MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA

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INGENIERA SECCIN INGENIERA MECNICA

LABORATORIO DE ENERGA

Pgina 1 de 7 MEC299 MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA

LABORATORIO No. 4 MOTOR DE ENCENDIDO POR COMPRESIN (MEC)

1. OBJETIVOS

Obtencin y anlisis de las curvas caractersticas de velocidad y de carga de un MEC, 4T.

Realizar el balance energtico de un MEC y determinar el aprovechamiento energtico en diferentes condiciones de velocidad y carga.

2. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR 2.1 Motor

Marca : Cummins QSB6.7, 6 cilindros y enfriado por agua.

Volumen barrido : 6,7 l

Velocidad nominal : 2200 rpm

Potencia nominal : 119 kW (160 HP) 2.2 Dinammetro

Marca: Zllner A-350

Tipo de frenado: campo electromagntico refrigerado por agua

Rangos de torque: 0 a 500 Nm y 0 a 1000 Nm

Velocidad mxima: 6500 rpm

2.3 Sistema de monitoreo del motor

Interface motor PC: Insite 5 Programa de monitoreo: Cummins Insite.

Sistema de visualizacin de variables marca Murphy. 2.4 Medidor del consumo de combustible

Mtodo: volumtrico

Marca: Seppeler Stiftung Modelo: 4835

Capacidad: 150ml

2.5 Tubo de pitot para medir las velocidades de los gases de escape

2.6 Manmetro digital marca Dywer

Rango : 0-40 inH2O (0 0,1bar) Accesorio: 2 mangueras

2.7 Analizador de gases TESTO 350 XL

2.8 Rotmetro marca Yokogawa con display

2.9 Termocuplas tipo K

2.10 Display de temperatura marca EXTECH

2.11 Higrmetro

2.12 Cronmetro

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3. PROCEDIMIENTO

3.1 Verificacin del banco de pruebas del motor

1) Verifique que el dinammetro est colocado en la escala 0-500N-m.

2) Abra las llaves de ingreso de aceite a los cojinetes del freno. 3) Abra las llaves del sistema de agua de refrigeracin del freno.

3.2 Procedimiento de arranque 1) Abrir la vlvula de salida del tanque de combustible 2) Energizar el panel de control del dinammetro con ayuda del interruptor principal. 3) Revisar que la posicin del acelerador este en mnimo. 4) Energizar el panel de control del motor Cummins con ayuda de la llave principal de

mano. 5) Habilitar la conexin entre la batera y el motor mediante una palanca manual instalada

en el motor. 6) Gire la llave de arranque del motor hasta que se logre el encendido.

7) Una vez arrancado el motor, esperar a que la temperatura del agua de refrigeracin aumente hasta el valor de operacin (80 C).

8) Encender la computadora personal e iniciar el software de adquisicin de datos Insite.

3.3 Procedimiento de ensayo

3.3.1 Ensayo a plena carga Levantar la curva de plena carga del motor, variando las velocidades del cigeal desde 800 hasta 2000 rpm, con incrementos de 200 rpm. En esta etapa se obtendr 7 puntos de ensayo. Usando esta informacin, el alumno deber calcular, graficar y analizar cada uno de los parmetros requeridos, adems de responder algunas preguntas planteadas sobre el tema.

Bsicamente, el procedimiento de los ensayos sigue las siguientes etapas: 1) Girar el acelerador hasta alcanzar una velocidad correspondiente a 800 rpm.

2) Girar la llave de activacin del freno.

3) Sin girar el acelerador, aplicar el freno con la perilla de excitacin hasta conseguir el torque mximo, verificando la estabilidad del rgimen de giro del eje cigeal. Esperar 1 minuto y tomar datos.

4) Sin girar el acelerador, disminuir el freno del dinammetro hasta alcanzar el 90% del torque mximo.

5) Repetir todo el procedimiento (etapas 1-4) para las velocidades de 1000, 1200, 1400, 1600, 1800 y 2000 rpm.

3.3.2 Ensayo a carga parcial Levantar las curvas a carga parcial del motor, variando el porcentaje de torque mximo (75, 50, 25 y 10% del torque mximo) en cuatro velocidades de giro del eje cigeal (800, 1200, 1600 y 2000 rpm). En esta etapa se obtendr 16 puntos de ensayo. Usando esta informacin, el alumno deber calcular, graficar y analizar cada uno de los parmetros

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requeridos, adems de responder algunas preguntas planteadas sobre el tema.

Bsicamente, el procedimiento de los ensayos sigue las siguientes etapas: 1) Establecida la operacin a 2000 rpm, disminuir el freno del dinammetro hasta alcanzar

el 75% del torque mximo correspondiente a ese rgimen. Esperar 1 minuto y tomar datos.

2) Repetir la etapa anterior para 50, 25 y 10% del torque mximo en 2000 rpm.

3) Repetir todas las etapas anteriores, variando la velocidad del cigeal (en 1600, 1200 y 800 rpm).

3.3.3 Registro de datos Las variables que sern medidas son: 1) Par efectivo del motor (torque): [N.m] 2) Rgimen de giro del cigeal: [rpm] 3) Tiempo de consumo de 50 ml de combustible: [s] 4) Temperatura, presin y humedad del ambiente. 5) Diferencia de presiones en el tubo de pitot instalado en el escape. 6) Temperatura de los gases de escape.

7) Caudal del agua de refrigeracin del motor en el rotmetro.

8) Temperatura del agua de refrigeracin de entrada al motor.

9) Temperatura del agua de refrigeracin de salida del motor.

10) Temperatura y presin del aire en el colector de admisin (va software Insite)

11) Consumo de combustible del motor (va software Insite)

12) Presin atmosfrica (va software Insite)

En cada punto de ensayo (torque x rotacin), todas las variables enumeradas anteriormente debern ser medidas 3 veces (con excepcin del consumo de combustible y la temperatura de los gases), con la finalidad de obtener el valor medio y la dispersin estadstica de los resultados. Los datos del Insite debern ser registrados durante 2 minutos.

3.4 Parada del motor 3.4.1 Normal

1) Reducir el freno aplicado con la perilla de excitacin hasta tener un torque de 0 N.m. Apagar el freno.

2) Reducir las revoluciones del motor girando el acelerador en sentido anti-horario. Alcanzar el rgimen de ralent.

3) Apagar el motor, girando la llave de arranque del motor en el mdulo de control. 4) Girar la llave para la batera del motor. 5) Cortar el suministro de agua hacia el freno.

3.4.2 Emergencia 1) En caso de exceder el valor nominal de la temperatura de agua de refrigeracin del

dinammetro (40 C) deber retirarse la carga al motor y reducir la velocidad, hasta la condicin de ralent. En esta condicin, esperar 3 minutos y apagar el motor.

2) En caso de exceder el valor nominal de la temperatura de agua de refrigeracin en el rotmetro (75 C) deber retirarse ligeramente la carga al motor y aumentar el flujo de agua fra del intercambiador. Luego, restablecer la carga original del punto de ensayo.

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4. CLCULOS Y GRFICOS A REALIZAR [Peso: 40%]

4.1 Ensayo a plena carga A partir de los datos obtenidos en el ensayo a plena carga, calcular y graficar los parmetros de funcionamiento (citados en el prrafo siguiente) en funcin del rgimen de giro del motor:

a. Torque efectivo: [N.m] b. Potencia efectiva: [kW] c. Potencia efectiva corregida segn la norma ISO1585. d. Consumo especfico de combustible: [g/kW.h] e. Presin media efectiva: [kPa] f. Rendimiento volumtrico: [-] g. Rendimiento efectivo: [-] h. Relacin de compresin en el compresor: [-] i. Relacin msica de aire seco y combustible j. Temperatura de escape: [K] k. Flujo de calor a travs de los gases de escape y agua de refrigeracin

Nota: a, c y d debern ser graficado en una misma figura. Los dems parmetros debern

ser graficados en figuras separadas.

4.2 Ensayo a carga parcial A partir de los datos obtenidos en el ensayo a carga parcial, calcular y graficar los parmetros de funcionamiento (citados en el prrafo siguiente) en funcin de la potencia efectiva:

l. Torque efectivo: [N.m] m. Potencia efectiva: [kW] n. Potencia efectiva corregida segn la norma ISO1585. o. Consumo especfico de combustible: [g/kW.h] p. Presin media efectiva: [kPa] q. Rendimiento volumtrico: [-] r. Rendimiento efectivo: [-] s. Relacin de compresin en el compresor: [-] t. Relacin msica de aire seco y combustible u. Temperatura de escape: [K] v. Flujo de calor a travs de los gases de escape y agua de refrigeracin

Nota: Todos los parmetros (con excepcin de los puntos b y c) debern ser graficados en figuras separadas, incluyendo los resultados obtenidos a plena carga del tem anterior 4.1 (en 800, 1200, 1600 y 2000 rpm).

5. ANLISIS DE LOS RESULTADOS [Peso: 40%]. 5.1 Para cada grfica, afirmar que tendencias son aparentes, indicando los valores mnimos /

mximos en el rango de operacin evaluado. 5.2 Explica PORQUE ocurren estos comportamientos (qu efectos provocan los cambios

observados en 5.1?). 5.3 Cul es el efecto de la humedad ambiente en el clculo del consumo de aire del motor?;

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5.4 Cul es el efecto del factor de correccin en la potencia efectiva? 6. EVALUACIN EXTRA [Peso: 20%].

La bsqueda de menores emisiones y mayor economa en el consumo de combustible ha impulsado el uso de nuevos combustibles alternativos y/o renovables (etanol, butanol, gas natural, biogs, biodiesel, etc.) en motores de encendido por compresin. En UNA pgina describe y justifica UNO de estos nuevos combustibles que, en tu opinin, sea el ms relevante en la sustitucin parcial o total del combustible Diesel. Incluir tres fuentes cientficas, utilizando la Gua PUCP para el citado de fuentes.

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ANEXO I Clculo del caudal de los gases de escape El caudal de los gases de escape se determinar a partir de la medicin de presin dinmica realizada con el tubo de Pitot:

a

2

g

p2

4

dV

donde: d es el dimetro interno de la tubera de los gases de escape (0,123 m); p es la

diferencia de presiones registrada con el tubo de Pitot; y a es la densidad de los gases (considerar aire) a la temperatura de escape.

ANEXO II Datos de la Unidad de Control Electrnica del Motor

Para acceder al sistema de adquisicin de datos del motor Cummins se proceder de la siguiente manera:

Encender la PC que est instalada al costado del motor Cummins.

Asegurarse que la conexin ECM PC (Insite 5 ) este correctamente conectado.

Seleccionar el cono del programa Cummins Insite y ejecutar este acceso

directo.

De la ventana seleccionar el cono y ejecutarlo.

Seleccionar en la pestaa inferior la opcin INSITE USB 5 como se indica en Fig. 1.

Luego seleccionar el botn Conectar.

Una vez concluido el tiempo de conexin, seleccionar el cono . La Fig.

2 muestra la pantalla de monitoreo del motor Cummins.

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Fig. 1 Pantalla del programa Insite.

Fig. 2 Hoja de monitoreo de variables

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