proceso de admisión y formacion de mezcla

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIRIA MECANICA

LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Estudio de los procesos de admisión y de formación de la mezcla en los motores de combustión interna

Alumno:

SOSA AMES, Lee Junnior

Ingeniero PONCE GALIANO JORGE 2013-I

20081104k

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

MCI

INDICE

RESUMEN

6

CONTENIDO

8

CAPITULO I: ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADMISIÓN Y DE FORMACIÓN DE LA MEZCLA EN EL MOTOR ENCENDIDO POR COMPRESIÓN 9 1.1 INTRODUCCIÓN

9

1.2 PROCESO DE ADMISIÓN

9

1.3 FORMACIÓN DE MEZCLA

10

1.4 PULVERIZACIÓN DEL COMBUSTIBLE Y SUS PARAMETROS

10

1.5 CARACTERISTICAS DE UN MOTOR

12

1.7..1.

CARACTERISTICA EXTERNA DE VELOCIDAD

12

1.7..2.

CARCATERISTICA DE CARGA

12

1.6 PARTE EXPERIMENTAL

14

1.7..1.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

14

1.7..2.

DATOS TECNICOS MOTOR PETTER

15

1.7 METODOLOGIA DE LA EXPERIMENTACION

15

1.7..1.

CARACTERISTICAS DE VELOCIDAD

15

1.7..2.

CARACTERISTICAS DE CARGA

16

1.8 HOJA DE DATOS

17

1.9 FORMULAS RECURRENTES

18

CAPITULO II: ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADMISIÓN Y DE FORMACIÓN DE LA MEZCLA EN EL MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA 21 2..1 INTRODUCCIÓN

21

2..2 PROCESO DE ADMISION

22

2..3 PARAMETROS DE ADMISION

24


2


MCI

2..4 FORMACIÓN DE MEZCLA

25

2..5 PARTE EXPERIMENTAL

26

1.2..1.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

26

1.2..2.

DATOS TECNICOS MOTOR DAIAHTSU

28

2..6 METODOLOGIA DE LA EXPERIMENTACION

28

1.2..1.

CARACTERISTICAS DE VELOCIDAD

28

1.2..2.

CARACTERISTICAS DE CARGA

28

2..7 HOJA DE DATOS

30

2..8 FORMULAS RECURRENTES

31

CAPITULO III: TENDENCIAS

33

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

39

BIBLIOGRAFIA

40

ANEXO

41


3


MCI

LISTADO DE TABLAS

 Tabla 1.1 Datos técnicos motor PETTER

15

 Tabla 1.2 Datos características de velocidad motor PETTER

17

 Tabla 1.3 Datos características de carga motor PETTER

17

 Tabla 1.4 Resultados obtenidos características de velocidad motor PETTER

19

 Tabla 1.5 Resultados obtenidos características de carga motor PETTER

20

 Tabla 2.1 Datos técnicos Motor DAIHATSU

28

 Tabla 2.2 Datos características de velocidad motor PETTER

30

 Tabla 2.3 Datos características de carga motor PETTER

30

 Tabla 2.4 Resultados obtenidos características de carga motor PETTER

32

 Tabla 2.5 Resultados obtenidos características de velocidad motor PETTER

32


4


MCI

LISTADO DE ILUSTRACIONES

 Figura 1.1 chorro de combustible en estado de disgregación

11

 Figura 1.2 Disgregación de una gota por acción de las fuerzas de resistencia aerodinámicas

12

 Figura 1.3 Banco de ensayos en motor PETTER

15



16

Figura 1.4 Banco de ensayos de freno eléctrico

  Figura 2.1.Motor encendido por chispa

23

 Figura 2.2 Banco de ensayos en motor PETTER

28

 Figura 2.3 Banco de ensayos de freno eléctrico

28

 Figura 3.1 tendencia coeficiente exceso de aire régimen de velocidad

34

 Figura 3.2 tendencia eficiencia volumétrica régimen de velocidad

35

 Figura 3.4 tendencia eficiencia volumétrica motor DAIHATSU régimen de carga

36

 Figura 3.5 tendencia exceso de aire motor PETTER régimen de carga

37

 Figura 3.6 tendencia exceso de aire motor DAIAHTSU régimen de carga

38


5


MCI

RESUMEN Para el presente laboratorio se realizó la experimentación de cómo es que en la práctica se puede determinar el coeficiente de llenado o también llamado eficiencia volumétrica del coeficiente de exceso de aire

y

, tanto para un motor de encendido por chispa, que en

nuestro caso fue el motor DAIHATSU, y para un motor de encendido por compresión en este caso para el motor PETTER. El procedimiento de realización para ambas partes del laboratorio son similares, a continuación mencionaremos las mediciones que se deberán realizar en el laboratorio, con algunas diferencias que también se mencionan 

: velocidad [RPM]

 

posición de la cremallera [mm]

***

: fuerza en el dinamómetro [N]



: Caída de presión en el manómetro inclinado [cm



: consumo de combustible [



: tiempo de consumo de combustible [s]



: caída de presión en el manómetro en U [cm

]



: temperatura de ingreso del refrigerante [



: temperatura de salida del refrigerante [



: temperatura del aceite [



: Presión del aceite [

]

]

] ]

]

]



: Voltaje del banco de ensayo de freno eléctrico [V]



: Amperaje del banco de ensayo de freno eléctrico [A] (***)

Apertura de la válvula de mariposa


[%] para el caso de motor DAIHATSU

6


MCI

Como se mencionó que tanto para la primera parte como para la segunda parte del laboratorio el proceso sería similar, encontraremos de que por teoría sabemos que para un motor de encendido por comprensión existe un órgano de regulador, a lo que llamamos “posición d la cremallera” y para el caso del motor DIAHATZU la regulación está dada por la apertura de la válvula de mariposa la cual designamos con

la cual está dada en

porcentaje de apertura [%]. Mencionare que en las dos partes del laboratorio, las mediciones se realizaran para los regímenes de velocidad y carga, teniendo lo siguiente: MOTOR PETTER: 1. Manteniendo la posición de la cremallera 2. Manteniendo la velocidad

constante en 15mm

constante 1500 RPM

MOTOR DIAHATZU 1. Manteniendo la apertura de la válvula de mariposa 2. Manteniendo la velocidad

constante en 20%

constante 2500 RPM

Dada las fórmulas que se utilizaran las cuales mencionaremos más adelante es necesario obtener los valores antes mencionados, pero no en su totalidad pues veremos que los valores de presión y temperatura del aceite no es necesario para los cálculos. Al finalizar el presente entenderemos y determinaremos la influencia de los regímenes de funcionamiento y los parámetros constructivos del motor sobre la eficiencia volumétrica y el coeficiente de llenado de aire Para finalizar realizaremos el cálculo de las curvas para los regímenes antes mencionados


7


MCI

CONTENIDO El contenido del presente informe está conformado con III capítulos, conclusiones bibliografía los capítulos están desarrollados en relación a lo visto en el laboratorio N°3 “Estudio de los procesos de admisión y de formación de la mezcla en los motores de combustión interna” En el capítulo I, veo lo concerniente a la primera parte del laboratorio que es el cálculo del coeficiente de llenado y coeficiente de exceso de aire para el motor PETTER, se realizará una breve introducción teórica del proceso de admisión y formación de mezcla, seguidamente se describirá el procedimiento, el cual fue experimental, se basó en la toma de datos de los diferentes parámetros que fueron necesarios para el cálculo de los coeficientes antes mencionado; detallaremos las fórmulas que son necesarias para el cálculo En el capítulo II se detallara lo mencionado en el capítulo I pero en este caso para el motor DIAHATZU, de igual forma se realizara una parte introductoria teórica y la presentación de fórmulas que serán necesarias En el capítulo III se detallara la tendencia de las curvas características realizando un análisis de las curvas para ambos regímenes tanto el de velocidad como el de carga para ambos motores. Concluiremos con las conclusiones y citando la bibliografía utilizada.


8


MCI

CAPITULO I ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADMISIÓN Y DE FORMACIÓN DE LA MEZCLA EN EL MOTOR ENCENDIDO POR COMPRESIÓN 2.1 INTRODUCCION La energía necesaria para operar un motor proviene proceso de combustión. Para mejorar el proceso de combustión, es necesario que exista una relación adecuada entre la cantidad de moléculas de combustible y de aire Por eso si deseamos mejorar la combustión, es necesario que entendamos como se produce el proceso de admisión en el motor, en nuestro caso, para un motor encendido por compresión, la regulación de la mezcla es de tipo cualitativa es decir, la cantidad de aire suministrado al cilindro es aproximadamente constante, y sólo se incrementa o disminuye la alimentación de combustible que se inyecta en el cilindro. En nuestra experiencia observaremos como varia la eficiencia volumétrica y el coeficiente de exceso de aire para diversos regímenes

2.2 PROCESO DE ADMISION Podemos citar unos párrafos de libro JOVAJ que nos menciona que para realizar el ciclo de trabajo en un motor de combustión interna, es necesario expulsar los productos de la combustión formado en el ciclo anterior, e introducir en el la carga fresca de aire (PETTER) o mezcla aire-combustible (DIAHATZU), los procesos antes mencionados (admisión y escape) están vinculados entre sí. La cantidad de carga fresca suministrado depende de la calidad con la que se limpia el cilindro del motor, por eso el proceso de admisión se debe analizar tomando en consideración los parámetros que caracterizan el desarrollo del proceso de escape, examinando todo el complejo de fenómenos que se refieren al proceso de intercambio de gases en conjunto


9


MCI

2.3 FORMACIÓN DE LA MEZCLA La formación de la mezcla en un motor DIESEL se produce entre el final de carrera de comprensión e inicio de la carrera de expansión y transcurre en un corto intervalo de tiempo, correspondiente a 20-60° del ángulo de rotación del cigüeñal. La mezcla aire combustible se forma en el periodo del retraso a la inflamación y en las diversas fases del proceso de combustión Es necesario tener en cuenta que hay cierta contradicción en los requisitos que se plantean ante la formación de la mezcla durante el periodo de retraso a la inflamación y en el proceso de combustión. Durante este periodo no es una cuestión indispensable que haya una distribución uniforme del combustible en el volumen del aire, es más las mezclas homogéneas poseen mayores periodos de retraso a la inflamación que las heterogéneas. Debido a la distribución irregular del combustible en la cámara de combustión del motor DIESEL resulta posible la inflamación de las mezclas cuyo coeficiente de exceso de aire total es mayor que cuando el motor funciona en vacío

2.4 PULVERIZACIÓN DEL COMBUSTIBLE Y SUS PARÁMETROS en caso de que en un motor DIESEL la formación de la mezcla sea volumétrica y mixta, el chorro de combustible que sale del pulverizador deberá descomponerse en finas gotas, cuyas dimensiones se encuentran entre los límites de 5-40 µm

(*)

para asegurar una rápida

combustión. Las gotas más grandes, que generalmente se forman al final de la inyección, pueden demorar el proceso de combustión y contribuir a la formación de carbonilla. Las gotas demasiadas pequeñas (hasta 10 µm(*)) se evaporan cerca de la boquilla del inyector, lo que dificulta la utilización del aire en los puntos más alejados de la cámara de combustión La pulverización del combustible tiene lugar por acción de las perturbaciones iniciales que surgen durante el movimiento del combustible en los canales de pulverización y por las fuerzas de resistencia aerodinámica del medio gaseoso, hacia el cual se inyecta combustible

(*)

Valores referenciales obtenidos de libro JOVAJ pgn. 354


10


MCI

Figura 1.1 chorro de combustible en estado de disgregación

El chorro al fraccionarse se disgrega en partículas separadas, en películas y en hilos delgados, los cuales moviéndose en el medio gaseoso se deforman por efecto de las fuerzas aerodinámicas y la tensión superficial, adquiriendo la forma de una esfera (gota), en la figura 1.1 podemos observar un chorro de combustible en estado de disgregación que se derrama en la tobera del pulverizador al final del proceso de inyección, cuando la salida es a bajas velocidades (v<30m/s) Si las velocidades de salida son elevadas, el proceso de disgregación del chorro (denominado en este caso pulverización o atomización) transcurre con mayor intensidad en la cercanía de la tobera, formándose una gran cantidad de gotas finas. El fraccionamiento de las gotas continúa hasta que las fuerzas de la tensión superficial resulten mayores que las fuerzas totales que originan la disgregación del chorro en el libro de JOVAJ también nos proporciona una ilustración en donde podemos observar cómo es que una gota de combustible se disgrega por acción de las fuerzas (ver figura 1.2)


11


MCI

Figura 1.2 Disgregación de una gota por acción de las fuerzas de resistencia aerodinámicas

Dado que en el laboratorio se trabaja con los regímenes de velocidad y de carga es justo realizar alguna mención teórica de ello 2.5 CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR 2.6.1. CARACTERÍSTICAS EXTERNAS 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 cremallera de la bomba de combustible se encuentra en la posición de máximo suministro. Al obtener esta característica se registran también otros parámetros, tales como el rendimiento volumétrico, el coeficiente de exceso de aire, la potencia indicada, la eficiencia mecánica, etc.

2.6.2. CARACTERÍSTICAS DE CARGA Se llama característica de carga a la variación de los índices principales del motor en función de la carga a un número SOSA AMES, Lee Junnior

12


MCI

de revoluciones constante. Al hacer las pruebas en el banco de frenado la carga del motor de carburador se varía cambiando la posición de la mariposa de gases, mientras que la del motor DIESEL, desplazando el órgano de-mando de la alimentación de combustible. El estudio de las características de carga permite evaluar la economía del combustible del motor y, asimismo, establecer los métodos de su mejoramiento, también permite establecer pautas a partir de los cuales se da inicio al desarrollo de un nuevo o mejor sistema de inyección de combustible


13


MCI

2.6 PARTE EXPERIMENTAL En lo que sigue mencionaremos para comenzar los instrumentos que se utilizaron para la realización del presente laboratorio, así como datos técnicos que se tomaron de laboratorio. 2.6.1. EQUIPOS E INSTRUMENTOS:  Banco de pruebas con motor DIESEL (motor PETTER).  Medidor de caudal de combustible.  Medidor de caudal de aire.  Cronómetro.  Tacómetro.  Manómetros de mercurio-

Intercambiador de calor

Manómetro Termómetro Manómetro

Dinamómetro

Bomba

Generador

Motor PETTER Figura 1.3 Banco de ensayos en motor PETTER


14


MCI


2.6.2. DATOS TÉCNICOS MOTOR DIESEL PETER. Potencia efectiva Ne Cilindrada (Vh) Cantidad de cilindros Relación de compresión Carrera del pistón Diámetro del cilindro Tipo de motor

8.2HP/2000 rpm 659cm3 1 16.5/1 110 mm 87.3 mm PH1 w Tabla 1.1 Datos técnicos motor PETTER

2.7 METODOLOGÍA DE LA EXPERIENCIA 2.6.1. CARACTERÍSTICA DE VELOCIDAD para la primera parte el procedimiento para la parte de característica de velocidad es decir con la posición de la cremallera constante tenemos:  Comprobar el funcionamiento del banco de ensayos, sin arrancar el motor.


15


MCI

 Arrancar el motor y esperar que alcance su temperatura de 65 – 75 °C, dicha temperatura se controlará observando el termómetro de medición del a temperatura de salida del agua refrigerante.  Con la posición de la cremallera en 15 mm y ayudándose con el freno, establecer el régimen inicial de velocidad n=2000 RPM.  Esperar el funcionamiento estable del motor y luego efectuar las mediciones indicadas.  Disminuyendo la carga en el freno, disminuir la velocidad de rotación del cigüeñal hasta alcanzar la magnitud de 1800 RPM, y luego efectuar las mediciones correspondientes.  Repetir sucesivamente el punto anteriormente mencionado disminuyendo la velocidad de rotación en valores de 200 RPM hasta el valor mínimo de 1000 RPM y realizar las mediciones para cada valor de velocidad de giro (en total se realizaran 6 mediciones) 2.6.2. CARACTERÍSTICA DE CARGA ahora sucede lo contrario del caso anterior, esta vez mantendremos constante la velocidad de giro, y variaremos la posición del órgano alimentador (posición de la cremallera)  Estando el motor funcionando sin carga, con la ayuda de la cremallera de la bomba de inyección del motor PETTER, en la posición de h=18 mm. Esperar la estabilización del funcionamiento del motor.  Efectuar las mediciones indicadas.  Mover la cremallera de la bomba de inyección en el sentido de menor suministro de combustible en 1 mm, es decir para la segunda medición la posición de la cremallera es de 17 mm, y manteniendo la velocidad constante con la ayuda del freno restablecer la velocidad inicial del ensayo  Esperar el funcionamiento estable del motor y luego efectuar las mediciones señaladas anteriormente.  Repetir los dos últimos pasos mencionados un total de 7 veces, desde una posición de


mm hasta

mm

16


MCI

2.8 HOJA DE DATOS Característica de velocidad N° [] 1 2 3 4 5 6

RPM 2000 1800 1600 1400 1200 1000

mm 15 15 15 15 15 15

N 94.5 100 103 106.5 106 97

]

cm

11.6 10.8 9.4 8.6 7.5 6.3

10 8.7 7.7 6.7 5.6 4.1

s 15 15 15 15 15 15

V

A

50 45 35 25 22.5 17

V 111 107 104 98 91 77

A 53.6 52.4 50.8 48.6 44.2 38.4

30 30 30 28 28 28 26

V Volt 70 85 94 102 107 108 109

A Amp. 34 41.3 45.8 50 51.8 52.8 53.3

cm

10 9.3 7.8 6.7 5.5 4.6

66 66 65 65 64 65

68 68 68 68 68 68

160 162 168 168 168 168

Tabla 1.2 Datos características de velocidad motor PETTER

Característica de carga N° [] 1 2 3 4 5 6 7

RPM 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500

mm 18 17 16 15 14 13 12

N 49 75 91.5 107.5 115.5 119 120.5

cm

9.3 9.2 9.1 9 8.9 8.8 8.8

] 3.7 4.7 5.8 7 8.3 9.6 10

s 15 15 15 15 15 15 15

cm

7.5 7.5 7.5 7.4 7.4 7.4 7.1

67.5 62 60 59 62 61 62

70 66 64 62 64 64 65

170 172 175 175 178 178 179

Tabla 1.3 Datos características de carga motor PETTER

Datos de presión y de temperatura en la realización del laboratorio son:


17


MCI

2.9 FORMULAS RECURRENTES las fórmulas que se utilizaran para el presente laboratorio se muestran a continuación  Coeficiente de llenado o eficiencia volumétrica

⁄

[

(

(

⁄

)]

⁄

)

 Coeficiente de exceso de aire

(

⁄

)

Donde tenemos: Consumo real (horario) de aire [kg/hora] Cantidad de aire teórico que podría llenar el cilindro [kg/hora] Consumo horario de combustible [kg/hora] Presión barométrica [mm-Hg] Temperatura atmosférica [°C] Densidad de aire atmosférica [

⁄

]

Caída de presión en el manómetro inclinado [cm

]

Ángulo de inclinación del manómetro inclinado [

]

Tiempo de consumo de combustible de en cada ensayo [s] Caída de presión en el manómetro en U [cm

]

Cilindrada total [0.659 L] Densidad de combustible [ SOSA AMES, Lee Junnior

⁄

] 18


MCI

Volumen de combustible consumido en cada ensayo [ Relación estequiométrica de aire-combustible DIESEL [

]

⁄

]

Para la primera parte del laboratorio dado que el combustible que se trabajo fue el D-2, es necesario conocer ciertos valores característicos de este combustible, así tenemos: ⁄ ⁄ Su composición es de aproximadamente 75% de hidrocarburos

saturados

(principalmente de parafinas) y un 25% de hidrocarburos aromáticos, la formula general del gasóleo es de

incluyendo cantidades pequeñas de otros

hidrocarburos, de ello tenemos: (**)

⁄

Con estas fórmulas y los datos obtenidos experimentalmente tendremos los valor de y , Para características de velocidad tenemos:

38.49

35.9 31.3 28.63

25 21

45.4088 40.86792 36.32704 36.32704 31.78616 27.24528

1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15

2 1.74 1.54 1.34 1.12 0.82

1.339 1.434 1.412 1.486 1.552 1.783

0.84763 0.87747 0.86046 0.78809 0.7864 0.77136

Tabla 1.4 Resultados obtenidos características de velocidad motor PETTER

(**)

Datos consultados de Wikipedia


19


MCI

Para características de carga tenemos:

30.9 30.6 30.3 29.9 29.6 29.3 29.3

34.0566 34.0566 34.0566 34.0566 34.0566 34.0566 34.0566

1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15

0.74 0.94 1.16 1.4 1.66 1.92 2

2.908 2.264 1.815 1.487 1.241 1.061 1.018

0.90833 0.89857 0.8888 0.87912 0.86935 0.85958 0.85984

Tabla 1.5 Resultados obtenidos características de carga motor PETTER


20


MCI

CAPITULO II ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADMISIÓN Y DE FORMACIÓN DE LA MEZCLA EN EL MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA 2.1. INTRODUCCIÓN A grandes rasgos podemos mencionar que 2 grandes diferencias que existirán en los motores encendido por chispa de los motores encendido por comprensión como que en el primero (motores encendido por chispa) no existe un órgano regulador de carga, sino un órgano regulador del ingreso de aire llamado válvula de mariposa, y que aquí se hablara de la mezcla carburante en lo que nos referíamos aire en los motores DIESEL, en la figura 2.1 podemos apreciar un motor encendido por chispa. Podemos citar que para realizar el mayor trabajo con el volumen dado del cilindro y a una frecuencia de rotación determinada del motor es necesario llenar el cilindro de mezcla carburante en la máxima cantidad posible. El aumento de la duración de apertura de la válvula de admisión contribuye a un llenado mejor del cilindro del motor. En los motores automotrices la válvula de admisión se abre de 5 a 20° antes del punto muerto superior (PMS) y se cierra de 40 a 70° después del punto muerto inferior (PMI).


21


MCI

Figura 2.1.Motor encendido por chispa


22

Veremos en adelante que para el caso de los motores encendidos por chispa existen parámetros en el proceso de admisión, se realizara un análisis en ese punto con la misiva de entender en que afectan estos parámetros. 2.2. PROCESO DE ADMISION La admisión de la mezcla carburante en el cilindro del motor de carburador de cuatro tiempos se efectúa a la presión El valor de la presión

.

depende principalmente de la resistencia del sistema de

admisión. Cuando más grande es la resistencia del sistema de admisión, tanto menor será

. La resistencia del sistema de admisión es influenciada por la estructura y el

estado técnico del filtro de aire, del carburador y del conducto de admisión (sección y longitud del conducto, cantidad de codos y su radio, rugosidad de la superficie de las paredes interiores de los conductos) En comparación con los motores de carburador, en los motores DIESEL la magnitud de Pa es un poco más alta (a igualdad de frecuencia de rotación), puesto que el sistema de admisión de estos últimos tiene una resistencia menor debido a la ausencia de la válvula de mariposa y del carburador. La mezcla carburante que se suministra al cilindro del motor, se calienta al entrar en contacto con las paredes calientes del conducto de admisión y de las válvulas. El calentamiento de la mezcla recién suministrada continúa en el cilindro del motor como resultado del mezclado de la carga fresca con los restos de los gases quemado (gases residuales) y del contacto con las paredes calientes del cilindro, culata y pistón El grado de perfección del proceso de admisión se acostumbra evaluar por el coeficiente de llenado o eficiencia volumétrica

que es la razón entre la cantidad de

carga fresca que se encuentra en el cilindro al inicio de la compresión real, es decir, al instante en que se cierra la válvula de admisión, y aquella cantidad de carga fresca que podría llenar al cilindro (volumen de trabajo) en las condiciones de admisión (condiciones ambientales en los motores de aspiración natural) Mediante la apropiada elección de las fases de admisión y escape se logra obtener las relaciones correspondientes a las condiciones de explotación, entre la cantidad de combustible suministrado

y la eficiencia volumétrica

en función de n. Al


aumentar la frecuencia de rotación,

MCI

al principio crece y luego, después de alcanzar

su máximo valor, decrece. Para garantizar un mejo barrido, el llenado del cilindro y la recarga del motor de cuatro tiempos es útil ampliar las fases de admisión y escape. Las fases (ángulos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape) se eligen experimentalmente tendiendo a lograr el mayor coeficiente

en aquellos regímenes

de velocidad, en los cuales se requiere obtener el máximo par motor. 2.3. PARÁMETROS DEL PROCESO DE ADMISIÓN La cantidad de carga fresca que ingresa a los cilindros depende de 2.5.1. LA RESISTENCIA HIDRÁULICA EN EL SISTEMA DE ADMISIÓN factor que disminuye la presión de la carga suministrada. La caída de la presión en la admisión depende directamente de la velocidad de rotación del motor, e inversamente proporcional al área de paso de la carga fresca. En el motor DIESEL es menor la caída de presión debido a la ausencia del carburador 2.5.2. LA

EXISTENCIA

DE

UNA

CIERTA

CANTIDAD

DE

GASES

QUEMADOS EN EL CILINDRO Y QUE OCUPAN UN VOLUMEN. En el proceso de escape no se logra desalojar por completo del cilindro a los productos de la combustión que ocupan un volumen a una determinada presión y temperatura. En el proceso de admisión los gases residuales se expanden y, mezclándose con la carga fresca que ingresa, hacen disminuir el llenado del cilindro. La cantidad de gases residuales presentes en el cilindro al comienzo de la entrada de la carga fresca, depende del procedimiento empleado para limpiar el cilindro, así como da la posibilidad de barrido del cilindro por la carga fresca. La cantidad de gases residuales se caracteriza por el coeficiente de gases residuales ⁄ 

cantidad de gases residuales



cantidad de carga fresca

En los motores a gasolina el coeficiente r es mayor que en los motores DIESEL, debido a menores e (relación de compresión)


24


MCI

2.5.3. EL GRADO DE CALENTAMIENTO DE LA CARGA DEBIDO A LA DIFERENCIA DE TEMPERATURAS ENTRE LA CARGA Y LAS SUPERFICIES DE LA CÁMARA esto provoca disminución de la densidad de la carga. El grado de calentamiento de la carga depende de la velocidad de su movimiento, de la duración de la admisión, así como de la diferencia entre las temperaturas entre las paredes de la cámara y de la carga

El incremento de

temperatura de la carga está en el orden de: los 20 a 40 °C en los motores DIESEL sin sobrealimentación, y de 0 a 20 °C en el motor de formación externa de la mezcla. En los motores DIESEL sobrealimentados sin refrigeración intermedia de aire y en los de 2 tiempos con barrido bien organizado estos valores de incremento de temperatura son más bajas lo que se explica por el hecho de que la temperatura del aire se incrementa después del compresor. Al sobrealimentarlos sin enfriamiento intermedio, cuando la temperatura es mayor que la temperatura de las paredes, es posible un enfriamiento de la carga

2.4. FORMACIÓN DE LA MEZCLA la formación externa de la mezcla aire-combustible en los motores de carburador, en particular en los motores de encendido por chispa transcurre en el sistema de admisión y antecede el encendido de la carga. Para obtener una formación homogénea de la mezcla aire-combustible es necesario que la distribución de los vapores de combustible en el aire sea uniforme es decir, la relación entre el número de moléculas de combustible y en número de moléculas de oxigeno del aire que las rodean resulte igual en todo el volumen de la cámara de combustión. Uno de los parámetros más importantes que caracteriza el proceso de formación de la mezcla en los motores de combustión interna, es el coeficiente de exceso de aire (  ), el cual se define como la relación entre la cantidad real de aire para quemar 1Kg de combustible y la cantidad de aire necesaria teóricamente para quemar la misma cantidad de combustible (cantidad estequiométrica) El coeficiente de exceso de aire depende del procedimiento de preparación de la mezcla, del régimen de funcionamiento del motor y del tipo de combustible que se usa. El límite de variación del coeficiente  para motores de carburador, en función del régimen de funcionamiento de los mismos, es de 0.60-1.15 SOSA AMES, Lee Junnior

25


MCI

Si <1 (insuficiencia de oxígeno), la mezcla se denomina rica; cuando

>1 (exceso de

oxígeno), la mezcla se denomina pobre. En los motores de gasolina con encendido por chispa y con regulación combinada (cualitativa y cuantitativa), cuando la mariposa de gases está completamente abierta, la mayor economía de combustible y el transcurso de la combustión se logra siendo  = 1.1-1.2. La máxima potencia de estos motores se obtiene enriqueciendo ligeramente la mezcla ( = 0.85-0.90). Para alcanzar un trabajo estable del motor a bajas cargas y en vacío se necesita un mayor enriquecimiento de la mezcla, para

<1, debido a la insuficiencia

de oxígeno, el combustible no se quema totalmente, como consecuencia de lo cual, durante la combustión, el desprendimiento de calor es incompleto y en los gases de escape aparecen los productos de la combustión incompleta

2.5. PARTE EXPERIMENTAL como se mencionó en la introducción el procedimiento es similar que en el caso del motor PETTER con las diferencias también ya mencionadas 2.5.1. EQUIPOS E INSTRUMENTOS:  Banco de pruebas con motor ECH (motor DAIHATSU).  Medidor de caudal de combustible (PINTAS—1/16 PINTA=35.52 cm3)  Depósito de combustible  Cronómetro.  Tacómetro.  Generador  Depósito de aire


26


MCI

Figura 2.2 Banco de ensayos en motor PETTER



27


MCI

2.5.2. DATOS TÉCNICOS MOTOR DIESEL DAIHATSU DATOS ADICIONALES Potencia efectiva (Ne) Cilindrada (Vh) Cantidad de cilindros Relación de compresión Coeficiente de descarga (Cd) Diámetro de la sección de ingreso del aire Longitud del brazo del eje

55HP/5500 rpm 993cm3 3 9.0/1 0,68 2.54 cm 0,323 m

Tabla 2.1 Datos técnicos Motor DAIHATSU

2.6. METODOLOGÍA DE LA EXPERIENCIA al igual que en la primera se realizara el laboratorio para dos regímenes. 2.6.1. CARACTERÍSTICA DE VELOCIDAD para la primera parte el procedimiento para la parte de característica de velocidad es decir la apertura de la válvula de mariposa es constante:  Comprobar el funcionamiento del banco de ensayos, sin arrancar el motor.  Arrancar el motor y esperar que alcance su temperatura de 65 – 75 °C, dicha temperatura se controlará observando el termómetro de medición del a temperatura de salida del agua refrigerante.  Con la apertura de la válvula de mariposa en 20% ayudándose con el freno, establecer el régimen inicial de velocidad n=3000 RPM.  Esperar el funcionamiento estable del motor y luego efectuar las mediciones indicadas.  Realizar los dos últimos pasos mencionados para velocidades de: 2700, 2400, 2000, 1800 y 1500 rpm, manteniendo en todos los casos 2.6.2. CARACTERÍSTICA DE CARGA ahora sucede lo contrario del caso anterior, esta vez mantendremos constante la velocidad de giro, y variaremos la apertura de la válvula de mariposa


28


MCI

 Estando el motor funcionando sin carga, con la ayuda de la apertura inicial de la válvula de mariposa

, para una velocidad de rotación de

2500 RPM (constante) Esperar la estabilización del funcionamiento del motor.  Efectuar las mediciones indicadas.  Modificar la apertura de la válvula de mariposa

aumentando en 10%, es

decir para la segunda medición la la apertura de la válvula de mariposa , y manteniendo la velocidad constante con la ayuda del freno restablecer la velocidad inicial del ensayo  Esperar el funcionamiento estable del motor y luego efectuar las mediciones señaladas anteriormente.  Repetir los dos últimos pasos mencionados un total de 7 veces, desde la apertura de la válvula de mariposa


hasta

29


MCI

2.7. HOJA DE DATOS Característica de velocidad N° [] 1 2 3 4 5 6

RPM 2000 1800 1600 1400 1200 1000

Mm 15 15 15 15 15 15

N 94.5 100 103 106.5 106 97

]

cm

11.6 10.8 9.4 8.6 7.5 6.3

10 8.7 7.7 6.7 5.6 4.1

s 15 15 15 15 15 15

V

A

50 45 35 25 22.5 17

V 111 107 104 98 91 77

A 53.6 52.4 50.8 48.6 44.2 38.4

30 30 30 28 28 28 26

V Volt 70 85 94 102 107 108 109

A Amp. 34 41.3 45.8 50 51.8 52.8 53.3

cm

10 9.3 7.8 6.7 5.5 4.6

66 66 65 65 64 65

68 68 68 68 68 68

160 162 168 168 168 168

Tabla 2.2 Datos características de velocidad motor PETTER

Característica de carga N° [] 1 2 3 4 5 6 7

RPM 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500

Mm 18 17 16 15 14 13 12

N 49 75 91.5 107.5 115.5 119 120.5

cm

9.3 9.2 9.1 9 8.9 8.8 8.8

] 3.7 4.7 5.8 7 8.3 9.6 10

s 15 15 15 15 15 15 15

cm

7.5 7.5 7.5 7.4 7.4 7.4 7.1

67.5 62 60 59 62 61 62

70 66 64 62 64 64 65

170 172 175 175 178 178 179

Tabla 2.3 Datos características de carga motor PETTER

Datos de presión y de temperatura en la realización del laboratorio son:


30


MCI

2.8. FORMULAS RECURRENTES las fórmulas utilizadas para la segunda parte del laboratorio se muestran a continuación  Coeficiente de llenado o eficiencia volumétrica

⁄ ⁄

√ (

⁄

)

;

;

 Coeficiente de exceso de aire

(

⁄

)

Donde tenemos: Coeficiente de descarga 0.70 Área de la sección de estrangulamiento del aire en el medidor [

Densidad del agua [1000 kg/

]

]

Densidad corregida del aire [kg/

]

Altura del líquido del manómetro [m]

Para la segunda parte del laboratorio dado que el combustible que se trabajo fue la gasolina de 90 Octanos REPSOL, es necesario conocer ciertos valores característicos de este combustible, así tenemos: ⁄ ⁄


31


MCI

Con estas fórmulas y los datos obtenidos experimentalmente tendremos los valor de y , Para características de velocidad tenemos:

308.1704 277.3533 246.5363 205.4469 184.9022 154.0852

28.44117

27.592 25.8099 23.89536

21.8134 21.3727

1.149 1.149 1.149 1.149 1.149 1.149

3.5973 3.996 3.2878 2.7099 2.8948 2.9062

0.8843687 0.7723604 0.8781106 0.9863248 0.8428886 0.8226182

0.09229 0.09948 0.10469 0.11631 0.11797 0.13871

Tabla 2.4 Resultados obtenidos características de carga motor PETTER

Para características de carga tenemos:

16.8966 26.5371 32.3545 35.4426 37.2747 39.2641 40.9255 42.07213

256.8087 256.8087 256.8087 256.8087 256.8087 256.8087 256.8087 256.8087

1.149 1.149 1.149 1.149 1.149 1.149 1.149 1.149

2.1004 3.3948 4.3852 4.5409 4.5625 5.0343 5.0904

0.8998296 0.8743757 0.8252944 0.8730611 0.9138458 0.8724012 0.8992926

5.25789

0.89504541

0.06579 0.10333 0.12599 0.13801 0.14515 0.15289 0.15936 0.16383

Tabla 2.5 Resultados obtenidos características de velocidad motor PETTER


32


MCI

CAPITULO III TENDENCIAS Las tendencias se realizaran en forma comparativa para regímenes de velocidad y en forma separada para regímenes de carga

COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE 2 1,8 1,6 1,4 MOTOR DIAHATSU

1,2

MOTOR PETTER 1

Tendencia DAIAHTSU

0,8

Tendencia PETTER

0,6 0,4 0,2

0 800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

Figura 3.1 tendencia coeficiente exceso de aire régimen de velocidad


33


MCI

EFICIENCIA VOLUMETRICA 0,9

0,75

0,6

DAIAHTSU PETTER Tendencia DAIAHTSU

0,45

Tendencia PETTER 0,3

0,15

0 800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

Figura 3.2 tendencia eficiencia volumétrica régimen de velocidad

La figura 3.1 y la figura 3.2 nos muestran las tendencias de los dos motores para régimen de velocidad


34


MCI

Eficiencia volumétrica 0,92

0,91

0,9

0,89 Eficiencia volumétrica Tendencia PETTER

0,88

0,87

0,86

0,85 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

Figura 3.3 tendencia eficiencia volumétrica motor PETTER régimen de carga


35


MCI

Eficiencia volumétrica 0,18

0,16

0,14

Eficiencia volumétrica

0,12

Tendencia DAIAHTSU 0,1

0,08

0,06 10

20

30

40

50

60

70

80

90

Figura 3.4 tendencia eficiencia volumétrica motor DAIHATSU régimen de carga


36


MCI

Coeficiente de exceso de aire 3,5

3

2,5

2 Coeficiente de exceso de aire Tendencia PETTER

1,5

1

0,5

0 10

12

14

16

18

20

Figura 3.5 tendencia exceso de aire motor PETTER régimen de carga


37


MCI

Coeficiente de exceso de aire 0,94 0,92 0,9 0,88 Coeficiente de exceso de aire Tendencia DAIAHTSU

0,86

0,84 0,82 0,8 0

20

40

60

80

100

Figura 3.6 tendencia exceso de aire motor DAIAHTSU régimen de carga


38


MCI

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

1. Se observó que para realizar cualquier medición el motor tiene que primero alcanzar una cierta temperatura de operación 2. No se pudo realizar en una misma gráfica una comparación para régimen de carga ya que no se puede realizar una equivalencia entre la apertura de la válvula de mariposa y la posición de la cremallera 3. Con la posición de la cremallera constante (15 mm), la eficiencia volumétrica ηV decrece a medida que aumentan las RPM, ya que al aumentar la velocidad se incrementan las pérdidas hidráulicas Pa y la cantidad de gases residuales. 4. A velocidad constante (1500 rpm), la eficiencia volumétrica ηV decrece a medida que aumenta la carga (se acorta más la posición de la cremallera), ya que al aumentar la carga se incrementa el consumo de combustible, entonces aumenta el calentamiento de la mezcla fresca (∆T). 5. Con la posición de la cremallera constante (15 mm), el coeficiente de exceso de aire α decrece a medida que aumentan las RPM, ya que el consumo de combustible aumenta en mayor proporción que la cantidad de mezcla fresca.


39


MCI

BIBLIOGRAFIA

1. ESPINOZA, L. A. (JUNIO 2006). TEOÍA BÁSICA DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA. LIMA. 2. PAZ, M. A. (Febrero-2004). MANUAL DE AUTOMOVILES (55 ed.). MADRID: Editoriales Dossat 2000 S.L. 3. APUENTES DE CLASE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA -ING. LIRA 4. LASTRA TEORIA BASICA DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA 5. INFORMES PASADOS


40


MCI

ANEXO


41

proceso de admisión y formacion de mezcla

Recommend Documents