Diseño de motor GNC
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DISEO DE UN MOTOR GNCPOTENCIA: VELOCIDADRELACION DE COMPRESION
60 Hp 3200 RPM 16
Componentes del GNC :Nombre metano Propano etano Butano Formula CH4 C2H6 C3H8 C4H10 =
C12 24 36 48 108
H 4 6 8 10 24
De Masas 16 30 44 58 132
% a 25 c 0,93 0,04 0,02 0,01 1
C0,6975 0,032 0,016363636 0,008275862 0,056639498
H0,2325 0,008 0,003636364 0,001724138 0,013360502
Poder Calorifco (J/Kgr)
36000
Calculamos lo Para Cada Elementometano Propano etano Butano
Calculamos Lo Para Cada Elementometano Propano etano Butano
lo lo lo lo lo =
16,17391304 0,649275362 0,316205534 0,155922039 17,29531598
Lo Lo Lo Lo Lo =Lo =
0,553571429 0,022222222 0,010822511 0,005336617 0,591952779Oc 1 H C + 0 . 21 12 4 32
lo
=
1 8 C + 8 H - Oc 0.23 3
Calculamos K y otros valores SI H/C=0.14 - 0.19 i K=0.45 - 0.50 H/C = 0,24 interpolando entonces K = 0.636
H = C
0,23588665
K=
0,636
ma =
lo Lo
29,2173913
a
0,9
mC =
120
M1 =
a .Lo +
mC
1
C
Lo
a
mC =
COMBUSTION INCOMPLETA Y PRODUCTOS DE LA COMBUSTIONM1 =
M1= G1 = M CO=
0,541090834
=
a .Lo +
mC
1
16,56578438
=
G1 = 1 + a .l oM CO = 0,42 1-a LO 1+ K
0,015196832
=
M CO2 =
-0,010476874
=
M CO 2 =
C - M CO 12
M H2=
0,009665185
=
M H 2 = K .M COM H 2O = H - M H2 2
M H2O =
-0,002984934
=
M N2=
0,420878426
=
M N 2 = 0.79.a .LOM 2 = M CO + M CO 2 + M H 2 + M H 2O + M N 2M = C H + 12 2 + 0 . 79 L O
M2 =
0,432278635
=
M20=
0,479042904
=
20
M2=
0,04676427
=
M
2a
= M 2O - M 2
r0=
1,108180849
=
rO =
M 2O M2
r=
0,108180849
ra1
=
M M
2 a 2
r -r =1 0 a
M
2
r -r =1 0 a
PARAMETROS DEL PROCESO DE ADMISONPRESION EN EL CILINDRO EN EL PROCESO DE ADMISION P0 = T0 =0,068 291 Mpa K presin atmosfrica
Ra=
284,5565476
Ra =
8314
maO =PO R a TO
O
=
0,821196974 Kg/m^3
W ad =( b 2 + x ad ) =
100
m/s
Velocidad del multiple de Admision.
3
ad: COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO DE LA CARGA FRESCA.: FACTOR DE AMORTIGUAMIENTO DE LA CARGA FRESCA.
P a =
0,012317955
DP = ( b a
2
+ x ad )
w ad 22
O .10 - 6
Pa:PERDIDAS HIDRAULICAS EN EL MULTIPLE DE ADMISION (Mpa)
Pa=
0,055682045
P = P - DP a O a
Pa :PRESION AL FINALD DE LA ADMISION(Mpa)
GASES RESIDUALES Y COEFICIENTES DE GASES RESIDUALES
gr =
TO + DT Pr Tr e .Pa - PrDT =10 K 0,085 M Pasc 291 16 900 0,035274015 K Relacion de Compresin. K Temperatura de los Gases Residuales.Pr :PRESION DE LOS GASES RESIDUALES (Mpa)
Pr = (1,1...1.25) POT0=
e=Tr =gr =
e=Tr =gr =Mr =0,019086446
TEMPERATURA FINAL DEL ADMISION
Ta=
321,40922 K
Ta =
TO + DT + g r Tr 1+ g r
COEFICIENTE DE LLENADO O DE RENDIMIENTO VOLUMETRICO
nv =1 =
0,649281847
v = 1 *
(e -1 )
e
*
P Tk a * Pk*Ta ( + ) 1 r
v:COEFICIENTE DE LLENADO
0,85 1 : COEFICIENTE DE RECARGA 0.75- 0.85
v = 1
e(e - 1).(1 + g r )PARAMETROS DE COMPRESION
ECUACION EN TERMINOS DE TEMPERATURA
" q1 (U C - U a ) + q 2 (U C - U a ) "
R (TC - Ta ) = O n1 - 1
DONDE:
q1 =
1 - g r .ra 1+ g rrO g r 1+ g r
q1=
0,962241892
q2 =
q2=
0,037758108
q1 + q2 =Ta =
1
18 C
q1 + q2 =Ta =De la Carga Fresca en Funcion de la temperatura. De los Productos de la combustion en Funcion de la temperatura.
TABLASENERGIA INTERNA DE LOS GASES Ta(C) 0 18 100 Ua= Ua (KJ/Kmol) 0 Ua 2015 362,7 C ENERGIA INTERNA DE LOS GASES DE LA COMBUSTION Ta(C) 0 18 100 U''a= HALLANDO LOS VALORES PARA EL PUNTO( C ) 395,5424426 U``a(KJ/KMol) 0 U''a 2204,5 396,81 C
TC = Ta e
n1 -1
- 273
n1 =TABLAS
1,3
ENERGIA INTERNA DE LOS GASES Tc(C) 200 395,542443 300 Uc= Uc(KJ/KMOL) 4195 Uc 6364 8436,31558
ENERGIA INTERNA DE LOS GASES DE LA COMBUSTION Tc(C) 200 395,5424426 300 U''c= U''c(KJ/KMOL) 4535,2 U''c 6916,5 9191,652186
REMPLAZANDO EN LA ECUACION R= B= n1= 8,314 -2347,178118 1,385 Como tenemos un valor negativo recalcularemos para un:
q1 (U C - U a ) + q 2 (U CAsumimos un nuevo Valor.
"
" -Ua ) -
R (TC - Ta ) = O n1 - 1
TC = Ta e n1 -1 - 273Tc(C) 400 573,212005 500
573,2120051
Uc(KJ/KMOL) 8591 Uc 10890
Tc(C) 400 573,2120051 500
U''c(KJ/KMOL) 9384,2 U''c 11938,6
Uc= B=
12573,144 259,0541283
U''c=
13621,744
Como tenemos un Valor Positivo Interpolamos.
INTERPOLANDO PARA HALLAR EL VERDADERO VALOR DE B
1,3 n 1,385 n=
-2347,178118 0 259,0541283 1,376551175 Valor Real que Balancea la Ecuacin. TEMPERTAURA EN C Tc= 553,6197605
TC = Ta e n1 -1 - 273n1
PRESION EN C
3,090592094 Mpa
P C
= P e a
PROCESO DE LA COMBUSTION" x Z ( H u - (DH ) quim ) U C + g rU C " + = m rU Z = A (1 + g r ) M 1 1+ g r
Valores Asumidos
xZ =A=
0,85 Coheficiente de Aprovechamineto de Calor.
Hu =
36000 Poder Calorifico.
114000000
(DHu )quim =T(C)=
6748,261681 KJ/Kmol
( AH u ) quim = A(1 - a ) LO
553,6197605
(DHu )quim =
( AH u ) quim = A(1 - a ) LO
INTERPOLANDO DE LA TABLA 1 Tc(C) uCv(KJ/(Kmol.C) 400,00 21,474 553,6197605 uCv 500,00 21,78 Cv= 21,94407647 KJ/(Kmol.C
U C = ( mCv)Tc
12148,67436 KJ/Kmol
U C = (mCv)" Tc C"
Calor especifico de los Productos al final del proceso de compresion
(mCv) " = (mCv) CO 2 .rCO 2 + (mCv) CO .rCO + (mCv) H 2O .rH 2O + ( mCv) O2 .rO2 + (mCv) N 2 .rN 2 CCO2 CO H2O H2 N2 Tc=400 C 34,935 21,474 26,775 20,871 21,185 Tc=500 C 36,258 21,784 27,315 20,934 21,449 uCv Tc= 12148,67436 36,96738943 21,95022126 27,60454671 20,96778045 21,59055617
M2=
0,432278635
rco2 =
M CO2 M2
rco =rH 2O =
M CO M2M H 2O M2
rH 2 =rN 2
MH2 M2
M N2 = M2" C
21,17506958 (KJ/(KmolC)
CO2 CO H2O H2 N2
M -0,010476874 0,015196832 -0,002984934 0,009665185 0,420878426
M2 0,432278635 0,432278635 0,432278635 0,432278635 0,432278635
r-0,02423639 0,035155177 -0,006905116 0,022358692 0,973627637 1
(mCv) " = (mCv) CO 2 .rCO 2 + (mCv) CO .rCO + (mCv) H 2O .rH 2O + (mCv) O2 .rO2 + (mCv) N 2 .rN 2 C
( m Cv"
)
=
Es el calor especfico de los prod. De comb. Al fianl del proc. De comp`.
U C = (mCv)" Tc C
M2
( m Cv"
)
" C
=11722,93695 (KJ/(KmolC)Energia int. De 1mol de prods. De la comb. Al final del proc. De comp.
U C = (mCv)" Tc C
CALCULAMOS LA PRIMERA PARTE DE LA ECUACION" x Z ( H u - ( DH ) quim ) U C + g rU C + = A (1 + g r ) M 1 1+ g r
g
r
=A=
0,035274015 56520,07714
m0 = M 2 / M 1
0,798902157
mr =U" Z
mO + g r 1+ g r= A
0,805753994 Coheficiente Real de Variacion Molecular.
m
70145,57493 HALLANDO LA TEMPERATURA U''z Uz"(MJ/Kmol) 63900,10 70,14557493 67,21 Tz(C) 2200 Tz(C) 2300
r
Tz"=
2299,995401 Temperatura final de la Combustion
CALCULO DE LA PRESION MAXIMA AL FINAL DE LA COMBUSTION
l = mr
Tz Tc
3,347478924
Grado de elevacion de la presion durate la comb.
PZ CALC = lPCPZ REAL = Z PZ CALC
10,3456919 M Pasc
Presion teorica o calculada
8,793838113 M Pasc
Z Z ==
0,85
Qzb =Ub -Uz + Lzb
PARAMETROS DEL PROCESO DE EXPANSIONBALANCE DE ENERGIA ENTRE z-b:
Qzb =Ub -Uz + LzbQzb = H u (x z - xb )
Calor que desprende el combustible durante la expansion
L = /( 2 - ) Z - b R n 1 .T T zb
Trabajo de expansion
n2 = Coef. Politropico de expansin
(xb -xz )Hu R = (Tz -T ) -r ( z -Ub ) -r ( "z - "b ) U b a U 0 U M (m0 +g r ) n2 -1 1
(x b - x z ) H u =A M 1 (m0 - g r )
(x
z
yx
b
)
Coef. de utilizacin
B=
R (Tz - Tb ) - ra (U z - U b ) - r0 (U " z -U "b ) n2 - 1
EXPONENTE POLITROPICO DE EXPANSIONn 2 (1 . 23 - 1 . 30 ) =
1,25
COEFICIENTE DE APROVECHAMIENTO DE CALOR
x b (0.82 - 0.87) =
0,86 valor asumido
HALLANDO A A= 797,5805285
(xb - xz )Hu M1 (m0 + g r )
=A
Temperatura en el punto Z HALLANDO Uz Tz 2300 2299,995401 2400 Uz=
2299,995401 HALLANDO U''z Tz( C ) 2300 2299,995401 2400 U''z=
CON EL VALOR VERDADERO DE "Tz" ENCONCONTRAMOS Uz y U"z POR INTERPOLACION
Uz 59201 Uz 62090 59200,86714
U"b 67212,7 U''b 70543,2 67212,54684
Tb = Tz
1
e
n2 -1
CON "Tz" ENCONTRAMOS "Tb"
Tb = Tz
1
e
n2 -1
1149,997701
=
16
UTILIZAMOS "Tb" PARA INTERPOLAR LOS VALORES DE Ub y U"b
Tb(c) 1300 1149,997701 1400 Ub=
Ub 31238 Uz 33951 27168,43762
Tb( C ) 1300 1149,997701 1400 U"b=
U"b 34956,5 U''b 38053,1 30311,5288
B=
R (Tz - Tb ) - ra (U z - U b ) - r0 (U " z -U "b ) n2 - 18,314
CALCULAMOS "B" PARA LA ECUACION ANTERIOR
r0=B=
1,108180849 -6113,973362
r=
0,108180849
R=
CALCULAMOS "B" PARA UN n2=1,2
Tb = Tz
1
e
n2 -1
1321,000467
n2=
1,2
Tb(c) 1400 1321,000467 1500 Uz B= 212,571077
Ub 33951 Uz 36689 31787,99278
Tb( C ) 1400 1321,000467 1500 U''b
U"b 38053,1 U''b 41196,9 35569,51268
Hallando el valor para B -6113,973362 797,5805285 212,571077 n2= 1,195376548 1,25 n2 1,2
Tb = Tz
1
en
2 -1
Calculamos Temperatura Real
Tb = Tz
1
en
2 -1
1338,043281
Calculamos Presion Real
Pb = Pz
1
en
0,3197434662
PARAMETROS INDICADOSPresion media indicada Calculada Del Diagrama Para un Motor a Gasolina
( P )cal i
en l 1 1 1 =P 1 - n -1 1 - n -1 = Mpa a e - 1 n2 - 1 e e n1 - 1 1 2 1
=n2= n1= Pa =
3,347478924 16 1,195376548 1,376551175 0,055682045
Pi cal =
0,918682039 0,95 0,872747937 Presion media indicada real (M Pasc)
(0.95 - 0.97)Pi = i ( Pi ) cal ( Mpa )Potencia Indicada
P i Vh n Ni = i 30 tVh = 30 t N i P i n i0,480615491 Cilindrada en Litros
ti
= =
4 4
Ni = Pi = n=
44,74199229 Kwats 0,872747937 3200 RPM
Vh=
CONSUMO ESPECIFICO INDICADO DE COMBUSTIBLE:
g i = 3600
Ov g / Kw.h al 0 Pi
Po= To= v=
0,068 291 0,649281847
Ra
=
8314
ma*10 Kg / m6 3
0 =
P 0
g i = 3600
Ov g / Kw.h al 0 Pi
Ra
=
8314
ma*10 Kg / m6 3
284,5565476
0 =
P 0 Ra T0
Densidad del aire atmosferico
o= i=
0,821196974 141,2938508 gr/kw,H RENDIMIENTO INDICADO
i =
3.6(103 ) H u gi
0,707744884
PARAMETROS EFECTIVOSHALLANDO LA PRESION MEDIA DE PERDIDAS MECANICAS Pm :
Pm
= 30 *
Nm * t i * Vh * n
Ne= Ni- Nm
Pm = 0.1( A + BVp) PoMpaPm= 0,001921 M Pasc.
A= B= Vp= Po=
0,05 0,0155 15 0,068
m/s M Pasc.
HALLANDO LA PRESION EFECTIVA Pe :
P = P -P e i m
0,870826937 M Pasc.
HALLANDO LA POTENCIA EFECTIVA Ne : Pe Pi
N
e
=
N
i
=
44,64351098 Kw
HALLANDO LA POTENCIA PERDIDAS MECANICA Nm :
N m = N i - N e ( Kw )
i
N m = N i - N e ( Kw )EFICIENCIA MECANICA :
0,098481318 Kw
m =
Ne Ni
=
0,997798906
EFICIENCIA EFECTIVA :
e = i m
=
0,706187071
CONSUMO ESPECIFICO EFECTIVO DE COMBUSTIBLE (g/Kw-h)
ge =
m
gi
=
141,6055379 gr/Kw-h
CONSUMO HORARIO DEL COMBUSTIBLE
Gc = g e N e
=
6,321768384 Kgr/ H
Cantidad Masica Real del Combustible
CONSUMO HORARIO DEL AIRE
Ga = al0Gc
=
98,40328356 Kgr/ H
PRINCIPALES DIMENSIONES DEL MOTORCILINDRADA DEL MOTOR
iVh =
30 N et ltr Pn e
=
1,922461962 Ltr
VOLUMEN DE TRABAJO DE UN CILINDROVh = 30 N et ltr P ni e
=
0,480615491 Ltr
RELACION S/D>1 PARA MOTORES LENTOS:
4Vh
Vh =
30 N et ltr P ni e
S/D=J=
1,1
DIAMETRO DEL CILINDROD=3
4Vh ( mm) pJ
=
82,24409526 m.m
CARRERA DEL PISTON:4V h S = ( mm ) pD 2
1,1 = 90,46850478 m:m
EL NUEVO VALOR DE VhVh =
p4
D 2 S (ltr )
=
0,480615491 Ltr
Cilindrada en litros
LA VELOCIDAD MEDIA DEL PISTON RESULTARA
Vp =
Sn m / seg 30
=
9649,973843 mm/seg
c 2
N2
.rN 2