4. MEC MOTOR

DEPARTAMENTO DE

INGENIERÍA SECCIÓN INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE ENERGÍA

Página 1 de 7 MEC299 MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

LABORATORIO No. 4 – MOTOR DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN (MEC)

1. OBJETIVOS

Obtención y análisis de las curvas características de velocidad y de carga de un MEC, 4T.

Realizar el balance energético de un MEC y determinar el aprovechamiento energético en diferentes condiciones de velocidad y carga.

2. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR 2.1 Motor

Marca : Cummins QSB6.7, 6 cilindros y enfriado por agua.

Volumen barrido : 6,7 l

Velocidad nominal : 2200 rpm

Potencia nominal : 119 kW (160 HP) 2.2 Dinamómetro

Marca: Zöllner A-350

Tipo de frenado: campo electromagnético refrigerado por agua

Rangos de torque: 0 a 500 Nm y 0 a 1000 Nm

Velocidad máxima: 6500 rpm

2.3 Sistema de monitoreo del motor

Interface motor – PC: Insite 5

Programa de monitoreo: Cummins Insite.

Sistema de visualización de variables marca Murphy. 2.4 Medidor del consumo de combustible

Método: volumétrico

Marca: Seppeler – Stiftung

Modelo: 4835

Capacidad: 150ml

2.5 Tubo de pitot para medir las velocidades de los gases de escape

2.6 Manómetro digital marca Dywer

Rango : 0-40 inH2O (0 – 0,1bar)

Accesorio: 2 mangueras

2.7 Analizador de gases TESTO 350 XL

2.8 Rotámetro marca Yokogawa con display

2.9 Termocuplas tipo K

2.10 Display de temperatura marca EXTECH

2.11 Higrómetro

2.12 Cronómetro

DEPARTAMENTO DE




3. PROCEDIMIENTO

3.1 Verificación del banco de pruebas del motor

1) Verifique que el dinamómetro esté colocado en la escala 0-500N-m.

2) Abra las llaves de ingreso de aceite a los cojinetes del freno. 3) Abra las llaves del sistema de agua de refrigeración del freno.

3.2 Procedimiento de arranque 1) Abrir la válvula de salida del tanque de combustible 2) Energizar el panel de control del dinamómetro con ayuda del interruptor principal. 3) Revisar que la posición del acelerador este en mínimo. 4) Energizar el panel de control del motor Cummins con ayuda de la llave principal de

mano. 5) Habilitar la conexión entre la batería y el motor mediante una palanca manual instalada

en el motor. 6) Gire la llave de arranque del motor hasta que se logre el encendido.

7) Una vez arrancado el motor, esperar a que la temperatura del agua de refrigeración aumente hasta el valor de operación (80 °C).

8) Encender la computadora personal e iniciar el software de adquisición de datos Insite.

3.3 Procedimiento de ensayo

3.3.1 Ensayo a plena carga Levantar la curva de plena carga del motor, variando las velocidades del cigüeñal desde 800 hasta 2000 rpm, con incrementos de 200 rpm. En esta etapa se obtendrá 7 puntos de ensayo. Usando esta información, el alumno deberá calcular, graficar y analizar cada uno de los parámetros requeridos, además de responder algunas preguntas planteadas sobre el tema.

Básicamente, el procedimiento de los ensayos sigue las siguientes etapas: 1) Girar el acelerador hasta alcanzar una velocidad correspondiente a 800 rpm.

2) Girar la llave de activación del freno.

3) Sin girar el acelerador, aplicar el freno con la perilla de excitación hasta conseguir el torque máximo, verificando la estabilidad del régimen de giro del eje cigüeñal. Esperar 1 minuto y tomar datos.

4) Sin girar el acelerador, disminuir el freno del dinamómetro hasta alcanzar el 90% del torque máximo.

5) Repetir todo el procedimiento (etapas 1-4) para las velocidades de 1000, 1200, 1400, 1600, 1800 y 2000 rpm.

3.3.2 Ensayo a carga parcial Levantar las curvas a carga parcial del motor, variando el porcentaje de torque máximo (75, 50, 25 y 10% del torque máximo) en cuatro velocidades de giro del eje cigüeñal (800, 1200, 1600 y 2000 rpm). En esta etapa se obtendrá 16 puntos de ensayo. Usando esta información, el alumno deberá calcular, graficar y analizar cada uno de los parámetros

DEPARTAMENTO DE




requeridos, además de responder algunas preguntas planteadas sobre el tema.

Básicamente, el procedimiento de los ensayos sigue las siguientes etapas: 1) Establecida la operación a 2000 rpm, disminuir el freno del dinamómetro hasta alcanzar

el 75% del torque máximo correspondiente a ese régimen. Esperar 1 minuto y tomar datos.

2) Repetir la etapa anterior para 50, 25 y 10% del torque máximo en 2000 rpm.

3) Repetir todas las etapas anteriores, variando la velocidad del cigüeñal (en 1600, 1200 y 800 rpm).

3.3.3 Registro de datos Las variables que serán medidas son: 1) Par efectivo del motor (torque): [N.m] 2) Régimen de giro del cigüeñal: [rpm] 3) Tiempo de consumo de 50 ml de combustible: [s] 4) Temperatura, presión y humedad del ambiente. 5) Diferencia de presiones en el tubo de pitot instalado en el escape. 6) Temperatura de los gases de escape.

7) Caudal del agua de refrigeración del motor en el rotámetro.

8) Temperatura del agua de refrigeración de entrada al motor.

9) Temperatura del agua de refrigeración de salida del motor.

10) Temperatura y presión del aire en el colector de admisión (vía software Insite)

11) Consumo de combustible del motor (vía software Insite)

12) Presión atmosférica (vía software Insite)

En cada punto de ensayo (torque x rotación), todas las variables enumeradas anteriormente deberán ser medidas 3 veces (con excepción del consumo de combustible y la temperatura de los gases), con la finalidad de obtener el valor medio y la dispersión estadística de los resultados. Los datos del Insite deberán ser registrados durante 2 minutos.

3.4 Parada del motor 3.4.1 Normal

1) Reducir el freno aplicado con la perilla de excitación hasta tener un torque de 0 N.m. Apagar el freno.

2) Reducir las revoluciones del motor girando el acelerador en sentido anti-horario. Alcanzar el régimen de ralentí.

3) Apagar el motor, girando la llave de arranque del motor en el módulo de control. 4) Girar la llave para la batería del motor. 5) Cortar el suministro de agua hacia el freno.

3.4.2 Emergencia 1) En caso de exceder el valor nominal de la temperatura de agua de refrigeración del

dinamómetro (40 °C) deberá retirarse la carga al motor y reducir la velocidad, hasta la condición de ralentí. En esta condición, esperar 3 minutos y apagar el motor.

2) En caso de exceder el valor nominal de la temperatura de agua de refrigeración en el rotámetro (75 °C) deberá retirarse ligeramente la carga al motor y aumentar el flujo de agua fría del intercambiador. Luego, restablecer la carga original del punto de ensayo.

DEPARTAMENTO DE




4. CÁLCULOS Y GRÁFICOS A REALIZAR [Peso: 40%]

4.1 Ensayo a plena carga A partir de los datos obtenidos en el ensayo a plena carga, calcular y graficar los parámetros de funcionamiento (citados en el párrafo siguiente) en función del régimen de giro del motor:

a. Torque efectivo: [N.m] b. Potencia efectiva: [kW] c. Consumo específico de combustible: [g/kW.h] d. Presión media efectiva: [kPa] e. Rendimiento volumétrico: [-] f. Rendimiento efectivo: [-] g. Relación de compresión en el compresor: [-] h. Relación másica de aire seco y combustible i. Temperatura de escape: [K] j. Flujo de calor a través de los gases de escape y agua de refrigeración

Nota: “a”, “b” y “c” deberán ser graficado en una misma figura. Los demás parámetros

deberán ser graficados en figuras separadas.

4.2 Ensayo a carga parcial A partir de los datos obtenidos en el ensayo a carga parcial, calcular y graficar los parámetros de funcionamiento (citados en el párrafo siguiente) en función de la potencia efectiva:

a. Torque efectivo: [N.m] b. Potencia efectiva: [kW] c. Consumo específico de combustible: [g/kW.h] d. Presión media efectiva: [kPa] e. Rendimiento volumétrico: [-] f. Rendimiento efectivo: [-] g. Relación de compresión en el compresor: [-] h. Relación másica de aire seco y combustible i. Temperatura de escape: [K] j. Flujo de calor a través de los gases de escape y agua de refrigeración

Nota: Todos los parámetros (con excepción de los puntos b y c) deberán ser graficados en figuras separadas, incluyendo los resultados obtenidos a plena carga del ítem anterior 4.1 (en 800, 1200, 1600 y 2000 rpm).

5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS [Peso: 40%]. 5.1 Para cada gráfica, afirmar que tendencias son aparentes, indicando los valores mínimos /

máximos en el rango de operación evaluado. 5.2 Explica PORQUE ocurren estos comportamientos (qué efectos provocan los cambios

observados en 5.1?). 5.3 Cuál es el efecto de la humedad ambiente en el cálculo del consumo de aire del motor?; 5.4 Cuál es el efecto del factor de corrección en la potencia efectiva?

DEPARTAMENTO DE




6. EVALUACIÓN EXTRA [Peso: 20%].

La búsqueda de menores emisiones y menor consumo de combustible ha impulsado el uso de nuevos combustibles alternativos y/o renovables (etanol, butanol, gas natural, biogás, biodiesel, etc.) en motores de encendido por compresión. En UNA página describe y justifica UNO de estos nuevos combustibles que, en tu opinión, sea el más relevante en la sustitución parcial o total del combustible Diesel. Incluir tres fuentes científicas, utilizando la Guía PUCP para el citado de fuentes.

DEPARTAMENTO DE




ANEXO I – Cálculo del caudal de los gases de escape

El caudal de los gases de escape se determinará a partir de la medición de presión dinámica realizada con el tubo de Pitot:

a

2

g

ρ

Δp2

4

dπV

donde: d es el diámetro interno de la tubería de los gases de escape (0,123 m); Δp es la

diferencia de presiones registrada con el tubo de Pitot; y aρ es la densidad de los gases

(considerar aire) a la temperatura de escape.

ANEXO II – Datos de la Unidad de Control Electrónica del Motor

Para acceder al sistema de adquisición de datos del motor Cummins se procederá de la siguiente manera:

Encender la PC que está instalada al costado del motor Cummins.

Asegurarse que la conexión ECM – PC (Insite 5 ) este correctamente conectado.

Seleccionar el ícono del programa Cummins Insite y ejecutar este acceso

directo.

De la ventana seleccionar el ícono y ejecutarlo.

Seleccionar en la pestaña inferior la opción INSITE USB 5 como se indica en Fig. 1.

Luego seleccionar el botón Conectar.

Una vez concluido el tiempo de conexión, seleccionar el ícono . La Fig.

2 muestra la pantalla de monitoreo del motor Cummins.

DEPARTAMENTO DE




Fig. 1 – Pantalla del programa Insite.

Fig. 2 – Hoja de monitoreo de variables

DEPARTAMENTO DE




ANEXO III – Planilla de datos medidos

Ensayo a plena carga

Punto RPM Torque [N.m]

1 800 2 1000 3 1200 4 1400 5 1600 6 1800 7 2000

Ensayo a carga parcial Punto RPM %Torque

máx. Torque (N.m)

1

800

75 2 50 3 25 4 10 5

1200

75 6 50 7 25 8 10 9

1600

75 10 50 11 25 12 10 13

2000

75 14 50 15 25 16 10

4. MEC MOTOR

Documents

Transcript of 4. MEC MOTOR