Curvas Características Y Pérdidas Mecánicas De Un Motor E.c.h. Y Encendido Por Compresión

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Ubicación: Av. Túpac Amaru 210 - Rímac. Apartado 1301 

Email: [email protected]

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PÉRDIDAS MECÁNICAS DE UN MOTOR E.C.H. Y ENCENDIDO POR COMPRESIÓN

CURSO:

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA (MN136)

SECCIÓN:

C

DOCENTE:

PONCE GALIANO, JORGE

ALUMNO:

GOICOCHEA BACON, JONATAN VLADIMIR

FECHA DE ENTREGA:

21 de noviembrea del 2019

2019-II

Resumen En el presente informe analizaremos sobre el estudio de las curvas características y las pérdidas mecánicas que existen en los motores de encendido por compresión y encendido por chispa. Para el estudio de las curvas características se usaron los datos tomados en el laboratorio anterior, mientras que para el estudio de las pérdidas mecánicas se experimentó en dos bancos de prueba, el primero fue el banco de prueba del motor Daihatsu en el cual se hizo uso del método de la desconexión de cilindros y el segundo banco de pruebas fue del motor Petter. Después de realizado el laboratorio se pasará a calcular las curvas características y las pérdidas mecánicas que existen en los motores tanto por encendido por compresión, así como encendido por chispa.

1

Índice

Introducción

…………………………………………………

pág. 3

Objetivos

…………………………………………………

pág. 4

Fundamento teórico …………………………………………………

pág. 5

Equipos y materiales …………………………………………………

pág. 13

Procedimiento

…………………………………………………

pág. 17

Datos de laboratorio …………………………………………………

pág. 19

Cálculos y resultados………………………………………………...

pág. 21

Conclusiones

……………………………………………….

pág. 31

Bibliografía

……………………………………………….

pág. 31

2

Introducción

Las curvas características de un motor nos ayudan a ver el comportamiento del mismo y también poder calcular el funcionamiento óptimo y/o hacerle un mejor estudio lo cual nos va a ayudar a sacarle el mejor provecho a los motores dependiendo en lo que se quiera usar todos los análisis que se hacen será en base de la velocidad de rotación del cigüeñal o RPM ya que este es el que se viene variando desde un medio exterior y también tendremos en cuenta la función del lubricante y del sistema de refrigeración en un motor. Existen dos extremos que determinan el campo de utilización del motor o también llamado elasticidad de velocidad los cuales están comprendidos por el momento efectivo cuando la potencia es máxima y cuando el momento efectivo es máximo en la gráfica que nos da el fabricante o en este caso se hace el cálculo de estas.

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Objetivos



Conocer sobre las metodologías de determinación de las pérdidas mecánicas en los motores de combustión interna.



Analizar las perdidas mecánicas que existen en los motores para el régimen térmico y régimen de velocidad en motores de encendido por compresión y motores de encendido por chispa.



Estudiar la influencia del régimen térmico del motor (temperatura de salida del refrigerante) y régimen de velocidad (velocidad de rotación del cigüeñal) sobre la magnitud de las perdidas mecánicas.

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Fundamento teórico

1.Curvas características  Las curvas características de un motor de combustión interna son las que indican, en función de la velocidad de rotación del motor (del cigüeñal), la potencia, el momento efectivo y el consumo específico. Estas graficas contienen el rango en el cual si esta por muy debajo el motor tiende a apagarse y si sobrepasa el motor puede sufrir daños en sus componentes Estos dos extremos determinan el campo de utilización de un motor. La curva de potencia crece progresivamente casi constante hasta un valor determinado que indica su valor máximo, después decrece rápidamente hasta el límite máximo de utilización del motor. El descenso de potencia, más allá de dicho valor se debe a la disminución del rendimiento volumétrico del motor. Actualmente existe el sistema VTEC el cual por medio de una rotación del eje de levas, que varía la distribución real del motor haciendo que la curva de potencia no caiga y así el motor tenga un mejor rendimiento. La curva de par del motor no es tan pronunciada como la de potencia, es decir, tiende a ser más horizontal, pero sin perder su concavidad. También crece al aumentar las revoluciones del motor, pero su progresión es menor. El par máximo se encuentra a un menor nivel de revoluciones que la potencia máxima, pero a la vez el decrecimiento del par es mucho más lento al aumentar la velocidad de giro. La elasticidad de un motor se conoce como el intervalo entre el par máximo del motor y su potencia máxima. La curva de consumo específico tiene una presentación gráfica inversa a la del par del motor, decrece al aumentar el nivel de revoluciones hasta llegar al valor de menor consumo en un número determinado de vueltas del motor y a partir de allí empieza a crecer suave y gradualmente hasta el límite de utilización del motor.

*en la siguiente grafica se observa la potencia, el momento efectivo y el consumo especifico de combustible en función del rpm 5

1.1Relación entre velocidad y carga del motor Las fuerzas que hacen girar el cigüeñal dependen de la presión que los gases realizan en la cabeza del pistón, mientras que las que se oponen a su rotación son los rozamientos internos del motor y la resistencia exterior, que suelen llamarse carga y que es un par resistente aplicado al cigüeñal. La regulación de la carga y de la velocidad es una cuestión de equilibrio entre las fuerzas que producen la rotación y las que la impiden. Establecido el régimen de rotación, si varía la carga se desequilibra el motor y esto debe compensarse con una variación parecida de las fuerzas motrices, para que no cambie el régimen de rotación. En el motor Otto la regulación de la cantidad de combustible se realiza simultáneamente a la del aire, mediante una válvula de mariposa. En el motor Diésel sólo se regula el combustible, variando el caudal de la bomba de inyección. Se denominan puntos de funcionamiento con apertura parcial todo el conjunto de las posibles combinaciones de carga y de revoluciones incluidas entre el funcionamiento al mínimo (carga nula y régimen mínimo) y el funcionamiento con plena apertura (máxima carga para todos los regímenes de rotación del motor). Durante el funcionamiento con plena apertura, variando la carga tenemos el régimen al que el motor suministra la máxima potencia. Si, a partir de estos valores, aumentamos la carga aplicada, el régimen y la potencia disminuyen; si se reduce la carga, la velocidad del motor aumenta, pero la potencia también disminuye. El régimen con máxima potencia se llama régimen de potencia máxima. El par motor, que corresponde a la fuerza desarrollada durante la rotación, alcanza su valor máximo a un determinado régimen (inferior al de la potencia máxima), a partir del cual disminuye al aminorarse:  El rendimiento volumétrico (esto se explica teniendo en cuenta que para cada motor existe una velocidad de rotación en correspondencia de la cual la masa del fluido activo que entra en los cilindros en cada ciclo es la máxima posible). El rendimiento mecánico (debido al aumento de las pérdidas por rozamiento en los órganos fundamentales del motor y en los mecanismos auxiliares que éste arrastra). Con este régimen la p.m.e. y por lo tanto el par motriz tienen su valor máximo. La potencia sigue creciendo al aumentar la velocidad de rotación, y por lo tanto la masa utilizada en la unidad de tiempo ya que, aunque disminuya la masa del fluido activo utilizada en cada ciclo, aumenta el número de ciclos.   1.2Curva de consumo específico de combustible

El consumo específico representa la cantidad de combustible consumido por el motor en gramos para suministrar una determinada potencia, en la unidad de tiempo, hora. Ya que el trabajo por la unidad de tiempo es la potencia, el consumo específico representa la cantidad de combustible necesario para que el motor pueda efectuar un trabajo útil, venciendo los rozamientos y las 6

pérdidas. Por consiguiente, el consumo específico representa un índice del rendimiento global del motor, cuanto más bajo es el consumo específico, mejor es el rendimiento de éste y viceversa. La relación de compresión influye en el consumo específico. De hecho, aumentando la relación de compresión aumenta el rendimiento térmico y por lo tanto disminuye el consumo específico. El consumo específico se expresa y es el combustible consumido por un motor por cada CV que produce en una hora. El consumo específico se mide experimentalmente en los bancos de prueba para motores en cada punto de funcionamiento del motor; estos datos se reflejan en un plano acotado de consumos.

2.Perdidas mecánicas Para iguales condiciones de funcionamiento del motor a diferentes cargas y regímenes de velocidad, en caso de reducir las pérdidas mecánicas, decrece la cantidad de calor transmitida al medio refrigerante y disminuye la intensidad de las piezas friccionantes del motor. siendo menores las perdidas por fricción disminuyen las pérdidas de potencia consumida para accionar la bomba de aceite y el ventilador, así como menguan las dimensiones máximas y las masas del ventilador y las masas del radiador. cuanto menores sean las perdidas por fricción tanto menor será el desgaste de las principales piezas friccionante , será mayor la vida útil y menor el número de fallas del motor durante su servicio . A pesar del considerable proceso alcanzado en la fabricación de motores, los valores de la potencia mecánica son relativamente pequeños en el régimen nominal generalmente no superiores a 0.75 a 0.80 . al disminuir la carga el valor de Nm decrece. La magnitud de las perdidas por fricción puede ser obtenida por la suma de las perdidas mecánicas como en el desplazamiento relativo de los pistones y anillos en los cilindros, de los bulones en los casquillos, de los cigüeñales y el árbol de levas en los cojinetes, del taque y las válvulas en las guías, también en las bombas de aceite, la bomba del líquido refrigerante, cadena de distribución etc.

PERDIDAS

MOTOR ECH

MOTOR DIESEL

Por fricción (el pistón, los 44% anillos y el cilindro)

50%

El muñón cojinete

las bielas y el 22%

24%

En el intercambio de gases 20%

14%

El mecanismo de válvulas y 8% grupos auxiliares

6%

Bombas de aceite

6%

6%

7

2.1 Pérdidas por Fricción La fricción en las articulaciones con lubricación límite puede crecer intensamente al elevar las cargas, que están determinadas por la presión del gas y las fuerzas de inercia. La acción de esta última sobre las piezas del grupo pistón cilindro se revela lejos de los puntos muertos, cuando la fuerza de sustentación de la cuña lubricante es relativamente grande. Esto conduce a que el consumo por fricción depende débilmente de las fuerzas de inercia. Como resultado de la penetración del gas en el espacio entre los aros y las ranuras del pistón surge una presión denominada punzante que actúa sobre dichos aros. Esta presión varía en el curso del ciclo de trabajo sobre las paredes del cilindro en las zonas del PMS donde la fuerza de suspensión de las cargas lubricantes en la zona de contacto es la mínima Para disminuir las pérdidas por fricción. Se estudian las posibles vías: Disminución del área de contacto: Se acortan las superficies de las faldillas de los pistones y el número de anillos del pistón. La eliminación de un anillo en cada pistón disminuye la pérdida de fricción en un promedio de 0,012 Mpa. Perfección de la forma y calidad del acabado de la superficie de contacto. El relieve de la rugosidad de la superficie de contacto debe ser óptima. Si la rugosidad es excesiva pueden incrementarse intolerablemente las presiones de contacto. Aumentar el desprendimiento específico de calor que conduce a raspaduras y al desgaste de los anillos y del cilindro. Mejoramiento de la calidad de los lubricantes que se emplean: Las pérdidas mecánicas de los motores dependen de la viscosidad del aceite. En condiciones reales de funcionamiento queda definida por su característica de viscocidad-temperatura. La temperatura del lubricante influye considerablemente en las pérdidas por fricción, siendo mínimas entre 80 y 90ºC. Optimización del estado térmico del motor: El estado térmico de las superficies de las piezas queda definido por la carga, por el régimen de velocidad del motor y por la intensidad de su refrigeración. Incremento de la carga: Al aumentar la carga, la temperatura de la capa lubricante se eleva, lo que permite definir hasta cierto nivel las pérdidas por fricción. 2.2 Pérdidas por Bombeo Se definen como el trabajo mecánico realizado por el pistón contra los gases durante los procesos de admisión y escape. Es decir, energía consumida para realizar el proceso de renovación de la carga. Atendiendo a esta definición en motores de 2T estas pérdidas son nulas, y en motores sobrealimentados cuando la presión de admisión sea superior a la de escape, el lazo de bombeo será positivo y representaría un trabajo recuperado

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2.3Pérdidas por Accionamiento de Válvulas Auxiliares Son las perdidas debidas al accionamiento de los diferentes elementos auxiliares del motor, por ejemplo, bombas para para el lubricante, el refrigerante, el combustible, etc. En motores sobrealimentados en los que se acciona mecánicamente el comprensor, también se considera dicho compresor como un sistema auxiliar, tal es el caso de las bombas de barrido en los motores Diesel de 2T.

2.4Pérdidas por Accionamiento de Válvulas Auxiliares En los motores rápidos de automóvil la parte de pérdidas correspondiente al intercambio de gases puede constituir hasta el 20% de las pérdidas totales. Por eso son de actualidad los trabajos dirigidos a reducir las pérdidas en el intercambio de gases disminuyendo las resistencias aerodinámicas en la admisión y el escape.

3.Potencia A la potencia desarrollada en el interior del cilindro no está aplicada íntegramente al cigüeñal, pues una parte de ella es absorbida por las resistencias pasivas (calor, rozamiento, etc.) Fundamentalmente podemos distinguir 3 clases de potencia en el motor: la indicada, la efectiva y la absorbida (o mecánica). La primera puede calcularse partiendo del ciclo indicado, cuya área del diagrama representa el trabajo realizado por el cilindro durante el ciclo. La potencia efectiva se obtiene midiendo con máquinas apropiadas el trabajo que está desarrollando el motor. La potencia absorbida es la diferencia entre las dos anteriores que pueden ser medidas también con el trabajo necesario para hacer girar el motor.

3.1Potencia Indicada Es la potencia realmente desarrollada en el interior del cilindro por el proceso de combustión una de las formas de determinarlas es a través de la presión media indicada del ciclo. 𝑁𝑖=𝑃𝑚𝑖∗𝑉𝐻∗𝑛/120 Donde: 𝑃𝑚𝑖: 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑉𝐻: 𝐶𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑛:𝑟𝑝𝑚

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3.2Potencia Efectiva La potencia efectiva es generada por un par (aplicada a la biela y transmitida al cigüeñal) y se conoce también como potencia al freno ya que se mide empleando un dispositivo frenante, que aplicado al eje del motor, se opone al par motor permitiendo leer su valor. 𝑁𝑒=𝑀𝑒∗𝑛/9550 Donde: 𝑀𝑒: 𝑃𝑎𝑟 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 y 𝑛: 𝑟𝑝𝑚

3.3Potencia de Perdidas Mecánicas Resulta difícil de medir dada la diversidad de las causas de las pérdidas por rozamiento y las alteraciones de su valor al variar las condiciones de funcionamiento. Puede obtenerse su valor total midiendo la potencia efectiva y restando de la indicada. Como en este procedimiento resulta complejo la determinación de la potencia absorbida suele acercarse obligando a girar al motor sin que este funcione. Midiendo al propio tiempo la potencia que es necesario emplear. 𝑁𝑚=𝑁𝑖−𝑁𝑒 Por perdidas mecánicas se entiende las pérdidas originadas por la fricción entre las piezas del motor, el intercambio de gases, el accionamiento de mecanismos auxiliares (bombas de agua, de aceite, de combustible, ventilador, generador) y el accionamiento del compresor (soplador). En los motores Diesel con cámaras de combustión separadas, las perdidas mecánicas se deben también a las perdidas gasodinámicas ocurridas al pasar la mezcla a través del canal que comunica la cámara auxiliar con la cámara principal del motor Por analogía a la presión media indicada, cuando se estudia las pérdidas mecánicas, convencionalmente, se introduce el concepto de presión media de pérdidas mecánicas, la cual numéricamente es igual al trabajo específico de pérdidas en un ciclo. Matemáticamente la presión media de perdidas mecánicas se representa mediante la siguiente expresión: 𝑃𝑚 = 𝑃𝑓𝑟 + 𝑃𝑖.𝑔 + 𝑃𝑎𝑢𝑥 + 𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡 + 𝑃𝑐𝑜𝑚𝑝 Donde: Pfr : Presión media de perdidas mecánicas por fricción. Pi.g : Presión media de perdidas mecánicas por intercambio de gases. Paux : Presión media de perdidas mecánicas por accionamiento de mecanismos auxiliares. Pvent : Presión media de perdidas mecánicas por ventilación. Pcomp : Presión media de perdidas mecánicas por accionamiento del compresor para el caso de motores con sobrealimentación mecánica. Las mayores pérdidas mecánicas se deben a las pérdidas por fricción Pfr, que constituyen hasta un 80% del total. La mayor parte de las perdidas por fricción corresponde a las piezas del grupo

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cilindro - embolo y anillos (del 45% al 55% en total de las perdidas internas). Las pérdidas por fricción en los cojinetes constituyen aproximadamente el 20% del total de las perdidas mecánicas.

4.Métodos para hallar las pérdidas mecánicas La determinación de las pérdidas mecánicas se puede efectuar por los siguientes métodos: - Método por arrastre (motoreo) - Método por diagrama Indicado - Método de desconexión de cilindros - Método de Williams - Método de deceleración libre 4.1Método por Arrastre Consisten en arrastrar el motor con un medio externo o un motor eléctrico, bajo condiciones de operación lo más parecidas posibles a cuando hay combustión. Es necesario llevar primero la temperatura del aceite y del refrigerante del motor. Otro método consiste en llevar el motor a las condiciones de operación normales y a partir de allí retirar, rápidamente y por unos segundos, el sistema de encendido de aquel cilindro donde se encuentre el captador de presión (la bujía o la inyección de combustible e). El resto de cilindros arrastran al cilindro en cuestión. Es importante tener en cuenta que las pérdidas de fricción calculadas de esta manera incluyen las pérdidas de bombeo. 4.2. Método de Desconexión de Cilindros Este método se realiza en un motor multicilíndrico, como el motor Daihatsu, de tal forma que se pueda desconectar cada uno de ellos por separado para así hacer mediciones de potencias parciales, obteniendo de esta forma, por relaciones de sumatoria un valor aproximado de las pérdidas mecánicas. Cabe resaltar que mediante este método los valores obtenidos tienen un porcentaje de error, dependiendo éste de varios factores del motor en estudio, como son: tipo de motor, sistema de encendido, grado de desgaste, sistema de alimentación de combustible, etc. Este porcentaje de error, se debe al descenso de las revoluciones al desconectar un cilindro, sabiendo que de estas depende directamente la potencia, con lo cual no-cabria una relación matemática directa, entre la potencia del motor con n cilindros funcionando y, con n-1 cilindros funcionando. Si las condicione del motor en estudio, son las mejores del caso las relaciones se podrán efectuar y los valores de las perdidas mecánicas obtenidas serán bastante aproximadas.

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4.3 Método de recta de Williams

Es un método aproximado para MEC. En banco de ensayos se fija la velocidad del motor y se llevan a una gráfica, el consumo de combustible (kg/h) en función de la Potencia efectiva. La recta que une todos los puntos se extrapola a cero en el eje de consumo de combustible y el valor que se lea sobre el eje de Ne corresponde a la Potencia de pérdidas de fricción. Generalmente la línea no es recta (ligeramente curva) lo que dificulta la extrapolación. En la misma figura se observa el parecido entre un valor calculado con las líneas de Williams y con motor arrastrado.

4.4Método de Diagrama Indicado Consiste en medir directamente a partir de la potencia indicada determinada mediante análisis de los datos de presión en cámara de combustión provenientes de un captador de presión piezoeléctrico. Teniendo ahora la potencia indicada sólo basta restar la potencia efectiva para obtener entonces la potencia de fricción global del motor.

4.5Método de deceleración libre

Este método consiste en poner el funcionamiento el motor hasta una velocidad determinada luego quitar el consumo de combustible, por consiguiente, el motor pasara a apagarse, pero seguirá girando es ahí donde se le coloca un volante y ese momento que ejerce desde que se cortó el consumo de combustible hasta que se detenga el movimiento son las perdidas mecánicas.

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Equipos y materiales 

Banco de ensayos con freno eléctrico para un motor Daihatsu de 3 cilindros y de 4 tiempos

Especificaciones técnicas a. MOTOR DAIHATSU Modelo: CB-20 Cilindrada: 993 cm3 Número de cilindros: 3 Orden de encendido: 1-2-3 Diámetro x carrera: 76,0 x 73,0 mm Relación de compresión: 9,0:1 Potencia máxima: 40,5 kW a 5.500 rpm Momento máximo: 76,5 N.m a 2.800 rpm Velocidad de ralentí: 900 rpm 13 Fig.: 1: Motor Daihatsu de 3 cilindros y cuatro tiempos. Fuente(Laboratorio de motores)

Adelanto de la chispa: 10º a. PMS a 900 rpm Sistema de combustible: carburador, con 2 gargantas b. Generador Generador de corriente continua con estator basculante Potencia máxima 18 kVA 3000 rpm Brazo del dinamómetro : 0.323 m

Fig.: 2: Generador de corriente continua.Fuente(laboratorio de motores)

c. Tablero de control Tablero eléctrico

14

d. Dinamómetro Camry de 0-50 kg



Banco de ensayos con un motor DIESEL (PETTER)

Fig.: 4: Dinamómetro. Fuente(laboratorio de motores)

Fig.: 5: Banco de ensayos en motor PETTER. (Fuente: laboratorio de motores)

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Especificaciones técnicas a) MOTOR DIESEL Modelo: Potencia Nominal : Diámetro: Carrera: Cilindrada: Relación de compresión: Presión de inyección :

Diesel, Petter, PH1W 8.2HP a 2000 RPM 87.3 mm 110 mm 40.2 plg3 (659 cc) 16.5:1 217 bares

b) Tablero de control

Fig.: 6: Tablero eléctrico. (Fuente: laboratorio de motores)

c) Dinamómetro

Fig.: 7: Dinamómetro. Fuente(laboratorio de motores)

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Procedimiento ENSAYO 1.1 – MOTOR PETTER Se realiza manteniendo el RPM y variando la temperatura de refrigerante Fig.: 5: Dinamómetro. (Fuente: laboratorio de motores)



Estando el motor funcionando, para una velocidad de rotación de 500 rpm (constante) esperar la estabilización del funcionamiento del motor.



Efectuamos las medidas en el dinamómetro y de temperatura de entrada y de salida del líquido refrigerante, manteniendo la cremallera.



Realizar los pasos mencionados para temperaturas de entrada de : 22, 35, 42, 50, 60, 76 °C ,manteniendo en todos los casos N=500 RPM

ENSAYO 1.2 – MOTOR PETTER Se realiza manteniendo la temperatura de refrigerante y variando la RPM del motor 

Estando el motor funcionando, para una temperatura de 70°C luego esperar la estabilización del funcionamiento del motor.



Efectuamos las medidas en el dinamómetro y de temperatura de entrada del líquido refrigerante, manteniendo la cremallera.

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ENSAYO 2-MOTOR DAIHATSU Se realiza el primer ensayo bajo el régimen de funcionamiento: 

Comprobar el funcionamiento del banco de ensayos sin arrancar el motor.



Arrancar el motor y esperar que alcance su temperatura del líquido refrigerante alcance los 65-70°C.



Para una posición fija de la mariposa de 20% poner una velocidad rpm de 3000 y esperar el funcionamiento estable del motor.



Medir la fuerza del dinamómetro



Desconectar el cilindro N°1 (bujía) y medir la fuerza en el dinamómetro.



Desconectar el cilindro N°2 (bujía) y medir la fuerza en el dinamómetro.



Desconectar el cilindro N°3 (bujía) y medir la fuerza en el dinamómetro.



Realizar los pasos mencionados para velocidades de : 2800,2600,2400,2200 y 2000 rpm , manteniendo en todos los casos Δh=20 % .

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Datos de laboratorio

ENSAYO 1.1 Tabla 1.1 Datos tomados en el laboratorio N

Te

Ts

F1

F2

N

Te

Ts

F1

RPM

°C

°C

N

N

RPM

°C

°C

N

500

22

22

88.29

18

500

22

22

88.29

500

35

34

88.29

58

500

35

34

88.29

500

42

43

88.29

61

500

42

43

88.29

500

50

51

88.29

63

500

50

51

88.29

500

60

61

88.29

64

500

60

61

88.29

500

70

71

88.29

66

500

70

71

88.29

Datos tomados para un motor Diesel PETTER ,PH1W.

ENSAYO 1.2 Tabla 1.2 Datos tomados en el laboratorio N RPM 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Te °C 70 70 70 70 70 70 70 70 70

F1 N 88.29 88.29 88.29 88.29 88.29 88.29 88.29 88.29 88.29

F2 N 67 64 63 61 58 56 53 57 55

Datos tomados para un motor Diesel PETTER ,PH1W.

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ENSAYO 2 Tabla 2 Datos tomados en el laboratorio hc

N

Fe

F1

F2

F3

Te

Ts

ΔP oil

Toil

V

A

%

RPM

Kg

Kg

Kg

Kg

°C

°C

psi

F

volt

Amp

20

3000

8.1

4

4.3

4.1

80

85.5

58.5

218

86.75

34.5

20

2800

9.1

4.8

5

4.9

81

87.75

55.25

228.75

95.25

35.25

20

2600

10

5

5.8

5.3

78.5

85.25

53.5

234.5

85.75

43

20

2400

11

5.4

6.1

6

78.5

85.5

50

234.75

101.5

47.25

20

2200

11.9

6.2

6.9

6.8

79

86.5

45.25

233.75

83.75

48.5

20

2000

12.5

6.9

7.1

7

78.5

86.25

43.25

233.75

90.25

44.75

Datos tomados en un motor DAIHATSU, modelo CB20 y número de serie: 1898251 .

20

Cálculos y resultados A. CURVAS CARACTERÍSTICAS 1) En el Motor Daihatsu: Consumo de combustible GC (kg/h)

ΔV ρ Δt comb

GC =3 .6

(kg/h)

ΔV = volumen en cc Δt = tiempo en s

ρcomb

= densidad en gr/cm3=0.71

Consumo de aire teorico Gteorico (kg/h) ¿

Gteorico =30∗n∗V h∗ρ aire

ρ

¿

aire

Donde

=ρaire

(kg/h)

(760Po )(273 To+273 )

Consumo de aire real Gar (kg/h)

√

G ar =3600∗C d∗ A f 2 g∗ ΔS∗sen( 45 º )∗ρ

(π /4 )∗D

¿

aire

∗ ρagua

(kg/h)

2

r Ar = m2; Dr =2 cm. 2 g = gravedad m/s

ΔS=var iación del manometro liquido en (m) ¿

ρ aire

= densidad en Kg/m3

Potencia efectiva del motor Ne (kw)

Ne=

Me∗n 9550

(kw)

Me = Momento efectivo (N.m), n= RPM Consumo específico de combustible

ge =1000

Gc gr Ne kw−h

[

]

Eficiencia efectiva

21

ηe =

1 H u . ge

H u: Poder calorífico de combustible 2) En el Motor Petter: Consumo de combustible GC (kg/h)

ΔV ρ Δt comb

GC =3 .6

ΔV

Δt

(kg/h)

= volumen en cc = tiempo en s

ρcomb

= densidad en gr/cm3=0.85

Consumo de aire teorico Gteorico (kg/h) ¿

Gteorico =30∗n∗V h∗ρ aire

ρ

¿

aire

Donde

=ρaire

(kg/h)

Po 273 760 To+273

( )(

)

Consumo de aire real Gar (kg/h)

10 ΔP 13 .6 Gar =5 . 8365× ΔS×sen(α )× 0 . 464× T 0 +273

[ ( )] P0 −

(kg/h)

∆P = caída de presión en el manómetro en U (cm H2O) ∆s = caída de presión en el manómetro inclinado (cm H2O) α = ángulo de inclinación del manómetro inclinado (30º) Potencia efectiva del motor Ne (kw)

Ne=

Me∗n 9550

(kw)

Me = Momento efectivo (N.m), n= RPM Consumo específico de combustible

ge =1000

Gc gr Ne kw−h

[

] 22

Eficiencia efectiva

ηe =

1 H u . ge

H u: Poder calorífico de combustible

A.1

CURVAS CARACTERISTICAS DEL MOTOR PEETER

23

24

A.2

CURVAS CARACTERISTICAS DEL MOTOR daihatsu

25

26

B.

PERDIDAS MECÁNICAS Potencia efectiva

Ne=¿−Nm Ne: Potencia efectiva Ni: Potencia indicada Nm: Potencia de perdidas mecánicas

Ne=

Me∗n Fe∗L∗n = (kw) 9550 9550

Calculo de la potencia efectiva e indicada por desconexión de cilindros

¿=¿1 +¿2 +¿3 ¿1=Ne+ N e−1 ¿2 =Ne+ N e−2 ¿3 =Ne+ N e−3 3

¿=3 Ne+ ∑ N e−i i=1

¿=

3

L∗n 3 Fe+ ∑ F e−i 9550 i=1

(

Nm=

ηm =

3

)

L∗n 2 Fe+ ∑ F e−i 9550 i=1

(

)

Ne ¿−Nm Nm = =1− ¿ ¿ ¿

27

Resultados Perdidas Mecánicas -

Manteniendo las RPM constante (n=500RPM) y variando la temperatura de entrada del líquido refrigerante desde 19 hasta 70°C . TABLA 1.1 VARIACIÓN DE LAS PERDIDAS MECANICAS N RPM 500 500 500 500 500 500

Npm Kw 1.1224 0.4837 0.4358 0.4038 0.3879 0.3559

Te °C 22 35 42 50 60 70

Pérdidas mecánicas en función de la temperatura de entrada del liquido refrigerante 1.2 1 0.8 0.6 Npm(Kw) 0.4 0.2 0 15

25

35

45

55

65

75

Te(°C)

28

-

Manteniendo la temperatura de entrada del líquido refrigerante en 70 °C y variando la velocidad del motor desde 300 hasta 1100 RPM. TABLA 1.2 VARIACIÓN DE LAS PERDIDAS MECANICAS N RPM 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Npm Kw 0.2040 0.3103 0.4038 0.5229 0.6772 0.8250 1.0144 0.9993 1.1695

Te °C 70 70 70 70 70 70 70 70 70

Pérdidas mecánicas en función de la velocidad del motor 1.4 1.2 1 0.8

Npm(Kw)

0.6 0.4 0.2 0 200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

n(RPM)

29

PERDIDAS MECÁNICAS EN MOTOR DAIHATSU TABLA 2.1 VARIACIÓN DE PARÁMETROS N RPM 3000

Ne Kw 8.0626

Ni1 Kw

Ni2 Kw

Ni3 Kw

Ni Kw 11.8450

Npm Kw 3.7824

nm % 0.6807

4.0811

3.7824

3.9815

2800

8.4541

3.9948

3.8090

3.9019

11.7057

3.2516

0.7222

2600

8.6266

4.3133

3.6232

4.0545

11.9910

3.3644

0.7194

2400

8.7594

2200

8.6864

4.4593

3.9019

3.9815

12.3427

3.5834

0.7097

4.1607

3.6497

3.7227

11.5331

2.8468

0.7532

2000

8.2948

3.7161

3.5834

3.6497

10.9492

2.6543

0.7576

Parámetros calculados para diferentes medidas de velocidades desconectando los cilindros 1 , 2 y 3

Potencia indicada , efectiva , pérdidas mecánicas y eficiencia mecánica en función de la velocidad del motor 14

0.8

12

0.75

10

0.7

8 0.65 mecánica (%) Eficiencia

Ni_Ne_Npm(Kw) 6

0.6

4

0.55

2 0 1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

2900

0.5 3100

Velocidad del motor (RPM) Ne vs n

Polynomial (Ne vs n)

Npm vs n

Polynomial (Npm vs n)

30

Conclusiones



La pérdida mecánica más importante es la de rozamiento y esta aumenta al aumentar la rotación del cigüeñal ; esto es debido a que la fricción en los diversos mecanismos aumenta debido a altas velocidades.



Se aprecia el aumento de velocidad cuando se disminuye el momento en la curva momento efectivo (Me) vs velocidad de rotación (RPM) esto es debido al margen donde trabaja el motor.



Existen factores que influyen sobre la magnitud de las perdidas mecánicas , tales como : el régimen térmico del motor(temperatura de salida del agua de refrigeración ).

Bibliografía



Heywood, J. (1988). Internal combustion engine fundamentals. United States of America: McGraw-Hill



Arias, M. (2004). Manual de automóviles. España: Dossat



Jovaj, S. (1977). Motores de automóvil. Moscú: MIR



Apuntes de clase de MCI

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