficiencia del posenfriador

Cálculo de la temperatura desalida del turbocompresor

Cálculo de la temperatura de entrada al motor, Tad

COMPRESOR

Salto de entalpía isentrópica
Relación de compresión

Cálculo del caudal másico del motor en el punto de par máximo

MEJORAS DEL GRUPO

Calculo de la PMR con la correlación empírica:

Rendimiento mecánico sin turbo

Relación de rendimientos efectivos

El resultado dado por “mejora_útil” nosda la relación entre la potencia del motor turboalimentado y el motor de aspiración normal. A la presión de 2 atm, el motor turboalimentado tiene un 220% más de potencia que el motor de aspiración normal.
Dibujar las curvas de Wu/Wu0 en función de la presión de admisión (una decena de puntos); con/sin posenfriador.

Con el posenfriador conseguimos una mejora útil mayor, lo cual implica unamayor potencia en el motor. Esto se debe a que, con el grupo turbocompresor, comprimimos el gas y su densidad aumenta, introduciendo mayor cantidad de aire en un mismo volumen, y con ello, manteniendo un mismo dosado, también aumentaremos el gasto másico de combustible, proporcionándonos una potencia mayor. Este efecto es mayor con el uso del intercooler, ya que éste consigue reducir la temperaturade los gases comprimidos, provocando que ocupen menos espacio, aumentando aún más la densidad de los gases a la entrada y mejorando así la potencia, con un razonamiento análogo.

Expresar la relación de rendimiento efectivo y del rendimiento mecánico en función de la presión de admisión y si hay o no posenfriador. Dibujar las curvas.

Podemos observar, que el rendimiento efectivo también...