“Características de velocidad en los motores de combustión interna (E.CH)”

PROFESOR:

Ing. Luis Lastra Espinoza

ALUMNOS:

Malpartida Mayta, KevinCarhuamaca Villena Jean CarlosJimenez Gutierrez Yoshi EdmundoSoca Quispe Jonathan

20107525H20110225A20101168I20100142E

Ciclo: 2014-II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

INDICE

1. INTRODUCCION……………………………………………………………3

2. OBJETIVOS…………………………………………………………………3

3. FUNDAMENTO TEORICO………………………………………………..4

4. FORMULAS A UTILIZAR………………………………………………7

5. DATOS OBTENIDOS Y RESULTADOS………………………………9

6. CONCLUSIONES…………………………………………………………16

7. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………16

INTRODUCCION

En el presente informe de laboratorio se busca que el estudiante de ingeniería pueda

obtener las curvas características para el motor ECH en función de ciertos parámetros

(variables).

Las características de velocidad se obtienen en función de la velocidad (RPM). En la

característica de velocidad el parámetro constante es la posición de la mariposa de

gases (E.CH) o de la cremallera de la bomba de inyección para el caso de un motor

Diesel.

OBJETIVOS

Realizar el estudio experimental del comportamiento de los motores en función de la velocidad.

Obtener las curvas características de velocidad de un motor ECH, en las cuales se mostrará el comportamiento de las variables de eficiencia, potencia y consumo específico de combustible en relación a la velocidad (pruebas a carga constante) y en relación a la carga (pruebas a rpm constante).

CARACTERÍSTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD.La variación de los índices del motor en función de la frecuencia de rotación para

diferentes posiciones invariables de la mariposa de gases (en un motor de carburador)

o del órgano de mando de la alimentación de combustible (en un motor Diesel) se

denomina características parciales de velocidad.

A medida que se cierra la mariposa de gases y disminuye la carga, por efecto del

incremento de las resistencias en el sistema de admisión, el coeficiente de llenado

decrece con mayor rapidez al elevar la frecuencia de rotación como se observa en la

figura, mientras que el punto máximo de la potencia efectiva se desplaza hacia el lado

de menores frecuencias de rotación; respectivamente disminuye la máxima frecuencia

de rotación en vacío y, para algunas posiciones de la mariposa de gases, se hace

menor que la nominal. Se puede emplear esto para prevenir el embalamiento en caso

de que disminuya la carga en el motor de carburador.

Cuando la mariposa de gases está en la posición correspondiente al mayor de , los

consumos específicos ge resultarán los mínimos; al seguir cerrando la mariposa de los

gases, en todos los regímenes de velocidad, dichos consumos aumentarán.

En el motor Diesel, cuando se mantiene constante la posición del órgano de mando de

la alimentación de combustible, con el aumento de la frecuencia de rotación la

cantidad de combustible inyectada al cilindro crece. El coeficiente de llenado aumenta

en cierta medida a pequeñas cargas y en todos los regímenes de velocidad es mayor

que a plena carga. En consecuencia, no se observa el desplazamiento del punto

máximo de potencia hacia el lado de menores frecuencias de rotación. Por este motivo

la máxima frecuencia de rotación en vacío, para todas las cargas, se encuentra fuera

de los límites de la nominal. Tal tendencia de la variación de las características

parciales de velocidad conduce a la necesidad de limitar obligatoriamente por el

regulador la frecuencia máxima de rotación en vacío hasta nmáx.

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:

CALCULOS REALIZADOS Y FORMULAS UTILIZADAS

DENSIDAD DE AIRE CORREGIDA (ρaire¿ )

ρaire¿ =

1.293∗P0760

x 273T 0+273 [ kg

m3 ]Donde:

P0: Temperatura atmosférica.T 0: Presión atmosférica.

ρaire¿ =1.293∗749.1

760x 27325+273 → ρaire

¿ =1.165 kgm3

FLUJO MASICO DE AIRE (Ga)

Ga=3600∗Cd∗A∗√2∗g∗sen (α )∗( P1−P2 )∗ρaire∗ρagua(kgh

)

Dónde:

Cd=Coeficiente de descarga (0.98)(P1−P2) = Diferencia de presiones del flujo.

A=Área de la sección mínima de la tobera. (m2)

→ A= π4

(0.02 )2=3.1416×10−4m2

α=Angulo de inclinación del manómetro inclinado (60 °)

FLUJO MASICO DE COMBUSTIBLE (Gc)

Gc=3.6∗∆ V∆ t

ρc [ kgh ]

Dónde: ΔV= Volumen de combustible consumido en cm3 (dato 29.57 cm3¿

Δt= intervalo de tiempo en el que se consumió desde la bureta de medición, en s. 𝜌𝑐= Densidad del combustible gasolina. (g/cm3)

EFICIENCIA VOLUMETRICA (n¿¿v)¿

nv=Ga

30¿V h∗n∗ρ0x100%

Dónde:

Vh: Cilindrada unitaria, en m3

n: rpm 𝜌0: Densidad del aire a las condiciones P0 y T0

COEFICIENTE DE EXESO DE AIRE (α)

α= GaGc∗l0

Donde:l0: relación estequiometria (=14.45)

MOMENTO EFECTIVO DEL MOTOR (M e¿

M e=F∗L ,N .mDonde: F: Fuerza medida en el dinamómetro del freno (N)L: Longitud del brazo del freno en (m)

POTENCIA EFECTIVA (Ne)

Ne= Me∗n9555

(KW )

Donde:

Me: Momento efectivo, en kN.m n: RPM

Consumo específico de combustible ( ge )

ge=Gc×10

3

N e[ g/ (kW .hr ) ]

Dónde:

Gc: Consumo de combustible en una hora [ Kgh ]

N e: Potencia efectiva [ Kw ].

Eficiencia efectiva (ne)

ne=3600H u . ge

Dónde:

H u: Poder calorífico [ MJKg ]

ge: Consumo especifico de combustible [ g/ (kW .hr ) ].

DATOS OBTENIDOS DE LA EXPERIENCIA:

Datos: Apertura de la mariposa |Ø|=40% Apertura de la mariposa |Ø|=50%

N°

n F d ∆t ∆P Fd ∆t ∆P

RPM Kg s cmH2O Kg s cmH2O

1 1400 19.80 30.05 6.60 19.20 23.83 6.70

2 1600 19.20 28.81 7.40 19.00 23.88 9.00

3 1900 18.20 24.82 10.60 18.80 22.70 11.50

4 2200 17.40 23.66 13.90 18.20 20.49 14.90

5 2500 16.80 20.77 16.90 17.80 20.58 18.20

CALCULOS Y RESULTADOS

CARACTERISTICA EXTERNA DE VELOCIDAD (Δh=15 mm, cte)

Utilizando las fórmulas descritas anteriormente y realizando los cálculos respectivos se obtuvieron los siguientes resultados:

Apertura de la mariposa |Ø|=40%

N°n Gc Ga Me Ne nv α ge ne

RPM Kg/h Kg/h N.m Kw g/(Kw-h) %

1 1400 3.15 40.10 62.74 9.20 0.82 0.88 342.36 23.68

2 1600 3.28 42.47 60.84 10.19 0.76 0.89 322.23 25.16

3 1900 3.81 50.82 57.67 11.47 0.77 0.92 332.27 24.40

4 2200 4.00 58.20 55.13 12.70 0.76 1.01 314.87 25.75

5 2500 4.56 64.17 53.23 13.94 0.74 0.97 326.92 24.80

CARACTERISTICA PARCIAL DE VELOCIDAD (Δh=17.5 mm, cte)

Apertura de la mariposa |Ø|=50%

N°n Gc Ga Me Ne nv α ge ne

RPM Kg/h Kg/h N.m Kw g/(Kw-h) %

1 1400 3.97 40.41 60.84 8.92 0.83 0.70 445.22 18.21

2 1600 3.96 46.83 60.20 10.09 0.84 0.82 392.84 20.64

3 1900 4.17 52.94 59.57 11.85 0.80 0.88 351.71 23.05

4 2200 4.62 60.26 57.67 13.29 0.79 0.90 347.61 23.33

5 2500 4.60 66.60 56.40 14.76 0.77 1.00 311.40 26.04

CURVAS CARACTERISTICAS

Apertura de la mariposa |Ø|=40%

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 260048

50

52

54

56

58

60

62

64

5

7

9

11

13

15

17

19

Me (N.m)

RPM

Me N-mNe Kw

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600300

320

340

360

380

400

420

440

ge (g/(...

RPM

ge (g/(Kw-h))

Apertura de la mariposa |Ø|=50%

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 260052

54

56

58

60

62

64

5

7

9

11

13

15

17

19

Me (N-m)

RPM

Me N-m Ne (Kw)

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

ge (g/(K...

RPM

ge (g/(Kw-h))

Curva característica para Ø|=40%

Curva característica para Ø|=50%

1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

8

18

28

38

48

58

68CURVA CARACTERISTICA

ge (g/(Kw-h))

RPM

ge (g/(Kw-h))Me(N-m), Ne (Kw)

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

5

15

25

35

45

55

65

ge (g/(Kw-h))Polynomial (ge (g/(Kw-h)))

RPM

ge (g/(Kw-h)) Me(N-m), Ne (Kw)

CONCLUSIONES

Las anotaciones pertinentes están dadas en cada gráfica.

Las tendencias de casi todas las gráficas son las esperadas, salvo la del consumo de

combustible la cual debería ser creciente en todo el régimen, probablemente hubo un

error de medición en este caso.

Es muy importante conocer las tendencias de los diferentes parámetros del motor de

combustión interna, en este caso ECH, para entender mejor su funcionamiento a

diferentes regímenes, y aprender a diferenciarlo con el motor Diesel, comprendiendo

que la diferencia fundamental es la presencia de la válvula de mariposa en el motor

ECH, lo cual es un factor importante al momento de cálculo de las pérdidas

mecánicas, al igual que las pérdidas de presión, siendo este un factor que hace que

estas pérdidas sean mayores.

De acuerdo a las gráficas del momento efectivo, potencia efectiva y coeficiente de exceso de aire en función de las RPM observamos que se asemejan con las gráficas teóricas.

BIBLIOGRAFIA

Jóvaj, M. S. “ Motores de automóvil” , Edit. Mir, Moscú

Lukanin V.N., “Motores de combustión interna”, Edit. MIR, Moscú

Manual del Ingeniero Hütte Tomo II, Edit Gili, Barcelona.

Edward Obert , Motores De Combustión Interna