Propiedades físicas del aire: densidad, viscosidad, capacidad calorífica específica. Cambios en la eficiencia y tpp con cambios en la temperatura de calentamiento del aire y la proporción de gases recirculados y precalentamiento del aire.

— dispositivos utilizados para calentar aire en sistemas de ventilación de suministro, sistemas de aire acondicionado, calefacción de aire, así como en instalaciones de secado.

Según el tipo de refrigerante, los calentadores pueden ser de fuego, agua, vapor y eléctricos. .

Los más extendidos en la actualidad son los calentadores de agua y vapor, que se dividen en de tubo liso y de aletas; estos últimos, a su vez, se dividen en laminares y en espiral.

Hay calentadores de paso único y de paso múltiple. En los de un solo paso, el refrigerante se mueve a través de los tubos en una dirección, y en los de múltiples pasos cambia la dirección del movimiento varias veces debido a la presencia de tabiques en las tapas del colector (Fig. XII.1).

Los calentadores vienen en dos modelos: mediano (C) y grande (B).

El consumo de calor para calentar el aire está determinado por las fórmulas:

Dónde Q"— consumo de calor para calentar el aire, kJ/h (kcal/h); q- lo mismo, W; 0,278 — factor de conversión kJ/h a W; GRAMO— cantidad masiva de aire calentado, kg/h, igual a Lp [aquí l— cantidad volumétrica de aire calentado, m 3 / h; p - densidad del aire (a temperatura tK), kg/m3]; Con— calor especifico aire, igual a 1 kJ/(kg-K); tk es la temperatura del aire después del calentador de aire, °C; tn— temperatura del aire delante del calentador, °C.

Para los calentadores de aire de la primera etapa de calefacción, la temperatura tn es igual a la temperatura del aire exterior.

La temperatura del aire exterior se supone igual a la temperatura de ventilación calculada (parámetros climáticos de categoría A) al diseñar la ventilación general destinada a combatir el exceso de humedad, calor y gases, cuya concentración máxima permitida es superior a 100 mg/m3. Al diseñar ventilación general destinada a combatir gases cuya concentración máxima permitida sea inferior a 100 mg/m3, así como al diseñar ventilación de suministro para compensar el aire eliminado a través de succión local, campanas de proceso o sistemas de transporte neumático, se supone que la temperatura del aire exterior es ser igual a la temperatura exterior calculada tn para el diseño de calefacción (parámetros climáticos de categoría B).

En una habitación sin exceso de calor, el suministro de aire debe tener una temperatura igual a la temperatura del aire interno tB para de este local. Si hay exceso de calor, el aire suministrado se suministra a una temperatura reducida (5-8° C). No se recomienda suministrar aire a la habitación con una temperatura inferior a 10° C, incluso en presencia de una generación importante de calor debido a la posibilidad de que se produzcan resfriados. La excepción es el uso de anemostatos especiales.

La superficie de calentamiento requerida de los calentadores de aire Fк m2 está determinada por la fórmula:

Dónde q— consumo de calor para calentar el aire, W (kcal/h); A— coeficiente de transferencia de calor del calentador, W/(m 2 -K) [kcal/(h-m 2 -°C)]; t promedio.T. — temperatura media refrigerante, 0ºC; t av. - temperatura media del aire calentado que pasa a través del calentador, °C, igual a (tn + tk)/2.

Si el refrigerante es vapor, entonces la temperatura media del refrigerante tav.T. igual a la temperatura de saturación a la presión de vapor correspondiente.

Para la temperatura del agua tav.T. se define como la media aritmética de las temperaturas del agua caliente y de retorno:

Un factor de seguridad de 1,1-1,2 tiene en cuenta la pérdida de calor por refrigeración del aire en los conductos de aire.

El coeficiente de transferencia de calor K de los calentadores de aire depende del tipo de refrigerante, la velocidad de la masa del aire vp a través del calentador de aire, las dimensiones geométricas y caracteristicas de diseño calentadores, la velocidad del movimiento del agua a través de los tubos del calentador.

Por velocidad másica nos referimos a la masa de aire, kg, que pasa en 1 s a través de 1 m2 de la sección transversal abierta del calentador. La velocidad de masa vp, kg/(cm2), está determinada por la fórmula

El modelo, la marca y la cantidad de calentadores de aire se seleccionan en función del área de la sección transversal abierta fL y la superficie de calentamiento FK. Después de seleccionar los calentadores, la velocidad másica del movimiento del aire se especifica en función del área de la sección transversal abierta real del calentador fD de un modelo determinado:

donde A, A 1, n, n 1 y t— coeficientes y exponentes según el diseño del calentador

La velocidad del movimiento del agua en los tubos calentadores ω, m/s, está determinada por la fórmula:

donde Q" es el consumo de calor para calentar el aire, kJ/h (kcal/h); pv es la densidad del agua igual a 1000 kg/m3, sv es la capacidad calorífica específica del agua igual a 4,19 kJ/(kg- K); fTP — área de la sección transversal abierta para el paso del refrigerante, m2, tg - temperatura agua caliente en la línea de suministro, °C; t 0 — temperatura del agua de retorno, 0C.

La transferencia de calor de los calentadores se ve afectada por el esquema de tuberías. Con un esquema de conexión de tuberías en paralelo, solo una parte del refrigerante pasa a través de un calentador separado, y con circuito secuencial Todo el flujo de refrigerante pasa por cada calentador.

La resistencia de los calentadores al paso del aire p, Pa, se expresa mediante la siguiente fórmula:

donde B y z son el coeficiente y el exponente, que dependen del diseño del calentador.

La resistencia de calentadores sucesivos es:

donde m es el número de calentadores ubicados en serie. El cálculo finaliza verificando el rendimiento térmico (transferencia de calor) de los calentadores de aire utilizando la fórmula

donde QK es la transferencia de calor de los calentadores, W (kcal/h); QK - lo mismo, kJ/h, 3,6 - factor de conversión de W a kJ/h FK - superficie de calentamiento de los calentadores, m2, adoptada como resultado del cálculo de los calentadores de este tipo; K - coeficiente de transferencia de calor de los calentadores de aire, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - temperatura media del aire caliente que pasa a través del calentador, °C; tav. T - temperatura media del refrigerante, °C.

Al seleccionar calentadores de aire, el margen para la superficie de calefacción calculada se toma dentro del rango de 15 a 20%, para la resistencia al paso del aire - 10% y para la resistencia al movimiento del agua - 20%.

Atraviesan la atmósfera transparente sin calentarla, llegan a la superficie terrestre, la calientan y de allí se calienta posteriormente el aire.

El grado de calentamiento de la superficie, y por tanto del aire, depende, en primer lugar, de la latitud de la zona.

Pero en cada punto concreto también estará determinado por una serie de factores, entre los cuales los principales son:

A: altitud sobre el nivel del mar;

B: superficie subyacente;

B: distancia de las costas de océanos y mares.

R – Dado que el calentamiento del aire se produce desde la superficie terrestre, menos altitudes absolutas terreno, mayor será la temperatura del aire (en la misma latitud). En condiciones de aire insaturado con vapor de agua, se observa un patrón: por cada 100 metros de altitud, la temperatura (t o) disminuye 0,6 o C.

B – Características cualitativas de la superficie.

B 1 – las superficies de diferente color y estructura absorben y reflejan los rayos del sol de manera diferente. La reflectividad máxima es característica de la nieve y el hielo, la mínima de suelos y rocas de color oscuro.

Iluminación de la Tierra por los rayos del sol en los días de los solsticios y equinoccios.

B 2 – diferentes superficies tienen diferente capacidad calorífica y transferencia de calor. Entonces masa de agua Los océanos del mundo, que ocupan 2/3 de la superficie de la Tierra, se calientan muy lentamente y se enfrían muy lentamente debido a su gran capacidad calorífica. La tierra se calienta y se enfría rápidamente, es decir, para calentar 1 m2 de tierra y 1 m2 de superficie de agua a la misma t, es necesario gastar diferentes cantidades energía.

B – desde las costas hasta el interior de los continentes, la cantidad de vapor de agua en el aire disminuye. Cuanto más transparente es la atmósfera, menos luz solar se dispersa en ella y todos los rayos del sol llegan a la superficie de la Tierra. En la presencia de gran cantidad vapor de agua en el aire, las gotas de agua reflejan, se dispersan, absorben los rayos solares y no todas llegan a la superficie del planeta, su calentamiento disminuye.

Las temperaturas del aire más altas registradas en las regiones. desiertos tropicales. EN regiones centrales En el Sahara, durante casi 4 meses, la temperatura del aire a la sombra supera los 40 o C. Al mismo tiempo, en el ecuador, donde el ángulo de incidencia de los rayos del sol es mayor, la temperatura no supera + 26ºC.

Por otro lado, la Tierra, como cuerpo calentado, irradia energía al espacio principalmente en el espectro infrarrojo de onda larga. Si la superficie de la Tierra está cubierta con un "manto" de nubes, entonces no todos los rayos infrarrojos abandonan el planeta, ya que las nubes los retrasan y los reflejan de regreso a la superficie de la Tierra.

En un cielo despejado, cuando hay poco vapor de agua en la atmósfera, los rayos infrarrojos emitidos por el planeta salen libremente al espacio y la superficie de la Tierra se enfría, lo que se enfría y, por lo tanto, reduce la temperatura del aire.

Literatura

1. Zubaschenko E.M. Geografía física regional. Los climas de la Tierra: ayuda para enseñar. Parte 1. / E.M. Zubaschenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Poliakov. – Vorónezh: VSPU, 2007. – 183 p.

La humanidad conoce pocos tipos de energía: energía mecánica (cinética y potencial), energía interna(térmica), energía de campo (gravitacional, electromagnética y nuclear), química. Cabe destacar la energía de la explosión...

Energía del vacío y energía oscura, que todavía existe sólo en teoría. En este artículo, el primero de la sección “Ingeniería de calefacción”, intentaré utilizar un método simple y lenguaje accesible usando ejemplo práctico, habla sobre el tipo de energía más importante en la vida de las personas: sobre energía térmica y sobre darla a luz a tiempo energía térmica.

Unas pocas palabras para comprender el lugar de la ingeniería térmica como rama de la ciencia de la obtención, transferencia y utilización de la energía térmica. La ingeniería térmica moderna surgió de la termodinámica general, que a su vez es una de las ramas de la física. La termodinámica es literalmente "caliente" más "potencia". Por tanto, la termodinámica es la ciencia del "cambio de temperatura" de un sistema.

Una influencia externa sobre un sistema, que cambia su energía interna, puede ser el resultado del intercambio de calor. Energía térmica, que es adquirido o perdido por el sistema como resultado de dicha interacción con el medio ambiente, se llama cantidad de calor y se mide en unidades SI en julios.

Si no es un ingeniero de calefacción y no se ocupa de problemas de ingeniería térmica a diario, cuando los encuentre, a veces sin experiencia, puede resultar muy difícil comprenderlos rápidamente. Sin experiencia, es difícil incluso imaginar las dimensiones de los valores requeridos de cantidad de calor y potencia térmica. ¿Cuántos julios de energía se necesitan para calentar 1000 metros cúbicos de aire desde una temperatura de -37˚С a +18˚С?... ¿Qué potencia de la fuente de calor se necesita para hacer esto en 1 hora?... Hoy podemos Responda “inmediatamente” a estas preguntas que no son las más difíciles. “No todo el mundo es ingeniero. A veces los especialistas incluso recuerdan las fórmulas, ¡pero sólo unos pocos saben aplicarlas en la práctica!

Después de leer este artículo hasta el final, podrá resolver fácilmente problemas industriales y cotidianos reales relacionados con el calentamiento y enfriamiento de diversos materiales. ¡La comprensión de la esencia física de los procesos de transferencia de calor y el conocimiento de fórmulas básicas simples son los pilares principales en la base del conocimiento en ingeniería térmica!

La cantidad de calor durante diversos procesos físicos.

La mayoría de las sustancias conocidas pueden diferentes temperaturas y presión para estar en estado sólido, líquido, gaseoso o plasma. Transición de un estado de agregación a otro ocurre cuando temperatura constante (siempre que la presión y otros parámetros no cambien ambiente) y va acompañado de la absorción o liberación de energía térmica. A pesar de que el 99% de la materia del Universo se encuentra en estado de plasma, este estado de agregación no lo consideraremos en este artículo.

Considere el gráfico presentado en la figura. Muestra la dependencia de la temperatura de una sustancia. t sobre la cantidad de calor q, llevado a un determinado sistema cerrado que contiene una determinada masa de una sustancia específica.

1. Un sólido que tiene una temperatura. T1, calentar a temperatura derretir, gastando en este proceso una cantidad de calor igual a Q1 .

2. A continuación, comienza el proceso de fusión, que se produce a temperatura constante. tpl(punto de fusion). Para fundir toda la masa de un sólido, es necesario gastar energía térmica en la cantidad Q2 - Q1 .

3. A continuación, el líquido resultante de la fusión del sólido se calienta hasta el punto de ebullición (formación de gas). Tkp, gastando en esta cantidad de calor igual a Q3-Q2 .

4. Ahora en un punto de ebullición constante. Tkp el líquido hierve y se evapora, convirtiéndose en gas. Para transformar toda la masa de líquido en gas, es necesario gastar energía térmica en la cantidad Q4-Q3.

5. En última etapa El gas se calienta dependiendo de la temperatura. Tkp hasta cierta temperatura T2. En este caso, la cantidad de calor consumido será Q5-Q4. (Si calentamos el gas a la temperatura de ionización, el gas se convertirá en plasma).

Por tanto, calentar el cuerpo sólido original a partir de la temperatura T1 hasta la temperatura T2 gastamos energía térmica en la cantidad Q5, transfiriendo una sustancia a través de tres estados de agregación.

Moviéndonos en dirección opuesta, quitaremos la misma cantidad de calor de la sustancia. Q5, habiendo pasado por las etapas de condensación, cristalización y enfriamiento a partir de temperatura. T2 hasta la temperatura T1. Por supuesto, estamos considerando un sistema cerrado sin pérdida de energía al entorno externo.

Tenga en cuenta que es posible una transición del estado sólido al estado gaseoso, sin pasar por la fase líquida. Este proceso se llama sublimación y el proceso inverso se llama desublimación.

Entonces, nos dimos cuenta de que los procesos de transición entre estados agregados de la materia se caracterizan por el consumo de energía a temperatura constante. Al calentar una sustancia que se encuentra en un estado agregado inalterado, la temperatura aumenta y también se consume energía térmica.

Principales fórmulas de transferencia de calor.

Las fórmulas son muy simples.

cantidad de calor q en J se calcula mediante las fórmulas:

1. Desde el lado del consumo de calor, es decir, desde el lado de la carga:

1.1. Al calentar (enfriar):

q = metro * C *(T2-T1)

metro – masa de sustancia en kg

Con - Capacidad calorífica específica de una sustancia en J/(kg*K)

1.2. Al derretirse (congelarse):

q = metro * λ

λ – Calor específico de fusión y cristalización de una sustancia en J/kg.

1.3. Durante la ebullición, evaporación (condensación):

q = metro * r

r – Calor específico de formación de gas y condensación de una sustancia en J/kg.

2. Desde el lado de la producción de calor, es decir, desde el lado de la fuente:

2.1. Cuando el combustible se quema:

q = metro * q

q – Calor específico de combustión del combustible en J/kg.

2.2. Al convertir electricidad en energía térmica (ley de Joule-Lenz):

Q =t *I *U =t *R *I ^2=(t /R)*u^2

t – tiempo en s

I – valor de corriente efectiva en A

Ud. – valor de tensión efectiva en V

R – Resistencia de carga en ohmios

Concluimos que la cantidad de calor es directamente proporcional a la masa de la sustancia durante todas las transformaciones de fase y, durante el calentamiento, además, directamente proporcional a la diferencia de temperatura. Coeficientes de proporcionalidad ( C , λ , r , q ) para cada sustancia tienen sus propios significados y se determinan empíricamente (tomado de libros de referencia).

Energía térmica norte en W es la cantidad de calor transferida al sistema en un tiempo determinado:

N=Q/t

Cuanto más rápido queramos calentar el cuerpo a una determinada temperatura, mayor debe ser la potencia de la fuente de energía térmica; todo es lógico.

Cálculo de un problema aplicado en Excel.

En la vida, a menudo es necesario hacer un cálculo de evaluación rápido para comprender si tiene sentido continuar estudiando un tema, realizando un proyecto y realizando cálculos detallados, precisos y que requieren mucho tiempo. Habiendo realizado un cálculo en unos minutos incluso con una precisión de ±30%, puedes aceptar lo importante decisión de gestión, que será 100 veces más barato y 1.000 veces más eficiente y, en última instancia, 100.000 veces más eficaz que realizar un cálculo preciso en una semana, o incluso un mes, por un grupo de costosos especialistas...

Condiciones del problema:

Traemos 3 toneladas de laminado de metal desde un almacén en la calle al local del taller de preparación de laminado de metal con unas dimensiones de 24m x 15m x 7m. Hay hielo en el material rodante de metal. masa total 20 kilos. Afuera hace -37˚С. ¿Cuánto calor se necesita para calentar el metal a +18˚С? calentar el hielo, derretirlo y calentar el agua a +18˚С; ¿Calentar todo el volumen de aire de la habitación, suponiendo que antes la calefacción estaba completamente apagada? ¿Qué potencia debe tener el sistema de calefacción si todo lo anterior debe realizarse en 1 hora? (Condiciones muy duras y casi irreales, ¡especialmente en lo que respecta al aire!)

Realizaremos el cálculo en el programa.Excel o en el programaOOo cálculo.

Consulte el formato de color de las celdas y las fuentes en la página "".

Datos iniciales:

1. Escribimos los nombres de las sustancias:

a la celda D3: Acero

a la celda E3: Hielo

a la celda F3: Agua congelada

a la celda G3: Agua

a la celda G3: Aire

2. Ingresamos los nombres de los procesos:

a las celdas D4, E4, G4, G4: calor

a la celda F4: derritiendo

3. Capacidad calorífica específica de sustancias. C en J/(kg*K) escribimos para acero, hielo, agua y aire, respectivamente

a la celda D5: 460

a la celda E5: 2110

a la celda G5: 4190

a la celda H5: 1005

4. Calor especifico hielo derritiéndose λ introducir en J/kg

a la celda F6: 330000

5. muchas sustancias metro Introducimos en kg respectivamente para acero y hielo.

a la celda D7: 3000

a la celda E7: 20

Dado que la masa no cambia cuando el hielo se convierte en agua, entonces

en las celdas F7 y G7: =E7 =20

Encontramos la masa de aire multiplicando el volumen de la habitación por la gravedad específica.

en la celda H7: =24*15*7*1,23 =3100

6. Tiempo de procesamiento t por minuto escribimos solo una vez para el acero

a la celda D8: 60

Los valores de tiempo para calentar el hielo, derretirlo y calentar el agua resultante se calculan a partir de la condición de que estos tres procesos deben completarse en el mismo tiempo asignado para calentar el metal. Leer en consecuencia

en la celda E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7

en la celda F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0

en la celda G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4

El aire también debería calentarse durante el mismo tiempo asignado, leemos

en la celda H8: =D8 =60,0

7. La temperatura inicial de todas las sustancias. t1 Lo ponemos en ˚C

a la celda D9: -37

a la celda E9: -37

a la celda F9: 0

a la celda G9: 0

a la celda H9: -37

8. La temperatura final de todas las sustancias. t2 Lo ponemos en ˚C

a la celda D10: 18

a la celda E10: 0

a la celda F10: 0

a la celda G10: 18

a la celda H10: 18

Creo que no debería haber preguntas sobre las cláusulas 7 y 8.

Resultados del cálculo:

9. cantidad de calor q en KJ, requerido para cada uno de los procesos, calculamos

para calentar acero en la celda D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900

para calentar hielo en la celda E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561

para derretir hielo en la celda F12: =F7*F6/1000 = 6600

para calentar agua en la celda G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508

para calentar aire en la celda H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330

Leemos la cantidad total de energía térmica necesaria para todos los procesos.

en la celda combinada D13E13F13G13H13: =SUMA(D12:H12) = 256900

En las celdas D14, E14, F14, G14, H14 y en la celda combinada D15E15F15G15H15, la cantidad de calor se da en una unidad de medida de arco: en Gcal (en gigacalorías).

10. Energía térmica norte Se calcula en kW necesarios para cada uno de los procesos.

para calentar acero en la celda D16: =D12/(D8*60) =21,083

para calentar hielo en la celda E16: =E12/(E8*60) = 2,686

para derretir hielo en la celda F16: =F12/(F8*60) = 2,686

para calentar agua en la celda G16: =G12/(G8*60) = 2,686

para calentar aire en la celda H16: =H12/(H8*60) = 47,592

La potencia térmica total necesaria para completar todos los procesos a tiempo. t calculado

en la celda combinada D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

En las celdas D18, E18, F18, G18, H18 y en la celda combinada D19E19F19G19H19, la potencia térmica se da en una unidad de medida de arco: en Gcal/hora.

Esto completa el cálculo en Excel.

Conclusiones:

Tenga en cuenta que calentar aire requiere más del doble de energía que calentar la misma masa de acero.

Calentar agua cuesta el doble de energía que calentar hielo. El proceso de fusión consume muchas veces más energía que el proceso de calentamiento (con una pequeña diferencia de temperatura).

Calentar agua requiere diez veces más energía térmica que calentar acero y cuatro veces más que calentar aire.

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Recordamos los conceptos de “cantidad de calor” y “energía térmica”, examinamos las fórmulas fundamentales de la transferencia de calor y analizamos un ejemplo práctico. Espero que mi lenguaje haya sido simple, claro e interesante.

¡Estoy esperando preguntas y comentarios sobre el artículo!

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Según la Agencia Internacional de Energía, la prioridad para reducir las emisiones de dióxido de carbono de los automóviles es mejorar su eficiencia de combustible. La tarea de reducir las emisiones de CO2 mediante el aumento de la eficiencia del combustible de los vehículos es una de las prioridades de la comunidad mundial, dada la necesidad uso racional fuentes de energía no renovables. Para ello, las normas internacionales se endurecen constantemente, limitando las prestaciones de arranque y funcionamiento del motor en condiciones de temperatura ambiente baja e incluso alta. El artículo analiza la cuestión de la eficiencia del combustible de los motores de combustión interna en función de la temperatura, presión y humedad del aire circundante. Se presentan los resultados de un estudio sobre el mantenimiento de una temperatura constante en el colector de admisión de un motor de combustión interna para ahorrar combustible y determinar la potencia óptima del elemento calefactor.

potencia del elemento calefactor

temperatura ambiente

calefacción de aire

economía de combustible

temperatura óptima del aire en el colector de admisión

1. Motores de automóviles. V.M. Arkhangelsky [y otros]; resp. ed. EM. Hovah. M.: Ingeniería Mecánica, 1977. 591 p.

2. Karnaukhov V.N., Karnaukhova I.V. Determinación del coeficiente de llenado en motores de combustión interna // Transporte y sistemas tecnológicos de transporte, materiales de la Conferencia Científica y Técnica Internacional, Tyumen, 16 de abril de 2014. Tyumen: Editorial de la Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Tyumen, 2014.

3. Lenin I.M. Teoría de los motores de automóviles y tractores. METRO.: Escuela de posgrado, 1976. 364 págs.

4. Yutt V.E. Equipo eléctrico de automóviles. M: Editorial Hot Line-Telecom, 2009. 440 p.

5. Yutt V.E., Ruzavin G.E. Sistemas de control electrónico de motores de combustión interna y métodos para su diagnóstico. M.: Editorial Hot Line-Telecom, 2007. 104 p.

Introducción

El desarrollo de la electrónica y la tecnología de microprocesadores ha llevado a su introducción generalizada en los automóviles. En particular, a la creación sistemas electronicos Control automático motor, transmisión chasis Y equipamiento adicional. El uso de sistemas electrónicos de control del motor (ESC) permite reducir el consumo de combustible y la toxicidad de los gases de escape y, al mismo tiempo, aumentar la potencia del motor, aumentar la respuesta del acelerador y la confiabilidad del arranque en frío. Los ECS modernos combinan las funciones de controlar la inyección de combustible y el funcionamiento del sistema de encendido. Para implementar el control del programa, la unidad de control registra la dependencia de la duración de la inyección (cantidad de combustible suministrada) de la carga y la velocidad del motor. La dependencia se especifica en forma de una tabla desarrollada sobre la base de pruebas exhaustivas de un motor de un modelo similar. Se utilizan tablas similares para determinar el ángulo de encendido. Este sistema de control del motor se utiliza en todo el mundo porque seleccionar datos de tablas ya preparadas es un proceso más rápido que realizar cálculos con una computadora. Los valores obtenidos de las tablas son ajustados por los ordenadores de a bordo del vehículo en función de las señales de los sensores de posición del acelerador, temperatura del aire, presión del aire y densidad. La principal diferencia entre este sistema, utilizado en los automóviles modernos, es la ausencia de una conexión mecánica rígida entre la válvula del acelerador y el pedal del acelerador que lo controla. En comparación con sistemas tradicionales, ESU le permite reducir el consumo de combustible en varios vehículos hasta en un 20%.

El bajo consumo de combustible se logra mediante una organización diferente de los dos modos de funcionamiento principales del motor de combustión interna: modo de carga baja y modo de carga alta. En este caso, el motor en el primer modo funciona con una mezcla no uniforme, un gran exceso de aire e inyección tardía de combustible, por lo que se logra la estratificación de la carga a partir de una mezcla de aire, combustible y gases de escape restantes, como resultado. del cual funciona con una mezcla pobre. En condiciones de carga alta, el motor comienza a funcionar con una mezcla homogénea, lo que conduce a una reducción de las emisiones. sustancias nocivas en los gases de escape. La toxicidad de las emisiones cuando se utilizan ESC en motores diésel durante el arranque se puede reducir mediante varias bujías incandescentes. La ECU recibe información sobre la temperatura del aire de admisión, la presión, el consumo de combustible y la posición del cigüeñal. La unidad de control procesa la información de los sensores y, utilizando mapas característicos, genera el valor del ángulo de avance del suministro de combustible. Para tener en cuenta los cambios en la densidad del aire entrante cuando cambia su temperatura, el sensor de flujo está equipado con un termistor. Pero como resultado de las fluctuaciones de temperatura y presión del aire en el colector de admisión, a pesar de los sensores anteriores, se produce un cambio instantáneo en la densidad del aire y, como resultado, una disminución o un aumento en el flujo de oxígeno hacia la cámara de combustión.

Propósito, objetivos y método de investigación.

En la Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Tyumen se llevaron a cabo investigaciones para mantener una temperatura constante en el colector de admisión de los motores de combustión interna KAMAZ-740, YaMZ-236 y D4FB (1.6 CRDi) del Kia Sid, MZR2.3- L3T-Mazda CX7. Al mismo tiempo, las fluctuaciones de temperatura masa de aire tenido en cuenta por los sensores de temperatura. Garantizar una temperatura del aire normal (óptima) en el colector de admisión debe realizarse en todas las condiciones de funcionamiento posibles: arrancar un motor frío, operar con cargas bajas y altas, cuando se opera a bajas temperaturas ambiente.

En los motores modernos de alta velocidad, la cantidad total de calor transferido resulta insignificante y representa aproximadamente el 1% de la cantidad total de calor liberado durante la combustión del combustible. Un aumento de la temperatura de calentamiento del aire en el colector de admisión a 67 ˚C conduce a una disminución de la intensidad del intercambio de calor en los motores, es decir, una disminución de ΔT y un aumento del factor de llenado. ηv (Figura 1)

donde ΔT es la diferencia de temperatura del aire en el colector de admisión (˚K), Tp es la temperatura de calentamiento del aire en el colector de admisión, Tv es la temperatura del aire en el colector de admisión.

Arroz. 1. Gráfico de la influencia de la temperatura de calentamiento del aire en el factor de llenado (usando el ejemplo del motor KAMAZ-740)

Sin embargo, calentar el aire a más de 67 ˚С no produce un aumento de ηv debido a que la densidad del aire disminuye. Los datos experimentales obtenidos mostraron que el aire en los motores diésel de aspiración natural durante el funcionamiento tiene un rango de temperatura de ΔТ=23÷36˚С. Las pruebas han confirmado que para los motores de combustión interna que funcionan con combustible líquido, la diferencia en el valor del coeficiente de llenado ηv, calculado a partir de las condiciones en que la carga fresca es aire o una mezcla de aire y combustible, es insignificante y es inferior al 0,5%, por lo tanto, para todos los tipos de motores, ηv está determinado por el aire. .

Los cambios de temperatura, presión y humedad del aire afectan la potencia de cualquier motor y fluctúan en el rango Ne=10÷15% (Ne - potencia efectiva del motor).

El aumento de la resistencia aerodinámica del aire en el colector de admisión se explica por los siguientes parámetros:

Mayor densidad del aire.

Cambios en la viscosidad del aire.

La naturaleza del flujo de aire hacia la cámara de combustión.

Numerosos estudios han demostrado que calor El aire en el colector de admisión aumenta ligeramente el consumo de combustible. Al mismo tiempo baja temperatura aumenta su consumo hasta en un 15-20%, por lo que los estudios se realizaron a una temperatura del aire exterior de -40 ˚С y su calentamiento a +70 ˚С en el colector de admisión. La temperatura óptima para el consumo de combustible es la temperatura del aire en el colector de admisión 15÷67 ˚С.

Resultados y análisis de la investigación.

Durante las pruebas, se determinó la potencia del elemento calefactor para garantizar que se mantuviera una determinada temperatura en el colector de admisión del motor de combustión interna. En la primera etapa se determina la cantidad de calor necesaria para calentar aire que pesa 1 kg a temperatura y presión de aire constantes, para ello asumimos: 1. Temperatura del aire ambiente t1 = -40˚C. 2. Temperatura en el colector de admisión t2=+70˚С.

Encontramos la cantidad de calor requerida usando la ecuación:

(2)

donde CP es la capacidad calorífica masiva del aire a presión constante, determinada a partir de la tabla y para aire a temperaturas de 0 a 200 ˚С.

cantidad de calor para mayor masa el aire está determinado por la fórmula:

donde n es el volumen de aire en kg necesario para calentar durante el funcionamiento del motor.

Cuando el motor de combustión interna funciona a velocidades superiores a 5000 rpm, el consumo de aire carros pasajeros alcanza 55-60 kg/hora, y la carga - 100 kg/hora. Entonces:

La potencia del calentador está determinada por la fórmula:

donde Q es la cantidad de calor gastada para calentar el aire en J, N es la potencia del elemento calefactor en W, τ es el tiempo en segundos.

Es necesario determinar la potencia del elemento calefactor por segundo, por lo que la fórmula tomará la forma:

N=1,7 kW - potencia del elemento calefactor para turismos y con un caudal de aire superior a 100 kg/hora para camiones - N=3,1 kW.

(5)

donde Ttr es la temperatura en la tubería de entrada, Ptr es la presión en Pa en la tubería de entrada, T0 - , ρ0 - densidad del aire, Rв - constante universal de los gases del aire.

Sustituyendo la fórmula (5) en la fórmula (2), obtenemos:

(6)

(7)

La potencia del calentador por segundo se determina mediante la fórmula (4) teniendo en cuenta la fórmula (5):

(8)

Los resultados de los cálculos de la cantidad de calor necesaria para calentar aire que pesa 1 kg con un caudal de aire medio para turismos superior a V = 55 kg/hora y para camiones, superior a V = 100 kg/hora se presentan en la Tabla 1 .

tabla 1

Tabla para determinar la cantidad de calor para calentar el aire en el colector de admisión en función de la temperatura del aire exterior.

Con base en los datos de la Tabla 1, se construyó una gráfica (Fig. 2) de la cantidad de calor Q por segundo gastado en calentar el aire a temperatura optima. El gráfico muestra que cuanto mayor es la temperatura del aire, menos calor se necesita para mantener la temperatura óptima en el colector de admisión, independientemente del volumen de aire.

Arroz. 2. La cantidad de calor Q por segundo gastado en calentar el aire a la temperatura óptima.

Tabla 2

Cálculo del tiempo de calentamiento para diferentes volúmenes de aire.

El tiempo se determina mediante la fórmula τsec=Q/N a una temperatura del aire exterior >-40˚С, Q1 a un caudal de aire V>55 kg/hora y Q2- V>100 kg/hora

Además, de acuerdo con la Tabla 2, se dibuja un gráfico para el tiempo de calentamiento del aire a +70 ˚C en el colector del motor de combustión interna con diferente potencia del calentador. El gráfico muestra que, independientemente del tiempo de calentamiento, cuando aumenta la potencia del calentador, el tiempo de calentamiento para diferentes volúmenes de aire se iguala.

Arroz. 3. Es hora de calentar el aire a una temperatura de +70 ˚С.

Conclusión

A partir de cálculos y experimentos se ha establecido que lo más económico es el uso de calentadores de potencia variable para mantener una determinada temperatura en el colector de admisión con el fin de conseguir un ahorro de combustible de hasta un 25-30%.

Revisores:

Reznik L.G., Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor del Departamento de “Operación de Transporte Automotor” de la Institución Educativa del Estado Federal de la Institución Educativa de Educación Profesional Superior “Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Tyumen”, Tyumen.

Merdanov Sh.M., Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor, Jefe del Departamento de Transporte y Sistemas Tecnológicos, Institución Educativa del Estado Federal de Instituciones de Educación Superior Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Tyumen, Tyumen.

Zakharov N.S., Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor, miembro actual Academia Rusa transporte, jefe del departamento "Servicio de automóviles y máquinas tecnológicas" de la Institución Educativa del Estado Federal de la Institución de Educación Superior "Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Tyumen", Tyumen.

Enlace bibliográfico

¿Cuándo hace más calor el sol, cuándo está más arriba o más abajo?

El sol calienta más cuando está más alto. En este caso, los rayos del sol caen en ángulo recto o cerca de un ángulo recto.

¿Qué tipos de rotación de la Tierra conoces?

La Tierra gira alrededor de su eje y alrededor del Sol.

¿Por qué ocurre el ciclo del día y la noche en la Tierra?

El cambio de día y noche es el resultado de la rotación axial de la Tierra.

Determine cómo difiere el ángulo de incidencia de los rayos del sol el 22 de junio y el 22 de diciembre en los paralelos 23,5° N. w. y yu. sh.; en los paralelos 66,5° N. w. y yu. w.

El 22 de junio, el ángulo de incidencia de los rayos del sol en el paralelo 23,50 N. de latitud. 900, s. – 430. En el paralelo 66,50 N. – 470, 66,50 S. – ángulo de deslizamiento.

El 22 de diciembre, el ángulo de incidencia de los rayos del sol en el paralelo es de 23,50 N. 430, s. – 900. En el paralelo 66,50 N. – ángulo de deslizamiento, 66,50 S. – 470.

Piense por qué los meses más cálidos y más fríos no son junio y diciembre, cuando los rayos del sol tienen los ángulos de incidencia más grandes y más pequeños sobre superficie de la Tierra.

El aire atmosférico es calentado por la superficie terrestre. Por tanto, en junio la superficie terrestre se calienta y la temperatura alcanza su máximo en julio. Lo mismo sucede en invierno. En diciembre la superficie terrestre se enfría. El aire se enfría en enero.

Definir:

Temperatura media diaria basada en cuatro mediciones por día: -8°C, -4°C, +3°C, +1°C.

La temperatura media diaria es de -20ºC.

promedio temperatura anual Moscú, utilizando datos de tablas.

La temperatura media anual es de 50°C.

Determine el rango de temperatura diaria para las lecturas del termómetro en la Figura 110, c.

La amplitud de temperatura en la figura es 180C.

Determine cuántos grados es mayor la amplitud anual en Krasnoyarsk que en San Petersburgo, si la temperatura promedio en julio en Krasnoyarsk es de +19°C, y en enero - -17°C; en San Petersburgo +18°C y -8°C respectivamente.

El rango de temperatura en Krasnoyarsk es de 360 ​​° C.

El rango de temperatura en San Petersburgo es de 260 ° C.

El rango de temperatura en Krasnoyarsk es 100°C mayor.

Preguntas y tareas

1. ¿Cómo se calienta el aire atmosférico?

Al transmitir los rayos del sol, la atmósfera apenas se calienta con ellos. La superficie terrestre se calienta y ella misma se convierte en una fuente de calor. De ahí se calienta el aire atmosférico.

2. ¿Cuántos grados disminuye la temperatura en la troposfera con cada 100 m de aumento?

A medida que se asciende, cada kilómetro la temperatura del aire baja 6 0C. Entonces, 0,60 por cada 100 m.

3. Calcule la temperatura del aire fuera del avión si la altitud de vuelo es de 7 km y la temperatura en la superficie de la Tierra es de +200C.

La temperatura durante un ascenso de 7 km bajará a 420ºC. Esto significa que la temperatura fuera del avión será de -220ºC.

4. ¿Es posible encontrar un glaciar en las montañas a una altitud de 2500 m en verano si la temperatura al pie de las montañas es de +250 ° C?

La temperatura a una altitud de 2500 m será de +100C. No se encontrará ningún glaciar a una altitud de 2500 m.

5. ¿Cómo y por qué cambia la temperatura del aire durante el día?

Durante el día, los rayos del sol iluminan la superficie terrestre y la calientan, lo que también calienta el aire. Por la noche, el suministro de energía solar se detiene y la superficie, junto con el aire, se enfría gradualmente. El sol está más alto sobre el horizonte al mediodía. Aquí es cuando entra la mayor cantidad de energía solar. Sin embargo, la temperatura más alta se observa entre 2 y 3 horas después del mediodía, ya que se necesita tiempo para transferir calor desde la superficie de la Tierra a la troposfera. La temperatura más baja ocurre antes del amanecer.

6. ¿Qué determina la diferencia en el calentamiento de la superficie de la Tierra a lo largo del año?

A lo largo de un año, en la misma zona, los rayos del sol inciden sobre la superficie de diferentes maneras. Cuando el ángulo de incidencia de los rayos es más vertical, la superficie recibe más energía solar, la temperatura del aire aumenta y comienza el verano. Cuando los rayos del sol están más inclinados, la superficie se calienta débilmente. La temperatura del aire en esta época desciende y llega el invierno. El mes más cálido en el hemisferio norte es julio y el mes más frío es enero. En el hemisferio sur ocurre al revés: el mes más frío del año es julio y el mes más cálido es enero.