Bilantul Energetic al M.P.

Bilantul Energetic al M.P.

Acest bilant exprima modul in care energia produsa prin arderea combustibilului in motor este repartizata in diverse schimburi ale acestuia cu mediul exterior.

Caldura disponibila Q_d [KJ / h] sau [Kcal / h] reprezinta cantitatea totata de energie obtinuta prin arderea compteta a combustibilului in motor:

Q_d=Q_i c_h [KJ / h] sau [Kcal / h] unde:

Q_i [KJ / kg] sau [kcal / kg] - reprezinta puterea calorifica inferioara a combustibitului;

c_h [KJ/h] - consumul orar de combustibil al motorului

Caldura transformata in Iucru mecanic Q_e [KJ / h] sau [KcaI / h] reprezinta acea parte din caldura disponibila care este folosita pentru obtinerea de energie mecanica in cadrul procesului de lucru din motor:

Q_e = h_e [kJ / h] sau [Kcal / h]

Caldura evacuata prin gazele de evacuare Q_g [KJ/h] sau [KcaI/h] reprezinta energia pierduta prin evacuarea gazetor arse in atmosfera :

Q_g = m₉(i'₉ - i''₉) [KJ / h] sau [kcaI/h] unde :

rn₉ [KJ / h] - debitut masic de gaze de evacuare

i'_g [kJ / kg] sau [kcal / kg] - entalpia gazelor de evacuare Ia temperatura din motor;

i''₉ [kJ/kg] sau [kcal/kg] - entatpia gazelor de evacuare Ia temperatura mediului ambiant.

Caldura evacuata prin instalatia de racire Q_r [kJ / h] sau [kcal / h] reprezinta energia pierduta prin caldura transferata ftuidutui de racire :

Q_r = m_rc_r (t'_r - t''_r) [kJ/h] sau [kcal/h]

in care:

m_r [KJ/h] - debitul de fluid de racire

c_r [KJ/kg grd.] sau [kcaI/kg grd.] - caldura specifica a fluidului de racire

t'_r [⁰C] - temperatura fluidului de racire Ia iesirea din motor

t''_r [⁰C] - temperatura fluidului de racire Ia intrarea in motor

Caldura evacuata din instalatia de ungere Q_u [KJ/h] sau [kcal/h] reprezinta energia

pierduta prin caldura transferata uleiului de ungere :

Q_u = m_uc_u-(t'_u - t''_u ) [kJ/h] sau [kcal/h] in care:

m_u [kJ/h] - debitul masic de ulei de ungere

-c_u [KJ / kg grd.] - caldura specifica a uleiului de ungere

-t'_u [SC] - temperatura uleiului de ungere Ia iesirea din motor

t''_u 1⁰C] - temperatura uleiului de ungere Ia intrarea in motor

Caldura pierduta prin arderea incornpleta a combustibilului Q_in [KJ/h] sau [kca I / h] reprezinta cota parte din caldura disponibila care nu a fost obtinuta in cadrul procesului de ardere din motor, datorita oxidarii incomplete a combustibilului.

Caldura reziduala Q_rez [KJ / h] sau [kcal / h] inglobeaza toate celelalte pierderi de energie ale motorului (energia radiata de peretii exteriori ai motorului, energia cinetica a gazelor de evacuare etc.), astfel incat ecuatia de bilant are forma:

Q_d=Q_e+Q_g+Q_r+Q_u+Q_in+Q_rez [KJ / h] sau [kcal / h]

Ecuatia de mai sus caracterizeaza bllantul energetic absolut. Daca se raporteaza termenii ecuatiei Ia puterea efectiva a motorului (Q_j/P_e=q)_j, se obtine expresia bllantului energetic specific :

q_d=q_e+q_g+q_r+q_u+q_in+q_rez [KJ / h] sau [kcal / h]

Daca termenii membrului drept al ecuatiei de mai sus se raporteaza Ia caldura disponibila (Q_j/Q_d=q_j), rezulta expresia bilantului energetic relativ :

100= q_e+q_g+q_r+q_u+q_in+q_rez [%]

Dat fiind faptul ca, in cazul motoarelor cu ardere interna, se Iucreaza cu energie sub aspect termic, bilantul energetic al acestora este denumit, in mod obisnuit, bilant termic.

CeIe trei expresii ale bilantului termic sunt caracteristice utilizarii apei de mare pentru racirea uleiului de ungere. Atunci cand racirea uleiului se realizeaza cu apa din circuitul inchis de racire, termenul Q_u se inglobeaza in Q_r . De asemenea, in special in cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare, terrnenul Q_in este inglobat, daca exista, in valoarea caldurii reziduale Q_rez.

Conform datelor experimentale, valorile uzuale ale componentelor bilantului termic relativ sunt:

q_e [%]

q_r

q_g = (25

q_rez=(2.5 [%]

Ponderea acestor componente depinde, in principal, de urmatorii factori:

a) perfectiunea proceselor de Iucru din motor;

b) caracteristicile constructiv - functionale ale motorului si ale instalatiilor aferente;

c) regimul de functionare aI motorului;

d) gradul recuperare a energiei termice pierdute.

Tinand seama de cele spuse mai sus, inglobam termenul Q_in in termenul Q_rez si pe total consideram ca Q_rez = 0,06 Q_d. Ecuatia de bilant termic va avea noua forma :

Q_d= Q_e +Q_g+Q_r+Q_u+0.06Q_d [kJ / h] sau [kcal / h]

Din documentatia tehnica a motorului am gasit urmatoarele date :

a)racitorul aerului de supraalimentare

-fluxul energetic preluat : 4480 [kw] (16128 [kj / h])

-debit apa mare : 264 [m³ / h]

b)racitorul principal de ulei

-fluxul energetic preluat : 920 [kw] (3312000 [kj / h])

-debitul pompei de ulei : 325 [m³ / h]

-debit apa mare : 400 [m³ / h]

c)racitorul ax came

-fluxul energetic preluat : 9 [kw] (32400 [kj/h])

-debitul pompei de ulei : 8 [m³/h]

-debit apa mare :    4 [m³/h]

d)racitorul de apa dulce

-fluxul energetic pretuat : 1680 [kw] (6048000 [kj / h])

-debitul pompei de apa dulce : 91 [m³ / h]

-debit apa mare :    132 [m³ / h]

-debitul de gaze de evacuare : 119200 [kg / h] (33,11 [kg / s])

-consumul de aer aI motorului : 32,5 [kg / s]

Se va avea in vedere diagrama de circulatie a apei de mare de la sfirsitul capitolului.

Se considera, din documentatia tehnica a motorului, consumul efectiv de combustibil, avand Q_i=42707 [kj / kg], ca fiind :

C_e= 123 [g / CPh] (167,2334 [g / kwh]).

Consumul orar de combustibil:

c_hcomb = c_e P_e = 0,1672334 13920 = 2327,89 [kg / h]

FIuxuI termic disponibil:

Q_d = Q_i c_hcomb = 42707 2327,89 = 99417198,23 [kg / h] (27615,8884[kw]) FluxuI

termic transformat in Iucru mecanic util :

Q_e = Q_d h_e=0,3873239 99417198,23 = 38506656,95 [kJ / h]

Q_e = 10696,2936 [kw]

Q_rez 0,06~ 9941 71 98,23 = 5965031,894 [kJ / h]

Q_rez =1656,953304 [kw]

Pentru calculul termenului Q_r, (fluxul preluat prin racirea motorului), trebuie tinut seama de faptul ca racirea cilindrului se face partial cu apa si partial cu aerul de supraalimentare. Astfel, aerul de supraalimentare preia o parte din fluxul termic aI cilindrului cat timp pistonul nu a dezobturat ferestrele de baleiaj, iar in momentul deschiderii supapei de evacuare in procesul de baleiaj (simultan cu deschiderea ferestrei de baleiaj) are loc intrarea aerului in interiorul cilindrului unde il spala pe acesta si apoi eliminarea odata cu gazele de evacuare a acestui aer. Schema folosirii aerului pentru aceasta secventa a ciclului motor este :

Debitele masice care intervin sint:

m_comb = C_hcomb / 3600 = 2327,89 / 3600 = 0,64664 [kg / s]

m_aer = m_comb a m_aermin = 0,64664 14,5 = 17,814932 [kg / s]

m_g =m_aeri + C_hcomb / 3600 = 17,814932 + 2327,89 / 3600 = 18,461572 [kg / s]

m_9AM = 119200 [kg / h] = 33,11 [kg / s] - debitul de gaze evacuate

m_9AM = m_g+ m_aer2 = m_gAM - m_g= 33,11 - 18,461572 = 14,648428 [kg / s]

m_aer =m_aer1 + m_aer2 = 17,814932 + 14,648428 = 32,46336 [kg / s]

iar fluxurile de caldura echivalente sint :

Q_aer2= m_aer2 c_aer DT_aer, c_aer = 1 [kJ / kg k]

unde DT_aer reprezinta incalzirea aerului in amestec cu gazele evacuate din cilindrul motor.

Q_gaze = m_g c_g DT_gaze, c_g =1 ,2 [kJ / kg k]

unde DT_gaze reprezinta racirea gazelor in amestec cu aerul de m_aer2.

DT_gaze = 450 - 330 = 120 [grd].

Q_gaze=18,4615721,2120=2658,466368 [kw]

Presupunand ca Q_gaze =Q_aer2' rezulta ca :

DT_aer = Q_gaze /m_aer2 C_aer = 2658,466368 / 14,648428 1= 181,484755 [grd].

DT_aer = t₁ -t₂

t₁=330 [⁰C]

t₂=t₁-Dt_aer

t₂= 330- 181,484755 = 148,515 [⁰C]

Q_raccil2 = m_aer2 c_aer DT_raccil

Unde :

DT_raccil = 148,515245-50 = 98,515245 [grd.]

Q_raccil2= 14,648428 98,515245 = 1443,093473 [kW]

Q_raccil1 = m_aer c_aer DT_raccil

Q_raccil1 = 17,814932 98,515245 = 1755,042391 [kW]

Prin instalatia de racire cu apa se va elimina fluxul termic :

Q_r=m_r c_r(t'_r-t''_r)

Unde :

m_r = r_r V_r = 10³ 91 = 91 000 [kg / h]

iar c_r = 4,2 [kJ / kg k]; r_r = 1000 [kg / rn³]

Q_r= 91000 - 4,2 (80 - 63) = 6497400 [kJ / h] (1804,833 [kw])

Asadar, fluxul total preluat prin racirea motorului este :

Q'_r=Q_raccil2 + Q_raccil1 +Q_r

Q'_r= 1443,093473 + 1755,042391 + 1804,833 = 5002,968864 5003 [kw]

Prin instalatia de ungere, se va elimina fluxul termic :

Q_u = m₀₁ c_u (t'₀₁ - t''₀₂) + m₀₂ c_u(t'₀₂ - t''₀₂) sau

Q_u=    (m₀₁ + m₀₂) (t'_u - t''_u)c_u

unde

m₀₁= r V₀₁ = 950 325 = 308750 [kg / h]

m₀₂= r_u V₀₂ = 950 8 = 7600 [kg /h]

c_u=2,1 [kJ / kg grd.]

r_u= 950 [kg / rn³]

t'_u= 50 [⁰C]

t''_u= 45[ C]

Q_u= (308750+ 7600) 2,1 = 3321675 [kJ / h]

Q_u= 922,6875 [kw]

Fluxul termic eliminat prin gazele de evacuare este :

Q_g=Q_d - (Q_e - Q'_r+Q_u + Q_rez)

Q_g= 27615,8884 -(10696,2936 + 5003 + 922,6875 + 1656,953304)

Q_g= 9336,954 [kw]

Exprimand in procente, se inregistreaza urmatoarele valori :

q_e = (Q_e / Q_d )

q_g=(Q_g / Q_d)

q_r=(Q_r / Q_d) (5003 / 27615,8884)

q_U=(Q_u / Q_d)

q_rez=(Q_rez / Q_d) 100 = (1656,953304 / 27615,8884)