laboratorio de motores 2009

8/8/2019 laboratorio de motores 2009

1/25

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de Ingeniera Mecnica

Laboratorio : Determinacin y reconocimiento de un motor de

combustin interna.

Curso : Motores de Combustin Interna (MN136-H).

Profesor : Ing. Guido Pinedo.

Alumnos : Prez Rojas, Miguel ngel 20020229H

2009


2/25

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA FIM

ndice

1. Introduccin 32. Objetivos 43. Fundamento Terico 54. Equipos e Instrumentos 165. Procedimiento 186. Hoja de Datos 207. Clculos 20

8. Tabla de resultados y grficos 219. Anlisis 2210. Conclusiones 2211. Bibliografa 2212. Anexo 23

2


3/25


Introduccin

Los motores de combustin han sido utilizados por la humanidad desde hace muchosaos con gran aceptacin de parte de los usuarios de estos tipos de motores; gracias a laabundancia, en ese entonces, de los combustibles fsiles.

En el campo automotriz, por otra parte, el tipo de motor que prevaleci y prevalece hastaestos das es el motor de combustin interna, el cual ha sido mejorado a lo largo deltiempo, siempre tratando de aumentar tanto la potencia como la eficiencia, pero su

principio de funcionamiento es el mismo. Es por eso que es importante estudiarlosmientras estn en vigencia.

3


4/25


OBJETIVOS

Identificar las partes principales de un motor de combustin interna de cuatrotiempos de encendido por compresin (Diesel).

Determinar el volumen til de trabajo, la cilindrada del motor y la relacin decompresin, con la ayuda de las dimensiones tomadas en el laboratorio.

Determinar y comprender los ngulos de adelanto y atraso en el momento de laapertura o el cierre de las vlvulas de apertura y admisin.

4


5/25


FUNDAMENTO TERICO

Motor de combustin interna

Un motor de combustin interna constituye una mquina termodinmica formada por unconjunto de piezas o mecanismos fijos y mviles, cuya funcin principal es transformarla energa qumica que proporciona la combustin producida por una mezcla de aire ycombustible en energa mecnica o movimiento. Cuando ocurre esa transformacin deenerga qumica en mecnica se puede realizar un trabajo til como, por ejemplo, moverun vehculo automotor como un coche o automvil, o cualquier otro mecanismo, comopudiera ser un generador de corriente elctrica.

Fig. 1 Motor de combustin interna

Los motores comerciales se fabrican con varios cilindros, ya que este sistema permiteobtener ms potencia y ofrece menos problemas que los que plantea un motor provisto deun nico cilindro de mayor tamao. En este dispositivo, la posicin de los cilindros secalcula para que, en un momento dado, cada uno se halle en un ciclo distinto, uno enadmisin, otro en compresin, otro en explosin y otro en escape. De este modo, se

5


6/25


obtiene un funcionamiento ms estable, sin vibraciones, y en el que cada cilindro, alhacer explosin, ayuda a los dems a moverse.

Los cilindros de un motor pueden estar dispuestos de varias formas, siempre en relacincon su nmero y con las dimensiones del vehculo que deban impulsar. En el motor de

los automviles, se colocan generalmente en lnea, si van todos paralelos; en y, si lamitad se halla inclinada en un pequeo ngulo con respecto a la otra mitad; y en Boxer ocontrapuestos, si unos se encuentran enfrentados a los otros.

El motor de combustin interna ha sustituido a la gran mayora de mquinas de vapordebido a sus considerables ventajas. En primer lugar, el aprovechamiento de la energa esmayor. El origen de la energa se sita en el interior del cilindro, y no en el exterior comoen la mquina de vapor. Por otra parte, no es necesario cargar con grandes cantidades deagua. Los vapores empleados son los propios del combustible al explosionar. El tamaodel motor se reduce considerablemente y facilita su instalacin en vehculos pequeos.Por ltimo, este motor es capaz de realizar en poco tiempo una gran variacin de energa,

comparado con la mquina de vapor. Un motor de combustin interna ligero puede pasaren pocos segundos de una posicin de reposo a otra en la que proporcione la mximaenerga, tardando slo unos minutos en sistemas de grandes dimensiones, como losbarcos. Esta caracterstica lo convierte en el mecanismo ideal para aplicaciones concambios frecuentes de energa, como puede ser el motor de un automvil, un tren o unbarco.

Clasificacin de motores de combustin interna

Existen distintos criterios para clasificar los motores de combustin interna: segn elcombustible utilizado, el nmero y la disposicin de los Cilindros, el tipo y la colocacin

de las vlvulas o el sistema de enfriamiento empleado. La clasificacin ms frecuente sebasa en el tipo de ciclo, es decir, en el nmero de tiempos por ciclo (entendiendo portiempo una carrera hacia arriba o hacia abajo del mbolo a lo largo del cilindro).

En el denominado motor de explosin de cuatro tiempos, en cada ciclo de motor (llamadociclo de Otto) se suceden cuatro tiempos (admisin, compresin, explosin y escape).

6


7/25


Fig. 2 Tiempos del Motor de combustin interna

Tanto los motores de gasolina como los diesel se pueden emplear para realizar iguales

funciones; sin embargo, cuando se requiere desarrollar grandes potencias, como lanecesaria para mover una locomotora, un barco o un generador de corriente elctrica degran capacidad de generacin, se emplean solamente motores de combustin internadiesel.

Esquema de un motor de combustin interna

Fig. 3 Esquema de un motor

1) Colector de escape._Pieza encargada de recibir del motor los gases resultantes dela combustin. El colector de escape est compuesto por una serie de tubos (uno

por cilindro) unidos al bloque motor, que se juntan en uno solo conectado al tubode escape. Es de fierro fundido para resistir las altas temperaturas, corrosin yaltas presiones

7


8/25


Fig. 4 Colector de escapeLas vlvulas son elementos sujetos a elevados esfuerzos mecnicos y trmicos, y debentener resistencia a la oxidacin y a la corrosin.El esfuerzo mecnico se origina al flexionar la cabeza de la vlvula (disco o platillo) porla presin producida durante el encendido (ignicin), y por el esfuerzo de impactorealizado al cerrar la vlvula.

2) Vlvula de escape._La vlvula de escape se abre apreciablemente antes del finalde la carrera de expansin para iniciar el escape de los gases del cilindro y reducirla presin durante la carrera de escape. Esta vlvula se cierra cerca del final de lacarrera de escape.

3) Vlvula de admisin._La vlvula de admisin se abre cerca del principio de la

carrera de aspiracin y se cierra apreciablemente despus de empezar la carrera decompresin, utilizando as la energa cintica de la mezcla que entra para obtenerla alimentacin mxima a cierta velocidad conveniente.

Fig. 5 Vlvulas de admisin y escape

4) Eje de levas._Consiste en una barra cilndrica que recorre la longitud delflanco de los cilindros con una serie de levas sobresaliendo de l, una porcada vlvula de motor. Las levas fuerzan a las vlvulas a abrirse por unapresin ejercida por la leva mientras el eje rota. Este giro es producidoporque el eje de levas est conectado con el cigeal, que es el ejemotriz que sale del motor. La conexin entre cigeal y eje de levas se

8
http://es.wikipedia.org/wiki/Cig%C3%BCe%C3%B1alhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cig%C3%BCe%C3%B1al


9/25


puede realizar directamente mediante un mecanismo de engranajes oindirectamente mediante una correa o cadena, conocida como correa dedistribucin.

Fig. 6 Ejes de levas

5) Resorte de vlvulas._El resorte de vlvula se construye con aleacin de altatecnologa. Debe tener la misma fuerza de recuperacin a travs de toda

su vida til. En motores de competicin los resortes de vlvulas sonpiezas cruciales para que el motor mantenga su sincronismo a mximasrevoluciones. La fabricacin de estos componentes lleva un largo trabajode investigacin previa.

Fig. 7 Resorte de vlvulas

6) Colector de admisin._Pieza por donde circula el aire antes de entrar en losconductos de admisin de la culata. La forma y volumen del colector determina lavibracin que toma el aire al entrar en el motor, esa frecuencia es ms o menosconveniente para cada rgimen del motor.

9
http://es.wikipedia.org/wiki/Engranajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Correa_de_distribuci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Correa_de_distribuci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Engranajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Correa_de_distribuci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Correa_de_distribuci%C3%B3n


10/25


Fig. 8 Colector de admisin

7) La Culata. Es la parte superior de un motor de combustin internaque permite elcierre de las cmaras de combustin.Constituye el cierre superior del bloque motor y sobre ella se asientan lasvlvulas, teniendo orificios para tal fin. La culata presenta una doble pared parapermitir la circulacin del lquido refrigerante. Si el motor de combustin internaes de encendido provocado (motor Otto), lleva orificios roscados donde se sitanlasbujas.

Fig. 9 La culata

10
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_internahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_internahttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_de_combusti%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvulahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_Ottohttp://es.wikipedia.org/wiki/Buj%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Buj%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_internahttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_de_combusti%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvulahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_Ottohttp://es.wikipedia.org/wiki/Buj%C3%ADa


11/25


8) Cilindros._ Es una cavidad de forma cilndrica, por la cual se desplazan lospistones en su movimiento alternativo, entre el punto muerto inferior y el puntomuerto superior, las paredes interiores son completamente lisas y en algunoscasos cromadas para mayor resistencia al desgaste, es una pieza hecha con metal

fuerte porque debe soportar a lo largo de su vida til un trabajo a alta temperaturacon explosiones constante de combustible, lo que lo somete a un trabajo excesivobajo condiciones extremas.

Fig. 10 Cilindro

9) Chaquetas de lquido refrigerante._Un sistema de enfriamiento de una ciertaclase es necesario en cualquier motor de combustin interna. Si no seproporcionara ningn sistema de enfriamiento, las piezas derretiran del calor delcombustible ardiente, y los pistones los ampliaran tanto que no podran moverseen los cilindrosEl sistema de enfriamiento de un motor refrigerado por aguaconsiste en: la chaqueta del agua del motor, un termstato, una bomba de agua, unradiador y un casquillo de radiador.

10)Anillos del pistn._Son piezas circulares metlicas, autotensadas, que se montan

en las ranuras de los pistones para servir de cierre hermtico mvil entre lacmara de combustin y el crter del cigeal. Son los encargados de mantener laestanqueidad en la cmara de combustin, debido a que entre el cilindro o camisay el pistn debe existir un juego deslizante y por ser los vapores tanto de lamezcla como de los productos de la combustin tan voltiles pueden perderse atravs de dicho espacio. Adems de esta funcin cumplen con la de la distribucindel aceite sobre la pared del cilindro y la falda del pistn.

11


12/25


Fig. 11 Anillos

11)Pistn._Tomando el pistn como un elemento de un mecanismo cinemticopuede definirse como aquel elemento que tiene como funcin deslizarse dentro desu gua, que en el caso de un motor es la camisa o cilindro. Hace parte delconjunto biela - manivela y su movimiento no llega a ser un armnico simple perosi se le acerca mucho.La superficie lateral de un pistn no es perfectamentecilndrica, la parte ms ancha se encuentra cerca del fondo o parte inferior del

pistn y es all donde se mide el dimetro del mismo.

Fig. 12 Pistn12)Bubn de biela._El buln es un eje de acero con el centro hueco que sirve de

unin entre la biela y el pistn, el buln adems puede ser: flotante cuando elbuln gira en los soportes del pistn y la biela, semiflotante este tipo de bulonesse usa en las bielas de pie abierto, fijo es cuando el buln esta sujeto a los soportesdel pistn por contraccin

Fig. 13 Buln de biela

12


13/25


13)Biela._La biela es la pieza que est encargada de transmitir al cigeal la fuerzarecibida del pistn. Generalmente est fabricada de acero forjado debido a quedebe resistir una gran tensin y esfuerzo. La biela permite la transformacin delmovimiento alternativo en rotativo.

Fig. 14 Biela

14)Mun de biela. Durante la operacin del motor, el mun de biela soporta

cargas de hasta 2 toneladas, de manera que cada mun de biela resultaindividualmente girado o torsionado un poco antes que el resto del eje mientrasque la fuerza esta siendo aplicada. Por supuesto, la fuerza se aliviana tan prontocomo se gasta la potencia, de manera que el cigeal flexiona regresando a suposicin normal.

Fig. 14 Mun de biela

15)El cigeal. El cigeal es un elemento estructural del motor. esta construido dealeaciones de nquel forjado y sementado; se encuentra montado sobre cojinetesen el fondo del bloque de cilindros y transforma el movimiento de los pistones enmovimiento rotatorio, que luego pasa a las ruedas a travs de la transmisin.Hay diferentes tipos de cigeales; los hay de tres apoyos, de cinco apoyos,etctera, dependiendo del nmero de cilindros que tenga el motor.

13
http://es.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Pistoneshttp://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Pistoneshttp://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n


14/25


Fig. 15 Cigeal

16)Mun de bancada._Son los muones principales: estos se apoyan y giran sobre

las chumaceras de bancada. Es la unin entre la biela y el cigeal.Los muonesde bancada estn todos en un mismo eje geomtrico y se alternan con losmuones desplazados que son para las bielas.

17) Carter de aceite. El crter es la tapa inferior del motor, esta constituido por crtersuperior (es la parte inferior del bloque) y crter inferior que va asegurado alsuperior tambin sirve como deposito de aceite. El crter inferior esta construidode hierro de fundicin o aleacin de aluminio.

Fig. 16 Carter de aceite

14


15/25


18)Monoblock._El bloque es la parte ms grande del motor, contiene loscilindros donde los pistones suben y bajan, conductos por donde pasa ellquido refrigerante y otros conductos independientes por donde circula ellubricante. Generalmente el bloque esta construido en aleaciones de hierro oaluminio, siendo estas ultimas mucho ms livianas y permiten mayor

rendimiento.

Fig. 17 El monoblock

Principio del motor de encendido por chispa

En este tipo de motor, la energa se obtiene por la expansin brusca de una mezclade aire y gasolina en la cmara de combustin. Para obtener esta expansin seprovoca una combustin prcticamente instantnea de esta mezcla gaseosa.

En este tipo de motor, es preciso preparar la mezcla aire y gasolinaconvenientemente dosificada, lo cual se realiza en el carburador, despus deintroducida en el cilindro, es necesario provocar la explosin en la cmara decombustin por medio de una chispa de alta tensin, que proporciona el sistemade encendido.

En el motor de explosin, la relacin existente entre el volumen total del cilindroy de la cmara de combustin (relacin de compresin), est comprendida entre 7y 10:1 generalmente pues a partir de este valor, hay riesgo de explosininstantnea de la mezcla carburada, debida a la misma compresin, lo cual, esperjudicial par el buen funcionamiento del motor.

15


16/25


EQUIPOS E INSTRUMENTOS

1. Vernier 2. Una regla metlica3. Una probeta graduada

4. Aceite de motor5. Llaves hexagonales de boca6. Llaves hexagonales de tipo dado

16


17/25


Frmulas a utilizar

Carrera (S) = Distancia entre PMS y PMI (cm)Dc = Dimetro del cilindro (cm)

SD

Vc

h*

4

2

= )( 3cm

Donde:h

V : Volumen til de trabajoiVV

hH*= ),( 3 lcm Cilindrada del motor

Vcc = Volumen de la cmara de Combustin

t (Relacin de compresin terica) =

Vcc

V

V

VV

V

Vh

cc

cch

cc

t+=

+= 1

r (Relacin de compresin real) =

cc

xh

cc

ccxh

V

VV

V

VVV +=

+1

Donde: xD

Vc

x *4

2

=

A V A

C V E

P o

P M S P M I

P

V

A V E

C h i s p a

C V A

EXPANSION

COMPRESION

A D M I S I O N

E S C A P E

V c c V hV x

17


18/25


PROCEDIMIENTO

1) DESMONTAJE DEL MOTOR

Se quita la tapa del motor con el destornillador plano. Con la llave de dados sacamos el colector de escape. Retiramos las varillas de los balancines luego el eje de balancines. Con ayuda de la extensin para dados sacamos la culata.

2) DETERMINACIN DEL VOLUMEN MUERTO (Vm)

Teniendo la culata en la mesa de trabajo, se voltea y en la parte inferior se observa elespacio que corresponde al volumen muerto; para encontrarlo usaremos el mtodo dediferencias de volmenes de aceite que consiste en lo siguiente:

Se mide una cierta cantidad de volumen de aceite en la probeta graduada, luego vaciamosuna parte del aceite hasta llenar todo el espacio del volumen muerto; entonces ladiferencia entre la medida inicial de aceite y lo que sobra en la probeta ser el volumenmuerto del cilindro.

3) DETERMINACIN DE LA CARRERA DEL PISTN (S)

En el primer cilindro, colocamos la parte superior del pistn en el PMS (moviendo lavolante en sentido antihorario); se observa que existe una pequea distancia en el niveldel pistn y la parte superior del monoblock, que se mide con la ayuda de un reloj

comparador.

Para ello, se toma como referencia la parte superior del monoblock, luego se mide encimadel pistn, la aguja marcar la diferencia de niveles que hay, hallando as el PMS.

Para hallar el PMI, se gira la volante del motor hasta que el pistn llege a la parte masbaja, se mide con el vernier la profundidad obtenindose una distancia, luego se le restaraa sta la diferencia obtenida en el primer paso obtenindose as la carrera del pistn.

4) DETERMINACIN DE LA EXCENTRICIDAD

En la volante del motor, marcamos los puntos PMS y PMI, para tenerlos de referencia,luego giramos la volante 90 grados en sentido antihorario, medimos cuanto baja el pistn(x1) con respecto al PMS; volvemos a girar la volante en el mismo sentido 180 gradosms, o sea 270 grados con respecto a PMS, tambin medimos cuanto baja el pistn (x2);la excentricidad estar en funcin de la diferencia (x1-x2).

18


19/25


5) CLCULO DE LOS ANGULOS DE CIERRE Y APERTURA DE VLVULAS

Cuando movemos la volante, los balancines presionan a los resortes de las vlvulas deadmisin y escape, esto nos permitir saber cuando se adelanta o retrasa la apertura y elcierre de las vlvulas.

La volante del motor tiene un determinado nmero de dientes, que corresponder a unavuelta (360 grados), los ngulos de adelanto y retraso lo calcularemos de maneraproporcional a los dientes barridos.

Angulo de adelanto de apertura de la vlvula de admisin (AAVA):

Ubicamos la vlvula de admisin, y entre la parte inferior del muelle del balancn y laparte superior de la vlvula colocamos un papel que servir para ver cuando se abre lavlvula de admisin, moviendo la volante hasta el instante en que el papel quede atrapadoentre el muelle y la vlvula, se tendr que marcar cuanto gira la volante respecto al PMS,

ese ngulo ser al AAVA.

Angulo de retraso de cierre de la vlvula de admisin (RCVA):

Del mismo modo cuando el muelle del balancn deje de presionar la vlvula, soltara elpapel; el ngulo barrido por la volante con respecto al PMI ser el ngulo de RCVA.

Angulo de adelanto de la apertura de la vlvula de escape (AAVE):

En el instante en que el papel quede atrapado entre la vlvula de escape y el muelle delbalancn, se marcara cuanto a girado la volante respecto al PMI, ese ser el ngulo

AAVE.

Angulo de retraso de la vlvula de escape (RCVE):

Cuando el balancn deja de presionar el papel y lo podamos retirar, lo que haya girado lavolante respecto al PMS, ser el ngulo de RCVE.

19


20/25


HOJA DE DATOS

Dimetro del cilindro Dc=8.275cmLongitud de carrera S=7.715cmVolumen muerto Vcc=9ml + 0.175cm (ancho de empaquetadura)

Vcc=18.4123

cmCierre y apertura de las vlvulas de admisin y de escape. 56=AVE

16=AVA

20=CVE

70=CVA

CLCULOS

Se utilizo un motor diesel SD22 de 4 tiempos y 4 cilindros, se determino que elorden de la secuencia es 1342La secuencia de las vlvulas EA/AE/AE/EA

Volumen til de trabajo

3

2

917.414715.7*4

)275.8(cmV

h==

Cilindrada del motor 3668.16594* cmVV

hH==

Relacin de compresinTerica:

t=

Vcc

Vh

+1 = 23.53

Relacin de Cigeal

==

2

Sr 3.857cm

Se considerar 28.0==lb

r , => lb = 13.775cm

TABLA DE RESULTADOS Y GRAFICOS

20


21/25


Diagrama circular de los gases de escape

56=AVE

16=AVA

20=CVE

70=CVA

21


22/25


ANLISIS

A primera vista se puede ver segn los resultados que la relacin de compresin tericaes 23.53, lo cual esta dentro de los valores permitidos para un motor diesel.El ngulo de retraso de cierre de la vlvula de admisin es ms alto de lo que se esperaba,

al igual que el ngulo de apertura de la vlvula de escape.

CONCLUSIONES

El hecho de que el ngulo de retraso del cierre de la vlvula de admisin sea muy alto,hace que la relacin de compresin real resulte baja, adems resulta que el proceso deadmisin es el ms largo de todos los procesos, al menos en ste motor.Se producen errores en las mediciones, especialmente, en los dimetros ya quedependiendo de la posicin que la que se site el vernier, se obtienen diferentes valores.Tambin se producen errores al momento de usar el aceite para medir el volumen til del

cilindro.Otra fuente de error resulta del hecho que para los clculos de la frmula se ignorcompletamente la excentricidad, la cual se demostr que exista.

BIBLIOGRAFA

Gua de laboratorio y practicas IMCI 1991 Apuntes de Clase de Motores de Combustin Interna Wikipedia www.wikipedia.org

22
http://www.wikipedia.org/http://www.wikipedia.org/


23/25


Anexo

23


24/25


24


25/25


laboratorio de motores 2009

Documents