laboratorio ensayo de motores de combustion interna

7/26/2019 LABORATORIO ensayo de motores de combustion interna

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LABORATORIO N 5

DETERMINACION DE LA CARACTERISTICA DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DIESEL

1. OBJETIVOS

Obtener datos de un banco virtual de un motor diesel para la obtencin degraficas caractersticas del funcionamiento del mismo.

Entender el cambio de ciertos parmetros, variando el Angulo de inyeccin o el

nmero de revoluciones Realizar el estudio experimental del comportamiento de los motores en funcin de

la velocidad. Conocer la metodologa experimental para obtencin de las caractersticas de

velocidad del motor diesel.

2.

MARCO TEORICO

A.CARACTERISTICAS DE LOS MOTORES

Se llama caracterstica a la representacin grfica, obtenida por va experimentalde la dependencia entre uno o varios ndices (argumento) tomando como base:

- Caracterstica de velocidad.

- Caracterstica de toxicidad.

- Caracterstica de carga.

-Caracterstica de regulacin.


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PARAMETROS- Rendimiento del motor

El motor de combustin interna es una mquina que transforma energaqumica mediante un proceso que lo explicamos a continuacin: La energacontenida en el combustible, de origen qumico, se transforma en calor

mediante la combustin. De este modo, el consiguiente aumento de presinprovoca el desplazamiento del pistn, obtenindose as energa mecnica.En este proceso no toda la energa del combustible es transformada en trabajotil. Una buena parte se pierde, por lo que la energa aprovechable que seobtiene es menor a la inicial. El rendimiento del motor por tanto ser mayor,mientras menores sean las perdidas en la transformacin de energa qumica amecnica.

- Rendimiento efectivo

Podemos entender como rendimiento efectivo el balance total de prdidas y el100% de la energa contenida en el combustible consumido dan lugar alrendimiento efectivo del motor.

- Rendimiento volumtricoEs la relacin entre la masa de aire que hay en el cilindro en el punto muertoinferior, y la que podra haber, dado el volumen de la cmara y la presinatmosfrica.

El rendimiento volumtrico es del 100 % si ambas masas son iguales; esinferior al 100 % si hay menos aire del que podra haber a presin atmosfrica;es superior al 100 % si hay ms aire del que podra haber a presinatmosfrica. En un motor atmosfrico de gasolina, el rendimiento volumtricoes siempre inferior al 100 % cuando el motor no trabaja en carga parcial,porque la mariposa limita la entrada de aire. Si funciona a plena carga, puedellegar al 100 % en un margen de rgimen ms o menos estrecho. Algunosmotores atmosfricos pueden superar el 100 % de rendimiento volumtrico porefecto de la resonancia del aire; es decir, en un cierto intervalo de rgimen,

estn sobrealimentados por resonancia.

- Rendimiento trmicoEs una cifra que nos indica el porcentaje de aprovechamiento que un motorrealiza sobre el combustible que consume. Se obtiene de dividir la energaobtenida a la salida del cigeal de un motor entre la energa que aporta elcombustible consumido. Cuanto ms se acerque este valor al 100% mayor es elrendimiento trmico obtenido. Una medicin aproximada del rendimientotrmico es el consumo especfico. El mximo rendimiento trmico se obtiene

cerca del rgimen de par mximo.

- Rendimiento mecnico


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El trabajo perdido en la transmisin, desde l embola al arbol motor, se empleaya en vencer rozamientos y en mover los rganos accesorios del motor.

B.CARACTERISTICA DE VELOCIDAD

Caracterstica externa absoluta de velocidad.-Es el grafico de la variacinde la potencia mxima posible para la frecuencia de rotacin dada entonces estacaracterstica limita el campo de los regmenes lmites de funcionamiento.Es la caracterstica de velocidad del motor para lo cual el rgano de mando delsistema de alimentacin de combustible se mantiene constante y en la posicincorrespondiente al mximo suministro de combustible.rgano de mando del sistema de alimentacin del combustible, es la mariposa degases en los motores de encendido por chispa o la cremallera de la bomba deinyeccin en los motores diesel.

Caractersticas parciales de velocidad.-es la caracterstica de velocidad delmotor, en la que el rgano de mando del sistema de alimentacin de combustibleocupa una posicin intermedia. En consecuencia, dentro de los lmites demovimiento del rgano de mando existirn tantas caractersticas parciales comoposiciones intermedias de la mariposa de gases o de la cremallera hayan.Condiciones necesaria para la obtencin de las caractersticas de velocidad:- Variable independiente: velocidad de rotacin del cigeal.- Magnitud constante: posicin del rgano de mando del sistema de alimentacin

del combustible.

- Variables dependientes: potencia efectiva, momento torsional, consumoshorarios y especfico de combustible, presin media efectiva, consumo horariode aire, etc.

Particularidades de la caracterstica de velocidad.- La tendencia dell lapotencia y del consumo especifico del combustible depende de la accin conjuntade la eficiencia indicada el coeficiente de exceso de aire, la eficiencia volumtrica yla eficiencia mecnica y de la velocidad de rotacin del cigeal.

En la figura, se muestra la caracterstica de velocidad de un motor. Como seobserva, la tendencia de la potencia y del consumo especfico del combustibledepende de la accin conjunta de i, v, m, , y de la velocidad de rotacin delcigeal.


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En el rgimen de velocidad, correspondiente a n nominal la potencia delmotor alcanza su valor nominal o mximo punto. A partir de este punto elaumento de velocidad ejerce menos influencia que el crecimiento de lasperdidas mecnicas, producindose la cada de la potencia.

En el supuesto caso que B=constante, el momento torsional M e=AB estarrepresentado por la lnea CE, paralela al eje de las abscisas. Sin embargo, B constante, por lo que el momento vara dependiendo de la accin conjunta

de i, v, m y alcanza su valor mximo cuando el producto de dichosparmetros tambin sea mximo. Ms adelante disminuye debido a la cadade v y m.

La tendencia del consumo especifico del combustible depende del productoi*my el valor mximo de este producto en la caracterstica de velocidad seubica en la zona comprendida entre nominal y n Me mx.

Se llama caracterstica de velocidad del suministro de combustible a la

variacin de suministro cclico del combustible funcin de la velocidad derotacin del eje de levas de la bomba de inyeccin, manteniendo constante laposicin de la cremallera (rgano de mando) es decir Vsc = f(n)

El par motor efectivo se determina por la accin combinada de rendimientoindicado, rendimiento mecnico y suministro cclico.El rendimiento mecnico del motor disminuye al subir el rgimen develocidad, mientras que el rendimiento indicado generalmente aumenta. Enconsecuencia, el producto de ellos e tiene su mximo valor en el rango

operacional de los regmenes de velocidad. La variacin de Me en lacaracterstica de velocidad del motor diesel depende fundamentalmente de laforma de la curva Vsc = f(n) en consecuencia Me = f (Vsc)


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Para asegurar el funcionamiento estable del motor en cualquier rgimen develocidad es deseable que el par motor en cualquier rgimen de velocidadsea deseable que el par motor sea decreciente. Esto permite contar con unareserva del par motor para los casos de una subida repentina de carga.

El coeficiente de adaptabilidad del motor se define como:

=

Este coeficiente refleja la capacidad de aceleracin del motor cuando varasu rgimen de velocidad. Los motores encendidos por chispa tienen mayoresvalores de Ka que los motores diesel. Para aumentar Vcc en los regmenes debaja velocidad se instalan en el regulador de la bomba de inyeccindispositivos denominados correctores, los cuales desplazan la cremallera dela bomba en la direccin de mayor suministro de combustible cuando elmotor sufre repentinamente una sobrecarga.

La tendencia requerida de la caracterstica externa de velocidad, en algunoscasos, se puede conseguir mediante la seleccin adecuada de los parmetrosconstructivos del sistema de inyeccin. En la mayora de motores diesel seinstala un corrector de suministro de combustible y actan moviendo lacremallera en la direccin de mayor suministro. Para que el nivel de humosno sobrepase los niveles permitidos se instalan los anti correctores.

3.

EQUIPO UTILIZADO EN EL ENSAYO:

A.El software contiene los siguientes datos:

- Freno de tipo elctrico.- Barmetro.- 2 termmetros.- Sensor de temperatura de gases de escape.

- Sensor de temperatura del lquido refrigerante.- Sensor de temperatura de la bandeja del crter.- Piezmetro.- Analizador de gases.- Medidor de humos.- Sistema de formacin de los diagramas indicados.- Sensor del PMS.- Sensor del giro del cigeal.

B.Datos del banco de prueba:


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- Banco de Pruebas con motor diesel 44 (banco virtual)- Motor diesel de 4 tiempos de aspiracin natural- Con acamara de combustin en el pistn (directa)- Refrigeracin por lquido.- Freno Nc=120kW ; Mcmax=509N.m ; Velmax=8000 rpm

C.

CARACTERISTICAS DEL MOTOR DE PRUEBA:

- Dimetro de cilindro : 110mm- Carrera del pistn : 125mm- R/L : 0.32- Nmero de cilindros : 4- Nmero de tiempos : 4- Cilindrada : 4 .75 lt- Relacin de compresin : 16

- Momento par mximo : 275 N.m- Potencia nominal del motor : 12 HP- Frecuencia nominal de rotacin del motor : 2000 rpm- Frecuencia mxima de rotacin : 2200 rpm- Masa seca del motor : 460 kg- Consumo especfico de combustible (rgimen nominal) : 238 g/kW.h- Potencia mnima de freno remanente : 2 N.m- Factor nominal de reserva del momento par:

= =12%

- Gasto relativo de aceite por quemadura (relativo al gasto de combustible) nomayor de : 0.7%

D.DATOS DE EQUIPOS DE MEDICION DEL BANCO DE PRUEBA:

- Condiciones del ambiente

Barmetro ( 1 ) Termmetro ( 0.2)

Humedad relativa ( 1 %)- Gasto de combustible

balanza ( 0.1 ) cronometro (0.1 )

- freno del banco de pruebas

max = 120 max = 509 .

= 8 000

error ( 1 . )

- temperatura de los gases de escape:

Termmetro ( 0.5)


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- Contrapresin en el escape:

Manmetro valor mximo 300 bar ( 1.5)- revoluciones

sensor inductivo ( 1 )- medicin de toxicidad :

% (0 0.5)

(0 5000) (05000)

- medicin de opacidad : Hartridge ( 1%)

- Temperatura de liquido refrigerante :

Termmetro valor mximo 150C ( 1)- temperatura de aceite :

termmetro valor mximo 0.65 MPa( 4)- presin de aire en la entrada

piezmetro ( 1)- gasto de aire

caudal nominal 250 m3/h.

caudal mnimo 25 m3/h.

error de medicin de 10 a 20 % nominal : ( 2%) error de medicin de 20 a 100 % nominal : ( 1.5%)

4. PROCEDIMIENTOS A REALIZAR EN EL ENSAYO:

a) Encendemos el banco de pruebas.b) Regulamos la posicin de la palanca BAP = a 100 %y un gasto de combustible

constante de 150 gr.c)Tiempo de medicin no menor a 30 sd) Se variara la velocidad de rotacin para cada punto de prueba (600, 900, 1200,

1500, 1800, 2100, 2200)e) Se tomaran los datos de los equipos de medicin del banco de prueba para cada

variacin de las rpm

f) Al final de cada punto de prueba de bajara la posicin de la palanca a 0 % y setomara el dato de momento de las perdidas mecnicas.

g) Despus de estas prueba se determinara los ngulos ptimos de inyeccin.h) Con los datos de ngulo de inyeccin obtenidos se proceder nuevamente a hacer

el ensayo variando las rpm.

5.

DATOS OBTENIDOS EN EL ENSAYO:


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TABLA N 1: PARAMETROS DE TRABAJO DE UN MOTOR DIESEL PARA DIFERENTESVELOCIDADES DE ROTACION.

Donde:: (): (): (%): (): (): (): (.) : (): ()

: ()

: (%): (): (): (%) : (): (): (): (3 ): (. )

TABLA N 2: ANGULOS DE AVANCE DE INYECCION OPTIMO PARA DIFERENTESVELOCIDADES DE ROTACION.


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TABLA N 3: AREA BAJO LA CURVA DE Me EN FUNCION DE n.

TABLA N 4: PARAMETROS DE TRABAJO DE UN MOTOR DIESEL PARA DIFERENTESVELOCIDADES DE ROTACION Y ANGULO DE AVANCE DE INYECCION PTIMO.

TABLA N 5: RESULTADOS OBTENIDOS DE LA TABLA 4 , EFICIENCIA,POTENCIA YCONSUMO DE COMBUSTIBLE.


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Donde:

: (): ( ) : (): (): (): ( . ) : ( . ) : : : : TABLA N 6: AREA BAJO LA CURVA DE Me EN FUNCION DE n PARA AAI OPTIMO.

GRAFICA DE Me EN FUNCION DE n, ONTENIDA DE LAS TABLAS 1 Y 4.


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Mejoramiento de potencia con AAI ptimos:

=[() ] % = . %GRAFICA DE CARACTERISTICA DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DIESEL


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6. CONCLUSIONES:

- Se concluye que la simulacin dada mediante el motor virtual, es una buena manerade acercar las caractersticas dadas por una motor real con caractersticas iguales.

- Se reducen los tiempos muertos durante las mediciones, gracias a los rpidosresultados que se pueden obtener.

-

El volumen de llenado de combustible depende del rgimen de funcionamiento delmotor.- A grandes revoluciones el combustible se empieza a inyectar con menor cantidad

porque ya est lo suficientemente acelerado y no necesita ms consumo.- Para tener un buen rendimiento, el rgimen de funcionamiento de un motor debe estar

preferencialmente de medio hacia arriba, porque nos permite un buenaprovechamiento de combustible.

- La potencia efectiva disminuye a medida que baja el torque y el consumo decombustible es mayor cuanta mayor carga haya, de la misma manera que el tiempo enel que se consume el combustible es menor cuanto mayor torque se ejerce.

7. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES:

- En el ensayo realizado se debe cuidado con las unidades y los errores dado por elmotor virtual; para poder determinar correctamente los respectivos errores /incertidumbres.

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