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7/30/2019 41778723 Sistema de Inyeccion Diesel
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SISTEMA DE INYECCION DIESEL
CLCULO Y DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR
Cilindrada Unitaria
Cilindrada Total
Potencia til del Motor
Consumo horario de combustible
DIMENSIONAMIENTO DEL INYECTOR
Bomba de inyeccin
Consumo de combustible por cilindro segundo
Consumo de combustible por cilindro ciclo
Consumo de combustible por litro y grado de rotacin
Dimetro y carrera efectiva del embolo de la bomba
Rgimen del embolo de la bomba por grado de rotacin
Velocidad del embolo
Tiempo de Inyeccin
DIMENSION DEL INYECTOR
Velocidad de inyeccin
Presin en el inyector
Superficie total del inyector
Numero de orificios del inyector
CAERIAS DE INYECCION
Calculo de caeras de inyeccin
Numero de Reynolds y dimetro critico de la caera
Ecuacin de continuidad Bomba Caera Inyector
Seccin de la caera
Velocidad del combustible
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CALCULO DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES
Se tiene un motor diesel de 4 tiempos con las siguientes caractersticas:
Presin media efectiva (Pme): 7 kg/ cm2 =70.000 kg/m2
Rotacin del cigeal (n): 1.800 R.P.M.
Numero de cilindros: 6
Carrera del pistn (L): 30 cm
Dimetro del cilindro (D): 22 cm
Consumo especifico de
Combustible (Em): 120 gr/Hp h
El clculo de las dimensiones principales ser de acuerdo a la siguiente
secuencia:
CALCULO DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES DEL MOTOR
CALCULO DE LA CILINDRADA UNITARIA (q)
Representa el volumen aspirado en la admisin por cada cilindro.
q= D2 /4 * L 3.14/4 (0.22m)2 * (0.30m) = 0.0114m3
q= 0.0114m3
CALCULO DE LA CILINDRADA TOTAL DEL MOTOR Q:
El motor tiene 6 cilindros por lo que:
Q = q*n = 0.0114m3 * 6 = 0.0684 m3
Q = 0.0684 m3
CALCULO DE LA POTENCIA UTIL DEL MOTOR (Wm)
Es la potencia que se manifiesta en el cigeal, su clculo ser como sigue:
Wu = Pme* Q * n/9000 (HP)=
Wu = 70000 * 0.0684 * 1800/9000
Wu = 957.6 HP
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CONSUMO HORARIO DE COMBUSTIBLE (Ch)
El consumo de combustible del motor por hora, estar en funcin de la potencia
til y el consumo especifico de acuerdo a la siguiente relacin:
Ch = Wu * Em = 957. 6 HP * 0.120 kg/HPh
Ch = 114.912 Kg/l
Su expresin en kg/seg ser
Cn= 114.912 kg/h * 1h/3600 seg
Cn= 0.03192 kg/seg
Considerando que el peso especfico de combustible es:
= 870 kg/m3
La expresin del consumo horario en volumen de combustible (m3) ser:
Ch = 0.3192 kg/s * 1/870 kg/ m3
Ch = 0.000367 m3/seg
Para su expresin de este consumo en milmetros tendremos:
Ch = 0.000367 m3/seg * (1000 mm)3/ m3
Ch = 36.689,6 mm3/seg
DIMENSIONAMIENTO DES SISTEMA DE INYECCION
BOMBA DE INYECCION
La bomba de inyeccin que utilizaremos en nuestro motor ser del tipo boch
(de carrera constante) (tipo bomba individual). En el grafico se vera la planilla
con las caractersticas de este tipo de bombas para poder escoger en dicha
planilla la bomba que necesitamos calculamos con la expresin siguiente, el
consumo de combustible en un cilindro y por ciclo.
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Diametro
piston mm
Carrera
piston mm
Volumen
barrido por
piston
Descarga
mxima por
carrera mm
Relacion de
descarga y
volumen
barrido
456
6.67
7.589
10101112131415161718161718
1920212220
22
252730
77
10101010101010121212121515152020202020
2020202030
35
353535
88137.5
283332385442503636785942
11401357159318472040300034203815404045405080
56306300690076009450
13300
171002000024800
3045
125135160180230280400600730875
105012001350152017202050230026002880
32003500375040004100
5100
67507900
10500
0.340.330.350.380.380.360.360.360.420.530.540.550.570.450.450.440.450.510.510.510.51
0.510.510.510.490.42
0.38
0.390.390.42
II.2 CONSUMO DE COMBUSTIBLE POR CILINDRO Y EN CADA Chs
Considerando que el motor tiene 6 cilindros tendremos.
Chs = Ch/N = 36.689.6mm3 /seg = 6.114.9 mm3 /cil.seg
Chs = 6.114.9 mm3 /cil.seg
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II.3 CONSUMO DE COMBUSTIBLE POR CICLO Y CILINDRO (Cc)
Al tratarse de un motor de 4 tiempos, se debe considerar que solamente (n/2)
son de suministros de combustible.
Entonces n/2 x 60 sern las vueltas del motor por segundo.
Luego Cc = Chs/n/2x60 = 6.114.9 x 120/1800 = 407.6 mm3 /cil.ciclo
Cc = 407.6 mm3 /cil.ciclo
La compresin de combustible en las caeras podr insumirnos u treinta por
ciento (30 %) mas aproximadamente con los que llegamos al siguiente paso.
Cc = 407.6 + 0.3 (407.6) = 529.88 mm3 /cil.ciclo
Cc = 529.88 mm
3
/cil.ciclo
Que representa la descarga por cilindro y por ciclo con el cual entraremos en el
grafico 4 de la bomba, para hallar las caractersticas de la que usaremos, asi
resulta.
Dimetro de pistoncito o embolo de la bomba: 11 mm
Carrera de pistoncitos o embolo de la bomba: 12 mm
II.4 CLCULO DE COMBUSTIBLE POR LITRO Y GRADO DE ROTACION Cc
El suministro del combustible se produce en un cierto ngulo que vale 20 a 25
en cmaras de inyeccin directa de 25 a 35 para motores con cmaras de pre
combustin elegimos para nuestro caso 25 , de manera que el rgimen de la
bomba ser.
Siendo la cilindrada unitaria q = 0.01140 m3/ ciclo
q= 0.01140 m3 x 1000 Lts /1m3 = 11.4 Lits.
q= 11.4 Lits.
Entonces siendo en consumo de combustible ciclo cilindro.
Cc = 529.88 mm3 /cil.ciclo
Tendremos:
Cc = 529.88 mm3 /cil.ciclo /11lts/cl.ciclo x 25 = 1.86 mm3 /Lts.grado de
Rotacin
Cc = 1.86 mm3 /Lts.grados de Rotacin
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II.5. CALCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL PISTON O DEL EMBOLODE LA BOMBA DE INYECCION PARA SUMINISTRAR LA CANTIDADNECESARIA DE COMBUSTIBLE (LE)
Ser
Si el consumo por cilindro es:
Cc = 529.88 mm3 /cil.ciclo
El dimetro de pistn o embolo de la bomba es D = 11 mm
La seccin del pistn o embolo ser (b)
b= D2/4 = 3.14/4 * (11 mm)2 = 94.9 mm2
La carrera efectiva del pistn o embolo de la bomba ser
LB = Cc /b = 529.99/94.9 = 5.6 mm
LB = 5.6 mm
II.6 CLCULO DEL REGIMEN DEL PISTON POR GRADO DE ROTACION(Cb)
Cb = LB / = 5.6 MM /25 = 0.224 mm /de Rotacin
Cb = 0.224 mm /de Rotacin
II.7 CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL PISTON O EMBOLO DE LA BOMBADE INYECCION (Vb)
Vb = 0.224 mm/Rot * 360 /vuelta * n/2 vueltas/min * 1m/1000 m
Vb = 0.224 * 360 * 1800/2 * 60 * 100
Vb = 1.21 m/seg
II.8 CLCULO DEL TIEMPO DE INYECCION
Si n/2 -------------------------- 60 seg
2s/360 ------------------------- t
t= 25/360 * 60*2/n = 25 * 60 * 2 /360 * 1800
t= 0.0046 seg
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III. DIMENSIONAMIENTO DEL INYECTOR
Se debe calcular la superficie de descarga en el, inyector y en el caso de la
superficie fuera necesario fraccionarla en cierta cantidad de orificios para lo
cual se debe considerar los siguientes aspectos.
III.1VELOCIDAD DE INYECCION (INYECTOR)
La velocidad de salida del combustible por el inyector de acuerdo a normas
tiene un valor promedio de norma Vr = 150 m/seg
VI = 150 m/seg
Este valor tiene relacionado con la siguiente ecuacin
V1 = V 2gHcm/seg
Siendo
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f= Coeficiente de descarga 0.67 a 0.94
H = Es la carga en mts de la columna de combustible que se necesita para
obtener la velocidad de descarga que deseamos, la que conforme a resultados
experimentales conviene que oscile entre 120 a 150 m/s.
III.2 CLCULO DE LA PRESION EN EL INYECTOR (Pr)
Formando para nuestro caso 150 m/seg y un f = 0.9 operando en la presin
con sus transformaciones tenemos lo siguiente
Luego
Optando f = 0.9 y Vr = 150 m/seg se tiene
Po = (VI/14f)2 * c = (150/14 * 0.9)2 * 0.87 = 123 kg/cm2
Po = 123 kg/cm2
Este valor est relacionado con:
Po= P1 Po donde
P1 = Presin de inyeccin
Po = presin del aire comprimido en el cilindro del motor en el momento de
inyeccin.
En consecuencia
P1 = A Po + Po
Considerando que Po = 50 kg/ Cm2 Entonces
P1 = 123 + 50 = 173 kg/cm2
P1 = 173 kg/ Cm2
Que representa la presin de inyeccin
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III.3 CLCULO DE LA SUPERFICIE TOTAL DEL INYECTOR (I)
El consumo de combustible que debe inyectar el inyector al motor seria
Q1 = Cc/ t = I * VI
Siendo Cc el volumen neto que el inyector debe suministrar al motor sin tomar
en cuenta el 30% adicional asumida en las caeras ser.
Cc 407.6 mm3/cil.ciclo
t= tiempo de inyeccin = 0.0046 seg.
En consecuencia
1 = Cc / t * VI = 407 * (mm3) / 0.0046seg * 150m/seg * 1m/1000mm
1 = 407.6 / 0.0046 * 150 * 1000
1 = 0.60 mm2
El valor optimo de la penetracin del chorro de combustible de acuerdo a
normas se considera como su valor a la mitad del dimetro del cilindro del
motor osea D/2 = 22/2 = 11 cm = 110 mm
Penetracin = 110 mm
Con este valor de penetracin utilizaremos el grafico (B) de green que nos da la
abcisa en el dimetro del orificio, que en este caso es 0.45 mm.
Dimetro del orificio = 0.45 mm
III.4 CALCULO DE ORIFICIOS DEL INYECTOR (No)
Debemos relacionar la seccin total de descarga del inyector con la seccin
correspondiente al orificio para determinar la cantidad de orificios.
Para D = 0.45 tenemos:
Entonces
Numero de orificios No= 1/ 0=0.60 /0.1589
No=7.775 orificios
No= 8 orificios
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IV. CAERIA DE INYECCION
IV.1 CALCULOS DE LAS CAERIAS DE INYECION
Las tuberas de inyeccin que conducen el combustible desde la bomba de
inyeccin hasta los inyectores debe ser de dimetro uniforme en toda longitud
capaz de resistir presiones altas y lo suficiente ductil para ser doblado
fcilmente hasta la forma que exige su instalacin en el motor.
La tubera se construye de dimetro reducido y gruesas paredes. Lo primero a
los efectos de disminuir el volumen de combustible alojado en la caera,
atenuando asi los efectos de la compresibilidad, las gruesas paredes se
justifican solo por la resistencia mecnica; sino tambin para reducir vibracin y
aumento de volumen por la deformacin de la caera a presiones elevadas.
IV.2 CALCULO DE DIAMETRO DE LA CAERIA ES UN COMPROMISOENTRE LA PERDIDA DE CARGA EN LA MISMA Y LA COMPRESIBILIDAD.DIAMETROS GRANDES NOS DARAN PEQUEA PERDIDA DE CARGACON GRAN COMPRESIBILIDAD Y VICEVERSA
Determinaremos el DIAMETRO CRITICO de la caera; o sea el
correspondiente al numero de Reynolds 2000, valor limite del movimiento
laminar.
Vc = Velocidad de circulacin en la caera
dc = Diametro critico de la caera
g = Aceleracion de la gravedad
u = Viscosidad absoluta del aceite
EL CAUDAL NETO DEBE ENTREGAR LA BOMBA SERA
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Si Cc = 407.6 m3/cil. ciclo
Y el tiempo de inyeccin ser:
t= 0.0046 seg
El Caudal ser
IV. ECUACION DE CONTINUIDAD BOMBA CAERIA INYECTOR DIAMETRO CRITICO
Deber cumplirse la ecuacin de continuidad para bomba caera y orificios
del inyector (el mismo caudal) luego:
Por lo siguiente:
El valor limite del dimetro critico correspondiente a la expresin anterior que
nos da el numero de reynold de 2000 de la cual sacamos la siguiente expresin
que igualamos a la anterior.
Con lo que podemos calcular el diametro de la caera
Ademas tenemos que
Y tomando la ecuacin de continuidad para el sistema inyector bomba
Y reemplazando en la ecuacin
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Se tiene
Diferencia esta presin entre la bomba y la salida (orificios del inyector
sumando a la anterior la presin a vencer en el cilindro motor obtendremos:
198.6 + 50 = 248 kg/ Cm2
El valor de la viscosidad absoluta que necesitamos esta dado en el grafico
siguiente en funcin de la presin y para el valor de presin anteriormente
calculado resulta.
De:
146
210
286
196
260
336
0.0009
0.001
0.0012
1.55
1.63
1.65
Calculando el dimetro o adoptado para el rgimen ser laminar es 1.63 mm
IV.4 CALCULO DE LA SECCION DE LA CAERIA
VI.5 CALCULO DE LA VELOCIDAD EN LA CAERIA
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13/13
Vc = 42.53 m/seg