MOTORES SOBREALIMENTADOS

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1 Máquina Térmia Cá. VI 6.1. INTRODUCCION MOTORES SOBREALIMENTADOS LA SOBREALIMENTACION EN LOS MOTORES A GASOLINA En lo motore a gaolina, la obrealimentaión, reenta alguno roblema, roduto de la ombutión debido al aumento de ierta reión de omreión, que uede oaionar roblema de iado, omo también ueda ombutionare or autoenendido o or detonaión, on roblema que aarrean, eto roblema on debido a una erie de fatore que imlian en la obrealimentaión: E debido al aumento de temeratura que ufre la mezla de aireombutible dentro del SCP (itema ilindro itón), en la arrera de omreión del motor que erá tanto mayor uanto mayor ea el volumen de mezla (reiamente e lo que rovoa la obrealimentaión). La oluión ara ete roblema onite en reduir la relaión de omreión or debajo de 10:1 on el fin de que no aumente demaiado la reión y on ello la temeratura de la mezla que uede rovoar el autoenendido o la detonaión. Lo motore a gaolina reenta el aumento de la arga térmia y meánia, debido a que la reione durante el ilo de trabajo en un motor obrealimentado on mayore, eto e tradue en uno efuerzo meánio y térmio or arte del motor que hay que tener en uenta a la hora de u dieño y ontruión, reforzando la arte meánia má oible al degate y mejorando la refrigeraión del motor. La variaión en el diagrama de ditribuión. Aí ara un motor obrealimentado, uanto mayor ea el AEE (avane a la aertura de la válvula de eae) tanto mejor erá el funionamiento del obrealimentador. También la regulaión al avane del enendido debe de er muho má reio en un motor obrealimentado, or eo e hae neeario un motor enendido in rutor, or lo que e mejor el uo de enendido tranitorizado o eletrónio. Ademá de todo ello, la obrealimentaión en lo motore a gaolina también e debe tener en uenta lo iguiente fatore araterítio tale omo: La bomba de gaolina debe er de mayor audal y reión (or lo que e ota generalmente or bomba elétria). Página 1

2 Máquina Térmia Que en el itema de admiión de aire e intale un buen filtrado y que ete erfetamente etano. A fin de otimizar el llenado del ilindro, e reia de un dioitivo llamado (interooler) que tiene la finalidad de enfriar el aire que va ingrear debido or el itema de obrealimentaión. La ontaminaión que rovoan lo motore turboalimentado de gaolina e omarable a la de un motor atmofério aunque lo óxido de nitrógeno on má imortante debido a la mayore temeratura. LA SOBREALIMENTACIÓN EN LOS MOTORES DIESEL En el ao de lo motore Dieel, la obrealimentaión no e una aua de roblema ino todo lo ontrario, e benefiioo ara un rendimiento ótimo del motor. El heho de utilizar olamente aire en el roeo de omreión y no introduir el ombutible hata el momento final de la arrera omreión, no uede rear roblema de "iado" en el motor. Al introduir un exeo de aire en el ilindro aumenta la omreión, lo que failita el enendido y el quemado omleto del ombutible inyetado, lo que e tradue en un aumento de otenia del motor. Por otro lado la mayor reión de entrada de aire favoree la exulión de lo gae de eae y el llenado del ilindro on aire freo, on lo que e onigue un aumento del rendimiento volumétrio o lo que e lo mimo el motor "reira mejor". No hay que olvidar que todo el aire que entra en el ilindro del motor Dieel hay que omrimirlo, uanto má ea el volumen de aire de admiión, mayor erá la reión en el interior de lo ilindro. Eto trae omo oneuenia uno efuerzo meánio en el motor que tienen un límite, ara no oner en eligro la integridad de lo elemento que forman el motor SOBREALIMENTADOR 6.3. INTERCOOLER 6.4. MCI SOBREALIMENTADOS IDEAL-TEORICO.- La leye de omortamiento de la admiión oneuente on la bae ara omrender y evaluar lo objetivo de alimentaión del motor, uando e inororado el SOBREALIMENTADOR. Página 2

3 Máquina Térmia La obrealimentaión, mediante el uo del turbo alimentador, que en realidad on omreore aionado or lo gae de eae o diretamente or el igüeñal, lo que lleva que a mayor reión de llenado habrá mayor antidad de arga frea admitida en el ilindro, or lo que la reión atmoféria eleva a una reión a la alida del obrealimentador. Vh (V Vh ) mh [ Kg] m [ Kg ] = Preión a la alida del obrealimentador [N/m 2 ] T = Temeratura a la alida del obrealimentador [ºK] mh=maa de arga frea admitida en el ilindro [Kg] m=maa total ontenida en el itema ilindro itón [Kg] R=Contante univeral de lo gae [J/Kg ºK] Vh=Volumen del ilindro [m 3 ] V=volumen de la ámara de ombutión [m 3 ] Donde: o y T T o La obrealimentaión e una forma de aumentar la otenia de un motor de ombutión interna. Sin ella, e el roio movimiento de lo itone el enargado de uionar aire haia el interior de lo ilindro ara roduir la ombutión, or lo que el llenado no e todo lo efiiente que ería deeable. Página 3

4 Máquina Térmia DIAGRAMA -V Y T-S DE LOS MOTORES SOBREALIMENTADOS IDEAL - TEORICO T 2 =1 o S 0 1 T=T1 To =1 0 V Vh V PMS PMI Diagrama de -V y T- de un MCI, roeo de admiión Coniderando idealmente la reomreión ientróia tendremo: Donde: T 1 To o o T = Temeratura a la alida del obrealimentador [ºK] T o =Temeratura atmoféria [ºK] = Preión a la alida del obrealimentador [N/m 2 ] o = Preión atmoféria [N/m 2 ] =Exonente ientroio del aire [1,4] π =Grado de aumento de reión en la obrealimentaión [1,5-2,5] Entone la reión a la alida del obrealimentador erá: o Página 4 [ N / m 6.5. MOTORES SOBREALIMENTADOS INCORPORADOS CON UN INTERENFRIADOR IDEAL-TEORICO.- Interooler e un radiador donde e enfría el aire de admiión en motore obrealimentado. El aire e alienta al aar or el omreor (or el mimo 2 ]

5 efeto de la omreión) y or ello u denidad diminuye. Máquina Térmia A oneuenia de la obrealimentaión la temeratura del llenado del ilindro aumenta de To a T, onvirtiéndoe aí ete en un fator que diminuye aí la efetividad del llenado del ilindro, omo a menor temeratura mayor arga frea, e imlementa un ínter enfriador ara diminuir la temeratura de la arga frea que ale del obrealimentador y aí otimizar aun má la admiión de or í ya mejorada on la obrealimentaión entone e tendrá: T T i y T T Vh mh [ Kg] i i m (V Vh ) [ Kg ] Ti Temeratura a la alida del int erenfriador [º K ] 2 Pr eión a la alida del int erenfriador [ N / m ] Página 5

6 Máquina Térmia DIAGRAMAS -V y T-S- DE LOS MOTORES SOBREALIMENTADOS INCORPORADOS CON UN INTERNEFRIADOR IDEAL - TEORICO T 2 T =1 o S 0 1 Ti=T1 To 0 V Vh V PMS PMI Diagrama de -V y T- de un MCI obrealimentado inororado on un interenfriador, roeo de admiión T Ti T 1 To Ti T TIC o TIC º K 6.6. MASAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MCI.- Probablemente una de la aliaione má imortante de la ley de lo gae ara lo MCI ha quedado lanteada en la Euaión de etado, a artir de la ual e uede eguir lanteando relaione y aroximaione teória idealizada que erán el fundamento y unto de artida ara etrutura y dearrollar un oherente análii termodinámio de lo MCI, en la validez original de u lanteo. Aarte de la maa de aire que entra omo arga frea admitida a un MCI, exiten otra maa gaeoa araterítia que intervienen en lo roeo termodinámio de un MCI, eta on: Vh mh m mh m(v )[ Kg] mh [ Kg ] m [ Kg ] R a / Página 6

7 Máquina Térmia m Maa gaeoa total ontenida en el SCP [ Kg] mh Maa de arg a frea admitida en el SCP [ Kg] m(v ) Maa de lo gae reiduale que quedan en la amara de ombutión [ Kg] m Maa de ombutible que ingrea al SCP [ Kg] R Relaión de aire ombutible real [ Kga / Kg] a / La maa gaeoa total ontenida en el SCP e la uma de la arga frea ma la maa de lo gae reiduale y al er redominante la maa de la arga frea e uede oniderar: que la ondiione de temeratura y reión erán la de la admiión y que la roiedade de la maa gaeoa erán muy imilare a la del aire redominante en la arga frea, or lo tanto: m (Vh V ) [ Kg ] 6.7. MOTORES SOBREALIMENTADOS DE MANERA REAL PRESION AL FINAL DEL PROCESO DE ADMISIÓN.- ' 1 do válvula ' 1 uatro válvula Mot. Sobrealimentado MCIˆ (0,9) (0,94 0,96) Mot. Sobre. Inter. MCIˆI (0,86) (0,9 0,91) TEMPERATURAS CARACTERISTICAS DEL PROCESO DE ADMISIÓN Motore obrealimentado Calentamiento de la arga de admiión ante del ingreo a lo ilindro de un MˆCI T Th T K Donde Etableiendo que la omreión en la obrealimentaión en término reale erán lo exonente oli tróio. T K n1 n T To. o n=1,45...1,8 K Donde el oefiiente de omreión olitróio e: Página 7

8 1,3... 2,5 o Máquina Térmia Lo rango de valore del grado de aumento de reión en la obrealimentaión ( ) ermite una laifiaión de la obrealimentaión de la iguiente forma: Sobrealimentaión Baja =1,3...1,9 Sobrealimentaión Media =1,9...2,5 Sobrealimentaión Alta > 2,5 Cuando lo rango de > 1,9 normalmente lo itema de admiión etán imlementado de un interenfriador o interooler. Motore obre alimentado on ínter enfriadore La obrealimentaión y el interenfriamiento, araterítia ai exluiva de lo motore dieel, a medida que e fue erfeionando la inyeión en lo motore a gaolina, la obrealimentaión y el interenfriamiento en la admiión de eto motore ada vez e va haiendo fatible y omún, a tal unto que hoy en día en el merado exiten muho automóvile inororado on eto elemento, el interenfriamiento etá ligado indiolublemente a la obrealimentaión. Calentamiento de la arga de admiión ante del ingreo a lo ilindro de un MˆI T ThTi K Donde T K Ti T TIC K Donde: TIC K Página 8

9 Caída de temeratura en el ínter enfriador. Máquina Térmia CALENTAMIENTO FINAL DE LA CARGA DE ADMISIÓN AL INGRESAR AL SCP Coefiiente de lo gae reiduale (µ) El oefiiente de lo gae reiduale e igual al oiente entre la maa de lo gae reiduale y la maa de la arga frea admitida: mr mh Se ueden aumir lo iguiente valore araterítio. µ=0,03...0,06 MGˆ47, MDˆ4T Preión del ga reidual (r) r (1,1... 1,25 )P Donde = Temeratura de lo gae reiduale (Tr) Tr K Donde ara MGˆ Tr K Donde ara MDˆ En funión a lo valore roueto e odrá definir la temeratura de la maa gaeoa ontenida en un ilindro al final de la admiión (T1 ) e tendrá: Donde: Th. Tr T1' K 1 T1 = Temeratura al final del roeo de admiión [ºK] Th= Temeratura ante de u ingreo al ilindro [ºK] μ= Coefiiente de lo gae reiduale Tr= Temeratura de lo gae reiduale [ºK] Por lo tanto lo diagrama termodinámio ara el roeo de admiión de lo diferente itema de admiión erán: Página 9

10 Máquina Térmia Proeo de admiión ara el ilo real en Diagrama de Preión Temeratura RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO nv T Th* ( r * r 1) 1' r μ = Coefiiente de olado: 0,1...0,5 MCI Sobrealimentado Con la definiión de ete rendimiento e tiene herramienta neearia ara que la relaione ideale de maa gaeoa dearrollada uedan reajutare a: Maa de arga frea admitida: nv vh mh Kg R T Relaión maa gaeoa total ontenida en el SCP al final de la admiión (V nv vh ) m R T Kg Página 10