LABORATORIO N°2 MOTORES

ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE FORMACIÓN DE LA MEZCLA Y ADMISIÓN

DE UN MOTOR ECH CON CARBURADOR

Ejecutado por:

Instructor:

DR. LASTRA ESPINOZA, LUIS ANTONIO

LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA - MN 133 E

Informe Nº 2:

ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE FORMACIÓN DE LA MEZCLA Y ADMISIÓN DE

UN MOTOR ECH CON CARBURADOR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

ESPECIALIDAD MECÁNICA ELÉCTRICA

5 de Octubre

2015 - II

ARTEZANO ROJAS, JERSON JOSE 20124036A

ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE FORMACIÓN DE LA MEZCLA Y ADMISIÓN DE UN

MOTOR ECH CON CARBURADOR

2

TABLA DE CONTENIDO

1. Finalidad .............................................................................................................................. 3

2. Objetivo de estudio.............................................................................................................. 3

3. Fundamento Teórico ........................................................................................................... 3

3.1 Proceso de admisión ................................................................................................... 3

3.2 Factores que influyen en el proceso de admisión Válvulas ........................................ 3

3.3 Coeficiente de llenado: (v) ....................................................................................... 4

3.4 Coeficiente de exceso de aire ..................................................................................... 4

4. Equipos e instrumentos ....................................................................................................... 5

5. Cálculos y Resultados ......................................................................................................... 6

5.1 Parámetros a calcular ................................................................................................. 6

5.2 Datos obtenidos en el laboratorio ............................................................................... 7

5.3 Resultados .................................................................................................................. 8

5.4 Graficas ...................................................................................................................... 9

6. Discusiones ....................................................................................................................... 13

6.1 Conclusiones ............................................................................................................ 13

6.2 Observaciones .......................................................................................................... 13

6.3 Recomendaciones ..................................................................................................... 13

Anexo ........................................................................................................................................ 13

Referencia ................................................................................................................................. 14



3

1. Finalidad

Estudiar los parámetros de admisión y de formación de la mezcla de un motor ECH.

Determinar el coeficiente de llenado (nv) y el coeficiente de exceso de aire (α) de un

motor de encendido por chispa, para diferentes cambios de posición de la mariposa a

una velocidad constante.

2. Objetivo de estudio

Motor de E.Ch marca DAIHATSU de 3 cilindros y 4 tiempos.(Ver Anexo A)

3. Fundamento Teórico

3.1 Proceso de admisión

Para realizar el ciclo de trabajo de un motor de combustión interna es preciso expulsar del

cilindro los gases residuales e ingresar en éste la carga fresca del aire o mezcla aire-combustible. Los

procesos de admisión y de escape están vinculados entre sí y en función del número de tiempos del

motor, así como también del procedimiento de admisión. La cantidad suministrada de carga fresca

depende de la calidad con que se limpia el cilindro del motor. Es por eso que el proceso de admisión

se analiza tomando en cuenta el desarrollo del proceso de escape, estudiando todo el proceso de

intercambio gaseoso.

3.2 Factores que influyen en el proceso de admisión Válvulas

Perdidas de presión en el sistema de Admisión: ΔPa = P0 - Pa

Pa : Presión al final del proceso de admisión

Se busca que la ΔPa sea lo mínimo posible para un mejor llenado de carga fresca en el cilindro.

La existencia de resistencias en el sistema de admisión conduce a que la cantidad de carga fresca que

entra al cilindro del motor disminuya, debido al decrecimiento de la densidad de la carga.

Otro factor que influye es el área de paso de la válvula de admisión (AVA), el cual si esta

aumenta entonces hay un mejor llenado. Caso contrario ocurre con las RPM, el cual si aumenta el

ΔPa también aumenta.

Presencia de gases residuales

Son los gases productos de la combustión que no pudieron ser desalojados en el proceso de

escape. La cantidad de gases residuales Mr (en Kmol/ciclo), depende del procedimiento empleado

para limpiar el cilindro.

Aquí interviene el coeficiente de gases residuales:

1

rr

M

M (M1 es la mezcla fresco que ingresa al motor por ciclo)

Es conveniente que Mr disminuya para que el γr disminuya.

Calentamiento de la mezcla fresca: ΔT

La carga fresca durante su movimiento por el sistema de admisión y dentro del cilindro entra

en contacto con las paredes calientes, elevándose su temperatura en ΔT. El grado de calentamiento



4

de la carga depende de la velocidad de su movimiento, de la duración de la admisión, así como de

la diferencia de temperaturas entre las paredes y la carga.

Al aumentar la temperatura de la carga su densidad disminuye, por eso el calentamiento especial

del sistema de admisión en el motor de carburador es conveniente hasta cierto limite correspondiente

al calor necesario para la vaporización del combustible

El aumento de ΔT se debe a la temperatura de las paredes calientes del sistema de admisión

así como su tiempo de contacto. También influye la presencia de los gases residuales calientes.

3.3 Coeficiente de llenado: (v)

El grado de perfección del proceso de admisión se acostumbra evaluar por el coeficiente de

llenado o eficiencia volumétrica v, que es la razón entre la cantidad de carga fresca que se encuentra

en el cilindro al inicio de la compresión real, es decir, al instante en que se cierra la válvula de

admisión, y aquella cantidad de carga fresca que podría llenar el cilindro (volumen de trabajo) en las

condiciones de admisión (condiciones ambientales en los motores de aspiración natural).

Los cálculos muestran que para los motores con formación externa de mezcla, que funcionan

con gasolina, la diferencia entre los coeficientes de llenado, calculados considerando la condición de

que la carga fresca puede ser el aire o la mezcla aire combustible, es insignificante. Por eso en los

motores de carburador (al igual que en los motores Diesel), se va a determinar v por la cantidad de

aire admitida al cilindro (despreciando la cantidad de combustible) según la definición:

0h

arv

V

G

Gar : Cantidad másica real de aire que se encuentra en el cilindro al inicio de la

compresión.

Vh : Volumen de trabajo.

ρ0 : Densidad del aire atmosférico.

3.4 Coeficiente de exceso de aire

Es la relación entre la cantidad real de aire para quemar un kilo de combustible y la cantidad

de aire necesaria teóricamente para quemar la misma cantidad de combustible (cantidad

estequiometria).

0c

ar

lG

G

Donde:

Gar: Cantidad másica real de aire que se encuentra en el cilindro al inicio de la

compresión.

Gc : Cantidad de combustible que se quema

l0 : Relación estequiometria de aire-combustible

La cantidad de aire que participa en el proceso de combustión puede ser mayor o menor que

la cantidad teóricamente necesaria para la combustión completa del combustible, por lo que se dan

los siguientes casos:

Mezcla rica: 1 (insuficiencia de oxígeno)



5

Debido a la insuficiencia de oxígeno, el combustible no se quema totalmente, como

consecuencia de lo cual, durante la combustión, el desprendimiento de calor es incompleto y en los

gases de escape aparecen los productos de la combustión incompleta (CO, H y otros)

Mezcla pobre: 1 (exceso de oxígeno)

Hay más aire de lo que teóricamente se necesita para la combustión completa del combustible.

En los motores Diesel siempre se utilizan mezclas pobres. En motores con encendido por chispa se

utilizan mezclas pobres y ricas.

Para motor ECH : α (0.6 – 1.15)

Para motor Diesel : α (1.4 – 6 ) > 1

4. Equipos e instrumentos

Tabla 1

Datos técnicos del motor.

Motor DAIHATSU

Modelo: CB-20

Cilindrada: 993 cm3

Número de cilindros: 3

Orden de encendido: 1-2-3

Diámetro x carrera: 76,0 x 73,0 mm

Relación de compresión: 9,0:1

Potencia máxima: 40,5 kW a 5.500 rpm

Momento máximo: 76,5 N.m a 2.800 rpm

Velocidad de ralentí: 900 rpm

Adelanto de la chispa: 10º a. PMS a 900 rpm

Sistema de combustible: carburador, con 2 gargantas

Tabla 2

Datos técnicos del dinamómetro.

Dinamómetro

Generador de corriente continua, con carcasa basculante

Potencia máxima: 18 kVA a 3.000 rpm

Brazo del dinamómetro: 0,323 cm

Tabla 3

Datos del medidor del combustible..

Medición del combustible

1/16 pinta inglesa= 35,52 cm3

Gasolina: G-90

Densidad del combustible: 0,71kg/L

Relación estequiométrica: 14,7 kg/kg



6

5. Cálculos y Resultados

5.1 Parámetros a calcular

Medición del aire

Diámetro de las toberas: 2 cm

Diámetro de la placa orificio: 1,5 cm

Caudal de aire:

600.32)(/2

1

, OHaire

n

iida senoSgAChkgG

Nota.- En este caso n=1 (una tobera)

Donde:

Cd= 0,96 (toberas)

Cd= 0,60 (orificio)

Ai: Áreas de los medidores, en m2

S : Lectura del manómetro inclinado, en m

G = 9,81m/s2

: Angulo de inclinación del manómetro (45º)

aire : Densidad del aire atmosférico (1.182 kg/m3)

OH2 =1000 kg/m3

Flujo másico de combustible (Gc)

𝐺𝑐 = 3,6∆𝑉

∆𝑡𝜌𝑐 (

𝑘𝑔

ℎ)

Donde:

∆𝑉= Volumen de combustible consumido en cm3

∆𝑡= Tiempo de consumo de combustible

𝜌𝑐= Densidad del combustible, en kg/L

Coeficiente volumétrico (𝜼𝑽)

𝜂𝑉 =𝐺𝑎

30𝑉ℎ𝑛𝜌0100 (%)

Donde:

Vh: Cilindrada unitaria, en m3

n: rpm

𝜌0: Densidad del aire a las condiciones p0 y T0.

Coeficiente de exceso de aire (𝝀 ó 𝜶)

𝜶 =𝐺𝑎

𝐺𝑐⁄

𝑙0

Donde:

l0: relación estequiométrica



7

Potencia efectiva (Ne)

𝑁𝑒 = 𝑀𝑒 𝜔 = 𝑀𝑒 (2𝜋𝑛

60) (𝑘𝑊)

Donde:

Me: Momento efectivo, en kN.m

𝜔: Velocidad angular, en rad/s

A su vez:

𝑀𝑒 = 𝐹𝑑𝑏 Donde:

Fd: Fuerza del dinamómetro, en kN

b: brazo de palanca, en m.

5.2 Datos obtenidos en el laboratorio

Tabla 4

Datos tomados en el laboratorio.

/Ф/ = 30%

n (RPM) S (mmH2O) V (Pinta inglesa) ∆𝑡 (s) Fd (kg)

1300 57 1/16 46 17.0

1500 73 1/16 42 14.4

1800 90 1/16 34 16.0

2100 112 1/16 25 16.2

2400 129 1/16 24 15.2

Tabla 5


/Ф/ = 60%


1500 88 1/16 29 20.6

1800 115 1/16 27 20.0

2100 155 1/16 22 20.0

2400 183 1/16 20 19.2

2700 221 1/16 18 19.2

Tabla 6


/Ф/ = 80%


1500 96 1/16 31 21.0

1800 124 1/16 30 20.2

2100 163 1/16 21 21.0

2400 206 1/16 19 21.0

2700 260 1/16 16 21.4



8

5.3 Resultados

Tabla 7

Datos calculados.

/Ф/ = 30%

n

(RPM) S

(mmH2O)

V (Pinta

inglesa) ∆𝑡 (s)

Fd

(kg) Gar

(kg/h)

Gc (kg/h)

nv

(%)

α Ne (kW)

Gat (kg/h)

1300 57 1/16 46 17.0 33.19 1.97 72.51 1.14 7.49 45.77

1500 73 1/16 42 14.4 37.56 2.16 71.12 1.18 7.32 52.81

1800 90 1/16 34 16.0 41.71 2.67 65.80 1.06 9.76 63.38

2100 112 1/16 25 16.2 46.53 3.63 62.92 0.87 11.53 73.94

2400 129 1/16 24 15.2 49.93 3.78 59.09 0.89 12.36 84.50

Tabla 8

Datos calculados.

/Ф/ = 60%

n

(RPM) S

(mmH2O)

V (Pinta


Fd

(kg) Gar

(kg/h)

Gc (kg/h)

nv

(%)

α Ne (kW)

Gat (kg/h)

1500 88 1/16 29 20.6 41.24 3.13 78.08 0.89 10.47 52.81

1800 115 1/16 27 20.0 47.14 3.36 74.39 0.95 12.20 63.38

2100 155 1/16 22 20.0 54.73 4.12 74.02 0.90 14.23 73.94

2400 183 1/16 20 19.2 59.47 4.53 70.38 0.89 15.62 84.50

2700 221 1/16 18 19.2 65.36 5.04 68.74 0.88 17.57 95.07

Tabla 9

Datos calculados.

/Ф/ = 80%

n

(RPM) S

(mmH2O)

V (Pinta


Fd

(kg) Gar

(kg/h)

Gc (kg/h)

nv

(%)

α Ne (kW)

Gat (kg/h)

1500 96 1/16 31 21.0 43.07 2.92 81.56 1.00 10.67 52.81

1800 124 1/16 30.5 20.2 48.95 2.97 77.24 1.11 12.32 63.38

2100 163 1/16 21 21.0 56.13 4.32 75.91 0.88 14.95 73.94

2400 206 1/16 19 21.0 63.10 4.77 74.67 0.89 17.08 84.50

2700 260 1/16 16 21.4 70.89 5.67 74.56 0.85 19.58 95.07



9

5.4 Graficas

Figura 1: Tendencia de nv en función de la velocidad.

Figura 2: Tendencia de α en función de la velocidad.

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

n (RPM)

nv vs RPM

nv (Ф = 30%) nv (Ф = 60%) nv (Ф = 80%)

0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

n (RPM)

α vs RPM

α (Ф = 30%) α (Ф = 60%) α (Ф = 80%)



10

Figura 3: Tendencia de nv y α en función de la velocidad.

Figura 4: Tendencia de nv y α en función de la potencia.

0.52

0.62

0.72

0.82

0.92

1.02

1.12

1.22

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

n (RPM)

nv, α vs RPM

nv (Ф = 30%) nv (Ф = 60%) nv (Ф = 80%)

α (Ф = 30%) α (Ф = 60%) α (Ф = 80%)

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

6.8 7.8 8.8 9.8 10.8 11.8 12.8

Ne (kW)

nv, α vs Ne (Ф = 30%)

nv (Ф = 30%) α (Ф = 30%)



11



0.62

0.67

0.72

0.77

0.82

0.87

0.92

0.97

9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5 16.5 17.5 18.5

Ne (kW)

nv, α vs Ne (Ф = 60%)

nv (Ф = 60%) α (Ф = 60%)

0.68

0.73

0.78

0.83

0.88

0.93

0.98

1.03

1.08

1.13

1.18

9.5 11.5 13.5 15.5 17.5 19.5 21.5

Ne (kW)

nv, α vs Ne (Ф = 80%)

nv (Ф = 80%) α (Ф = 80%)



12

Figura 7: Tendencia de nv y α en función de la potencia a velocidad constante.

0.55

0.65

0.75

0.85

0.95

1.05

1.15

1.25

6.2 8.2 10.2 12.2 14.2 16.2 18.2

Ne (kW)

α y nv vs Ne

nv (1500RPM) nv (1800RPM) nv (2100RPM) nv (2400RPM)

α (1500RPM) α (1800RPM) α (2100RPM) α (2400RPM)



13

6. Discusiones

6.1 Conclusiones

En promedio el coeficiente de llenado es nv = 0.7521 lo cual está dentro del rango de

los motores gasolineras con carburador y de 4 tiempos (0.75 – 0.80).

*Fuente: Tabla 2.1 – Cuaderno del profesor Guillermo Lira.

El coeficiente de llenado (ηv) disminuye conforme se aumenta las RPM; esto se debe a

que las pérdidas hidráulicas aumentan notablemente, por lo que ingresa cada vez menos

cantidad de flujo.

El tramo del correcto funcionamiento del freno es entre 1950 - 2050 RPM.

*A medida que se incremente la velocidad disminuye el coeficiente de exceso de aire

y además se aproxima en ese tramo a la gráfica mostrada en clase.

La potencia máxima alcanzada es de 19 Kw, cuando la mariposa está abierta al 80% y

con un flujo másico de combustible de 5.67 kg/h. Esto reafirma que a mayor flujo de

combustible, mayor potencia y menor coeficiente de exceso de aire.

6.2 Observaciones

El valor máximo de trabajo del freno es 3000 RPM, mientras que del motor es 5000

RPM, por lo tanto no se podrá llegar a la máxima potencia desarrollada del motor.

El con sumo de combustible se midió tomando como referencia un tiempo determinado.

6.3 Recomendaciones

Se debe tener sumo cuidado al medir el tiempo de consumo de combustible, asi como

también con la lectura del manómetro inclinado.

Alejarse de la zona donde se encuentra la tobera, de lo contrario afectara al flujo de aire

aspirado.

Anexo



14

A. IMÁGENES DEL MOTOR

Figura 1. Motor de combustión interna.

Referencia

JOVAJ M.S., (1982). “Motores de Automóvil”, Editorial MIR, Moscú.

Experimentación y Calculo de MCI, (1995). LASTRA, IMCI - UNI, Lima.

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