Práctica 9 lab. máquinas térmicas,UNAM FI, Motor encendido por chispa

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de ingeniería

REPORTE 9: Motor encendido por chispa.

NOMBRE: LEGAZPI ASCENCIO AXHEL

GRUPO: 8

LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS

Fecha de realización/: 06/10/2016FECHA DE ENTREGA: 13/10/2016

LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel

Objetivo

Analiza el comportamiento de los motores encendidos por chispa, bajo diversos regímenes de carga.

Reporte

1. Describir detalladamente a mano, con sus propias palabras, en formato, los sucesos que se presentan en un ciclo mecánico de un motor encendido por chispa de dos tiempos. (10%)

2. Investigar acerca de los sistemas de un MCI y completar a mano, el mapa de agua mala “Sistemas del Motor encendido por chispa” Indicar lo (40%)


3. Memoria de cálculos y graficas a velocidad constante (línea Willans) y velocidad variable. Conclusión acerca de las gráficas realizadas. (40%)

A velocidad constante

1. Potencia al freno W f

a) W f=Tω=Fd( 2 πN60 )[W ]

Datos obtenidos

Lectura F Y [m] N [rpm] t [s]1 7[Kgf]= 68.64 [N] 0.01 2300 432 9[Kgf]= 88.26 [N] 0.01 2300 373 11[Kgf]= 107.87 [N] 0.01 2300 394 13[Kgf]= 127.49 [N] 0.01 2300 345 15[Kgf]= 147.10 [N] 0.01 2300 33

Brazo de freno

d=0.6511 [m ]

Potencia al freno para cada una de las fuerzas

W f=Fd ( 2πN60 )=(68.64N ) (0.6511)( 2π (2300 )60 )=10764.1917 [W ]

W f=Fd ( 2πN60 )=(88.26N ) (0.6511)( 2π (2300 )60 )=13841.0192 [W ]

W f=Fd ( 2πN60 )=(107.87N ) (0.6511 )( 2π (2300 )60 )=16916.2786 [W ]

W f=Fd ( 2πN60 )=(127.49N ) (0.6511 )(2 π (2300 )60 )=19993.1061[W ]

W f=Fd ( 2πN60 )=(147.10N ) (0.6511 )(2 π (2300 )60 )=23068.3654 [W ]

Lectura F [N] W f [W ]1 7[Kgf]= 68.64 [N] 10764.19172 9[Kgf]= 88.26 [N] 13841.01923 11[Kgf]= 107.87 [N] 16916.27864 13[Kgf]= 127.49 [N] 19993.10615 15[Kgf]= 147.10 [N] 23068.3654


2. Gasto de combustible GC [ kgcombs ]

El gasto de combustible se calcula con la siguiente expresión:

Gc=a2 yt

ρgasolina

Datos

a=0.1m

y=0.01m

ρgasolina=750( kgm3 )Sustituyendo el tiempo para cada una de las cinco lecturas:

Gc=(0.1m )2 (0.01m )

43 s (750( kgm3 ))=0.0017442( kgcomb

s ) Gc=

(0.1m )2 (0.01m )37 s (750( kgm3 ))=0.0020270 ( kgcombs )

Gc=(0.1m )2 (0.01m )

39 s (750( kgm3 ))=0.0019231( kgcomb

s ) Gc=

(0.1m )2 (0.01m )34 s (750( kgm3 ))=0.0022059 ( kgcombs )

Gc=(0.1m )2 (0.01m )

33 s (750( kgm3 ))=0.0022727 ( kgcombs )Lectura

W f [W ]t [s]

Gc ( kgcomb

s )1 10764.1917 43 0.00174422 13841.0192 37 0.00202703 16916.2786 39 0.00192314 19993.1061 34 0.00220595 23068.3654 33 0.0022727

3. Línea Willan’s

Aplicando regresión lineal con la tabla anterior relacionando el gasto de combustible y la potencia al freno obtenemos la siguiente expresión matemática:


Gc=40.1808 x 10−9 W f+0.00135486

Para obtener la potencia de fricción el gasto de combustible (GC) la suponemos como cero de la expresión obtenida mediante regresión lineal y despejamos W f :

0=40.1808 x10−9W f+0.00135486

W f=−0.0013548640.1808 x10−9=−33719.0897[W ]

|W p|=33719.0897[W ]

4. Potencia indicada W I

a) W I=W f+|W p|Potencia indicada para cada una de las cinco lecturas:

W I=10764.1917 [W ]+33719.0897 [W ]=44483.2814 [W ]

W I=13841.0192 [W ]+33719.0897 [W ]=47560.1089[W ]

W I=16916.2786 [W ]+33719.0897 [W ]=50635.3682[W ]

Gasto de combustible [kg/s]

Potencia al freno [W]


W I=19993.1061 [W ]+33719.0897 [W ]=53712.1957[W ]

W I=23068.3654 [W ]+33719.0897 [W ]=56787.4551[W ]

Lectura W f [W ] W p [W ] W I [W ]1 10764.1917 33719.0897 44483.28142 13841.0192 33719.0897 47560.10893 16916.2786 33719.0897 50635.36824 19993.1061 33719.0897 53712.19575 23068.3654 33719.0897 56787.4551

5. Presión media efectivaa) Indicada

PMEI=60 z W I

L A N nc (Nm2 )

Datos:

z=2

L=3∈¿0.0762m

nc=8

A=π D2

4=π (0.1016)2

4=0.00810732m2

Presión media efectiva indicada para las cinco lecturas

PMEI=(60s )(2)(44483.2814W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300 rpm)(8)=469599.8538( Nm2 )

PMEI=(60 s)(2)(47560.1089W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300 rpm)(8)=502081.2201( Nm2 )

PMEI=(60 s)(2)(50635.3682W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300 rpm)(8)=534546.0312( Nm2 )

PMEI=(60 s)(2)(53712.1957W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300 rpm)(8)=567027.3974( Nm2 )


PMEI=(60 s)(2)(56787.4551W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300 rpm)(8)=599492.2084( Nm2 )

Lectura N [rpm] W I [W ] PMEI ( Nm2 )1 2300 44483.2814 469599.85382 2300 47560.1089 502081.22013 2300 50635.3682 534546.03124 2300 53712.1957 567027.39745 2300 56787.4551 599492.2084

b) Al freno

PMEF=60 zW F

L A N nc (Nm2 )

Datos:

z=2

L=3∈¿0.0762m

nc=8

A=π D2

4=π (0.1016)2

4=0.00810732m2

Presión media efectiva al freno para las cinco lecturas

PMEf=(60 s)(2)(10764.1917W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300rpm)(8)=113635.1163( Nm2 )

PMEf=(60 s)(2)(13841.0192W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300rpm)(8)=146116.4826( Nm2 )

PMEf=(60 s)(2)(16916.2786W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300rpm)(8)=178581.2936( Nm2 )

PMEf=(60 s)(2)(19993.1061W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300rpm)(8)=211062.6599( Nm2 )

PMEf=(60 s)(2)(23068.3654W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300rpm)(8)=243527.4709( Nm2 )


Lect. No. N [rpm] W f [W ] PMEF( Nm2 )1 2300 10764.1917 113635.11632 2300 13841.0192 146116.48263 2300 16916.2786 178581.29364 2300 19993.1061 211062.65995 2300 23068.3654 243527.4709

6. Calor suministrado Qs

Qs=Gc (PCA)

Si sabemos que

PCA=43960( kJkgcomb )=43960000( J

kgcomb )Calculando el calor suministrado para las cinco lecturas:

Qs=0.0017442( kgcombs )(43960000( Jkgcomb ))=76674.4186 [W ]

Qs=0.0020270( kgcomb

s )(43960000 ( Jkgcomb ))=89108.1081[W ]

Qs=0.0019231( kgcombs )(43960000( Jkgcomb ))=84538.4615 [W ]


s )(43 960000 ( Jkgcomb ))=96970.5882[W ]


s )(43960000( Jkgcomb ))=99909.0909[W ]

Lectura Gc ( kgcomb

s ) Qs [W ]

1 0.0017442 76674.41862 0.0020270 89108.10813 0.0019231 84538.46154 0.0022059 96970.58825 0.0022727 99909.0909

7. Gasto específico de combustible al freno

GEC=Gc

W f( kgsW )


Calculando el gasto específico de combustible al freno:

GEC=0.0017442( kgcombs )10764.1917Wf

=1.62035 x10−7( kgcombsW )

Paras las demás lecturas:

Lectura W f [W ] Gc ( kgcomb

s ) GEC( kgcombsW )1 10764.1917 0.0017442 1.46257 x10−7

2 13841.0192 0.0020270 1.46451 x 10−7

3 16916.2786 0.0019231 1.13682 x 10−7

4 19993.1061 0.0022059 1.10332 x 10−7

5 23068.3654 0.0022727 9.85214 x 10−8

8. Eficiencias

a) Del ciclo Otto

ηOTTO=1−1

r k(k−1)

Datos:

k=1.4 ( índiceadiabático del aire )

rk=8.2(relación decompresión)

Calculando la eficiencia

ηOTTO=1−1

8.2(1.4−1) =0.569

ηOTTO=56.9%

b) Mecánica

ηMEC=W f

W I(100%)


Calculando la eficiencia mecánica para la primera lectura:

ηMEC=10764.191744483.2814

(100%)=24.1983%

Para las demás lecturas

Lectura W I [W ] W f [W ] ηMEC [%]

1 44483.2814 10764.1917 24.1983

2 47560.1089 13841.0192 29.10216

3 50635.3682 16916.2786 33.408

4 53712.1957 19993.1061 37.22266

5 56787.4551 23068.3654 40.62229

c) Térmica

ηTER=W I

QS(100%)

Calculamos la eficiencia térmica para la primera lectura:

ηTER=44483.281476674.4186

(100% )=58.058%

Para las demás lecturas:

Lecturas W I [W ] Qs [W ] ηTER [%]

1 44483.2814 76674.4186 58.058

2 47560.1089 89108.1081 53.3735

3 50635.3682 84538.4615 59.8962

4 53712.1957 96970.5882 55.3902

5 56787.4551 99909.0909 56.8391

d) Total

ηTOTAL=ηMEC ηTER


Calculando la eficiencia total a para la primera lectura:

ηTOTAL=(0.34857683 ) (0.4461988 )∗100%=0.15553456

Para las demás lecturas:

Lectura ηMEC ηTER ηTOTAL [% ]

1 0.241983 0.58058 14.03882 0.2910216 0.533735 15.53283 0.33408 0.598962 20.01024 0.3722266 0.553902 20.61775 0.4062229 0.568391 23.0894

A velocidad variable1. Potencia al freno W f

W f=Tω=Fd( 2 πN60 )[W ]

Lectura F Y [m] N [rpm] t [s]

1 8.8[Kgf]= 86.3 [N] 0.01 2300 42

2 9.4[Kgf]=92.18 [N] 0.01 2200 43

3 10.2[Kgf]=100.03 [N] 0.01 2100 42

4 11[Kgf]= 107.87[N] 0.01 2000 42

5 12[Kgf]= 117.68 [N] 0.01 1900 42

Si sabemos que:

Brazo del freno

d=0.6511 [m ]

Para la primera lectura:


W f=Fd ( 2πN60 )=(86.3N ) (0.6511m)( 2π (2300 )60 )=13533.65013[W ]

Mismo procedimiento para las demás lecturas con su respectiva N:

Lectura F [N] N [rpm] W f [W ]

1 86.3 2300 13533.65013

2 92.18 2200 13827.24627

3 100.03 2100 14322.73237

4 107.87 2000 14709.80744

5 117.68 1900 15245.18062

2. Gasto de combustible GC [ kgcombs ]Gc=

a2 yt

ρgasolina

Datos

a=0.1m

y=0.01m

ρgasolina=750( kgm3 )Sustituyendo para la primera lectura:

Gc=(0.1m )2 (0.01m )

42s (750( kgm3 ))=0.00181291( kgcomb

s )Mismo procedimiento para las demás lecturas:

Lectura Y t Gc ( kgcomb

s )1 0.01 42 0.001785714

2 0.01 43 0.001744186

3 0.01 42 0.001785714

4 0.01 42 0.001785714


5 0.01 42 0.001785714

3. Presión media efectiva

a) Al freno

PMEF=60 zW F

L A N nc (Nm2 )

Datos

z=2

L=3∈¿0.0762m

nc=8

A=π D2

4=π (0.1016)2

4=0.00810732m2

Para la primera lectura

PMEF=(60 s)(2)(13533.65013W )

(0.0762m)(0.00810732m2)(2300 rpm)(8)=142871.657( Nm2 )

Mismo procedimiento para las demás lecturascon su respectiva N:

Lectura N [rpm] W f [W ] PMEF( Nm2 )1 2300 13533.65013 142871.657

2 2200 13827.24627 152606.134

3 2100 14322.73237 165601.991

4 2000 14709.80744 178581.294

5 1900 15245.18062 194821.977

4. Calor suministrado Qs

Qs=Gc (PCA)

Dato

PCA=43960( kJkgcomb )=43960000( J

kgcomb )


Para la primera lectura

Qs=0.00181291( kgcombs )(43960000( Jkgcomb ))=79695.4315[W ]

Mismo procedimiento para las demás lecturas:

Lectura Gc ( kgcomb

s ) Qs [W ]

1 0.00178571 78500

2 0.00174419 76674.4186

3 0.00178571 78500

4 0.00178571 78500

5 0.00178571 78500

5. Gasto específico de combustible al freno

GEC=Gc

W f( kgsW )


GEC=0.00181291( kgcomb

s )14153.4066W

=1.2809 x10−7( kgcombsW )


Lectura. W f [W ] Gc ( kgcomb

s ) GEC( kgcombsW )1 13533.65013 0.00178571 1.21396E-07

2 13827.24627 0.00174419 1.21396E-07

3 14322.73237 0.00178571 1.21396E-07

4 14709.80744 0.00178571 1.21396E-07

5 15245.18062 0.00178571 1.21396E-07


6. Eficiencias

a) Del ciclo Otto

ηOTTO=1−1

r k(k−1)

datos

k=1.4 ( índiceadiabático del aire )

rk=8.2(relación decompresión)

Sustituyendo:

ηOTTO=1−1

8.2(1.4−1) =0.569

ηOTTO=56.9%

b) Total

ηTOTAL=ηMEC ηTER=W f

Q s


ηTOTAL=13533.6501378500

∗100%=¿


Lectura W f [W ] Qs [W ] ηTOTAL ηTOTAL [% ]

1 13533.65013 785000.1724031

917.240318

6

2 13827.24627 76674.41860.1803371

518.033715

2

3 14322.73237 785000.1824551

918.245518

9

4 14709.80744 785000.1873860

818.738608

2

5 15245.18062 785000.1942061

219.420612

2


c) Gráficas

i. Gc−N

ii. W f−N

Gasto de combustible [kg/s]

RPM

1800 1900 2000 2100 2200 2300 24000.00172

0.00173

0.00174

0.00175

0.00176

0.00177

0.00178

0.00179Gc-N

1800 1900 2000 2100 2200 2300 240012500

13000

13500

14000

14500

15000

15500

Wf-N

Wf

RPM


iii. GEC−N

iv. ηTOTAL−N

Comentarios:Podemos observar que en la primera grafica tal vez haya un error ya que se supone que entre más RPM más combustible se inyecta por lo tanto mayor gasto másico de combustible, pudo ser debido a la mala lectura del tiempo, en el segundo grafico podemos

Gasto específico de combustible al freno ( kgcomb

sW )

RPM

1800 1900 2000 2100 2200 2300 24000.000000105

0.00000011

0.000000115

0.00000012

0.000000125

0.00000013

0.000000135

Gec-N

1800 1900 2000 2100 2200 2300 240016

16.5

17

17.5

18

18.5

19

19.5

20

Eficiencia total-N

RPM

Eficiencia total


notar que la potencia al freno mientras aumenta las RMP es menor ya que no llega toda la energía esto debido a las perdidas.En el tercer grafico es un poco más notoria que mientras más revoluciones por minuto hay mayor gasto másico pero en el cuarto grafico nos damos cuenta que la eficiencia total se reduce debido a que no damos tiempo a que haya una buena combustión y por otra parte también hay perdidas de energía debido a fricción.

4. Comentarios y conclusiones. (Reflexión acerca de lo aprendido, de lo requiere estudiar y profundizar, de su desempeño y compromiso con su aprendizaje, de lo que requiere mejorar.

5. Fuentes de información consultadas.

Cengel, Y., & Boles, M. (2011). Termodinámica (7th ed.,). México, D.F: McGraw-Hill Crouse, W., & Crouse, W. (1983). Mecánica del automóvil ([3a ed. En español traducida de

la 8ª ed., pp. 522-524). Barcelona: Marcombo. Bosh, R. (2005). Manual de la técnica del automóvil (4ª ed.). Alemania: R. Bosh http://autoproyecto.com/2014/08/caballos-de-fuerza-y-potencia-al-freno.html

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Práctica 9 lab. máquinas térmicas,UNAM FI, Motor encendido por chispa