CICLOS REALES DE LOS MCI

Transcripción

1 Cáp. V 5.1. INTRODUCCION.- CICLOS REALES DE LOS MCI Lo motore de combutión interna trabajan en ditinta zona y condicione de funcionamiento, a demá en ditinto regímene de funcionamiento de acuerdo al tipo de motor dede 800 hata 6000 rpm para motore a gaolina y de 800 hata 5000 rpm para motore dieel. Teniendo en cuenta lo principio de lo ciclo ideale de lo MCI, determinar parámetro termodinámico de lo diferente proceo e rápido y encillo, que ignoran la influencia de mucha variable importante que lo ciclo ideale no conideran. Lo ciclo reale de lo MCI, e implementaran definicione termodinámico má precia, que formaran parte del análii, dicuión de cada uno de lo proceo, de manera real de funcionamiento de un MCI, de manera coherente en la aproximacione de lo parámetro termodinámico. En lo motore encendido por chipa el proceo de formación de la mezcla de aire combutible, comienza anticipadamente en el proceo de admiión, lo cual en el proceo de admiión e produce una caída de preión, lo que ignifica que la preión atmoférica no e contante en ete proceo, debido a la hidrodinámica. La utancia de trabajo en el SCP de un MCI, pue en realidad e una mezcla de utancia gaeoa comportándoe como gae reale que la contitución molecular va ufriendo cíclicamente cambio en u contitución: Combutible + Aire Gae de Combutión Al er el aire como una utancia de trabajo predominante en la combutión y al analizar la propiedade térmica del aire, e puede ver que toda eta tienen un comportamiento global uficientemente próximo a la del aire en u comportamiento como ga real, lo que ignifica que la propiedade térmica Cp, Cv, K y R variaran en función a la temperatura a lo largo de lo proceo. Lo proceo de compreión y expanión, realizan continuamente intercambio de calor a travé de la parede del SCP, por conecuencia dejaran de er proceo ientrópico, paaran a er reajutado a proceo politrópico. Página 1

2 Son conideracione báica en el preente capitulo a etudiar PROCESO DE ADMISION.- Para dearrollar un ciclo de trabajo lo motore a gaolina, lo proceo de admiión y ecape etán vinculado entre í, debido a la expulión de lo gae quemado producto de la combutión, al ingrear la mezcla de carga freca que e admite en el cilindro, a conecuencia de aquello eto proceo van relacionado, porque de ello dependerá la calidad con que limpia en el SCP al er admitido la carga de freca admitida en el cilindro, de eta manera el proceo de admiión debe er analizado tomando en cuenta eta conideracione que caracterizan el proceo de ecape, examinado todo el complejo de fenómeno que e refieren al proceo de intercambio de gae en conjunto, e neceario analizar lo iguiente parámetro a coniderar en el proceo de admiión. En lo diagrama de la fae de ditribución de lo gae, en lo diagrama indicado lo intante de adelanto a la apertura de la válvula de admiión, el retrao al cierre de la válvula de ecape, etán en función al ángulo de rotación del cigüeñal y de la carrera del pitón, lo cual hace que influya en la alimentación del motor. La diminución de la preión en el itema de admiión y en el cilindro depende del régimen de velocidad del motor, de la reitencia hidráulica en todo lo elemento del itema, del área de eccione de pao por donde e deplaza la carga freca y de u denidad, depué de abrir la válvula de admiión, e produce la caída de preión, donde la preión de alimentación en el cilindro reulta menor que la preión atmoférica p p o ea que p. k atm ' k p 1 La exitencia de cierta cantidad de gae reiduale (mr) que e quedan en la cámara de combutión (Vc) producto de la combutión al no er expulado completamente lo gae quemado, caua el efecto de calentamiento obre la carga de admiión que e ejercen en la parede del SCP en conecuencia diminuye la denidad de la maa de carga freca admitida en el cilindro. El efecto de la inercia en el deplazamiento de la carga freca a travé del itema de admiión hata llegar al SCP, a conecuencia de eto factore e harán difícil el llenado completo de la mezcla de aire combutible cilindro durante el proceo de admiión CARACTERÍSTICAS DE LA PRESIÓN DEL PROCESO DE ADMISIÓN.- Página 2

3 La exitencia de cierta reitencia en el proceo de admiión conduce a que la cantidad de carga freca admitida en el cilindro, diminuye debido al decrecimiento de la denidad de la carga, la influencia de la perdida hidráulica obre el llenado, e tendría que analizar el uo de la teoría hidráulica (Utilizando la ecuación de Bernoulli) aplicada a la caracterítica de ete itema p 0 FILTRO INYEC Va Ve p' 1 MCI W Po p' p po p 1 ' 1 p po p' 1 En término generale la preión atmoférica erá igual a la preión de alimentación del cilindro. Para poder determinar lo cálculo con exactitud la caída de preión en la admiión, exite una tabla de la caída de preión que e puede etimar en función a márgene etablecido a partir de eta tabla tomando en cuenta la caracterítica de lo motore. p 1' do válvula p 1' cuatro válvula Motor Gaolina Atm MG (0,8 0,87)pk (0,86 0,93)pk Motor Dieel Atm MD (0,8 0,85)pk (0,86 0,9)pk La caída de preión en el itema de admiión erá un factor que diminuirá la cantidad de carga freca admitida, con la conecuente diminución de potencia dearrollada por lo MCI. El objetivo tecnológico e de optimizar el proceo de admiión, que eto ignifica que la parede deberán er má liza y optimización geométrica del múltiple de admiión para diminuir la magnitud de la reitencia hidráulica del itema, incremento de la eccione crítica de la admiión a travé de lo itema multiválvulare de admiión. Página 3

4 TEMPERATURAS CARACTERISTICAS En condicione reale de funcionamiento e evidente que la temperatura de la carga freca al final de la admiión no erá la mima que de la alimentación, para evaluar eta temperatura final e tendrá que tomar en cuenta lo iguiente pao: o Calentamiento de la carga ante del ingreo al cilindro (Th).- Debido a que la parede de lo ducto de admiión etán caliente, eta aportaran calor a la carga freca incrementando u temperatura en: T ThTk K De acuerdo a la forma de admiión e tienen lo iguiente parámetro para etimar la temperatura de la carga freca hata ante de u ingreo al cilindro (Th) Motore de gaolina atmoférico To FILTRO INYEC Va Th Ve MCI W Calentamiento de la carga de admiión ante del ingreo a lo cilindro de un MCI gaolina. o Motore dieel atmoférico T ThTo K Donde T K Página 4

5 To FILTRO Va Th Ve MCI W Calentamiento de la carga de admiión ante del ingreo a lo cilindro de un MCI Dieel. T ThTo K Donde T K CALENTAMIENTO FINAL DE LA CARGA DE ADMISIÓN AL INGRESAR AL SCP Debido a lo gae reiduale caliente que e quedan en la cámara de combutión, parede interiore caliente del SCP, la carga freca al ingrear al cilindro ufrirá un incremento adicional importante de temperatura, para poder calcular ete calentamiento final de la carga de admiión, e tiene que etablecer márgene aproximativo de cierto parámetro caracterítico de la admiión baado en el eguimiento experimental del funcionamiento de lo MCI o Coeficiente de lo gae reiduale (µ) El coeficiente de lo gae reiduale e igual al cociente entre la maa de lo gae reiduale y la maa de la carga freca admitida: mr Mh; Th Va Ve mh Se pueden aumir lo iguiente valore caracterítico. o o µ=0,06...0,1 MG4T µ=0,03...0,06 MD4T Preión del ga reidual (pr) pr (1,1... 1,25 )Pk Donde pk=po Temperatura de lo gae reiduale (Tr) mr A Tr PMS PMI Página 5

6 Tr K Donde para MG4T Tr K Donde para MD4T En función a lo valore propueto e podrá definir la temperatura de la maa gaeoa contenida en un cilindro al final de la admiión (T 1) e tendrá: Th. Tr T1' K 1 Por lo tanto lo diagrama termodinámico para el proceo de admiión de lo diferente itema de admiión erán: p T po p 1 po=pk para MCI ATMOSFERICOS T 1 To 0 1' po=pk 0 1' p O 1 Calentamiento y caída de preión de la carga freca de admiión Vc Vc vh V 1=Vh+Vc v PMS PMI P roceo de admiión para el ciclo real en Diagrama de Preión Temperatura ANÁLISIS DE LAS MASAS CARACTERÍSTICAS Pue debido a la inercia de lo gae y la alta velocidade de deplazamiento del pitón en la admiión y expulión, el llenado volumétrico del cilindro con la carga freca no e logra hacer de forma completa eto ignifica que el volumen real llenado con carga freca e menor que el volumen de la cilindrada. Para evaluar el rendimiento volumétrico e: Vreal nv Vh 1 Página 6

7 A partir de eta relación e logra dearrollar una formula ma explicita con factore caracterítico de la admiión: nv ( r k 1.rk.p'1. Tk 1)pk(Th. Tr ) Eta fórmula eta dearrollado de forma general tanto para MCI de 2 4 tiempo, para un motor de 4 tiempo e puede exprear de la iguiente forma: nv Tk r Th( rk 1) k p'1 pr pk pk Donde: k denota la condicione caracterítica de alimentación tanto de preión y temperatura μ 1 = Coeficiente de Recarga ,08 μ =Coeficiente de oplado: 1 para MCI atmoférico Con la definición de ete rendimiento e tiene herramienta necearia para que la relacione ideale de maa gaeoa dearrollada puedan reajutare a: Maa de carga freca admitida: pk* nv* vh mh R* Tk Relación maa gaeoa total contenida en el SCP al final de la admiión Kg pk*(vc nv* vh ) m Kg R* Tk Relación Flujo máico de maa de carga freca admitida. pk=po MCI atmoférico mh 5.3. PROCESO DE COMPRESIÓN.- nv* Vh* pk* n* i 30* NTM* R* Tk El proceo de compreión la propiedade de temperatura y la preión de compreión e elevan, en término reale eto proceo de compreión ientropico paan a er reajutado a proceo politropico, porque contantemente van intercambiando calor a travé de la parede del SCP. Kg / Página 7

8 p2 p 2 T p2 p 1 pv n 1 Cte p 1 W 1 2 1' V2=Vc V 1=Vh+Vc v Vc vh PMS PMI DIAGRAMA DE p-v y T-S PROCESO DE COMPRESIÓN POLITROPICA n1 n pv n1 Cte p' V p V Cte Se tiene la iguiente relación : p n1 n11 p' r K T T' r K 2 1 k 2 1 k La relacione anteriore on la convencionale p2v2 p' 1V 1 n1 1 w1 2 En el proceo de compreión el exponente politrópico de la compreión varía de acuerdo al eguimiento experimental del funcionamiento del motor, dicho valore uelen er: n1 Motore gaolina 1,3 1,37 Motore dieel 1,3 1,4 Lo valore del exponente politrópico, on valore promedio Etándar, eto valore varían a lo largo del proceo de la compreión, que depende de la frecuencia de rotación del motor y el etado de etanqueidad del SCP. Eto ignifica que mientra má lento ea el proceo de compreión mayor tiempo para el intercambio de calor, por lo tanto diminuirán lo valore de n1 donde e podrá determinar por la relación: 110 n1 1,41 n J Página 8

9 La potencia en lo MCI e un factor muy importante que podrá dearrollar un determinado motor? Pero para conolidar la conciencia plena de que la bae termodinámica de un MCI e el elabón principal en relación exitente entre u dimenione y la generación de potencia: Se ha vito neceario que a partir del tamaño del motor implícitamente el trabajo dearrollado que etá en función a la cilindrada (Vh) eto ignifica de que el diámetro y la carrera etá involucrada. El itema de admiión que on independiente, en un MCI etá en función al itema de alimentación, que pueden er motore atmoférico, obrealimentado, intercooler, tanto motore gaolina, Dieel, la rpm del motor PROCESO DE COMBUSTIÓN.- Debido a que el aire e predominante en la maa de la carga contenida en el SCP, y que lo gae reultante de la combutión tienen propiedade imilare a la del aire, eto lleva a la deciión de que toda la propiedade térmica del aire comportándoe como ga real eto varían de acuerdo a la temperatura de acuerdo a la tabla de la variación de lo calore epecífico del aire. CALOR ESPECIFICO [KJ/Kg ºk] Cp Cv TEMPERATURA ºK La variacione de la propiedade de Cp, Cv, k, del aire e evaluaran a travé de eto gráfico. Página 9

10 γ = Cp / Cv [KJ/Kg ºk] k TEMPERATURA ºK COMBUSTIÓN PARA EL CICLO OTTO.- La combutión en el ciclo Otto, el proceo de combutión e a volumen contante, de acuerdo al calor generado por la combutión en un motor de gaolina, debido a la caracterítica de la mezcla Aire + Combutible pobre, trae como conecuencia la combutión parcial de la gaolina eto ignifica que la combutión en lo motore a gaolina no e completa, exite un coeficiente de Rendimiento por la combutión incompleta en lo MCI de gaolina, eto e igual a: q 2 3 cmchu ηc= 0,85...0,95 Rendimiento por la combutión incompleta en lo MCI de gaolina. HU = 44x10 6 J/Kg poder calorífico del combutible. Entonce la expreión para determinar el calor generado en la combutión erá: J m.cv.(t T ) q23 c.mc.hu 3 2 De donde: Página 10 J c.mc.hu p2 2 T K T. N / T3 2 m.cv p m T2 w 2 3 Para determinar la maa del combutible e tomara en cuenta la relación de aire combutible real que etá en función al defecto del aire, tal como: R r kga kgc Donde 0, ; 15 a / c. a / c / r a / c Lamba e el defecto del aire, que a conecuencia de la alimentación de lo motore, a demá de acuerdo a la frecuencia de giro del motor ete defecto de aire varía de acuerdo al funcionamiento del motor, e conidera como el exceo de aire

11 conocido como mezcla pobre; poca cantidad de aire o defecto de aire conocido como la mezcla rica, de acuerdo a la tecnología lo coche moderno que llevan lo itema de inyección electrónica tienden a funcionar con mezcla poco rica en combutible por la economía del combutible cada vez má completo, con meno cantidad de emiione de monóxido de carbono. En un motor de gaolina la carga freca etá contituida por aire má gaolina o ea: mh=ma+mc Entonce para determinar la maa del combutible e utilizara la iguiente expreión: mh mc kg R 1 a / c La temperatura promedio etimada entre T2 y T3 etará en función al cálculo dearrollado del motor a gaolina PROCESO DE COMBUSTIÓN PARA EL CICLO DIESEL.- Ete ciclo e el mejor que e adecua a lo motore dieel actuale, donde la combutión e dearrolla en do fae, donde la primera fae e dearrolla rápidamente, dando lugar a un proceo muy imilar al de volumen contante, luego la egunda fae e deacelera generando a i la fae final de combutión a preión contante entonce tendremo: 3 2 V V p.p N / 3 2 m T. K 3 2 m T3 2 Donde α = 1,4...1,8 Eto valore de alfa correponden a lo motore con cámara de combutión imple α = 1,4...1,8. Para motore con cámara eparada, normalmente el valor de alfa e uara valore de α = 1,6...1,8 Para determinar la temperatura T4 mc.hu m Cv.(T3 T2 ) cp.(t4 T3 Donde la maa del combutible en un motor dieel eta en relación directa con la cantidad de aire admitida en el SCP, pue la carga admitida etá enteramente contituida por aire, por lo tanto la maa del combutible erá: mc mh R a / c kg ) Página 11

12 Como el motor dieel funciona enteramente con exceo de aire e tendrá que: R.r kga / kgc a / c a / c 1,3... 1,4 y ra / c 16 Debido al exceo del aire con que trabajan eto motore diminuye la combutión incompleta, dada eta condicione favorable para la combutión no e tomara en cuenta el coeficiente de la combutión en lo motore dieel. V T4 m T3 V p.(v V ) J 5.5. PROCESO DE EXPANSION w El proceo de expanión e ajutado también a un proceo politrópico, cuyo exponente politrópico erá denotado por n2 donde lo valore caracterítico erán: n2 Motore gaolina 1,23 1,3 Motore dieel 1,18 1,28 Exponente politrópico para la expanión Lo valore del exponente politrópico on valore promedio etándar, de acuerdo a lo análii ete exponente también dependerá de la caracterítica de la frecuencia de rotación y el etado de la etanqueidad de lo MCI e plantea la iguiente relación: n ,18 n PROCESO DE EXPANSION DEL CICLO OTTO La relacione que e aplicara para determinar parámetro termodinámico erán: Página 12

13 p3 p 3 T p3 p4 3 pv n 2 Cte W p4 4 4 V3=Vc V4=Vh+Vc v Vc vh PMS Relacione fundamentale: p V N / m n2 rk rk. Vh Vc Vh m r 1 PMI DIAGRAMA DE p-v y T-S PROCESO DE EXPANSIÓN POLITROPICA k 3 V4 donde : rk V 1n2 p T T.r K 4 3 k PROCESO DE EXPANSION DEL CICLO DUAL La relacione convencionale on: V 3 5 V1 Vc Vh m p n2 V4 2 5 p4. N / m V5 n V V 4 T T. K 5.6. PROCESO DE CALOR RECHAZADO 3 p4 V. 4 p3 V. 1 n2 3 w3 4 p5 V. 5 p4 V. 1 n2 4 w4 5 El rechazo de calor en ete ciclo limite coniderándola volumen contante, la relacione que evaluaran ete calor erán: q m.cv.(t 1' T4 ) 4 1 ' J _ Otto q 5 J m.cv.(t 1' T ) Dieel Dual 5 1 ' Donde el Cv e evaluara mediante la tabla con la temperatura promedio del proceo. J J Página 13

14 5.7. PARAMETROS TEORICOS.- El trabajo total generado por lo ciclo limite para MCI de gaolina y dieel, a pear de que lo ajute planteado erán: w w w J Otto w w w w J Dieel w 1' 2 34 w 1' PARÁMETROS TEÓRICOS DERIVADOS DEL CICLO REAL Sobre la bae del trabajo teórico límite, por u caracterítica de mejorada aproximación al trabajo real generado por un MCI, e puede ratificar, conolidar y dearrollar concepto má precio de eto motore como on la preión media, potencia y par motor. La preión media limite teórica e: w 2 pm N / m vh La potencia teórica limite dearrollad por el motor e: P w.n.i Kw La potencia e el parámetro cualitativo má caracterítico de la entrega energética de un motor, a demá el dato de la potencia empaqueta en un olo valor la caracterítica de velocidad y fuerza del motor, eto motore etán en función a parámetro muy importante como la frecuencia de giro del motor, en número de cilindro del motor, de ello dependerá el nivel energético de la potencia. El par motor va ligada al origen térmico de la energía en un MCI, e el torque generado en el mecanimo de la biela cigüeñal por acción de la preión de lo gae quemado, como reultado la fuerza de accionamiento del itema, cuya acción e la generación de un movimiento rotatorio a partir del deplazamiento lineal alternativo del pitón. El par motor en un MCI. E: S Ft P n M M Nm Donde: pm =preión media limite Vh = volumen del cilindro w = trabajo teórico limite P = potencia teórico limite n = Frecuencia de giro de un MCI. (r.pm.) i = N de cilindro del motor Donde: M = Par motor teórico limite P = potencia teórico limite n = Frecuencia de giro de un MCI. (r.pm.) 5.8. RENDIMIENTOS RENDIMIENTO TERMICO TEORICO (η).- Página 14

15 Se refiere a la razón entre el trabajo total generado por el ciclo teórico límite y la cantidad de calor que dearrollara todo el combutible admitido: W mc.hu El rendimiento térmico entre lo motore dieel y gaolina e la bae conceptual fundamental del porque energéticamente lo motore dieel on má eficiente, e por el aprovechamiento de ete recuro tan etratégico, eto ignifica que exite una diferencia entre lo ciclo Otto y Dual: η(dual ) > η(otto) RENDIMIENTO INDICADO (ηi).- Donde: w = trabajo indicado limite mc = maa del combutible HU = Poder calorífico del combutible En la generación del trabajo y al atravear la frontera SCP, exiten factore epecífico de irreveribilidad energética de la iguiente manera: a) Lo gae reale tiene vicoidade que dan origen a pérdida energética por fricción interna en lo gae y también por fricción a la parede del cilindro. b) La maa gaeoa varia a lo largo del ciclo, pue el SCP no e totalmente hermético. c) La pedida de calor del SCP por la intenidad térmica del proceo de combutión. d) Adelanto y retrao en la apertura y cierre de la válvula de admiión y ecape. e) Grado de adelanto de encendido. f) Lo proceo de admiión y expulión conumen energía Todo eto factore de irreveribilidad, e que a la alida del SCP, el trabajo ufre una diminución eto da origen a la expreión de rendimiento: i wi w wi i.w Pi P pmi pm wi.n.i Pi kw Donde: ηi = Rendimiento indicado( 0,85...0,96) wi = Trabajo indicado Pi = Potencia indicada pmi = Preión media indicada RENDIMIENTO MECANICO (ηm).- Página 15

16 Entre la anilla, el bulón del pitón, el volante eto elemento mecánico aborben energía por rozamiento, degenerándola el calor perdido, eto da lugar a la definición del Trabajo Efectivo, que e la energía mecánica, entonce el rendimiento mecánico erá: Wef m wi Pef Pi pmef pmi Wef.n.i Pef kw Wef m. wi Donde: ηm = Rendimiento mecánico Wef = Trabajo efectivo Pef = Potencia efectiva pmef = Preión media Efectiva Lo rendimiento mecánico en lo motore de combutión interna varían tienen caracterítica diferente entre lo motore gaolina y dieel entonce erán: RENDIMIENTO EFECTIVO (ηef).- ηm Motore gaolina 0,8...0,9 Motore dieel 0,75...0,85 También de nominado rendimiento total o rendimiento útil e el que evalúa la diferencia total energética entre el trabajo, mecánico recogido en el volante del MCI y la energía térmica total que dearrollara todo el combutible admitido. Wef ef ef. i. m mc.hu 5.9. PARÁMETROS DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE.- En la actualidad la generación de potencia eta debido a la exigencia de optimización energética del combutible, a demá la evaluación del conumo de combutible de un MCI, entonce exiten relacione que pueden aplicare fundamentalmente obre lo dato de la iguiente expreión: k. v bef gr R.pmef Donde: a c / kw.hr bef = Conumo epecifico de combutible pmef = Preión media efectiva Para motore gaolina e tiene la iguiente modificación: Página 16

17 bef k. v ( R 1).pmef a c gr / kw.hr Tipo de MCI Bef(gr/kw.hr) λ Motor gaolina ,8-0,9 Motor Dieel Turimo ,3-1,5 Motor Dieel Máq ,5-1,6 peado Valore conumo epecífico de combutible El conumo horario de combutible: bef.pef B 1000 kg / hr Donde: bef = Conumo epecifico de combutible(gr/kw.hr) Pef = Potencia efectiva (Kw.) B = Conumo horario de combutible HU = Poder calorífico del combutible A partir de eta relación e plantea el rendimiento efectivo: Pef.3600 ef B.HU Página 17

18 Cáp. VI 6.1. INTRODUCCION MOTORES SOBREALIMENTADOS LA SOBREALIMENTACION EN LOS MOTORES A GASOLINA En lo motore a gaolina, la obrealimentación, preenta alguno problema, producto de la combutión debido al aumento de cierta preión de compreión, que puede ocaionar problema de picado, como también pueda combutionare por autoencendido o por detonación, on problema que acarrean, eto problema on debido a una erie de factore que implican en la obrealimentación: E debido al aumento de temperatura que ufre la mezcla de airecombutible dentro del SCP (itema cilindro pitón), en la carrera de compreión del motor que erá tanto mayor cuanto mayor ea el volumen de mezcla (preciamente e lo que provoca la obrealimentación). La olución para ete problema conite en reducir la relación de compreión por debajo de 10:1 con el fin de que no aumente demaiado la preión y con ello la temperatura de la mezcla que puede provocar el autoencendido o la detonación. Lo motore a gaolina preenta el aumento de la carga térmica y mecánica, debido a que la preione durante el ciclo de trabajo en un motor obrealimentado on mayore, eto e traduce en uno efuerzo mecánico y térmico por parte del motor que hay que tener en cuenta a la hora de u dieño y contrucción, reforzando la parte mecánica má poible al degate y mejorando la refrigeración del motor. La variación en el diagrama de ditribución. Aí para un motor obrealimentado, cuanto mayor ea el AEE (avance a la apertura de la válvula de ecape) tanto mejor erá el funcionamiento del obrealimentador. También la regulación al avance del encendido debe de er mucho má precio en un motor obrealimentado, por eo e hace neceario un motor encendido in ruptor, por lo que e mejor el uo de encendido tranitorizado o electrónico. Ademá de todo ello, la obrealimentación en lo motore a gaolina también e debe tener en cuenta lo iguiente factore caracterítico tale como: La bomba de gaolina debe er de mayor caudal y preión (por lo que e opta generalmente por bomba eléctrica). Página 18

19 Que en el itema de admiión de aire e intale un buen filtrado y que ete perfectamente etanco. A fin de optimizar el llenado del cilindro, e precia de un dipoitivo llamado (intercooler) que tiene la finalidad de enfriar el aire que va ingrear debido por el itema de obrealimentación. La contaminación que provocan lo motore turboalimentado de gaolina e comparable a la de un motor atmoférico aunque lo óxido de nitrógeno on má importante debido a la mayore temperatura. LA SOBREALIMENTACIÓN EN LOS MOTORES DIESEL En el cao de lo motore Dieel, la obrealimentación no e una caua de problema ino todo lo contrario, e beneficioo para un rendimiento óptimo del motor. El hecho de utilizar olamente aire en el proceo de compreión y no introducir el combutible hata el momento final de la carrera compreión, no puede crear problema de "picado" en el motor. Al introducir un exceo de aire en el cilindro aumenta la compreión, lo que facilita el encendido y el quemado completo del combutible inyectado, lo que e traduce en un aumento de potencia del motor. Por otro lado la mayor preión de entrada de aire favorece la expulión de lo gae de ecape y el llenado del cilindro con aire freco, con lo que e conigue un aumento del rendimiento volumétrico o lo que e lo mimo el motor "repira mejor". No hay que olvidar que todo el aire que entra en el cilindro del motor Dieel hay que comprimirlo, cuanto má ea el volumen de aire de admiión, mayor erá la preión en el interior de lo cilindro. Eto trae como conecuencia uno efuerzo mecánico en el motor que tienen un límite, para no poner en peligro la integridad de lo elemento que forman el motor SOBREALIMENTADOR 6.3. INTERCOOLER 6.4. MCI SOBREALIMENTADOS IDEAL-TEORICO.- La leye de comportamiento de la admiión conecuente on la bae para comprender y evaluar lo objetivo de alimentación del motor, cuando e incorporado el SOBREALIMENTADOR. Página 19

20 La obrealimentación, mediante el uo del turbo alimentador, que en realidad on compreore accionado por lo gae de ecape o directamente por el cigüeñal, lo que lleva que a mayor preión de llenado habrá mayor cantidad de carga freca admitida en el cilindro, por lo que la preión atmoférica eleva a una preión a la alida del obrealimentador. pvh p(vc Vh ) mh [ Kg] m [ Kg ] RT RT p = Preión a la alida del obrealimentador [N/m 2 ] T = Temperatura a la alida del obrealimentador [ºK] mh=maa de carga freca admitida en el cilindro [Kg] m=maa total contenida en el itema cilindro pitón [Kg] R=Contante univeral de lo gae [J/Kg ºK] Vh=Volumen del cilindro [m 3 ] Vc=volumen de la cámara de combutión [m 3 ] Donde: p p o y T T o La obrealimentación e una forma de aumentar la potencia de un motor de combutión interna. Sin ella, e el propio movimiento de lo pitone el encargado de uccionar aire hacia el interior de lo cilindro para producir la combutión, por lo que el llenado no e todo lo eficiente que ería deeable. Página 20

21 DIAGRAMA p-v Y T-S DE LOS MOTORES SOBREALIMENTADOS IDEAL - TEORICO p T 2 p=p1 po S 0 1 T=T1 To =1 0 Vc Vh V PMS PMI Diagrama de p-v y T- de un MCI, proceo de admiión Coniderando idealmente la precompreión ientrópica tendremo: Donde: T k1 p k p To c po po T = Temperatura a la alida del obrealimentador [ºK] T o =Temperatura atmoférica [ºK] p = Preión a la alida del obrealimentador [N/m 2 ] p o = Preión atmoférica [N/m 2 ] k=exponente ientropico del aire [1,4] π c =Grado de aumento de preión en la obrealimentación [1,5-2,5] Entonce la preión a la alida del obrealimentador erá: p c p o Página 21 [ N / m 6.5. MOTORES SOBREALIMENTADOS INCORPORADOS CON UN INTERENFRIADOR IDEAL-TEORICO.- Intercooler e un radiador donde e enfría el aire de admiión en motore obrealimentado. El aire e calienta al paar por el compreor (por el mimo 2 ]

22 efecto de la compreión) y por ello u denidad diminuye. A conecuencia de la obrealimentación la temperatura del llenado del cilindro aumenta de To a T, convirtiéndoe aí ete en un factor que diminuye aí la efectividad del llenado del cilindro, como a menor temperatura mayor carga freca, e implementa un ínter enfriador para diminuir la temperatura de la carga freca que ale del obrealimentador y aí optimizar aun má la admiión de por í ya mejorada con la obrealimentación entonce e tendrá: T T i p k p y T T pvh mh [ Kg] RT i k i m p(vc Vh ) [ Kg ] RT Ti Temperatura a la alida del int erenfriador [º K ] 2 p Pr eión a la alida del int erenfriador [ N / m ] Página 22

23 DIAGRAMAS p-v y T-S- DE LOS MOTORES SOBREALIMENTADOS INCORPORADOS CON UN INTERNEFRIADOR IDEAL - TEORICO p T 2 T p=p1 po S 0 1 Ti=T1 To 0 Vc Vh V PMS PMI Diagrama de p-v y T- de un MCI obrealimentado incorporado con un interenfriador, proceo de admiión pk p Tk Ti T k1 k p To Ti T TIC po TIC º K 6.6. MASAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MCI.- Probablemente una de la aplicacione má importante de la ley de lo gae para lo MCI ha quedado planteada en la Ecuación de etado, a partir de la cual e puede eguir planteando relacione y aproximacione teórica idealizada que erán el fundamento y punto de partida para etructura y dearrollar un coherente análii termodinámico de lo MCI, en la validez original de u planteo. Aparte de la maa de aire que entra como carga freca admitida a un MCI, exiten otra maa gaeoa caracterítica que intervienen en lo proceo termodinámico de un MCI, eta on: pkvh mh m mh m(vc )[ Kg] mh [ Kg ] mc [ Kg ] RT R k a / c Página 23

24 m Maa gaeoa total contenida en el SCP [ Kg] mh Maa de carg a freca admitida en el SCP [ Kg] m(vc ) Maa de lo gae reiduale que quedan en la camara de combutión [ Kg] mc Maa de combutible que ingrea al SCP [ Kg] R Relación de aire combutible real [ Kga / Kgc] a / c La maa gaeoa total contenida en el SCP e la uma de la carga freca ma la maa de lo gae reiduale y al er predominante la maa de la carga freca e puede coniderar: que la condicione de temperatura y preión erán la de la admiión y que la propiedade de la maa gaeoa erán muy imilare a la del aire predominante en la carga freca, por lo tanto: m pk (Vh Vc ) [ Kg ] RT 6.7. MOTORES SOBREALIMENTADOS DE MANERA REAL PRESION AL FINAL DEL PROCESO DE ADMISIÓN.- k ' p 1 do válvula ' p 1 cuatro válvula Mot. Sobrealimentado MCIˆ (0,9)pk (0,94 0,96)pk Mot. Sobre. Inter. MCIˆI (0,86)pk (0,9 0,91)pk TEMPERATURAS CARACTERISTICAS DEL PROCESO DE ADMISIÓN Motore obrealimentado Calentamiento de la carga de admiión ante del ingreo a lo cilindro de un MˆCI T Th T K Donde Etableciendo que la compreión en la obrealimentación en término reale erán lo exponente poli trópico. T K n1 n p T To. po n=1,45...1,8 K Donde el coeficiente de compreión politrópico e: Página 24

25 c p 1,3... 2,5 po Lo rango de valore del grado de aumento de preión en la obrealimentación ( c ) permite una claificación de la obrealimentación de la iguiente forma: Sobrealimentación Baja c =1,3...1,9 Sobrealimentación Media =1,9...2,5 Sobrealimentación Alta c c > 2,5 Cuando lo rango de c > 1,9 normalmente lo itema de admiión etán implementado de un interenfriador o intercooler. Motore obre alimentado con ínter enfriadore La obrealimentación y el interenfriamiento, caracterítica cai excluiva de lo motore dieel, a medida que e fue perfeccionando la inyección en lo motore a gaolina, la obrealimentación y el interenfriamiento en la admiión de eto motore cada vez e va haciendo factible y común, a tal punto que hoy en día en el mercado exiten mucho automóvile incorporado con eto elemento, el interenfriamiento etá ligado indiolublemente a la obrealimentación. Calentamiento de la carga de admiión ante del ingreo a lo cilindro de un MˆI T ThTi K Donde T K Ti T TIC K Donde: TIC K Página 25

26 Caída de temperatura en el ínter enfriador CALENTAMIENTO FINAL DE LA CARGA DE ADMISIÓN AL INGRESAR AL SCP Coeficiente de lo gae reiduale (µ) El coeficiente de lo gae reiduale e igual al cociente entre la maa de lo gae reiduale y la maa de la carga freca admitida: mr mh Se pueden aumir lo iguiente valore caracterítico. µ=0,03...0,06 MGˆ47, MDˆ4T Preión del ga reidual (pr) pr (1,1... 1,25 )Pk Donde pk=p Temperatura de lo gae reiduale (Tr) Tr K Donde para MGˆ Tr K Donde para MDˆ En función a lo valore propueto e podrá definir la temperatura de la maa gaeoa contenida en un cilindro al final de la admiión (T1 ) e tendrá: Donde: Th. Tr T1' K 1 T1 = Temperatura al final del proceo de admiión [ºK] Th= Temperatura ante de u ingreo al cilindro [ºK] μ= Coeficiente de lo gae reiduale Tr= Temperatura de lo gae reiduale [ºK] Por lo tanto lo diagrama termodinámico para el proceo de admiión de lo diferente itema de admiión erán: Página 26

27 Proceo de admiión para el ciclo real en Diagrama de Preión Temperatura RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO nv Tk Th* ( r k * r 1) k p1' pr pk pk μ = Coeficiente de oplado: 0,1...0,5 MCI Sobrealimentado Con la definición de ete rendimiento e tiene herramienta necearia para que la relacione ideale de maa gaeoa dearrollada puedan reajutare a: Maa de carga freca admitida: pk nv vh mh Kg R Tk Relación maa gaeoa total contenida en el SCP al final de la admiión pk (Vc nv vh ) m R Tk Kg Página 27