Procesul de scimbare a gazelor

Introducere

Una dintre cele mai importante industrii ale lumii, productia de masini, asigura milioane de locuri de munca, genereaza venituri enorme si este baza unei game intregi de industrii si servicii inrudite.

Productia de autoturisme face parte din industria cea mai larga, a constructei de vehicule pe benzina si motorina precum autobuzele, autocamioanele si motocicletele. Industria producatoare de autoturisme este responsabila pentru planificarea, proiectarea, productia si comercializarea modelelor de autoturisme. Astazi exista peste 456 de milioane de autoturisme si 39 de milioane de autocamioane si autobuze in functiune in lume. Acestea alcatuiesc o retea de transport indispensabila peste tot in jurul lumii. Dezvoltarea autoturismului a fost produsul multor minti din multe tari, de-a lungul mai multor secole. Primele autoturisme moderne au fost construite de Gottlieb Daimler si Karl Benz din Germania din 1885. Intre 1886 si 1898 in intreaga lume au fost construite aproximativ 300 de autoturisme. Cu un secol mai tirziu, fabricarea de autoturisme, extinzindu-se global, devenise cea mai mare activitate de productie din lume, cu aproximativ 54 de milioane de vehicule construite anual.

In ultimele decenii , industria de motoare cu ardere interna pentru autovehicule a cunoscut o dezvoltare exploziva datorita cererii mari pe piata. Criza actuala de materii prime, materiale si energie a indreptat cercetarea si proiectarea materialelor spre urmatoarele probleme:

economicitatea motoarelor;

limitarea noxelor esapate;

asimilarea tehnologiilor avansate pentru realizarea produselor in cantitati mari si minim de timp;

costuri scazute, in conditiile asigurarii peerformantelor specifice acestor poduse.

Tendinta actuala este aceea de a produce motoare cu puteri unitare marite, reducerea consumului de combustibil si a greutati pe unitatea de putere a motorului.

In ultima perioada de timp se pune accent pe reducerea poluari, poluantii atmosferici determina atat efecte directe imediate cat si efecte indirecte si pe termen lung, afectand starea de sanatate a oamenilor, diminuand productia agricola,padurile si provocand modificari climatice.

CO rezultat prin arderea incompleta a combustibililor fosili, gaze de esapament.,

NOX rezultat prin arderea combustibililor fosili din traficul auto si din diverse procedee industriale.

SO2 rezultate din activitatile vulcanice, arderii combustibililor cu sulf, in industria neferoaselor sau cea alimentara,

Hidrocarburile provin din instalatiile de extractie si prelucrarea a petrolului si a transporturilor auto.Ele au un efect toxic imediat dar este posibil sa contribuie la efecte cumulative pe termen lung

Polouarea atmosferei cu substante solide, in stare divizata, se datoreaza activitatii industriale si traficului auto. Agentii poluanti au o compozitie chimica variata, in functie de provenienta se prezinta sub forma de funingine, prafuri industriale si aerosoli. combustibililor solizi in termocentrale si instalatii casnice.

Desi productia de autoturisme a inceput in Europa, SUA a inceput sa domine productia in prima jumatate a secolului XX. Acest curent s-a accelerat in 1914 cand Henry Ford a inceput productia in masa a autoturismelor pe linii de asamblare. Cele doua elemente de baza ale acestui proces au fost sistemul de transmisie si limitarea muncitorilor la o anumita sarcina. Piesele erau standardizate si productia in fabrica a fost reorganizata pentru cresterea eficientei. Ford si-a dat seama ca productia in masa eficienta ar scdea preturile. Autoturismele au devenit accesibile pentru omul mediu, ceea ce a creat o piata uriasa pentru aceste vehicule.
Astazi productia de autoturisme este dominata de Europa, SUA si Japonia. In lume exista aproximativ 40 de producataori activi. Principalii producatori de autoturisme - General Motors, Ford, Volkswagen, Daimler, Chryler si Toyota-- sunt printre cele mai mari companii din lume. Multi producatori de autoturisme sunt companii comerciale multinationale cere produc vehicule in tara "mama" dar au vinzari pe plan international. Alti producatori au devenit corporatii multinationale care detin sau controleaza facilitati de productie in diferite tari. General Motors, cea mai mare companie de autoturisme din lume, este o firma cu baza in SUA care produce peste opt milioane de autoturisme si autocamioane anual. Ea a dezvoltat diferite marci in intrega lume, Cadillac-uri in SUA, Holden in Australia, si Opel in Europa si in America Lataina.
SURSE INTERNATIONALE
Globalizarea, procesul prin care firmele functioneaza pe plan international, a facut din ce in ce mai dificila identificarea unui autoturism ca fiind produsul unei anumite firme sau tari. Acum multi producatori de autoturisme produc sau achizitioneaza componenete in diferite tari si apoi asambleaza vehiculele pe teritoriul tarii "mama".
Aceasta "utilizare de surse internationale" s-a dovedit adesea cea mai ieftina metoda de achizitionare de componente si producatori precum Ford au dezvoltat acelasi model de autoturisme "mondiale" produse in mai multe state din piese facute in alte parti. Anual se intraduc noi modele de autoturisme, producatorii implementind tehnologii si designuri noi pentru a-i convinge pe conducatorii auto sa cumpere vehicule noi. Adesea aceste progrese apar din nevoia de crestere a sigurantei, de imbunatatire a eficientei energiei sau de scadere a emisiilor de gaze de esapament care polueaza aerul. Consumatorul poate alege dintr-o gama larga de vehicule.
Exista sute de modele numite sau numerotate cu mii de variatiuni bazate pe tipul caroseriei, capacitatea motorului si categoria de pret. Proiectarea unui autoturism nou este in mod normal initiata cu 3-5 ani inainte de a intra in productie. Principalele decizii privind proiectarea de autoturisme noi sunt luate de un grup de directori principali dintr-o corporatie. Acest grup adesea cuprinde presedintele si membrii comitetului director, directorul de marketing, directorul de vinzari, directorul comercial si seful departamentului de dezvoltare a produselor. Acestia stabilesc bugetul, administreaza forta de munca si hotarasc termenele. Deciziile de management se iau intotdeauna dupa consultari strinse cu departamentele specializate ale organizatiei.

1.Procesul de scimbare a gazelor:

Calculul gradului de umplere

Pentru determinarea gradului de umplere se porneste de la ecuatia implicita:

in care:

presiunea aerului in conditii normale de stare in [MPa

=0,1 [MPa]

temperatura atmosferica K

Se recomanda:

=288 sau 293 K

Se alege:

=288

exponent adiabatic al aerului

=1,4

densitatea fluidului proaspat

=1,21

constanta universala a aerului

coeficientul de exces de aer

Se recomanda:

=1,25.1,6

Se alege:

=1,5

viteza de propagare a sunetului prin fluidul proaspat in [m/s]

=340,17 [m/s]

gradul de incalzire a fluidului proaspat

Se recomanda:

=1,03.1,07

Se alege:

=1,05

raportul de comprimare

Se recomanda:

=1721

Se alege:

=17

graul de post umplere

Se recomanda:

=0,080,25

Se alege:

=0,12

presiunea si temperatura de evacuare in [MPa si K]

=800.1200 K

=900 K

coeficientul global al pierderilor in sistemul de admisie

Se recomanda:

Se alege:

=7

raportul dintre alezaj si diametrul orificiului liber controlat de supapa de admisie

Se recomanda

=2,222.86

Se alege:

=2,5

durata de deschidere a supapei de admisie

Se recomanda:

=235285 pentru performante superioare ale motorului

=212235 pentru reducerea emisiilor poluante

Se alege:

=235

viteza medie a pistonului in

=8,4 [m/s]

coeficientul mediu de debit al orificiului controlat de supapa de admisie

Se recomanda:

=0,40,65

Se alege:

=0,5

sectiunea litrica a supapei de admisie in

Presiunea la sfarsitul cursei de admisie in [MPa]

Se recomanda:

coeficientul gazelor arse reziduale

Se recomanda:

temperatura la sfarsitul cursei de admisie in

Se recomanda:

Calculul procesului de comprimare

Presiunea la sfasitul compresiei in

In care:

exponentul politropic al procesului de comprimare

Se recomanda:

Se adopta:

Se recomanda:

Temperatura la sfarsitul procesului de comprimare in

Se recomanda:

Presiunea din cilindru corespunzatoare punctului d,p_d in [MPa]

In care:

Unghiul de deschidere a curbei de presiune in

Se recomanda:

=345.360

Se alege:

=350

Raportul volumic

Temperatura in punctul d:

Presiunea in punctul c

Se recomanda:

Se alege:

Presiunea in punctul z:

Raportul volumic

Exponentul plitropic al arderii pe intervalul d-c:

Exponentul plitropic al arderii pe intervalul c-z:

Temperatura in punctul c:

Calculul procesului de ardere

Numarul de kmoli de fluid proaspat

Numarul de kmoli de amestec initial

Puterea calorica inferioara (motorine):

Puterea calorica inferioara reprezinta caldura degajata prin arderea unui 1 kg de substanta, tinand cont de caldura pierduta prin vaporizarea apei pe care o contine.

- cantitatea de carbon dintr-un 1 kg de combustibil;

- cantitatea de hidrogen dintr-un 1 kg de combustibil;

- cantitatea de oxigen dintr-un 1 kg de combustibil.

Valori:

Coeficientul de utilizare a calduri

Se recomanda:

Se alege:

Numarul de kmoli de substanta de ardere rezultati este cazul in care ardere completa teoretic:

Coeficientul de variatie chimica molara

Coeficientul total de variatie molara

Temperatura in punctual z

Caldura disponibila prin arderea unui 1 kg de combustibil

Pentru avem:

Caldura specifica medie la volum constant

Ceilalti parametri se vor alege pe baza datelor statistice (Tabel 1.2):

Tabel 1.2

Caldura degajata in prima faza a arderii Q_dz

Fractiunea din caldura utila care se degaja in prima faza a arderii

Caldura specifica medie la presiune constanta pe intervalul T_z si T_z'

Unghiul de manivela corespunzator sfarsitului fazei de ardere izobara

Unghiul de manivela corespunzator sfarsitului fazei de ardere izoterma

Se recomanda:

Presiunea la sfarsitul procesului de ardere

Calculul procesului de destindere

Destinderea este procesul in care fluidul motor cedeaza energie pistonului.Calculul se face in ipoteza ca procesul este o transformare termodinamica politropica cu un exponent politropic constant.

Presiunea din cilindru corespunzatoare punctului b

Exponentul politropic al procesului de destindere nd

Se recomanda:

nd=1,2.1,3

Se alege:

nd=1,27

Temperatura din cilindru corespunzatoare punctului b,

Determinarea dimensiunilor fundamentale ale motorului si calculul indicilor de performanta

Coeficientul de rotunjire a diagramei indicate

Se recomanda:

Se alege:

raportul de crestere a presiunii

Se recomanda:

.

Se adopta:

Presiunea medie indicata

Presiunea medie efectiva

In care:

- randamentul mechanic al motorului

Se recomanda:

=0,7.0,9

Se alege:

=0,8