“Características de velocidad en los motores de combustión interna (E.CH)”
PROFESOR:
Ing. Luis Lastra Espinoza
ALUMNOS:
Malpartida Mayta, KevinCarhuamaca Villena Jean CarlosJimenez Gutierrez Yoshi EdmundoSoca Quispe Jonathan
20107525H20110225A20101168I20100142E
Ciclo: 2014-II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
INDICE
1. INTRODUCCION……………………………………………………………3
2. OBJETIVOS…………………………………………………………………3
3. FUNDAMENTO TEORICO………………………………………………..4
4. FORMULAS A UTILIZAR………………………………………………7
5. DATOS OBTENIDOS Y RESULTADOS………………………………9
6. CONCLUSIONES…………………………………………………………16
7. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………16
INTRODUCCION
En el presente informe de laboratorio se busca que el estudiante de ingeniería pueda
obtener las curvas características para el motor ECH en función de ciertos parámetros
(variables).
Las características de velocidad se obtienen en función de la velocidad (RPM). En la
característica de velocidad el parámetro constante es la posición de la mariposa de
gases (E.CH) o de la cremallera de la bomba de inyección para el caso de un motor
Diesel.
OBJETIVOS
Realizar el estudio experimental del comportamiento de los motores en función de la velocidad.
Obtener las curvas características de velocidad de un motor ECH, en las cuales se mostrará el comportamiento de las variables de eficiencia, potencia y consumo específico de combustible en relación a la velocidad (pruebas a carga constante) y en relación a la carga (pruebas a rpm constante).
CARACTERÍSTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD.La variación de los índices del motor en función de la frecuencia de rotación para
diferentes posiciones invariables de la mariposa de gases (en un motor de carburador)
o del órgano de mando de la alimentación de combustible (en un motor Diesel) se
denomina características parciales de velocidad.
A medida que se cierra la mariposa de gases y disminuye la carga, por efecto del
incremento de las resistencias en el sistema de admisión, el coeficiente de llenado
decrece con mayor rapidez al elevar la frecuencia de rotación como se observa en la
figura, mientras que el punto máximo de la potencia efectiva se desplaza hacia el lado
de menores frecuencias de rotación; respectivamente disminuye la máxima frecuencia
de rotación en vacío y, para algunas posiciones de la mariposa de gases, se hace
menor que la nominal. Se puede emplear esto para prevenir el embalamiento en caso
de que disminuya la carga en el motor de carburador.
Cuando la mariposa de gases está en la posición correspondiente al mayor de , los
consumos específicos ge resultarán los mínimos; al seguir cerrando la mariposa de los
gases, en todos los regímenes de velocidad, dichos consumos aumentarán.
En el motor Diesel, cuando se mantiene constante la posición del órgano de mando de
la alimentación de combustible, con el aumento de la frecuencia de rotación la
cantidad de combustible inyectada al cilindro crece. El coeficiente de llenado aumenta
en cierta medida a pequeñas cargas y en todos los regímenes de velocidad es mayor
que a plena carga. En consecuencia, no se observa el desplazamiento del punto
máximo de potencia hacia el lado de menores frecuencias de rotación. Por este motivo
la máxima frecuencia de rotación en vacío, para todas las cargas, se encuentra fuera
de los límites de la nominal. Tal tendencia de la variación de las características
parciales de velocidad conduce a la necesidad de limitar obligatoriamente por el
regulador la frecuencia máxima de rotación en vacío hasta nmáx.
FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LOS PARÁMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR
Parámetros efectivos del motor a plena carga y a diferentes regímenes de velocidad
En la figura se muestra la tendencia de variación de los parámetros que influyen sobre
la potencia efectiva del motor en función de la frecuencia de rotación n.
La potencia indicada gastada en vencer la fricción y para el accionamiento de los
mecanismos auxiliares, se caracteriza por la curva Nm. Al aumentar Nm,
incrementando n, en cierto régimen de velocidad todo el trabajo indicado se gastará
por completo en vencer la fricción y en accionar los mecanismos auxiliares. La abscisa
A caracteriza la máxima frecuencia de rotación que el motor puede desarrollar sin
carga. Se denomina frecuencia de rotación de empalamiento en vacío ηemb . Debido a
que las fuerzas de inercia, que cargan el mecanismo biela-manivela a ηemb , aumentan
bruscamente, no debe tolerarse que el motor funcione en este régimen.
Las ordenadas de la curva Ne=Ni−Nm para cualquier régimen de velocidad
caracteriza la potencia efectiva, que puede ser traspasada a la transmisión del
vehículo.
De la figura se infiere que el máximo de la curva de Ne se obtiene para la frecuencia
de rotación ηe , que es menor que ηi correspondiente al punto máximo de la curva de
Ni.
La tendencia que tiene la variación del rendimiento y el consumo específico de
combustible en función de la frecuencia de rotación se muestra en la siguiente figura:
CALCULOS REALIZADOS Y FORMULAS UTILIZADAS
DENSIDAD DE AIRE CORREGIDA (ρaire¿ )
ρaire¿ =
1.293∗P0760
x 273T 0+273 [ kg
m3 ]Donde:
P0: Temperatura atmosférica.T 0: Presión atmosférica.
ρaire¿ =1.293∗749.1
760x 27325+273 → ρaire
¿ =1.165 kgm3
FLUJO MASICO DE AIRE (Ga)
Ga=3600∗Cd∗A∗√2∗g∗sen (α )∗( P1−P2 )∗ρaire∗ρagua(kgh
)
Dónde:
Cd=Coeficiente de descarga (0.98)(P1−P2) = Diferencia de presiones del flujo.
A=Área de la sección mínima de la tobera. (m2)
→ A= π4
(0.02 )2=3.1416×10−4m2
α=Angulo de inclinación del manómetro inclinado (60 °)
FLUJO MASICO DE COMBUSTIBLE (Gc)
Gc=3.6∗∆ V∆ t
ρc [ kgh ]
Dónde: ΔV= Volumen de combustible consumido en cm3 (dato 29.57 cm3¿
Δt= intervalo de tiempo en el que se consumió desde la bureta de medición, en s. 𝜌𝑐= Densidad del combustible gasolina. (g/cm3)
EFICIENCIA VOLUMETRICA (n¿¿v)¿
nv=Ga
30¿V h∗n∗ρ0x100%
Dónde:
Vh: Cilindrada unitaria, en m3
n: rpm 𝜌0: Densidad del aire a las condiciones P0 y T0
COEFICIENTE DE EXESO DE AIRE (α)
α= GaGc∗l0
Donde:l0: relación estequiometria (=14.45)
MOMENTO EFECTIVO DEL MOTOR (M e¿
M e=F∗L ,N .mDonde: F: Fuerza medida en el dinamómetro del freno (N)L: Longitud del brazo del freno en (m)
POTENCIA EFECTIVA (Ne)
Ne= Me∗n9555
(KW )
Donde:
Me: Momento efectivo, en kN.m n: RPM
Consumo específico de combustible ( ge )
ge=Gc×10
3
N e[ g/ (kW .hr ) ]
Dónde:
Gc: Consumo de combustible en una hora [ Kgh ]
N e: Potencia efectiva [ Kw ].
Eficiencia efectiva (ne)
ne=3600H u . ge
Dónde:
H u: Poder calorífico [ MJKg ]
ge: Consumo especifico de combustible [ g/ (kW .hr ) ].
DATOS OBTENIDOS DE LA EXPERIENCIA:
Datos: Apertura de la mariposa |Ø|=40% Apertura de la mariposa |Ø|=50%
N°
n F d ∆t ∆P Fd ∆t ∆P
RPM Kg s cmH2O Kg s cmH2O
1 1400 19.80 30.05 6.60 19.20 23.83 6.70
2 1600 19.20 28.81 7.40 19.00 23.88 9.00
3 1900 18.20 24.82 10.60 18.80 22.70 11.50
4 2200 17.40 23.66 13.90 18.20 20.49 14.90
5 2500 16.80 20.77 16.90 17.80 20.58 18.20
CALCULOS Y RESULTADOS
CARACTERISTICA EXTERNA DE VELOCIDAD (Δh=15 mm, cte)
Utilizando las fórmulas descritas anteriormente y realizando los cálculos respectivos se obtuvieron los siguientes resultados:
Apertura de la mariposa |Ø|=40%
N°n Gc Ga Me Ne nv α ge ne
RPM Kg/h Kg/h N.m Kw g/(Kw-h) %
1 1400 3.15 40.10 62.74 9.20 0.82 0.88 342.36 23.68
2 1600 3.28 42.47 60.84 10.19 0.76 0.89 322.23 25.16
3 1900 3.81 50.82 57.67 11.47 0.77 0.92 332.27 24.40
4 2200 4.00 58.20 55.13 12.70 0.76 1.01 314.87 25.75
5 2500 4.56 64.17 53.23 13.94 0.74 0.97 326.92 24.80
CARACTERISTICA PARCIAL DE VELOCIDAD (Δh=17.5 mm, cte)
Apertura de la mariposa |Ø|=50%
N°n Gc Ga Me Ne nv α ge ne
RPM Kg/h Kg/h N.m Kw g/(Kw-h) %
1 1400 3.97 40.41 60.84 8.92 0.83 0.70 445.22 18.21
2 1600 3.96 46.83 60.20 10.09 0.84 0.82 392.84 20.64
3 1900 4.17 52.94 59.57 11.85 0.80 0.88 351.71 23.05
4 2200 4.62 60.26 57.67 13.29 0.79 0.90 347.61 23.33
5 2500 4.60 66.60 56.40 14.76 0.77 1.00 311.40 26.04
CURVAS CARACTERISTICAS
Apertura de la mariposa |Ø|=40%
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 260048
50
52
54
56
58
60
62
64
5
7
9
11
13
15
17
19
Me (N.m)
RPM
Me N-mNe Kw
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600300
320
340
360
380
400
420
440
ge (g/(...
RPM
ge (g/(Kw-h))
Apertura de la mariposa |Ø|=50%
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 260052
54
56
58
60
62
64
5
7
9
11
13
15
17
19
Me (N-m)
RPM
Me N-m Ne (Kw)
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
ge (g/(K...
RPM
ge (g/(Kw-h))
Curva característica para Ø|=40%
Curva característica para Ø|=50%
1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
8
18
28
38
48
58
68CURVA CARACTERISTICA
ge (g/(Kw-h))
RPM
ge (g/(Kw-h))Me(N-m), Ne (Kw)
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
5
15
25
35
45
55
65
ge (g/(Kw-h))Polynomial (ge (g/(Kw-h)))
RPM
ge (g/(Kw-h)) Me(N-m), Ne (Kw)
CONCLUSIONES
Las anotaciones pertinentes están dadas en cada gráfica.
Las tendencias de casi todas las gráficas son las esperadas, salvo la del consumo de
combustible la cual debería ser creciente en todo el régimen, probablemente hubo un
error de medición en este caso.
Es muy importante conocer las tendencias de los diferentes parámetros del motor de
combustión interna, en este caso ECH, para entender mejor su funcionamiento a
diferentes regímenes, y aprender a diferenciarlo con el motor Diesel, comprendiendo
que la diferencia fundamental es la presencia de la válvula de mariposa en el motor
ECH, lo cual es un factor importante al momento de cálculo de las pérdidas
mecánicas, al igual que las pérdidas de presión, siendo este un factor que hace que
estas pérdidas sean mayores.
De acuerdo a las gráficas del momento efectivo, potencia efectiva y coeficiente de exceso de aire en función de las RPM observamos que se asemejan con las gráficas teóricas.
BIBLIOGRAFIA
Jóvaj, M. S. “ Motores de automóvil” , Edit. Mir, Moscú
Lukanin V.N., “Motores de combustión interna”, Edit. MIR, Moscú
Manual del Ingeniero Hütte Tomo II, Edit Gili, Barcelona.
Edward Obert , Motores De Combustión Interna