Potencia indicada y potencia efectiva en motores diesel.
Introducción.
La potencia de cualquier motor es su capacidad para realizar un trabajo. Ese trabajo, en un coche, consiste en moverlo. Tanto acelerar como mantenerse a velocidad constante implican un trabajo a realizar por el motor. Potencia es el producto de dos factores: par y régimen de giro.
Par de giro es la fuerza con la que da vueltas el motor. Cuanta más fuerza tenga al dar cada vuelta, más capacidad tendrá para realizar un trabajo.
Régimen de giro es el número de vueltas que da por unidad de tiempo, en general, revoluciones por minuto. Cuantas más vueltas dé por minuto, más capacidad tendrá, también, para realizar un trabajo.
Un motor muy potente ha de tener, o bien un elevado par de giro (mucho trabajo en cada vuelta) o bien un elevado régimen de giro (capacidad de girar muy rápido) o bien ambas cosas. Por el contrario, si sólo puede girar lentamente y con poca fuerza, será un motor de baja potencia. Investigación Investigación bibliográfica. bibliográfica. Potencia indicada.
La potencia desarrollada dentro del cilindro del motor por la expansión de los gases de la combustión se conoce como potencia indicada y la designamos como Ni. Parte de esta potencia es necesaria para vencer v encer la fricción de las partes par tes móviles de la máquina (perdidas mecánicas), mover los elementos y accesorios, cargar el aire fresco dentro del cilindro en la carrera de admisión y expulsar los gases residuales en la carrera de escape (trabajo de bombeo). Por lo tanto la potencia disponible en el eje En es inferior a la potencia desarrollada dentro del cilindro Ni. Siendo Nf la potencia de fricción. Ni será igual a:
La potencia de fricción Nf es la suma de las pérdidas mecánicas y el trabajo de bombeo. Esta potencia varía según las condiciones de operación del motor y es difícil de estimar experimentalmente con exactitud. Un método aproximado consiste en acoplar el motor a un dinamómetro eléctrico y considerar que Nf es la potencia requerida para impulsar el motor apagado. Dentro de una serie de condiciones específicas (Velocidad, Temperatura de aceite y Agua, Grado de Apertura del Acelerador, etc.).
Potencia efectiva.
La potencia efectiva, es la potencia disponible a la salida del eje motor, a diferencia de la potencia indicada. Es la potencia neta disponible de la máquina, también se le denomina potencia al freno, ya que en general esta potencia se mide con un dispositivo colocado en el eje del motor y denominado freno. Existen diversos tipos de frenos: Hidráulicos Eléctricos Aerodinámicos. Todos ellos se basan en equilibrar mediante un momento de fuerzas externas medibles, el momento en el eje producido por el motor. Esta potencia medida mediante estos sistemas, la podemos poner en función de una hipotética presión media efectiva (pme); para seguir en paralelismo con lo dicho con la potencia media indicada. Esta presión media efectiva corresponderá a la presión media que multiplicada por la cilindrada el mismo trabajo útil efectivo, que el medido por los frenos. Presión de compresión (Pc).
Valor de la presión en el punto muerto superior, medida en el interior de la cámara de combustión por medio de un instrumento que se aplica al orificio de la bujía. Su valor da una indicación del estado de desgaste y de la eficacia del cilindro. Dicha prueba se efectúa aplicando un manómetro especial al orificio de la bujía (un tapón de caucho asegura la retención) mientras el motor está girando (con las bujías desmontadas), arrastrado por el motor de puesta en marcha y con la mariposa totalmente abierta. Rendimiento mecánico (ηm).
El rendimiento mecánico considera las pérdidas debidas al trabajo de rozamiento desarrollado en los mecanismos y en los órganos auxiliares (bombas, distribución, etc.) y al trabajo de bombeo en los cilindros durante las fases de admisión y escape. El rendimiento mecánico se calcula como el cociente entre el trabajo útil obtenido en el cigüeñal y el trabajo del ciclo indicado. Presión media efectiva (p.m.e).
Nos ofrece una indicación del empuje de los gases durante las fases de combustión y expansión, así como de las pérdidas por calor o fricción durante un ciclo operativo en un motor. Se trata, por tanto, de un parámetro fundamental para valorar las prestaciones del motor, pues multiplicando la p.m.e por el área de la cabeza del pistón, se obtiene la fuerza media que cada pistón desarrolla en la manivela del cigüeñal. La p.m.e es proporcional al par motor y, para un régimen de rotación determinado, también a la potencia suministrada. Se mide por lo general en kilopascales (kPa) o kg/cm2.
Presión media indicada (p.m.i).
Presión media calculada a partir del trabajo positivo medido que se realiza durante la fase cerrada del motor. Rendimiento indicado (ηi).
Es el trabajo máximo de una cantidad determinada de combustible. El cociente entre el trabajo efectuado por los gases dentro de los cilindros y la energía calorífica, o energía térmica, del combustible suministrado durante el mismo tiempo. Rendimiento efectivo (ηe).
Expresa "la calidad" con que se transforma la energía liberada por el combustible en energía mecánica en el eje (cigüeñal). Objetivos.
Obtener los parámetros indicados y efectivos de un motor de combustión interna. Material.
Motor. Banco de pruebas. Herramienta. Combustible. Desarrollo. Determinación de compresión para cada cilindro del motor.
1. Estando el motor caliente se cerró la llave de alimentación de combustible y se desconectó la tubería de retorno de combustible de los inyectores. 2. Se desconectó la línea de alimentación de combustible de todos los inyectores para luego extraer los 4 inyectores.
3. Colocando la herramienta para la medición de compresión en el orificio del inyector 1. Se apretó a .
4. Se conectó la herramienta mediante enchufe rápido a manómetro para luego dar marcha al motor hasta que se alcanzó el valor máximo , se registró el dato. 5. Se repitió el punto 3 y 4 para los inyectores 2, 3 y 4 para obtener
6. Se montaron los 4 inyectores , la tubería de retorno de combustible y la línea de almacenamiento de los inyectores. Se abrió la llave de alimentación de combustible.
7. Se puso en marcha el motor, no sin antes haber purgado la línea de combustible y haber puesto previamente el funcionamiento el dinamómetro. 8. Se apagó el motor, el dinamómetro y componentes. Resultados de las presiones de los cilindros. No. De cilindro
1 2 3 4
Presión (psi)
340 psi 300 psi 300 psi 320 psi
Potencia indicada del motor, método de desconexión sucesiva de cilindros.
1. Se checó el nivel de combustible en el depósito para asegurar el abastecimiento hacia el motor. 2. Se revisó y encendió interruptores de línea eléctrica para el banco de pruebas (bomba para refrigeración de motor y dinamómetro, así como tablero de control de instrumentos, medidor de flujo de combustible y equipo auxiliar de cómputo).
3. Se encendió la bomba de refrigerante y se aseguró que circulara por las líneas de abastecimiento (Se tuvo que purgar). 4. Se puso en Marcha el Motor manteniendo cierta aceleración a fin de poner el motor a temperatura de operación para la prueba (50 °C). desvió del combustible a través del medidor de flujo. 5. Mediante el tablero de control se llevó al motor a régimen nominal y se registró la potencia efectiva del motor . Obteniendo 10 muestras de consumo de combustible.
6. Estando a régimen nominal , se desconectó la tuerca de la tubería de alimentación de combustible del inyector 1. El motor en este punto sufrió una pérdida de potencia, mediante el dinamómetro se llevó el motor a régimen Nominal para obtener la potencia producida por los 3 cilindros restantes .
7. Se desconectó la tubería de alimentación de combustible del inyector 1 para luego estabilizar el motor a régimen Nominal. 8. Se repitió los puntos 6 y 7 para el inyector 2 y se obtuvo . De igual manera para el inyector 3 y se obtuvo y finalmente el inyector 4 en la cual se obtuvo . 9. Al terminar la práctica se desconectó la tubería de alimentación de combustible del inyector 4, desde el dinamómetro descargando totalmente el motor, desacelerándolo para luego apagarlo. Al concluir la toma de parámetros se apagó el dinamómetro y sus componentes.
Determinación de los parámetros indicados y efectivos de un motor diésel.
Presión de compresión del motor .
Dónde: Presión al final de la compresión, MPa. Presión atmosférica, MPa. Relación de compresión. Exponente politrópico de compresión
Rendimiento mecánico .
Dónde: Rendimiento mecánico (%) valore Potencia efectiva del motor Potencia indicada del motor
Por teoría se obtiene:
Para la obtención por medio de desconexión sucesiva de cilindros se obtiene: , pero
Luego:
Finalmente:
31
1590 101
29 1850 83 28
1570 94
17 1850 48 28
1550 93
25 1850 72 26
1553 89
20 1850 57
Presión media efectiva .
Presión media indicada .
Dónde: Presión Media Indicada Valores . Presión Media Efectiva Rendimiento Mecánico
Consumo específico efectivo de combustible
Dónde: Consumo Específico Efectivo de Combustible Valores Consumo horario de Combustible a Régimen Nominal Potencia Efectiva del motor
Muestras de combustible a Régimen Nominal.
Consumo específico indicado de combustible .
Dónde: Consumo Indicado de Combustible Valores Consumo Específico Efectivo de Combustible Rendimiento mecánico
Rendimiento indicado .
Dónde: Rendimiento indicado Valores Trabajo Cantidad de calor que se suministra. Consumo indicado de combustible Calor inferior de combustión valor para motor diésel 42.5 MJ/kg.
Rendimiento efectivo .
Dónde: Rendimiento efectivo Valores Rendimiento mecánico Rendimiento indicado
Parámetros indicadores y efectivos del motor PERKINS modelo 4.236.
Tabla de resultados elaborado en el equipo de cómputo al finalizar la práctica.
MARCA: Perkins CILINDRADA: 235.86 in2 MODELO: 4.236 CARRERA: 5 in POTENCIA (REVOLUCIONES NOMINALES): 1850 TEMPERATURA (TO): 20.3° rpm
DIAMETRO DEL CILINDRO: 3.875 in
HUMEDAD RELATIVA: 83%
DENSIDAD DEL COMBUSTIBLE (ρComb): 0.81 kg/l NÚMERO DEL MOTOR: LD095M TEMP DEL MOTOR (MN-MAX): 50-95 % GASTO EN Lts/Hr POTENCIA TORQUE GASTO PRUEBA RPM MUESTRA MUESTRA MUESTRA PROMEDIO (Lb. Hp W N.m Lts/Hr 1 2 3 Pie)
AÑO DE FABRICACIÓN: 1984
1 2 3
1865 12.01 1862 12.25 1861 12.87
12.43 12.32 12.9
12.07 12.42 12.87
48 48 49
35761.6 183.0 35968.6 184.4 36742.3 188.5
135 136 139
12.2 12.3 12.9
Conclusiones.
En esta práctica se calcularon los parámetros indicados y efectivos de un MCI para ver si los valores dados por el fabricante coinciden con los datos obtenidos en el laboratorio. Comentario.
Como el motor ya está muy viejo algunos para metros no dieron de acuerdo al rango establecido previamente. Bibliografía.
Kates, J. Edgar y Luck, E. William. Motores Diesel y de Gas de Alta Compresión. Editorial Reverté 1981. Segunda edición. Flórez, Alvares Jesús Andrés. Motores Alternativos de Combustión Interna. Universidad Politécnica de Catalunya. 2010. Primera edición. http://www.tecmovia.com/2011/10/19/potencia-y-par-motor-electrico-y-diesel-culturageneral-para-el-s-xxi/ [8 de Octubre 2013]. http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/rendimiento-definicion-significado/gmxniv15-con195368.htm [8 de Octubre de 2013]. http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001766/Temas/General/04_PotIndicada. htm [9 de Octubre de 2013].
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA.
PRACTICA: Potencia Indicada y Potencia Efectiva en Motores Diesel.
Encargado de la práctica: Ing. Enrique Espinoza.
ELABORÓ Aguilar Pérez Fernando de Jesús.
