motores de combustin interna mn136 G

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICAINSTITUTO DE MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA

Laboratorio N 2Estudio de los procesos de admisin y formacin de la mezcla en un MCI

Curso: Motores de Combustin Interna (MN136-G)Docente: Ing. Luis Lastra EspinozaAlumno: Emilio Roger Grandy GonzalesCdigo UNI: 20112601KFecha de realizacin: 06-04-2015Fecha de entrega: 13-04-2015

Contenido1.Ttulo:32.Objetivo:33.Metodologa empleada:34.Equipos e instrumentos utilizados:45.Frmulas empleadas66.Resultados8a.Numricos:8b.Grficos107.Anlisis de resultados118.Conclusiones:12

Laboratorio N 2

1. Ttulo: Estudio de los procesos de admisin y formacin de la mezcla en un motor de combustin interna

2. Objetivo: Conocer la dinmica de los procesos de admisin y de formacin de la mezcla en el MCI Calcular los gastos de aire y de combustible de un motor diesel en rgimen de velocidad constante y de apertura de la cremallera constante. Determinar la influencia de los parmetros explotaciones y constructivos del motor disel de llenado (eficiencia volumtrica), y exceso de aire

3. Metodologa empleada:En el banco de pruebas del motor Perkins LD 82, del Instituto de Motores de Combustin Interna de la FIM-UNI, se procedi a realizar el presente laboratorio, siguiendo este procedimiento:Primero se prepara el banco de pruebas, que tiene como implementos un tubo de Venturi con un manmetro que indica una diferencia de presiones que puede traducirse como el flujo de aire que ingresa al motor y un tuvo adicional para medir qu tan rpido el motor consuma una cierta cantidad de combustible. Luego se enciende el motor. La carga se simula mediante un freno hidrulico acoplado con el eje del cigeal que a su vez genera una fuerza en un dinammetro a una cierta distancia. La lectura del dinammetro junto con las pesas usadas para equilibrar el torque producido por el motor dan la fuerza total en el instrumento, la que se traduce en torque debido a su posicin respecto al eje.En un comienzo el plan era tomar datos para dos regmenes: uno a velocidad constante y otro a abertura de la cremallera constante. Debido a que el freno instalado no era el adecuado para la potencia desarrollada por el motor, solo se pudo trabajar en rgimen de velocidad constante, el cual se presenta en el presente informe.

4. Equipos e instrumentos utilizados:

Banco de pruebas para un motor Perkins LD 4.236

Tubo de Venturi y manmetro

Medidor de volumen de combustible

5. Frmulas empleadas

a. Gasto de aire real del motor Para esta experiencia se midi el caudal de aire con ayuda de un manmetro diferencial, un tubo de Venturi y la siguiente ecuacin:

Donde: GAR: Gasto de aire real en kg/h Cd: Coeficiente de descarga de la tubera A: rea transversal de la tubera en m2 p: Variacin de presin del manmetro diferencial en centmetros de columna de agua aire y comb: densidad del aire y del combustible en kg/m3

b. Gasto de aire terico del motor

Donde: GAT: Gasto de aire terico en kg/h VT: Cilindrada del motor en cc n: Velocidad de giro del cigeal en rpm

c. Gasto de combustible que ingresa al motor Para medir dicho gasto, se coloca una determinada cantidad de combustible, se mide el tiempo en que el motor demora en consumirlo por completo, y se usa la siguiente ecuacin:

Donde: GC: Gasto de combustible en kg/h VT: Volumen de referencia consumido por el motor. Eran 25 cc. t: Tiempo en que se consume el volumen V en segundos

d. Coeficiente de llenado o eficiencia volumtrica

e. Coeficiente de exceso de aire

Donde: l: Cantidad de aire real usada para quemar 1kg de combustible en kgAire/kgComb lo= Cantidad de aire estequeomtrica para quemar 1kg de combustible en kgAire/kgComb.

f. Potencia desarrollada

Donde: F: Fuerza ejercida en el dinammetro ms peso de las pesas en libras L: Longitud del brazo

6. ResultadosEl laboratorio, originalmente, tena previsto trabajar en dos regmenes: a velocidad constante y a apertura de la cremallera constante, pero por la imposibilidad de lograr este ltimo rgimen solo se trabaj en el primero.a. Numricos:

De las mediciones, tenemos la siguiente tabla:

Medicinp (cmH2O)t (s)V (cc)Dinammetro (lb)Carga de pesas (lb)

14.122.1625125

24.216.0225250

34.1514.342539.675

44.2511.882537.5100

54.458.982545125

Estos datos fueron tomados teniendo en cuenta las siguientes condiciones:

VariableMagnitudUnidad

n1504rpm

L36cm

lo14.45kgaire/kgcomb

VT3.86l

Vh3860cc

a1.1702kg/m3

H2O1000kg/m3

c0.87g/cm3

Con estos datos procedimos, primero, a hallar la potencia. De ahora en adelante los datos estn en orden de medicin.

T (N.m)P(kW)

41.6356.56

83.27113.12

183.51628.90

220.18734.68

272.23142.88

Luego calculamos lo necesario para obtener el coeficiente de llenado. Para ello, como no se dispona del valor del rea transversal del Venturi ni del coeficiente de descarga, se asumieron valores hasta tener resultados coherentes. Teniendo como base que en el primer resultado deberamos tener una eficiencia volumtrica de 0.9, tomamos el siguiente valor para el producto del rea y el coeficiente de descarga:

Lo cual es razonable, considerando que el rea, al ser dependiente del cuadrado del dimetro expresado en metros, tiene que ser necesariamente pequea, as como el coeficiente de descarga, que siempre es menor a la unidad.

Con estas consideraciones tenemos la siguiente tabla:

GAT (kg/h)GAR (kg/h)V

203.806183.4250.900

203.806185.6490.911

203.806184.5400.905

203.806186.7500.916

203.806191.0940.938

Ahora se presentan los clculos relacionados al coeficiente de exceso de aire:

G_c

3.5333.593

4.8882.629

5.4602.339

6.5911.961

8.7191.517

Datos estadsticos de alfa:

media0.914

Desviacin estndar0.015

Desviacin estndar (%)1.587

Finalmente, se muestran los datos ms importantes resumidos:

MedicinP(kW)v

16.5580.9003.593

213.1150.9112.629

328.9030.9052.339

434.6790.9161.961

542.8760.9381.517

b. GrficosA continuacin se muestra la grfica de los parmetros de admisin y de formacin de la mezcla en funcin de la potencia desarrollada

7. Anlisis de resultados

a. Sobre el coeficiente de llenado: La frmula del gasto de aire terico indica que su valore depende de la cilindrada del motor, de su densidad y de la velocidad del cigeal. De estos, el ltimo es el nico que puede cambiar durante el funcionamiento del motor. Las pruebas se hicieron a distintas velocidades, pero todas muy cercanas entre s al valor de 1500 rpm (se trabaj con 1504 rpm por ser el dato ms repetido). Como esta velocidad no vara en rgimen a velocidad constante, es natural pensar que el gasto real de aire no vare mucho, por lo que la eficiencia volumtrica tampoco habra de cambiar demasiado, lo que efectivamente ocurre.Su valor medio es de 0.914 y su desviacin estndar es 1.59%, menor al 2%, por lo que se puede considerar un coeficiente de llenado constante.

b. Sobre el coeficiente de exceso de aire.El motor con el que se trabaj fue un disel, por lo que la cantidad de aire consumida fue la misma para cualquier variacin de la cremallera. Lo nico que variaba era el gasto de combustible.En las primeras mediciones la cremallera estaba poco abierta, por lo que la potencia era baja y se consuma poco combustible. Al estar el gasto de combustible en el denominador de la frmula del exceso de aire, este indicador presenta valores altos, como los que se aprecian al comienzo (mayores a 2)A medida que se abra la cremallera aumentaba la potencia medida, lo que era resultado de un mayor consumo de combustible. Esto, efectivamente, se manifiesta en la disminucin progresiva del valor del coeficiente de exceso de aire, hasta llegar al valor de 1.5 cuando ejerce su mximo torque de fbrica. Esto indica que est trabajando con ms aire que el estequeomtrico en todo momento, lo que ayuda a tener una mezcla pobre, la cual se enriquece a medida que la potencia sube.

8. Conclusiones:

Se pudieron calcular valores de los gastos msicos correctos para nuestra experiencia, a pesar de no conocer el valor real de Cd*A.

Los valores de los coeficientes de llenado y de exceso de aire calculados comprueban el anlisis terico al que se someten si se tiene en cuenta que se trabaj con un motor disel.

La tendencia del coeficiente de llenado en un motor disel que trabaja a velocidad constante es, efectivamente, cercana a ser constante.

El coeficiente de exceso de aire decrece a medida que la abertura de la cremallera del motor disel (y por tanto, de la potencia) crece. Como el gasto de aire es constante, esta tendencia es evidencia de que el gasto de combustible aumenta segn la potencia entregada por el motor.

9. Bibliografa:

4.236 Series Workshop Manual. (Enero de 1993). Peterborought, Inglaterra: Perkins Engines Limited.Jaramillo Diaz, H. (s.f.). Procesos reales en los motores de combustin interna (M.C.I.). El hombre y la mquina N12.Jvaj. (1982). Motores de automovil. (A. Ludea Luque, Trad.) URSS: MIR.