reinoso-bautista2

8/16/2019 Reinoso-Bautista2

http://slidepdf.com/reader/full/reinoso-bautista2 1/18

1

ALUMNOS:

BAUTISTA ZEAS JOSÉ.

REINOSO MEJÍA LUIS.

Grupo: “2”

CICLOS DE POTENCIA DE GAS



2

1 Introducción ________________________________________________________________ 3

2 Objetivos __________________________________________________________________ 3

2.1 Objetivo General: ________________________________________________________ 3

2.2 Objetivos específicos: ____________________________________________________ 3

3 Marco teórico _______________________________________________________________ 4

4 Desarrollo __________________________________________________________________ 6

4.1 Problema de diseño y ensayo (9-212). ________________________________________ 6

5 Análisis de resultados: _______________________________________________________ 17

6 Conclusiones: ______________________________________________________________ 17

7 Bibliografía: _______________________________________________________________ 18



3

1 IntroducciónLa mayor parte de los dispositivos que producen potencia operan en ciclos, en donde se produce unacantidad neta de trabajo y el fluido de trabajo permanece en estado de gas durante todo el proceso. Elciclo referencial para el estudio del presente tema es el Ciclo de Carnot y su eficiencia térmica estádada por una relación de temperaturas. Los ciclos de gas reales son complejos y para simplificar su

análisis es necesario manejarlo bajo las condiciones de aire estándar. Siendo aire el fluido de trabajo,se comporta como un gas ideal y los procesos de combustión y escape son reemplazados por adicióno rechazo de calor.

Los ciclos termodinámicos se pueden clasificar como ciclos de gas y ciclos de vapor, dependiendode la fase del fluido de trabajo. En los ciclos de vapor el fluido de trabajo existe en fase de vapordurante una parte del ciclo y en fase líquida durante otra parte, mientras que en un ciclo de gas, elfluido de trabajo permanece en la fase gaseosa durante todo el ciclo.

2 Objetivos

2.1

Objetivo General:Estudiar los ciclos de potencia de gas teniendo en cuenta las consideraciones básicas para el análisisde los mismos.

2.2 Objetivos específicos:Realizar una breve consulta sobre los desarrollos más recientes de los motores de dos tiempos.

Investigar cuándo se podrán ver en el mercado automóviles accionados por motores de dos tiemposy por qué los fabricantes de automóviles tienen interés en los motores de dos tiempos.

Desarrollar una actividad práctica que tiene relación con los ciclos de potencia para consolidar losconceptos.



4

3 Marco teórico

Escriba un ensayo sobre los desarrollos más recientes sobre los motores de dos tiempos, y

averigüe cuándo se podrían ver en el mercado automóviles accionados por motores de dos

tiempos. ¿Por qué los principales fabricantes de automóviles tienen nuevamente interés en

motores de dos tiempos?

Introducción

Se ha hablado mucho sobre la desaparición de los motores de dos tiempos. Y uno de los principalesargumentos que se presentan cuando se habla de esto es que tienen muchos problemas decontaminación, al permitir que se escapen muchos gases sin quemar. Gases que contaminan muchomás que los que produce un motor de cuatro tiempos. Es por esto que el uso del motor de dos tiemposse ha limitado a podadoras, segadoras, motosierras en vehículos de baja cilindrada comomotocicletas, karts, aviones de aeromodelismo, motores fuera de borda, motos de agua, etc.

Desarrollo

Se quiere reemplazar los motores de 4 tiempos por motores de dos tiempos, debido a que los motoresde dos tiempos presentan características de fabricación y sencillez constructiva. Aparte de bajo costede adquisición y mantenimiento, poseen una elevada potencia específica, pero su desventaja es el altoconsumo de combustible y contaminación. [3]

Los avances en varias tecnologías como la inyección directa de combustible, la combustión de cargaestratificada y los controles electrónicos, han renovado interés en las máquinas de dos tiempos porque ofrecen un alto rendimiento y mayor economía de combustible al mismo tiempo que puedesatisfacer los futuros y más estrictos requerimientos sobre emisiones contaminantes. Para undeterminado peso y desplazamiento un motor de dos tiempos bien diseñado puede brindar más

potencia que su contraparte de 4 tiempos, por que producen potencia en cada revolución de la maquina

en lugar de producirla en una sí y en otra no. [3]

En los innovados motores de 2 tiempos, combustible altamente atomizado que se inyecta dentro dela cámara de combustión hacia el final de la carrera de compresión se quema de manera mucho máscompleta. Este combustible se rocía después de que la válvula de escapes se cierra, lo que evita queel combustible no quemado sea emitido a la atmosfera, con la combustión estratificada, la flama quese inicia al encender una pequeña cantidad de la misma y rica mezcla de combustible y aire cerca dela bujía, se propaga por la cámara de combustión llena con una mezcla escasa de combustible, lo cualorigina una combustión mucho más limpia. Asimismo el avance en la electrónica hace posibleasegurar la operación óptima bajo condiciones variables de carga y velocidad del motor.[3]

Los vehículos accionados con motores de dos tiempos, podrían haber en el mercado cuando se

desarrolle un motor de dos tiempos que cumplan con los requerimientos de eficiencia, es decir produzcan la mayor potencia sin consumir mucho combustible y contaminar menos, a comparaciónde los motores de 4 tiempos, siempre y cuando manteniendo sus características que los hacenventajoso. [3]

Al obtenerse potencias mayores y rendimientos parecidos, respecto a los motores Diesel de cuatrotiempos de igual cilindrada, los Diesel de dos tiempos se utilizan para grandes motores navales y parainstalaciones fijas. Para estos grandes motores de hecho, pequeños aumentos de rendimiento se



5

traducen en grandes cantidades de combustible ahorrado; además la sencillez de construcción delmotor de dos tiempos, sin el sistema de distribución, permite reducir, en unas toneladas, el peso. [2]

DKW fueron los primeros en construir motores de dos tiempos implementando a automóviles. En1928 el P-15 y el PS-600, con un propulsor 2 cilindros en línea de 600cc y de 15 Cv, refrigeraciónlíquida, tracción trasera, carrocería de madera; tipo sedán, cabrio y sport roadster. Un automóvil capaz

de transportar a 4 pasajeros construido en Alemania fue el primer automóvil 2 tiempos de producciónmasiva. [5]

En el año 2011 Renault 21 turbodiésel, emplea un motor de dos tiempo para su funcionamiento,demostrando así que el motor de dos tiempos puede impulsar sin ningún problema vehículos turismos,manteniendo un parámetro importante que es la eficiencia, es decir produzcan la mayor potencia sinun consumo excesivo de combustible y contaminar menos. [5]

Hoy en día se tiene un motor bicilíndrico diésel de dos tiempos desarrollados por Renault este motor bicilíndrico diésel está equipado con turbocompresor con una cilindrada de 730 centímetros cúbicosy produce entre 48 y 68 CV de potencia y un par motor máximo de entre 112 y 145 Nm desde 1.500RPM. [5]

Conclusión

Tras la Segunda Guerra Mundial, fueron varios los fabricantes que buscaron en estos propulsores unaalternativa viable. Quizá de ellos haya quedado en el imaginario colectivo SAAB, pero hubo variosmás. Sin ir más lejos, el Trabant o el Auto Union 1000, por citar algunos de ellos.

Hoy en día los fabricantes de automóviles tienen un interés en los motores de dos tiempos debido alas ventajas que ofrece durante su funcionamiento estos se podrán implementara en todo tipo devehículos. Ofrecerá mayores ventajas de potencia, debido a las relaciones de compresión, ocupan lamitad de espacio, menor costo en partes, mejor rendimiento 50% (eficiencia térmica), consumomínimo de combustible, las emisiones de gases son mínimas existiendo por ende una menor

contaminación, un motor de dos cilindros y dos tiempos posee el mismo nivel acústico que un cuatrocilindros de cuatro tiempos. Gracias a todas estas características ventajosas, los ingenierosnuevamente insisten en mejorar este motor que con el pasar de los años se estaba perdiendo en laobsolencia.

Además es necesario ajustar todos los parámetros que intervienen en el motor para que actúen alunísono. La cantidad de gasolina, la apertura de la mariposa de alimentación, la posición de la válvulade escape, el avance del encendido, la sincronización de la inyección en los diferentes puntos. Sinuna electrónica lo suficientemente potente, no es posible coordinarlo.



6

4 Desarrollo

4.1

Problema de diseño y ensayo (9-212).El peso de un motor diesel es directamente proporcional a la relación de comprensión (W=kr), porquese debe usar más metal para robustecer el motor para las presiones más altas. Examine el trabajo netoespecifico que produce un motor diesel por unidad de peso al variar la relación de presión y

permanecer fijo el sumidero especifico de calor. Haga esto para varios suministros de calor yconstantes de proporcionalidad k. ¿Hay algunas combinaciones optimas de k y suministrosespecíficos de calor?

Para determinar el trabajo neto específico en el motor Diesel se ha propuesto datos de temperaturas ylas relaciones de comprensión se han tomado de experimentos, para estos motores esta relación estácomprendida entre 12 y 24.

A.

Datos

Motor-Diesel

= 300 K = W= 30kg

21 = 16

= 2000 kJ/kg

B.

Determinar

C.

Suposiciones

á =, =

D.

Diagramas



7

Figura 1. Diagrama T-s y P-v para el ciclo Diesel ideal.

E.

Propiedades del fluido

=0,718 ∗ =1,005

∗

=0,287 ∗

= 1 , 4

F. Análisis

ó =

Datos: =300

=

17=1@300=1,3860

21 = 2

1

2= 21 1

2 =1 61,3860 =22,18



8

[] 23,13 660

22,18

21,86

650

=656,778

=

=

= 301,4

=21,43

ó

Datos:

=656,778

= 2000

=

=

+ =

= 2000 kJkg1,005 ∗

+656,778

= 2646,83

=

∗ = ∗

=



9

= = = 2646,83 656,778

=4,03

ó

Datos:

=2646,83 =

= ∗ ∗

= ∗

=2646,83 ∗( 4,0321,43)

=497,75

Datos:

=21,43

= 4,03

=497,75 =300

=

= =

=0,718 ∗ 497,75300

=197,75 =

= 2000197,75

= 1802,25



10

= 1 1− ∗ 1

1

= 1 121,43,− ∗ 4,03, 1

1,44,031

=0,5823

=58,23%

= ∗

=0,5823∗ 1802,25

=1049,41

Variación de suministros de calor y constantes de proporcionalidad k

= 310 K = W= 30kg

21 = 15

= 2500 kJ/kg

2 = @310 = 1,3696

2 = @310=0,7186

2 = @310=1,0055

=0,7186 ∗

=1,0055 ∗

=0,287 ∗

=1,3696

ó =

Datos:

=310

=



11

17=1@310=1,5546

2

1

= 2

12= 2

1 1

2 =1 51,5546 =23,32

[] 24,46 670

23,32

23,13 660

=661,43

=

=

=

30

1,3696

=21,90

ó

Datos:

=661,43

= 2500

=

=

+ =



12

= 2500 kJkg1,0055 ∗

+661,43

= 3147,76 =

∗ = ∗

=

= = = 3147,76 661,43

=4,76

ó

Datos:

=21,90

= 4,76 =3147,76 =

= ∗ ∗

= ∗

=3147,76 ∗( 4,7621,90)

=684,17

Datos:=21,90

= 4,76 =684,17

=310

=



13

= =

=0,7186 ∗ 684,17310

=268,88 =

= 2500268,88

= 2231,12

= 1 1− ∗ 1

1

= 1 121,90,− ∗ 4,76, 11,36964,761

=0,5362

=53,62%

= ∗

=0,5362∗ 2231,12

=1196,40

Variación de suministros de calor y constantes de proporcionalidad k

= 320 K

= W= 30kg

21 = 12

= 3000KJ/Kg

2 = @320 = 1,3992

2 = @320=0,7192

2 = @320=1,0062



14

=0,7192 ∗

=1,0062 ∗

=0,287

∗

=1,3992

ó =

Datos:

=320

=

17=1@320=1,7375

21 = 2

1

2= 21 1

2 =1 21,7375 =20,85

[] 21,86 650

20,85

20,64 640

=641,72

=

=

= 301,3992

=21,44



15

ó

Datos:

=641,72

= 3000 =

=

+ =

= 3000 kJkg

1,0062

∗

+641,72

= 3623,23 =

∗ = ∗

=

=

=

= 3623,23

641,72

=5,65

ó

Datos:

=21,44

=5,65

=3623,23 =

= ∗ ∗

= ∗



16

=3623,23 ∗( 5,6521,44)

=954,82

Datos:

=21,44

=5,65

=954,82

=320

=

= =

=0,7192 ∗ 954,82320

=456,56

=

= 3000456,56

= 2543,44

= 1 1− ∗ 1

1

= 1 121,41,− ∗ 5,65, 1

1,39925,651

=0,5353

=53,53%

= ∗ =0,5353∗ 2543,44

=1361,46



17

5 Análisis de resultados:Según el problema propuesto se realizaron cálculos de trabajo neto para tres diferentes experimentosen los cuales se varía las relaciones de presión, se propuso valores de calor específico y mediantetablas se encontraron las constantes de proporcionalidad para diferentes temperaturas iniciales

planteadas.

á

()

()

300 16 2000 1,4 4,03 21,43 0,5823 1049,41

310 15 2500 1,3696 4,76 21,90 0,5362 1196,40

320 12 3000 1,3992 5,65 21,41 0,5353 1361,46

Con respecto las constantes de proporcionalidad (k), al introducir variaciones de temperatura (330K,310K, 320K) estas también tienden a variar (1,4; 1,3696; 1,3992) debido a su relación directa queestos dos parámetros poseen.

La relación de compresión está influenciada por el peso y las constantes de proporcionalidad (k),estos valores también experimentan un leve descenso pero al mismo tiempo sufren un ascenso(21,43; 21,90; 21,41 ) esto también por la estrecha relación que estos parámetros poseen (peso-relación de compresión).

Para el caso de la relación de corte se evidencia que al aumentar las temperaturas iniciales (330K,

310K, 320K) y los calores de entrada (2000KJ/Kg, 2500KJ/Kg, 3000KJ/Kg), esta relación tambiénva aumentando.

La eficiencia al estar en relación con la relación de presión, relación de corte, calores y temperaturas,estos valores irán aumentando debido al mayor calor de entrada ingresado, por ende habrá más trabajoy por ende mayor será la eficiencia de la máquina térmica.

El trabajo neto está influenciado por los valores de la eficiencia térmica, por esto a medida queaumenta los calores de entrada, las temperaturas y demás parámetros, éste tendrá una tendenciaascendente (1049,41KJ/kg; 1196,40KJ/Kg; 1361,46KJ/kg).

6 Conclusiones:

Con el experimento propuesto se pudo obtener datos teóricos con los cual nos servirán de base parasaber cómo funciona el ciclo Diesel, y en que afecta las relaciones de entrada de calor hacia la cámara,con lo cual mediante las relaciones de comprensión obtenida se pudo verificar que estos motoresDiesel tienen una mayor eficiencia respecto a la competencia (motor a gasolina).

Los parámetros tales como las relaciones de presión, se estimaron teniendo en cuenta al aire comogas ideal, con lo cual se determinó que si aumentaba las relación de comprensión el peso de motoraumentaría y esto serviría para soportar las elevadas presiones requeridas en el sistema, elevando



también las temperaturas en las diferentes etapas y se obtuvo trabajos para el análisis del motor y elrendimiento de este que afectaría en el funcionamiento de la máquinas.

Hoy en día los fabricantes de automóviles tienen un interés en los motores de dos tiempos debido alas ventajas que ofrece durante su funcionamiento estos se podrán implementara en todo tipo devehículos. Ofrecerá mayores ventajas de potencia, debido a las relaciones de compresión, ocupan la

mitad de espacio, menor costo en partes, mejor rendimiento 50% (eficiencia térmica), consumomínimo de combustible, las emisiones de gases son mínimas existiendo por ende una menorcontaminación, un motor de dos cilindros y dos tiempos posee el mismo nivel acústico que un cuatrocilindros de cuatro tiempos. Gracias a todas estas características ventajosas, los ingenierosnuevamente insisten en mejorar este motor que con el pasar de los años se estaba perdiendo en laobsolencia.

Además es necesario ajustar todos los parámetros que intervienen en el motor para que actúen alunísono. La cantidad de gasolina, la apertura de la mariposa de alimentación, la posición de la válvulade escape, el avance del encendido, la sincronización de la inyección en los diferentes puntos. Sinuna electrónica lo suficientemente potente, no es posible coordinarlo.

7 Bibliografía:[1]Cengel, Y., & Boles, M. (2011). Termodinámica. Máxico DF: McGraw-Hill.

[2]Inyección electrónica en motores diesel. (2010). En A. Martí Parera, Inyección electrónica en

motores diesel (págs. 15-25). Barcelona: Paraninfo.

[3]Klein, S., & Nellis, G. (2012). Klein, Sanford; Nellis, Gregory;. En S. Klein, & G. Nellis, Klein,

Sanford; Nellis, Gregory; (págs. 343-346). United States of America: Cambridge UniversityPress.

[4] Motorpasión. (18 de Mayo de 2016). Obtenido de Motorpasión:http://www.motorpasionmoto.com/industria/inyeccion-directa-para-2-tiempos-la-solucion-que-no-quieren-las-grandes-marcas

[5]Renault. (18 de Mayo de 2016). Innovaciones de motores 2T . Obtenido dehttp://www.actualidadmotor.com/renault-presenta-sus-innovaciones-para-2015-incluyendo-nuevo-motor-electrico/

reinoso-bautista2

Documents