CALCULO DE SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

CALCULO DE SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

Motor: 4.0L V6 Ford sport trac

Sistema de refrigeración motor prototipo. 1. Depósito de recuperación del refrigerante del radiador, 2. Radiador, 3. Manguera superior del radiador, 4. Escudo del ventilador, 5. Embrague del ventilador, 6. Aspas del ventilador, 7. Manguera inferior del radiador, 8. Calefactor del bloque, 9. Termostato, 10. Sensor de temperatura del refrigerante, 11. Unidad transmisora del indicador de temperatura del agua.

CALCULO TÉRMICO DEL RADIADOR.

Cantidad de calor transferida al líquido de enfriamiento por unidad de tiempo, Qa.

La cantidad de calor transferida Qa se determina de la siguiente ecuación:

Qa=qt*Qt ;[kJ/s]

qt-Perdidas específicas de calor a través del líquido de enfriamiento,

Para el cálculo de este motor, qt=0.25 tomando el valor del intervalo dado para motores de encendido por chispa con válvulas en cabeza

Qt=(Hu*Gh)/3600[kJ/s]

Hu-calor de combustión inferior del combustible, kJ/kg

Para motores de encendido por chispa Hu=44000kJ/kg

Gh- Consumo de combustible horario.

Gh=Ne*ge*〖10〗^(-3)

Ne=Potencia efectiva para el régimen de cálculo. =157 kW

ge=Consumo especifico efectivo de combustible. g/kW*h

ge=3600 (ρk*ηv)/(lo*α*Pe)

ηv-Coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico. = 0.77

ρk-Densidad de la carga fresca.= 0.95058 kg/m3

lo-Volumen de aire teórica para la combustión completa de 1 kg de combustible. = 15.07kg

α-Coeficiente de exceso de aire. =0.9

Pe-Presion media efectiva. =0.61 MPa

ge=3600 (0.95058*.77)/(15.7*.9*0.61)

ge= 305.71g/(kW*h)

Gh=Ne*ge*〖10〗^(-3)

Gh=157*305.71*〖10〗^(-3)

Gh=47.9 kg/h

Qt=(Hu*Gh)/3600[kJ/s]

Qt=585.44 kJ/s

Qa=0.22*585.44;[kJ/s],por lo tanto

Qa=128.796[kJ/s]

Incremento medio de temperatura en el radiador ΔT.

El incremento se determina por:

ΔT=ΔTt(med)-Ta(med).

Donde:

ΔTt(med) Es la temperatura media del líquido en el radiador, °C.

ΔTt(med)=T(sal)-ΔTt/2

T(sal)=100 a 105 °C Para sistemas presurizados. Usamos el valor de 105 °C

T(sal)=90 a 95 °C Para sistemas atmosféricos.

ΔTt Diferencia de temperatura entre el líquido que sale y entra al motor.

ΔTt=8 a 10 °C

Para este valor se toma 9

Ta(med)- Temperatura media del aire en el radiador.

Ta(med)=To+ ΔTap+ ΔTa/2

Donde:

To=50 °C- Temperatura de cálculo del aire ambiente alrededor del motor.

ΔTap- Caldeo del aire en el radiador de aceite. Si este se encuentra delante del radiador del líquido refrigerante: ΔTap=3 a 5 °C. Se tomó el valor de 3

La diferencia ΔTa se determina por la ecuación siguiente:

ΔTa= Qa/(Ffr*(ρa*Wa)*Cp)

Donde:

Ffr- Area frontal del radiador, [m^2]

Ffr-0.2 a 0.4 [m^2 ]- Para motores de encendido por chispa. Se tomó el valor de 0.3

(ρa*Wa)- Gasto (de masa) de aire a través de la superficie frontal del radiador [kg/(s*m^2 )]. El valor usado es 14.5

Cp-capacidad calorifica del aire. 1.00[kJ/(kg*grado)]

ΔTa= Qa/(Ffr*(ρa*Wa)*Cp)

ΔTa= 128.796/(0.3*(14.5)*1)

ΔTa= 29.6082

De esta manera entonces:

Ta(med)=To+ ΔTap+ ΔTa/2

Ta(med)=50+ 3+ 292.6082/2

Ta(med)=67.8041 ºC

ΔTt(med)=T(sal)-ΔTt/2

ΔTt(med)=105-9/2

ΔTt(med)=100.5ºC

ΔT=ΔTt(med)-Ta(med)

ΔT=100.5-67.8041

ΔT=32.695

Este valor es correcto ya que el intervalo en el que se debe encontrar para motores de encendido por chispa es de 30-55 para este motor de 157 kW

Superficie de enfriamiento del radiador, Fenf.

La superficie de enfriamiento Fenf. se determina por la ecuación:

Fenf=(Qa*φ')/(k*ΔT)

Donde:

φ^'=1.1 a 1.15- Coeficiente de seguridad que tiene en cuenta el posible empeoramiento de la transferencia de calor, debido a depósitos de sales y suciedad en las superficies exteriores de transferencia de calor durante la explotación del motor. Se tomó el valor 1.15.

k- Coeficiente de transferencia del calor del radiador. Su valor depende de la construcción de las aletas del radiador y de la velocidad de desplazamiento del aire W_a y del líquido W_l.

k=0.093 a 0.100- Para radiadores de tubos y de aletas planas;

k=0.100 a 0.110- Para radiadores de tubos y cintas plegadas;

k=0.119 a 0.130- Para radiadores de cintas plegadas.

Este motor usa un radiador de tubos y cintas

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