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OKDeterminacin de las Curvas Caractersticas de Velocidad y Carga y de las Prdidas Mecnicas en los Motores de Encendido por Chispa y Compresin

INFORME DE LABORATORIO:

DETERMINACIN DE LAS CURVAS CARACTERSTICAS DE VELOVIDAD Y CARGA Y DE LAS PRDIDAS MECNICAS EN LOS MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA Y COMPRESIN

CURSO:

- MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA -

DOCENTE:

ING. JORGE PONCE GALIANO

SECCIN:

G

Lima, 22 de junio de 2009

ndice

Resumen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1. Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2. Fundamento Terico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1. Proceso de Admisin

2.2. Parmetro del Proceso de Admisin

2.2.1. Prdidas Hidrulicas de Presin

2.2.2. Calentamiento de la Carga con las Paredes del Ducto de Admisin

2.2.3. Gases Residuales

2.3. Coeficiente de Llenado

2.4. Coeficiente de Exceso de Aire

2.4.1. Relacin Estequiomtrica

3. Equipos e Instrumentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4. Procedimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5. Datos de Laboratorio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.1. Motor de encendido por chispa DAIHATSU

5.2. Motor de encendido por compresin PETTER

6. Clculos y Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6.1. Motor de encendido por chispa DAIHATSU

6.2. Motor de encendido por compresin PETTER

7. Grficos y Anlisis de Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

8. Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Bibliografa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Resumen

En el presente informe se determinan las Curvas de Comportamiento (Caractersticas de Velocidad y Carga) y las Prdidas Mecnicas en los Motores de Combustin Interna de Encendido por Compresin Motor Diesel Peter y Encendido por Chispa Motor Daihatsu.

En nuestra experiencia de laboratorio se analizan los resultados obtenidos mediante curvas caractersticas, construidas a partir de los datos tomados.

1. Objetivos

Determinar en forma experimental los parmetros indicados y efectivos de los Motores de Combustin Interna y elaborar grficas con los resultados obtenidos.

Determinar la influencia de los regmenes de funcionamiento y la carga del motor sobre los parmetros indicados y efectivos.

Verificar en forma experimental las perdidas mecnicas en los motores ensayados y construir grficas que permitan observar su tendencia de acuerdo a los diferentes regmenes de velocidad y carga.

2. Fundamento Terico

2.1. Proceso de Admisin

El proceso de admisin est vinculado al proceso de escape, debido a que para realizar el ciclo de trabajo de un motor de combustin interna es preciso expulsar del cilindro los productos de la combustin formados en el ciclo anterior e introducir en l la carga fresca de aire (para el motor de encendido por compresin) o la mezcla de aire y combustible (en el motor de encendido por chispa).

La cantidad de carga fresca que ingresa al motor depende de la calidad con que se limpian los cilindros, por eso el proceso de admisin se realiza tomando en consideracin los parmetros del proceso de escape y el intercambio de gases.

Figura 1: Caracterstica del proceso de intercambio de gases en un motor de encendido por chispa.

Figura 2: Caracterstica del proceso de intercambio de gases en un motor de encendido por compresin.El estudio del proceso de admisin es importante porque nos ayuda a entender el fenmeno de cmo realizar el mayor trabajo con un volumen dado del cilindro y a una frecuencia de rotacin determinada del motor. Para esto es necesario llenar el cilindro de mezcla carburante (en el caso del motor de encendido por chispa) o de aire (en el motor Diesel) en la mxima cantidad posible. El aumento de la duracin de apertura de la vlvula de admisin contribuye a un llenado mejor del cilindro del motor. En los motores automotrices la vlvula de admisin se abre de 5 a 20 antes del punto muerto superior (PMS) y se cierra de 40 a 70 despus del punto muerto inferior (PMI).

La admisin de la mezcla carburante en el cilindro del motor de carburador de cuatro tiempos se efecta a la presin Pa = 0.75-0.95 bar. El valor de la presin Pa depende principalmente de la resistencia del sistema de admisin. Cuando ms grande es la resistencia del sistema de admisin, tanto menor ser Pa. La resistencia del sistema de admisin es influenciada por la estructura y el estado tcnico del filtro de aire, del carburador y del conducto de admisin (seccin y longitud del conducto, cantidad de codos y su radio, rugosidad de la superficie de las paredes interiores de los conductos).

En comparacin con los motores de carburador, en los motores Diesel la magnitud de Pa es un poco ms alta (a igualdad de frecuencia de rotacin), puesto que el sistema de admisin de estos ltimos tiene una resistencia menor debido a la ausencia de la vlvula de mariposa y del carburador.

La mezcla carburante que se suministra al cilindro del motor, se calienta al entrar en contacto con las paredes calientes del conducto de admisin y de las vlvulas. El calentamiento de la mezcla recin suministrada contina en el cilindro del motor como resultado del mezclado de la carga fresca con los restos de los gases quemado (gases residuales) y del contacto con las paredes calientes del cilindro, culata y pistn.

El grado de perfeccin del proceso de admisin se acostumbra evaluar por el coeficiente de llenado o eficiencia volumtrica , que es la razn entre la cantidad de carga fresca que se encuentra en el cilindro al inicio de la compresin real, es decir, al instante en que se cierra la vlvula de admisin, y aquella cantidad de carga fresca que podra llenar al cilindro (volumen de trabajo) en las condiciones de admisin (condiciones ambientales en los motores de aspiracin natural).

Los clculos muestran que para los motores con formacin externa de la mezcla, que funcionan con gasolina, la diferencia entre los coeficientes de llenado, calculados considerando la condicin de que la carga fresca puede ser el aire o la mezcla aire-combustible, es insignificante. Por eso en los motores de carburador (al igual que en los motores Diesel), se va a determinar por la cantidad de aire admitida al cilindro (despreciando la cantidad de combustible).

Figura 3: Esquema de funcionamiento del carburador elemental.

2.2. Parmetros del Proceso de Admisin

El llenado del cilindro, con la carga fresca que ingresante, depende de los siguientes factores:

1) La resistencia hidrulica en el sistema de admisin, que hace disminuir la presin de la carga suministrada en una magnitud Pa.

2) El calentamiento de la carga fresca por las superficies de las paredes del sistema de admisin y del espacio interior del cilindro en un magnitud T, como consecuencia disminuye la densidad de la carga fresca y por lo tanto la capacidad energa por unidad de masa.

3) La existencia de una cierta cantidad Mr de los productos quemados o gases residuales en el cilindro, que ocupan cierto volumen.

2.2.1. Prdidas Hidrulicas de Presin

La existencia de resistencias en el sistema de admisin conduce a que la cantidad de carga fresca que entra en el cilindro del motor, disminuye debido al decrecimiento de la densidad de la carga fresca.

La influencia de las prdidas de presin Pa en el sistema de admisin o la presin en el cilindro Pa en el instante en que se supone terminado el proceso de admisin se puede calcular utilizando la ecuacin de Bernoulli, que luego de simplificaciones queda de la siguiente manera:

Donde:

: Coeficiente de amortiguamiento de la velocidad de la carga en la seccin del cilindro. : Coeficiente de resistencia del sistema de admisin referida a su seccin ms estrecha.: Densidad de la carga fresca en la entrada del cilindro.: Constante que depende del motor en kg-m3.: RPM del motor.: rea de la vlvula de admisin.

2.2.2. Calentamiento de la Carga Fresca con las Paredes del Ducto de Admisin

La carga fresca eleva su temperatura en un T debido a que entra en contacto con las paredes del ducto de admisin y dentro del cilindro entra en contacto con las paredes calientes.

El grado de calentamiento de la carga depende de la velocidad de su movimiento, de la duracin de la admisin, as como de la diferencia de temperaturas entre las paredes y la carga.

Este calentamiento ocasiona la disminucin de la densidad de la carga, debido a ello existen niveles lmites de calentamiento permitidos. Ya que el calentamiento excesivo influye negativamente sobre el llenado del cilindro. De esta el incremento de temperatura de la carga fresca es igual a:

Donde:

: Incremento de temperatura debido al intercambio de calor con las paredes.: Disminucin de la temperatura debido a la vaporizacin del combustible.

En los motores DIESEL el valor de la .

2.2.3. Gases Residuales

La existencia de los gases residuales se debe a que todo motor tiene un volumen muerto dentro del cilindro .

Este volumen es ocupado por los gases productos de la combustin cuya masa depender del procedimiento empleado para limpiar el cilindro, as como de la posibilidad de barrido del cilindro por la carga fresca.

Donde:: Presin de los gases residuales dentro del cilindro al final del escape.: Temperatura de los gases residuales dentro del cilindro al final del escape.: Constante universal de los gases.

La cantidad de gases residuales se caracteriza por una magnitud relativa denominada Coeficiente de Gases Residuales:

: Carga fresca total.

2.3. Coeficiente de Llenado

El Coeficiente de Llenado o Eficiencia Volumtrica es la razn entre la cantidad de carga fresca que se encuentra en los cilindros del motor al inicio de la compresin real, es decir, en el instante en que se cierran las vlvulas de admisin y escape, y la cantidad de carga fresca que podra llenar la cilindrada del motor.

Para el clculo del coeficiente de llenado en los motores con formacin externa de la mezcla se considera que la carga fresca est conformada nicamente por aire, despreciando as el volumen del combustible por ser menor al volumen del aire presente en la mezcla. Por eso, para estos motores as como para los del tipo Diesel, vamos a determinar por la cantidad de aire que ingresa a los cilindros del motor segn la siguiente relacin:

Donde:

: Cantidad de aire real que ingresa a los cilindros del motor en 1 hora.: Cantidad de aire terico que debera ingresar a los cilindros del motor en 1 hora.

Figura 4: Proceso de admisin en un motor de encendido por chispa.

Clculo de [kg/h]:

Donde:

: rea de ingreso de la carga fresca.

: Coeficiente de descarga.

: Gravedad.

: Diferencia de nivel del agua.

: Densidad corregida del aire.

: Densidad de aire a 15C y 1atm.

: Presin de ingreso del aire.

Temperatura de ingreso del aire.

: Densidad de combustible.

Clculo de [kg/h]:

Donde:

: Nmero de tiempos del motor.

: RPM del motor.

: Volumen de trabajo del motor.

: Nmero de cilindros del motor.

: Densidad corregida del aire.

Para un motor de 4 tiempos:

2.4. Coeficiente de Exceso de Aire

Uno de los parmetros ms importantes que caracteriza el proceso de formacin de la mezcla en los motores de combustin interna es el coeficiente de exceso de aire (), el cual se define como la relacin entre la cantidad real de aire () necesaria para quemar 1kg de combustible entre la cantidad de aire necesaria tericamente () para quemar la misma cantidad de combustible (cantidad estequiomtrica).

Donde: : Cantidad de aire real que ingresa a los cilindros del motor en 1 hora.: Cantidad de combustible que ingresa a los cilindros del motor en 1 hora.

Para la gasolina y para el Diesel

Clculo de [kg/h]:

Donde:

: Diferencia de volumen de combustible, 1/16 pinta = 2.9574*10-5 m3

: Tiempo en para consumirse 1/16 pinta de combustible en seg.

: Densidad de combustible.

El coeficiente de exceso de aire depende del procedimiento de preparacin de la mezcla, del rgimen de funcionamiento del motor y del tipo de combustible que se usa.

El lmite de variacin del coeficiente para motores de carburador, en funcin del rgimen de funcionamiento de los mismos, es de 0.60-1.15.

Si < 1 (insuficiencia de oxgeno), la mezcla se denomina rica.

Si > 1 (exceso de oxgeno), la mezcla se denomina pobre.

En los motores de gasolina con encendido por chispa, cuando la mariposa de gases est completamente abierta, la mayor economa de combustible en el proceso de combustin se logra cuando

La mxima potencia de estos motores se obtiene enriqueciendo ligeramente la mezcla, esto es

Para alcanzar un trabajo estable del motor a bajas cargas y en vaco se necesita un mayor enriquecimiento de la mezcla, para