3ERINFORME

LABORATORIO Nº 3: Pérdidas mecánicas en un motor ECH 2015

1 Laboratorio de Motores de Combustión Interna

2015LABORATORIO DE MOTORES DE

COMBUSTION INTERNA

LABORATORIO Nº 3: Pérdidas mecánicas en un motor ECH


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA

LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

LABORATORIO Nº3: Pérdidas mecánicas en un motor ECH

DOCENTE: Dr. Lastra Espinoza , Luis

AUTOR:

Arguelles Saenz Luis Alberto 20137017k

FECHA: 26 de octubre de 2015

LIMA - PERU

INDICE



Página

OBJETIVOS 5

FUNDAMENTO TEORICO 6

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 12

FORMULAS EMPLEADAS 14

RESULTADOS 16

BIBLIOGRAFIA 24

ANEXOS 25



I.OBJETIVOS

Estudio de las pérdidas Mecánicas de un motor E.C.H por el método de

desconexión de cilindros.

Estudiar la influencia del régimen de velocidad del motor sobre la magnitud de las

pérdidas mecánicas.



FUNDAMENTO TEÓRICO

Parámetros efectivos y pérdidas mecánicas.- La potencia que puede obtenerse en el cigüeñal

del motor se denomina efectiva. La potencia efectiva Ne es menor que la indicada Ni en la

magnitud de la potencia que se gasta en las pérdidas mecánicas Nm, es decir:

Ne=Ni−Nm

La potencia gastada en pérdidas mecánicas, así como la potencia efectiva, lo mismo que

la indicada, se acostumbra a referirlas a la unidad de volumen de trabajo del cilindro y

expresarlas en unidades de presión pm y pe.

Expresando pm en MPa, Vh en l; n en RPM, obtendremos la fórmula de la potencia que

se gasta en las pérdidas mecánicas, cuya forma es análoga a la de la potencia indicada (en KW);

Nm=pm iV hn

30 τ

de donde la presión media correspondiente a las pérdidas mecánicas (en MPa)es:

pm=30 Nm τ

iV hn

La presión eficaz media es:

pe=p i−pm

La potencia efectiva (en KW) resulta:

Ne=peiV hn

30 τ



donde pe se da en MPa, Vh en l y n en RPM

Las pérdidas mecánicas se valoran por el rendimiento mecánico:

ηm=Ni−NmNi

= NeNi

La potencia correspondiente a las pérdidas mecánicas está constituida por las potencias

que se gastan:

Nfr: en vencer la fricción.

Nam: en poner en accionamiento los mecanismos auxiliares (las bombas de agua y de

aceite, el ventilador, el generador y otros).

Ngas: en el intercambio de gases (se considera sólo en los motores de cuatro tiempos).

Nk: en accionar el compresor o la bomba de barrido.

Por consiguiente:

Nm=N fr+Nam+N gas+Nk

o respectivamente:

pm=p fr+nam+ pgas+ pk

Factores que influyen sobre los parámetros efectivos del motor.-

Parámetros efectivos del motor a plena carga y a diferentes regímenes de velocidad: En la

figura se muestra la tendencia de variación de los parámetros que influyen sobre la potencia

efectiva del motor en función de la frecuencia de rotación n.



La potencia indicada gastada en vencer la fricción y para el accionamiento de los

mecanismos auxiliares, se caracteriza por la curva Nm. Al aumentar Nm, incrementando n, en

cierto régimen de velocidad todo el trabajo indicado se gastará por completo en vencer la

fricción y en accionar los mecanismos auxiliares. La abscisa A caracteriza la máxima frecuencia

de rotación que el motor puede desarrollar sin carga. Se denomina frecuencia de rotación de

empalamiento en vacío ηemb . Debido a que las fuerzas de inercia, que cargan el mecanismo

biela-manivela a ηemb , aumentan bruscamente, no debe tolerarse que el motor funcione en este

régimen.

Las ordenadas de la curva Ne=Ni−Nm para cualquier régimen de velocidad

caracteriza la potencia efectiva, que puede ser traspasada a la transmisión del vehículo.

De la figura se infiere que el máximo de la curva de Ne se obtiene para la frecuencia de

rotación ηe , que es menor que

ηi correspondiente al punto máximo de la curva de Ni.

La tendencia que tiene la variación del rendimiento y el consumo específico de

combustible en función de la frecuencia de rotación se muestra en la siguiente figura:



Método de Desconexión de Cilindros para hallar las Pérdidas Mecanicas

Este método se realiza en un motor multicilindrico, 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.

A continuación se detalla la relación matemática para obtener la potencia efectiva

total:



Ne=∑ ¿

j=1

n

( Ni-Nm) j ¿

…(1)

n = número de cilindros

Desconectando el 1º y el 2º cilindro se obtiene las relaciones 2 y 3 respectivamente:

N eI=∑ ¿

j=1

n-1

( Ni )j−∑j=1

n

Nmec ¿

…(2)

N eII=∑ ¿

j=1

n-1

( Ni ) j−∑j=1

n

Nmec ¿

…(3)

Restando (2) de (1) y (3) de (1)

Ne - NeI = Ni1 (Ni1 = En el cilindro 1)

Ne - NeII = Ni2 (Ni2 = En el cilindro 2)

Ne - NeIII = Ni3 (Ni3 = En el cilindro 3)

Y así se puede obtener en n cilindros.

Entonces:

Ni = Ni1 + Ni2 + ... + Nin

Ni = (Ne-NeI) + ... + (Ne-Nen)



Luego, utilizando esta última relación se puede calcular las pérdidas mecánicas en el

motor a estudiar:

Nm = Ni - Ne

Donde:

Nm: Perdidas mecánicas.

Ni: Potencia indicada.

Ne: Potencia efectiva.

Método Empírico

Se menciono anteriormente que el 80% de las perdidas mecánicas son perdidas por

fricción y dentro de estas un 50% corresponden aproximadamente a las piezas del grupo

cilindro-embolo, por lo cual la presión media de perdidas mecánicas obedece a la siguiente

relación empírica:

Pm = A + B.Vp

donde:

A y B: Son coeficientes empíricos que dependen del tipo de motor.

Vp: Velocidad media del motor.

Tabla de Valores de A y B para Motores

E.CH y E.C.



Motor E.CH. A B Motor E.C. A B

S/D>1 0.05 0.0155 Cámara de combustión separada

0.105 0.138

S/D<1 0.04 0.0135 Cámaras de combustión semiseparada y separada

0.105 0.102

Este método es una forma practica de obtener las perdidas mecánicas en un motor ya

sea diesel o sea un motor a gasolina.

DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Banco de ensayos con freno eléctrico, motor de encendido por chispa y tablero de

control (banco Daiahtasu).

Cronómetro.

Termómetros.

Selector para desconectar los cilindros

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO



Método de desconexión de cilindros (motor E.CH. de 3 cilindros):

Se obtiene la potencia efectiva con todos los cilindros conectados (Ne).

Se desconecta el 1er cilindro y se obtiene la potencia del motor (Ne-1).

Se repite el proceso anterior con los demás cilindros, obteniendo sucesivamente Ne-2 y

Ne-3.

Se calcula la potencia en cada cilindro.

Ni=Ne-Ne1

Ni2=Ne-Ne2

Ni3=Ne-Ne3

Se calcula la potencia indicada total del motor

Ni=Ni1+Ni2+Ni3+Ni4.

Se calcula la potencia la eficiencia mecánica y la presión media de pérdidas mecánicas

Nm=Ni-Ne[Kw]

ηm=Ne/Ni=(Ni-Nm)/Ni=1-Nm/Ni

Pm=(120.Nm)/(Vh.n)

CÁLCULOS Y RESULTADOS



Mediciones a realizar:

Número de revoluciones por minuto del cigüeñal para n cilindros funcionando.

Fuerza en el dinamómetro; para n cilindros funcionando, para n-1° cilindros, n-2°

cilindros, n-3° cilindros .

Relaciones numéricas empleadas:

Potencia específica:

Ne=M e n

9550=

Fe Ln

9550kW

Potencia específica menos el primer cilindro:

Ne−1=M e−1 n

9550=

Fe−1 Ln

9550kW

Potencia específica menos el segundo cilindro:

Ne−2=M e−2 n

9550=

Fe−2 Ln

9550kW

Potencia específica menos el tercer cilindro:

Ne−3=M e−3 n

9550=

Fe−3 Ln

9550kW

Potencia indicada del primer cilindro:

N i1=Ne−Ne−1=Ln

9550 (Fe−Fe−1 )

Potencia indicada del segundo cilindro:



N i2=N e−Ne−2=Ln

9550 (Fe−Fe−2)

Potencia indicada del tercer cilindro:

N i3=N e−Ne−3=Ln

9550 ( Fe−Fe−3)

Potencia indica:

N i=Ln

9550 (4 Fe−∑j=1

4

Fe− j)Potencia mecánica:

Nm= Ln9550 (3 Fe−∑

j=1

4

Fe− j)Donde: L = 0.3202m.



ANÁLISIS

1) Análisis de cálculo cuando la mariposa este a 70% de abertura

n ( RPM ) Fe ( Kg ) Fe −1( Kg) Fe −2( Kg) Fe −3( Kg)

1800 21 12.3 13 13.2

2100 20.8 12.8 12.4 13.2

2400 20.4 12.4 13 13.2

2700 21.2 12.8 13 12

Calculamos las potencias efectivas y potencias indicadas para obtener las pérdidas mecánicas

n Me(N.m) Me-1(N.m) Me-2(N.m) Me-3(N.m)1800 65.9232 38.61216 40.8096 41.437442100 65.29536 40.18176 38.92608 41.437442400 64.03968 38.92608 40.8096 41.437442700 66.55104 40.18176 40.8096 37.6704


n Fe(N) Fe-1(N) Fe-2(N) Fe-3(N)1800 206.01 120.663 127.53 129.4922100 204.048 125.568 121.644 129.4922400 200.124 121.644 127.53 129.4922700 207.972 125.568 127.53 117.72

n Ne(Kw) Ne-1(Kw) Ne-2(Kw) Ne-3(Kw)1800 12.4253152 7.27768461 7.69186178 7.810198122100 14.358142 8.83577969 8.55966157 9.11189782400 16.0937416 9.78247037 10.2558157 10.41359752700 18.8154773 11.3602882 11.5377927 10.6502702

n Ni1 Ni2 Ni3 Ni1800 5.14763058 4.7334534 4.61511707 14.4962012100 5.5223623 5.79848042 5.24624419 16.56708692400 6.3112712 5.83792586 5.68014408 17.82934122700 7.45518911 7.27768461 8.16520712 22.8980808

n Eficiencia Presión Media Nm1800 0.86 0.14 2.072100 0.87 0.13 2.212400 0.90 0.09 1.742700 0.82 0.18 4.08


2) Análisis de cálculo cuando la mariposa este a 10% de abertura

n ( RPM ) Fe ( Kg ) Fe −1( Kg) Fe −2( Kg) Fe −3( Kg)

1800 5 3 2.8 2.8

2100 4 1.8 2 1.6

2400 2.6 0.6 1.2 0.4

2700 1.8 0.2 0.4 0.1

Los valores de color rojo han sido extrapolados ya que no se pudieron conseguir como datos De

laboratorio.

n Fe(N) Fe-1(N) Fe-2(N) Fe-3(N)1800 49.1 29.4 27.5 27.52100 39.2 17.7 19.6 15.72400 25.5 5.9 11.8 3.92700 17.7 2.0 3.9 1.0

Calculamos las potencias efectivas y potencias indicadas para obtener las pérdidas mecánicas

n Me(N.m) Me-1(N.m) Me-2(N.m) Me-3(N.m)1800 15.70 9.42 8.79 8.792100 12.56 5.65 6.28 5.022400 8.16 1.88 3.77 1.262700 5.65 0.63 1.26 0.31

n Ne(Kw) Ne-1(Kw) Ne-2(Kw) Ne-3(Kw)1800 2.96 1.78 1.66 1.662100 2.76 1.24 1.38 1.102400 2.05 0.47 0.95 0.322700 1.60 0.18 0.36 0.09

n Ni1(Kw) Ni2(Kw) Ni3(Kw) Ni(Kw)1800 1.18 1.30 1.30 3.792100 1.52 1.38 1.66 4.562400 1.58 1.10 1.74 4.422700 1.42 1.24 1.51 4.17

n Eficiencia Presión Media(Mpa) Nm(Kw)1800 0.78 0.06 0.832100 0.61 0.10 1.792400 0.46 0.12 2.372700 0.38 0.12 2.57



Después del cálculo realizamos las gráficas comparativas para el análisis de los resultados

Variación de los parámetros de Pérdidas mecánicas, eficiencia y presión media en

función de los RPM del motor para una posición de la mariposa de gases al 10% y 70%

de apertura

Realizamos las gráficas comparativas de las dos posiciones de la mariposa analizadas

con los tres parámetros indicados previamente en función de los RPM del motor.

GRÁFICAS

A.1

Fig.1(En esta gráfica se puede apreciar el comportamiento de las pérdidas mecánicas,presión

media y la efciencia cuando la mariposa esta casi por cerrarse al 10%)



A.2

Fig.2 (En esta gráfica se puede apreciar el comportamiento de las pérdidas mecánicas,presión

media y la efciencia cuando la mariposa esta a un70% abierta)

B)GRÁFICAS COMPARATIVAS

B.1 PRESIÓN MEDIA VS VELOCIDAD

FIG.3(Se puede apreciar la variación de la presión en función de la velocidad para dos

régimenes de trabajo al 70% y 10% de apertura de la mariposa)



B.2 EFICIENCIA VS VELOCIDAD

FIG.4(Se puede apreciar la variación de la eficiencia en función de la velocidad para dos

régimenes de trabajo al 70% y 10% de apertura de la mariposa)

B.3 PÉRDIDAS MECÁNICAS VS VELOCIDAD

FIG.5(Se puede apreciar la variación de las pérdidas mecánicas en función de la velocidad

para dos régimenes de trabajo al 70% y 10% de apertura de la mariposa)



CONCLUSIONES

En la gráfica potencia específica versus velocidad de rotación del cigüeñal se observa

que para una velocidad óptima de aproximadamente 2500 RPM se obtiene la mayor

potencia específica para valores menores o mayores a éste, la potencia decrece.

Para la gráfica Pérdidas mecánicas versus velocidad de rotación del cigüeñal se puede

observar que a mayor velocidad las pérdidas mecánicas son mayores, ya que se tienen

que vencer las fuerzas de fricción y otras.

En el gráfico de pérdidas mecánicas se observa que éstas aumentan a mayor RPM. La

resistencia que ofrecen los lubricantes al movimiento de las piezas es proporcional a la

velocidad de éstas.

Se puede también concluir que a mayor carrera del cilindro del motor, existirá mayores

pérdidas a medida que se incremente la velocidad de rotación del cigüeñal, ya que se tiene

que vencer las fuerzas de fricción durante mayor tiempo.

Existen factores que influyen sobre la magnitud de la pérdidas mecánicas tales como: el

régimen térmico del motor (temperatura de salida del agua de refrigeración), vacío en el

múltiple de admisión, contrapresión en el tubo de escape.



BIBLIOGRAFÍA

Motores de Automóvil, JOVAC, Editorial MIR, Moscú 1982.

Manual del Automóvil, ARIAS PAZ Editorial Dossat, Madrid 1986.

Experimentación y Calculo de MCI, LASTRA, IMCI - UNI, Lima 1995.



ANEXOS

ANEXO 1

Pérdidas mecánicas en % para diferentes motores

De esta tabla se puede evidenciar que las mayores pérdidas son originadas por la fricción entre el pistón con sus anillos con el cilindro.


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