CARACTERISTICA DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DIESEL OBJETIVOS •
•
•
•
Determinar experimentalmente la característica de velocidad con la ayuda de un software de un motor diesel. Trazar los gráficos o características del motor trazarlo en una sola grafica una sobre otra para poder ver simultáneamente todas. Realizar el estudio experimental del comportamiento de los motores en función de la velocidad. Analizar Analizar las diferentes diferentes graficas graficas obtenidas obtenidas de los parámetros experimentales experimentales del motor diesel.
MARCO TEORICO I.
CAR ARAC ACTE TERI RIST STIICA DE DE VEL VELOC OCIIDA DAD D
Representa la variación de los parámetros de funcionamiento del motor en función de la frecuencia de rotación del árbol de extracción de potencia. s la representación gráfica de los parámetros del ciclo de traba!o y de los parámetros efectivos del motor en función de la velocidad de rotación del cig"e#al. $ueden ser%
&aracterística externa absoluta de velocidad. &aracterística de límite de 'umos. &aracterística parcial de velocidad.
1. CARACTER CARACTERÍSTICA ÍSTICA EXTERNA EXTERNA ABSOLUT ABSOLUTA A DE VELOCIDAD: VELOCIDAD: s el grafico de la variación de la potencia máxima posible para la frecuencia de rotación dada dada ento entonc nces es esta esta cara caract cter erís ísti tica ca limi limita ta el camp campo o de los los regí regíme mene ness lími límite tess de funcionamiento. s la característica de velocidad velocidad del motor para lo cual el órgano de mando mando del sistema de alimentación de combustible se mantiene constante y en la posición correspondiente al máximo suministro de combustible.
2. ÓRGANO DE DE MANDO DEL DEL SISTEMA DE DE ALIMENTACIÓN ALIMENTACIÓN DEL COMBUSTIBLE: s la mariposa de gases en los motores de encendido por c'ispa o la cremallera de la bomba de inyección en los motores diesel.
3. CARACTER CARACTERÍSTICAS ÍSTICAS PARCIALES PARCIALES DE DE VELOCIDAD: VELOCIDAD: (
s la característica de velocidad del motor) en la *ue el órgano de mando del sistema de alimentación de combustible ocupa una posición intermedia. n consecuencia) dentro de los límites de movimiento del órgano de mando existirán tantas características parciales como posiciones intermedias de la mariposa de gases o de la cremallera 'ayan. &ondiciones necesaria para la obtención de las características de velocidad% • • •
II.
+ariable independiente% velocidad de rotación del cig"e#al. ,agnitud constante% posición del órgano de mando del sistema de alimentación del combustible. +ariables dependientes% potencia efectiva) momento torsional) consumos 'orarios y específico de combustible) presión media efectiva) consumo 'orario de aire) etc.
PARTICULARIDADES DE LA CARACTERÍSTICA DE VELOCIDAD
-a tendencia de la potencia y del consumo especifico del combustible depende de la acción con!unta de la eficiencia indicada el coeficiente de exceso de aire) la eficiencia volumtrica y la eficiencia mecánica y de la velocidad de rotación del cig"e#al. n la figura se muestra la característica de velocidad de un motor. &omo se observa) la tendencia de la potencia y del consumo específico del combustible depende de la acción con!unta de /i ) /v ) /m ) 0) y de la velocidad de rotación del cig"e#al.
&aracterística de velocidad.
1
III.
FORMULAS A UTILIZAR
Potencia Efectiva (N e)(kW) N e =
M e ×n 9550
Consumo de combustible (G c) (kg/hr) G c =3.6 ρc ×
∆ V ∆ t
Masa de aire fresca (G a) (kg/hr) Ga=Ga =Va ρ a
Coeficiente de exceso de aire ( ) α =
Ga G c × Lo
Dónde% ,e 2 Tor*ue efectivo 34.m5 n 2 n6mero de revoluciones 3R$,5 Dónde% ∆+ 2 +olumen del combustible en cada ciclo ρc 2 Densidad del combustible 2 7)89 g:cm; ∆t 2 Tiempo de cada ciclo Dónde% ρa 2 densidad del aire 2 7)8<= >g:m; Va 2 caudal de aire 3m;:'r5 Dónde% -o 2 Relación este*uiomtrica 2 (?)?7 >g@ aire:>g@ comb c% asto de combustible 3>g:'r5. a% ,asa de aire fresca 3>g:'r5.
Consumo o gasto esecifico efectivo Dónde% (ge) (gr/!W"hr) c % asto de combustible 3>g:'r5. Gc
4e% $otencia efectiva 3>B5.
ge = N e
Eficiencia efectiva ( e ) ηe =
3600
ge × H u
Dónde% Cu 2 $oder calorífico 2 ?1=77 E:>g ge% gasto especifico efectivo de combustible 3gr:B@'r5.
Eficiencia #olum$trica o coeficiente de Dónde% llenado ( v) +' 2 &ilindrada unitaria ηv
=
Ga 60
τ
× V h × ρ k × i × n
¿
π 4
2
×d ×s
ρ> 2 Densidad del aire 7)8<= >g:m; i 2 4umero de cilindros 3?5 n 2 R$, τ 2 1 3motor de ? tiempos5
;
IV.
EQUIPO A UTILIZAR
Par%metros b%sicos del &b'eto de Prueba Di!"#$% &"' (i'i)&$% C*$$"$* &"' +i,#-) RL N/!"$% &" (i'i)&$%, Ci'i)&$*&* R"'*(i-) &" (%!+$",i-) P%#")(i* "0"(#i* M%!")#% +*$ !i!% F*(#%$ )%!i)*' &" $","$* &"' !%!")#% +*$ T%$45" !i!%T%$45" )%!i)*'6 F$"(5")(i* )%!i)*' G*,#% ",+"(i7(% &" (%!85,#i8'" G*,#% $"'*#i% *("i#" +%$ 45"!*&5$* M*,* ,"(* &"' !%#%$
110 mm 125 mm 0,32 4 4,75 l 16 55 + 3,7 275 N.m 12% 2200 RPM 238 g/kW.hr 0,70% 460 kg
Par%metros de Medicin
?
racias a este software se pueden 'acer graficas instantáneas de los parámetros del motor para interpretar me!or las variaciones de estos en cada medición. &omprobar el funcionamiento del banco de ensayos) sin arrancar el motor. Arrancar el motor y esperar *ue alcance su temperatura 9= a F=G&. &on la cremallera de la bomba de inyección en su posición de máximo suministro) con un ángulo de avance de 11o y ayudándose con el freno establecer el rgimen inicial de velocidad. sperar el funcionamiento estable del motor y luego efectuar las mediciones indicadas. Disminuyendo la carga en el freno) aumentar la velocidad de rotación y luego efectuar las mediciones. Repetir sucesivamente el punto anterior y luego efectuar las mediciones cundo el motor alcance la velocidad de 1177rpm. H1I 3a5 $arámetros del motor *ue deben calcularse • • • • •
,omento torsional del motor 3,e5. $otencia efectiva del motor 34e5. &onsumo específico efectivo de combustible 3ge5. &onsumo específico indicado de combustible 3gi5. ficiencia efectiva del motor 3/e5. =
• • • • •
V.
ficiencia indicada del motor 3/i5. ficiencia mecánica del motor 3/m5. &oeficiente de llenado 3/v5. &onsumo 'orario de combustible 3c5 &oeficiente de exceso de aire 305.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
A travs del software de un ordenador) simulamos el ensayo del laboratorio) lo *ue e*uivale a decir *ue encendemos el banco de pruebas) enseguida regulamos la frecuencia de rotación a 1177 rpm) la *ue será constante durante todas las pruebas. $rocedemos a regular la posición de la palanca JA$ para obtener un momento par de =74.m. aproximadamente y luego anotamos los datos una vez *ue el motor alcanza los parámetros estables para su funcionamiento en ese rgimen) luego subimos el ,omento par de =7 en =7 'asta llegar al par máximo de 1F= 4.m. Despus 'allamos el ángulo óptimo de inyección para diferentes frecuencias de rotación de 977 rpm 'asta 1177 rpm variando en ;77 rpm. sto se 'ace manteniendo la frecuencia y la posición de la palanca constantes y se prueba con los distintos ángulos de inyección 'asta encontrar el óptimo para ese rgimen de funcionamiento donde la potencia sea máxima y el consumo especifico de combustible sea mínimo. racias a este software se pueden 'acer graficas instantáneas de los parámetros del motor para interpretar me!or las variaciones de estos en cada medición. • • •
•
•
&omprobar el funcionamiento del banco de ensayos) sin arrancar el motor. Arrancar el motor y esperar *ue alcance su temperatura 9= a F=G&. &on la cremallera de la bomba de inyección en su posición de máximo suministro) con un ángulo de avance de 11 o y ayudándose con el freno establecer el rgimen inicial de velocidad. sperar el funcionamiento estable del motor y luego efectuar las mediciones indicadas. Disminuyendo la carga en el freno) aumentar la velocidad de rotación y luego efectuar las mediciones. Repetir sucesivamente el punto anterior y luego efectuar las mediciones cundo el motor alcance la velocidad de 1177rpm.
atos tomados del soft*are ara un %ngulo de avance constante (++,) N9 P5)#% &" +$5"8* P$",i-) 8*$%!#$i(* ;P*6 <5!"&*& $"'*#i* =6 T"!+"$*#5$* 9C6 G*,#% &" (%!85,#i8'" >6 Ti"!+% &" (%),5!% &"
1 98
2 98
3 98
4 98
5 98
6 98
7 98
64 30 150
64 30 150
64 30 150
64 30 150
64 30 150
64 30 150
64 31 150
148,
88,6
63,4 49,6
43,
40,5
40,5 9
(%!85,#i8'" ,6 P%,i(i-) &" '* +*'*)(* &" (%)#$%' &" BAP =6 M%!")#% +*$ N.!6 T"!+"$*#5$* &" '%, >*,", &" ",(*+" 9C6 C%)#$*+$",i-) ") "' ",(*+" ;P*6 A)>5'% &" **)(" 96 F$"(5")(i* &" $%#*(i-) RPM6 CO =6
1 100
100
100
232 724, 2 0,2
265 796, 2 0,3
284 291 812, 839 7 0,4 0,5
22 599
22 901
0,22
22 119 9 0,05
102 36 148 0 92
100
100
253 826, 3 0,71
244 799,6
22 210 0 0,13
22 2202
0,07 5 196 198 39 38 1210 110 0 92 91
22 149 9 0,08 5 150 34 111 0 90
279 852 ,4 0,6 1 22 180 3 0,1 3 96 28 116 0 90
84 21 115 0 90
98 19 1110
94
94
93
93
93
93
0,15
0,2
0,26
0,35
0,35
0,33
0,49
0,65 0,82
1,15
1,2
72 -16
109 -20
148 -24
0,3 1 0,9 8 215 -33
239 -37
251 -39
T"!+"$*#5$* &"' '?45i&% $"0$i>"$*)#" 9C6 96 T"!+"$*#5$* &"' *("i#" 9C6 P$",i-) &"' *("i#" MP*6 0,1 V*(?% ") '* *&!i,i-) ;P*6 G*,#% &" *i$" !3@$6 M%!")#% +*$ $",i&5*'
5 100
100
184 -29
0,74
0,115
90
-ngulos de avance timo ara diferentes frecuencias de rotacin N9 P5)#% &" +$5"8*
F$"(5")(i* &" $%#*(i-) RPM6
A)>5'% &" **)("
1 2 3 4 5 6 7
600 900 1200 1500 1800 2100 2200
10° 14° 18° 20° 22° 24° 26°
atos tomados del soft*are con un %ngulo de avance timo N9 P5)#% &" +$5"8* P$",i-) 8*$%!#$i(* ;P*6 <5!"&*& $"'*#i* =6 T"!+"$*#5$* 9C6 G*,#% &" (%!85,#i8'" >6 Ti"!+% &" (%),5!% &" (%!85,#i8'" ,6 P%,i(i-) &" '* +*'*)(* &" (%)#$%' &" BAP =6 M%!")#% +*$ N.!6 T"!+"$*#5$* &" '%, >*,", &"
1 98 64 32 150 148
2 98 64 32 150 87,9
3 98 64 32 150 63,2
4 98 64 32 150 49,9
5 98 64 32 150 43,8
6 98 64 32 150 40,7
7 98 64 32 150 41,1
100
100
100
100
100
100
100
256 822
245 819,3
248 701
276 287 287 278 771,4 835,7 849,5 859,4
F
",(*+" 9C6 C%)#$*+$",i-) ") "' ",(*+" ;P*6 A)>5'% &" **)(" 96 F$"(5")(i* &" $%#*(i-) RPM6 CO =6 "$*)#" 9C6 T"!+"$*#5$* &"' *("i#" 9C6 P$",i-) &"' *("i#" MP*6 V*(?% ") '* *&!i,i-) ;P*6 G*,#% &" *i$" !3@$6 M%!")#% +*$ $",i&5*'
VI.
0,2 10 602 0,15 114 55 119 0 93
0,3 14 901 0,01 180 52 910
0,4 18 1203 0,015 182 45 900
0,51 20 1502 0,07 140 37 1000
0,61 22 1799 0,13 96 27 1160
0,71 24 2099 0,13 92 18 1300
0,74 26 2199 0,105 108 13 1440
91
91
91
91
91
91
95 0,1 0,33 69 -16
94 0,15 0,49 109 -20
94 0,2 0,66 147 -24
94 0,26 0,82 182 -29
94 0,31 0,98 214 -33
94 0,35 1,15 243 -37
93 0,35 1,2 250 -39
PROCESANDO LOS DATOS Caracter.sticas ara un %ngulo de avance constante (++,)
N° Pu!" #$ Pru$& 1
RPM
'(
'&
)l*&
599
3,65
2
901
6,09
3
1199
8,52
4
1499
5
1803
6
2100
7
2202
10,8 9 12,4 1 13,3 3 13,3 3
64,44 1,2 3 97,56 1,1 1 132,4 1,0 6 8 164,6 1,0 8 5 192,4 1,0 3 8 213,9 1,1 1 1 224,6 1,1 5 7
g$
N$
Nm
250, 57 243, 78 238, 87 238, 35 235, 67 239, 66 236, 99
14,55 1,0 0 25,00 1,8 9 35,66 3,0 1 45,68 4,5 5 52,67 6,2 3 55,63 8,1 4 56,26 8,9 9
N
$
m
15,5 6 26,8 9 38,6 7 50,2 3 58,9 0 63,7 7 65,2 5
0,3 4 0,3 5 0,3 5 0,3 6 0,3 6 0,3 5 0,3 6
0,8 4 0,8 5 0,8 7 0,8 6 0,8 4 0,8 0 0,8 0
0,9 4 0,9 3 0,9 2 0,9 1 0,8 9 0,8 7 0,8 6
0,3 6 0,3 7 0,3 8 0,3 9 0,4 0 0,4 1 0,4 1
8
Caracter.sticas ara %ngulos de avances timos N° Pu!" #$ Pru$& 1
RPM
'(
'&
)l* &
g$
N$
Nm
N
$
m
602
3,65
2
901
6,14
3
1203
8,54
4
1502
5
1799
6
2099
7
2199
10,8 2 12,3 3 13,2 7 13,1 4
61,7 6 97,5 6 131, 57 162, 89 191, 53 217, 49 223, 75
1,1 8 1,1 0 1,0 7 1,0 5 1,0 8 1,1 4 1,1 8
233,3 9 235,9 3 236,3 4 239,7 4 235,4 2 235,8 0 232,9 0
15,6 3 26,0 4 36,1 5 45,1 4 52,3 7 56,2 7 56,4 1
1,0 1 1,8 9 3,0 2 4,5 6 6,2 2 8,1 3 8,9 8
16,6 4 27,9 3 39,1 8 49,7 0 58,5 9 64,4 0 65,3 9
0,3 6 0,3 6 0,3 6 0,3 5 0,3 6 0,3 6 0,3 6
0,8 0 0,8 5 0,8 6 0,8 5 0,8 3 0,8 1 0,8 0
0,9 4 0,9 3 0,9 2 0,9 1 0,8 9 0,8 7 0,8 6
0,3 9 0,3 9 0,3 9 0,3 9 0,4 0 0,4 1 0,4 2
Caracter.stica externa de velocidad ara un %ngulo de avance constante (++,)
<
Caracter.stica externa de velocidad ara %ngulos de avance timos de las frecuencias de rotacin ensaadas
(7
0n%lisis del error absoluto del consumo esecifico de combustible P&r& gul" "!m" #$l &&($ "#$
((
26° 2200 1 rm M$ 251 1 Nm ! 40 0.1 m( 150 0.1 gr
(1
V. •
•
•
•
•
•
CONCLUSIONES -os resultados arro!ados por el software) nos permitieron realizar las características externas de carga) coincidiendo en muc'os aspectos con las características de carga observadas en el marco teórico) en el comportamiento *ue tienen los diferentes parámetros analizados en relación a distintas frecuencias de rotación. podemos observar *ue el momento par máximo corresponde a frecuencias de rotación intermedias) correspondientes aproximadamente a (=77 R$,) el consumo 'orario de combustible y de aire aumenta a medida *ue aumenta la velocidad. n relación con el consumo especifico) podemos se#alar *ue al mantener el ángulo de avance constante 311G5) el mayor valor corresponde a las frecuencias mínimas de rotaciónK mientras *ue con la variación del ángulo de avance en relación a la velocidad para obtener un valor máximo del momento par) tenemos *ue el consumo especifico mayor corresponde a (=77 R$, aproximadamente. el aumento de la potencia) comparando la potencia obtenida para ángulos de avance óptimos y una Angulo de avance constante) no !ustifica la implementación de un e*uipo encargado de variar el ángulo de avance en el motor podemos asegurar *ue las perdidas mecánicas crecen a medida *ue aumenta la frecuencia de rotación) así mismo la eficiencia de llenado tambin disminuye al existir menos tiempo para llenar el cilindro en la admisión pese a *ue el motor presenta temperaturas menores a mayores frecuencias de rotación. el análisis del error correspondiente al consumo especifico de combustible para un ángulo de avance óptimo de 19G a la frecuencia de rotación de 1177 R$,) obteniendo un error de 7)?F L o ()( g:>B.'r.
(;
