UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIRIA MECANICA LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Estudio de los procesos de admisión y de formación de la mezcla en los motores de combustión interna Alumno: SOSA AMES, Lee Junnior 20081104k Ingeniero PONCE GALIANO JORGE 2013-I
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIRIA MECANICA
LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTION
INTERNA
Estudio de los procesos de admisión y de formación de la mezcla
en los motores de combustión interna
Alumno:
SOSA AMES, Lee Junnior 20081104k
Ingeniero
PONCE GALIANO JORGE
2013-I
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INDICE
RESUMEN 6
CONTENIDO 8
CAPITULO I: ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADMISIÓN Y DE FORMACIÓN DE LA
MEZCLA EN EL MOTOR ENCENDIDO POR COMPRESIÓN 9
1.1 INTRODUCCIÓN 9
1.2 PROCESO DE ADMISIÓN 9
1.3 FORMACIÓN DE MEZCLA 10
1.4 PULVERIZACIÓN DEL COMBUSTIBLE Y SUS PARAMETROS 10
1.5 CARACTERISTICAS DE UN MOTOR 12
1.7..1. CARACTERISTICA EXTERNA DE VELOCIDAD 12
1.7..2. CARCATERISTICA DE CARGA 12
1.6 PARTE EXPERIMENTAL 14
1.7..1. EQUIPOS E INSTRUMENTOS 14
1.7..2. DATOS TECNICOS MOTOR PETTER 15
1.7 METODOLOGIA DE LA EXPERIMENTACION 15
1.7..1. CARACTERISTICAS DE VELOCIDAD 15
1.7..2. CARACTERISTICAS DE CARGA 16
1.8 HOJA DE DATOS 17
1.9 FORMULAS RECURRENTES 18
CAPITULO II: ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADMISIÓN Y DE FORMACIÓN DE LA
MEZCLA EN EL MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA 21
2..1 INTRODUCCIÓN 21
2..2 PROCESO DE ADMISION 22
2..3 PARAMETROS DE ADMISION 24
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2..4 FORMACIÓN DE MEZCLA 25
2..5 PARTE EXPERIMENTAL 26
1.2..1. EQUIPOS E INSTRUMENTOS 26
1.2..2. DATOS TECNICOS MOTOR DAIAHTSU 28
2..6 METODOLOGIA DE LA EXPERIMENTACION 28
1.2..1. CARACTERISTICAS DE VELOCIDAD 28
1.2..2. CARACTERISTICAS DE CARGA 28
2..7 HOJA DE DATOS 30
2..8 FORMULAS RECURRENTES 31
CAPITULO III: TENDENCIAS 33
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 39
BIBLIOGRAFIA 40
ANEXO 41
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LISTADO DE TABLAS
Tabla 1.1 Datos técnicos motor PETTER 15
Tabla 1.2 Datos características de velocidad motor PETTER 17
Tabla 1.3 Datos características de carga motor PETTER 17
Tabla 1.4 Resultados obtenidos características de velocidad motor PETTER 19
Tabla 1.5 Resultados obtenidos características de carga motor PETTER 20
Tabla 2.1 Datos técnicos Motor DAIHATSU 28
Tabla 2.2 Datos características de velocidad motor PETTER 30
Tabla 2.3 Datos características de carga motor PETTER 30
Tabla 2.4 Resultados obtenidos características de carga motor PETTER 32
Tabla 2.5 Resultados obtenidos características de velocidad motor PETTER 32
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LISTADO DE ILUSTRACIONES
Figura 1.1 chorro de combustible en estado de disgregación 11
Figura 1.2 Disgregación de una gota por acción de las fuerzas de resistencia aerodinámicas 12
Figura 1.3 Banco de ensayos en motor PETTER 15
Figura 1.4 Banco de ensayos de freno eléctrico 16
Figura 2.1.Motor encendido por chispa 23
Figura 2.2 Banco de ensayos en motor PETTER 28
Figura 2.3 Banco de ensayos de freno eléctrico 28
Figura 3.1 tendencia coeficiente exceso de aire régimen de velocidad 34
Figura 3.2 tendencia eficiencia volumétrica régimen de velocidad 35
Figura 3.4 tendencia eficiencia volumétrica motor DAIHATSU régimen de carga 36
Figura 3.5 tendencia exceso de aire motor PETTER régimen de carga 37
Figura 3.6 tendencia exceso de aire motor DAIAHTSU régimen de carga 38
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RESUMEN
Para el presente laboratorio se realizó la experimentación de cómo es que en la práctica se
puede determinar el coeficiente de llenado o también llamado eficiencia volumétrica y
del coeficiente de exceso de aire , tanto para un motor de encendido por chispa, que en
nuestro caso fue el motor DAIHATSU, y para un motor de encendido por compresión en
este caso para el motor PETTER.
El procedimiento de realización para ambas partes del laboratorio son similares, a
continuación mencionaremos las mediciones que se deberán realizar en el laboratorio, con
algunas diferencias que también se mencionan
: velocidad [RPM]
posición de la cremallera [mm] ***
: fuerza en el dinamómetro [N]
: Caída de presión en el manómetro inclinado [cm ]
: consumo de combustible [ ]
: tiempo de consumo de combustible [s]
: caída de presión en el manómetro en U [cm ]
: temperatura de ingreso del refrigerante [ ]
: temperatura de salida del refrigerante [ ]
: temperatura del aceite [ ]
: Presión del aceite [ ]
: Voltaje del banco de ensayo de freno eléctrico [V]
: Amperaje del banco de ensayo de freno eléctrico [A]
(***) Apertura de la válvula de mariposa [%] para el caso de motor DAIHATSU
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Como se mencionó que tanto para la primera parte como para la segunda parte del
laboratorio el proceso sería similar, encontraremos de que por teoría sabemos que para un
motor de encendido por comprensión existe un órgano de regulador, a lo que llamamos
“posición d la cremallera” y para el caso del motor DIAHATZU la regulación está dada
por la apertura de la válvula de mariposa la cual designamos con la cual está dada en
porcentaje de apertura [%].
Mencionare que en las dos partes del laboratorio, las mediciones se realizaran para los
regímenes de velocidad y carga, teniendo lo siguiente:
MOTOR PETTER:
1. Manteniendo la posición de la cremallera constante en 15mm
2. Manteniendo la velocidad constante 1500 RPM
MOTOR DIAHATZU
1. Manteniendo la apertura de la válvula de mariposa constante en 20%
2. Manteniendo la velocidad constante 2500 RPM
Dada las fórmulas que se utilizaran las cuales mencionaremos más adelante es necesario
obtener los valores antes mencionados, pero no en su totalidad pues veremos que los
valores de presión y temperatura del aceite no es necesario para los cálculos.
Al finalizar el presente entenderemos y determinaremos la influencia de los regímenes de
funcionamiento y los parámetros constructivos del motor sobre la eficiencia volumétrica
y el coeficiente de llenado de aire
Para finalizar realizaremos el cálculo de las curvas para los regímenes antes mencionados
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CONTENIDO
El contenido del presente informe está conformado con III capítulos, conclusiones
bibliografía los capítulos están desarrollados en relación a lo visto en el laboratorio N°3
“Estudio de los procesos de admisión y de formación de la mezcla en los motores de
combustión interna”
En el capítulo I, veo lo concerniente a la primera parte del laboratorio que es el cálculo del
coeficiente de llenado y coeficiente de exceso de aire para el motor PETTER, se realizará
una breve introducción teórica del proceso de admisión y formación de mezcla,
seguidamente se describirá el procedimiento, el cual fue experimental, se basó en la toma
de datos de los diferentes parámetros que fueron necesarios para el cálculo de los
coeficientes antes mencionado; detallaremos las fórmulas que son necesarias para el cálculo
En el capítulo II se detallara lo mencionado en el capítulo I pero en este caso para el motor
DIAHATZU, de igual forma se realizara una parte introductoria teórica y la presentación de
fórmulas que serán necesarias
En el capítulo III se detallara la tendencia de las curvas características realizando un
análisis de las curvas para ambos regímenes tanto el de velocidad como el de carga para
ambos motores.
Concluiremos con las conclusiones y citando la bibliografía utilizada.
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CAPITULO I
ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADMISIÓN Y DE FORMACIÓN DE LA
MEZCLA EN EL MOTOR ENCENDIDO POR COMPRESIÓN
2.1 INTRODUCCION La energía necesaria para operar un motor proviene proceso de
combustión. Para mejorar el proceso de combustión, es necesario que exista una
relación adecuada entre la cantidad de moléculas de combustible y de aire
Por eso si deseamos mejorar la combustión, es necesario que entendamos como se
produce el proceso de admisión en el motor, en nuestro caso, para un motor encendido
por compresión, la regulación de la mezcla es de tipo cualitativa es decir, la cantidad de
aire suministrado al cilindro es aproximadamente constante, y sólo se incrementa o
disminuye la alimentación de combustible que se inyecta en el cilindro. En nuestra
experiencia observaremos como varia la eficiencia volumétrica y el coeficiente de
exceso de aire para diversos regímenes
2.2 PROCESO DE ADMISION Podemos citar unos párrafos de libro JOVAJ que nos
menciona que para realizar el ciclo de trabajo en un motor de combustión interna, es
necesario expulsar los productos de la combustión formado en el ciclo anterior, e
introducir en el la carga fresca de aire (PETTER) o mezcla aire-combustible
(DIAHATZU), los procesos antes mencionados (admisión y escape) están vinculados
entre sí.
La cantidad de carga fresca suministrado depende de la calidad con la que se limpia el
cilindro del motor, por eso el proceso de admisión se debe analizar tomando en
consideración los parámetros que caracterizan el desarrollo del proceso de escape,
examinando todo el complejo de fenómenos que se refieren al proceso de intercambio
de gases en conjunto
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2.3 FORMACIÓN DE LA MEZCLA La formación de la mezcla en un motor DIESEL se
produce entre el final de carrera de comprensión e inicio de la carrera de expansión y
transcurre en un corto intervalo de tiempo, correspondiente a 20-60° del ángulo de
rotación del cigüeñal. La mezcla aire combustible se forma en el periodo del retraso a
la inflamación y en las diversas fases del proceso de combustión
Es necesario tener en cuenta que hay cierta contradicción en los requisitos que se
plantean ante la formación de la mezcla durante el periodo de retraso a la inflamación y
en el proceso de combustión. Durante este periodo no es una cuestión indispensable
que haya una distribución uniforme del combustible en el volumen del aire, es más las
mezclas homogéneas poseen mayores periodos de retraso a la inflamación que las
heterogéneas. Debido a la distribución irregular del combustible en la cámara de
combustión del motor DIESEL resulta posible la inflamación de las mezclas cuyo
coeficiente de exceso de aire total es mayor que cuando el motor funciona en vacío
2.4 PULVERIZACIÓN DEL COMBUSTIBLE Y SUS PARÁMETROS en caso de que
en un motor DIESEL la formación de la mezcla sea volumétrica y mixta, el chorro de
combustible que sale del pulverizador deberá descomponerse en finas gotas, cuyas
dimensiones se encuentran entre los límites de 5-40 µm (*)
para asegurar una rápida
combustión. Las gotas más grandes, que generalmente se forman al final de la
inyección, pueden demorar el proceso de combustión y contribuir a la formación de
carbonilla. Las gotas demasiadas pequeñas (hasta 10 µm(*)
) se evaporan cerca de la
boquilla del inyector, lo que dificulta la utilización del aire en los puntos más alejados
de la cámara de combustión
La pulverización del combustible tiene lugar por acción de las perturbaciones iniciales
que surgen durante el movimiento del combustible en los canales de pulverización y
por las fuerzas de resistencia aerodinámica del medio gaseoso, hacia el cual se inyecta
combustible
(*) Valores referenciales obtenidos de libro JOVAJ pgn. 354
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Figura 1.1 chorro de combustible en estado de disgregación
El chorro al fraccionarse se disgrega en partículas separadas, en películas y en hilos
delgados, los cuales moviéndose en el medio gaseoso se deforman por efecto de las
fuerzas aerodinámicas y la tensión superficial, adquiriendo la forma de una esfera
(gota), en la figura 1.1 podemos observar un chorro de combustible en estado de
disgregación que se derrama en la tobera del pulverizador al final del proceso de
inyección, cuando la salida es a bajas velocidades (v<30m/s)
Si las velocidades de salida son elevadas, el proceso de disgregación del chorro
(denominado en este caso pulverización o atomización) transcurre con mayor
intensidad en la cercanía de la tobera, formándose una gran cantidad de gotas finas.
El fraccionamiento de las gotas continúa hasta que las fuerzas de la tensión superficial
resulten mayores que las fuerzas totales que originan la disgregación del chorro en el
libro de JOVAJ también nos proporciona una ilustración en donde podemos observar
cómo es que una gota de combustible se disgrega por acción de las fuerzas (ver figura
1.2)
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Figura 1.2 Disgregación de una gota por acción de las fuerzas de resistencia aerodinámicas
Dado que en el laboratorio se trabaja con los regímenes de velocidad y de carga es justo
realizar alguna mención teórica de ello
2.5 CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR
2.6.1. CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DE VELOCIDAD Se llama característica
externa de velocidad la variación, en función del número de revoluciones (n) de
la potencia efectiva Ne, del par motor efectivo Me, y del consumo horario de
combustible Gc, consumo especifico de combustible ge, cuando la cremallera de
la bomba de combustible se encuentra en la posición de máximo suministro. Al
obtener esta característica se registran también otros parámetros, tales como el
rendimiento volumétrico, el coeficiente de exceso de aire, la potencia indicada, la
eficiencia mecánica, etc.
2.6.2. CARACTERÍSTICAS DE CARGA Se llama característica de carga a la
variación de los índices principales del motor en función de la carga a un número
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de revoluciones constante. Al hacer las pruebas en el banco de frenado la carga
del motor de carburador se varía cambiando la posición de la mariposa de
gases, mientras que la del motor DIESEL, desplazando el órgano de-mando de
la alimentación de combustible.
El estudio de las características de carga permite evaluar la economía del
combustible del motor y, asimismo, establecer los métodos de su mejoramiento,
también permite establecer pautas a partir de los cuales se da inicio al desarrollo
de un nuevo o mejor sistema de inyección de combustible
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2.6 PARTE EXPERIMENTAL En lo que sigue mencionaremos para comenzar los
instrumentos que se utilizaron para la realización del presente laboratorio, así como
datos técnicos que se tomaron de laboratorio.
2.6.1. EQUIPOS E INSTRUMENTOS:
Banco de pruebas con motor DIESEL (motor PETTER).
Medidor de caudal de combustible.
Medidor de caudal de aire.
Cronómetro.
Tacómetro.
Manómetros de mercurio-
Figura 1.3 Banco de ensayos en motor PETTER
Intercambiador de
calor
Generador
Motor PETTER
Manómetro
Termómetro
Manómetro
Bomba Dinamómetro
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Figura 1.4 Banco de ensayos de freno eléctrico
2.6.2. DATOS TÉCNICOS
MOTOR DIESEL PETER.
Potencia efectiva Ne 8.2HP/2000 rpm
Cilindrada (Vh) 659cm3
Cantidad de cilindros 1
Relación de compresión 16.5/1
Carrera del pistón 110 mm
Diámetro del cilindro 87.3 mm
Tipo de motor PH1 w
Tabla 1.1 Datos técnicos motor PETTER
2.7 METODOLOGÍA DE LA EXPERIENCIA
2.6.1. CARACTERÍSTICA DE VELOCIDAD para la primera parte el procedimiento
para la parte de característica de velocidad es decir con la posición de la
cremallera constante tenemos:
Comprobar el funcionamiento del banco de ensayos, sin arrancar el motor.
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Arrancar el motor y esperar que alcance su temperatura de 65 – 75 °C, dicha
temperatura se controlará observando el termómetro de medición del a
temperatura de salida del agua refrigerante.
Con la posición de la cremallera en 15 mm y ayudándose con el freno,
establecer el régimen inicial de velocidad n=2000 RPM.
Esperar el funcionamiento estable del motor y luego efectuar las mediciones
indicadas.
Disminuyendo la carga en el freno, disminuir la velocidad de rotación del
cigüeñal hasta alcanzar la magnitud de 1800 RPM, y luego efectuar las
mediciones correspondientes.
Repetir sucesivamente el punto anteriormente mencionado disminuyendo la
velocidad de rotación en valores de 200 RPM hasta el valor mínimo de 1000
RPM y realizar las mediciones para cada valor de velocidad de giro (en total
se realizaran 6 mediciones)
2.6.2. CARACTERÍSTICA DE CARGA ahora sucede lo contrario del caso anterior,
esta vez mantendremos constante la velocidad de giro, y variaremos la posición
del órgano alimentador (posición de la cremallera)
Estando el motor funcionando sin carga, con la ayuda de la cremallera de la
bomba de inyección del motor PETTER, en la posición de h=18 mm.
Esperar la estabilización del funcionamiento del motor.
Efectuar las mediciones indicadas.
Mover la cremallera de la bomba de inyección en el sentido de menor
suministro de combustible en 1 mm, es decir para la segunda medición la
posición de la cremallera es de 17 mm, y manteniendo la velocidad constante
con la ayuda del freno restablecer la velocidad inicial del ensayo
Esperar el funcionamiento estable del motor y luego efectuar las mediciones
señaladas anteriormente.
Repetir los dos últimos pasos mencionados un total de 7 veces, desde una