[LAB05]Motor ECH Daihatsu

8/14/2019 [LAB05]Motor ECH Daihatsu

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Alumnos:

Altamirano Crdova, Luis Alberto 20084520E

Enciso Bellido, Hiroshi Adrin A. 20090109A

Espinoza Velsquez, Marco Antonio 20051055A Tello del Pino, Eduardo Jos 20070198I

UNI UNIVERSIDADNACIONALDE INGENIERAFacultad de Ingeniera

2012BANCO DE PRUEBAS EN EL MOTOR

GASOLINERO DAIHATSU

Ing. Pinedo Saavedra, Guido Alfredo.

Informe N 05 de Laboratorio deMotores de Combustin Interna.

Laboratorio De

Motores deCombustinInterna


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INDICE

1. Introduccin1.1. Objetivos1.2. Fundamento Terico

1.3. Instrumentacin Y Equipos Utilizados.

2.Procedimiento2.1. Experimental

2.2. Calculo Analtico3.Resultados Y Discusin4.Conclusiones5.Observaciones

6.Recomendaciones

7.Bibliografa


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IntroduccinGuiados por el Ing. Guido Pinedo quien nos ilustro: que en el funcionamiento de un motor

de combustin interna se conjugan una serie de parmetros efectivos e indicados, que en

conjunto van a caracterizar al motor, uno de estos parmetros es la potencia de perdidas

mecnicas que tiene un motor durante su funcionamiento, a partir de este parmetro se

pueden empezar a calcular algunos de estos parmetros. Para predecir el comportamiento

de un motor bajo un determinado rgimen (de carga o de velocidad es necesario), es

necesario conocer como varan los parmetros (que estn interrelacionados entre s) del

motor que se est analizando, por ello en presente laboratorio se mostrara un mtodo

sistemtico y sencillo para bosquejar estos grficos caractersticos de un motor. El equipo

utilizado para el ensayo fue un freno elctrico, un motor Daihatsu CB 22 de 3 cilindros y

finalmente un banco de control FORD.


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Objetivos Realizar el estudio experimental del comportamiento de los motores de encendido

por chispa en funcin de la velocidad y la carga.

Identificacin de la instalacin e instrumentacin de un banco de pruebas para unmotor de encendido por chispa.

Conocer la metodologa experimental para la obtencin de las caractersticas develocidad y carga en los motores (Daihatsu).

Obtener la dependencia de estos parmetros (coeficiente de exceso de

aire, eficiencia volumtrica) en funcin de la velocidad del motor y del

ngulo de apertura de la mariposa.


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Fundamento Terico.PARAMETROS DEL PROCESO DE ADMISIN

La cantidad de carga fresca que ingresa en el proceso de admisin, es decir, el llenado del

cilindro, depende de los siguientes factores:

1) De la resistencia hidrulica en el sistema de admisin, que hace disminuir la presin de

la carga suministrada en la magnitud p;

2) De la existencia de cierta cantidad Mr de productos quemados (gases residuales) en elcilindro, que ocupan parte de su volumen;

3) Del calentamiento de la carga por las superficies de las paredes del sistema deadmisin y del espacio interior del cilindro en la magnitud T, como consecuencia de lacual disminuye la densidad de la carga introducida.

COEFICIENTE DE LLENADO

El grado de perfeccin del proceso de admisin se acostumbra evaluar por el coeficiente dellenado o rendimiento volumtrico nvque es la razn entre la cantidad de carga fresca quese encuentra en el cilindro al inicio de la compresin real, es decir, al instante en que secierran los rganos del intercambio de gases, y aquella cantidad de carga fresca que podrallenar la cilindrada (volumen de trabajo del cilindro) en las condiciones de admisin.

Los clculos muestran que para los motores con formacin externa de la mezcla, quefuncionan con combustible lquido, la diferencia entre los coeficientes de llenado,calculando considerando la condicin de la carga fresca puede ser el aire o la mezcla aire combustible, es insignificante.

Por eso en lo sucesivo, para estos motores as como para los de tipo Diesel, vamos adeterminar la nv la cantidad de aire admitida al cilindro. Segn la definicin:

nv = Gar / (Vh*k) = Vk / Vh

donde Gar es la cantidad msica real de carga fresca que se encuentra en el cilindro alinicio de la compresin, en Kg; Vk, el volumen ocupado por la carga fresca y reducido a lascondiciones de admisin (Pk y Tk), en m3.

En los motores de cuatro tiempos con barrido del cilindro en el periodo de traslapo de lasvlvulas y en los motores de dos tiempos parte de la carga fresca suministrada se pierde enel barrido y no participa en los procesos de compresin y combustin.


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COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE

En el motor de automvil la cantidad de aire realmente consumida puede ser, en funcin deltipo de formacin de la mezcla, de las condiciones de encendido y combustin, as comodel rgimen de funcionamiento, mayor, igual o menor que la necesaria tericamente para lacombustin completa.

La relacin entre la cantidad real de aire que ingresa al cilindro del motor (l, en Kg o L, enKmol) y la cantidad de aire tericamente necesaria para la combustin de 1 Kg de

carburante, se denomina coeficiente de exceso de aire y se designa con la letra :

= l / lo o = L/Lo

Siendo la mezcla estequiometrica L = Lo (l = lo) el coeficiente de exceso de aire = 1; si

< 1 (insuficiencia de oxgeno), la mezcla se denomina rica; cuando > 1 (exceso de

oxigeno), la mezcla se denomina pobre.

En los motores de gasolina con encendido de la mezcla homognea por chispa y conregulacin combinada, cuando la mariposa de gases est completamente abierta, la mayoreconomicidad y el transcurso suficientemente estable del proceso de combustin se logra

siendo = 1.11.3.

La mxima potencia de estos motores se obtiene enriqueciendo ligeramente la mezcla (=0.85 0.9). Para alcanzar un trabajo estable del motor a bajas cargas y en vaco se

necesita un mayor enriquecimiento de la mezcla. En caso de < 1, debido a la insuficienciade oxgeno, el combustible no se quema totalmente, como consecuencia de lo cual durantela combustin el desprendimiento de calor es incompleto y en los gases de escapeaparecen los productos de la oxidacin incompleta (CO, H, CH4y otros)

Figura 1: Grafica de la variacindel coeficiente de llenado enfuncin de la carga para un motor

ECH (a) y para un motor EC (b)


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Sobre el coeficiente de llenado (v), cuando el motor funciona cambiando la frecuencia de

rotacin, segn la caracterstica externa de velocidad, influyen la resistencia hidrulica en elsistema de admisin, el calentamiento de la carga fresca y la presencia de gasesresiduales.

Figura 2: Grafica de la variacin de laeficiencia volumtrica en funcin de lavelocidad para un motor ECH (a) ypara un motor EC (b)

Las diferencias en el proceso de formacin de la mezcla entre estos 2 tipos de motorestambin son notorias y estn estrechamente relacionadas con el mtodo de encendido. Enlos motores de carburador, una mezcla aire-combustible, muy homognea en su

composicin ingresa a los cilindros durante la carrera de admisin, y al final de la carrera decompresin, gracias a la accin de una chispa elctrica, proveniente de una buja, seproduce el encendido de la mezcla. Esto se produce siempre y cuando el coeficiente deexceso de aire este entre los lmites de inflamabilidad de las mezclas aire-gasolina,

aproximadamente esto ocurre si se encuentra en el rango 0.61.2; en caso contrario la

mezcla simplemente no arde.

RELACIN AIRE/COMBUSTIBLE

Es el nmero que expresa la cantidad, en masa o en volumen, de aire aspirado por unmotor de combustin para una cantidad unitaria de combustible. Dicha relacin es funcindel combustible, del tipo de motor, de su regulacin y de la carburacin.

El valor ideal o terico de tal relacin es el correspondiente a la relacin estequiomtrica.Cuando se trata de gasolina comercial, dicha relacin esta comprendida entre 14,7 y 15,1(es decir, unos 15 Kg. de aire por cada kilogramo de gasolina). Pero esto ocurre encondiciones terica o ideales, que no considera la mayor o menor rapidez con que sedesarrolla efectivamente la combustin.

Con una relacin aire / combustible ms baja que la estequiometrica (inferior a 14,7 para lagasolina) no todo el combustible podr quemarse y una parte quedar sin quemar oparcialmente quemado, con formacin de CO y HC. Hay que recordar que la combustin


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nunca es completa, independiente de la relacin aire combustible, puesto que la reaccinnunca se desarrolla en condiciones ideales.

Por lo general, en un motor automovilstico de encendido por chispa, la variacin de larelacin aire / combustible se produce slo entre las mezclas ricas.

Los valores de la relacin estequiometrica aire / combustible depende de la composicinqumica del carburante y, esencialmente, de la proporcin de las cantidades, en peso, decarbono e hidrgeno contenidas en cada molcula de combustible.

Variacin del coeficientev

en funcin de la velocidad mxima de la carga

Variacin del coeficientev

en funcin de la temperatura T ; 1-motor Diesel; 2-motor de

carburador

Variacin de la presin Pa, los coeficientes r y v en funcin de la carga del motor de

carburador


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Figura 3:Caracterstica del proceso de intercambio de gases en un motor de carburador de

cuatro tiempos: a) sistema de admisin y diagrama de presiones a lo largo de ste; b)diagrama indicado y fases de la distribucin de los gases; c) sistema de escape consilenciador de ruido; d) curvas de las alzadas de las vlvulas y de la presin en el cilindro

en funcin del ngulo ; las lneas llenas corresponden a la mariposa de gases

completamente abierta, las lneas discontinuas cuando est entreabierta.


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Instrumentacin Y Equipos

Utilizados

1

Tablero de

Control

2 Freno

dinamomtrico

(Elctrico,de

corriente

continua)


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10

3Medidores de

presin y

temperatura del

aceite lubricante

4 Motor Gasolinero


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11

5 Medidor de flujode Combustible

6 Freno

7 Manmetro

inclinado.


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12

8Tanque de

Combustible

9 Cronmetro

10 Orejeras


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13

11 Tanquecontenedor de

aire

12 Medidor digitalde presin y

temperatura

ambiental


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Procedimiento.ENSAYO DE VELOCIDAD

1 Se prende el motor, a fin

de que se vaya

calentando.

2 Para el ensayo de

velocidad, se

mantiene constante

la apertura de la

vlvula de mariposa y

se varan las RPM del

motor con ayuda del

freno dinamomtrico

entre los siguientes

valores: 2600, 2400,

2200, 2000, 1800,

1600 y 1500.

3 Para cada uno de esos

valores de RPM, se

deber apuntar los

siguientes valores:

4 La fuerza que le ejerce el

freno (N), para conocer el


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15

torque y por consiguiente

la potencia de frenado.

5 El volumen de

combustible (cc) gastado

y el tiempo, con ayuda de

un cronmetro a fin de

calcular el flujo del

mismo.

6 La cada de presin en el

manmetro inclinado

(cm).


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9 La presin y temperatura

atmosfrica (C)


del aceite lubricante (F)

11 La temperatura del

agua en la entrada

y la salida


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ENSAYO DE CARGA

1 Para el ensayo de carga,

se vara la apertura de la

vlvula de mariposa

entre60, 50, 40, 30, 20, y

10%, pero se mantiene

constante las RPM del

motor con ayuda del

freno dinamomtrico.

2 Para cada uno de esos valores

de apertura de la vlvula de

mariposa, se debern apuntar

los siguientes datos:

3 La fuerza que le ejerce el freno

(N), para conocer el torque y

por consiguiente la potencia

de frenado.

4 El volumen de combustible

(cc) gastado y el tiempo, con

ayuda de un cronmetro a fin

de calcular el flujo del mismo.


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5 La cada de presin en el

manmetro inclinado (cm).


atmosfrica (C)

7 La presin y temperatura del

aceite lubricante (F)

8 La temperatura del agua a

La entrada y la salida


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Clculos Analticos.DATOS TCNICOS DEL BANCO DE PRUEBAS:

Freno:

Marca : BKB

Velocidad : 1250/3000 RPM

Corriente : 5082 A

Potencia : 1118 KW

Longitud del brazo : 32.02 cm

Dinammetro:

Marca : SALTER N60-M-MK-II

Capacidad : 60 lb(267.22N)

Aproximacin : 1/10lb

Motor:

Marca : Ford ingls

Potencia mxima : 39 HP a 5000 RPM

Potencia mxima que absorbe el freno : 30 HP a 3000 RPM

Par motor mximo : 52.5 lb-pie a 2700 RPM

Relacin de compresin : 8.9

Dimetro del cilindro : 48.41 mm

Carrera del mbolo : 80.95 mm


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PROCEDIMIENTO DE CLCULO:

Consideraciones

Pamb= 750.4 mmHg

Especificaciones del combustible:

Gasolina de 90 octanos ( ltkggasolina /7.0 )

Especificaciones del motor:

D = 76 mm (dimetro del cilindro)

L = 73 mm (carrera del cilindro)

i = 3 cilindros

L = 32 cm (brazo del dinammetro)

Cd : Coeficiente de descarga = 0.96

: Angulo de inclinacin del brazo del manmetro (15)

:1

d Dimetro mayor del orificio del tanque de almacenamiento del aire

cmd 21

:2

d Dimetro menor del orificio del tanque de almacenamiento del aire

cmd 52.12

Determinacin del Coeficiente de Llenado o Eficiencia Volumtrica (nv)

nv : Coeficiente de Llenado

Gar: Cantidad de aire Real

Gat: Cantidad de aire Terico

nv = Gar / Gat


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N = revoluciones por minuto del cigeal (RPM)

VH = cilindrada total del motor. (m3)

aire = densidad del aire corregida (kg/m3)

A = rea de la seccin del conducto de admisin (m2)

Aclaracin:

Para los 4 ultimos datos en regimen carga (hc) se vario el rea del conducto de admisin.

En este caso se habilit otro agujero de 1.5 cm de dimetro.

S = Longitud del lquido en el brazo del manmetro (m)aire = densidad del aire corregida (kg/m

3)

agua = densidad del agua (kg/m3)

agua = 1000 Kg/m3

Cd = 0.96 , (coeficiente de descarga)

= 15

Correccin de la densidad del aire:

P : Presin del Banco de Pruebas (mmHg)

T : Temperatura del Banco de Pruebas (C)

Como la temperatura ambiental en el banco de pruebas es variable, entonces hay una

variacin pequea en la densidad del aire.

3422 109348.93073.0)076.0(4

34

mLDiVhVH

2422

1

101416.3)02.0(4

)(4

mdA

24222

2

2

1 109087.4)015.0(4

)02.0(4

)(4

)(4

mddA

Gat = 30 * N * aire* VH (Kg/h)

aireOHsensgCdAGar 223600

T

Paire

273

273

7600


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Determinacin del Coeficiente de Exceso de Aire ( )

: Relacin estequiometrica de la mezcla

lo = 14.9 Kg de aire/Kg de combustible

Gc : Consumo de combustible (Kg/h)

V : Variacin de volumen del combustible (cm3)

V = 1/16 pinta

1 pinta = 473.18 ml

t : Variacin del tiempo en que se consume 1/16 pinta de combustible (s)

comb : Densidad del combustible (Kg/lt)

comb = 0.700 Kg/lt

Determinacin de la Potencia Efectiva (Ne)

lo

loGc

Gar

combt

VGc

6.3

)(9550

KWnMe

Ne


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Me : Momento Efectivo (N-m)

F : Fuerza aplicada sobre el dinammetro (N)

L : Brazo del freno (0.32 m)

n : RPM

Determinacin del gasto especfico (ge)

Gc: Gasto de combustible (Kg/Kg)

Ne: potencia efectiva,

LFMe

)/( KwhgPot

cGg

e

e


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Resultados Y Discusin.

Ensayo de velocidad:

Ensayo de Carga:

VER EN EXCEL

Conclusiones. De las perdidas mecnicas, las ms importantes son las por rozamiento, y estas

aumentan al aumentar de rotacin del cigeal; esto se puede explicar, ya que las

fricciones en los diversos mecanismos aumenta debido a altas velocidades

desarrolladas en forma proporcional a la velocidad que desarrolla el pistn. Tambin

el rgimen trmico influye mucho en este tipo de prdidas, debido a que con la

variacin de temperatura varia la viscosidad de los aceites de lubricacin.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/datos%20labo%20de%20motores%20daihatsu.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/datos%20labo%20de%20motores%20daihatsu.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/datos%20labo%20de%20motores%20daihatsu.xlsx


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Cuando el motor E.CH. trabaja a RPM variable, podemos observar de los grficos

Potencia especfica (Ne) vs velocidad de rotacin del cigeal, que al aumentar las

RPM (n), la potencia tambin aumenta pero hasta un punto ptimo de Nemax, luego

del cual la potencia disminuye con el incremento de las RPM. Esta disminucin se

debe a la falta de combustible para mantener una elevada potencia.

En la curva momento efectivo (Me) vs velocidad de rotacin del cigeal (RPM), se

nota la disminucin del momento con el aumento de la velocidad, pero en un primer

instante se observ que el momento se incrementa hasta un punto de Memax.

En el grfico de prdidas mecnicas se observa que stas aumentan a mayor RPM.

La resistencia que ofrecen los lubricantes al movimiento de las piezas es

proporcional a la velocidad de stas.

Existen factores que influyen sobre la magnitud de la prdidas mecnicas tales

como: el rgimen trmico del motor (temperatura de salida del agua de

refrigeracin), vaco en el mltiple de admisin, contrapresin en el tubo de escape.

A menores velocidades la eficiencia efectiva del ciclo de trabajo en la cmara de

combustin aumenta, el calor desprendido del combustible se esta aprovechando enuna mayor y mejor proporcin.

Observaciones. Los datos obtenidos en la experiencia y el procedimiento de clculo se encuentra

resumido en la hoja Excel adjunta.

Recomendaciones.


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Para disminuir las perdidas mecnicas por rozamiento se deben utilizar aceites

lubricantes multigrados; los cuales son recomendables para cualquier temperatura,

ya que su viscosidad no cambia con el aumento o disminucin de sta.

En la salida de refrigerante, tenemos un termmetro que registra, la temperatura desalida del refrigerante; lo ms recomendable es poner en dicha posicin un

Termostato Digital, para obtener datos con mayores aproximaciones y de esta forma

mejorar los clculos obtenidos.

Bibliografa. Manual del Automvil, ARIAS PAZ Editorial Dossat, Madrid 1986.

JOVAJ M.S., Motores de Automvil, Editorial MIR, Mosc 1982.

Lastra Luis, Lira Guillermo, Valderrama Andrs, Experimentacin y Clculo deMotores de Combustin Interna. , Lima 1995.

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