laboratorio 3 motores de combustión interna

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  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

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    OBJETIVOS

    Determinar la infuencia de los parámetrosexplotacionales y constructivos del motor Diesel

    sobre los coecientes de llenado (ecienciavolumétrica), y de exceso de aire.

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    EQUIPOS E INSTRUMENTOS• Banco de pruebas: Motor Perkins

    • Dispositivo para medir el consumo de combustible por elmétodo volumétrico.

    • Cronómetro

    •  Termómetros.

    • Dinamómetro

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

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    • Equipos de medición de temperatura y presión

    • Manómetros de mercurio.

    MARCO TEÓRICO

    PROCESO DE ADMISIÓN

    a cantidad de car!a "resca depende de los si!uientes "actores:

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    Pérdidas #idr$ulicas en el sistema de admisión% que #ace

    disminuir la presión de la car!a suministrada en la

    ma!nitud  &pa '

    Cantidad Mr de productos quemados (!ases residuales) enel cilindro% que ocupan parte de su volumen'

    Calentamiento de la car!a por las super*cies de las

    paredes del sistema de admisión y del espacio interior del

    cilindro en la ma!nitud &T% como consecuencia de la cual

    disminuye la densidad de la car!a introducida.

    Cantidad de gases residuales

    En el proceso de escape no se lo!ra desalo+ar por completo del

    cilindro los productos de la combustión% ocupando éstos cierto

    volumen a presión Pr y temperatura Tr respectivas.

    En el proceso de admisión los !ases residuales se e,panden y

    me-cl$ndose con la car!a "resca que in!resa% #acen disminuir elllenado del cilindro% a cantidad de !ases residuales Mr depende

    del procedimiento empleado para limpiar el cilindro% as como de

    la posibilidad del barrido del cilindro por la car!a "resca.

    a cantidad de !ases residuales se caracteri-a por una ma!nitud

    relativa denominada coe*cientes de !ases residuales.

    1 M 

     M r r   =γ  

    En los motores de cuatro tiempos% que tiene traslapo de v$lvula

    (no mayor de /0 1 203)% el cual e,cluye la posibilidad de barrido%

    puede considerarse que al *nal de la carrera de escape los

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    !ases residuales ocupan el volumen de la c$mara de

    combustión 4c% y por lo tanto% su cantidad:

    cr r 

    T  R

    V  P  M 

    ⋅=

    a ma!nitud Pr queda de*nida por la presión del medio

    ambiente al cual se e,pulsa los !ases% es decir% por la presión Po

    en caso en caso de escape a la atmós"era o Pp cuando en el

    escape se instala un silenciador o un colector% #abiendo

    sobrealimentación por turbocompresor% a"ectada de las pérdidas

    #idr$ulicas en el ducto de admisión.

    ( )   ( )  2

    2

    20

    20

    2VE 

    r r  pr  A

    n A P  P  P    β ξ 

     ρ ++=

    Donde:

    2

     A

    : coe*ciente de proporcionalidad de escape que depende

    del motor

    r r 

      β ξ   ,

    : mismo par$metros que admisión pero re"eridos a

    escape.

    a temperatura Tr depende de la composición de la me-cla% del

    !rado de e,pansión y del intercambio de calor en la e,pansión

    y en el escape. En los motores de !asolina% en los cuales la

    composición de la me-cla vara entre lmites relativamente

    peque5os% la temperatura Tr% decrece insi!ni*cativamente al

    disminuir la car!a. a temperatura Tr en los motores Diesel es

    considerablemente menor (en 600 1 /00 7)% comparada con la

    de los motores a !asolina% debido a las relaciones de compresión

    y respectivamente de e,pansión m$s altas y a las temperaturas

    m$s ba+as en este 8ltimo proceso.

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

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    Es muy importante se5alar que el aumento de la relación de

    compresión siempre va acompa5ado de la disminución de Mr.

    El n8mero de moles de la car!a "resca M9 se caracteri-a por las

    condiciones de llenado y re!ulación de la car!a. l disminuir la

    car!a en los motores a !asolina mediante la reducción de los

    !ases la ma!nitud M9 decrece. l #aber sobrealimentación M9

    aumenta.

    En los motores a !asolina el coe*cienter γ   es mayor% que en los

    motores Diesel% debido a menores relaciones de compresión. l

    disminuir la car!a en los motores a !asolinar γ  

      aumenta. l

    introducir la sobrealimentación el coe*cienter γ  

      disminuye

    como resultado de una mayor cantidad de M9.

    En los motores de !asolina sin sobrealimentación% a plena car!a%

    r γ  

     vara entre los valores de 0.0; 1 0.9.

    En los motores de cuatro tiempos el coe*cienter γ  

     puede ser

    disminuido utili-ando la sobrealimentación y aumentando en

    cierta medida el traslapo de las v$lvulas.

     Temperatura de calentamiento de la car!a

    a car!a "resca durante su movimiento por el sistema de

    admisión y dentro del cilindro entra en contacto con las paredes

    calientes% elev$ndose su temperatura en  T. El !rado de

    calentamiento de la car!a depende de la velocidad de su

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    movimiento% de la duración de la admisión% as como de la

    di"erencia de temperaturas entre las paredes y la car!a.

    l aumentar la temperatura de la car!a su densidad disminuye%

    por eso el calentamiento especial del sistema de admisión en el

    motor de carburador es conveniente solo #asta cierto lmite

    correspondiente al calor necesario para la vapori-ación del

    combustible. El calentamiento e,cesivo in 60 1 203C. Para el

    motor con "ormación e,terna de la me-cla  T > 0 1 603C.

    Coefiente de llenado

    El !rado de per"ección del proceso de admisión se acostumbra

    evaluar por el coe*ciente de llenado o rendimiento volumétrico

    nv que es la ra-ón entre la cantidad de car!a "resca que se

    encuentra en el cilindro al inicio de la compresión real% es decir%

    al instante en que se cierran los ór!anos del intercambio de

    !ases% y aquella cantidad de car!a "resca que podra llenar la

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    cilindrada (volumen de traba+o del cilindro) en las condiciones

    de admisión.

    os c$lculos muestran que para los motores con "ormación

    e,terna de la me-cla% que "uncionan con combustible lquido% la

    di"erencia entre los coe*cientes de llenado% calculando

    considerando la condición de la car!a "resca puede ser el aire o

    la me-cla aire 1 combustible% es insi!ni*cante. Por eso en lo

    sucesivo% para estos motores as como para los de tipo Diesel%

    vamos a determinar la nv la cantidad de aire admitida al

    cilindro. =e!8n la de*nición:

    h

     K 

     K h

    ar 

    at 

    ar V 

    niV 

    G

    G

    Gn   =

    ⋅⋅⋅

    ==

     ρ 120

    Donde:

    ?ar: cantidad m$sica real de car!a "resca que seencuentra en el cilindro al inicio de la compresión% en 7!.@#

    47: volumen de car!a "resca reducido a las condiciones de

    admisión (Pk y Tk) que in!resa a un cilindro del motor en

    un ciclo% en m/.

    En los motores de cuatro tiempos con barrido del cilindro y en

    los motores de dos tiempos% en el periodo de traslapo de lasv$lvulas parte de la car!a "resca suministrada se pierde en el

    barrido y no participa en los procesos de compresión y

    combustión.

    !atores "ue in#u$en so%re el oefiente de llenado

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    Para e"ectuar un an$lisis adecuado de los "actores que in

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    0

    /

    r  REALca

    =α 

    =iendo la me-cla estequiométrica > o (l > lo) el coe*ciente

    de e,ceso de aire > 9' si 9 (insu*ciencia de o,!eno)% la

    me-cla se denomina rica' cuando 9 (e,ceso de o,i!eno)% la

    me-cla se denomina pobre.

    En los motores de !asolina con encendido de la me-cla

    #omo!énea por c#ispa y con re!ulación combinada% cuando lamariposa de !ases est$ completamente abierta% la mayor

    economicidad y el transcurso su*cientemente estable del

    proceso de combustión se lo!ra siendo > 9.9 1 9./.

    a m$,ima potencia de estos motores se obtiene enriqueciendo

    li!eramente la me-cla (> 0.F 1 0.G). Para alcan-ar un traba+o

    estable del motor a ba+as car!as y en vaco se necesita un

    mayor enriquecimiento de la me-cla. En caso de 9% debido a

    la insu*ciencia de o,!eno% el combustible no se quema

    totalmente% como consecuencia de lo cual durante la

    combustión el desprendimiento de calor es incompleto y en los

    !ases de escape aparecen los productos de la o,idación

    incompleta (CH% I% CI2 y otros).

    &ATOS OBTENI&OS ( C)*CU*OS

    &ATOS &E* MOTOR PER+INS ( COMBUSTIB*E

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    &ATOS OBTENI&OS EN E* *ABORATORIO

    as tablas 9 y 6 muestran los datos necesarios para reali-ar lae,periencia. os cuales #an sido obtenidos medianteinstrumentos en el laboratorio.

    N, -.e/01 n/r231 !4/l%1 !5/l%1 t/seg1-S/36

    g19 /.20 9J00.00 66.F0 F0.00 69.99 90.90

    6 /.F0 9J00.00 6F.60 JF.00 92.29 90.20/ /.;0 9J00.00 /F.00 900.00 90.6G 90.F0

    2 /.J0 9J00.00 6.F0 9F0.00 J./G 99.60

    F /.0 9J00.00 6J.00 9JF.00 ;.90 99.J0

    ; /.G0 9J00.00 26.00 9JF.00 F.00 96./0

    Ta%la 4

    N, -.e/01 To/ C1-P7/3

    6g1T7/ C1

    T/01

    Paeite/2si1

    V /381

    9 /.20 ;.00 K/.90 /.00 K F;.00 6F.006 /.F0 J0.00 K6.20 /.00 K FF.00 6F.00

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    / /.;0 J/.00 0.60 29.00 K F2.00 6F.00

    2 /.J0 J.00 F.20 2;.00 K F6.00 6F.00

    F /.0 F.00 90.20 F6.00 K F9.00 6F.00

    ; /.G0 G9.00 92.20 F;.00 K F0.00 6F.00

    Ta%la 5

    C9lulo del aire te:rio;

    *

    .  30 aireh AT    iV nG   ρ ××××=

    Para #allar el valor teórico del consumo de 7!de aire por #ora% usaremos la si!uiente "órmula. El resultadoobtenido para esta ecuación se muestra en la tabla /.

    -.e/01

    n/r231 V./l1t?a?

    /+g=.1/.2 9J00.00 /.; 9.92/ 66F.0GF

    Ta%la 8

    C9lulo del onsu3o real de aire;

    Como sabemos% el consumo real de aire es menor al teórico.

    Para #allar este valor% usaremos la si!uiente "órmula

    Gra=3600 x A x Cd x ( ρ aire x 273

    760 x

     Po−∆ P x 10

    273+T o)

    os resultados obtenidos para los di"erentes valores de laposición de la cremallera se pueden ver en la tabla 2

    -.e/01

    -S/36g1

    sen/@1 Po To-P7/3

    6g1> r?a

    /.2 90.9 0.F J2.2 /.0 K/.9 9G;.F

    /.F 90.2 0.F J2.2 /9.0 K6.2 60F.F/G

    /.; 90.F 0.F J2.2 /9.0 0.6 600.F/0

    /.J 99.6 0.F J2.2 /9.0 F.2 9G.GGJ

    /. 99.J 0.F J2.2 /9.0 90.2 9G6.G96

    /.G 96./ 0.F J2.2 /9.0 92.2 9G0.69;

    Ta%la

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    C9lulo del onsu3o de o3%usti%le 2or .ora;

    a ecuación a usar es simple comparada con las anteriores. osresultados obtenidos se muestran en la tabla F

    .6.3 combC 

    V G   ρ ×

    ∆×=

    -.e/01

    lo V /381 t/seg1/+g=.1

    /.2 92.J00 6F.00 69.99 0.F /.;62

    /.F 92.J00 6F.00 92.29 0.F F./0G

    /.; 92.J00 6F.00 90.6G 0.F J.2/2/.J 92.J00 6F.00 J./G 0.F 90./F6

    /. 92.J00 6F.00 ;.90 0.F 96.F29

    /.G 92.J00 6F.00 F.00 0.F 9F./00

    Ta%la

    C9lulo de la 2otenia eetiDa;

    Por 8ltimo #allaremos el valor de la potencia en kiloLatts para

    cada uno de los casos (la Tabla ; muestra los resultados). Paraellos calcularemos primero el torque Me(Km) y usaremos lasi!uiente "órmula:

    9550

    n Me Ne

      ×=

    -.e/01

    n/r231 */31 !/N1 Me/N31 Ne/7F1

    /.2 9J00.00 0./J 96/.60 2F.F2 .992

    /.F 9J00.00 0./J 66/.90 6.F2 92.;G2

    /.; 9J00.00 0./J 6G9.60 90J.J22 9G.90

    /.J 9J00.00 0./J F22./6 609./G /F.F9

    /. 9J00.00 0./J ;;/.02 62F./6F 2/.;J0

    /.G 9J00.00 0./J FGF.2 660.2;9 /G.622

    Ta%la G

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    Coefientes;

    En la tabla J se muestran todos los resultados obtenidos y losvalores del coe*ciente de llenado (nv) y del coe*ciente dee,ceso de aire(al"a)% para cada una de los valores de la posiciónde la cremallera. Para el c$lculo de estos coe*cientes se usar$nlas si!uientes ecuaciones

     AT 

     A RV 

    G

    Gn

    .

    .=

    0

    /

    r  REALca

    =α 

    -.e/01

    >t?a?/+g=.1

    > r?a >/+g=.1nD

    H Ne/7F1

    /.2 66F.0G 9G;.G /.;6 0.J /.J0 .99

    /.F 66F.0G 60F.F2 F./9 0.G9 6.;/ 92.;G/.; 66F.0G 600.F/ J.2/ 0.G 9./ 9G.9

    /.J 66F.0G 9GG.00 90./F 0. 9./9 /F.F

    /. 66F.0G 9G6.G9 96.F2 0.; 9.0F 2/.;J

    /.G 66F.0G 9G0.66 9F./0 0.F 0.F /G.62

    Ta%la

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

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    RESU*TA&OSDe la e,periencia reali-ada podemos obtener dos curvas muyimportantes% las cuales nos mostrar$n como varan loscoe*cientes de llenado y de e,ceso de aire cuando se vara laposición de la cremallera y manteniendo una velocidadconstante. mbos coe*cientes se !ra*car$n en "unción de lapotencia e"ectiva (7N). as !r$*cas de estas curvas% se puedenapreciar en las !r$*cas 9 y 6.

    >r9fa 4

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

    16/21

    F 9F 6F /F 2F0.E2

    0.E;

    0.EE

    0.G0

    0.G6

    Variai:n del oefiente de llenado /nD1 en uni:n de la Potenia Ne/+F1

    nv

    Ne/+F1

    Efienia Volu3Jtria ND

    >r9fa 5

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

    17/21

    F 9F 6F /F 2F0

    9

    6

    /

    2

    0.EF

    Variai:n del oeiiente de eKeso de aire /H1 en uni:n de la Potenia Ne/+F1

    O

    Ne/+F1

    Coeiiente de eKeso de aire H

    De la e,periencia reali-ada también podemos #allar el consumo

    espec*co de combustible para la posición de la cremallera. acurva se #alla en el !r$*co / donde se muestra el valor de !e

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

    18/21

    en kilo!ramos por kiloLatt #ora en "unción de la potenciae"ectiva e en kiloLatt.

    >r9fa 8

    F 90 9F 60 6F /0 /F 20 2F0.6F

    0./0

    0./F

    0.20

    0.2F

    0.F0

    Variai:n del onsu3o es2eLfo de o3%usti%le /ge1 en Cuni:n de la 2otenia /+F1

    !e(7!@7NK#)

    Potenia/+F1

    ge /+g=+FE.1

    CONC*USIONES

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

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    • a !r$*ca 9 obtenida en el laboratorio% nos permitecomprobar e,perimentalmente que el coe*ciente dellenado est$ relacionado con la densidad del

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

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     OBSERVACIONES

    as mediciones pueden ser ine,actas debido al error#umanos y anti!Redad de los equipos.

    • l tomar la 8ltima medición% el motor se sobrecalentó% locual pudo entre!ar mediciones erróneas.

    BIB*IO>RA!A

  • 8/16/2019 Laboratorio 3 Motores de combustión interna

    21/21

    MOTORES DE AUTOMOVIL. Jovaj, M.S. Edit. MIR, Moscú !"#

    MANUAL DEL AUTOMOVIL. A$ias Pa%

     A&'(t)s d) c*as).