Labo 4 Motores Fim Uni

8/12/2019 Labo 4 Motores Fim Uni

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

1

UNIVERDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA MN 136 - G

LABORATORIO N4: Caractersticas de Velocidad

Cesar Huamani Quispe Deivis Ore Harol Molleda Rivera Hever Grass Ronald Suaa

Lima, 02 de junio del 2014


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2

NDICE

Pg.

FUNDAMENTO TEORICO 3

MATERIALES DEL LABORATORIO 16

PROCEDIMIENTO 20

CALCULOS PREVIOS 22

TABLAS DE RESULTADOS YGRAFICAS 26

CONCLUSIONES 30

BIBLIOGRAFIA 31


3/31


3

FUNDAMENTO TERICO

PROCESO DE ADMISIN

Es aquel proceso durante el cual se introduce carga fresca (aire o aire-combustible) al cilindro del

motor, este proceso comienza desde el momento que se abre la vlvula de admisin hasta el cierre

de dicha vlvula

La disminucin de la presin de la carga fresca en el sistema de admisin y en el cilindro depende

del rgimen de velocidad del motor, del rgimen de carga del motor, de las resistencias hidrulicas

en todo el sistema admisin, del rea de las secciones de paso por donde se desplaza la carga fresca

y de su densidad.

El proceso de admisin de mezcla fresca (aire en Diesel y Otto de inyeccin directa), comienza

grados antes de que el pistn llegue al PMS y dura grados despus del siguiente PMI. Los ngulos de

inicio y final de la admisin vienen marcados por el AAA y el RCA en la figura adjunta; durante ese

proceso, el movimiento descendente del mbolo hace que el fluido que est en la admisin pase

por la vlvula de admisin y entre en el cilindro. Es normal que el diseo del motor se haga para

que en la admisin entre en el cilindro la mayor cantidad posible de gases, optimizando la

utilizacin de la cilindrada y maximizando la potencia o el par desarrollado por el motor (el par va a

ser casi proporcional a la masa de gases que ingrese al cilindro).


4/31


4

En la figura, se representa el rea de entrada por la vlvula en funcin del ngulo de giro del cigeal. Si el AAA

fuera muy pequeo, el rea de paso cuando el mbolo empiece a bajar va a ser muy pequea, perdiendo por

tanto la primera parte del proceso de admisin. As que puede ser bueno empezar a abrir la vlvula algo antes,

para que cuando el mbolo baje ya haya un rea de paso por la vlvula de admisin suficiente.

El sistema para el proceso de admisin consta desde el filtro de aire y va hasta el interior de loscilindros. Durante en ese trayecto se producen prdidas inevitables que disminuyen la calidad del

admisin (llenado de los cilindros) del motor. Entre los factores que afectan el proceso de admisin

se puede mencionar:

o Prdidas de presin (hidrulicas) en el sistema de admisin (Pa=Po-Pa).o Presencia de gases residuales(Mr [Kmol de gases residuales/ciclo])o Calentamiento de la mezcla fresca por efecto de contacto con las paredes calientes del

sistema de admisin(T)

o Reglaje de vlvulas.


5/31


5

1.1. Perdidas hidrulicas (Pa)Depende de:

o Calidad de filtro de aireo Cantidad de suciedad en el filtro de aire.o Rugosidad de las paredes de admisin.

a a

o o

222

22

0

2

0

0

0 vala

a

a

a VgZVP

gZVP

: Sumatoria de prdidas (filtro, venturi, vlvula, etc.)

0

:1

:

)()(

0

0

V

ientoamortiguamdeeCoeficientV

V

ionesConsiderac

MECHVariableMECcte

val

a

a


6/31


6

deconoldeltroncoArealateraA

A

naalproporcionV

tambien

VP

sistemadelVV

potencialenergadecambiosdoDesprecian

val

val

val

vala

val

:

:

).(..............................2

)(

2

2

0

0

max

2

2

0

2

102

:)()(

)...(........................................

val

aa

val

val

A

nkPPP

endoreemplazan

A

n

KV

De esta expresin se deduce:

o Pa depende de n2o Pa es inversamente proporcional a A2val

a

aval

Pvalvulas

PAsi

#


7/31


7

Luego:

o En aspiracin natural: Pa=Po-Pao En sobrealimentacin: Pa=Pk-Pa

1.2. Cantidad de gases residuales

Se caracteriza mediante el coeficiente de gases residuales ( r )

1M

Mrr

- rM : Moles de gases residuales por ciclo en el cilindro, en el proceso de admisin- 1M : Moles de mezcla fresca en el proceso de admisin

Para los gases de escape en el cilindro, se puede considerar:

r

rrr

TR

VPM

*

*

- Pr: Presin de gases residuales. Factor ms influyente en la presencia de gases residualesen el final del proceso de admisin.

Vr Vc; adems Vc=Vh/( -1)

Tr=f(Tb);Tb=f(Tz); Tz=f( )

)(1000900

)(900700

MECHKT

MECKTT

r

r

r


8/31


8

Existe una semejanza entre los procesos de admisin y de escape:

escval

rrr

A

nKP

,2

2

2 )2

(

- rP : Caracteriza la eficiencia de salida de los gases de escape

rsilenciado

escapedetubor

)( dieselMotoresr

- MECH: r =0.06-0.10- MEC : r =0.03-0.06

Observacin:

Vh

V

VhsemejanteM

VsemejanteMM

M

c

r

cr

r

r

1

1

1.3. Grado de calentamiento (T):Se produce por el efecto de las paredes calientes del sistema de admisin.

Depende de:

o Temperatura media de paredeso Tiempo de contacto con las paredes calienteso Coeficiente convectivo (h)o Velocidad del aire (Depende de las rpm del motor)

);;;( htVTfT contactoaireparedes

La temperatura media de las paredes del sistema de admisiones el factor ms importante.


9/31


9

Calculo de Ta

Si

ar

arr

a

TT

ToM

TT

)(

n(rpm)

Si asumimos que la mezcla se realiza en forma instantnea y Ta sea la temperatura de equilibrio:

Ley de la termodinmica


10/31


10

r

rra

P

r

rr

Pa

rr

rPP

aPrrrP

T

TTTT

CChacemostambien

T

TC

CTT

T

Entonces

M

M

MMCC

TCMMTCMTTCM

1

*

1

*

:

)()(

0

1Pr

1

Pr

0

1

121

21Pr011

Coeficiente de Exceso de Aire ()

En el motor de automvil la cantidad de aire realmente consumida puede ser, en funcin del tipo

de formacin de la mezcla, de las condiciones de encendido y combustin, as como del rgimen de

funcionamiento, mayor, igual o menor de la necesaria tericamente para la combustin completa.

La relacin entre la cantidad real de aire que ingresa al cilindro del motor y la cantidad de aire

tericamente necesaria para la combustin de 1 Kg. de combustible, se denomina coeficiente de

exceso de aire y se designa con la letra .

)(12

)28*76.332(

)76.3(

:

:

)(83

8

23.0

1

)(83

8

23.0

1

Re:

Re:

2)(2222

Kg

Kg

mn

al

dNOcHbCONOaHC

combustindecompletaqumicareaccinlaSea

combustiondeecuacionladepartirA

kg

KgOHCl

kg

KgOHCl

ecombustiblairedetricaestequiomelacinl

realecombustiblairelacinlL

L

l

l

o

vmn

co

co

o

r

o

r

o

r


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11

)(1

76.4*

)(3241221.0

1

Kmol

KmolaL

Kmol

KmolOHCL

o

co

En los motores de gasolina con encendido de la mezcla homognea por chispa y con regulacin

combinada, cuando la mariposa de gases est completamente abierta, la mayor economicidad y el

transcurso suficiente estable del proceso de combustin se logra siendo =1.1-1.3.

La mxima potencia de estos motores se obtiene enriqueciendo ligeramente la mezcla (=0.85-

0.90). Para alcanzar un trabajo estable del motor a bajas cargas y en vacio se necesita un mayor

enriquecimiento de la mezcla. En caso de


12/31


12

)(

)(

)(

)(

)(273

6.13

10*

*464.0)30(*8365.5

2

2

OH

o

OH

o

o

o

ar

cmS

CT

cmP

mmHgP

h

Kg

T

PP

senSG

Para el clculo de la cantidad de combustible real se empleara la siguiente formula

Vlida para motor de encendido por compresin.

)(:

)(:

)(:

)(6.33

l

Kg

segt

cmV

h

Kg

t

V

G

c

cc

Coeficiente de llenado Nv(eficiencia volumtrica)

La geometra del mltiple de admisin es de gran importancia en los motores de combustin

interna modernos debido a su influencia directa en la eficiencia volumtrica y en las caractersticasdel flujo de entrada al cilindro, lo que repercute en el desempeo integral del motor, sobre todo en

lo relacionado con su potencia, consumo de combustible y emisiones contaminantes.

)4.....(....................

120*

:)(Re

:

:

120*)

60

1*

2*(

)........(........................................

tiemposdemotoresparan

V

Qn

Ienemplazando

motordeltotalCilindradaV

airedeCaudalQ

nV

Q

ni

QV

tiempodeunidadunaenmedidovolumenelesairedeCaudal

IV

V

G

Gn

H

v

H

H

K

h

K

at

ar

v


13/31


13

Po

V

P

4a

PMS PMI

Estado a:

......(*)........................................*** aaaa TRMVP

- M a: Gases residuales ms moles de mezcla fresca hasta a.- M a=Ma1+Mr- Ma1: Cantidad solo de mezcla fresca hasta a.

En el ducto de admisin:

.....(**)........................................*** 1 kKk TRMVP

- M1: Moles de mezcla fresca en un cilindro al final de la admisin.*)**.........(..............................................................................................................* hvK VnV


14/31


14

De (*),(**) y (***):

Escape

K

rS

Admision

K

a

K

Kv

rrK

K

K

a

v

ra

r

rah

a

a

a

K

a

v

P

P

P

P

TT

Tn

tambien

TTT

T

P

Pn

escompletamasformulaUna

arecdeeCoeficient

MM

MM

Definimos

MM

M

V

V

T

T

P

Pn

***1

1*

:

**

1**

:

09.103.1

arg:

:

**

1

1

1

1

1

11

1

1

Factores que influyen sobre el coeficiente de llenado:

El coeficiente de llenado es influenciado por una serie de parmetros que dependen de los

diferentes regmenes de funcionamiento del motor y cada uno de estos parmetros depende

tambin entre s. Las formulas anteriores nos ayudan a estimar la influencia de los parmetros.

o Relacin de compresin:Si los dems parmetros fueran constantes, nv disminuye con el aumento de la relacin de

compresin ().

Experimentalmente se demuestra que nv no depende de .

o Presin al final de admisin(Pa)Es el parmetro de mayor influencia sobre nv y est muy relacionado con las prdidas

hidrulicas en el ducto de admisin.

Cuando las perdidas hidrulicas se incrementan, disminuye Pa y disminuye la eficiencia

volumtrica.


15/31


15

o Presin y temperatura de entrada de admisin (PK y TK)Si aumenta PK entonces aumenta el coeficiente de llenado

Si aumenta TK entonces aumenta el coeficiente de llenado

Esto se demuestra mediante la frmula experimental:

2

1

2

1

K

K

v

v

T

T

n

n

o Presin y temperatura de los gases residuales(Pr y Tr)La eficiencia volumtrica disminuye con el aumento de la presin de los gases residuales

mientras que la temperatura de estos prcticamente no influye sobre el coeficiente de llenado.

o Barrido:Cuanto ms perfecto es el barrido del cilindro mejor ser el llenado de mezcla fresca en l.

o Calentamiento de la carga (T):A mayor T, disminuye la eficiencia volumtrica ya que menos carga entra al cilindro por el

aumento de la densidad del aire.

o Llenado del motor a n constante variando la carga:Al cerrar la vlvula de mariposa, pa disminuye y por lo tanto disminuye la eficiencia volumtrica.

o Variacin de n:Cuando la velocidad del motor vara, vara la resistencia del sistema de admisin, el

calentamiento de la carga y la presencia de gases residuales lo que hace que disminuya la

eficiencia volumtrica.

EN EL LABORATORIO:

Para el clculo de la cantidad de aire real se empleara la frmula que indica el motor Diesel Peter


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16

MATERIALES DEL LABORATORIO

Motor Disel mono cilndrico

Generador elctrico de corriente continua


17/31


17

Dinammetro

Tablero elctrico de control

Termmetro y manmetro para el aceite


18/31


18

Medidor digital de flujo de combustible

Manmetro inclinado

Manmetro en


19/31


19

Termmetro entrada y salida del agua

Sistema de enfriamiento

Opacmetro


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20

PROCEDIMIENTO

1. Regular la posicin de la cremallera en 15 mm con la ayuda de un micrmetro para una mejorprecisin.

2. Regular la RPM del motor para diferentes valores dados.

3. Registrar las mediciones en los instrumentos:- Fuerza en el dinammetro


21/31


21

- Medicin del volumen consumido de combustible en 15 segundos.

- Medicin de la temperatura y presin atmosfrica.

- Medicin del opacmetro

4. Manteniendo la posicin de la cremallera bajamos las RPM del motor (6 mediciones),registrando las mediciones de los instrumentos por cada RPM establecida.

5. Para el segundo caso hacemos lo mismo solo que la posicin de la cremallera ser de 17.5 mm


22/31


22

CLCULOS PREVIOS

Condiciones Ambientales:

Po = 750 mm-Hg ; To = 18 C

Ademas de las caractersticas del motor:

L = 0.305 m ; brazo del torque

VH= 0.658413 litros ; cilindrada del motor

o = 1.1970 kg/m3 ; densidad el aire a condic. Refer.

c = 0.85 Kg/litro ; densidad del combustible Diesel B5

lo = 14.5 ; relacin estequiometrica

Se definen los parmetros que se usaran para graficarlos:

Densidad del aire:(o)

273

273

760293.1

0

00

T

P

[kg/m3]

Donde:

Po : Presin baromtrica, en mm-Hg

To : Temperatura atmosfrica, en C


23/31


23

Consumo real de aire:(Gar)

273T 6.13

10PP

464.0)(senS8365.5G0

0

ar

[kg/h]

Donde:

S : Cada de presin en el manmetro inclinado (en cm-H2O).

P : Cada de presin en el manmetro en U (en cm- H2O)

Po : Presin ambiental (750 mm-Hg)

To : Temperatura ambiente (18 C)

: ngulo de inclinacin del manmetro inclinado (30)

Cantidad de aire terico que podra llenar el cilindro:(Gat)

Para motor de 4 tiempos:

niV03.0G ohat [kg/hora]

Donde:

Vh x i : Cilindrada total (0.658413 Litros)

o : Densidad del aire atmosfrico (1.1970598 kg/m3)

n : Velocidad de rotacin del cigeal (rpm)

Consumo de combustible:(Gc)

tV6.3G cc

[kg/h]

Donde:

c : Densidad del combustible ( 0.85 Kg/litro)


24/31


24

V : Volumen de combustible consumido en cada ensayo (mL)

t : Intervalo de tiempo en el que se consumi el V (en seg.)

Coeficiente de llenado:(v)

x100%at

ar

vG

G

Dnde:

Gar : Consumo horario de aire (kg/hora)

Gat : Cantidad de aire terico que podra llenar el cilindro (kg/hora)

Coeficiente de exceso de aire:()

Dnde:

Gar : Consumo real de aire (kg/hora)

Gc : Consumo de combustible (kg/hora)

lo : Relacin estequiomtrica de aire-combustible Diesel.

(14.5 kg aire / kg comb)

Par motor:Me

LFMe . (N-m)

Dnde:

F : fuerza aplicada en el dinammetro (N)

L : brazo del freno (m).

L = 0,305 m


25/31


25

Potencia del motor:Ne

9550

.. ee

MnN (kW)

Dnde:

n : velocidad de rotacin del cigeal (RPM)

Me : par motor, en (N-m)

Consumo especifico efectivo de combustible:ge

Dnde:

Gc : Consumo de combustible (kg/hora)

Ne : Potencia del motor(Kw)

Presin media efectiva: Pe

Dnde:

Ne : Potencia del motor(Kw)

VH:cilindrada del motor(0.658413 litros)

n: velocidad de rotacin del cigeal (RPM)


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26

Eficiencia efectiva:

Dnde:

Ge : Consumo especifico efectivo de combustible(Kg/Kwh)

Hu : Poder calorfico del diesel(43MJ/Kg)

TABLA DE RESULTADOSY GRAFICAS

Realizando los clculos necesarios de las formulas ya planteadas anteriormente y de los datos

obtenidos en el laboratorio se obtendr las siguientes tablas de resultados.

Ensayo en rgimen de velocidad hcr = 15 mm

CARACTERISTICA EXTERNA

[rpm] [N] [cmH2O] [cmH2O] [mL] [m-1]

n F P S V B

900 81 4 5.4 3.5 1.32

1200 88 5.4 7.1 5.1 2.51500 90 7 8.4 6.6 3.61

1800 91 8.7 9.9 8 5.4

2100 83 10 11 10 7.56

TABLA N1

[kg/h] [kg/h] [kg/h] [N-m] [kW] - % [Kg/Kwh] [MPa] -

Gat Gar Gc Me Ne v ge Pe 21.2803 18.7714 0.7140 24.7050 2.3282 1.8131 88.2100 0.3067 0.4715 272.9982

28.3738 24.6469 1.0404 26.8400 3.3726 1.6338 86.8650 0.3085 0.5122 271.3902

35.4672 29.1137 1.3464 27.4500 4.3115 1.4913 82.0863 0.3123 0.5239 268.0959

42.5606 34.2550 1.6320 27.7550 5.2313 1.4476 80.4852 0.3120 0.5297 268.364049.6541 38.0122 2.0400 25.3150 5.5666 1.2851 76.5540 0.3665 0.4831 228.4535


27/31


27

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 500 1000 1500 2000 2500

Velocidad (RPM)

Grafico 1

nv

Gat

B

Gc

alfa

0

1

2

3

4

5

6

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500

Velocidad (RPM)

Grafico 2

Me

ne

Ne

ge

Pe


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28

Ensayo en rgimen de velocidad hcr = 17.5 mm

CARACTERISTICA PARCIAL

[rpm] [N] [cmH2O] [cmH2O] [mL] [m-1]

n F P S V B

1100 37 5.4 6.9 1.9 0.52

1300 50 6 7.9 2.7 1.84

1500 58 7.2 8.8 3.5 1.64

1700 67 8.6 9.6 4 2.29

1900 75 9.7 10.2 4.6 5.36

TABLA N2

[kg/h] [kg/h] [kg/h] [N-m] [kW] - - [gr/Kwh] [MPa] -

Gat Gar Gc Me Ne v ge Pe 26.0093 23.9526 0.3876 11.2850 1.2998 4.2619 92.0925 0.2982 0.2154 280.7638

30.7382 27.4078 0.5508 15.2500 2.0759 3.4317 89.1651 0.2653 0.2910 315.5367

35.4672 30.4940 0.7140 17.6900 2.7785 2.9454 85.9782 0.2570 0.3376 325.8004

40.1961 33.2202 0.8160 20.4350 3.6376 2.8077 82.6453 0.2243 0.3900 373.2193

44.9251 35.2581 0.9384 22.875 4.551 2.5912 78.482 0.2062 0.4366 406.0293

0

1

2

3

4

5

6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 500 1000 1500 2000

Velocidad (RPM)

Grafico 3

nv

Gat

B

Gc

alfa


29/31


29

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 500 1000 1500 2000

Velocidad (RPM)

Grafico 4

Me

ne

Ne

ge

Pe


30/31


30

CONCLUSIONES

Se observa que para la Grafica 2, el Consumo especifico efectivo de combustible (ge) , laPresin media efectiva (Pe) y el Par motor se mantienen ligeramente constantes en

relacin al aumento de velocidad (RPM), esto tambin ocurre en la Grafica 4, pero en esta,

la Pe tiene una pequea pendiente positiva.

En rgimen parcial se observa que en la figura 2, la potencia efectiva tiende a incrementarpero llegando a un cierto punto, este empieza a descender, esto debido a habersesuperado su valor de velocidad nominal, esto no ocurre en el caso de rgimen total

(grafica 4), donde la potencia efectiva es directamente proporcional al incremento de la

velocidad.


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BIBLIOGRAFA

JOVAJMotores de Automvil, Editorial MIR

ARIAS PAZ Manual del automvil, Editorial Dossat, Madrid

GUA DE LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA

Documents

Labo 4 Motores Fim Uni