AJUSTE DE LOS MECANISMOS DE SUMINISTRO DE AIRE Y DE COMBUSTIBLE
6.3. PARÁMETROS QUE CONTROLAN LA SOBREALIMENTACIÓN
90
91
Los principales parámetros que caracterizan el compresor, son: el grado de elevación de presión (
π
k), el caudal (Gs), y el rendimiento adiabático (ηad).También la temperatura en la salida detrás del compresor no habiendo enfriador de aire es:
1 1
1 kk 1/k
ad o
p k o
k T
c T l
T
(6.2)
Donde:
ηad : Eficiencia adiabática del compresor y varía de 0,70 a 0,80 k : Índice adiabática del aire igual a 1,4
Al elevar el grado de sobrealimentación por encima de un determinado valor, la potencia efectiva no se incrementa, debido a que decrece el rendimiento mecánico del motor, por efecto del crecimiento de la potencia consumida en el accionamiento del compresor, la cual no se compensa por el crecimiento de la potencia indicada obtenida a cuenta de la sobrealimentación.
La potencia de los motores Diesel turboalimentados puede ser incrementada en más del 59%. La toxicidad de los gases quemados, debido a que el proceso transcurre con un coeficiente más alto de α, es menor que en el motor Diesel no sobrealimentado.
En la mayoría de los casos la magnitud
π
k no excede de 1,6 – 1,8.Por ley física termodinámica, el aire al ser comprimido por el turbo aumenta de temperatura hasta 150ºC, por lo cual las partículas de oxígeno inyectadas en la cámara de combustión se esparcen ocupando mayor espacio.
Según datos experimentales los valores de
π
k pueden ser:π
k = 1,7 : 2,2 para motores diesel lentos y de gran potenciaπ
k = 1,4 : 3,0 para motores diesel de media velocidad y gran potenciaπ
k = 1,5 : 2,0 para motores diesel de tractores.π
k = 1,5 : 4,0 para motores diesel de vehículo de transporte92 6.4. AJUSTE DEL PROCESO DE INYECCIÓN
Para ajustar los sistemas de alimentación de combustible de los motores Diesel, existen dos métodos:
a) El primer método permite, para los parámetros elegidos del equipo de inyección, calcular:
- La variación de la presión en cualquier punto del sistema.
- El movimiento de la válvula impelente de la bomba y el dispositivo de cierre de la bomba.
- La característica de inyección y el suministro cíclico.
b) El segundo método de ajuste da la posibilidad de elegir los elementos constructivos del equipo de inyección para una característica de inyección prefijada.
Ambas métodos de cálculo están basadas en la solución de las ecuaciones para el movimiento no estacionario de un fluido compresible no viscoso.
Para determinar la forma de las ondas de presión directa e inversa en la tubería de impulsión se escriben las ecuaciones de las condiciones de frontera e iníciales para la bomba y el inyector, en la cuales deberán tenerse en cuenta las peculiaridades constructivas de estos elementos de equipo de inyección. Los sistemas de ecuaciones diferenciales obtenidos se resuelven aplicando métodos numéricos con pequeños pasos de integración, utilizando ordenadores, las deducciones de estas ecuaciones y los métodos de solución se dan en una literatura especial.
A continuación se examina la cantidad de combustible que sale por cada inyección, por consiguiente:
Se aplica la ecuación: 103
e c
e N
g G en gr/kWh, si 3 10
* e
e c
N
G g (6.11)
93 También:
e o
v k
e l p
g * *
3600 *
reemplazando en 6.11, tenemos:
103
*
*
3600 * e
e o
v k c
N p G l
(6.12)
Reemplazando sus valores en la ecuación 6.12, con datos del cuadro de protocolo de pruebas tenemos: si ρk = 1,225 kg/m3; ηv = 0,77; Ne = 298; α = 1,4; lo = 14,45; pe = 1,031 MPa.
h kg
Gc 48,52 /
10 298 031 , 1
* 45 , 14
* 4 , 1
77 , 0
* 225 ,
3600 1 3
En miligramos por hora: 48,52 x 106.
Es el gasto total de combustible en una hora. Además la inyección del combustible se produce por cada ciclo de trabajo. Entonces debemos determinar cuantos ciclos por hora realiza el motor.
hora ciclos
ciclo rev
rev hora n
deCiclos
N 1025* /min*60*min/
/
* 2
min /
*
/ 2050
= 61500 ciclos/hora
Dividiendo el consumo de combustible en miligramos por hora entre los ciclos por hora obtenemos la cantidad de combustible inyectado por cada ciclo en el motor. Si el motor tiene seis cilindros. Entonces, este valor se divide entre seis para determinar la cantidad de combustible inyectado en un cilindro del motor:
Cantidad de comb. inyectado en un cilindro =48,52*106/61500*6 = 131,5 mmgr/ciclo
Resultado:
Cuando el ηv no llega al porcentaje del 85% la combustión será incompleta.
94
La determinación del suministro cíclico, que es el punto de partida para la elección de la carrera y el diámetro del émbolo de la bomba de combustible.
El suministro cíclico puede ser hallado por la expresión:
sc V h c o
k cil c o
acil
V V l G l
G
.
. .
(6.11)
Para hallar Vsc se debe conocer el coeficiente de llenado, el coeficiente de exceso de aire y la densidad del aire en la admisión:
v h
c k o c
s V
V l
6 .
10 (6.12)
Donde: Vs.c viene en mm3 y el volumen de trabajo del cilindro se mide en litros.
Para los motores que se están diseñando es más cómodo calcular el suministro cíclico utilizando las magnitudes del consumo específico supuesto de combustible y de la presión media efectiva.
En este caso el suministro cíclico será:
c c c
s n i
V G
) /
, 120 (6.13)
donde: Gc es el consumo de combustible, en kg/h; n es la velocidad de rotación del motor, rpm; ρc es la densidad del combustible, en kg/m3 ; Vs,c
en m3 .
Sustituyendo los valores de Gc y Ne en la ecuación anterior obtendremos:
Vs,c = ( pe ge / ρc ) Vh (6.14) Donde: pe se da en Pa ; ge en kg / (W.s) ; Vh en m3 ; ρc en kg / m3 ; Vs.c en m3.
De las dos expresiones anteriores puede calcularse el suministro cíclico específico:
95
vs,c = Vs,c / Vh (6.15) El suministro cíclico por 1 litro de volumen de trabajo del cilindro para los motores sin sobrealimentación vs.c = 50-80 mm3 / l. En caso de emplear sobrealimentación estos valores deberán aumentarse proporcionalmente a la variación de pe y ge .
La bomba de combustible se elige usando el suministro cíclico ( tabla N°
6.1), calculado por las dos ecuaciones anteriores.
Aumentando el diámetro del émbolo buzo se reduce la duración del suministro geométrico y crece la presión de inyección.
Los parámetros constructivos del inyector y del pulverizador se escogen durante el proceso de pruebas del motor diesel en el banco.
TABLA N° 6.1
CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA DE COMBUSTIBLE DE ALTA PRESIÓN
Estructura Carrera Diámetro Vsc máx. N° de Secciones A 8 mm 5 a 10 mm 25 – 150 1,2,3,4,6,8,12
B 10 mm 6,5 a 12
mm
35 – 200 1,2,4,6,8,12
C 12 mm 10 a 17 mm 120 – 800 4,6,8,12