42 INDICE ANEXOS: A. MOTOR BASICO: ................................................................................................. 1 B. TABLA DE COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA GASOLINA................................... 4 C. TABLA DE CALOR ESPECIFICO MOLAR MEDIO DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN A VOLUMEN CONSTANTE ................................................................ 4 D. TABLA DE CALOR ESPECIFICO DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN EN (KJ/KMOLºC) ............................................................................................................... 5 E. TABLA DE ENERGÍA INTERNA DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN MJ/KMOL ..................................................................................................................... 5 F. ENSAYOS REALIZADOS ..................................................................................... 6 G. NORMAS INTERNACIONALES PARA REALIZACION DE ENSAYO .................. 8 1. DEFINICIONES………………………………………………………………………8 2. CONDICIONES DE REFERENCIA Y CORRECCIONES………………………:9 3. EQUIPO DE LABORATORIO:…………………………………………………….12 4. EQUIPO DEL MOTOR……………………………………….…………………….13 5. PARAMETROS DE LA PRUEBA…………………………………………………13 6. PRESENTACION DE RESULTADOS……………………………………………15 7. METODO DE OPERACIÓN TRANSITORIO:……………………………………18 H. METODOLOGIA PROPUESTA ........................................................................... 20 I. CUADROS Y DIAGRAMAS RESUMENES A DIFERENTES RPM ................... 34 1 ANEXOS A. MOTOR BASICO: N º Sistema Requerimiento Comentarios 1 Sistema de aire de ingreso Opcional Ver definiciones 10.1 1.1 Conductos de aire Opcional 1.2 Limpiador de aire Opcional 1.3 Calentador de aire NO 2 Presión del sistema de carga Si Para todos aquellos motores equipados con impulso variable en función a la velocidad, carga, combustible, octanaje, etc. Estos controles deben ser programados para reflejar las intenciones de la operación en servicio del motor. 2.1 Opciones de control de impulso Según especificación del fabricante 3 Sistema de carga de aire de refrigeración Si Si es aplicable 3.1 Carga de aire refrigerante Si Si son aplicables sistemas auxiliares de enfriamiento 3.2 Bomba o ventilador de enfriamiento Condicional No son requeridos si pueden demostrar que se usan menos del 20 % del tiempo de operación a condiciones de referencia en la prueba 4 Sistema eléctrico Si Ver definiciones 10.5 4.1 Sistema de ignición Si 4.2 Arrancador No 4.3 Generador o alternador Condicional Se requiere solo si se necesita para operar el motor básico de manera auto-sustentable sin una fuente de energía externa. En este caso el generador deberá operar solo lo suficiente para alimentar a los componentes requeridos (bombas eléctricas, inyectores de combustible, etc.) 2 4.4 Opciones de control de Ignición y sincronización Según especificación del fabricante Motor equipado con controles electrónicos y sensores de golpeteo, la sincronización de la chispa deberá ser programada para reflejar el proceso de la operación en servicio 5 Sistemas de control Opcional Si es usado todos los controles deberán ser programados para reflejar el proceso de la operación en servicio 6 Controles de RFI/EMI (radio frecuencyorelectromagneticinterference) Según especificación del fabricante Los ajustes de los controles deberán reflejar el proceso de la operación en servicio 7 Sistema de abastecimiento de combustible Si -- 7.1 Filtros y pre filtros Opcional Ver definiciones 10.3 7.2 Bomba de abastecimiento de combustible Si O carga eléctrica equivalente si es aplicable 7.3 Bomba de inyección/carburador u opciones de medición de combustible Según especificación del fabricante Si es usado todos los controles deberán ser programados para reflejar el proceso de la operación en servicio 8 Sistema liquido de enfriamiento del motor Si -- 8.1 Bomba de enfriamiento Si -- 8.2 Radiador Opcional Se requiere un sistema de laboratorio equivalente con la misma funcionabilidad 8.3 Termostato Opcional Si no se usa entonces la temperatura y el flujo deberán ser regulados de acuerdo a los niveles de operación en servicio 8.4 Ventilador de enfriamiento No Si es usado , la potencia absorbida deberá ser calculada y agregada a la potencia bruta al freno 8.5 Sistema de enfriamiento del motor por aire Si -- 3 8.6 Soplador Condicional Requerido si no es desconectable .En velocidades variables el ventilador podrá ser desconectado si se demuestra que opera menos del 20% del tiempo de operación durante la operación en servicio a condiciones referenciadas. 9 Sistema de lubricación Si Se usa el sistema de lubricación cerrado para un motor base. El llenado del aceite será al nivel que el fabricante recomiende. La temperatura del aceite deberá reflejar los niveles de las condiciones de referencia del ensayo durante la operación en servicio 10 Sistema a expulsión Opcional Ver definiciones 10.2 11 Accionamientos auxiliares -- -- 11.1 Potencia de la bomba de dirección No -- 11.2 Compresor de freón No -- 11.3 Bombas de vacío Condicional Requerido solo si es necesario manejar otros sistemas requeridos y que sus funciones en esa capacidad sean mayores al 20% del tiempo de funcionamiento del motor durante la operación 11.4 Compresores de aire Condicional Requerido solo si es necesario manejar otros sistemas requeridos y que sus funciones en esa capacidad sean mayores al 20% del tiempo de funcionamiento del motor durante la operación Fuente: Norma J1349-201109, Engine Power Test Code-Spark Ignition and Compression IGNITION –As Installed Net Power Rating 4 B. Tabla de composición química de la gasolina Parámetros Gasolina Composición másica elemental en kmol C(Carbono) 0,855 H(Hidrogeno) 0,145 𝑂2 (Oxigeno) 0 𝑃𝑐 del combustible (MJ/kg) 44 Masa molecular media(µ𝑐) 110-120 𝑃𝑐 de la mezcla , para α=1 83,9 Cantidad de aire teórico necesario para quemar 1 kg de combustible (Lo) 0,516 Fuente: Ismael Rivera Olin, Análisis Exergético a un motor de combustión interna Otto, Fuente electrónica .En línea, 18-09-2012 C. Tabla de calor especifico molar medio de los gases de combustión a Volumen constante Fuente: Ismael Rivera Olin, Análisis Exergético a un motor de combustión interna Otto, Fuente electrónica .En línea, 18-09-2012 5 D. Tabla de calor especifico de los productos de combustión en (kJ/kmolºC) Fuente: Ismael Rivera Olin, Análisis Exergético a un motor de combustión interna Otto, Fuente electrónica .En línea, 18-09-2012 E. Tabla de energía interna de los productos de combustión MJ/kmol Fuente: Ismael Rivera Olin, Análisis Exergético a un motor de combustión interna Otto, Fuente electrónica .En línea, 18-09-2012 6 F. ENSAYOS REALIZADOS  Primer Ensayo: n RPM 4000 3800 3600 3400 3200 3000 Tq N-m 6 9 13 15 20 23 G m3 0.016 0.0157 0.0154 0.015 0.0148 0.0146 Ca mmH2O 197 196 192 189 186 184 Tg K 557 554 556 549 535 526 Tac ºC 105 104 106 108 105 105 Tae ºC 69 70 72 71.5 70 70.8 Tas ºC 77 80 81 81.8 82 83 Pr Mpa 0.121 0.122 0.117 0.115 0.112 0.11 Tr K 865 870 883 881 878 871 Vac dm3 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 Vcom cm3 50 50 50 50 50 50 t s 28 29 31 32 31.5 31.7 n RPM 3000 2800 2600 2400 2200 2000 Tq N-m 6 9 13 18 24 30 Ga m3 0.0149 0.014 0.0127 0.011 0.0096 0.009 Ca mmH2O 103 102 100.5 100.5 100 98 Tg K 489 478 473 464 454 445 Tac ºC 104 103 100 96 94 92 Tae ºC 68 66 64 63 62 62 Tas ºC 78.1 77.15 74.25 74.1 72.8 71.65 Pr Mpa 0.111 0.111 0.111 0.105 0.099 0.098 Tr K 828 823 815 809 808 809 Vac dm3 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 Vcom cm3 50 50 50 50 50 50 t s 44.05 44.55 43.28 44.65 45.45 47.22  Segundo Ensayo: n RPM 4000 3800 3600 3400 3200 3000 Tq N-m 5 7 13 15 20 22 G m3 0.016 0.0157 0.0154 0.015 0.0148 0.0146 Ca mmH2O 197 196 192 189 186 184 Tg K 557 554 556 549 535 526 Tac ºC 105 104 106 108 105 105 Tae ºC 69 70 72 71.5 70 70.8 7 Tas ºC 77 80 81 81.8 82 83 Pr Mpa 0.121 0.122 0.117 0.115 0.112 0.11 Tr K 865 870 883 881 878 871 Vac dm3 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 Vcom cm3 50 50 50 50 50 50 t s 29 30 32 33 31 30 n RPM 3000 2800 2600 2400 2200 2000 Tq N-m 6 9 13 17 24 30 Ga m3 0.015 0.0145 0.013 0.0115 0.0099 0.01 Ca mmH2O 103 102 100 100 100 99 Tg K 489 480 475 466 455 446 Tac ºC 105 103 99 95 92 89 Tae ºC 68 65 63 62 60 61 Tas ºC 79 78.7 74 74 72 70 Pr Mpa 0.111 0.11 0.11 0.099 0.099 0.097 Tr K 827 824 815 810 809 807 Vac dm3 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 Vcom cm3 50 50 50 50 50 50 t s 44.7 44.2 43 45 46 47.22  Tercer Ensayo: n RPM 4000 3800 3600 3400 3200 3000 Tq N-m 6 9 12 17 20 24 G m3 0.016 0.0154 0.0156 0.015 0.0148 0.0147 Ca mmH2O 195 194 193 192 192 186 Tg K 558 554 550 535 526 512 Tac ºC 100 105 106 109 106 109 Tae ºC 65 70 72 70 71 71 Tas ºC 77 81.802 82 85 78 80 Pr Mpa 0.124 0.123 0.12 0.115 0.115 0.11 Tr K 860 873 880 880 875 873 Vac dm3 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 Vcom cm3 50 50 50 50 50 50 t s 29 29.32 31.56 31.65 31.6 31.77 n RPM 3000 2800 2600 2400 2200 2000 Tq N-m 6 9 13 17 24 30 Ga m3 0.0150 0.0143 0.0128 0.0113 0.0097 0.0095 Ca mmH2O 103 102 100.25 100.25 100 98.5 Tg K 489 479 474 465 455 446 8 Tac ºC 105 103 99 96 93 90 Tae ºC 68 65 63 63 61 61 Tas ºC 78.6 77.9 74.1 74.1 72.4 70.8 Pr Mpa 0.111 0.110 0.110 0.102 0.099 0.097 Tr K 828 824 815 810 809 808 Vac dm3 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 Vcom cm3 50 50 50 50 50 50 t s 44.38 44.38 43.14 44.82 45.73 47.22 Nota: Los datos utilizados para realizar los cálculos fueron los promedios de los tres ensayos realizados en el Laboratorio de Energía. G. NORMAS INTERNACIONALES PARA REALIZACION DE ENSAYO Tomando como referencia la norma SAE J1995 y la norma SAE J1349 que consisten en la clasificación de la potencia bruta y neta respectivamente para un motor de encendido a chispa, se planteará la metodología tentativa que se seguirá en el ensayo para determinar los flujos de la Exergía. 1. DEFINICIONES  Potencia bruta de frenado: Es la potencia de un motor cuando tiene una configuración básica probado y corregido de acuerdo a esta norma.  Potencia bruta Nominal: Potencia bruta obtenida a velocidad nominal según indicaciones del fabricante  Velocidad nominal: Velocidad a la cual se obtiene la potencia bruta del motor según indicaciones del fabricante  Motor básico: Es un motor configurado con solo los accesorios necesarios para su auto- sustentación en la operación, no tiene accesorios que estén destinados para aumentar su performance en su calidad de servicio o su potencia para sistemas auxiliares. Sin embargo, si estos accesorios están involucrados de alguna manera en las pruebas se puede calcular la potencia que consumen y agregarlas a la potencia bruta de frenado.  Condiciones de referencia de la prueba: 9 Son las referencias estándar de las condiciones de ingreso del suministro de aire y del combustible para las cuales todas las condiciones de potencia están hechas.  Potencia de fricción : Es la potencia requerida para llevar el motor solo como equipado para la prueba .Este valor es necesitado para la corrección de potencia o para los motores de Otto. Se calcula de dos maneras:  Si la medición del torque del fricción no está disponible se asume el 85% de la eficiencia mecánica, y se deberá notificar en el reporte que los resultados fueron corregidos asumiendo esta posibilidad.  Fricción de automovilismo caliente: Registrar los datos de torque de fricción en la máxima aceleración en cada serie de velocidad. Todos los datos deberán ser tomados a la misma temperatura del refrigerante y del aceite ±3 ºC.  Potencia indicada: Es la potencia desarrollada en los cilindros o también es la suma de la potencia al freno y la potencia por fricción para esta norma. 2. CONDICIONES DE REFERENCIA Y CORRECCIONES: Esta sección tiene referencias y especificaciones de ingreso de aire y combustible, rangos recomendables para la prueba y aplicación de las correcciones a los procedimientos posteriormente mencionados. a. Condiciones de referencia atmosférica: Condiciones estándares Rango límite de la prueba Presión de Aire de ingreso 100 kPa -- Presión de Aire seco 99 kPa 90 - 105 kPa Temperatura de Aire de ingreso 25 °C 15 - 40 °C Tabla 3.1: Condiciones de referencia atmosférica Fuente: Norma SAE J1995 b. Especificaciones de referencia del combustible de un SI: Estas referencias son necesarias para todos los motores de encendido a chispa equipados con sensores de golpeteo u otros dispositivos que controlan el avance de la chispa en función del golpeteo. Para los motores encendidos por chispa se puede utilizar cualquier combustible con el suficiente octanaje para prevenir el golpeteo. 10 Combustible regular Combustible Premium Numero de Octanaje buscado 92 ± 0.5 97 ± 0.5 Numero de Octanaje del motor 83 ± 0.5 87 ± 0.5 Valores mínimos de calor 43.3 ± 0.1 MJ/kg 43.1 ± 0.1 MJ/kg Tabla 3.2: Especificaciones del combustible Fuente: Norma SAE J1995 c. Correcciones de la potencia obtenida: La eficiencia de los motores de encendido a chispa está afectada por la densidad del aire de combustión y por las características del combustible. Por lo tanto con el fin de brindar un método de comparación se debe aplicar factores de corrección a la potencia bruta obtenida considerando las diferencias entre las referencias y los datos obtenidos en el ensayo.  Todas las correcciones de la potencia para el aire atmosférico están basados a las condiciones que se encuentran inmediatamente anterior a los sistemas de alimentación del motor y deben estar dentro de los límites de la tabla 3.1.  En cualquier motor que controla automáticamente la salida de potencia según los cambios producidos en las condiciones del aire y del combustible no debe aplicarse los factores de corrección.  La magnitud de la corrección de potencia no debe exceder el 5 % para el caso del ingreso de aire y del 3% para el caso del combustible .Si esto ocurre se debe tomar nota según la norma. d. Corrección de la formulas aplicadas: Estas fórmulas están diseñadas para la corrección de la potencia bruta al freno cuando la aceleración es máxima y no consideran la reducción de potencia por la altitud. Las siguientes formulas están basadas en la norma internacional “ J1349- 201109, Engine Power Test Code-Spark Ignition and Compression IGNITION – As Installed Net Power Rating” ” bpc = CA × bpo (Ec.3.4a) Donde la corrección atmosférica asumiendo el 85% de la eficiencia mecánica se presenta: 11 CA = 1.18 [( 99 Bdo ) ( tO+273 298 ) 0.5 ] -0.18 (Ec.3.4b) La potencia de fricción es medida según: bpc = ipc-fpo (Ec.3.4c) De donde: ipc = ipo ( 99 Bdo ) ( t+273 298 ) 0.5 (Ec.3.4d) 𝑖𝑝𝑜 = 𝑓𝑝𝑜 + 𝑏𝑝0 (Ec.3.4e) Nota: Estas fórmulas son aplicables solo para cuando el sistema funciona a máxima velocidad (WOT, wide open throttle).En caso de existir un cagar auxiliar de aire de refrigeración adicional al definido en el método estándar de prueba, no se deben efectuar correcciones a la temperatura de entrada por lo que el exponente de la ecuación pasa de 0.5 a 0. Factor de corrección de combustible: 𝐶𝐹=𝑓𝑑×𝑓𝑣 (Ec.3.4f) Dónde: fd = 1 + 0.70 ( SGr-SGO SGO ) = 1 + 0.70 ( 0.850-SGO SGO ) (Ec.3.4g) Y fv = 1+S/Vo 1+S/Vr = 1+S/Vo 1+S/2.6 (Ec.3.4h) Las ecuaciones anteriores corrigen la potencia observada de acuerdo a los niveles de densidad y viscosidad, en donde se coloca un coeficiente de 0.7 antes del factor de densidad para compensar los cambios típicos en los valores de calor bajo a diferentes niveles de densidad, esto se basa en la relación empírica de LHV-SG. Los valores de S son determinados por las especificaciones del fabricante, caso contrario se pueden tomar los siguientes valores:  Bomba, lineal y sistemas de boquillas – 0.15  Unidad de inyectores – 0.0 Si se desea determinar el consumo específico de combustible se emplea la siguiente ecuación: 12 Fc = (SGr/SGo × fv)Fo (Ec.3.4i) 3. EQUIPO DE LABORATORIO: Se requiere el siguiente equipo para la prueba de potencia bruta. i. Sistema de alimentación : Cualquier sistema que proporciona un suministro de aire que inicia en el punto donde el aire entra desde la fuente y termina cuando va a entrar al cuerpo de aceleración, múltiple de entrada, o la entrada de turbocargador en los motores correspondientes. ii. Sistema de expulsión : Cualquier sistema que permita expulsar los gases de combustión del motor básico, el sistema inicia a la salida del múltiple de escape o de la salida de la turbina en los motores que la tengan equipado. iii. Sistema de abastecimiento de combustible: Cualquier sistema que proporcione de un abastecimiento de combustible, el sistema tendrá que ser capaz de no exceder las restricciones máximas del fabricante. iv. Carga de aire de refrigeración: Este sistema tiene un impacto significativo en el rendimiento del motor, por tal motivo la temperatura y la presión del aire de salida del enfriador debe ser controlada de acuerdo a las condiciones estándares de la norma. Para los motores con carga refrigerada será necesario un enfriador adicional para realizar esta prueba a cuyos procedimientos se le aplicará un factor de corrección. a. Método Estándar: Es el que pretende simular la restricción del ingreso del aire de refrigeración y la temperatura durante el paso por el múltiple de admisión como si el ambiente estuviera a 25 ºC. b. Método Opcional: Este método pretende duplicar la restricción del ingreso del aire de refrigeración y la temperatura que se obtendría durante el servicio del motor. 13 v. Abastecimiento de potencia adicional: Los componentes operados eléctricamente que son parte de un motor básico pueden ser abastecidos por una fuente externa de potencia. En este caso la potencia será calculada y sustraída de la potencia bruta al freno corregido. 4. EQUIPO DEL MOTOR Se utiliza un motor base definido en el anexo “B”. Adicionalmente se deberá tomar nota de los siguientes puntos que serán respaldados en el numeral 7.2.2.  Marca del motor  Diámetro y carrera  Número y configuración de los cilindros  Tipo del sistema de carburación o inyección  Tipo de presión del sistema de carga si es aplicable  Si es utilizado una carga de aire refrigerante de laboratorio, mencionar el método utilizado para la prueba según el enunciado 11.3  Para motores con sensores de golpeteo se deberá mencionar la calidad del combustible (Premium o regular)  Para los que no poseen sensores de golpeteo se debe obtener el número mínimo de octanaje para el cual no se presenta el golpeteo.  Fecha de realizado el ensayo  Número de serie del motor  Número del ensayo y localización, etc. 5. PARAMETROS DE LA PRUEBA i. Ajustes y corrida:  Los ajustes deberán realizarse antes de la prueba de acuerdo a las especificaciones del fabricante, no se realizarán ajustes durante la prueba.  La operación del motor será de acuerdo a las especificaciones del fabricante, sino se tienen dichas recomendaciones se debe dejar que el motor trabaje un periodo de 8 horas para obtener una potencia al freno con una variación de 1%. ii. Medida de presión y temperatura  Estas influyen en las correcciones que se le harán a la potencia del motor.  Se deben medir de tal manera que se obtenga la condición de estancamiento total de la entrada hacia el sistema de ingreso del motor. Esta medida se debe tomar a 0.15 m del inicio del ducto de ingreso de aire. 14  Cuando se utiliza el ambiente como suministro de aire la presión es la barométrica.  Cuando se utiliza un ambiente de célula para pruebas, la presión es la presión barométrica de la célula.  Para aquellos motores que están equipados con una carga de aire refrigerado se deben colocar las termocuplas y probetas de presión en el ingreso y salida del flujo aire.  La presión y temperatura del múltiple de admisión debe ser medida como un valor estático y las probetas deben ser colocadas en un punto en común para varios cilindros, en dicho punto la presión dinámica se asume nula.  En aquellos motores en que se necesita de un dispositivo de enfriamiento para la prueba , la presión de la carga pre enfriada deberá ser medida con el propósito de configurar las restricciones antes mencionadas en el apartado 4.4 y medida aguas arriba de la unidad auxiliar para lograr así el valor total de estancamiento.  Las restricciones del enfriador adicional hará la diferencia entre la presión del pre cooler y el múltiple de admisión.  La temperatura del refrigerante debe ser medido en la entrada y salida del motor, y cuando se usa aire como refrigerante en los puntos en donde indique el fabricante.  La temperatura y presión del aceite debe ser medida a la entrada de la galería principal de aceite y no deben ser mayores a los límites planteados por el fabricante.  La temperatura del combustible debe ser medida en la entrada del carburador o del carril de inyectores para los motores de encendido a chispa, además cuando se usa combustibles gaseosos se debe medir a la salida del medidor de flujo volumétrico.  La presión y temperatura del sistema de expulsión serán medidos para obtener el valor total de estancamiento aguas abajo del múltiple de escape. Si el motor está equipado con catalizadores la probeta de presión puede ser localizada debajo del catalizador iii. Condiciones de operación de la prueba  El arranque y calentamiento del motor deberá ser de acuerdo a indicaciones del fabricante, no se tomará datos hasta que el torque y la velocidad hayan sido mantenidos con una variación del 1% y la temperatura controlada con una variación de ±2 ºC por lo menos en un minuto.  La velocidad del motor no deberá desviarse de la nominal más que ±1% o ±10 min-1.  La temperatura de salida del líquido refrigerante deberá ser controlada en el rango de ± 3 ºC del valor nominal brindado por el fabricante.  El tipo de refrigerante líquido debe ser una mezcla entre agua y refrigerante que cumpla con las condiciones para los motores de producción en serie. 15  Para motores refrigerados por aire la temperatura de ingreso del aire deberá ser controlada en el rango de 35 ºC ± 5 ºC.  Los gases de escape deben ser ventilados a un reservorio con una presión total de 0.75 kPa de la presión del aire de suministro.  Existen dos métodos para obtener las condiciones de operación de un motor: el método estado estable y el método transitorio. El método seleccionado es el transitorio ya que puede brindar información más significativa debido a que controla las variables en función del tiempo. iv. Determinación de la potencia y del torque  La prueba debe realizarse a la aceleración máxima para motores de ignición por chispa. Se deberán seguir estas condiciones de requerimientos para estar de acuerdo a la norma.  Los datos anotados deberán ser el promedio de las lecturas realizada con un lapso de un minuto.  Para motores de poco potencia se recomienda usar el método transitorio. Motores con sensores de golpeteo activado deberán usar combustibles con el mínimo octanaje recomendado por el fabricante.  La temperatura de la carga de aire refrigerante de salida será determinado por el procedimiento de operación del método transitorio.  Para aquellos motores equipados con variadores de impulso en función de la temperatura del aire, clasificación de octanaje, velocidad del motor o presión de impulso deberá ser configurado para las condiciones que se presenten durante el servicio con el mínimo de octanaje recomendado por el combustible.  La presión, temperatura y humedad del aire de ingreso deberá ser lo más cercana a las condiciones estándares enunciadas en el punto 2.1. Las presiones y temperaturas del aire de ingreso no deberá varia más de 3% durante todo la prueba.  El tipo de aceite que se usará en el motor deberá cumplir con la norma SAE designada y recomendada por el fabricante. 6. PRESENTACION DE RESULTADOS i. Condiciones de la prueba Se deberá controlar las siguientes condiciones y especificaciones de los estados del ensayo:  Condiciones del suministro de aire: Presión, temperatura y presión del vapor.  Condiciones del combustible líquido: Tipo o mezcla, número de octanaje y valor del calor mínimo. 16  Condiciones del combustible gaseoso: Tipo o grado, composición, densidad a los 15ºC y 101 kPa y el valor del calor mínimo.  Condiciones del aceite de lubricación: Clasificación API, grado de viscosidad según SAE y por último el nombre y marca del fabricante. ii. Recopilación de datos de la prueba Se debe tomar nota de la información en cada punto de la prueba que al menos deben ser 5 veces igualmente espaciados y no más de 500 rpm desde el punto en donde se obtiene la mínima velocidad estable y la máxima velocidad estable obtenible según el fabricante. De las velocidades de operación una será la velocidad nominal, otra dará el torque máximo y otra la máxima potencia. La variación de la velocidad no deberá ser mayor a ±1 % o 5 rpm. La siguiente información deberá proporcionarse para realizar el ensayo: a. Información general de la prueba  Día de la prueba  Numero serial del motor  Localización de la prueba  Accesorios adicionales a la tabla del “Anexo B” b. Descripción del motor  Carrera, diámetro del motor  Desplazamiento del motor  Número y configuración de los cilindros  Tipo de ignición(chispa, compresión)  Ciclo de combustión (2 tiempos,4 tiempos)  Sistema de combustible(carburación, inyección de mariposa, multi- inyección )  Tren de válvulas(Push Rod-2 valve, Dual overead Cam-4 valve, Electro- Mechanical)  Presión de carga(naturalmente aspirado, Turbocargado, supercargado)  Carga a de aire de refrigeración (si es aplicable)  Sistemas de ventilación (eléctrico, embrague accionado, hidráulico)  Sistema de control de golpeteo(si es aplicable-octanaje mínimo recomendado) c. Combustible  Tipo o mezcla  Numero de octanaje del motor y del buscado.  H:C ratio  Densidad del combustible y gravedad específica a 15 ºC 17  Calor especifico inferior d. Aceite de lubricación  Clasificación API  Grado de viscosidad SAE  Nombre de la marca y del fabricante e. Refrigerante del motor  Tipo del refrigerante  Mezcla de agua con refrigerante  Nombre de la marca y del fabricante iii. Requerimientos de la información de la prueba a. Medidas  Velocidad del motor(puede ser obtenida por un control del motor)  Torque al freno observado  Torque de fricción  Radio Aire/combustible  Avance de la chispa/sincronización de la ignición(puede ser obtenida por un control del motor)  Temperatura y presión del ambiente  Temperatura y presión del aire de ingreso  Presión del vapor de agua en el aire de ingreso  Temperatura y presión del ingreso de aire al múltiple de admisión  Temperatura del combustible al medidor del flujo del combustible  Temperatura y presión de la carrera del combustible  Temperatura de ingreso y salida del refrigerante  Temperatura del Carter del aceite y presión de la galería  Temperatura de los gases a la salida del múltiple de escape(derecha & izquierda)  Presión a la salida del múltiple de escape(derecha & izquierda) b. Cálculos  Torque corregido(aprox. 25 lb-ft)  BMEP observada y corregido  Potencia al freno observada y corregida(aprox. 25 hp)  Factor de corrección según SAE J1349 con 4 dígitos significantes  Flujo de masa de aire(puede ser medido o calculado del flujo de combustible y la relación aire/combustible) 18  Flujo volumétrico del combustible  Flujo de masa del combustible  Consumo especifico de combustible al freno c. Parámetros de motores impulsados  Presión de impulso  Presión y temperatura del aire al ingreso y salida del inter cooler  Presión y temperatura a la salida e ingreso del compresor  Presión y temperatura a la salida e ingreso de la turbina  Eficiencia de la carga de aire de refrigeración d. Parámetros de motores controlados (si es aplicable)  Presión absoluta del múltiple o flujo másico total del aire (si es aplicable)  Avance de flama/sincronización de la ignición  Relación de aire combustible deseable.  Presión total del enfriador auxiliar (si es aplicado) 7. METODO DE OPERACIÓN TRANSITORIO: Se debe entender que los motores que operan continuamente con variaciones de velocidad experimentan muchos efectos transitorios relacionados con la transferencia de calor y las propiedades de varios materiales a diferentes temperaturas. Estas variaciones pueden crear algoritmos de control que temporalmente pueden incrementar la potencia al freno que son representativos para el uso que se le asigne. A continuación se describe los procedimientos y especificaciones del método transitorio para todos los motores de mediana a ligera potencia tales como motores de motonieves, motores de carros para pasajeros, motores de tractores de pequeña potencia y todos los motores de vehículos de terreno. i. Especificaciones del método transitorio a. Equipamiento del vehículo:  El motor debe ser lo más cercano posible a los diseños de producción en serie.  Los sistemas de expulsión, carga de aire de refrigeración y flujo de masa deben coincidir.  Se permiten ligeras desviaciones. b. Peso del vehículo Peso del vehículo vacío más el peso del tanque lleno según recomendación del fabricante para uso del cliente, chofer o para equipos de pruebas. 19 c. Medida de la presión de expulsión Se deberá colocar las probetas debajo del corredor del colector para cada múltiple de expulsión. Se deberá usar el mismo método en el banco de potencia neta para programar la presión de expulsión. d. Carga de aire de refrigeración (si es aplicable) Si está equipado con una carga de refrigeración se equipara el motor con termocuplas y probetas de presión en la entrada y salida de la carga de aire de refrigeración. e. Método de adquisición de información Se deberá equipar el motor con cualquier sistema sustentable de adquisición de información para grabar todos los parámetros que se den durante el ensayo en el banco de pruebas. Tales como:  RPM, flujo másico de aire, MAP, avance de la chispa, relación aire/combustible, sincronización de la cámara, recirculación de gases de expulsión, posiciones de la válvula y de la aceleración, temperatura del aceite y del refrigerante. f. Condiciones ambientales Se debe realizar el ensayo a las siguientes condiciones:  Temperatura del aire 25 ºC ±10 ºC  Presión barométrica 90 kPa -105 kPa  Humedad menor al 70% HR  Velocidad del tiempo menor a 7 m/s ii. Procedimientos del ensayo con método transitorio a. Calentamiento del motor El motor deberá ser totalmente calentado y la velocidad será de entre 90km/h a 100 km/h. b. Rango de adquisición de información Las pruebas deben realizarse a velocidad variable, inicialmente se ajustará el regulador del acelerador a 4000 RPM sin carga solo con el contrapeso del freno donde se tomarán medidas de las variables de temperatura, presión, consumo de agua y de combustible .Luego se irá incrementando la carga hasta conseguir una 20 disminución de la velocidad de 200 RPM, punto donde se volverán a registrar los valores de las variables. Este procedimiento se seguirá hasta llegar a los 3000 RPM. Por último se repetirá el mismo procedimiento anterior partiendo de las velocidades de 3000 y 3600 RPM. Los datos promedio luego de haber realizado tres veces el ensayo se presentan en la tabla de variables del punto 3.4. iii. Procedimientos de los ensayos de aceleración del vehículo Para medir la contrapresión de los gases de escape y los parámetros del aire de refrigeración (si es aplicable), el motor deberá someterse a la máxima aceleración desde la mínima velocidad estable hasta la máxima velocidad estable según las recomendaciones del fabricante. Si se usa un refrigerante evaporativo, el fluido a evaporarse deberá ser el recomendado por el fabricante. iv. Promedios de los datos del vehículo El ensayo deberá repetirse al menos una vez para que se pueda realizar el promedio de los resultados obtenidos. v. Aplicaciones de la información La contrapresión de los gases, los parámetros de la carga de aire de refrigeración y los parámetros de control del motor deberán ser promediados en todas las pruebas. H. METODOLOGIA PROPUESTA A continuación se presenta la metodología propuesta para realizar el ensayo exergético al motor de combustión interna encendido por chispa. 21 METODOLOGIA DE ANALISIS EXERGETICO DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA DE ENCENDIDO A CHISPA 1. OBJETIVO: Identificar tipo, localización y magnitud de las irreversibilidades que se producen en un motor de combustión interna encendido por chispa y plantear sugerencia que permitan optimizar el rendimiento del motor. 2. EQUIPO A EMPLEAR: Durante el laboratorio será necesario el uso de los siguientes instrumentos de medición para recopilar la información necesaria para realizar los cálculos que permitan realizar un análisis exergético. INSTRUMENTO RANGO Manómetro diferencial 0 – 500 mmH2O Placa orificio 18.02 mm Termómetros de agua de entrada y salida 0 – 100 º C Pipetas de combustible 50 -100 ml Cronómetros 1/100 s Termocuplas de gases de combustión 0-1000 º C Tacómetro 0 – 1000 rpm Termómetro para el aceite 0-200 º C Dinamómetro 150 ±0.5 N.m Y el banco de pruebas será un motor de combustión interna de encendido a chispa marca Nissan. Marca :Nissan GA15DS Potencia :70 kW @ 6000 RPM Torque :126 N.m @ 3600 RPM Cilindrada :1497 cc Diámetro y carrera :73.6 mm y 88 mm respectivamente Orden de encendido :1-3-4-2 Tipo de encendido :Distribuidor y bobina Relación de compresión : 9: 1 22 3. DATOS A RECOPILAR: n RPM 4000 3800 3600 3400 3200 3000 Tq N-m G m3 Ca mmH2O Tg K Tac ºC Tae ºC Tas ºC Pr Mpa Tr K Vac dm3 Vcom cm3 t s Dónde:  Tq : Torque al freno  G: Gasto de combustible  Ca: Consumo de aire  Tg: Temperatura de los gases  Tac: Temperatura del aceite  Tae: Temperatura del agua de entrada  Tas: Temperatura del agua de salida  Pr: Presión después del proceso de barrido.  Tr: Temperatura después del proceso de barrido.  Vac: Volumen de aceite  Vcom: Volumen de combustible. 4. PROCEDIMIENTO: Las pruebas deben realizarse a velocidad variable, inicialmente se ajustará el regulador del acelerador a 4000 RPM sin carga solo con el contrapeso del freno donde se tomarán medidas de las variables de temperatura, presión, consumo de agua y de combustible .Luego se irá incrementando la carga hasta conseguir una disminución de la velocidad de 200 RPM, punto donde se volverán a registrar los valores de las variables. Este procedimiento se seguirá hasta llegar a los 3000 RPM. Por último se repetirá el mismo procedimiento anterior partiendo de las velocidades de 3000 y 3600 RPM. 23 5. FORMULAS A EMPLEAR: Se debe considerar los siguientes datos para la realización de los cálculos T 20 ԑ 9 M2 0,5091 po 0,1013 ηc 1,35 φ 0,9 to 298 𝜇0 0,925 ηex 1,23 𝛽2 + 𝜀𝑎𝑑 3 ∈𝑧 0,85 Densidad gas 690 ωad 80 Hg 43980 Ncompresion 0,9 d aire 1,29 M1 0,55 Cpaire 1,01 Cv aire 0,718 Para calcular los estados termodinámicos se usaran las siguientes formulas: 1) Cálculo de la cantidad teórica de aire necesario para la combustión de un kilogramo de combustible : Se parte de la composición de la gasolina especificada:  C= 0.855 kmol  H= 0.145 kmol  Lo =0.516 kmol  O = 0 kmol  µc =120 Además se sabe que en la relación de aire-combustible teórico en un motor de Ciclo Otto esta alrededor de R a/c = 15.9 Por lo tanto la relación estequiométrica del aire en masa: 𝐼𝑜 = 1 0.23 ( 8 3 (𝐶) + 8(𝐻)) 2) Calculando el coeficiente de exceso de aire: 𝛼 = 𝐼 𝐼0 De donde  α > 1 por lo que se trata de una mezcla pobre.  α < 1 por lo que se trata de una mezcla rica. 3) Cantidad de mezcla fresca: G1 = 1 + αI0 24 4) Cantidad total de carga(aire-combustible).Para 1 kg de combustible: M1 = 1 μc + αL0 5) Determinación de cada uno de los productos de combustión  Si α > 1(mezcla pobre): MCO2 = C 12 MH2O = H 12 𝑀𝑂2 = 0.21 × (𝛼 − 1) × 𝐿𝑂 𝑀𝑁2 = 0.79 × 𝛼 × 𝐿𝑂 Por lo tanto la cantidad total de productos de combustión si la mezcla es pobre: M2 = MCO2 + MH2O + MO2 + MN2  Si α < 1(mezcla rica): MCO2 = C 2 -MCO MH2 = KMCO MCO = 0.42 × ( 1-α 1+K ) × IO MN2 = 0.79 × α × LO MN2 = H 2 -MH2 Por lo tanto la cantidad total de productos de combustión si es mezcla rica: M2 = MCO2 + MH2 + MCO + MN2 + MN2 25 Calculando el coeficiente teórico de variación molecular: 𝜇0 = 𝑀2 𝑀1 6) Presión final de la admisión , asumiendo a. β2 + εad = 3 b. ωad = 80 m/s 𝑝𝑎 = 𝑝0 − (𝛽 2 + 𝜀𝑎𝑑) 𝜔𝑎𝑑 2 2 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 7) Calculo del coeficiente de gases residuales para hallar la temperatura de admisión: Asumiendo: 1. ΔT:20 ºC δr = Mr M1 = (T0+∆T) Tr ( Pr εPa-Pr ) 8) Temperatura al final de la admisión Ta = (To+∆T+δrTr) (1+δr) 9) Presión al final de la compresión donde n(1.3-1.37) Tomando coeficiente politrópico igual a n = 1.35 Pc = Pa × εn1 10) Temperatura al final de la compresión : Tc = Ta × εn1-1 11) Coeficiente de variación molecular 𝜇𝑟 = 𝜇0 + 𝛾𝑟 1 + 𝛾𝑟 12) Ecuación de combustión para α < 1 ∈𝑧 [𝐻𝑐 − ∆𝐻𝑐] (1 + 𝛾𝑟)𝑀1 + 𝑈𝑐 + 𝛾𝑟𝑈𝑐" (1 + 𝛾𝑟) = 𝜇𝑟𝑈𝑧" 26 Y para mezclas donde α < 1: Considerando = 0.85 ∈zHc (1+γr)M1 + Uc+γrUc" (1+γr) = µrUz" Obtención del calor especifico de la mezcla fresca según tabla del anexo “a”: 𝜇𝐶𝑣 𝑈𝑐 = 𝜇𝐶𝑣 × 𝑇𝑐 13) Energía interna de 1 mol de productos de combustión al final de la compresión De la tabla del anexo “a” y con la temperatura al final de la compresión se tiene segundo miembro de la ecuación de combustión. De la tabla del anexo “b”, se puede obtener la temperatura luego de la combustión por extrapolación: Tz 14) Presión final de la combustión Pz = µr Tz Tc Pc Si el coeficiente de redondeo es = 0.9 Pz' = ∅Pz Por lo tanto se puede calcular: 𝑇𝑧′ 15) Presión final de la expansión, considerando n2=1.23 Pb = Pz × 1 εn2 16) Temperatura final de la expansión Tb = Tz × 1 εn2-1 Luego de haber calculado los estados termodinámicos del proceso de combustión interna se debe usar las siguientes fórmulas para calcular la Exergía en cada proceso de la combustión. 27 a) Calculo del Calor especifico que ingresa debido a la combustión : 𝑞𝑖 = 𝐶𝑣(𝑇𝑧 − 𝑇𝑐) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. b) Exergía que acompaña el ingreso de calor (1 − 𝑇𝑜 𝑇𝑓 ) c) Trabajo en la flecha: 𝑊𝑥 = 𝑎𝑧´ − 𝑎𝑏 − 𝑎𝑡𝑓𝑐𝑜𝑚 Valero, A. Lozano: “Los balances de energía libre, entropía, Exergía”, Facultad de Química, España 1987 d) Trabajo de compresión 𝑊𝑐 = 𝐶𝑝 × (𝑇𝑐´ − 𝑇𝑎) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. e) Trabajo útil 𝑊𝑛 = 𝑊𝑥 − 𝑊𝑐 Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. f) Eficiencia del ciclo 𝑛 = 𝑊𝑛 𝑞𝑖 Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. g) Exergía que acompaña la evacuación del calor 𝑎𝑞𝑒 = 𝑞𝑒 × (1 − ( 298 1030 )) 28 Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. h) Anergia durante el proceso de compresión 𝐴𝑛𝑎−𝑐 = 𝑎𝑎 − 𝑎𝑐 + 𝑎𝑞𝑐𝑜𝑚𝑝 + 𝑊𝑐 Valero, A. Lozano: “Los balances de energía libre, entropía, Exergía”, Facultad de Química, España 1987 i) Exergía a la temperatura de admisión 𝑎𝑎 = 𝐶𝑝 × (𝑇𝑎 − 𝑇𝑜) − 𝑇𝑜 (ln 𝑇𝑎 𝑇𝑜 − ( 𝑛𝑐 − 1 𝑛𝑐 ) × ln 𝑃𝑎 𝑃𝑜 ) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. j) Exergía a la temperatura de Compresión 𝑎𝑐 = 𝐶𝑝 × (𝑇𝑐 − 𝑇𝑜) − 𝑇𝑜 (ln 𝑇𝑐 𝑇𝑜 − ( 𝑛𝑐 − 1 𝑛𝑐 ) × ln 𝑃𝑐 𝑃𝑜 ) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. k) Exergía a la temperatura de Combustión 𝑎𝑧 = 𝐶𝑝 × (𝑇𝑧 − 𝑇𝑜) − 𝑇𝑜 (ln 𝑇𝑧 𝑇𝑜 − ( 𝑛𝑒𝑥 − 1 𝑛𝑒𝑥 ) × ln 𝑃𝑧 𝑃𝑜 ) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. l) Exergía a la temperatura de Combustión del ciclo real 𝑎𝑧′ = 𝐶𝑝 × (𝑇𝑧′ − 𝑇𝑜) − 𝑇𝑜 (ln 𝑇𝑧′ 𝑇𝑜 − ( 𝑛𝑒𝑥 − 1 𝑛𝑒𝑥 ) × ln 𝑃𝑧′ 𝑃𝑜 ) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. 29 m) Exergía a la temperatura de Expansión 𝑎𝑏 = 𝐶𝑝 × (𝑇𝑏 − 𝑇𝑜) − 𝑇𝑜 (ln 𝑇𝑏 𝑇𝑜 − ( 𝑛𝑒𝑥 − 1 𝑛𝑒𝑥 ) × ln 𝑃𝑏 𝑃𝑜 ) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. n) Exergía a la temperatura de barrido 𝑎𝑟 = 𝐶𝑝 × (𝑇𝑟 − 𝑇𝑜) − 𝑇𝑜 (ln 𝑇𝑟 𝑇𝑜 − ( 𝑛𝑒𝑥 − 1 𝑛𝑒𝑥 ) × ln 𝑃𝑟 𝑃𝑜 ) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. o) Anergia durante el proceso de combustión 𝐴𝑛𝑐−𝑧 = 𝑎𝑐 − 𝑎𝑧 + 𝑎𝑞𝑐𝑜𝑚𝑏 Valero, A. Lozano: “Los balances de energía libre, entropía, Exergía”, Facultad de Química, España 1987 p) Anergia durante el proceso de combustión real 𝐴𝑛𝑐−𝑧′ = 𝑎𝑐 − 𝑎𝑧′ + 𝑎𝑞𝑐𝑜𝑚𝑏 Valero, A. Lozano: “Los balances de energía libre, entropía, Exergía”, Facultad de Química, España 1987 q) Anergia durante el proceso de expansión 𝐴𝑛𝑧′−𝑏 = 𝑎𝑧′ − 𝑎𝑏 − 𝑊𝑥 Valero, A. Lozano: “Los balances de energía libre, entropía, Exergía”, Facultad de Química, España 1987 r) Anergia durante el proceso de evacuación y barrido 𝐴𝑛𝑏−𝑟 = 𝑎𝑏 − 𝑎𝑟 Valero, A. Lozano: “Los balances de energía libre, entropía, Exergía”, Facultad de Química, España 1987 30 s) Anergia durante el proceso de admisión 𝐴𝑛𝑜−𝑎 = 𝑎𝑜 − 𝑎𝑎 Valero, A. Lozano: “Los balances de energía libre, entropía, Exergía”, Facultad de Química, España 1987 t) Calor que evacua el sistema: 𝑞𝑒 = 𝐶𝑣 × (𝑇𝑏 − 𝑇𝑎) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. u) Exergía que acompaña a la transferencia de calor durante la combustión: 𝑎𝑞𝑐𝑜𝑚𝑏 = 𝐶𝑣 × (𝑇𝑧 − 𝑇𝑜) × (1 − 𝑇𝑜 𝑇𝑧 ) Fuente Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed. v) Exergía que acompaña a la transferencia de calor durante la compresión: 𝑎𝑞𝑐𝑜𝑚𝑝 = 𝐶𝑝 𝑛1 × (𝑇𝑎 − 𝑇𝑐) × (1 − 𝑇𝑜 𝑇𝑐) Valero, A. Lozano: “Los balances de energía libre, entropía, Exergía”, Facultad de Química, España 1987 6. CÁLCULO Y GRAFICOS: Tabla de estados Térmicos: n 4000 3800 3600 3400 3200 3000 pa Ta 𝛾𝑟 pc tc 𝜇𝑟 1er term 31 Uc Uc" 2do term Uz Tz Pz Pz' Tz' Pb Tb Tabla de cálculos exergéticos: n 4000 3800 3600 3400 3200 3000 qi aqi Wx Wc Wn η aqe Ana-c aa ac az az' ab ar Anc-z Anc-z' Anz'-b Anb-r An0-a qe aqcomb aqcomp Presentar los siguientes gráficos:  Consumo específico para las tres posiciones de la mariposa  Perdidas de energía por el sistema de refrigeración para las tres posiciones de la mariposa  Potencia al freno para las tres posiciones de la mariposa  Eficiencia efectiva para las tres posiciones de la mariposa 32 7. CONCLUSIONES: Se plantearan las conclusiones después de analizar los resultados del ensayo 8. ANEXOS a. Tabla de calor especifico molar medio de los gases de combustión a Volumen constante Fuente: Ismael Rivera Olin, Análisis Exegético a un motor de combustión interna Otto, Fuente electrónica .En línea, 18-09-2012 33 b. Tabla de energía interna de los productos de combustión MJ/kmol Fuente: Ismael Rivera Olin, Análisis Exegético a un motor de combustión interna Otto, Fuente electrónica .En línea, 18-09-2012 9. BIBLIOGRAFIA: 1. Gómez, Jose Luis .Termodinámica: Análisis Exergético. España: Reverte, 1990,10-30p, (en línea). 2. Ismael Rivera Olin, Análisis Exegético a un motor de combustión interna Otto, Fuente electrónica . 3. Luis Lastra Espinoza, Guillermo Lira Cacho, Elizabet Vera Becerra, Danilo Valenzuela Oblitas, Andres Valderrama Romero, Julio Estrada Pita, Max IvanAldave Ruiz. Motores de combustión Interna-Laboratorios y prácticas.1era Edición. Lima-Perú: Instituto de motores de combustión interna. 4. Shapiro, Howard y Moran, Michael. Fundamentos de termodinámica técnica.2da Ed.España:Reverte,2004. 34 I. CUADROS Y DIAGRAMAS RESUMENES A DIFERENTES RPM Para los diferentes rpm iniciando en n=3000 rpm. n(RPM) 3000 2800 2600 2400 2200 2000 Wc(kW) 34,96 33,79 34,83 34,26 33,79 32,13 Ig(kW) 0,74 0,67 0,67 0,63 0,58 0,52 Wt(kW) 34,22 33,12 34,16 33,63 33,21 31,61 Ia(kW) 13,40 11,81 11,45 10,11 8,91 7,86 Wi(kW) 20,82 21,31 22,71 23,52 24,30 23,75 Il(kW) 9,62 9,18 9,21 8,70 8,46 7,82 Wm(kW) 11,21 12,13 13,50 14,83 15,84 15,93 Ir(kW) 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 Wf(kW) 10,61 11,53 12,90 14,23 15,24 15,33 Wx(kW) 1,57 2,79 3,68 4,52 5,30 6,07 Ch(kg/h) 2,86 2,77 2,85 2,80 2,77 2,63 Ce(kg/kW-h) 0,27 0,24 0,22 0,20 0,18 0,17 nt 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 ni 0,61 0,64 0,66 0,70 0,73 0,75 nM 0,54 0,57 0,59 0,63 0,65 0,67 nf 0,95 0,95 0,96 0,96 0,96 0,96 ne 0,30 0,34 0,37 0,42 0,45 0,48 Tabla 1: Cálculos Energéticos a n = 3000 RPM inicial Fuente: Elaboración propia 35 Para los diferentes rpm iniciando en n=4000 rpm. n(RPM) 4000 3800 3600 3400 3200 3000 Wc(kW) 52,32 51,82 47,68 48,54 48,23 47,85 Ig(kW) 1,51 1,47 1,35 1,30 1,20 1,15 Wt(kW) 50,82 50,35 46,34 47,24 47,03 46,70 Ia(kW) 21,81 20,98 17,06 19,86 17,62 19,77 Wi(kW) 29,00 29,37 29,28 27,38 29,41 26,93 Il(kW) 14,39 15,17 13,79 14,03 13,95 13,50 Wm(kW) 14,61 14,20 15,49 13,35 15,47 13,43 Ir(kW) 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 Wf(kW) 14,01 13,60 14,89 12,75 14,87 12,83 Wx(kW) 2,09 3,58 4,71 5,70 6,70 7,54 Ch(kg/h) 4,28 4,24 3,90 3,97 3,95 3,92 Ce(kg/kW-h) 0,31 0,31 0,26 0,31 0,27 0,31 nt 0,97 0,97 0,97 0,97 0,98 0,98 ni 0,57 0,58 0,63 0,58 0,63 0,58 nM 0,50 0,48 0,53 0,49 0,53 0,50 nf 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 ne 0,27 0,26 0,31 0,26 0,31 0,27 Tabla 2: Cálculos Energéticos a n = 4000 RPM Fuente: Elaboración propia 36 Y finalmente para n= 3600 rpm: n(RPM) 3600 3400 3200 3000 2800 2600 Wc(kW) 43,93 43,79 43,53 43,38 41,32 40,69 Ig(kW) 1,20 1,13 1,02 0,98 0,89 0,87 Wt(kW) 42,73 42,66 42,50 42,40 40,43 39,82 Ia(kW) 17,66 18,22 17,69 17,92 15,33 13,95 Wi(kW) 25,07 24,45 24,81 24,48 25,10 25,87 Il(kW) 11,15 11,89 11,97 11,93 11,37 11,05 Wm(kW) 13,92 12,56 12,84 12,55 13,74 14,83 Ir(kW) 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 Wf(kW) 13,32 11,96 12,24 11,95 13,14 14,23 Wx(kW) 1,88 3,38 4,52 5,34 6,16 7,08 Ch(kg/h) 3,60 3,58 3,56 3,55 3,38 3,33 Ce(kg/kW-h) 0,27 0,30 0,29 0,30 0,26 0,23 nt 0,97 0,97 0,98 0,98 0,98 0,98 ni 0,59 0,57 0,58 0,58 0,62 0,65 nM 0,56 0,51 0,52 0,51 0,55 0,57 nf 0,96 0,95 0,95 0,95 0,96 0,96 ne 0,30 0,27 0,28 0,28 0,32 0,35 Tabla 3: Cálculos Energéticos a n = 3600 RPM Fuente: Elaboración propia 37 Gráfico 1: Diagrama de Sankey resumen para posición inicial de n =3000 rpm Gráfico 2: Diagrama de Sankey resumen para posición inicial de n =4000 rpm 38 Gráfico 3: Diagrama de Sankey resumen para posición inicial de n =3600 rpm 39 Para n = 3000 rpm. n 3000 2800 2600 2400 2200 2000 qi 1838,41 1836,88 1835,73 1834,90 1845,93 1841,09 aqi 1715,32 1713,77 1712,61 1711,77 1722,18 1717,36 Wx 711,70 710,95 710,35 709,91 712,27 710,13 Wc 449,52 449,30 449,04 448,84 444,40 444,12 Wn 262,18 261,65 261,31 261,06 267,87 266,00 η 14,261% 14,244% 14,234% 14,228% 14,512% 14,448% aqe 695,88 694,97 694,25 693,73 698,11 695,37 Ana-c 44,95 44,93 44,90 44,88 44,44 44,41 aa -6,37 -6,39 -6,42 -6,44 -6,92 -6,95 ac 398,20 397,98 397,72 397,52 393,05 392,77 az 2106,21 2103,94 2102,11 2100,77 2108,60 2102,02 az' 1846,72 1844,71 1843,08 1841,89 1848,92 1843,06 ab 975,03 973,75 972,73 971,99 976,65 972,93 ar 232,36 227,86 222,75 218,94 211,90 213,23 Anc-z -76,35 -76,08 -75,95 -75,87 -82,52 -81,33 Anc-z' 183,14 183,16 183,08 183,02 177,15 177,63 Anz'-b 32,56 34,560 36,560 38,560 40,560 42,560 Anb-r -185,6 -184,200 -182,800 -181,400 -180,000 -178,600 An0-a 47,59 43,99 40,39 36,79 33,19 29,59 qe 979,30 978,33 977,60 977,07 982,98 980,01 aqcomb 1631,66 1629,88 1628,44 1627,39 1633,03 1627,92 aqcomp -0,0030677 -0,0030703 -0,0030732 -0,0030754 -0,0031268 -0,0031301 Tabla 4: Cálculos exergéticos para posición inicial a n = 3000 RPM Fuente: Elaboración propia 40 Para n =4000 rpm n 4000 3800 3600 3400 3200 3000 qi 1833,07 1833,81 1835,65 1839,64 1840,92 1840,54 aqi 1710,56 1711,32 1713,08 1716,80 1717,97 1717,58 Wx 714,80 715,22 715,70 716,36 716,44 716,24 Wc 454,19 454,41 453,83 451,83 450,93 450,84 Wn 260,62 260,81 261,87 264,53 265,51 265,40 η 14,218% 14,222% 14,266% 14,379% 14,423% 14,420% aqe 694,67 695,15 695,94 697,39 697,76 697,52 Ana-c 45,42 45,44 45,38 45,18 45,09 45,08 aa -5,832 -5,806 -5,875 -6,106 -6,209 -6,219 ac 402,935 403,161 402,568 400,545 399,628 399,542 az 2105,968 2107,223 2108,753 2111,040 2111,403 2110,791 az' 1846,448 1847,561 1848,932 1850,994 1851,329 1850,786 ab 974,644 975,341 976,236 977,632 977,885 977,544 ar 260,834 265,458 269,160 266,735 263,079 261,092 Anc-z -71,12 -71,16 -72,15 -74,87 -75,96 -75,91 Anc-z' 188,399 188,502 187,671 185,172 184,117 184,092 Anz'-b 36,58 35,88 35,18 34,48 33,78 33,2 Anb-r -188,56 -188,06 -187,56 -187,06 -186,56 -186,2 An0-a 19,56 25,16 30,76 36,36 41,96 47,5 qe 976,86 977,34 978,35 980,43 981,05 980,80 aqcomb 1631,91 1632,90 1634,03 1635,62 1635,82 1635,34 aqcomp -0,0030158 -0,0030134 -0,0030198 -0,0030418 -0,0030519 -0,0030528 Tabla 5: Cálculos exergéticos para posición inicial a n = 4000 RPM Fuente: Elaboración propia 41 Gráfico 4: Diagrama de Grassman para n =4000 rpm Fuente: Elaboración propia