Laboratorio de Mecánica de Fluidos I Obtención de la curva de rendimiento de un MCI Calle Ruiz Ronald Alejandro Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil-Ecuador
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Resumen
En esta práctica obtendremos las curvas de torque y potencia en un motor de diésel de 4 cilindros y 4 tiempos gracias a la máquina CM12 de Armfield la cual nos provee de los datos ya que cuenta con sensores de medición en los componentes que mediante un software puede ser observado en la computadora, además de controlar la máquina mediante ella. Las curvas se producen debido a la variación de la carga a la que es sometido el motor .Analizaremos los datos obtenidos tanto del torque como potencia y cuáles son sus valores máximos y mínimos y a que velocidades del motor ocurre.
Palabras claves: torque, potencia, dinamómetro, carga, corrientes parásitas
Abstract
In this practice we will obtain the torque and power curves in a 4-cylinder, 4-stroke diesel engine thanks to the Armfield CM12 machine which provides us with the data since it has measurement sensors in the components that can be software be observed in the computer, in addition to controlling the machine through it. The curves are produced due to the variation of the load to which the motor is subjected. We will analyze the data obtained from both torque and power and what their maximum and minimum values are and at what motor speeds occurs.
Word keys: torque, power, dynamometer, load, eddy currents
Introducción
En esta práctica usamos el MCI CM12 de Armfield de 4 tiempos el cual permite la investigación de los parámetros de rendimiento ya que cuenta con un software de medición y control del motor desde la computadora. El equipo está compuesto de: El motor de 4 tiempos (admisión, compresión, explosión y escape) que a diferencia del de gasolina este enciende solo por la compresión del aire a altas temperaturas lo que incendia el combustible. Un dinamómetro de carga variable que funciona como freno por corrientes parásitas que cargan el freno del motor en donde una celda de carga mide la fuerza de frenado que capta la medición de la velocidad del motor y a su vez el torque es calculado por un conjunto de celdas de carga y la distancia que existe con el eje de rotación permitiendo así una medición exacta del torque. Un tanque de combustible, compartimiento eléctrico, baterías, por último un sistema de enfriamiento que consiste de un intercambiador de calor conectado a un suministro de agua, esto es así debido a que el motor se encuentra estacionario así que no se puede enfriar por el movimiento de aire que pasa por el motor como lo hacen los motores en los autos. El torque y la potencia indican como es el funcionamiento del motor diciéndonos la rapidez a la que trabaja y la fuerza que es producida. En el caso del torque se define como la capacidad que posee el motor para sacar de un estado de reposo al automóvil y en la potencia es la rapidez con la que es realizado un trabajo, si se realiza en un tiempo menor la potencia que entrega el motor será mayor.
Cabe recalcar que ambas están ligadas, ya que la potencia la obtenemos al multiplicar el torque con las revoluciones del motor. Pero sus niveles más altos se alcanzan en distintas revoluciones por minuto. Para la calcular la potencia con la cual actúa el freno usamos la siguiente ecuación: Potencia de Frenado
=
[] (1)
Donde T es el torque y está en Nm y n es la velocidad del motor en rpm. Equipos e Instrumentación
Sistema de MCI diésel 4 tiempos Marca: Modelo:
Armfield CM12
PC con el respectivo software para leer los datos del experimento
Procedimiento Experimental
Primero que nada debemos correr el software del MC12 seleccionando el tipo de experimento que vamos a realizar, en este caso será el de obtener la curva de desempeño del motor, luego debemos encerar el torque ya que si no lo hacemos tendremos valores erróneos y asegurarnos que el motor arranque de manera automática, es decir controlado por computadora y que la carga y el acelerador estén totalmente abiertos. Luego establecemos un punto de ajuste de 3600 rpm, haciendo ajustes de no más de 300 rpm en cada medición de datos, todo esto permitiendo que la velocidad del motor se estabilice en cada nueva velocidad antes de tomar las mediciones. Una vez estabilizado en 3600 rpm se procede a tomar una muestra dando click en el botón “go”, cabe recalcar que no es recomendable dejar correr al motor por mucho tiempo sin carga. Luego se establece el punto de ajuste en 3300 rpm, así mismo se espera a que la velocidad del motor se estabilice para tomar la muestra. Así repetimos el procedimiento hasta el valor de 1200 rpm en pasos de 300 rpm. Para obtener una familia de curvas el experimento se deberá repetir a distintos valores de configuración de la aceleración. Resultados
Tabla con los datos principales obtenidos en la prueba
1 2 3 4
Ajuste aceler ación (%)
Aju sto fre no (%)
Veloc idad motor (rpm)
Torque (Nm)
0 100 100 100
0 56 57 58
1110 3659 3299 3000
-0,1 106,5 108,3 111,9
Power (kW)
-0,01 40,80 37,40 35,14
5 6 7 8 9
100 100 100 100 100
59 59 59 59 60
2698 2399 2098 1799 1500
115,0 114,6 114,0 114,4 111,4
32,50 28,79 25,04 21,56 17,50
Se adjunta el gráfico con los respectivos datos, así como la gráfica con la relación del torque vs velocidad del motor en rpm a medida que se realizaban las pruebas
la región en donde se debe hacer el cambio de marchas en un motor.
Análisis de Resultados
Como vemos en las tablas el primer dato mostrado corresponde al enceramiento del torque que es importante para obtener datos más precisos y exactos. Así mismo en la gráfica el torque máximo (115 Nm) se aprecia a una velocidad de 2698 rpm con la aceleración al 100% de su capacidad y el porcentaje de la capacidad de frenado del 59% en donde la tabla muestra una potencia de 32.5 kW y se puede corroborar con la ecuación (1). Así mismo analizando el torque mínimo que ocurre en las 3659 rpm del motor la potencia será la máxima. Analizando los datos observamos que a mayor número de revoluciones, mayor será la potencia en el motor. El punto máximo de torque, en este caso 115 Nm también establece el punto más eficiente del motor, es decir su región más óptima. Conclusiones y Recomendaciones
Encerar el torque para obtener una mejor medición de los resultados y por ende una mejor curva de desempeño. Tener una protección auditiva debido a que el motor en funcionamiento produce un ruido muy alto (aproximadamente 80 dB). De acuerdo a la ecuación (1) concluimos que la fuerza de frenado (potencia) es directamente proporcional al a las revoluciones por minuto (rpm) del motor. Los frenos por corrientes parásitas no poseen algún tipo de desgaste mecánico, gracias a esto son más eficientes que los convencionales. El punto en donde el torque es máximo (2698 rpm) hasta la potencia máxima (3659 rpm) es
Referencias Bibliográficas
http://discoverarmfield.com/es/ products/view/cm12/automotiv e-diesel-engine http://www.fierrosclasicos.com /el-motor-diesel-4-tiempos/ http://motorbit.com/torquepotencia-auto-diferencia/?pais= Manual de instrucción del motor de diésel CM12 ESPOL, guía de obtención de curva de desempeño de un motor, II término 2017.
Anexos Potencia de Frenado
=
En torque máximo T=115 Nm N=2698 rpm 2(115)(2698) = 60 = 32.5 En torque mínimo (sin contar cuando se encero el mismo). T=106,5 Nm N=3659 rpm 2(106,5)(3659) = 60 = 40,08
