curvas caracteristicas y perdidas mecanicas

MN-136 GINGENIERO: PONCE GALIANO JORGE

FECHA DE ENTREGA:

FECHA DE REALIZACION: 10/06/10 – 17/06/10

REALIZADO POR:

CURI DAVALOS CARLOS ALBERTO (20061004K)

LABORATORIO # 4 y 5: CURVAS CARACTERISTICAS Y PERDIDAS MECANICAS EN MOTORES DE ENCENCIDO POR COMPRESION Y MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA.

INFORME TECNICO DEL 4TO Y 5TO LABORATORIO

ÍNDICE

1.- RESUMEN………………………………………………………..…. Pág. 03

2.- OBJETIVOS……………………………………………………..….. Pág. 03

3.- FUNDAMENTO TEORICO……………………………………..…. Pág. 04

4.- CURVAS CARACTERIZTICAS…………….………………….…. Pág. 16

4.1.- BANCO PETTER………………………….…………....... Pág. 16

4.1.1.- DATOS TOMADOS……………………….………….... Pág. 16

4.1.2.- PROCEDIMIENTO DE CALCULO…………………….Pág. 17

4.1.3.- RESULTADOS………………………………………..... Pág. 18

4.2.- BANCO DAIHATSU.……….……………………………..Pág. 21

4.2.1.- DATOS TOMADOS……………………….………….... Pág. 21

4.2.2.- PROCEDIMIENTO DE CALCULO………………….... Pág. 22

4.2.3.- RESULTADOS…………………………………………..Pág. 23

5.- PERDIDAS MECANICAS…..……………………………………... Pág. 26

5.1.- BANCO PETTER………………………………..……….. Pág. 26

5.1.1.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR………... Pág. 26

5.1.2.- PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA………….. Pág. 27

5.1.3.- DATOS TOMADOS EN LA EXPERIENCIA……….....Pág. 29

5.1.4.- PROCEDIMIENTO DE CALCULO…………………... Pág. 30

5.1.5.- RESULTADOS………………………………………..... Pág.31

5.2.- BANCO DAIHATSU……………………………………... Pág. 34

5.2.1.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR……….. Pág. 34

5.2.2.- PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA………..... Pág. 34

5.2.3.- DATOS TOMADOS EN LA EXPERIENCIA……….... Pág. 37

5.2.4.- PROCEDIMIENTO DE CALCULO…………………... Pág. 37

5.2.5.- RESULTADOS………………………………………..... Pág.37

6.- ANALISIS DE LOS RESULTADOS………………………......... Pág. 39

7.- OBSERVACIONES……………………………………………..… Pág. 40

8.- CONCLUSIONES…………………………………………………. Pág. 41

9.- BIBLIOGRAFIA……………………………………………........... Pág.

10.- ANEXOS…………………..……………...………………........... Pág.

MOTORES DE COMBUSTION INTERNAPágina 2


INFORME TECNICO DEL 4 to Y 5 to LABORATORIO: CURVAS CARACTERISTICAS Y PERDIDAS MECANICAS EN MOTORES DE E.C. Y E.CH.

1.- RESUMEN:

El presente informe de laboratorio trata sobre el estudio de las curvas

características y las pérdidas mecánicas que existen en los motores de

encendido por compresión y encendido por chispa. Para el estudio de las

curvas características se usaron los datos tomados en los laboratorios 2 y 3,

mientras que para el estudio de las pérdidas mecánicas se experimento en dos

bancos de prueba, el primero fue el banco de prueba del motor Daihatsu en el

cual se hizo uso del método de la desconexión de cilindros y el segundo banco

de pruebas fue del motor Petter usando el método de motoreo o de arrastre.

A continuación se fundamentara las curvas características y las pérdidas

mecánicas que existen en los motores tanto por encendido por compresión así

como encendido por chispa. Seguidamente se pasan a obtener las curvas

características con los datos obtenidos de los laboratorios 2 y 3. Luego se

explica el procedimiento que se realizo para la obtención de las pérdidas

mecánicas en ambos bancos de prueba y con los datos obtenidos del

laboratorio se calculo la potencia de pérdidas mecánicas para ambos casos.

Para el método de desconexión de cilindros se obtuvo la gráfica de las

potencias indicada, efectiva, de perdidas mecánicas y la eficiencia mecánica

en régimen de velocidad, mientras que para el método de motoreo se obtuvo la

potencia de pérdidas mecánicas en función de la temperatura del líquido

refrigerante y en función de las RPM. Finalmente se mostraran y analizaran los

resultados obtenidos y las conclusiones que se obtienen de la experiencia.

2.- OBJETIVOS:

Obtener las curvas características en regímenes de velocidad y carga

para los motores de encendido por compresión y los motores de

encendido por chispa.

Obtener las perdidas mecánicas que existen en los motores para el

régimen térmico y régimen de velocidad en motores de encendido por

compresión y motores de encendido por chispa.



3.- FUNDAMENTO TEORICO:

CURVAS CARACTERISTICAS

Las curvas características de un motor de combustión interna son las que

indican, en función de la velocidad de rotación del motor, la potencia, el par y el

consumo específico del mismo. Están incluidas en un rango de revoluciones,

debajo del cual el motor funciona muy irregularmente y/o tiende a apagarse y si

se sobrepasa el límite superior los elementos mecánicos están muy cerca de

sufrir daños irremediables o rupturas irreparables. Estos dos extremos

determinan el campo de utilización de un motor.

Los índices principales del motor de combustión interna no son constantes para

todo su rango de trabajo. La figura1 que se muestra a continuación representa

el comportamiento genérico de alguno de ellos.

Fig.1 Curvas características en régimen de velocidad.

Aunque estos índices varían un tanto dependiendo del tipo y naturaleza del

motor, en reglas generales en los motores de combustión interna se comportan

como se indica en la figura1. El eje horizontal representa el crecimiento de la

velocidad de rotación, mientras que el vertical, el crecimiento de la potencia,

par motor o torque y el consumo específico de combustible.

Se entiende por consumo específico de combustible, la cantidad de

combustible que se consume para producir la unidad de potencia su unidad es:

gramos/kilowatts-hora. Veamos el comportamiento de cada uno de los índices.



Potencia

La potencia en el motor de combustión interna crece todo el tiempo con el

aumento de la velocidad de rotación, hasta un máximo en el valor de la

velocidad nominal, a partir de la cual comienza a decrecer drásticamente,

especialmente en el motor Diesel.

Par motor

Los motores de combustión interna tienen muy bajo torque a bajas y altas

velocidades de rotación, según se muestra en la curva azul de la figura1.

Los valores altos del par motor se obtienen a las velocidades medias con un

máximo en un punto que depende del tipo y naturaleza del motor, cuando un

motor tiene el par máximo a bajas velocidades de rotación, se dice que es un

motor elástico, ya que puede adaptarse mejor a los cambios de carga bajando

la velocidad y aumentando el torque; por ejemplo: subiendo una colina.

En forma general este punto de par máximo responde a las reglas generales

siguientes:

1.- Los motores de gasolina tienen el punto de velocidad de par máximo en un

valor más bajo del rango de trabajo que los motores Diesel.

2.- Para el motor de gasolina, el punto de par máximo será más bajo a medida

que aumente la carrera del pistón. Como durante el desarrollo del motor de

gasolina, cada vez la carrera se ha ido haciendo más pequeña, puede decirse

que: los modernos motores tienen el par máximo en un punto más alto que los

antiguos.

3.- Los motores Diesel de inyección directa, tienen el punto de par máximo a

más alta velocidad de rotación, mientras que los de inyección indirecta y de

cámara MAN a más bajas (son más elásticos).

Consumo específico de combustible

El consumo de combustible para producir la potencia se comporta en el motor

de gasolina como se muestra en la curva roja, puede apreciarse que hay un

punto con el consumo de combustible mínimo, y un relativo ancho rango donde

se mantiene muy próximo al mínimo, cambiando drásticamente al alza, para las

bajas velocidades y especialmente para las altas. De este comportamiento se

desprende, que si quiere ahorrarse gasolina, deben evitarse las altas



velocidades. Los motores Diesel tienen su punto de menor consumo específico

a velocidades de rotación más altas, por lo que en este caso, lo más

conveniente, es utilizarlo cerca de la potencia máxima.

CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DE VELOCIDAD.

Se denomina así a la variación, en función de la frecuencia de rotación n, de la

potencia efectiva Ne, de par efectivo Me, del consumo horario Gc, especifico

efectivo ge y la eficiencia efectiva ne, cuando la mariposa de los gases esté

abierta si el motor es de carburador, o cuando la cremallera de la bomba de

combustible se encuentra en la posición de máximo suministro.

CARACTERÍSTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD

Es la característica de velocidad del motor, en la que el órgano de mando del

sistema de alimentación de combustible ocupa una posición intermedia. En

consecuencia dentro de los límites de movimiento del órgano de mando

existirán tantas característica parciales como posiciones intermedias de la

mariposa de gases o de la cremallera hayan.

CARACTERÍSTICAS DE CARGA

Se denominan características de carga la variación de los principales índices

del motor en función de la carga siendo constante la frecuencia de rotación.

CONDICIONES NECESARIAS PARA LA OBTENCIÓN DE LAS

CARACTERÍSTICAS DE VELOCIDAD Y DE CARGA

a) Para la Característica de Velocidad

Variable Independiente: Velocidad de rotación del cigüeñal

Magnitud Constante: Posición del órgano de mando del sistema de

alimentación de combustible

Variables Dependientes: Potencia Efectiva, momento torsional,

consumo horarios y específicos de combustible, presión media efectiva.

consumo horario de aire, etc.

b) Para la Característica de Carga

Variable Independiente : Potencia efectiva, o los siguientes

parámetros: Me, Ne, etc



Magnitud Constante: Velocidad de rotación del cigüeñal.

Variables Dependientes: En primer lugar el consumo específico de

combustible (ge) y, en segundo lugar el consumo horario de combustible

(Gc).

Fig.2: Características de Velocidad.

PÉRDIDAS MECÁNICAS

Para iguales condiciones de funcionamiento del motor a diferentes cargas y

regímenes de velocidad, en caso de reducir las pérdidas mecánicas, decrece la

cantidad de calor transmitida al medio refrigerante y disminuye la intensidad de

las piezas friccionantes del motor. Siendo menores las pérdidas por fricción

disminuyen las pérdidas de potencia consumida para accionar la bomba de

aceite y el ventilador, así como menguan las dimensiones máximas y las

masas del ventilador y las masas del radiador. Cuanto menores sean las

pérdidas por fricción tanto menor será el desgaste de las principales piezas

friccionantes, será mayor la vida útil y menor el número de fallas del motor

durante su servicio.

A pesar del considerable proceso alcanzado en la fabricación de motores, los

valores de Nm (potencia mecánica) son relativamente pequeños en el régimen

nominal generalmente no superiores de 0,75-0,80 Nmax. Al disminuir la carga el

valor de Nm. decrece.

La magnitud de las pérdidas por fricción puede ser obtenida por la suma de las

perdidas mecánicas como en el desplazamiento relativo de los pistones y

anillos en los cilindros, de los bulones en los casquillos, de los cigüeñales y el



árbol de levas en los cojinetes, del taqué y las válvulas en las guías, también

en las bombas de aceite, la bomba del liquido refrigerante, cadena de

distribución etc.

Las pérdidas mecánicas (en %) para diferentes motores:

PERDIDAS

Encendido

Chispa

(%)

Diesel (%)

Por fricción

(el pistón, los anillos y el

cilindro)44 50

El muñón, las bielas y el

cojinete22 24

En el intercambio de gases 20 14

El mecanismo de válvulas y

grupos auxiliares 8 6

Bombas de aceite6 6

TOTAL100 100

Tabla 01: Porcentaje de Perdidas Mecanicas

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

La fricción en las articulaciones con lubricación límite puede crecer

intensamente al elevar las cargas, que están determinadas por la presión del

gas y las fuerzas de inercia.

La acción de esta última sobre las piezas del grupo pistón cilindro se revela

lejos de los puntos muertos, cuando la fuerza de sustentación de la cuña

lubricante es relativamente grande. Esto conduce a que el consumo por fricción

depende débilmente de las fuerzas de inercia.



Como resultado de la penetración del gas en el espacio entre los aros y las

ranuras del pistón surge una presión denominada punzante que actúa sobre

dichos aros.

Esta presión varía en el curso del ciclo de trabajo sobre las paredes del cilindro

en las zonas del PMS donde la fuerza de suspensión de las cargas lubricantes

en la zona de contacto es la mínima.

Para disminuir las pérdidas por fricción. Se estudian las posibles vías:

Disminución del área de contacto: Se acortan las superficies de las

faldillas de los pistones y el número de anillos del pistón.

La eliminación de un anillo en cada pistón disminuye la pérdida de

fricción en un promedio de 0,012 Mpa.

Perfección de la forma y calidad del acabado de la superficie de

contacto. El relieve de la rugosidad de la superficie de contacto debe

ser óptima. Si la rugosidad es excesiva pueden incrementarse

intolerablemente las presiones de contacto. Aumentar el

desprendimiento específico de calor que conduce a raspaduras y al

desgaste de los anillos y del cilindro.

Mejoramiento de la calidad de los lubricantes que se emplean: Las

pérdidas mecánicas de los motores dependen de la viscosidad del

aceite. En condiciones reales de funcionamiento queda definida por su

característica de viscocidad-temperatura. La temperatura del lubricante

influye considerablemente en las pérdidas por fricción, siendo mínimas

entre 80 y 90ºC.

Optimización del estado térmico del motor: El estado térmico de las

superficies de las piezas queda definido por la carga, por el régimen de

velocidad del motor y por la intensidad de su refrigeración.



Incremento de la carga: Al aumentar la carga, la temperatura de la capa

lubricante se eleva, lo que permite definir hasta cierto nivel las pérdidas

por fricción.

PÉRDIDAS EN EL INTERCAMBIO DE GASES

En los motores rápidos de automóvil la parte de pérdidas correspondiente al

intercambio de gases puede constituir hasta el 20% de las pérdidas totales. Por

eso son de actualidad los trabajos dirigidos a reducir las pérdidas en el

intercambio de gases disminuyendo las resistencias aerodinámicas en la

admisión y el escape.

POTENCIA

A la potencia desarrollada en el interior del cilindro no está aplicada

íntegramente al cigüeñal, pues una parte de ella es absorbida por las

resistencias pasivas (calor, rozamiento, etc.) Fundamentalmente podemos

distinguir 3 clases de potencia en el motor: la indicada, la efectiva y la

absorbida (o mecánica).

La primera puede calcularse partiendo del ciclo indicado, cuya área del

diagrama representa el trabajo realizado por el cilindro durante el ciclo. La

potencia efectiva se obtiene midiendo con máquinas apropiadas el trabajo que

está desarrollando el motor. La potencia absorbida es la diferencia entre las

dos anteriores que pueden ser medidas también con el trabajo necesario para

hacer girar el motor.

LA POTENCIA INDICADA

Es la potencia realmente desarrollada en el interior del cilindro por el proceso

de combustión una de las formas de determinarlas es a través de la presión

media indicada del ciclo.



LA POTENCIA EFECTIVA

La potencia efectiva es generada por un par (aplicada a la biela y transmitida al

cigüeñal) y se conoce también como potencia al freno ya que se mide

empleando un dispositivo frenante, que aplicado al eje del motor, se opone al

par motor permitiendo leer su valor.

LA POTENCIA DE PERDIDAS MECANICAS

Resulta difícil de medir dada la diversidad de las causas de las pérdidas por

rozamiento y las alteraciones de su valor al variar las condiciones de

funcionamiento. Puede obtenerse su valor total midiendo la potencia efectiva y

restando de la indicada. Como en este procedimiento resulta complejo la

determinación de la potencia absorbida suele acercarse obligando a girar al

motor sin que este funcione. Midiendo al propio tiempo la potencia que es

necesario emplear.

Nm=Ni−Ne

Por perdidas mecánicas se entiende las perdidas originadas por la fricción

entre las piezas del motor, 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 cámaras de combustión separadas, las perdidas mecánicas se deben

también a las perdidas gasodinámicas ocurridas al pasar la mezcla a través del

canal que comunica la cámara auxiliar con la cámara principal del motor.

Por analogía a la presión media indicada, cuando se estudia las pérdidas

mecánicas, convencionalmente, se introduce el concepto de presión media de

pérdidas mecánicas, la cual numéricamente es igual al trabajo específico de

pérdidas en un ciclo. Matemáticamente la presión media de perdidas

mecánicas se representa mediante la siguiente expresión:

Pm = Pfr + Pi.g + Paux + Pvent + Pcomp


Ne=Me×n9550


Donde:

Pfr : Presión media de perdidas mecánicas por fricción.

Pi.g : Presión media de perdidas mecánicas por intercambio de

gases.

Paux : Presión media de perdidas mecánicas por accionamiento

de mecanismos auxiliares.

Pvent : Presión media de perdidas mecánicas por ventilación.

Pcomp : Presión media de perdidas mecánicas por accionamiento

del compresor para el caso de motores con

sobrealimentación mecánica.

Las mayores pérdidas mecánicas se deben a las pérdidas por fricción P fr, que

constituyen hasta un 80% del total. La mayor parte de las perdidas por fricción

corresponde a las piezas del grupo cilindro - embolo y anillos (del 45% al 55%

en total de las perdidas internas). Las perdidas por fricción en los cojinetes

constituyen aproximadamente el 20% del total de las perdidas mecánicas.

METODOS PARA HALLAR LAS PÉRDIDAS MECÁNICAS

La determinación de las pérdidas mecánicas se puede efectuar por los

siguientes métodos:

- Método por arrastre (motoreo)

- Método por diagrama Indicado

- Método de desconexión de cilindros

- Método empírico.

Método por Arrastre

En este método, el motor en estudio se encuentra apagado. Otro motor, que

estará acoplado directamente al ensayado, será accionado de tal forma que se

pueda medir el valor de la potencia al eje consumida en hacer girar al motor en

estudio. Estas mediciones se podrán hacer en función de los diferentes

factores que influyen en las perdidas mecánicas.



Fig.3: Esquema del Método de Motoreo

Método de Desconexión de Cilindros

Este método se realiza en un motor multicilíndrico, como el motor Ford, de tal

forma que se pueda desconectar cada uno de ellos por separado para así

hacer mediciones de potencias parciales, obteniendo de esta forma, por

relaciones de sumatoria un valor aproximado de las pérdidas mecánicas.

Cabe resaltar que mediante este método los valores obtenidos tienen un

porcentaje de error, dependiendo éste de varios factores del motor en estudio,

como son: tipo de motor, sistema de encendido, grado de desgaste, sistema de

alimentación de combustible, etc.

Este porcentaje de error, se debe al descenso de las revoluciones al

desconectar un cilindro, sabiendo que de estas depende directamente la

potencia, con lo cual no-cabria una relación matemática directa, entre la

potencia del motor con n cilindros funcionando y, con n-1 cilindros funcionando.

Si las condicione del motor en estudio, son las mejores del caso las relaciones

se podrán efectuar y los valores de las perdidas mecánicas obtenidas serán

bastante aproximadas.

A continuación se detalla la relación matemática para obtener la potencia

efectiva total:



Ne=Me∗n9550

Ni=N i−1+N i−2+N i−3+N i−4 …. (1)

N i−1=N e−Ne−1=n∗L9550

(Fe−Fe−1)

N i−2=N e−Ne−2=n∗L9550

(Fe−Fe−2 )

N i−3=N e−N e−3=n∗L9550

(Fe−Fe−3 )

N i−4=Ne−Ne−4=n∗L9550

(Fe−Fe−4 )

Además : Nm=N i−Ne

Donde:Nm: Perdidas mecánicas .Ni: Potencia indicada .Ne: Potencia efectiva .

y de la ecuacion (1 ) tenemos para N i :Nm=(4N e−N e−1−N e−2−N e−3−N e−4 )−N e

Resolviendo tenemos:



Método Empírico

Se menciono anteriormente que el 80% de las perdidas mecánicas son

perdidas por fricción y dentro de estas un 50% corresponden aproximadamente

a las piezas del grupo cilindro-embolo, por lo cual la presión media de perdidas

mecánicas obedece a la siguiente relación empírica:

Pm = A + B.Vp

Donde:

A y B : Son coeficientes empíricos que dependen del tipo de motor.

Vp : Velocidad media del motor.

Motor

E.CH A B Motor EC A B

S/D>1 0.05 0.0155

Cámara de

combustión

separada

0.105 0.138

S/D<1 0.04 0.0135

Cámara de

combustión

semiseparada y

separada

0.105 0.102

Tabla 02: Valores de A y B para Motores E.CH y E.C.

Este método es una forma práctica de obtener las perdidas mecánicas en un

motor ya sea diesel o sea un motor a gasolina.



4.- CURVAS CARACTERISTICAS

4.1.- CURVAS CARACTERISTICAS – BANCO PETTER

4.1.1.- DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO

REGIMEN DE VELOCIDAD

Δh(mm) n(RPM) F(N) Δs(cm H2O) ΔP(cm H2O) ΔV(cm3) Δt(s) Pac(Psi) Tac(ºC) Te(ºC) Ts(ºc) Po(mmHg) To(ºC)

14 2000 90 11,4 11 11,4 15 50 45 70 73 749 23,95

14 1800 94,5 10,7 9,6 9,6 15 42,5 77 70 73 749 23,95

14 1600 98 9,6 8,5 7,65 15 35 80 70 72 749 23,95

14 1400 102,5 8,5 7,1 6,7 15 3 80 70 72 749 23,95

14 1200 105 7,3 5,9 5,75 15 24 80 70 73 749 23,95

14 1000 97,5 6,2 4,9 4,65 15 20 80 70 72 749 23,95

Tabla 03: Datos tomados para régimen en velocidad – Banco Petter.

REGIMEN DE CARGA

Δh(mm) n(RPM) F(N) Δs(cm H2O) ΔP(cm H2O) ΔV(cm3) Δt(s) Pac(Psi) Tac(ºC) Te(ºC) Ts(ºc) Po(mmHg) To(ºC)

17 1500 50 9,3 8,3 3,35 15 32 80 70 72 749 23,95

16 1500 71 9,2 8 4,4 15 32 81,5 70 72 749 23,95

15 1500 86,5 9 7,8 5,5 15 31 82 70 72 749 23,95

14 1500 100 9 7,8 6,95 15 31 82 70 72 749 23,95

13 1500 105,5 8,9 7,8 8,2 15 31 82,5 70 72 749 23,95

12 1500 107,5 8,85 7,6 9,5 15 30,5 82,5 70 72 749 23,95

11 1500 109 8,8 7,6 9,8 15 30 83 70 72 749 23,95

10 1500 110,5 8,8 7,6 11,2 15 30 83,5 70 72 749 23,95

Tabla 04: Datos tomados para régimen en carga – Banco Petter.



4.1.2.- PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

Los parámetros a calcular son los siguientes: N e , ge , M e ,Gcomb y Gaire real .

Para el régimen de velocidad se graficara N e , ge , M e ,Gcomb ,Gaire realvs n.

Para el régimen de carga se graficara ge ,∆ hc ,Gcomb ,Gairereal vs N e .

A continuación se darán las formulas para realizar el cálculo:

Gasto de aire real:

Ga . r .=5.8365∗∆s∗senα∗[0.464∗[ P0−∆ P∗10

13.6273+T0

]]……( Kgh

)

Gasto de combustible:

GComb=3.6∗∆V

∆ t∗ρcomb……( Kg

h)

Momento efectivo:

M e=F∗L……(N .m)

Potencia efectiva:

N e=M e∗n9550

……(KW )

Consumo especifico de combustible:

ge=1000∗GComb

N e

……( gKW−h

)

Donde:

∆ s :c aida de presionenelmanometro decolumna inclinada (cmH 2O)

∆ P :caida de presionen elmanometro enU (cm H 2O)

P0 : presion ambiental(mmHg)

T 0: temperatura ambiental(℃)

α : angulode inclinadiondelmanometro inclinado.

∆V :cantidad de combusible que seconsume (cc )

∆ t : tiempoen el quese comsume combustible (s )

ρcomb :densidad del combustible ( gcc

)

F : lectura del dinamómetro(N )

L :brazotorque (m)



4.1.3.- RESULTADOS


Δh(mm) n(RPM) Gcomb(Kg/H)

Gar(Kg/H) Me(N.m) Ne(Kw) ge(g/KW-h) ne

14 2000 2,27088 38,5148745

27,9 5,84293194

388,654194

0,21794666

14 1800 1,91232 36,2001523

29,295 5,52157068

346,336235

0,24457701

14 1600 1,52388 32,5140477

30,38 5,08984293

299,396272

0,2829223

14 1400 1,33464 28,828379 31,775 4,65811518

286,519321

0,29563759

14 1200 1,1454 24,7878615

32,55 4,09005236

280,045315

0,30247206

14 1000 0,92628 21,0734921

30,225 3,16492147

292,670769

0,28942379

Tabla 05: Resultados obtenidos para régimen en velocidad – Banco Petter.

REGIMEN DE CARGA

Δh(mm) Ne(KW) Gcomb(Kg/H)

Gar(Kg/H) Me(N.m) ge(g/KW-h) ne

17 2,43455497

0,66732 31,5042201

15,5 274,103484

0,30902884

16 3,45706806

0,87648 31,174719 22,01 253,532758

0,33410232

15 4,2117801 1,0956 30,5030429

26,815 260,127541

0,32563212

14 4,86910995

1,38444 30,5030429

31 284,331226

0,2979127

13 5,13691099

1,63344 30,1641202

32,705 317,980982

0,26638663

12 5,23429319

1,8924 30,0005934

33,325 361,538785

0,23429266

11 5,30732984

1,95216 29,8310986

33,79 367,82338 0,23028955

10 5,38036649

2,23104 29,8310986

34,255 414,663202

0,20427634

Tabla 06: Resultados obtenidos para régimen en carga – Banco Petter.



Grafica 01: Curvas características en función de las RPM para el motor DIesel.



Grafica 02: Curvas características en función de las potencia efectiva para el motor Diesel.



4.2.- CURVAS CARACTERISTICAS – BANCO DAIHATSU

4.2.1.- DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO


n(RPM) ∆hc(%) F(Kg) ∆s(cm) ∆V(pintas) ∆t(s) Tac(ºC) Pac(Psi) Te(ºC) Ts(ºC)3000 25 12,8 40,8 0,0625 21 102 58 88 902700 25 14 37 0,0625 22,6 105 56 86 882400 25 15 32,7 0,0625 25,51 107 51 88 902100 25 15,8 28,4 0,0625 27,48 108 45 85 881800 25 16 24,2 0,0625 29,09 109 40 84 881500 25 16,4 19,2 0,0625 31,43 109,5 35 88 90

Tabla 07: Datos tomados para régimen en velocidad – Banco Daihatsu.

REGIMEN DE CARGA

n(RPM) ∆hc(%) F(Kg) ∆s(cm) ∆V(pintas) ∆t(s) Tac(ºC) Pac(Psi) Te(ºC) Ts(ºC)2500 10 2,3 6 0,0625 58,03 100 55 90 922500 20 10,8 22,8 0,0625 28,74 102 54 92 942500 30 16,4 41,8 0,0625 22,71 104 54 86 872500 40 17,2 51-14 0,0625 18,67 110 50 84 862500 50 18,3 15,2 0,0625 16,81 113 50 84 872500 60 19,3 17,2 0,0625 15,38 114 50 91 942500 70 20,3 18,1 0,0625 15,48 114,5 50 88 912500 80 20,2 18,5 0,0625 16,08 115 50 86 892500 90 20,1 18 0,0625 16,09 115 50 85 882500 100 20,2 18,2 0,0625 16,05 115 49,5 84 87

Tabla 08: Datos tomados para régimen en carga – Banco Daihatsu.




Los parámetros a calcular son los siguientes: N e , ge , M e ,Gcomb y Gaire real .

Para el régimen de velocidad se graficara N e , ge , M e ,Gcomb ,Gaire realvs n.

Para el régimen de carga se graficara ge ,∆ hc ,Gcomb ,Gairereal vs N e .

A continuación se darán las formulas para realizar el cálculo:

Gasto de aire real:

Ga . r .=3600.Cd . A .√2g .∆ s .Sen15 ° . ρ¿aire . ρH 2O

……( Kgh

)

Gasto de combustible:

GComb=3.6∗∆V

∆ t∗ρcomb……( Kg

h)

Momento efectivo:

M e=F∗L……(N .m)

Potencia efectiva:

N e=M e∗n9550

……(KW )

Consumo especifico de combustible:

ge=1000∗GComb

N e

……( gKW−h

)

Donde:

∆ s :caida de presionen elmanometro decolumna inclinada(cm H 2O)

A :área de la seccióndel conducto deadmisión(m2)

P0 : presion ambiental(mmHg)

T 0: temperatura ambiental(℃)

α : angulode inclinadiondelmanometro inclinado. (15 ° ) ,Cd :0.92

∆V :cantidad de combusibleque seconsume ( pintas)

∆ t : tiempoen el quese comsume c ombustible(s)

ρcomb :densidad del combustible ( gcc

)

F : lectura del dinamómetro(Kg)

L :brazotorque (m)



4.2.3.- RESULTADOS


Δhc(%) n(RPM) Gcomb(Kg/H)

Gar(Kg/H) Me(N.m) Ne(Kw) ge(g/Kw-h) ne

25 3000 4,26 51,0563476

40,558464 12,7408787

334,356843

0,24249864

25 2700 3,95840708 48,6206235

44,36082 12,5418025

315,617079

0,256897

25 2400 3,50686005 45,7081389

47,52945 11,9445738

293,594406

0,27616698

25 2100 3,25545852 42,5969821

50,064354 11,0089155

295,711099

0,27419019

25 1800 3,0752836 39,3212527

50,69808 9,55565906

321,828519

0,25193877

25 1500 2,84632517 35,0243655

51,965532 8,16212545

348,723526

0,2325082

Tabla 09: Resultados obtenidos para régimen en velocidad – Banco Daihatsu.

REGIMEN DE CARGA

2 agujeros

Δhc(%) Ne(KW) Gcomb(Kg/H)

Gar(Kg/H) Me(N.m) ge(g/Kw-h) ne

10 1,90781387

1,54161641 20,5165443

7,287849 808,053881

0,10034118

20 8,95843037

3,11273486 39,9941076

34,221204 347,464314

0,23335082

30 13,6035424

3,93923382 54,1522777

51,965532 289,57412 0,28000113

40 14,2671298

4,79164435 59,8154915

54,500436 335,852018

0,24141907

50 15,1795626

5,32183224 62,3263152

57,985929 350,591937

0,2312691

60 16,0090469

5,81664499 66,3000538

61,154559 363,334872

0,22315799

70 16,8385312

5,77906977 68,0125323

64,323189 343,2051 0,23624673

80 16,7555827

5,56343284 68,7599452

64,006326 332,034578

0,24419469

90 16,6726343

5,55997514 67,8243921

63,689463 333,479104

0,24313692

100 16,7555827

5,57383178 68,2001534

64,006326 332,655203

0,2437391

Tabla 10: Resultados obtenidos para régimen en carga– Banco Daihatsu.



Grafica 03: Curvas características en función de las RPM para el motor ECH.



Grafica 04: Curvas características en función de la potencia efectiva para el motor ECH.



5.- PERDIDAS MECANICAS

5.1.- BANCO PETTER

5.1.1- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR

Banco de Pruebas del Motor Petter.

Dinamómetro.

Termómetro.

Tablero de Control.

Fig.4: Banco de Pruebas Petter. Fig.5: Termómetro

Fig.6: Dinamómetro. Fig.7: Tablero de Control



5.1.2.- PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA

Encendemos el tablero de control y encendemos la bomba de agua.

Primero evaluaremos las pérdidas mecánicas manteniendo las RPM

constantes (500RPM) y variaremos la temperatura de entrada del líquido

refrigerante (19.5 a 80ºC), para ello descomprimiremos el cilindro y se

cortara el suministro de combustible una vez llegada a la temperatura de

entrada del liquido refrigerante al cual se va a trabajar y se tomaran las

lecturas del dinamómetro y la temperatura de entrada del líquido

refrigerante.

También evaluaremos las pérdidas mecánicas manteniendo la

temperatura de entrada del líquido refrigerante constante (76ºC) y

variaremos las RPM desde 100 hasta 1500RPM mediante el tablero de

control y se realizara lo mismo que en el caso anterior,

descomprimiremos el cilindro y cortaremos el suministro de combustible,

tomando las lecturas del dinamómetro y las RPM.

Fig.8: Encendemos el tablero de control para Fig.9: Encendemos la bomba de agua

la primera prueba mantenemos las RPM cte. mediante el tablero de control.

y para la segunda prueba variamos las RPM.



Fig.10: Posición de la llave cuando Fig.11: Posición de la llave cuando

el cilindro esta comprimido. el cilindro esta descomprimido.

Fig.12: Posición de la llave cuando Fig.13: Posición de la llave cuando

hay suministro de combustible. no hay suministro de combustible.



Fig.14: Tomar la lectura Fig.15: Tomar la lectura de la temperatura

del dinamómetro. de entrada del líquido refrigerante.

5.1.3.- DATOS TOMADOS EN LA EXPERIENCIA

Manteniendo las RPM constantes:

n=500 RPM

TeH2O(°C) ΔFm(N)

19,5 94

30 73

40,5 72

50 68

60,5 61

70 60

80 49

Tabla 11: Datos tomados a 500 RPM – Motor Petter.



Manteniendo la Tº del liquido refrigerante constante.

TeH2O=76°C

n(RPM) ΔFm(N)

100 35

300 43

400 40

500 41

600 42

700 43

800 44

900 46

1000 47

1100 49

1200 50

1300 53

1400 52

1500 54 Tabla 12: Datos tomados a TeH2O 76ºC – Motor Petter.


Manteniendo las RPM constante (n=500 RPM) y variando la temperatura

de entrada del líquido refrigerante desde 19,5 a 80ºC.

Mpm=∆ Fm xL

Npm=Mpm xn9550

Manteniendo la temperatura del liquido refrigerante constante (76ºC) y

variando las RPM desde 100 hasta 1500RPM.

Mpm=∆ Fm xL

Npm=Mpm xn9550

L :Brazo de pérdidasmecánicas :22cm



5.1.5.- RESULTADOS

Manteniendo las RPM constantes:

n(RPM) TeH2O(°C) ΔFm(N) Mm(N.m) Nm(Kw)500 19,5 94 20,68 1,08272251500 30 73 16,06 0,8408377500 40,5 72 15,84 0,82931937500 50 68 14,96 0,78324607500 60,5 61 13,42 0,7026178500 70 60 13,2 0,69109948500 80 49 10,78 0,56439791

Tabla 13: Resultados obtenidos para 500 RPM – Motor Petter.

Manteniendo la Tº del liquido refrigerante constante

TeH2O(°C) n(RPM) ΔFm(N) Mm(N.m) Nm(Kw)76 100 35 7,7 0,0806282776 300 43 9,46 0,2971727776 400 40 8,8 0,3685863976 500 41 9,02 0,4722513176 600 42 9,24 0,5805235676 700 43 9,46 0,6934031476 800 44 9,68 0,8108900576 900 46 10,12 0,9537172876 1000 47 10,34 1,0827225176 1100 49 10,78 1,2416753976 1200 50 11 1,3821989576 1300 53 11,66 1,5872251376 1400 52 11,44 1,6770680676 1500 54 11,88 1,86596859

Tabla 14: Resultados obtenidos para TeH2O 76ºC – Motor Petter.



10 20 30 40 50 60 70 80 900.4

0.6

0.8

1

1.2

POTENCIA DE PERDIDAS MECANICAS EN FUNCION DE LA TEMPERATURA DEL LIQUIDO REFRIGERANTE

Perd.Mec.

Npm

TeH2O(°C)

Npm(Kw)

Grafica 05: Curva de la Potencia de pérdidas mecánicas conforme varía la Temperatura del líquido refrigerante.



0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

0.5

1

1.5

2

POTENCIA DE PERDIDAS MECANICAS EN REGIMEN DE VELOCIDAD

Perd. Mec.

Npm

n(RPM)

Npm(Kw)

Grafica 06: Curva de la Potencia de pérdidas mecánicas conforme varía las RPM.



5.2.- BANCO DAIHATSU

5.2.1- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR

Banco de Pruebas del Motor Daihatsu.

Dinamómetro.

Tablero de Control.

Fig.16: Banco Daihatsu. Fig.17: Dinamómetro.

Fig.18: Tablero de Control.

5.2.2.- PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA

Encendemos el motor y colocamos la válvula de mariposa al 25% de

apertura y calentamos el motor hasta que llegue a su temperatura de

trabajo (80ºC), para una RPM indicada, tomamos las lecturas del

dinamómetro las temperaturas de entrada y salida del líquido

refrigerante y la presión y temperatura del aceite lubricante, en especial

la lectura del dinamómetro, seguido se desconectara el primer cilindro y



se regulara el tablero de control hasta llegar a la RPM con la que se está

trabajando y se vuelven a tomar las lecturas de los instrumentos que se

mencionaron, se repetirá lo mismo para la desconexión del segundo y

tercer cilindro. Repetir este procedimiento desde 3000 a 2000 RPM.

Fig.19: Encendemos el motor. Fig.20: Colocamos la válvula de mariposa al 25%.

Fig.21: Tomamos la lectura del dinamómetro Fig.22: Tomamos la lectura de entrada

antes de desconectar los cilindros y luego de del líquido refrigerante.

desconectar cada uno de los cilindros.



Fig.23: Tomamos la lectura de salida Fig.24: Tomamos la lectura de la presión y

del líquido refrigerante. temperatura del aceite lubricante.

Fig.25: Mediante este instrumento Fig.26: Mediante el tablero de control regulamos las RPM.

realizamos la desconexión de los cilindros.

5.2.3.- DATOS TOMADOS EN LA EXPERIENCIA

n(RPM) Fe(Kg) F1(Kg) F2(Kg) F3(Kg) TH2Oe(°C) TH2Os(°C) Pac(Psi) Tac(°C)3000 14,6 8,3 8 8,2 86,5 88,25 53,25 119,252800 15,4 8,8 9 8,9 87,3 90 51 118



2600 16,4 9,3 9,4 9,1 86,5 89 50,75 114,752400 16,8 10,4 9,6 9,8 86,25 88,5 50 1132200 17,3 10,1 10 10,3 86 88,5 45,25 1132000 17,6 10,3 10,2 10,4 85 88 42,5 113

Tabla 15: Datos tomados para Δhc: 25% - Motor Daihatsu.


El método que se usara para evaluar las pérdidas mecánicas es el de

desconexión de cilindros.

Ne=Mexn9550

=Fe . L.n9550

Desconectamos el primer cilindro:

N e−1=Fe−1 . L . n

9550

N i1=N e−N e−1=(Fe−Fe−1 ) . L . n

9550

Desconectando el segundo y tercer cilindro obtenemos:

N i2=N e−N e−2=(Fe−Fe−2 ) . L . n

9550

N i3=N e−N e−3=(Fe−Fe−3 ) . L. n

9550

¿=N i1+N i2+N i3

Finalmente:

Potencia de PérdidasMecánicas :Npm=¿−Ne

Eficiencia Mecanica :nm=Ne¿

5.2.5.- RESULTADOS

n(RPM) Ne(Kw) Ni1(Kw) Ni2(Kw) Ni3(Kw) Ni(Kw) Npm(Kw) nm3000 14,5325648 6,27090126 6,5695156 6,37043937 19,2108562 4,67829141 0,756476682800 14,3069451 6,1315479 5,94574341 6,03864565 18,115937 3,80899187 0,789743592600 14,1476841 6,12491202 6,03864565 6,29744475 18,4610024 4,31331832 0,766355142400 13,3779227 5,0963515 5,73339543 5,57413445 16,4038814 3,0259587 0,815533982200 12,6280689 5,25561248 5,3286071 5,10962325 15,6938428 3,06577395 0,804651162000 11,6791388 4,84418827 4,91054702 4,77782953 14,5325648 2,85342597 0,80365297

Tabla 16: Resultados obtenidos para Δhc: 25% - Motor Daihatsu



1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0.700000000000001

0.710000000000001

0.720000000000001

0.730000000000001

0.740000000000001

0.750000000000001

0.760000000000001

0.770000000000001

0.780000000000001

0.790000000000001

0.800000000000001

0.810000000000001

0.820000000000001

0.830000000000001

0.840000000000001

0.850000000000001

CURVAS DE POTENCIAS Y EFICIENCIA MECANICA PARA EL MOTOR DAIHATSU

Potencia Efectiva

Ne(Kw)

Potencia Indicada

Ni(Kw)

Perdidas Mecanicas

Npm(Kw)

Eficiencia Mecanica

nm

n (RPM)

Ne (Kw) Ni(Kw)

Npm(Kw)nm

Grafica 07: Curvas de la Potencia Indicada, Efectiva y de Perdidas Mecánicas y la eficiencia mecánica para el Motor Daihatsu.



6.- ANALISIS DE LOS RESULTADOS

CURVAS CARACTERISTICAS:

De las tablas 5 y 9 notamos que se consume más combustible en el

motor ECH (2,84-4,26 Kg/h) que en el del motor Diesel (0,92-2,27 Kg/h)

cuando trabajan en régimen de velocidad.

De las tablas 5 y 9 notamos que se ingresa más aire en el motor ECH

(35,02-51,05 Kg/h) que en el del motor Diesel (21,07-38,51 Kg/h) cuando

trabajan en régimen de velocidad.

De las tablas 5 y 9 notamos que momento efectivo en el motor ECH

(40,55-51,9 N.m) es mayor que en el motor Diesel (27,9-30,225 N.m)

cuando trabajan en régimen de velocidad.

De las tablas 5 y 9 notamos que la potencia efectiva en el motor ECH

(8,16-12,74 Kw) es mayor que en el motor Diesel (3,16-5,84 Kw) cuando

trabajan en régimen de velocidad.

De la tabla 5 notamos que el consumo específico de combustible en el

motor Diesel disminuye, a medida que aumenta las RPM, hasta un valor

mínimo y luego empieza a aumentar como se puede observar en la

gráfica 1.

De la tabla 5 notamos que eficiencia efectiva en el motor Diesel

aumenta, a medida que aumenta las RPM, hasta un valor máximo y

luego empieza a descender como se puede observar en la gráfica 1.

De la tabla 9 notamos que el consumo específico de combustible del

motor ECH disminuye, a medida que aumenta las RPM, hasta un valor

mínimo y luego empieza a aumentar como se puede observar en la

gráfica 3.

De la tabla 5 notamos que eficiencia efectiva del motor ECH aumenta, a

medida que aumenta las RPM, hasta un valor máximo y luego empieza

a descender como se puede observar en la gráfica 3.

De las tablas 6 y 10 notamos que se consume más combustible en el

motor ECH (1,54-5,57 Kg/h) que en el del motor Diesel (0,66-2,23 Kg/h)

cuando trabajan en régimen de carga.



De las tablas 6 y 10 notamos que se ingresa más aire en el motor ECH

(39,99-68,2 Kg/h) que en el del motor Diesel (29,83-31,5 Kg/h) cuando

trabajan en régimen de carga.


motor Diesel disminuye, a medida que aumenta la potencia efectiva,

hasta un valor mínimo y luego empieza a aumentar como se puede

observar en la gráfica 2.

De la tabla 6 notamos que eficiencia efectiva del motor Diesel aumenta,

a medida que aumenta la potencia efectiva, hasta un valor máximo y



motor ECH disminuye, a medida que aumenta la potencia efectiva, hasta

un valor mínimo y luego empieza a aumentar como se puede observar

en la gráfica 4.

De la tabla 10 notamos que eficiencia efectiva del motor ECH aumenta,

a medida que aumenta la potencia efectiva, hasta un valor máximo y


PÉRDIDAS MECÁNICAS:

De la tabla 13 notamos que a medida que aumentamos la temperatura

del liquido refrigerante en el motor Diesel las potencia de pérdidas

mecánicas disminuye.

De la tabla 14 notamos que a medida que aumentamos las RPM la

potencia de pérdidas mecánicas en el motor Diesel aumenta.

De la tabla 16 notamos que a medida que aumentan las RPM en el

motor ECH aumentan la potencia efectiva, la potencia indicada y la

potencia de pérdidas mecánicas y notamos una disminución de la

eficiencia mecánica.

7.- OBSERVACIONES

En el motor Diesel la dependencia de las pérdidas mecánicas respecto a

la temperatura del motor se debería realizar tomando la temperatura del

aceite lubricante, pero por cuestiones académicas se realizo con

respecto a la temperatura del líquido refrigerante.



En el motor ECH podemos observar de la tabla 15 que la temperatura

del líquido refrigerante es casi constante, con lo cual podemos decir que

se realizo un buen ensayo.

En el motor ECH se observo que a medida que se desconectaba un

cilindro la potencia que desarrollaba el motor disminuía así como

también las RPM.

8.- CONCLUSIONES

En el motor Diesel, los parámetros efectivos tienen la misma tendencia

que las curvas teóricas, como podemos observar en el gráfico 1, para

régimen de velocidad, la potencia efectiva aumenta a medida que

aumentan las RPM, el consumo específico primero disminuye hasta un

valor mínimo y luego aumenta, la eficiencia efectiva aumenta hasta un

valor máximo y luego disminuye; también en el grafico 2, para régimen

de carga, se pueden apreciar las tendencias del consumo especifico de

combustible y la eficiencia efectiva.

En el motor ECH, los parámetros específicos tienen la misma tendencia

que las curvas teóricas, como podemos apreciar en las graficas 3 y 4.

Llegamos a la conclusión que a medida que se aumenten las RPM tanto

para el motor Diesel, como para el motor ECH las pérdidas mecánicas

aumentan.

Para el motor Diesel a medida que se aumenta la temperatura de trabajo

del motor las perdidas mecánicas disminuyen, a una mismas RPM.

9.- BIBLIOGRAFIA

Motores de Automóvil, Jovaj, M.S., Editorial MIR, Moscú 1982

Procesos de los Motores de Combustión, Lichty, Ediciones Del Castillo,

Madrid 1970

Experimentación y cálculo de Motores de Combustión Interna, Lastra,

Instituto de Motores de Combustión Interna, Lima, 1995.

Apuntes de clase de teoría del Ing. Juan Lira

Apuntes de clase de laboratorio del Ing. Jorge Ponce

10.- ANEXOS


curvas caracteristicas y perdidas mecanicas

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