Estudio de viabilidad técnica de un compresor de doble etapa para aplicación en un motor diésel de dos tiempos sobrealimentado
- 1. ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA – ICAI Estudio de viabilidad técnica de un compresor de doble etapa para aplicación en un motor diesel de dos tiempos sobrealimentado. Autor: Alberto Nieto Rollán Director: D. Eduardo García Sánchez Madrid, 27 de agosto de 2014 Departamento de Ingeniería Mecánica
- 2. 2 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 1.Introducción 2.Objetivos 3.Especificaciones de partida 4.Cálculos 5.Diseño final de componentes 6.Diseño final del compresor 7.Comentarios y conclusiones 8.Referencias Índice Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 3. 3 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas •Proyecto de investigación de Renault. Pequeño motor diesel para vehículos de peso bajo (600 kg). Dos niveles de rendimiento: 35 kW (47 CV) y 112 Nm. 45 kW (60 CV) y 145 Nm. Consumo estimado muy reducido: 2 l/100 km para el motor de 35 kW. 1.Introducción Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 4. 4 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas –Sobrealimentación del motor: •Para el motor de 45 kW Presión de aire de 4 bares absolutos. •Solución de Renault: Turbocompresor en serie con compresor volumétrico. •Solución alternativa: Compresor volumétrico de doble etapa. 1.Introducción Turbocompresor Compresor Volumétrico Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 5. 5 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas Los objetivos principales del proyecto son: •Plantear el diseño conceptual de un compresor volumétrico. •Diseñar los componentes necesarios para conseguir un correcto funcionamiento del compresor. •Realizar estudios termodinámicos, dinámicos e hidráulicos para evaluarlo. •Fabricar un prototipo no funcional. 2. Objetivos Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 6. 6 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas –Tipo de motor: MEC de 2 tiempos –Combustible: Gasóleo. –Potencia máxima: 45 kW. –Par máximo: 145 Nm. –Máximas revoluciones del motor: 4000 rpm. –Número de cilindros: 2. –Cilindrada: 730 cm3. –Presión de sobrealimentación: 4 bar. –Temperatura ambiente: 25 °C. –Presión atmosférica: 100000 Pa. 3. Especificaciones de partida Condiciones estándar Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 7. 7 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas •Trayectoria de los vértices: 4. Cálculos -150 -100 -50 0 50 100 150 -150 -100 -50 0 50 100 150 Curva Curva Radio de curvatura = 8279.1 mm α 5 mm 124 mm (x,y) 5α Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 8. 8 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas •Relación de engranajes: La velocidad del cigüeñal es 5 veces mayor que la del rotor: El piñón interior está fijo al estator: Aplicando la fórmula de Willis para calcular la relación: Suponiendo la velocidad de giro del cigüeñal como: 4. Cálculos nl n1 n2 Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 9. 9 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 4. Cálculos Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 10. 10 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 4. Cálculos •Presión intermedia (p2): Vol. Perjudicial relativo: Intercambiador de calor: para cada etapa (I y II). Igualando m: Resolviendo el sistema formado por (1), (2) y (3): (1) (2) (3) Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 11. 11 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas •Ciclo de compresión: 1 2 3 4 5 P1 = 100000 Pa T1 = 298 K P2 = 291652 Pa T2 = 369,14 K P3 = 289003 Pa T3 = 316,38 K P4 = 402649 Pa T4 = 338,08 K P5 = 400000 Pa T5 = 311,69 K 1ª ETAPA INTER COOLER 2ª ETAPA INTER COOLER MOTOR 4. Cálculos 1 2 3 4 5 .1 .2 .2’ . .4 .4’ 3 Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 12. 12 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 4. Cálculos •Anchura del rotor: Para una velocidad de giro de 1600 rpm en el rotor y 4000 rpm en el motor: Para el gasto másico calculado, el volumen necesario es: La anchura del rotor es: con VD = 526.33 cm3. Los rendimientos volumétricos son: La potencia indicada en cada etapa es: La potencia indicada total es: Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 13. 13 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas •Colocación de las válvulas: Es necesario utilizar muelles debido a la geometría. Admisión a 25° del plano de simetría. Impulsión a 20° del plano de simetría. 4. Cálculos Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014 V2 = 152,481 cm3 V4 = 358,691 cm3 V6 = 311,706 cm3 V8 = 406,274 cm3
- 14. 14 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 4. Cálculos Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 15. 15 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 5. Diseño final de componentes Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 16. 16 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 5. Diseño final de componentes •Cigüeñal Masa: 2,73 kg Material: Acero Factor de seguridad: 1,3 •Estator Masa: 12,6 kg Material: Aluminio 6061 Factor de seguridad: 1,4 Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 17. 17 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas •Rotor Masa: 7,28 kg Material: Aluminio 518.0 Factor de seguridad: 4,21 •Tapa del Estator Masa: 3,07 kg Material: Aluminio 6061 5. Diseño final de componentes Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 18. 18 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 6. Diseño final del compresor Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 19. 19 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas 7. Comentarios y conclusiones •Movimiento epicicloidal limita la velocidad de giro. •No hay transformación de rotación en traslación. •Más conveniente para producción de frío. •Es técnicamente viable. •Características similares a otros compresores. Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
- 20. 20 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy Departamento de Ingeniería Mecánica Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas •Linares, J. I. (2009). Aplicaciones de termodinámica técnica. España: Universidad Pontificia de Comillas. •Mataix, C. (1982). Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas (2ª ed.). España: Cie Inversiones Editoriales Dossat 2000. •Payri, F.; Desantes, J.M. (2011). Motores de combustión interna alternativos. España: Reverté. •http://www.auto-innovations.com/ 8. Referencias Alberto Nieto Rollán 27 de agosto de 2014
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