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%)
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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
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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:
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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]
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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 )
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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 )
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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 ]
Qs=0.0022059( kgcomb
s )(43 960000 ( Jkgcomb ))=96970.5882[W ]
Qs=0.0022727( kgcomb
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 )
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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%)
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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:
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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 )
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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 )
Para la primera lectura:
GEC=0.00181291( kgcomb
s )14153.4066W
=1.2809 x10−7( kgcombsW )
Mismo procedimiento para las demás lecturas:
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
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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
Para la primera lectura:
ηTOTAL=13533.6501378500
∗100%=¿
Mismo procedimiento para las demás lecturas:
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
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Legazpi Ascencio Axhel
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