• Author / Uploaded
• emilioC5

Citation preview

INGENIERÍA MECÁNICA AUTOMOTRIZ TRANSFERENCIA DE CALOR PROYECTO : MAQUETA (MOTOR TÉRMICO) INTERCAMBIADOR DE CALOR “RADIADOR” INTEGRANTES: EMILIO CORONEL JULIO TENECELA

FECHA: 28 DE ENERO DEL 2014 INTRODUCCIÓN Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre sí. En la práctica, los intercambiadores de calor son de uso común en una amplia variedad de aplicaciones, desde los sistemas domésticos de calefacción y acondicionamiento del aire hasta los procesos químicos y la producción de energía en las plantas grandes. Los intercambiadores de calor difieren de las cámaras de mezclado en el sentido de que no permiten que se combinen los dos fluidos que intervienen. Un radiador es un tipo de emisor de calor. Su función es intercambiar calor del sistema de calefacción para cederlo al ambiente, y es un dispositivo sin partes móviles ni producción de calor. Forma parte de las instalaciones centralizadas de calefacción. En la automoción se emplea un dispositivo semejante que, en España mantiene el mismo nombre, aunque en este caso no es muy propio, porque no intercambia por radiación, sino por convección e incluso ventilo-convección, con un ventilador. El nombre de radiador proviene de que al principio, cuando se inventó, se suponía que el calor se intercambiaba por radiación lo que hasta cierto punto era cierto, cuando se usaban sistemas de calefacción de vapor, con altas temperaturas superficiales. Pero al cambiar el calo portador por agua, con sistemas modernos de regulación que, la mayor parte del tiempo, lo hacen funcionar con temperaturas reducidas y dada la escasa superficie que presenta, el influjo de esa radiación en los ocupantes y paramentos de un ambiente es bastante bajo; además, en general, el aire es trasparente a la radiación, por lo tanto no se calienta con ella. De ahí que la mayor parte del calor se intercambie por convección. La emisión (o disipación) de calor de un radiador, depende de la diferencia de temperaturas entre su superficie y el ambiente que lo rodea y de la cantidad de superficie en contacto con ese ambiente. A

mayor superficie de intercambio y mayor diferencia de temperatura, mayor es el intercambio. A menudo se llama radiador a un aparato que se calienta por una resistencia eléctrica, pero de acuerdo con la definición anterior, esto sería una estufa, pues produce su propio calor. Aunque en este caso no hay emisión de gases u otras sustancias, al menos en el lugar donde se consume la energía, puede haberla, e importante, en el lugar de producción de la energía eléctrica. La diferencia entre un radiador y una estufa o un calefactor es que en el radiador no hay producción de energía, se limita a ser un disipador del calor que llega al radiador generalmente por una red de tuberías por las que circula un calo portador (agua) calentado en un dispositivo productor de calor (caldera, generalmente) situado en otro lugar.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Determinar el correcto funcionamiento del intercambiador de calor, que en este caso seria el radiador, de un motor de combustión, en el cual será determinar la variación de temperatura que existe en funcionamiento.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS    

Comprender el correcto funcionamiento y manipulación del pirómetro, para la medición de temperaturas. Determinar las temperaturas iniciales y progresivas de acuerdo al tiempo, determinando la misma en la entrada y salida del motor. Determinar una curva de temperatura o firma térmica promedio en la que se encuentra el motor, Entender el funcionamiento adecuado del radiador y la misión que cumple el ventilador determinado la temperatura a la que debe funcionar el mismo.

MARCO TEÓRICO Tipos de intercambiadores de calor Las distintas aplicaciones de la transferencia de calor requieren diferentes tipos de accesorios y configuraciones del equipo para dicha transferencia. El intento de acoplar los accesorios para la transferencia de calor a cada tipo de necesidades, dentro de las

restricciones específicas, ha conducido a numerosos tipos de diseños innovadores de intercambiadores de calor. El tipo más simple de intercambiador de calor consta de dos tubos concéntricos de diámetros diferentes, llamado intercambiador de calor de tubo doble. En un intercambiador de este tipo uno de los fluidos pasa por el tubo más pequeño, en tanto que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos.

Intercambiador tubos y coraza

de

Los intercambiadores de tubos y coraza se clasifican todavía más según el número de pasos que se realizan por la coraza y por los tubos. Por ejemplo, los intercambiadores en los que todos los tubos forman una U en la coraza se dice que son de un paso por la coraza y dos pasos por los tubos. De modo semejante, a un intercambiador que comprende dos pasos en la coraza y cuatro pasos en los tubos se le llama de dos pasos por la coraza y cuatro pasos por los tubos.

Intercambiador solo placas Un tipo innovador de intercambiador de calor que ha encontrado un amplio uso es el de placas y armazón (o sólo de placas), el cual consta de una serie de placas con pasos corrugados y aplastados para el flujo. Los fluidos caliente y frío fluyen en pasos alternados, de este modo cada corriente de fluido frío queda rodeada por dos corrientes de fluido caliente, lo que da por resultado una transferencia muy eficaz de calor.

RADIADOR El radiador de un vehículo es uno de los elementos más importantes de cualquier motor, ya que es el encargado de asegurar que éste se mantenga bien refrigerado en cualquier fase de rendimiento. Pertenece al sistema de refrigeración, y es ayudado por el ventilador del radiador y cuando éste lo requiere por el aumento de la temperatura, acciona dicho elemento para una

mejor refrigeración del sistema. El radiador es una pieza en la cual interiormente dispone de tuberías dispuestas longitudinalmente y con celdas normalmente de aluminio para una mejor disipación del calor con lo que la refrigeración es mucho mejor, ayudado también por la acción directa al ir en carretera del viento que incide directamente sobre el mismo y así el calor se disipa mucho mejor y más rápidamente. ¿Cómo mantener el radiador en buen estado? Mantener siempre en buen estado el radiador no es difícil ni costoso, aunque siempre debemos de hacer el mantenimiento pertinente para que esté siempre en las mejores condiciones de uso cotidiano. El mantenimiento es muy sencillo, siempre tener líquido refrigerante en buen estado aconsejando el cambio del mismo cuando perdiera sus cualidades, se aconseja sustituirlo cada dos años o 30.000 km, dependiendo de la marca.

Coeficiente global de transferencia de calor Una parte esencial, y a menudo la más incierta, de cualquier análisis de intercambiador de calor es la determinación del coeficiente de transferencia de calor. Este coeficiente se define en términos de la

resistencia térmica total para la transferencia de calor entre fluidos. El coeficiente se determino al tener en cuenta las resistencias de conducción y convección entre fluidos separados por paredes planas y cilíndricas compuestas, respectivamente. Tales resultados se aplican solo a superficies limpias sin aletas.

MEDICIONES Las mediciones tomadas en la maqueta de un motor de combustión interna, se lo realizo mediante un pirómetro, el motor se lo dejo funcionado unos 5 minutos a ralentí, para que alcance la temperatura optima de funcionamiento desde ahí se llevo a cabo la medición de temperaturas cierto periodo de tiempo, asemejando a un modelo practico, para luego sacar la firma térmica. El motor es de un Hyundai Accent cuyas características son: Motor 1.6 litros 16 Válvulas Doble árbol de levas. En este motor se instalo un radiador, similar al original cuya capacidad es la misma. Se monto mediante una estructura metálica, asemejando a la de un vehículo de verdad.

Se instalo los relés para el ventilador con la conexión hacia el termoswitch.

Como se puede apreciar en las imágenes consta con todos los accesorios óptimos para que logre la función de refrigerar dicho motor. Con su respectivo deposito y las mangueras apropiadas. Mediciones Practicas Estas mediciones son de un motor real, de manera general.

Mediciones Reales en nuestra maqueta “MOTOR TÉRMICO”

Tiempo (s) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

(T) entrada Valor medio ralentí 86 85,3 83,5 82 81,6 82,6 83,2 85,4 86,4 89,3

(T) salida Valor medio ralentí 83 82,8 79 77,6 77,5 78,4 79 81 82,2 84

Entonces ahora con los datos obtenidos realizamos la firma térmica 95

90

85 entrada 80

salida

75

70 5.0

10.0

5.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

Como podemos apreciar en las firmas térmicas podemos determinar que nuestro radiador funciona de manera eficiente, que no se asemeja mucho a lo practico, ya que el correcto funcionamiento del radiador genera unas curvas notorias cuando el ventilador entra en funcionamiento va a variar la temperatura de manera gradual con

apenas 5 grados centígrados como máximo de la entrada y la salida del refrigerante en el motor para optimizar dicha refrigeración. En el caso que el termostato no funcione de manera correcta tendríamos una incremento en la temperatura del motor pero en la entrada al radiador no será notorio ya que el termostato impedirá la salida del liquido al radiador para su enfriamiento, esto nos llevaría a un desequilibrio térmico dentro del motor y del radiador con unas variaciones de temperatura superiores a los 20 o 30 grados centígrados dependiendo del régimen de giro del vehículo.

CONCLUSIONES Como conclusión del proyecto tratado, aprendimos a utilizar correctamente el pirómetro, que es un mecanismo sencillo de medición de la temperatura en zonas superficiales mediante un láser que convierte en señales tabulando dichas señales transformándole a grados ºC o ºF . Se tomaron las mediciones correctas del motor a temperatura optima de funcionamiento para luego ir viendo su variación con el tiempo para ello nosotros hicimos que el motor llegue a la temperatura optima que son los 85 a 90 ºC en la que se activa el ventilador para su forzoso enfriamiento ya que se mantiene estático sin que pueda circular una corriente de aire a través del radiador cuando el vehículo esta en marcha. Para un mejor enfriamiento del motor, se lo obtendría con un ventilador un poco mas grande, generando así una mayor cantidad de fluido de aire a través de este. En cuanto al tipo de refrigerante se tiene como dato que el refrigerante de color rojo es efectivo para vehículos modernos, que tienen temperaturas relativamente menores a las de los vehículos antiguos, por ello si nosotros mejorar el enfriamiento del motor utilizaremos un refrigerante de color verde que posee mejor eficiencia a temperaturas altas que no tiende a hervir.

BIBLIOGRAFÍA Transferencia de Calor “B.V.KARLEKAR & R.M.DESMOND” 2ª edición Transferencia de Calor y Masa “YUNUS A. CENGEL” 3ª edición http://es.scribd.com/doc/3928428/TRANSFERENCIA-DE-CALOR http://es.scribd.com/doc/154942524/radiador-123