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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 Plantilla de presentaciones – Autor dd de mm de 20yy


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





• 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






– 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






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






– 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






• 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






• 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






4. Cálculos






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)






• 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






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:






• 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


V2 = 152,481 cm3

V4 = 358,691 cm3

V6 = 311,706 cm3

V8 = 406,274 cm3





4. Cálculos












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


1,4






• Rotor Masa: 7,28 kg

Material: Aluminio 518.0


4,21

• Tapa del Estator

Masa: 3,07 kg

Material: Aluminio 6061







6. Diseño final del compresor






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.






• 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


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