Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Ingeniería

Laboratorio de Máquinas TérmicasActividad 9: Motores encendidos por chispa

Grupo 13Alumno: Martínez Cruz DanielFecha de entrega: 15 de Octubre de 2015

INTRODUCCIÓNEl motor de encendido por chispa está basado en principios teóricos enunciados por Beau De Rocchas, según los cuales la combustión se verifica a volumen constante, y fue realizado prácticamente por el alemán Otto, en 1862.Suele llamarse, en general, motor de ciclo Otto.Los motores Otto pueden ser alimentados por carburación o por Inyección. En este segundo caso, el combustible se mezcla al aire inyectándolo en el conducto de aspiración en la toma de la válvula, o bien directamente en la cámara de combustión; con todo, este último método es el menos empleado.

OBJETIVOSEl alumno:

Analiza el comportamiento de los motores encendidos por chispa, bajo diversos regímenes de carga.

1. Elaborar un mapa conceptual de un motor encendido por chispa de dos tiempos (15%)

El mapa se anexa en la siguiente página

2. Completar mapa de agua mala “Sistemas del Motor encendido por chispa” (15%)

El mapa se anexa en la siguiente página

3. Definir: (20%)

Carrera del pistón: Cuando el pistón (p) se encuentra en su parte más alta, la explosión de la mezcla de aire y gasolina lo desplaza con fuerza hacia abajo y su movimiento rectilíneo se convierte, por medio de la biela (h) en un giro del cigüeñal (C). Si el cigüeñal gira, el pistón a él enlazado por la biela tendrá que moverse arriba y abajo dentro del cilindro.

La posición más baja del codo del cigüeñal corresponde a la más baja del pistón y se llama punto muerto inferior (p.m.i.) y a su vez la más alta punto muerto superior (p.m.s.).

El recorrido del pistón del p.m.s., al p.m.i. se llama carrera.

Diámetro del cilindro (alesaje) : Alesaje y movimiento son una medida básica de un motor de combustión interna. La relación de diámetro a movimiento, así como su valor nominal, afectan el esfuerzo de torsión, velocidad, potencia y rendimiento del motor. Estas son consideraciones importantes en el diseño de motocicletas y teniendo en cuenta su uso como motos deportivas, cruceros de larga distancia o bicicletas de carreras.Medida del alesaje

Se refiere al diámetro del cilindro, en el que se quema combustible en una serie de explosiones rápidas para conducir un pistón. Cuanto mayor sea el diámetro y números de golpe, el más grande y más potente el motor y el más caballos de fuerza puede desarrollar.

Cilindrada: La cilindrada total, que suele designarse simplemente con el término cilindrada, es el producto de multiplicar la cilindrada unitaria por el número de cilindros; es decir, corresponde al volumen barrido por los pistones durante su carrera entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior. Generalmente, se mide en centímetros cúbicos o en litros.

Relación de compresión y de presiones:La relación de compresión corresponde la razón geométrica resultante entre la Presión absoluta de descarga (Pd) y la Presión absoluta de succión (Ps)

Volumen de la cámara de combustión: Volumen comprendido entre la cabeza del pistón en la posición PMS y la culata. Comúnmente, es expresado en c.c. (centímetros cúbicos).

Par motriz: El par motor o torque es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia. La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión Potencia efectiva (potencia al freno): Con el fin de medir en forma efectiva la potencia de un motor, la valoración de los caballos de potencia debe basarse en la capacidad del motorpara producir trabajo en las ruedas conductoras o en el eje de salida. Esta capacidad para producir trabajo en las ruedas o en el eje de salida es llamada "potencia al freno bhp".El término "bhp" (brake horse power) se origina del hecho de que un dispositivo llamado "freno de Prony" se usaba para determinar la potencia del motor. Este se construyó para medir la capacidad del motor para girar contra la resistencia de un freno exterior. El método moderno para determinar la potencia es con el uso de una herramienta llamada dinamómetro.

4. Memoria de cálculos y graficas a velocidad constante (línea Willans) y velocidad variable. (40%)

Nuestros datos obtenidos son los siguientes:

A velocidad constante

N, rpm t, seg y, m F, kg F, N1 2200 43.56 0.01 8 78.32

2 2200 40.41 0.01 10 97.90

3 2200 37.1 0.01 12 117.48

4 2200 35.09 0.01 14 137.06

5 2200 31.9 0.01 16 156.64

A velocidad variable

N, rpm t, seg y, m F, kg F, N1 2200 41.37 0.01 9.2 90.07

2 2100 40.75 0.01 10 97.90

3 2000 41.9 0.01 10.7 104.75

4 1900 42.78 0.01 11.8 115.52

5 1800 45.29 0.01 13.2 129.23

1) Potencia al freno

Para la primera lectura

Para todas las lecturas a velocidad constanteN, rpm

t, seg y, m F, kg F, N Wf, W

1 2200 43.56 0.01 8 78.32 11748.21

2 2200 40.41 0.01 10 97.90 14685.26

3 2200 37.1 0.01 12 117.48

17622.31

4 2200 35.09 0.01 14 137.06

20559.37

5 2200 31.9 0.01 16 156.64

23496.42

A velocidad variableN, rpm

t, seg

y, m F, kg F, N Wf

1 2200 41.37 0.01 9.2 90.07 13510.44

2 2100 40.75 0.01 10 97.90 14017.75

3 2000 41.9 0.01 10.7 104.75

14284.75

4 1900 42.78 0.01 11.8 115.52

14965.62

5 1800 45.29 0.01 13.2 129.23

15860.08

2) Gasto de combustible

Para la primera lectura

Para todas las lecturas, a velocidad constantet, seg y, m Gc, kg/s Gc, kg/h

1 43.56 0.01 0.00172176 6.20

2 40.41 0.01 0.00185598 6.68

3 37.1 0.01 0.00202156 7.28

4 35.09 0.01 0.00213736 7.69

5 31.9 0.01 0.0023511 8.46

A velocidad variable

T, SEG Y, M GC, KG/S GC, KG/H1 41.37 0.01 0.0018129

16.53

2 40.75 0.01 0.00184049

6.63

3 41.9 0.01 0.00178998

6.44

4 42.78 0.01 0.00175316

6.31

5 45.29 0.01 0.00165599

5.96

3) Línea Willans

10000.00 12000.00 14000.00 16000.00 18000.00 20000.00 22000.00 24000.00 26000.000.001.002.003.004.005.006.007.008.009.00

f(x) = 0.000188767181052398 x + 3.93667335191009

Gc, Wf

Buscamos el punto de intersección con el eje de las abscisas de la ecuación

Si y=0

Esto nos dice que nuestro motor debe de generar al menos 26.82hp para girar a 2200 rpm sin entregar potencia al freno

4) Potencia indicada

a) Para la primer lectura

Para las siguientes lecturas

WF,W WP,W WI,W11748.209

219683.5 31431.709

214685.261

619683.5 34368.761

617622.313

919683.5 37305.813

920559.366

219683.5 40242.866

223496.418

519683.5 43179.918

5

5) Presión media efectivaa) Indicada

De las diferentes lecturasWF WP WI PMEI11748.209

219683.5 31431.709

2346913.69

14685.2616

19683.5 34368.7616

379330.11

17622.3139

19683.5 37305.8139

411746.54

20559.366 19683.5 40242.866 444162.96

2 223496.418

519683.5 43179.918

5476579.38

b) Al freno

De todas las lecturas tenemos que:WF WP WI PMEI PMEF

11748.21 19683.50 31431.71 346913.69 129665.7014685.26 19683.50 34368.76 379330.11 162082.1217622.31 19683.50 37305.81 411746.53 194498.5520559.37 19683.50 40242.87 444162.96 226914.9723496.42 19683.50 43179.92 476579.38 259331.40

6) Calor suministrado

De nuestras lecturas a velocidad constanteGC, KG/S GC, KG/H QS,KW

1 0.001721763 6.20 75.692 0.001855976 6.68 81.593 0.002021563 7.28 88.874 0.002137361 7.69 93.965 0.002351097 8.46 103.35

Y a velocidad variableWf Gc, kg/s Gc, kg/h Qs, kW Gec

1 13510.44 0.00181291 6.53 79.70 1.3419E-07

2 14017.75 0.00184049 6.63 80.91 1.313E-07

3 14284.75 0.00178998 6.44 78.69 1.2531E-07

4 14965.62 0.00175316 6.31 77.07 1.1715E-07

5 15860.08 0.00165599 5.96 72.80 1.0441E-07

7) Gasto específico de combustible al freno

Wf Gc, kg/s Gc, kg/h Gec1 11748.21 0.00172176 6.20 1.4656E-07

2 14685.26 0.00185598 6.68 1.2638E-07

3 17622.31 0.00202156 7.28 1.1472E-07

4 20559.37 0.00213736 7.69 1.0396E-07

5 23496.42 0.0023511 8.46 1.0006E-07Para velocidad variable

Wf Gc, kg/s Gc, kg/h Qs Gec1 13510.44 0.00181291 6.53 79.70 1.3419E-07

2 14017.75 0.00184049 6.63 80.91 1.313E-07

3 14284.75 0.00178998 6.44 78.69 1.2531E-07

4 14965.62 0.00175316 6.31 77.07 1.1715E-07

5 15860.08 0.00165599 5.96 72.80 1.0441E-07

8) Eficienciaa) Del ciclo Otto

b) Mecánica

WF WP WI NMEC1 11748.21 19683.50 31431.71 37.38%2 14685.26 19683.50 34368.76 42.73%3 17622.31 19683.50 37305.81 47.24%4 20559.37 19683.50 40242.87 51.09%5 23496.42 19683.50 43179.92 54.42%

c) Térmica

d) Total

9) Gráficas a velocidad variableGráfica de gasto de combustible vs rpm

1700 1800 1900 2000 2100 2200 23000.00155

0.0016

0.00165

0.0017

0.00175

0.0018

0.00185

0.0019

f(x) = − 1.68423953487625E-09 x² + 7.13811966374959E-06 x − 0.00573509135399319

Gc-N

RPM

Gc,

kg/

S

Gráfica de potencia al freno vs RPM

1700 1800 1900 2000 2100 2200 230012000

12500

13000

13500

14000

14500

15000

15500

16000

16500

f(x) = − 0.0000378256736956 x³ + 0.2354409790451 x² − 492.21690950571 x + 359633.28240555

Wf

RPM

Pote

ncia

al f

reno

, W

Gráfica de Gasto específico de combustible vs RPM

1700 1800 1900 2000 2100 2200 23000.12

0.122

0.124

0.126

0.128

0.13

0.132

0.134

0.136

Gec

RPM

GEC,

(1*1

0-̂6

)

5. Comentarios y conclusiones. (10%)

CONCLUSIONES Y COMENTARIOSa) Reflexión de lo aprendido:

En esta práctica se comprobó el funcionamiento de los motores de encendido por chispa, la práctica consistió en dos partes, una a velocidad constante y una a velocidad variable. A velocidad variable consistió en proporcionar una carga al motor mediante un freno hidráulico acoplado a la flecha, a velocidad constante se hizo lo mismo, pero a

velocidad constante podemos obtener los datos necesarios para la línea de Willans y encontrar la potencia indicada, presión media efectiva, eficiencia, etc.

b) De lo que requiere estudiar, profundizar o investigar.Se debe de investigar más acerca del funcionamiento de los motores de 4T, así como de las formas de aumentar su eficiencia sin elevar tanto el costo

c) De su desempeño en clase y actividad práctica.En esta clase apoyé en nivelar el freno hidráulico y tomar la lectura del mismo

d) A que se compromete para lograr un pleno aprendizaje del temaPara esta práctica busqué información relacionada a los diferentes motores de encendido por chispa, así como de los diferentes sistemas que lo constituyen

e) De lo que requiere mejorarDebido a diferentes factores la eficiencia obtenida es muy baja, entre los factores que yo consideraría es que el motor cuenta con una tubería de escape muy larga, así como de un sistema de refrigeración que depende de la entrada constante de agua fría. Se podría cambiar el sistema de refrigeración por uno con una bomba, aunque este gasto extra podría afectar a la eficiencia del mismo motor.

6. Fuentes de consultas.

REFERENCIASCengel, Y. A. (2012). Termodinámica. McGraw-Hill. Recuperado el 13 de Octubre de 2015

How Car Engines Work http://auto.howstuffworks.com/engine.htm

How Two-stroke Engines Work http://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/two-stroke1.htm