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1. INTRODUCCIÓN Para asegurar el buen funcionamiento de un motor que ha sido reparado, se deben determinar ciertos parámetros para compararlos con los indicados por el fabricante. Para calcular estos parámetros se realizó un ensayo de característica de velocidad en un banco de pruebas conformado por un freno conectado al eje del cigüeñal del motor a evaluar. A continuación se determinarán los parámetros mediante mediante una cantidad de datos tomados durante el ensayo en el banco de pruebas del motor Daihatsu modelo CB20.
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2. OBJETIVOS
Calcular el Torque, la Potencia efectiva y el Gasto de combustible del motor Daihatsu modelo CB20, así como su respectiva gráfica. Comprender la necesidad de la evaluación de un motor en el banco de pruebas. Interpretar los resultados y las gráficas de los parámetros obtenidos del motor.
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3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 3.1. TORQUE O MOMENTO DEL MOTOR (Me) El Torque o Momento del Motor es la medida de la capacidad que tiene el motor para realizar trabajo. Este torque es producido desde la combustión que hay dentro del cilindro que empuja al pistón hacia abajo y se trasmite al cigüeñal a través de la biela, transformando el movimiento vertical del pistón en movimiento rotatorio del cigüeñal. En el banco de pruebas, medimos el torque o momento del motor con un freno eléctrico controlado por un panel electrónico que reemplaza la carga que debe vencer el motor.(Ver figura 4) Es importante conocer como varía el torque a medida que varía la velocidad de rotación del cigüeñal (“n”) para lo cual se trazó una gráfica con valores obtenidos en el banco de prueba para distintas velocidades “n” del eje del cigüeñal. En forma matemática el Torque se determina como F e*L [N.m], siendo “F e” La fuerza marcada por el dinamómetro del freno en Newtons y “L” la longitud del brazo del freno en metros. (Ver figuras1, 2 y 3).
Fig. 1. Esquema del freno del banco de pruebas indicando F y L.
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Fig. 2. Freno del Banco de pruebas
Fig. 3. Dinamómetro del freno
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Fig. 4. Panel de control del freno
3.2. POTENCIA EFECTIVA DEL MOTOR Es la medida de la rapidez con la que realiza trabajo el motor. Se mide en kW y se calcula matemáticamente como M F*n/9550 es decir el producto del torque medido en N.m y la velocidad de rotación del cigüeñal en RPM multiplicado a un factor de conversión de unidades 1/9550 para obtener el resultado el kW. Al igual que el torque, la potencia es un parámetro muy importante porque indica la capacidad de velocidad a la que puede funcionar el motor. En la prueba de característica de velocidad, se han obtenido resultados para la potencia según distintos valores de velocidad. Dichos resultados fueron ordenados en un papel milimetrado para obtener la gráfica de potencia con respecto a la velocidad.
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3.3. GASTO DE COMBUSTIBLE Se define como la cantidad de combustible en masa empleada por el motor por unidad de tiempo. El gasto de combustible se expresa en Kg/h y se calcula como 3.6*(∆V/∆t)*ρcombustible Siendo: ρcombustible: Densidad del combustible ∆V: Variación de volumen de combustible ∆t: Tiempo en el que se consum e ∆V El valor 3.6 que multiplica a la expresión es un factor de conversión para obtener el gasto de combustible en unidades de Kg/h, tomando ∆V en cc (centímetros cúbicos) y ∆t en s (segundos). El valor de ρ combustible es 0.74g/cc para el caso de la gasolina. El gasto de combustible nos permite determinar qué tan económico es el motor que se está evaluando. Para el ensayo, ∆V se obtiene del medidor de gasolina que tiene marcas de 1/16 de pinta que equivale a 30cc. Mientras q ue ∆t se toma con un cronómetro. (Ver figura 3)
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Fig. 3. Medidor de combustible.
4. CÁLCULOS Y RESULTADOS 4.1. CÁLCULO DEL TORQUE Para el cálculo del torque debemos convertir F e de Kgf a N por lo que multiplicamos a F e por el factor 9.81 obteniendo los siguientes resultados:
n (RPM) 1500 1700 1900 2100 2300 2500
Fe (Kg) 18 17 17 16.1 15.8 15.2
Fe(N) 176.58 166.77 166.77 157.94 155.00 149.11
El torque lo obtenemos multiplicando F e y L, sabiendo que L mide 0.3233m obtenemos:
n (RPM) 1500 1700 1900 2100 2300 2500
Fe(N) 176.58 166.77 166.77 157.94 155.00 149.11
Me(N.m) 57.0883 53.9167 53.9167 51.0623 50.1109 48.2079
4.2. CÁLCULO DE LA POTENCIA Teniendo los valores de n y M e calculamos la potencia como n*M e/9550
n (RPM) 1500 1700 1900 2100 2300 2500
Me(N.m) 57.0883 53.9167 53.9167 51.0623 50.1109 48.2079
Ne(kW) 8.9668 9.5977 10.7269 11.2284 12.0686 12.6199
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4.3. CÁLCULO DEL GASTO DE COMBUSTIBLE De los datos obtenidos en el ensayo tomamos ∆V constante e igual a 30cc, ρcombustible=0.74g/cc y ∆t se muestra en la siguiente tabla junto a Gc=3.6*0.74*(∆V/∆t):
n (RPM) 1500 1700 1900 2100 2300 2500
∆t(s) Gc(Kg/h) 39.8 2.0080 32.13 2.4874 27.74 2.8810 25.41 3.1452 21.9 3.6493 19.2 4.1625
5. GRÁFICOS El gráfico de M e, Ne y Gc con respecto a n se encuentra en la siguiente página.
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6. OBSERVACIONES
Los resultados obtenidos no son exactos, pues en las mediciones se presentan errores, por ejemplo: el valor de la velocidad n para el valor de 1500 varía entre 1498-1502 aprox. También depende de la precisión de los instrumentos de medición como el dinamómetro. Los valores tomados del motor durante la prueba tales como las temperaturas de salida y de entrada del líquido refrigerante y la temperatura y presión del aceite deben controlarse para asegurar el buen funcionamiento del motor. La prueba de característica de velocidad fue realizada con el órgano de control ∆hc = 30%, es decir, con una apertura del 30% de la válvula de mariposa.
7. CONCLUSIONES
La potencia y el gasto de combustible aumentan conforme aumenta la velocidad de rotación del eje el cigüeñal, mientras que el torque disminuye. Los límites de velocidad para las gráficas de torque y potencia indican el rango de velocidades a los que el motor puede trabajar en condiciones estables. Si el motor trabaja a mayores velocidades se le llama “embalamiento” y puede suceder alguna avería. Es importante determinar el torque, la potencia y el gasto de combustible del motor para asegurar que la reparación es óptima y que estos valores no han variado en más del 5% de los valores indicados por el fabricante, de no ser así, el motor no ha sido reparado adecuadamente.
8. BIBLIOGRAFÍA
Jovaj M.S., “Motores de Automóvil”, Edit orial Mir, Moscú, 1982, pág. 222228.
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