LABORATORIO N5

LABORATORIO N9ESTUDIO DE LAS PRDIDAS MECANICAS EN LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

I.- OBJETIVOS:

1.- Impartir conocimientos sobre la metodologa de determinacin de las perdidas en los motores de combustin interna.

2.- Estudiar la influencia de los factores que a continuacin se indican sobre la magnitud de las perdidas mecnicas.

a) Rgimen trmico del motor (temperatura de salida del agua de refrigeracin)

b) Rgimen de velocidad del motor(numero de revoluciones del cigeal)

c) Vaci en el mltiple de admisin.

d) Contrapresin en el tubo de escape.

II.- FUNDAMENTO TEORICO:

Por perdidas mecnicas se entiende las prdidas originadas durante la friccin de las piezas, el intercambio de gases, el accionamiento de mecanismos auxiliares (bombas de agua, de aceite, de combustible, ventilador, generador) y el accionamiento del compresor (soplador). En los motores Diesel con cmaras de combustin separadas, a las perdidas mecnicas se deben las prdidas gasodinmicas ocurridas al pasar la mezcla a travs del canal que comunica la cmara de combustin con el cilindro.Por analoga a la presin media indicada, cuando se estudia las prdidas mecnicas convencionalmente se introduce el concepto de presin media de prdidas mecnicas, la cual numricamente es igual al trabajo especfico de prdidas mecnicas en un ciclo de trabajo. Matemticamente la presin media de prdidas mecnicas se representa mediante la siguiente expresin:

pm = pfric + p i.g +paux + pvent + pcomppfric: presion media de prdidas mecnicas por friccinp i.g: presion media de perdidas mecnicas por intercambio de gases

paux: presin media de perdidas mecnicas por accionamiento de mecanismos auxiliares

pvent: presion media de perdidas mecnicas por accionamiento del ventilador

pcomp: presion media de perdidas mecnicas por accionamiento del compresor para el caso de motores con sobrealimentacin mecnicaLas mayores perdidas mecnicas se deben a las perdidas por friccin, que constituyen hasta en un 80% del total. La mayor parte de las prdidas friccin corresponde a las piezas cilindro-embolo y segmentos Las perdidas por friccin en los cojinetes constituyen aproximadamente el 20% de las perdida mecnicas III.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS:

1.- Banco de ensayo con motor de encendido por chispa y freno elctrico reversible.

2.- Tacmetro.

3.- Manmetros diferenciales para medir las depresiones en la admisin y en el escape.

4.- termmetros del sistema de refrigeracin del motor.

IV.- INDICACIONES GENERALES:

El estudio de las perdidas mecnicas se har por el mtodo de arrastre del motor.

V.- MEDICIONES A REALIZAR:

1.- Nmero de revoluciones por minuto del cigeal.

2.- Depresin en el mltiple de admisin.

3.- Temperatura de salida del agua de refrigeracin del motor.

4.- Temperatura de aceite.

5.- Fuerza en el dinammetro.

6.- Contrapresin en el escape.

VI.- MAGNITUDES QUE REQUIEREN CONTROL PERMANENTE:

1.- Temperatura de salida del agua (en los casos cuando no se mide).

2.- Temperatura de presin del aceite.

VII.- PROCEDIMIENTO:

1.- Variando el rgimen trmico del motor y manteniendo constante el numero de revoluciones del cigeal (n =1800 RPM)

a) Arrancar el motor y esperar que la temperatura de salida del agua alcance el valor de 40 (C.

b) Inmediatamente despus apagar el motor y cerrar el suministro de combustible.

c) A continuacin, pasar el freno rgimen de motor elctrico y accionando el regulador de voltaje de la armadura arrastrar el motor hasta que el numero de revoluciones del cigeal alcance el valor de 1800 RPM; manteniendo dicho rgimen de velocidad esperar que la temperatura de salida del agua se estabilice en 30 (C e inmediatamente despus realizar las mediciones correspondientes.

d) Arrancar nuevamente el motor y esperar que la temperatura de salida del agua alcance el valor de 50 (C. Luego, repetir los pasos 2 y3 pero con la temperatura de salida del agua estabilizado en 40 (C.

e) Repetir sucesivamente el paso anterior con las temperaturas de calentamiento del motor igual a 60, 70, 80, y 90 (C respectivamente y con las temperaturas estabilizadas en 50, 60, 70, y 80( respectivamente.

2.- Variando el rgimen de velocidad del motor y manteniendo constante el rgimen trmico del mismo (ts = 80 (C). Realizar los siguientes pasos:

a) si la temperatura de salida del agua es menor que 70 (C, arrancar el motor y calentarlo hasta que ts = 80 (C. Seguidamente apagar el motor y cerrar el suministro de combustible.

b) Repetir el paso 1 pero haciendo que el numero de revoluciones del cigeal alcance el valor de 500 RPM y adems con la temperatura de salida del agua estabilizado en 70 (C.

c) Volver a arrancar el motor y estabilizar hasta que ts=80 (C, seguidamente apagar el motor, y cerrar el suministro de combustible.

d) Repetir el paso 2 peor con el numero de revoluciones del cigeal a 750 RPM.

e) Repetir sucesivamente el paso anterior con el numero de revoluciones del cigeal igual a 1000, 1250, 1500 y 1650 RPM, respectivamente.

3.- Variando el vaci en el mltiple de admisin realizar los siguientes pasos:

a) Con el motor sin funcionar y con la temperatura de salida del agua estabilizada en ts = 60 (C, arrastrar el motor hasta que las revoluciones alcancen el valor de 1800 RPM.

b) Inmediatamente despus de cerrar la vlvula de estrangulamiento en la admisin a fin de que el vaci creado en el mltiple de admisin alcance el valor de 50 mmHg. Despus de corregir el nmero de revoluciones realizar las mediciones correspondientes.

c) Repetir el paso anterior sucesivamente para magnitudes de depresiones la admisin igual a 100, 150, 200, 250, y 300 mmHg.

d) 4.- Variando e la contrapresin en el tubo de escape, repetir el punto 3 pero estableciendo la contrapresin en el escape desde 25 hasta 150 mmHg a 1800 RPM y 60 (C de temperatura de agua de refrigeracin.

VIII. fORMULAS PARA CALCULAR LOS PARAMETROS DE LAS PERDIDAS MECANICAS:

1. Potencia de prdidas mecnicas

Donde:

Mm = F *L

F: Fuerza en el dinammetro (N)

L: brazo del freno (m)

n: Frecuencia de rotacin del cigeal (RPM)

2. Presin media de perdidas mecnicas.

Donde:

Nm:Potencia mecnica (kW)

Vh:Cilindrada (l.)

IX.- PROCESAMIENTO DE DATOS:

1. Llevar los datos del protocolo de ensayos.

2.Realizar los clculos de los parmetros relativos a perdidas mecnicas y proceder al levantamiento de las curvas.

Datos del motor:

i:

2

D:

85 mm.

S:

110 mm.

:

2

E:

17

Tmx. Agua: 88C

Tmx. Aceite: 58.9C

Ne:

12Hp.

N nominal: 1500rpm

N mxima: 1600 rpm

N mnima: 900 rpm

Hu:

42 MJ/Kg

TABLA DE DATOS Y CLCULO DE LOS PARMETROS DEL MOTOR

Para:

N = 1300 rpm;

Me = 2 N.m;

NRPMMe (N*m)V (cm3)t (s)Pair (mmH2O) Pi (MPa) Tar (C)

11300210341000.42920

2130021035100.180.47125

3130021035100.180.45435

4130021039100.180.35845

5130021040100.180.36155

6130021040.71050.43867

7130021041.51050.47870

81300210421050.49975

9130021042.61050.51477

101300210431050.54279

Calculo de los parmetros de funcionamiento del motor:N Tar (C)Gc(kg/h)Ga(kg/h)Ne (kw)Ni (kw)nmec %Pe(Mpa)Pm(Mpa)ge

1200.91145.3683.4470.2725.804.690.020.413344.66

2250.88545.4093.5520.2726.374.270.020.453249.10

3350.88545.4093.5520.2726.144.430.020.433249.10

4450.79445.4093.9580.2724.845.620.020.342915.86

5550.77445.4094.0590.2724.885.580.020.342842.96

6670.76146.4884.2290.2725.924.600.020.422794.07

7700.74646.4884.3120.2726.464.210.020.462740.20

8750.73746.4884.3640.2726.754.030.020.482707.58

9770.72746.4884.4260.2726.953.920.020.492669.45

10790.72046.4884.4680.2727.333.710.020.522644.62

GRAFICAS:

X.- CUESTIONARIO:

1. Qu son las prdidas mecnicas en los MCI?

Son las prdidas originadas durante la friccin de las piezas, el intercambio de los gases, el accionamientote mecanismos auxiliares (bombas de agua, de aceite, de combustible, ventilador, generador) y el accionamiento del compresor (soplador). En los motores diesel con cmaras de combustin separadas, a las perdidas mecnicas se deben las perdidas gasodinmicas ocurridas al pasar la mezcla a travs del canal que comunica la cmara de combustin con el cilindro.2. Qu tipos de frenos se usan en los ensayos de los M.C.I.?

Frenos de friccin

El freno de friccin mecnico por zapata y tambor fue el primero utilizado, llamado "Freno de Prony", si bien debido a su inestabilidad y dificultad de regulacin y refrigeracin, hoy es slo un antecedente histrico.

Frenos hidrulicos

El freno hidrulico es similar a un convertidor hidrulico de par, en el que se impidiese girar al eje de salida. Se compone de un rotor y una carcasa o estator llena de agua que sirve tanto de elemento frenante como refrigerante.

De los diversos frenos dinamomtricos hidrulicos que se han desarrollado vamos a ver dos tipos constructivos:

Rotor interior

Rotor exterior

as como dos tipos de regulacin:

Por compuertas

Por nivel de lquido

El par de frenado de los frenos dinamomtricos hidrulicos es aproximadamente proporcional al cuadrado del nmero de revoluciones (curva caracterstica de respuesta aproximadamente cuadrtica), lo que les hace muy estables,

Las ventajas de este tipo de freno son:

Bajo costo para potencias absorbidas importantes.

Gran duracin.

Reparacin rpida y poco costosa.

Como inconvenientes podemos citar:

Poca versatilidad de las curvas de par resistente.

Par de frenado fuertemente dependiente de la presin de la red hidrulica, lo que puede producir inestabilidad.

Estas consideraciones hacen que el freno hidrulico sea el ms utilizado en produccin y en ensayos de resistencia.

Frenos elctricos

Para determinar la potencia efectiva se pueden utilizar generadores de corriente elctrica. As por ejemplo si se acopla un motor trmico a una dinamo conectada a una resistencia elctrica, la potencia del motor se utilizar en accionarla. Esta potencia se puede determinar midiendo con un voltmetro y un ampermetro la potencia elctrica suministrada por la dinamo. En este mtodo debe tenerse en cuenta, que existirn perdidas por rozamiento, por efecto del aire y prdidas elctricas dependientes de la carga en el generador por lo que la medida no es muy precisa. Esto hace que sea mucho ms comn medir la potencia del motor indirectamente a travs del par motor.

Frenos de corriente contina

Igual que en los frenos hidrulicos, el estator posee un montaje basculante y est unido a un sistema de medida de fuerza. El par motor se transmite del rotor (inducido) al estator (inductor en anillo) por medio del campo magntico.

La regulacin de la carga, cuando las variaciones no son demasiado grandes, puede ser hecha variando la excitacin de la dinamo con un restato. Haciendo crecer la reaccin electromagntica entre el rotor y el estator, efecto que trasmite el par del rotor al estator, aumenta la carga resistente y viceversa. La corriente producida puede ser disipada en forma de calor en unas resistencias elctricas.

Ahora bien, una ventaja de este tipo de freno es que la energa elctrica generada durante el ensayo puede aprovecharse de alguna forma til ya que la potencia del motor no se pierde como energa degrada en un sistema de refrigeracin. As podra llevarse a la red, aunque esto solamente se hace cuando el tiempo de trabajo es lo suficientemente grande como para amortizar los costes de acoplamiento.

XI.- CONCLUSIONES:

El rgimen trmico del motor es un parmetro muy importante a la hora de observar las diferentes magnitudes de consumo y potencia, lo que nos da la idea de si hay prdidas significativas en el motor.

- Las perdidas mecnicas van disminuyendo cuando sube la temperatura de agua de refrigeracion pero tambin vemos que a mayor temperatura las prdidas mecnicas aumentan por lo que debemos suponer que el motor tiene desgaste interno severo.

- En la segunda grafica observamos que el consumo especfico de combustible disminuye a medida que aumenta la temperatura. Eso tambien se explica por la velocidad que va adquiriendo el motor lo cual disminuye la inercia que tuvo al principio.- En la tercer grafica se observa que el gasto de aire aumenta por que necesita gran consumo de aire para las combustiones a mayor cantidad pero llegada a una cierta temperatura se estabiliza.- Viendo la cuarta grafica el coeficiente de exceso de aire al principio aumenta y cuando la temperatura aumenta este se mantiene constante. En la quinta figura el consumo especifico efectivo del combustible es alto al principio y disminuye luego con el aumento de temperatura.

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