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LABORATORIO Nº 4: Características de velocidad de un motor ECH 2015
1 Laboratorio de Motores de Combustión Interna
2015LABORATORIO DE MOTORES DE
COMBUSTION INTERNA
LABORATORIO Nº 4: Características de velocidad de un motor ECH
LABORATORIO Nº 4: Características de velocidad de un motor ECH 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA
LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
LABORATORIO Nº4: Caracteristicas de velocidad de un motor ECH
DOCENTE: Dr. Lastra Espinoza , Luis
AUTOR:
Arguelles Saenz Luis Alberto 20137017k
FECHA: 26 de octubre de 2015
LIMA - PERU
INDICE
2 Laboratorio de Motores de Combustión Interna
LABORATORIO Nº 4: Características de velocidad de un motor ECH 2015
Página
OBJETIVOS 5
FUNDAMENTO TEORICO 6
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 12
FORMULAS EMPLEADAS 14
RESULTADOS 16
BIBLIOGRAFIA 24
ANEXOS 25
I. OBJETIVO :
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Determinar las caracteristicas de velocidad y carga de un motor ECH.
Determinar las características de externa y parcial de velocidad manteniendo una
posición invariable de la mariposa .
Determinar las características de carga manteniendo la velocidad constante.
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II. FUNDAMENTO TEORICO:
Una peculiaridad del motor de automóvil es su funcionamiento con amplio margen de cambio
del régimen de velocidades y cargas. Cualquiera que sea la velocidad del motor, éste debe
funcionar establemente con todos los regímenes de explotación, debe ser lo más económico
posible.
El motor de combustión interna se elige par las características que definen todas las cualidades
del motor dado y su aptitud para funciones en diversas condiciones. Estas características
permiten también comparar entre si distintos motores. Durante su explotación el motor
funciona casi todo el tiempo con regímenes no estacionarios que cambian constantemente y
por lo tanto es difícil- conseguir los datos completos que caracterizan en funcionamiento del
motor.
Es por esta razón que se obtienen características de funcionamiento (curvas características) en
regímenes estables, en bancos de prueba, con condiciones normalizadas.
2.CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR.
2.1.-CARACTERÍSTICA EXTERNA DE VELOCIDAD.
Se llama característica externa de velocidad la variación, en función del número de
revoluciones (n) de la potencia efectiva Ne, del par motor efectivo Me, y del consumo horario
de combustible Gc, consumo especifico de combustible ge, 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 para un motor Diesel. Al obtener esta
característica se registran también otros parámetros, tales como la eficiencia volumétrico(ηv),
el coeficiente de exceso de aire(α), el par motor(Me), la eficiencia mecánica, etc.
2.1.2.- CONDICIONES PARA LA OBTENCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DE
VELOCIDAD.
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.El motor funciona establemente con la mariposa de gases completamente abierta
.nME tiene que corresponder al máximo par motor
.nge, en este caso será el mínimo consumo especifico de combustible
.Ne, corresponder a la máxima potencia del motor
El motor de combustión interna no puede experimentar cargas cuando el número de
revoluciones del cigüeñal es pequeño. Por esto existe un limite inferior del número de
revoluciones n(min) del cigüeñal con que el motor puede funcionar establemente en toda la
gama de variaciones de carga.
Fig.1(En esta figura se muestra las curvas características de los motores de combustión interna
en regímenes estacionarios.)
La potencia máxima del motor se alcanza en el punto A. Al incrementarse la velocidad (n) la
potencia disminuye. Cuando n = n(emb), toda la potencia del motor se gasta en vencer la
fricción y en el accionamiento de los mecanismos auxiliares (velocidad de embalamiento). No
se tolera, por condiciones de seguridad, que el motor trabaje a esta velocidad.
E1 régimen de máxima velocidad, durante el cual el motor trabaja siguiendo la característica
externa de velocidad, generalmente se limita con la potencia nominal para n = n(nom).
Nota Otra consideración para obtener esta característica es que los regímenes de
refrigeración y lubricación deben ser estables y óptimos para cada velocidad.
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2.2 CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD
Se origina por la variación de los parámetros del motor en función de la velocidad de rotación
para diferentes posiciones de la mariposa de gases (ECH) o por la alimentación de combustible
(DIESEL).
Cuando se cierra la mariposa de gases y se baja la carga, da como efecto el incremento de las
resistencias (pérdidas) en el sistema de admisión, el coeficiente de llenado va a decrecer con
mayor rapidez al aumentar la velocidad por ello el punto máximo de la potencia efectiva se
desplazara a la izquierda, asi como tambien disminuye la velocidad máxima de rotación en
vacío que va a servir para prevenir el embalamiento en caso cuando la carga disminuya en el
motor ECH.
Cuando se comienza a cerrar las mariposas los consumos específicos de combustible
aumentaran. En el caso del Diesel si aumenta la velocidad también aumentara el consumo de
combustible, asi como también aumentara levemente el coeficiente de llenado a pequeñas
cargas pero no se observara desplazamiento del punto máximo de potencia hacia menores
velocidades de rotación. Esto dará como consecuencia que la velocidad de rotación en vacío
no estará en lo limite de la velocidad nominal para ello se utilizara un regulador de rotación
máxima en vacío.
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Fig.2(Se puede observar las características externas de velocidad las líneas de número 1 y las
restantes son las características parciales de velocidad de un motor ECH)
3. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
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a)Encender el motor DAIHATSU.
b)Manteniendo la apertura de la válvula mariposa constante (abierta 100%,80%,40% Y 10%),
variar las RPM en forma decreciente con la cámara de resistencias, tomando para cada caso
datos de la fuerza en el dinamómetro, tiempo de consumo del combustible tomado con un
cronometro, valor del manómetro inclinado, temperatura y presión de ambiente
c) Apagar el motor.
d) Tomar datos.
4.ANÁLISIS Y RESULTADOS
Relaciones numéricas empleadas:
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a) Consumo de combustible GC (kg/s)
GC=3 .6ΔVΔt
ρcomb (kg/h)
ΔV = volumen en cc
Δt = tiempo en s
ρcomb = densidad en gr/cm3
b) Consumo de aire teorico Gteorico (kg/s)Gteorico=30∗n∗V h∗ρaire (kg/h)
c) Consumo de aire real Gar (kg/s)
En el Motor Daihatsu:
Gar=3600∗Cd∗A f √2 g∗ΔS∗sen (45 º )∗ρaire∗ρagua (kg/h)
Ar =(( π /4 )∗Dr2
m2; Dr =1 pulg.(diametro del orificio de ingreso de aire)
g = gravedad m/s2
ΔS=var iación del manometro liquido en (m)
ρaire = densidad en Kg/m3
d) Coeficiente de exceso de aire α
α=Gar
Gcomb∗lO
lo= relación estequiometrica
e) Coeficiente de llenado (eficiencia volumetrica) η v
ηv=Gar
Gteorico
f) Momento efectivo: Me (N .m)Me=F∗L (N.m)
F = fuerza en el dinamómetro (N)
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L = brazo del eje hasta el dinamómetro (m)
g) Potencia efectiva del motor Ne (kw)
Ne= Me∗n9550 (kw)
Me = Momento efectivo (N.m), n= RPM
h)Presion Media
Pm=(120.Nm)/(Vh.n)
i)Consumo específico de combustible ge(g/Kw-Hr)
ge=
Gc
Ne( g/ Kw−Hr )
j)Eficiencia efectiva
ηe=3600Hu .ge
Donde: L = 0.3202m.
5.TABLA DE DATOS RECOPILADOS
1.-PARA 100% APERTURA DE LA MARIPOSA
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2.-PARA 80% APERTURA DE LA MARIPOSA
3.-PARA 40% APERTURA DE LA MARIPOSA
4.-PARA 10% APERTURA DE LA MARIPOSA
6.RESULTADOS
1.-PARA 100% APERTURA DE LA MARIPOSA
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D hc (%) h g (rpm) F (kg) D V (Cm3) D t (s) D S (cm H2O) 45°
1 100 1600 21.4 35.52 28 10.32 100 2000 21.4 35.52 22 15.13 100 2400 21 35.52 18 20.74 100 2800 21.8 35.52 15 28
D hc (%) h g (rpm) F (kg) D V (Cm3) D t (s) D S (cm H2O) 45°1 80 1600 21.3 35.52 27 13.52 80 2000 21.2 35.52 23 15.73 80 2400 20.8 35.52 21 20.64 80 2800 21.6 35.52 16 27.4
D hc (%) h g (rpm) F (kg) D V (Cm3) D t (s) D S (cm H2O) 45°1 40 1600 20.2 35.52 28 8.12 40 2000 19.2 35.52 24 14.73 40 2400 17.8 35.52 23 16.54 40 2800 17.2 35.52 21 19
D hc (%) h g (rpm) F (kg) D V (Cm3) D t (s) D S (cm H2O) 45°
1 10 1600 8 35.52 66 12 10 2000 5.6 35.52 63 1.33 10 2400 3.7 35.52 61 1.44 10 2800 2.2 35.52 56 2.5
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2.-PARA 80% APERTURA DE LA MARIPOSA
3.-PARA 40% APERTURA DE LA MARIPOSA
4.-PARA 10% APERTURA DE LA MARIPOSA
7. ANÁLISIS GRÁFICO
A.1 Potencia Efectiva Vs Velocidad
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Gc(Kg/Hr) Me(N.m) Ne(Kw) Gar(Kg/Hr) Ga(teorico)(Kg/Hr) ηv α ge ne Pm(Mpa)3.43 69.28 11.61 42.66 51.44 0.83 0.83 295.10 0.28 0.884.36 69.28 14.51 51.65 64.31 0.80 0.79 300.46 0.27 0.885.33 67.98 17.08 60.48 77.17 0.78 0.76 311.86 0.26 0.866.39 70.57 20.69 70.34 90.03 0.78 0.74 308.99 0.26 0.89
Gc(Kg/Hr) Me(N.m) Ne(Kw) Gar(Kg/Hr) Ga(teorico)(Kg/Hr) ηv α ge ne Pm(Mpa)3.55 68.95 11.55 48.84 51.44 0.95 0.92 307.46 0.27 0.874.17 68.63 14.37 52.67 64.31 0.82 0.84 290.11 0.28 0.874.57 67.34 16.92 60.33 77.17 0.78 0.88 269.88 0.30 0.855.99 69.93 20.50 69.58 90.03 0.77 0.78 292.36 0.28 0.88
Gc(Kg/Hr) Me(N.m) Ne(Kw) Gar(Kg/Hr) Ga(teorico)(Kg/Hr) ηv α ge ne Pm(Mpa)3.43 65.39 10.96 37.83 51.44 0.74 0.74 312.63 0.26 0.834.00 62.16 13.02 50.96 64.31 0.79 0.85 306.98 0.27 0.794.17 57.62 14.48 53.99 77.17 0.70 0.87 287.94 0.28 0.734.57 55.68 16.33 57.94 90.03 0.64 0.85 279.74 0.29 0.70
Gc(Kg/Hr) Me(N.m) Ne(Kw) Gar(Kg/Hr) Ga(teorico)(Kg/Hr) ηv α ge ne Pm(Mpa)1.45 25.90 4.34 13.29 51.44 0.26 0.61 334.89 0.24 0.331.52 18.13 3.80 15.16 64.31 0.24 0.67 400.96 0.20 0.231.57 11.98 3.01 15.73 77.17 0.20 0.67 522.29 0.16 0.151.71 7.12 2.09 21.02 90.03 0.23 0.82 820.14 0.10 0.09
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Fig.1 (Podemos apreciar el comportamiento externo de la velocidad siguiendo la tendencia de la flecha, y las líneas punteadas siguen el comportamiento de caracterisitcas parciales de
velocidad)
A.2 ge(Consumo efectivo de comsbustible) Vs Velocidad
Fig.2 (Podemos apreciar el comportamiento externo de la velocidad siguiendo la tendencia de la flecha, y las líneas punteadas siguen el comportamiento de características parciales de velocidad)
B) GRÁFICAS COMPARATIVAS
B.1 100%
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Fig 4.(En la gráfica podemos detectar la potencia efectiva, la presión media y el momento efectivo en función de la velocidad con un 100% apertura de la mariposa CARACTERISTICA EXTERNA DE VELOCIDAD)
B.2 80%
Fig 5.(En la gráfica podemos detectar la potencia efectiva, la presión media y el momento efectivo en función de la velocidad con un 80% apertura de la mariposa).
B.3 40%
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Fig 5.(En la gráfica podemos detectar la potencia efectiva, la presión media y el momento efectivo en función de la velocidad con un 40% apertura de la mariposa)
B.4 10%
Fig 6.(En la gráfica podemos detectar la potencia efectiva, la presión media y el momento efectivo en función de la velocidad con un 10% apertura de la mariposa)
C.1 100%
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Fig 7 (En la gráfica podemos detectar la Consumo combustible, Consumo especifico efectivo de combustible y la eficiencia efectiva en función de la velocidad con un 100% apertura de la mariposa CARACTERISTICA EXTERNA DE VELOCIDAD)
C.2 80%
Fig 8 (En la gráfica podemos detectar la Consumo combustible, Consumo especifico efectivo de combustible y la eficiencia efectiva en función de la velocidad con un 80% apertura de la mariposa)
C.3 40%
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Fig 9 (En la gráfica podemos detectar la Consumo combustible, Consumo especifico efectivo de combustible y la eficiencia efectiva en función de la velocidad con un 40% apertura de la mariposa)
C.4 10%
Fig 10 (En la gráfica podemos detectar la Consumo combustible, Consumo especifico efectivo de combustible y la eficiencia efectiva en función de la velocidad con un 10% apertura de la mariposa)
D.1 100%
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Fig 11 (En la gráfica podemos detectar la Gasto real de aire, eficiencia volumetrica y el coeficiente exceso de aire en función de la velocidad de rotación con un 100% apertura de la mariposa CARACTERISTICA EXTERNA DE VELOCIDAD)
D.2 80%
Fig 12 (En la gráfica podemos detectar la Gasto real de aire, eficiencia volumétrica y el coeficiente exceso de aire en función de la velocidad de rotación con un 80% apertura de la mariposa)
D.3 40%
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Fig 13 (En la gráfica podemos detectar la Gasto real de aire, eficiencia volumétrica y el coeficiente exceso de aire en función de la velocidad de rotación con un 40% apertura de la mariposa)
D.4 10%
Fig 11 (En la gráfica podemos detectar la Gasto real de aire, eficiencia volumetrica y el coeficiente exceso de aire en función de la velocidad de rotación con un 100% apertura de la mariposa)
CONCLUSIONES
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En el gráfico A.1 donde podemos observar la Potencia Efectiva en función de la
velocidad, se puede notar claramente que la mayor potencia efectiva lo realizará
cuando la mariposa esté 100% abierta y esta se comportará como características
externa de velocidad .
En el gráfico A.2 se puede apreciar el consumo efectivo de combustible en función de
la frecuencia de rotación, y se puede notar que el consumo es mucho mayor cuando la
mariposa estará casi cerrada, y así este consumo será mucho menor mientras que
aumentamos la apertura de la mariposa hasta trabajar en la característica externa de
velocidad.
La potencia efectiva tenderá a disminuir cuando tenemos la mariposa del carburador
con una pendiente positiva pero cuando se llega solo al 10% de apertura de la
mariposa la pendiente será negativa.
Respecto a los momentos efectivos y Presión media podemos apreciar en las gráficas
que hay una caída súbita al ir cerrando la mariposa del carburador.
Podemos notar que el consumo específico de combustible será mayor en un inicio
cuando estamos trabajando como característica externas de velocidad luego sufrirá
una pequeña caída, mientras que en cargas parciales también tenderá a disminuir.
Las cargas parciales se irán enriqueciendo mientras aumenta la frecuencia de rotación
del motor.
El rango de velocidad en el que se trabajó en laboratorio fue un rango menor a la
velocidad nominal ya que el freno no es compatible la velocidad aproximada es de
5000 RPM.
Cuando el motor E.CH. trabaja a RPM variable, podemos observar de los gráficos
Potencia específica (Ne) vs velocidad de rotación del cigüeñal, que al aumentar las
RPM (n), la potencia también aumenta pero hasta un punto óptimo de Nemax luego
del cual la potencia disminuye con el incremento de las RPM. Esta disminución se debe
a la falta de combustible para mantener una elevada potencia.
ANEXOS
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ANEXO 1.VALORES LÍMITES DE FRECUENCIA DE ROTACIÓN(RPM) PARA LOS REGÍMENES DE VELOCIDAD
.En el motor estudiado tiene una velocidad mínima aproximadamente de 1000 RPM y una velocidad nominal de 5000 RPM que está en el rango establecido en la tabla además podemos deducir una velocidad de embalamiento la cual seria por la siguiente tabla 1.7xNnom=8500 RPM.
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ANEXO 2.COMPOSICIÓN QUÍMICA ELEMENTAL DE LA GASOLINA Y EL ACEITE DIESEL Y SU CARACTERÍSTICA
.Estos valores son necesarios para obtener el poder calorífico de la gasolina asi como la relación estequiométrica(lo).
BIBLIOGRAFIA
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