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MOTORES ENCENDIDO POR CHISPA PUCPMCICOMBUSTIONCOMPRESION
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FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERA
SECCIN DE INGENIERA MECNICA
LABORATORIO DE ENERGA
INFORME
CURSO MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA HORARIO 1013
TEMA MOTOR DE ENCENDIDO POR COMPRESIN (MEC)
CDIGO NOMBRE Y APELLIDO NOTA FINAL
20092098 Diego Alonso Huaripoma Vega
FECHA DE REALIZACIN:
24/04/2014 FECHA DE ENTREGA: 08/05/2014
JEFE DE PRCTICA Dr. Ing. Julio Cuisano Egsquiza
FIRMA DEL JEFE DE PRCTICA
NDICE
1. OBJETIVOS .................................................................................................................................... 1
2. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR ...................................................................................... 1
2.1. Motor .................................................................................................................................... 1
2.2. Dinammetro ....................................................................................................................... 1
2.3. Sistema de monitoreo del motor ......................................................................................... 2
2.4. Medidor del consumo de combustible ................................................................................ 2
2.5. Tubo de pitot ........................................................................................................................ 2
2.6. Manmetro digital ............................................................................................................... 2
2.7. Analizador de gases .............................................................................................................. 2
2.8. Rotmetro ............................................................................................................................ 3
2.9. Termocuplas tipo K ............................................................................................................... 3
2.10. Display de temperatura .................................................................................................... 3
2.11. Higrmetro ....................................................................................................................... 3
2.12. Cronmetro ...................................................................................................................... 3
3. REGISTRO DE DATOS .................................................................................................................... 4
3.1. Ensayo a plena carga ............................................................................................................ 4
3.2. Ensayo a carga parcial .......................................................................................................... 4
4. CLCULOS Y RESULTADOS ............................................................................................................ 5
4.1. Ensayo a plena carga ............................................................................................................ 5
4.2. Ensayo a carga parcial .......................................................................................................... 6
4.3. Ejemplo de clculo ................................................................................................................ 8
5. GRFICOS Y ANLISIS DE LOS RESULTADOS .............................................................................. 11
5.1. Ensayo a plena carga .......................................................................................................... 11
5.2. Ensayo a carga parcial ........................................................................................................ 16
6. EVALUACIN EXTRA ................................................................................................................... 30
7. BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................. 30
1
1. OBJETIVOS
Obtencin y anlisis de las curvas caractersticas de velocidad y de carga de un motor de
encendido por compresin (MEC), 4T.
Realizar el balance energtico de un MEC y determinar el aprovechamiento energtico 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 de barrido : 6,7 l
Velocidad nominal : 2200 rpm
Potencia nominal : 119 kW (160 HP)
Figura 1. 1. MEC del Laboratorio de Energa PUCP
2.2. Dinammetro
Marca : Zollner A-350
Tipo de frenado : campo electromagntico refrigerado por agua
Rangos de torque : 0 - 500 Nm y 0 - 1000 Nm
Velocidad mxima : 6500 rpm
Figura 1. 2. Dinammetro del MEC
2
2.3. Sistema de monitoreo del motor
Figura 1. 3. Tablero de control del mdulo del MEC
2.4. Medidor del consumo de combustible
Mtodo : volumtrico
Marca : Seppeler Stiftung
Modelo : 4835
Capacidad : 150 ml
Figura 1. 4. Medidor del consumo de combustible
2.5. Tubo de pitot
Para medir las velocidades de los gases de escape
2.6. Manmetro digital
Marca : Dywer
Rango : 0 - 40 inH2O (0 0,1 bar)
Accesorios : 2 mangueras
2.7. Analizador de gases
Marca: TESTO 350 XL
3
2.8. Rotmetro
Para medir el consumo de agua de refrigeracin
Marca: Yokogawa con display
Figura 1. 5. Rotmetro para medir el flujo de agua de refrigeracin
2.9. Termocuplas tipo K
Para medir las temperaturas del agua de refrigeracin
2.10. Display de temperatura
Para mostrar las temperaturas del agua de refrigeracin
Marca: EXTECH
Figura 1. 6. Display de temperatura con termocupla
2.11. Higrmetro
Para medir la humedad del ambiente del laboratorio
Figura 1. 7. Higrmetro
2.12. Cronmetro
Para medir el tiempo del consumo de combustible
4
3. REGISTRO DE DATOS
3.1. Ensayo a plena carga
Para este ensayo se solicita levantar la curva de plena carga del motor, variando las velocidades del
cigeal desde 800 hasta 2000 rpm, con incrementos de 200 rpm. En esta etapa se obtuvieron 7
puntos de ensayo. Los datos tomados se muestran en la Tabla 3.1.
Tabla 3. 1. Tabla de datos a plena carga
Rgimen de giro [rpm] 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
% Carga 100 100 100 100 100 100 100
Par efectivo [N-m] 416 425 438 442 486 475 474
Factor 0.67 0.67 0.68 0.72 0.83 0.85 0.93
V consumo de combustible [ml] 50 50 50 50 50 50 50
t consumo de combustible [s] 19.82 15.05 12.21 9.16 7.86 6.96 5.85
P pitot [Pa] 26 47 58 111 233 440 540
T gases [C] 210 237 264 329 322 347.5 386.2
Q agua [m3/h] 3.1 4.2 5 6 7 8 9
T agua1 [C] 55.23 58.33 62.37 66.17 53.43 64.83 70.47
T agua2 [C] 47.7 51.93 55.77 59.73 48.9 59.47 64.8
Presin manomtrica admisin [psi] 2 4 6 8 11 12 12
T amb. [C] 25 27 29 31 28 29 29
P amb. [Pa] 101325 101325 101325 101325 101325 101325 101325
HR 0.56 0.56 0.42 0.41 0.42 0.42 0.41
3.2. Ensayo a carga parcial
Para este ensayo se solicita levantar las curvas a carga parcial del motor, variando el porcentaje de
torque mximo (75%, 50%, 25% y 10% del torque mximo) en cuatro velocidades de giro del eje
cigeal (800, 1200, 1600 y 2000 rpm). En esta etapa se obtuvieron 16 puntos de ensayo. Los datos
tomados se muestran en la Tabla 3.2.
Tabla 3. 2. Tabla de datos a carga parcial
Rgimen de giro [rpm] 800 1200 1600 2000
% Carga 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10
Par efectivo [N-m] 315 212 104 42 328 219 102 44 367 250 128 49 354 236 118 47.5
Factor 0.52 0.39 0.22 0.12 0.51 0.39 0.22 0.14 0.68 0.48 0.28 0.21 0.72 0.56 0.37 0.28
V consumo comb. [ml] 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
t consumo comb. [s] 25.02 34.94 54.5 78.54 16.47 22.82 35.32 47.29 9.51 12.63 20.53 29.77 7.52 9.8 14.88 20.68
P pitot [Pa] 40 41 41 30 75 80 56 41 130 130 90 150 430 300 230 135
T gases [C] 274.9 235.4 202.2 172.3 190.6 158.2 138.7 145.3 265.5 274.7 248.6 221 345 277 234 215
Q agua [m3/h] 3.1 3.1 3 3 5 5 5 5 7 7 7.2 7.2 9 9 9 9
T agua1 [C] 67.5 61.2 56.65 52.35 52.15 49.9 48.2 48.25 57.63 61.95 61.4 59.45 64.3 60 57.25 56.65
T agua2 [C] 58 53.2 50.05 46.5 47.5 45.6 44.5 44.65 52.75 56.9 56.7 54 59.65 55.95 53.75 53.25
Presin manomtrica admisin [psi]
2 1 0.5 0.5 4 3.5 2.5 2 9 8 7 6 11 9 7 6
T amb. [C] 29 29 29 29
P amb. [Pa] 101325 101325 101325 101325
HR 0.4 0.41 0.4 0.41
5
4. CLCULOS Y RESULTADOS
4.1. Ensayo a plena carga
Para calcular los parmetros del motor solicitados en el ensayo de plena carga, debemos calcular antes
algunos parmetros de los fluidos involucrados: gases de escape, combustible, aire y agua de
refrigeracin.
Tabla 4. 1. Parmetros de los gases de escape
Rgimen de giro [rpm] 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Q gases de escape [m3/h] 360.8 498.5 568.2 832.3 1198.8 1682.3 1920.9
gases de escape [kg/m3] 0.731 0.692 0.657 0.586 0.593 0.569 0.536
gases de escape [kg/h] 263.7 345.1 373.6 488.1 711.3 957.2 1028.8
Cp gases de escape [kJ/kg-K] 1.0243 1.031 1.037 1.052 1.050 1.056 1.065
Tabla 4. 2. Parmetros del combustible disel
Rgimen de giro [rpm] 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
combustible [kg/m3] 832 832 832 832 832 832 832
Q combustible [m3/h] 0.009 0.012 0.015 0.020 0.023 0.026 0.031
combustible [kg/h] 7.56 9.95 12.27 16.35 19.05 21.52 25.6
Tabla 4. 3. Parmetros segn norma peruana NTP 383.066
Rgimen de giro [rpm] 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Consumo de combustible [mg/l inyeccin]
q 47 50 51 58 59 59 64
Relacin de compresin r 1.1 1.3 1.4 1.5 1.7 1.8 1.8
Consumo de combustible corregido [mg/l inyeccin]
qr 41 39 36 38 34 33 35
Factor motor fm 0.349 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Factor atmosfrico fa 0.996 1.008 1.016 1.027 1.010 1.016 1.016
Factor de correccin K 0.999 1.002 1.005 1.008 1.003 1.005 1.005
Tabla 4. 4. Parmetros del aire hmedo y seco
Rgimen de giro [rpm] 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
aire [kg/m3] 1.18 1.18 1.17 1.16 1.17 1.17 1.17
aire hmedo [kg/h] 256.2 335.1 361.3 471.7 692.2 935.7 1003.2
aire referencia [kg/h] 190.5 236.54 281.97 326.8 377.21 422.96 469.95
P vapor [Pa] 1775 2023 1724 1884 1620 1724 1683
Humedad especfica 0.0111 0.013 0.0108 0.0118 0.0101 0.0108 0.0105
vapor [kg/h] 2.81 4.19 3.85 5.50 6.93 9.96 10.43
aire seco [kg/h] 253.4 330.9 357.4 466.2 685.3 925.7 992.8
P aire seco [Pa] 99550 99302 99601 99441 99705 99601 99642
Tabla 4. 5. Parmetros del agua de refrigeracin
Rgimen de giro [rpm] 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
agua [kg/m3] 988 988 988 988 988 988 988
agua [kg/h] 3062.8 4149.6 4940 5928 6916 7904 8892
Cp agua [kJ/kg-K] 4.185 4.185 4.185 4.185 4.185 4.185 4.185
6
Usando los clculos anteriores se puede obtener los parmetros del motor solicitados a plena carga
que se muestran en la Tabla 4.7.
Tabla 4. 6. Parmetros del motor solicitados a plena carga
Torque efectivo [N-m] 416 425 438 442 486 475 474
Potencia efectiva [kW] 34.9 44.5 55.0 64.8 81.4 89.5 99.3
Potencia efectiva corregida [kW] 34.81 44.61 55.30 65.32 81.68 89.96 99.74
Consumo especfico de combustible [kg/kW-h]
0.2171 0.2231 0.2218 0.2503 0.2333 0.2392 0.2567
Presin media efectiva [kPa] 779.2 799 825.4 835.7 914.3 895.1 893.2
Rendimiento volumtrico [%] 134.47 141.67 128.13 144.35 183.52 221.22 213.46
Rendimiento efectivo [%] 38.47 37.45 37.66 33.37 35.81 34.92 32.54
Relacin masa de aire seco y combustible
33.53 33.26 29.14 28.52 35.97 43.02 38.78
Temperatura de escape [K] 483 510 537 602 595 620.5 659.2
Calor disipado de gases de escape [kW]
13.9 20.8 25.3 42.5 61.0 89.4 108.7
Calor disipado de agua refrigeracin [kW]
26.81 30.87 37.90 44.38 36.42 49.25 58.61
4.2. Ensayo a carga parcial
Para calcular los parmetros del motor solicitados en el ensayo de carga parcial, debemos calcular
antes algunos parmetros de los fluidos involucrados: gases de escape, combustible, aire y agua de
refrigeracin.
Tabla 4. 7. Parmetros de los gases de escape
Rgimen de giro [rpm]
800 1200 1600 2000
% Carga 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10
Q gases de escape [m3/h]
476.6 464.8 449.4 372.1 600.3 598.0 488.9 421.6 851.9 859.1 697.6 876.4 1659.7 1307.8 1099.4 826.4
gases de escape [kg/m3]
0.64 0.69 0.74 0.79 0.76 0.82 0.86 0.84 0.66 0.64 0.68 0.71 0.57 0.64 0.70 0.72
gases de escape [kg/h]
307.1 322.8 333.9 295.0 457.2 489.6 419.2 355.9 558.5 553.8 472.2 626.4 948.1 839.5 765.6 597.8
Cp gases de escape [kJ/kg-K]
1.038 1.029 1.021 1.018 1.022 1.016 1.012 1.013 1.038 1.039 1.034 1.029 1.054 1.04 1.031 1.027
Tabla 4. 8. Parmetros del combustible
Rgimen de giro [rpm]
800 1200 1600 2000
% Carga 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10
combustible [kg/m3]
832 832 832 832
Q combustible [m3/h]
0.0072 0.0052 0.0033 0.0023 0.0109 0.0079 0.0051 0.0038 0.0189 0.0143 0.0088 0.0060 0.0239 0.0184 0.0121 0.0087
combustible [kg/h]
5.99 4.29 2.75 1.91 9.09 6.56 4.24 3.17 15.75 11.86 7.29 5.03 19.91 15.28 10.06 7.24
7
Tabla 4. 9. Parmetros segn norma peruana NTP 383.066 Consumo de combustible [mg/l inyeccin]
q 37 27 17 12 38 27 18 13 49 37 23 16 50 38 25 18
Relacin de compresin r 2 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
Consumo de combustible corregido [mg/l inyeccin]
qr 19 2 2 1 3 2 2 1 4 3 2 1 5 3 2 2
Factor motor fm 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Factor atmosfrico fa 1.015 1.015 1.015 1.015 1.016 1.016 1.016 1.016 1.015 1.015 1.015 1.015 1.016 1.016 1.016 1.016
Factor de correccin K 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005
Tabla 4. 10. Parmetros del aire hmedo y seco
Rgimen de giro [rpm] 800 1200 1600 2000
% Carga 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10
aire [kg/m3] 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17
aire [kg/h] 301.1 318.5 331.1 293.1 448.1 483.0 415.0 352.7 542.7 541.9 464.9 621.3 928.2 824.2 755.5 590.6
aire referencia [kg/h] 187.98 187.98 187.98 187.98 281.97 281.97 281.97 281.97 375.96 375.96 375.96 375.96 469.95 469.95 469.95 469.95
P vapor [Pa] 1642 1683 1642 1683
Humedad especfica 0.0102 0.0105 0.0102 0.0105
vapor [kg/h] 3.05 3.23 3.36 2.97 4.66 5.02 4.31 3.67 5.50 5.49 4.71 6.30 9.65 8.57 7.85 6.14
aire seco [kg/h] 298.1 315.3 327.8 290.2 443.4 478.0 410.7 349.0 537.2 536.4 460.1 615.0 918.6 815.6 747.7 584.5
P aire seco [Pa] 99683 99642 99683 99642
Tabla 4. 11. Parmetros del agua de refrigeracin
Rgimen de giro [rpm] 800 1200 1600 2000
% Carga 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10
agua [kg/m3] 997 997 997 977
agua [kg/h] 3090.7 3090.7 2991 2991 4985 4985 4985 4985 6979 6979 7178.4 7178.4 8973 8973 8973 8973
Cp agua [kJ/kg-K] 4.183 4.183 4.183 4.183
Usando los clculos anteriores se puede obtener los parmetros del motor solicitados a carga parcial
que se muestran en la Tabla 4.12.
Tabla 4. 12. Parmetros del motor solicitados a carga parcial
Rgimen de giro [rpm] 800 1200 1600 2000
% Carga 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10 75 50 25 10
Torque efectivo[N-m] 315 212 104 42 328 219 102 44 367 250 128 49 354 236 118 47.5
Potencia efectiva [kW] 26.39 17.76 8.71 3.52 41.22 27.52 12.82 5.53 61.49 41.89 21.45 8.21 74.14 49.43 24.71 9.95
Potencia efectiva corregida [kW]
26.51 17.84 8.75 3.53 41.41 27.65 12.88 5.55 61.77 42.08 21.54 8.25 74.49 49.66 24.83 9.99
Consumo especfico de Combustible [kg/kW-h]
0.23 0.24 0.31 0.54 0.22 0.24 0.33 0.57 0.25 0.28 0.34 0.61 0.27 0.31 0.41 0.72
Presin media efectiva [kPa] 593.5 399.4 196 79.1 618.1 412.7 192.2 82.9 691.5 471 241.2 92.3 667 444.7 222.3 89.5
Rendimiento volumtrico [%] 160.2 169.4 176.2 155.9 158.9 171.3 147.2 125.1 691.5 471 241.7 92.3 667 444.7 222.3 89.5
Rendimiento efectivo [%] 37 34.7 26.6 15.5 38 35.2 25.4 14.7 32.7 29.6 24.7 13.7 31.2 27.1 20.6 11.5
Relacin masa de aire seco y combustible
49.8 73.6 119.3 152.2 48.8 72.8 96.9 110.2 34.1 45.2 63.1 122.3 46.1 53.4 74.3 80.7
Temperatura de escape [K] 547.9 508.4 475.2 445.3 463.6 431.2 411.7 418.3 538.5 547.7 521.6 494 618 550 507 488
Calor disipado gases de escape [kW]
21.8 19.0 16.4 12.0 21.0 17.9 12.9 11.6 38.1 39.3 29.8 34.4 87.7 60.1 44.9 31.7
calor disipado agua refrigeracin [kW]
34.12 28.73 22.94 20.33 26.93 24.91 21.43 20.85 39.57 40.95 39.20 45.46 48.48 42.23 36.49 35.45
8
4.3. Ejemplo de clculo
Para el ejemplo de clculo tomaremos la primera columna de datos de la Tabla 3.1 que corresponde
a la velocidad de 800 rpm a plena carga.
Flujo msico de los gases de escape
Hallamos la densidad de los gases con la ecuacin de gas de estado ideal asumindolo como gas ideal
(aire), as:
gases =Patm
R Tgases=
101,325 kPa
0,287 kJ/kg. K (273 + 210)K= 0,731 kg/m3
El caudal de los gases de escape lo hallamos con el delta de presin medido en el tubo de Pitot, as:
Vgases = (d2
4)
ppitot
=
(0,123 m)2
4
26 Pa
0,731 kg/m3
3600 s
1 h= 360,8 m3/h
El flujo msico resulta:
mgases = gases Vgases = 0,731kg
m3 360,8
3
= 263,7 kg/h
Flujo msico de combustible
Se tena un volumen fijo de 50 ml de combustible para el cual se tom el tiempo de consumo con un
cronmetro, as:
Vcomb =Vcombtcomb
=50 ml
19,8 s
1 m3
106 ml
3600 s
1 h= 0,009 m3/h
Para la densidad del combustible se tom la correspondiente al disel = 832 kg/m3 y su PCI = 43,1
MJ/kg, as:
mcomb = comb Vcomb = 832 kg
m3 0,009
m3
h= 7,56 kg/h
Flujo msico de aire hmedo o atmosfrico
Por continuidad la masa que ingresa es igual a la que sale del motor, por lo cual la masa de aire y
combustible debe salir en forma de gases de combustin, as:
maire hmedo = mgases mcomb = 263,7 7,56 = 256,2 kg/h
Flujo msico de aire de referencia
maire,ref = ref,gases VT N i = 1,18kg
m3 0,0067 m3 800
rev
min
0,5 ciclos
rev
60 min
1 h= 190,5 kg/h
Flujo msico de aire seco
La presin de saturacin del vapor (Pg) a la temperatura ambiente a partir de las tablas del curso de
Fluidos, as:
Pg = 3170 Pa
9
La presin parcial del vapor (Pv) la hallamos con la humedad relativa () y la presin de saturacin
(Pg), as:
Pv = Pg = 0,56 3170 Pa = 1775 Pa
Hallamos la humedad especfica (w) con la presin atmosfrica y la presin parcial de vapor (Pv), as:
w = 0,622 Pv
P Pv= 0,622
1775
101325 1775= 0,0111 kgvapor/kgaire seco
Hallamos el flujo msico de vapor (mvapor ) con la humedad especfica (w) y el flujo msico de aire
hmedo (maire hmedo), as
w =mvapor
maire seco=
mvapor
maire hmedo mvapor
mvapor =maire hmedo
(1 +1w)
= 256,2 kg/h
(1 +1
0,0111)= 2,81 kgvapor/h
El flujo msico de aire seco es la diferencia entre el aire hmedo y el vapor, as:
maire seco = maire hmedo mvapor = 256,2 2,81 = 253,4 kgaire seco/h
Adicionalmente hallamos la presin de aire seco que usaremos ms adelante, as:
Paire seco = Paire hmedo Pvapor = 101325 1775 = 99550 Pa
Flujo msico de agua de refrigeracin
magua = agua Qagua = 988kg
m3 3,1
m3
h= 3063 kg/h
Potencia efectiva
Pe = Te = 416 Nm 800 rad
30 s= 34,85 kW
Potencia efectiva corregida
Hallamos el consumo de combustible en mg/l inyeccin de acuerdo a la norma NTP 383.066 para un
motor de 4 tiempos, as:
q = 33333,33 cc
VT = 33333,33
7,56kgh
6,1 l 800 rpm= 47 mg/l inyeccin
Hallamos la relacin de compresin que es el coeficiente entre las presiones absolutas a la salida
(mltiple de admisin) y a la entrada del compresor (presin atmosfrica), as:
r =Psalida compresor
Pentrada compresor=
2 psi 100 kPa14,5 psi + 101,325 kPa
101,325 kPa= 1,14
Hallamos el consumo de combustible corregido con la relacin de compresin, as:
qc =q
r=
47
1,14= 41 mg/l inyeccin
10
Debido a que el consumo de combustible corregido es mayor a 40 mg/l inyeccin, el factor del motor
(Fm) se halla as:
Fm = 0,036qc 1,14 = 0,036 41 1,14 = 0,349
Hallamos el factor atmosfrico (fa) segn la norma NTP 383.066 para motores turboalimentados, as:
fa = (99000
Paire seco)
0,7
(tadmisin aire + 273
298)
1,5
= (99000
99550)
0,7
(25 + 273
298)
1,5
= 0,996
Hallamos el factor de correccin (K) segn la norma NTP 383.066, as:
K = fafm = 0,9960,349 = 0,999
Por lo tanto, la potencia efectiva corregida es:
Pecorregida = K Pe = 0,999 34,85 kW = 34,8 kW
Consumo especfico de combustible
cec =mcomb
Pe=
7,56 kg/h
13,27 kW= 217,1 g/kW. h
Presin media efectiva
pme =Pecorregida
VT N i=
34,8 kW
0,04 m3 800revmin
1 min60
0,5 ciclorev
= 779,2 kPa
Eficiencia efectiva
e =Pecorregida
mcomb PCI=
34,8 kW
7,56kgh
1 h3600 s 43100
kJkg
= 26 %
Eficiencia volumtrica
v =maire hmedo
maire referencia=
256,2
190,5 100% = 134,5%
Relacin aire combustible
raire/comb =maire seco
mcomb=
253,4 kg/h
7,56 kg/h= 33,5 kgaire seco/kgcomb
Calor disipado por los gases de combustin
Qgases = mcomb Cp (Tgases Tamb) = 7,56kg
h
1 h
3600 s 1,0243
kJ
kg. K (210 25)K
= 13,88 kW
Calor disipado por el agua de refrigeracin
Qagua = magua Cp.agua (T2 T1) = 3062,8kg
h
1 h
3600 s 4,185
kJ
kg. K (55,23 47,7)K
= 26,81 kW
11
5. GRFICOS Y ANLISIS DE LOS RESULTADOS
5.1. Ensayo a plena carga
Torque efectivo, Potencia efectiva corregida y consumo especfico de combustible
Figura 5. 1. Torque efectivo, potencia efectiva corregida y consumo especfico de combustible vs. Rgimen de giro
Torque efectivo min, max: 416 y 474 N.m con tendencia creciente hasta un punto mximo luego
decreciente porque la velocidad aumenta e influye ms en la curva de torque.
Potencia efectiva corregida min, max: 34,8 y 99,7 kW con tendencia creciente. El efecto de la humedad
en el ambiente influy en el valor de la potencia pues en este caso (800 rpm) el factor de correccin
disminuy la potencia efectiva calculada. En los dems casos la potencia efectiva corregida aument.
Consumo especfico de combustible min, max: 217,1 y 256,7 g/kW.h con tendencia creciente lo cual
no es correcto pues esta grfica debera tener un valor mnimo intermedio.
0
20
40
60
80
100
120
200
250
300
350
400
450
500
550
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Po
ten
cia
efec
tiva
co
rreg
ida
[kW
]
Torq
ue
efec
tivo
[N
.m]
Rgimen de giro [rpm]Co
nsu
mo
de
com
bu
stib
le [
g/kW
.h]
12
Potencia efectiva
Figura 5. 2. Potencia efectiva vs. Rgimen de giro
Potencia efectiva min, max: 34,9 y 99,2 kW con tendencia creciente. El factor de correccin calculado
disminuye el valor de la potencia efectiva hallada en el ensayo.
Presin media efectiva
Figura 5. 3. Presin media efectiva vs. Rgimen de giro
Presin media efectiva min, max: 779,2 y 914,2 kPa con tendencia creciente hasta un valor mximo
luego decreciente. Los valores experimentales corresponden a motores de 4 tiempos.
0
20
40
60
80
100
120
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Po
ten
cia
efec
tiva
[kW
]
Rgimen de giro [rpm]
760
780
800
820
840
860
880
900
920
940
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Pre
si
n m
edia
efe
ctiv
a [k
Pa]
Rgimen de giro [rpm]
13
Rendimiento volumtrico
Figura 5. 4. Rendimiento volumtrico vs. Rgimen de giro
Rendimiento volumtrico min, max: 128,13 y 221,2 % con tendencia creciente lo que indica que los
motores turboalimentados aspiran ms aire del que entrara en el cilindro a condiciones normales.
Rendimiento efectivo
Figura 5. 5. Rendimiento efectivo vs. Rgimen de giro
Rendimiento efectivo min, max: 33,4 y 38,5 % con tendencia decreciente.
0
50
100
150
200
250
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Ren
dim
ien
to v
olu
mt
rico
[%
]
Rgimen de giro [rpm]
32
33
34
35
36
37
38
39
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Ren
dim
ien
to e
fect
ivo
[%
]
Rgimen de giro [rpm]
14
Relacin de compresin en el compresor
Figura 5. 6. Relacin de compresin vs. Rgimen de giro
Relacin de compresin en el compresor min, max: 1,14 y 1,81 con tendencia creciente.
Relacin msica de aire seco y combustible
Figura 5. 7. Relacin msica de aire seco y combustible vs. Rgimen de giro
Relacin msica de aire seco y combustible min, max: 28,5 y 43 con tendencia decreciente luego
creciente lo que indica que hubo una mala toma pues el grfico debera ser creciente. La humedad en
el ambiente afecta el clculo de la masa de aire seco pues a mayor humedad habr menos masa de
aire seco disponible lo cual afectar la potencia del motor.
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Rel
aci
n d
e co
mp
resi
n
[-]
Rgimen de giro [rpm]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Rel
aci
n m
sic
a d
e ai
re s
eco
y
com
bu
stib
le [
-]
Rgimen de giro [rpm]
15
Temperatura de escape
Figura 5. 8. Temperatura de escape vs Rgimen de giro
Temperatura de escape min, max: 483 y 659,2 K (210 y 386,2 C) con tendencia creciente.
Flujo de calor a travs de los gases de escape
Figura 5. 9. Calor de los gases de escape vs. Rgimen de giro
Calor de los gases de escape min, max: 13,9 y 108,7 kW con tendencia creciente.
0
100
200
300
400
500
600
700
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Tem
per
atu
ra [
K]
Rgimen de giro [rpm]
0
20
40
60
80
100
120
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Cal
or
de
los
gase
s d
e e
scap
e [
kW]
Rgimen de giro [rpm]
16
Flujo de calor a travs del agua de refrigeracin
Figura 5. 10. Calor del agua de refrigeracin vs. Rgimen de giro
Calor del agua de refrigeracin min, max: 26,8 y 58,6 kW con tendencia creciente.
5.2. Ensayo a carga parcial
Los grficos de cargas parciales siguen la misma tendencia que los grficos a plena carga.
Torque efectivo
Figura 5. 11. Torque efectivo vs. Potencia efectiva (800 rpm)
0
10
20
30
40
50
60
70
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Cal
or
del
agu
a d
e re
frig
erac
in
[kW
]
Rgimen de giro [rpm]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Torq
ue
efec
tivo
[N
.m]
Potencia efectiva [kW]
17
Figura 5. 12. Torque efectivo vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
Figura 5. 13. Torque efectivo vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
Figura 5. 14. Torque efectivo vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 10 20 30 40 50 60
Torq
ue
efec
tivo
[N
.m]
Potencia efectiva [kW]
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80 100
Torq
ue
efec
tivo
[N
.m]
Potencia efectiva [kW]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 20 40 60 80 100 120
Torq
ue
efec
tivo
[N
.m]
Potencia efectiva [kW]
18
Consumo especfico de combustible
Figura 5. 15. Consumo especfico de combustible vs. Potencia efectiva (800 rpm)
Figura 5. 16. Consumo especfico de combustible vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
Figura 5. 17. Consumo especfico de combustible vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Co
nsu
mo
esp
ecf
ico
de
com
bu
stib
le
[g/k
W.h
]
Potencia efectiva [kW]
0
100
200
300
400
500
600
0 10 20 30 40 50 60
Co
nsu
mo
esp
ecf
ico
de
com
bu
stib
le
[g/k
W.h
]
Potencia efectiva [kW]
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Co
nsu
mo
esp
ecf
ico
de
com
bu
stib
le
[g/k
W.h
]
Potencia efectiva [kW]
19
Figura 5. 18. Consumo especfico de combustible vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
Presin media efectiva
Figura 5. 19. Presin media efectiva vs. Potencia efectiva (800 rpm)
Figura 5. 20. Presin media efectiva vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 20 40 60 80 100 120
Co
nsu
mo
esp
ecf
ico
de
com
bu
stib
le
[g/k
W.h
]
Potencia efectiva [kW]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Pre
si
n m
edia
efe
ctiv
a [k
Pa]
Potencia efectiva [kW]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10 20 30 40 50 60
Pre
si
n m
edia
efe
ctiv
a [k
Pa]
Potencia efectiva [kW]
20
Figura 5. 21. Presin media efectiva vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
Figura 5. 22. Presin media efectiva vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
Rendimiento volumtrico
Figura 5. 23. Rendimiento volumtrico vs. Potencia efectiva (800 rpm)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Pre
si
n m
edia
efe
ctiv
a [k
Pa]
Potencia efectiva [kW]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 20 40 60 80 100 120
Pre
si
n m
edia
efe
ctiv
a [k
Pa]
Potencia efectiva [kW]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Ren
dim
ien
to v
olu
mt
rico
[%
]
Potencia efectiva [kW]
21
Figura 5. 24. Rendimiento volumtrico vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
Figura 5. 25. Rendimiento volumtrico vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
Figura 5. 26. Rendimiento volumtrico vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60
Ren
dim
ien
to v
olu
mt
rico
[%
]
Potencia efectiva [kW]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Ren
dim
ien
to v
olu
mt
rico
[%
]
Potencia efectiva [kW]
0
50
100
150
200
250
0 20 40 60 80 100 120
Ren
dim
ien
to v
olu
mt
rico
[%
]
Potencia efectiva [kW]
22
Rendimiento efectivo
Figura 5. 27. Rendimiento efectivo vs. Potencia efectiva (800 rpm)
Figura 5. 28. Rendimiento efectivo vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
Figura 5. 29. Rendimiento efectivo vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Ren
dim
ien
to e
fect
ivo
[%
]
Potencia efectiva [kW]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40 50 60
Ren
dim
ien
to e
fect
ivo
[%
]
Potencia efectiva [kW]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Ren
dim
ien
to e
fect
ivo
[%
]
Potencia efectiva [kW]
23
Figura 5. 30. Rendimiento efectivo vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
Relacin de compresin en el compresor
Figura 5. 31. Relacin de compresin vs. Potencia efectiva (800 rpm)
Figura 5. 32. Relacin de compresin vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
0
5
10
15
20
25
30
35
0 20 40 60 80 100 120
Ren
dim
ien
to e
fect
ivo
[%
]
Potencia efectiva [kW]
1.02
1.04
1.06
1.08
1.1
1.12
1.14
1.16
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Rel
aci
n d
e co
mp
resi
n
[-]
Potencia efectiva [kW]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 10 20 30 40 50 60
Rel
aci
n d
e co
mp
resi
n
[-]
Potencia efectiva [kW]
24
Figura 5. 33. Relacin de compresin vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
Figura 5. 34. Relacin de compresin vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
Relacin msica de aire seco y combustible
Figura 5. 35. Relacin msica de aire seco y combustible vs. Potencia efectiva (800 rpm)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Rel
aci
n d
e co
mp
resi
n
[-]
Potencia efectiva [kW]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 20 40 60 80 100 120
Rel
aci
n d
e co
mp
resi
n
[-]
Potencia efectiva [kW]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Rel
aci
n m
sic
a d
e ai
re s
eco
y
com
bu
stib
le [
-]
Potencia efectiva [kW]
25
Figura 5. 36. Relacin msica de aire seco y combustible vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
Figura 5. 37. Relacin msica de aire seco y combustible vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
Figura 5. 38. Relacin msica de aire seco y combustible vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60
Rel
aci
n m
sic
a d
e ai
re s
eco
y
com
bu
stib
le [
-]
Potencia efectiva [kW]
0
20
40
60
80
100
120
140
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Rel
aci
n m
sic
a d
e ai
re s
eco
y
com
bu
stib
le [
-]
Potencia efectiva [kW]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100 120
Rel
aci
n m
sic
a d
e ai
re s
eco
y
com
bu
stib
le [
-]
Potencia efectiva [kW]
26
Temperatura de escape
Figura 5. 39. Temperatura de escape vs. Potencia efectiva (800 rpm)
Figura 5. 40. Temperatura de escape vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
Figura 5. 41. Temperatura de escape vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tem
per
atu
ra [
K]
Potencia efectiva [kW]
0
100
200
300
400
500
600
0 10 20 30 40 50 60
Tem
per
atu
ra [
K]
Potencia efectiva [kW]
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Tem
per
atu
ra [
K]
Potencia efectiva [kW]
27
Figura 5. 42. Temperatura de escape vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
Flujo de calor a travs de los gases de escape
Figura 5. 43. Calor de los gases de escape vs. Potencia efectiva (800 rpm)
Figura 5. 44. Calor de los gases de escape vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
0
100
200
300
400
500
600
700
0 20 40 60 80 100 120
Tem
per
atu
ra [
K]
Potencia efectiva [kW]
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Cal
or
de
los
gase
s d
e es
cap
e [k
W]
Potencia efectiva [kW]
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60
Cal
or
de
los
gase
s d
e e
scap
e [
kW]
Potencia efectiva [kW]
28
Figura 5. 45. Calor de los gases de escape vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
Figura 5. 46. Calor de los gases de escape vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
Flujo de calor a travs del agua de refrigeracin
Figura 5. 47. Calor del agua de refrigeracin vs. Potencia efectiva (800 rpm)
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Cal
or
de
los
gase
s d
e es
cap
e [k
W]
Potencia efectiva [kW]
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120
Cal
or
de
los
gase
s d
e es
cap
e [k
W]
Potencia efectiva [kW]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Cal
or
del
agu
a d
e re
frig
erac
in
[kW
]
Potencia efectiva [kW]
29
Figura 5. 48. Calor del agua de refrigeracin vs. Potencia efectiva (1200 rpm)
Figura 5. 49. Calor del agua de refrigeracin vs. Potencia efectiva (1600 rpm)
Figura 5. 50. Calor del agua de refrigeracin vs. Potencia efectiva (2000 rpm)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10 20 30 40 50 60
Cal
or
del
agu
a d
e re
frig
erac
in
[kW
]
Potencia efectiva [kW]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Cal
or
del
agu
a d
e re
frig
erac
in
[kW
]
Potencia efectiva [kW]
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80 100 120
Cal
or
del
agu
a d
e re
frig
erac
in
[kW
]
Potencia efectiva [kW]
30
6. EVALUACIN EXTRA
El biodiesel es un combustible que se obtiene por la trans-esterificacin de triglicridos aceites. El
producto obtenido es similar al gasleo obtenido del petrleo y puede usarse en motores de
encendido por compresin, aunque algunos motores requieren modificaciones.
El biodiesel no contiene prcticamente nada de azufre, evitando las emisiones de xidos de azufre,
SOx. Por otro lado, los combustibles bajos en azufre pierden el poder de lubricacin, incrementando
el ruido y desgaste de los motores. Las compaas petroleras deben por este motivo agregar aditivos
qumicos y sintticos para paliar esa anomala.
El dixido de carbono CO2 que emite a la atmsfera el biodiesel durante la combustin es neutro, ya
que es el mismo que se utiliz para extraer el aceite durante su etapa de produccin. Con lo cual, la
combustin de biodiesel no contribuye al efecto invernadero.
Uso de biodiesel mejora la combustin, reduciendo claramente las emisiones de holln. Dado que la
molcula de biodiesel aporta, por unidad de volumen, ms tomos de oxgeno que lo que aporta el
mismo volumen de disel convencional, la presencia de inquemados es menor utilizando biodiesel
dado que hay menos molculas de carbono elemental (holln) y menos de monxido de carbono (CO).
A pesar de las numerosas ventajas del biodiesel, tambin presenta algunos problemas. Uno de ellos
es derivado de su mayor capacidad solvente que el disel, por lo cual los residuos existentes son
disueltos y enviados por la lnea de combustible, pudiendo obstruir los filtros u otros componentes.
Otro aspecto es su ligero menor poder calorfico (por unidad de volumen), aproximadamente un 5%
menos, aunque esto, en la prctica, no es tan notorio. Otro problema del biodiesel se refiere a su
almacenamiento, ya que es un producto higroscpico y degradadle.
7. BIBLIOGRAFA
http://www.biodieselspain.com/que-es-el-biodiesel/ .Fecha de consulta: 07-05-2014
http://www.uv.mx/personal/avidal/files/2013/06/Motor-Diesel.pdf. Fecha de consulta: 07-05-2014
http://ingenieria.uao.edu.co/hombreymaquina/revistas/40%202012-
3/art%2011%20Evaluacion%20del%20uso%20de%20biodiesel.pdf. Fecha de consulta: 07-05-2014