UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULT FACUL TAD DE INGENIERÍA MECÁNICA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio de los procesos de admisión y de ormación de la me!cla en los motores de encendido por c"ispa #otores de Com$ustion Interna %#N&'()* SECCION+ “I” SECCION+ “I” ,RO-ESOR+
Ing. Cuty Clemente, Ey R!"e#t!
ALU#NO: C$%tell$n! M!#en!, Al"e#t R!m$n
-EC.A DE ,RESEN/ACI0N+
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&)')&'*-
Lima 1 ,er2
Facultad de Ingeniería Mecánica Estudio de los procesos de admisión y de formación de mezcla en los motores de E.CH.
34'5
Resumen Para el presente laboratorio se realizó la experimentación de cómo es que en la práctica se puede determinar la eficiencia volumétrica y el coeficiente de exceso de aire para un motor de encendido por cispa! que en nuestro caso fue el motor "#$H#%&'. (as mediciones se realizaran para los re)*menes de velocidad y car)a! teniendo lo si)uiente: +. ,anteniendo la apertura de la válvula de mariposa constante en -/ 0. ,anteniendo la apertura de la válvula de mariposa constante en 1/ -. ,anteniendo la velocidad constante 02 3P, 4. ,anteniendo la velocidad constante 05 3P,
0
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ÍNDICE
1. OBJETIVOS.........................................................................................4
2.
FUNDAMENTO TEORICO......................................................................5
3.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.......................................8
4.
METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTO...................................................8
5.
DATOS OBTENIDOS............................................................................... 9
. CALCULOS Y RESULTADOS................................................................... 1!
-
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". GRAFICOS................................................................................................ 11
8. CONCLUSIONES......................................................................................13
9. BIBLIOGRAFIA..........................................................................................14
1. OBJETIVOS
•
Estudiar los parámetros de admisión y de formación de mezcla de un motor de encendido por cispa.
4
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2. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1.
PROCESO DE ADMISION
Podemos citar unos párrafos de libro 678#6 que nos menciona que para realizar el ciclo de traba9o en un motor de combustión interna! es necesario expulsar los productos de la combustión formado en el ciclo anterior! e introducir en el la car)a
1
Facultad de Ingeniería Mecánica Estudio de los procesos de admisión y de formación de mezcla en los motores de E.CH. fresca de aire o mezcla airecombustible ;"$#H#%<'=! los procesos antes mencionados ;admisión y escape= están vinculados entre s*. (a 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 contin>a en el cilindro del motor como resultado del mezclado de la car)a fresca con los restos de los )ases quemado ;)ases residuales= y del contacto con las paredes calientes del cilindro! culata y pistón El )rado de perfección del proceso de admisión se acostumbra evaluar por el nv coeficiente de llenado o eficiencia volumétrica que es la razón entre la cantidad de car)a 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 car)a fresca que podr*a llenar al cilindro ;volumen de traba9o= en las condiciones de admisión ;condiciones ambientales en los motores de aspiración natural=. ,ediante la apropiada elección de las fases de admisión y escape se lo)ra obtener las relaciones correspondientes a las condiciones de explotación! entre la cantidad Gc nv de combustible suministrado y la eficiencia volumétrica en función de n. #l aumentar la frecuencia de rotación!
nv
al principio crece y lue)o! después de
alcanzar su máximo valor! decrece. Para )arantizar un me9o barrido! el llenado del cilindro y la recar)a del motor de cuatro tiempos es >til ampliar las fases de admisión y escape. (as fases ;án)ulos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape= se eli)en experimentalmente tendiendo a lo)rar el mayor coeficiente en aquellos re)*menes de velocidad! en los cuales se requiere obtener el máximo par motor .
2.2.
PARÁMETROS DEL PROCESO DE ADMISIÓN
(a cantidad de car)a fresca que in)resa a los cilindros depende de:
2.2.1. La Resistencia i!"#$%ica en e% siste&a !e A!&isi'n ?actor que disminuye la presión de la car)a suministrada. (a ca*da de la presión en la admisión depende directamente de la velocidad de rotación del motor! e inversamente proporcional al área de paso de la car)a fresca. En el motor "$E&E( es menor la ca*da de presión debido a la ausencia del carburador.
2.2.2. La E(istencia !e $na cie"ta canti!a! !e )ases *$e&a!+s en e% ci%in!"+ , *$e +c$-a $n +%$&en En el proceso de escape no se lo)ra desalo9ar 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 )ases residuales se expanden y! mezclándose con la car)a fresca que in)resa! acen disminuir el llenado del
2
Facultad de Ingeniería Mecánica Estudio de los procesos de admisión y de formación de mezcla en los motores de E.CH. cilindro. (a cantidad de )ases residuales presentes en el cilindro al comienzo de la entrada de la car)a fresca! depende del procedimiento empleado para limpiar el cilindro! as* como da la posibilidad de barrido del cilindro por la car)a fresca. (a cantidad de )ases residuales se caracteriza por el coeficiente de )ases residuales M r γ r= M 1 • •
,r: Cantidad de )ases 3esiduales ,+: Cantidad de car)a fresca
En los motores a )asolina el coeficiente
γ r
es mayor que en los motores
"$E&E(! debido a menores relaciones de compresión.
2.2./. E% 0"a!+ !e Ca%enta&ient+ !e %a Ca")a Dei!+ a %a !ie"encia !e Te&-e"at$"as ent"e %a ca")a , %as S$-e"icies !e %a C#&a"a Esto provoca disminución de la densidad de la car)a. El )rado de calentamiento de la car)a depende de la velocidad de su movimiento! de la duración de la admisión! as* como de la diferencia entre las temperaturas entre las paredes de la cámara y de la car)a. El incremento de temperatura de la car)a está en el orden de: los 0 a 4 @C en los motores "$E&E( sin sobrealimentación! y de a 0 @C en el motor de formación externa de la mezcla. En los motores "$E&E( sobrealimentados sin refri)eración intermedia de aire y en los de 0 tiempos con barrido bien or)anizado estos valores de incremento de temperatura son más ba9as lo que se explica por el eco de que la temperatura del aire se incrementa después del compresor. #l sobrealimentarlos sin enfriamiento intermedio! cuando la temperatura es mayor que la temperatura de las paredes! es posible un enfriamiento de la car)a
2./.
FORMACIÓN DE LA ME3CLA
(a formación externa de la mezcla airecombustible en los motores de carburador! en particular en los motores de encendido por cispa transcurre en el sistema de admisión y antecede el encendido de la car)a. Para obtener una formación omo)énea de la mezcla airecombustible es necesario que la distribución de los vapores de combustible en el aire sea uniforme es decir! la relación entre el n>mero de moléculas de combustible y en n>mero de moléculas de oxi)eno del aire que las rodean resulte i)ual en todo el volumen de la cámara de combustión. 'no 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 +A) 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 ré)imen de funcionamiento del motor y del tipo de combustible que se
B
Facultad de Ingeniería Mecánica Estudio de los procesos de admisión y de formación de mezcla en los motores de E.CH. usa. El l*mite de variación del coeficiente
α
para motores de carburador! en
función del ré)imen de funcionamiento de los mismos! es de .2+.+1 &i + ;insuficiencia de ox*)eno=! la mezcla se denomina ricaD cuando + ;exceso de 7x*)eno=! la mezcla se denomina pobre. En los motores de )asolina con encendido por cispa y con re)ulación combinada ;cualitativa y cuantitativa=! cuando la mariposa de )ases está completamente abierta! la mayor econom*a de combustible y el transcurso de la combustión se lo)ra siendo α F+.++.0. (a máxima potencia de estos motores se obtiene enriqueciendo li)eramente la α F .51.G=. Para alcanzar un traba9o estable del motor a ba9as mezcla ; car)as y en vac*o se necesita un mayor enriquecimiento de la mezcla! para
α
+! debido a la insuficiencia de ox*)eno! el combustible no se quema totalmente! como consecuencia de lo cual! durante la combustión! el desprendimiento de calor es incompleto y en los )ases de escape aparecen los productos de la combustión incompleta.
2.4. •
F+"&$%as a Uti%i5a" Par motor Me = F ∗ L ( N . m )
•
Potencia del motor Ne=
•
Me∗n 9550
( kW )
Consumo orario de #ire Ga=3600∗Cd∗ A∗√ 2∗ g∗ ρaire∗ ρ agua∗∆ h … [
•
nv=
Coeficiente de llenado o eficiencia volumétrica Ga
30∗Vh∗ ρ aire∗ n
•
Kg ] h
"ensidad del #ire 1.293 ∗ P 0
ρ aire=
760
∗273
T 0 + 273
5
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Coeficiente de exceso de aire G ar α = G c∗ 0
/. E*$i-+s e inst"$&ent+s $ti%i5a!+s anco de pruebas "#$H#%&' o o o o o o o o o o
,7%73 "#$H#%&' Cilindrada: GG- cm Iumero de Cilindros: - cilindros Potencia ,áxima: 4!1JK a 11rpm ,omento ,áximo: B2!1I.m a 05rpm razo del dinamómetro: .-0- m "iámetro de la placa orificio: +!1 cm Potencia máxima: 4!1 JL a 1.1 rpm ,omento máximo: B2!1 I.m a 0.5 rpm CdF!G5
Combustible: Masolina MG o
"ensidad de la )asolina: !B+1 J)N(
Cronometro
4. METODOLO0IA 6 PROCEDIMIENTO 4.1. CARACTERISITICA DE VELOCIDAD •
• •
• •
•
#rrancar el motor y esperar a que la temperatura se estabilice. ;El ventilador empezara a funcionar cuando la temperatura se estabilice= 3e)ular la apertura de la válvula mariposa ;-/= #yudándonos del freno establecemos un ré)imen inicial de velocidad de 02rpm %omamos las mediciones respectivas. 3ealizar los dos >ltimos pasos para distintas velocidades. ;02! 04! 00! 0! +5= 3epetir el mismo procedimiento pero para una apertura de valvula mariposa de 1/.
4.2. CARACTERISITICA DE CAR0A
G
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• • • •
•
#rrancar el motor y esperar a que la temperatura se estabilice. ;El ventilador empezara a funcionar cuando la temperatura se estabilice= 3e)ular un valor inicial de la apertura de la válvula mariposa ;+/= 3e)ulando la fuerza aplicada en el dinamómetro! debe obtener 02 rpm. %omamos las mediciones respectivas. 8ariando la apertura de valvula mariposa ;+/! +1/! 0/! -/! 4/=! repetimos los 0 >ltimos pasos ;Es importante que se manten)a las 02rpm al tomar los datos= 3epetir el mismo procedimiento pero 05rpm en vez de 02rpm.
7. DATOS OBTENIDOS Patm Tatm < Manómetro
680.8 mmHg 27.7 °C 45 °
3é)imen de 8elocidad Parcial ;-/ válvula mariposa=
N°
%
h ! RPM t (# (cm (cm"
*
"0
2600 *5.8 2+.57
2
"0
"
"0
4
"0
5
"0
24.4 2 2400 *4." 2+.57 24.7 25.5 2200 *".* 2+.57 + 2000 ** 2+.57 27 2+.4 *800 +." 2+.57 *
$ (g
T ag&a entra'a (°C
*6.2
88
+4
+0
*6.8
84
+0
+8
*7.4
82
88
*04
*8.*
88
+6
*08
*8.6
84
+2
**"
T ag&a T ace)te #a)'a (°C (°C
3é)imen de 8elocidad Parcial ;1/ válvula mariposa=
N°
%
! RPM h (cm (cm"
* 2 " 4 5
50 50 50 50 50
2600 2400 2200 2000 *800
*8." *7.* *4.+ *2.8 *0.7
2+.57 2+.57 2+.57 2+.57 2+.57
t (#
$ (g
20.6" 2".*7 24."8 25.24 28.*6
*8.6 *8.8 *+.2 *+.7 20.*
T ag&a entra'a (°C 84 88 86 84 8"
T T ag&a ace)te #a)'a (°C (°C +0 *** +6 **4 +4 **6 +2 **+ +2 *22
3é)imen de 8elocidad Car)a ;02 3P,=
N°
%
h ! RPM (cm (cm"
t (#
$ (g
+
T ag&a entra'a (°C
T T ag&a ace)te #a)'a (°C (°C
Facultad de Ingeniería Mecánica
* 2 " 4 5
Estudio de los procesos de admisión y de formación de mezcla en los motores de E.CH. 260 *0 "." 2+.57 5*.4* 5.* 82 88 **2 0 260 *5 7 2+.57 "*.77 *0.6 84 88 **4 0 260 20 *0.8 2+.57 27.6" *"." +0 +6 **5 0 260 "0 *5.6 2+.57 2".2 *6.6 88 +4 **8 0 260 40 *8.6 2+.57 22.86 *7.8 86 +2 *20 0 3é)imen de 8elocidad Car)a ;05 3P,=
N°
%
RPM
h (cm
* 2 " 4 5
*0 *5 20 "0 40
2800 2800 2800 2800 2800
".4 7.* ** *7.4 20.+
! (cm"
t (#
$ (g
2+.57 2+.57 2+.57 2+.57 2+.57
54.45 "2.24 27.06 2*.7" 2*.55
4.4 8.8 *2 *6.2 *7.2
T ag&a entra'a (°C 8+ 84 8+ 86 86
T ag&a #a)'a (°C +6 88 +6 +2 +2
8. CALCULOS 6 RESULTADOS Calculos previos
,rea e#trang&am)ento -en#)'a' (m2 )re(g/m" 0.000"*4*6 *.05*55+*" 3é)imen de 8elocidad Parcial ;-/ válvula mariposa=
a (g/h c (g/h
n1
5".2*277 ".**684
0.65""4
50.62"87 ".08*5*
0.67""5
48.45"25 2.+74""
0.70"07
44.40007 2.8*+0*
0.70868
40.82524 2.58800
0.72402
#
*.*8*50 *.*"6+* *.*27"7 *.08++8 *.0+*68
Me (N.m Ne ( *".+75* 5*.""*8* 5 *"."77+ 5".2"2+8 2 *2.70*0 55.*"4*6 6 *2.0*0+ 57."5220 " **.*084 58.+"652 5
3é)imen de 8elocidad Parcial ;-/ válvula mariposa=
a (g/h c (g/h
n1
57.268** ".68+44
0.70"*"
55."586" ".284++
#
*.0742 0 *.*662 0.7"6"" " ++
Me (N.m
Ne (
58.+"652
*6.04554
5+.57024
*4.+705"
T ace)te (°C **6 **6 **8 *20 *22
Facultad de Ingeniería Mecánica Estudio de los procesos de admisión y de formación de mezcla en los motores de E.CH. *.*454 5*.674++ ".*2*+5 0.74+8* 60.8"770 *4.0*4+7 8 *.0++* 47.8+52" ".0*558 0.76447 62.4220* *".07267 4 *.*2*2 4".7+04" 2.70288 0.7766* 6".68+46 *2.004"0 0 3é)imen de 8elocidad Car)a ;02 3P,=
a (g/h 24."*8+2 "5.4*+00 4".++458 52.874+* 57.7"56*
c (g/h *.4805* 2."+576 2.7547" ".28074 "."2+54
n1 0.2+858 0.4"487 0.540*6 0.64+*+ 0.70887
#
*.*"675 *.02"*2 *.*052" *.**5"5 *.2000"
Me (N.m *6.*600* "".58748 42.*4278 52.5++26 56.40*6*
Ne( 4."++58 +.*442" **.47"4" *4."2022 *5."554*
Me (N.m *".+4*+7 27.88"+4 "8.02"56 5*.""*8* 54.50044
Ne( 4.08770 8.*7540 **.*4827 *5.050*6 *5.+7+*+
3é)imen de 8elocidad Car)a ;05 3P,=
a (g/h 24.68464 "5.67**0 44.40007 55.842*2 6*.20*27
c (g/h *."+785 2."608" 2.8*276 ".50268 ".5"*+"
n1 0.28*4" 0.40668 0.50620 0.6"665 0.6+775
#
*.22207 *.04564 *.0+24* *.*0""0 *.*++*7
9. 0RAFICOS
+0
Facultad de Ingeniería Mecánica Estudio de los procesos de admisión y de formación de mezcla en los motores de E.CH.
Parametro# 'e 3ormac)ón 'e a meca en Reg)men 'e 1eoc)'a' arc)a
+-
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:.
Parametro# 'e 3ormac)ón 'e a meca en Reg)men 'e carga
CONCLUSIONES
•
•
•
•
(os ,e calculados no superan al momento máximo ;B2.1Im= dado por especificación técnica. (os Ie calculados no superan a la Potencia máxima ;4.2JL= dado por especificación técnica. En ré)imen de velocidad! para una misma re)ulación de la válvula mariposa! la eficiencia volumétrica disminuye a medida que las rpm aumentan! debido al aumento de perdidas idráulicas. En ré)imen de velocidad! a medida que se cierra la valvula mariposa! la eficiencia volumetr*a disminuye. Esto debido al menor in)reso de aire por cierre de la valvula.
+4
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•
En ré)imen de velocidad! y sin considerar los puntos de mayor rpm ;posible error en las mediciones=! el coeficiente de exceso de aire disminuye a ba9as velocidades asta alcanzar un m*nimo valor para lue)o incrementarse. En ré)imen de velocidad! el coeficiente de exceso de aire aumenta a medida que se abre más la válvula mariposa. Esto debido a la mayor facilidad del aire para in)resar a mayor apertura de la valvula. En ré)imen de car)a! manteniendo una velocidad constante! a medida que el par motor aumenta! la eficiencia volumétrica aumenta. En ré)imen de car)a! al comparar las curvas de eficiencias volumétricas entre velocidades! la curva de mayor velocidad es la que tiene me9ores eficiencias volumétricas. En ré)imen de car)a! eliminando los puntos de menor par motor ;posible error en las mediciones=! se concluye que el coeficiente de exceso de aire aumenta a medida que el par motor también aumenta. En ré)imen de car)a! no es posible acer una comparación entre curvas de exceso de aire para diferentes velocidades ya que no existe una posición relativa clara entre las curvas. Es posible que existan errores en las mediciones.
;. BIBLIO0RAFIA •
,otores de #utomóvil! 678#6! Editorial ,$3! ,osc> +G50.
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•
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ttp:NNKKK.en)imax.url.tKNPrivateN6PI/0JitN,itsubisi/0?uso/0(iner /0Ait.pdf
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ttp:NNKKK.fborrell.esNmediaNParmetrosOcinticosOdeOunOsistemaOpistnbiela ci)eal.pdf
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