Estudio de los Parmetros de Admisin y de Formacin de la Mezcla
en un Motor Diesel en
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFacultad de Ingeniera Mecnica
FIMMN136 E - Motores de Combustin Interna
Introduccin...........................................................................................2
Objetivos................................................................................................3
Fundamento
Terico..............................................................................4
Materiales y equipos
utilizados............................................................10
Procedimiento......................................................................................12
Clculos y
resultados............................................................................13
Conclusiones y
Recomendaciones.......................................................16
Bibliografa...........................................................................................16
INTRODUCCIN
Las aplicaciones de los motores de combustin interna en la
industria son muy diversas, por lo que se busca permanentemente la
forma de incrementar su eficiencia y la potencia que pueden
suministrar. Para mejorar estas caractersticas, los diseadores
pueden variar los parmetros fsicos del motor, es decir, se pueden
fabricar motores con una mayor relacin de compresin o con mayores
ngulos de apertura y cierres de vlvulas de admisin y escape. Sin
embargo, una vez que el motor ya est fabricado y un cliente lo
utiliza, se observa que existen otros factores tambin influyen en
la potencia y eficiencia que ste desarrolla. Por ejemplo, al pisar
el pedal del acelerador se permite el ingreso de mayor combustible
y esto origina una mejor combustin y por tanto una mayor potencia y
eficiencia. Sin embargo, si consideramos el pedal en una sola
posicin (cremallera de inyeccin fija) la velocidad del motor
permanecer constante. Es entonces cuando la carga aplicada a un
motor toma influencia. Variar la carga (por ejemplo, aumentar o
disminuir el nmero de personas subidas al vehculo) originar un
incremento o disminucin de la velocidad a pesar de seguir
inyectando la misma cantidad de combustible. Esta variacin de
velocidad, qu influencia tendr en el proceso de admisin y formacin
de la mezcla y, por ende, en el buen funcionamiento del motor?
Pues, comprender esta influencia es el objetivo del presente
laboratorio y para cuantificarla se emplean los coeficientes de
llenado y de exceso de aire.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL DEL CURSO: Comprender en forma ntegra el
funcionamiento de un motor de combustin interna. COMPETENCIAS
FINALES DEL CURSO: Reconocer los diversos tipos de motores de
combustin interna existentes en el mercado, identificar sus
diferencias en cuanto a caractersticas, aplicaciones y precios.
Seleccionar adecuadamente un motor de combustin interna para una
aplicacin particular. Diagnosticar un motor de combustin interna,
determinar las posibles causas de falla que pueda presentar y
ofrecer soluciones para su reparacin. OBJETIVO ESPECFICO DEL
LABORATORIO: Analizar los parmetros influyentes en el proceso de
admisin y de formacin de mezcla de un MCI Diesel mediante su
cuantificacin y la obtencin de grficas que indiquen su dependencia
con la velocidad.
FUNDAMENTO TERICO
DEFINICIN DEL COEFICIENTE DE LLENADO El grado de perfeccin del
proceso de admisin se acostumbra evaluar por el coeficiente de
llenado o eficiencia volumtrica (). Que es la razn entre la
cantidad de carga fresca que se encuentra en el cilindro al inicio
de la compresin real, es decir, al instante en que se cierra la
vlvula de admisin, y aquella cantidad de carga fresca que podra
llenar al cilindro (volumen de trabajo) en las condiciones de
admisin (condiciones ambientales en los motores de aspiracin
natural).
[kg/h] Gasto de aire tericoDonde: = Velocidad de rotacin =
Cilindrada unitaria = Nmero de cilindros = Densidad del aire = 1.2
g/l = Tiempos del motorParticularizando la frmula para el motor
ensayado, el cual es un motor diesel de cuatro tiempos ( = 4) con
un cilindro ( = 1) [kg/h] [kg/h] Gasto de aire realDonde: = Cada de
presin en el manmetro inclinado = Cada de presin en el manmetro en
U= Presin atmosfrica (mm Hg) = Temperatura atmosfrica (C) = ngulo
de inclinacin del manmetro
DEFINICIN DEL COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE Se define como la
relacin entre la cantidad real de aire para quemar 1Kg de
combustible y la cantidad de aire necesaria tericamente para quemar
la misma cantidad de combustible (cantidad estequiometria).
Donde: = Gasto de aire real = Gasto de combustible = Coeficiente
estequiomtrico
BANCO DE ENSAYOEst formado por: Tablero de control Motor Diesel
Peter Sistema de refrigereacin Sistema de inyeccin Medidor de flujo
de aire Sistema de alimentacin de combustible
TABLERO DE CONTROL Muestra la velocidad del motorVariacin de la
carga del motorSwitch para elegir el rgimen del freno elctrico:
como generador o como motor.
El tablero de control cumple las siguientes funciones: Muestra
la velocidad del motor. Permite variar la carga (freno elctrico)
interactuando los campos magnticos entre el estator y el rotor.
Controla el sistema de refrigeracin del motor. El tablero, segn los
requerimientos, alimenta un motor elctrico que acciona una
electrobomba la cual hace circular al fluido refrigerante a travs
del motor.SISTEMA DE REFRIGERACINEnfriadorElectro bomba controlado
por el tablero de control.
El motor de combustin interna Peter, para mantener su
temperatura dentro del rango ptimo, es refrigerado por lquido a
travs de un sistema de refrigeracin formador por: Electrobomba
Intercambiador de calor (enfriador)ManguerasManmetro de columna
A travs de las mangueras circula el agua, que llega caliente
directamente del motor. En el intercambiador, sta se mezcla con el
agua fra del sistema (lnea principal) y retorna nuevamente al motor
impulsada por la electrobomba.BOMBA DE
INYECCINCremalleraMicrmetro
La bomba de inyeccin es la encargada de suministrar la cantidad
de combustible necesario para una buena combustin. La inyeccin es
regulada a travs del desplazamiento de una cremallera, este
desplazamiento es pequeo y se mide a travs de un micrmetro.
Mientras mayor sea el desplazamiento de la cremallera (mientras ms
se presione el pedal), mayor ser la cantidad de combustible
inyectado y mayor ser la velocidad del motor (si la carga
permaneciera constante). Sin embargo, en el presente laboratorio se
mantendr la posicin de la cremallera constante y la velocidad del
motor slo variar en funcin de la carga aplicada.MEDIDOR DE FLUJO DE
AIRESe produce estrangulacinMangueras que conectan al manmetro
Para medir el flujo de aire, a ste se le realiza una
estrangulacin, lo que origina una diferencia de presiones que sern
medidas a travs de los manmetros y posteriormente reemplazados en
la frmula indicada anteriormente. SISTEMA DE ALIMENTACIN DEL
COMBUSTIBLEPara cuantificar la cantidad de combustible que ingresa
al motor se instalado un sistema de control que consta de una
probeta graduada, de actuadores (vlvulas) y un display para indicar
el tiempo transcurrido.Tanque de alimentacinSistema medidor de
combustible
Actuador 2 (conexin tanque-motor)Actuador 1 (conexin
probeta-motor)DisplayProbeta graduada
La medicin del combustible se realiza de la siguiente forma:
Primero, se llena la probeta graduada de combustible que proviene
directo del tanque. Cuando el motor est en funcionamiento, en un
determinado instante, se presiona un botn en el display que impide
la conexin entre el motor y el tanque (actuador 2) y lo conecta con
la probeta graduada (actuador 1), de esta forma el motor comienza a
consumir combustible directamente de la probeta graduada. El
sistema est programado para permitir esta situacin durante 15
segundos, pasado este tiempo los actuadores regresan a su posicin
original y el motor vuelve a consumir directamente del tanque.
Conociendo el volumen de combustible consumido durante 15 segundos
es posible calcular el caudal de combustible.MATERIALES Y EQUIPOS
UTILIZADOS
Banco de pruebas con Motor Diesel Petter
Motor y generador en banco de pruebas
Manmetro en U y manmetro inclinado
Tablero de control para la cantidad de combustible
Tablero de control de la velocidad del motor
PROCEDIMIENTO
1. Se enciende el motor de combustin interna2. Se aplica poco a
poco una carga (freno elctrico) mediante el tablero de control3.
Para un valor determinado de velocidad se toma un juego de datos.4.
Se apaga el motor
CLCULOS Y RESULTADOS
MOTOR ANALIZADO Motor Diesel Petter Modelo: PH1W
Consideraciones:
Datos adicionales:
a.Presin atmosfrica ()749.3 mmHg
b.Temperatura atmosfrica ()26.1C
c.Densidad del aire ()1.164 kg/m3
d.Cantidad estequiomtrica o terica de aire ()14.45
kg-aire/kg-comb.
e.Densidad del combustible ()0.85 kg/l
f.Dimetro nominal (cilindro)87.3 mm
g.Carrera 110 mm
Los clculos de los valores mostrados en la segunda tabla fueron
realizados en una hoja Excel, basndose en las siguientes
frmulas:
Flujo msico de aire (aire real):
Donde: Cada de presin en manmetro inclinado (cm H2O) Cada de
presin en el manmetro en U (cm H2O) : ngulo de inclinacin del
manmetro (30 C) Presin atmosfrica (en mm Hg) Temperatura atmosfrica
(C)
Flujo msico de aire (aire terico):
Donde: Nmero de revoluciones (RPM) Volumen de desplazamiento
(m3) Densidad del aire (kg/m3)
Clculo de la eficiencia volumtrica (coeficiente de llenado):
Flujo msico de combustible:
Donde: Volumen de combustible (ml) Diferencial de tiempo (s)
Densidad del combustible (kg/l)
Coeficiente de exceso de aire ():
Donde: Cantidad estequiomtrica o terica de aire (kg-aire /
kg-combustible)
Manteniendo constante la posicin de la cremallera (hcr = 15 mm),
variando las RPM del motor Diesel y apuntando los valores
recopilados, se complet la siguiente tabla de datos
temN (RPM)S (cmH2O)P(cmH2O)Vcomb (ml)t (s)hcr (mm)Taceite
(F)Paceite (psi)
110006.65.14.3151516020
213008.16.35.9151516030
316009.68.17.7151516536
41900119.89151517041
5200011.4109.5151517545
Tabla 1. Datos obtenidos en experiencia
Con ayuda de las frmulas antes mencionadas se calculan y
completan los siguientes valores:
temN (RPM)Ga (kg/h)Gat (kg/h)vGc (kg/h)
1100022.27622.9870.9690.8771.757
2130027.30729.8840.9141.2041.570
3160032.30636.7800.8781.5711.423
4190036.95543.6760.8461.8361.393
5200038.29145.9750.8331.9381.367
Tabla 2. Datos calculados con frmulas
A continuacin se mostrar las relaciones que presentan el
coeficiente de llenado (v) y el coeficiente de exceso de aire () en
funcin de las RPM:
Coeficiente de llenado en funcin de la velocidad del motor
Diesel Petter manteniendo constante la posicin de la
cremallera.
Coeficiente de exceso de aire en funcin de la velocidad del
motor Diesel Petter manteniendo constante la posicin de la
cremallera.
CONCLUSIONES El flujo msico del aire real y terico aumenta
debido al aumento de las RPM. Sin embargo el coeficiente de llenado
de aire disminuye al aumentar las RPM, esto se debe a que el flujo
de masa terico es mayor que el flujo de masa real y esa diferencia
va aumentando a mayor RPM. El coeficiente de llenado disminuye al
aumentar las RPM debido principalmente a las perdidas
hidrulicas.RECOMENDACIONES Debemos realizar la experiencia usando
orejeras para protegernos del ruido. Realizar las respectivas
mediciones en simultaneo para cada RPM Variar las RPM
lentamenteBIBLIOGRAFIA
Motores de Automvil M. S. Jovaj, Editorial Mir - Mosc 1977
Apuntes de Clase de Motores de Combustin Interna
INFORME N2: Parmetros de Admisin Pgina 16