Objetivos:

Estudiar el ciclo termodinámico del motor de encendido por chispa

Mostrar las diferencias entre el ciclo teórico y el ciclo real para un motor de gasolina

Descripción de los sistemas principales de funcionamiento de los motores de encendido por chispa

Obtención de parámetros principales de operación y curvas de comportamiento tanto de velocidad constante como a velocidad variable para el motor Ford V8 del LMT

Introducción:

Ciclos de tiempo del motor de combustión interna

Los motores de combustión interna pueden ser de dos tiempos, o de cuatro tiempos, siendo los motores de gasolina de cuatro tiempos los más comúnmente utilizados en los coches o automóviles y para muchas otras funciones en las que se emplean como motor estacionario. Una vez que ya conocemos las partes, piezas y dispositivos que conforman un motor de combustión interna, pasamos a explicar cómo funciona uno típico de gasolina. Como el funcionamiento es igual para todos los cilindros que contiene el motor, tomaremos como referencia uno sólo, para ver qué ocurre en su interior en cada uno de los cuatro tiempos:

Admisión

Compresión

Explosión

Escape

Ciclos de tiempos de un motor de combustión interna: 1.- Admisión. 2.- Compresión. 3.- Explosión. 4.- Escape.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA DE CUATRO TIEMPOS

Primer tiempo Admisión.- Al inicio de este tiempo el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto Superior). En este momento la válvula de admisión se encuentra abierta y el pistón, en su carrera o movimiento hacia abajo va creando un vacío dentro de la cámara de combustión a medida que alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), ya sea ayudado por el motor de arranque cuando ponemos en marcha el motor, o debido al propio movimiento que por inercia le proporciona el volante una vez que ya se encuentra funcionando. El vacío que crea el pistón en este tiempo, provoca que la mezcla aire-combustible que envía el carburador al múltiple de admisión penetre en la cámara de combustión del cilindro a través de la válvula de admisión abierta.

Segundo tiempo Compresión.- Una vez que el pistón alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), el árbol de leva, que gira sincrónicamente con el cigüeñal y que ha mantenido abierta hasta este momento la válvula de admisión para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en el cilindro, la cierra. En ese preciso momento el pistón comienza a subir comprimiendo la mezcla de aire y gasolina que se encuentra dentro del cilindro. Tercer tiempo Explosión.- Una vez que el cilindro alcanza el PMS (Punto Muerto Superior) y la mezcla aire-combustible ha alcanzado el máximo de compresión, salta una chispa eléctrica en el electrodo de la bujía, que inflama dicha mezcla y hace que explote. La fuerza de la explosión obliga al pistón a bajar bruscamente y ese movimiento rectilíneo se transmite por medio de la biela al cigüeñal, donde se convierte en movimiento giratorio y trabajo útil.

Cuarto tiempo Escape.- El pistón, que se encuentra ahora de nuevo en el PMI después de ocurrido el tiempo de explosión, comienza a subir. El árbol de leva, que se mantiene girando sincrónicamente con el cigüeñal abre en ese momento la válvula de escape y los gases acumulados dentro del cilindro, producidos por la explosión, son arrastrados por el movimiento hacia arriba del pistón, atraviesan la válvula de escape y salen hacia la atmósfera por un tubo conectado al múltiple de escape. De esta forma se completan los cuatro tiempos del motor, que continuarán efectuándose ininterrumpidamente en cada uno de los cilindros, hasta tanto se detenga el funcionamiento del motor.

CICLO OTTO El motor de gasolina de cuatro tiempos se conoce también como “motor de ciclo Otto”, denominación que proviene del nombre de su inventor, el alemán Nikolaus August Otto (1832-1891). El ciclo de trabajo de un motor Otto de cuatro tiempos, se puede representar gráficamente:

Eficiencia del ciclo Otto.

La eficiencia del ciclo se define en términos de calor como:

El proceso 1-2 y 3-4 es del tipo:

De igual forma tenemos:

Del diagrama P-v se observa que: y

A la relación del volumen mayor y menor se le conoce como relación de compresión (rc). Es decir:

Instrumentación y equipo:

1 cronometro

1 regla

1 motor Ford V8

Secuencia experimental

Antes de empezar a trabajar en la práctica se verifica que equipo este en buenas condiciones y apagado, así

mismo se verifica que el depósito de gasolina tenga la suficiente para realizar dicha práctica.

Una vez encendido el equipo se aplica una fuerza que va a ir aumentando y según sea el caso se tendrá que

mantener las RPM o tendrán que ir variando.

Te mide cuanto y en cuanto tiempo se consume el combustible en cada aplicación de fuerza.

Se trabajaran en dos casos, el primero serán cinco eventos con velocidad constante y el otro serán cinco eventos

con velocidad variable.

Memoria de cálculo

Velocidad constante

Evento F (kgf) N( rpm) tc (s) h combustible (cm)

1 7.5 2000 37.83 1

2 9.8 2000 34.53 1

3 12.3 2000 31.37 1

4 14.2 2000 27.06 1

5 16.8 2000 24.36 1

a) Par “T”

( )

*Para calcular la fuerza de multiplica F por 9.81 para obtener Newton

b) Potencia al freno

c) Presión media efectiva al freno

[

]

( )( )

( )( )( )( ) [

]

d) Presión media efectiva indicada

[

]

Para determinar necesitaremos trazar una línea Willan’s.

hacer la regresión con y Gc (gasto másico de combustible)

Calculando Gc:

[

]

Se calcula Gc para los cinco eventos.

evento F (N) T (N*m)

1 73.575 47.823

2 96.138 62.4897

3 120.663 78.43

4 139.302 90.546

5 164.808 107.125

W (rad/s) wb (KW)

209.439 10.016

209.439 13.087

209.439 16.426

209.439 18.962

209.439 22.435

evento Gc (Kg/s)

1 0.002312

2 0.002533

3 0.002788

4 0.00323

5 0.00358

y = 0.0001x + 0.0012 R² = 0.976

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0 10 20 30

Gc

Gc

Lineal (Gc)

wb

Línea Willan’s

Para obtener Wp se evaluará el trabajo que se necesita cuando Gc es cero; para ello utilizaremos la ecuación lineal que resultó de la línea Willan’s:

( )

| ( )|

Potencia indicada

La potencia indicada se obtiene de la siguiente manera:

Calculando para cada evento:

Ahora podemos calcular la Presión media efectiva indicada

[

]

evento wI (kw)

1 22.016

2 25.087

3 28.426

4 30.962

5 34.435

e) Consumo especifico de combustible “CEC”

[

]

( )( )

[

]

f) Energía suministrada “Es”

[

]

g) Eficiencia mecánica

h) Eficiencia térmica

evento P mei (kN/ m^2)

1 4494.78656

2 5121.76192

3 5803.45216

4 6321.20192

5 7030.2496

evento Es (Kw)

1 102.1904

2 111.9586

3 123.2296

4 142.766

5 158.236

evento η mec %

1 45.49418605

2 52.16646072

3 57.78512629

4 61.24281377

5 65.15173515

evento η term %

1 21.54409808

2 22.40738987

3 23.06750975

4 21.68723646

5 21.76179883

i) Eficiencia total

Velocidad variable

Evento F (kgf) N( rpm) tc (s) h combustible (cm)

1 12.2 2500 21.44 1

2 14.6 2300 23.78 1

3 15.8 2100 25.87 1

4 17.9 1900 24.88 1

5 19 1700 22.22 1

a) Par “T”

( )

*Para calcular la fuerza de multiplica F por 9.81 para obtener Newton

b) Potencia al freno

evento η total %

1 9.801312061

2 11.68914224

3 13.32958964

4 13.28187384

5 14.17818954

evento Gc

1 0.00379

2 0.00342

3 0.00314

4 0.00326

5 0.00366

y = -2865.9x + 31.743 R² = 0.6985

20

21

22

23

0 0.001 0.002 0.003 0.004

Wb

Wb

Lineal (Wb)

Gc

c) Presión media efectiva al freno

[

]

( )( )

( )( )( )( ) [

]

d) Presión media efectiva indicada

[

]

Para determinar necesitaremos trazar una línea Willan’s.

hacer la regresión con y Gc (gasto másico de combustible)

Calculando Gc:

[

]

Se calcula Gc para los cinco eventos.

Línea Willan’s

Para obtener Wp se evaluará el trabajo que se necesita cuando Gc es cero; para ello utilizaremos la ecuación lineal que resultó de la línea Willan’s:

( )

| ( )|

Potencia indicada La potencia indicada se obtiene de la siguiente manera:

Calculando para cada evento:

Ahora podemos calcular la Presión media efectiva indicada

[

]

e) Consumo especifico de combustible “CEC”

[

]

( )( )

[

]

f) Energía suministrada “Es”

[

]

g) Eficiencia mecánica

h) Eficiencia térmica

i) Eficiencia total

Conclusiones. Hemos visto el funcionamiento del ciclo Otto, sus características y sus aplicaciones; las eficiencias resultantes fueron relativamente bajas y pudimos observar el comportamiento de los motores que trabajan con ciclo Otto con la ayuda de sus curvas características; estas características son muy importantes ya que gracias a ello se puede hacer una evaluación del ciclo o sistema que se va a utilizar en cierto proceso de producción de energía, para el cual hay que evaluar qué proceso es el mejor para ese fin. Bibliografía.

K. Wark, D. E. Richards, Termodinámica, 6° edición, McGraw-Hill/Iberoamericana de España, Madrid, 2001.

Yunus A. Cengel. Termodinámica, 5° edición, McGraw-Hill/Interamericana, 2006. Manual de laboratorio de maquinas térmicas, FI UNAM

LABORATORIO DE MÁQUINAS TÉRMICAS SEM. 2013-1

PRACTICA 9

MOTOR DE ENCENDIDO POR CHISPA

ALUMNO: SANCHEZ HARO LUIS ANGEL PROF.: ING. JORGE AGUILAR JUAREZ GRUPO: 20 FECHA DE ENTREGA: 06-NOVIEMBRE-2012