UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FIM

Estudio de las pérdidas mecánicas en los motores de combustión interna

Profesor: Ing. Lastra Espinoza, Luis Alumno: Málaga Luyo, Federico

2011 - I

OBJETIVOS

Impartir conocimientos sobre las metodologías de determinación de las pérdidas

mecánicas en los motores de combustión interna.

Estudiar la influencia sobre la magnitud de las pérdidas mecánicas de los siguientes

factores:

o Régimen térmico del motor (temperatura de salida del agua de refrigeración)

o Régimen de velocidad del motor ( velocidad de rotación del cigüeñal)

o Vacío en el múltiple de admisión.

o Contrapresión en el tubo de escape.

FUNDAMENTO TEÓRICO

PÉRDIDAS MECÁNICAS EN UN MCI:

FORMAS DE MEDIR LAS PÉRDIDAS DE FRICCIÓN EN LOS MCI:

Ciclo indicado:

Consiste en medir directamente a

partir de la potencia indicada

determinada mediante análisis de

los datos de presión en cámara de

combustión provenientes de un

captador de presión piezoeléctrico.

Teniendo ahora la potencia indicada

sólo basta restar la potencia efectiva

para obtener entonces la potencia de

fricción global del motor.

Motor arrastrado:

Consisten en arrastrar el motor con

un medio externo (otro MCIA o un

motor eléctrico), bajo condiciones

de operación lo más parecidas

posibles a cuando hay combustión.

Es necesario llevar primero la

temperatura del aceite y del

refrigerante del motor. Otro método

consiste en llevar el motor a las

condiciones de operación normales

y a partir de allí retirar, rápidamente

y por unos segundos, el sistema de

encendido de aquel cilindro donde

se encuentre el captador de presión

(la bujía en un MEP o la inyección

de combustible en un MEC). El

resto de cilindros arrastran al

cilindro en cuestión. Es importante

tener en cuenta que las pérdidas de

fricción calculadas de esta manera

incluyen las pérdidas de bombeo.

Pruebas de Morse:

En el ensayo Morse, se corta el paso

de corriente, o la inyección de

combustible a cada cilindro a la vez

(motores multicilíndricos), y se

determina la pérdida de par efectivo

manteniendo constante la velocidad

del motor. El resto de cilindros

arrastran al cilindro en cuestión.

Líneas de Williams:

Es un método aproximado para

MEC. En banco de ensayos se fija

la velocidad del motor y se llevan a

una gráfica, el consumo de

combustible (g/s) en función de la

presión media efectiva (kPa). La

curva que une todos los puntos se

extrapola a cero en el eje de

consumo de combustible y el valor

que se lea sobre el eje de pme

corresponde a la presión media de

pérdidas de fricción (Figura 8.2).

Generalmente la línea no es recta

(ligeramente curva) lo que dificulta

la extrapolación. En la misma figura

se observa el parecido entre un

valor calculado con las líneas de

Williams y con motor arrastrado.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Banco de pruebas Motor Petter:

Tipo de Motor : Diesel, de cuatro tiempos

Marca del motor : Petter

Modelo : PH 1W, inyección directa

Número de cilindros : 1

Presión de Inyección : 200/221 bar a 1100/2000 rpm

Diámetro x carrera : 87,3x110 mm

Cilindrada : 659 cm3

Relación de compresión : 16,5/1

Potencia : 6,11 kW a 2000 rpm

Refrigeración : por líquido

Freno dinamométrico : Eléctrico, de corriente continua

Banco de pruebas Motor Daihatsu:

Marca: Daihatsu

Modelo: CB-20

Cilindrada: 993 cm3

Número de cilindros: 3

Orden de encendido: 1-2-3

Diámetro x carrera: 76,0 x 73,0 mm

Relación de compresión: 9,0:1

Potencia máxima: 40,5 kW a 5.500 rpm

Momento máximo: 76,5 N.m a 2.800 rpm

Velocidad de ralentí: 900 rpm

Adelanto de la chispa: 10º a PMS a 900 rpm

Sistema de combustible: a carburador con 02

gargantas

DINAMOMETRO

Potencia máxima: 18 kVA a 3.000 rpm

Brazo del dinamómetro: 0,323 cm

MEDICION DE COMBUSTIBLE

1/16 pinta inglesa: 35,52 cm3

Gasolina: G-90

Densidad de la gasolina: 0,715 kg/L

MEDICION DE AIRE

Diámetro de las toberas: 2 cm

Diámetro de la placa orificio: 1,5 cm

Caudal de aire:

600.32/2

1

,

OHaire

n

iida senoSgAChkgG

Donde:

Cd=0,98 (toberas)

Cd=0,60 (orificio)

Ai: Areas de los medidores, en m2

S : Lectura del manómetro inclinado, en m

g=9,81m/s2

aire: Densidad del aire atmosférico, en

kg/m3

OH2

=1.000 kg/m3

Complemento electrónico:

Usado para ajustar los parámetros de entrada a los valores deseados:

Instrumentos de medición:

Manómetro en U Manómetro

inclinado

Medidor de

volumen

Termómetro Manómetros

PROCEDIMIENTO

Método por arrastre (motoreo)

1. Variando el régimen de velocidad del motor y manteniendo constante el régimen

térmico del mismo:

a. Encender el motor y calentar el agua de salida, seguidamente apagar el motor y

cerrar el suministro de combustible.

b. Pasar el freno al régimen de motor eléctrico y, accionando el regulador de voltaje

de la armadura, arrastrar el motor hasta que el número de revoluciones alcance el

valor deseado; manteniendo dicho régimen de velocidad, esperar que la

temperatura de salida del agua se estabilice e inmediatamente después realizar

las mediciones correspondientes.

c. Repetir el paso anterior, pero con un valor diferente de revoluciones del cigüeñal.

Método de desconexión del cilindros

1. Variando el régimen de velocidad del motor y manteniendo constante el régimen

térmico del mismo:

a. Arrancar el motor y esperar que la temperatura de salida del agua alcance un

valor deseado. Mantener esta temperatura con el control manual del flujo de agua

durante el ensayo.

b. Llevar las revoluciones a 3000 RPM y medir la fuerza en el dinamómetro.

c. Desconectar el cilindro N°1 (bujía) y medir la fuerza del dinamómetro.

d. Repetir el paso anterior, desconectando los cilindros N°2 y N°3 respectivamente.

e. Repetir los pasos anteriores para un rango de velocidades (1500 – 3000 RPM)

DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO

Banco Petter - 1 cilindro

To = 22.5 °C

n (RPM)

F

700 88

900 73

1100 91

1300 81

To = 50 °C

n (RPM)

F

700 60

900 58

1100 51

1300 47

1700 52

Banco Daihatsu - 3 cilindros

n (RPM)

Fuerza dinamómetro

(Kg-f)

Fuerza D-1 (Kg-f)

Fuerza D-2 (Kg-f)

Fuerza D-3 (Kg-f)

3000 19.8 11.2 11.2 11.2

2700 20.2 12 12 11.8

2500 20.6 12.2 12.2 12.2

2200 21 12.2 12.6 12.6

2000 20.8 12.3 12.8 12.6

1700 21 13 12.8 12.8

1500 21.2 12.8 11.8 12.8

CALCULOS Y RESULTADOS

Banco Petter - 1 cilindro

Considerando los siguientes parámetros:

Ecuaciones a utilizar:

n (RPM)

F to Mn

(N-m) Nm (Kw)

P m

700 88 22.5 °C 26.84 1.97 0.51

900 73 22.5 °C 22.265 2.10 0.42

1100 91 22.5 °C 27.755 3.20 0.53

1300 81 22.5 °C 24.705 3.36 0.47

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

Nm vs n t=22.5°C

L 0.305 m

Vh 0.659 m3

n (RPM)

F to Mn Nm

(Kw) Pm

700 60 50 18.30 1.34 0.35

900 58 50 17.69 1.67 0.34

1100 51 50 15.56 1.79 0.30

1300 47 50 14.34 1.95 0.27

1700 52 50 15.86 2.82 0.30

0.40

0.42

0.44

0.46

0.48

0.50

0.52

0.54

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

Pm vs n t=22.5°C

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Nm vs n t=50°C

Banco Daihatsu - 3 cilindros Considerando los siguientes parámetros:

Posición de la mariposa 50%

Longitud del brazo 0.323 m

ρ oil 0.7 Kg/litro

Usando: ( ) ( )

n

(RPM) Fuerza D

(N) Fuerza D-1

(N) Fuerza D-2

(N) Fuerza D-3

(N)

3000 194.24 109.87 109.87 109.87

2700 198.16 117.72 117.72 115.76

2500 202.09 119.68 119.68 119.68

2200 206.01 119.68 123.61 123.61

2000 204.05 120.66 125.57 123.61

1700 206.01 127.53 125.57 125.57

1500 207.97 125.57 115.76 125.57

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

0.32

0.34

0.36

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Pm vs n t=50°C

n (RPM)

Momento efectivo (N-m)

Momento efectivo - 1

(N-m)

Momento efectivo - 2

(N-m)

Momento efectivo - 3

(N-m)

3000 62.74 35.49 35.49 35.49

2700 64.01 38.02 38.02 37.39

2500 65.27 38.66 38.66 38.66

2200 66.54 38.66 39.92 39.92

2000 65.91 38.97 40.56 39.92

1700 66.54 41.19 40.56 40.56

1500 67.17 40.56 37.39 40.56

n (RPM)

Potencia efectiva (Kw)

Potencia efectiva - 1

(Kw)

Potencia efectiva - 2

(Kw)

Potencia efectiva - 3

(Kw)

3000 19.71 11.15 11.15 11.15

2700 18.10 10.75 10.75 10.57

2500 17.09 10.12 10.12 10.12

2200 15.33 8.91 9.20 9.20

2000 13.80 8.16 8.49 8.36

1700 11.85 7.33 7.22 7.22

1500 10.55 6.37 5.87 6.37

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Ne-1 vs RPM

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Ne-2 vs RPM

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Ne-3 vs RPM

5.50

6.50

7.50

8.50

9.50

10.50

11.50

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000

Ne vs RPM

Ne-1

Ne-2

Ne-3

n (RPM)

Potencia indicada - 1

(Kw)

Potencia indicada - 2

(Kw)

Potencia indicada - 3

(Kw)

Potencia indicada (Kw)

3000 8.56 8.56 8.56 25.68

2700 7.35 7.35 7.53 22.22

2500 6.97 6.97 6.97 20.90

2200 6.42 6.13 6.13 18.69

2000 5.64 5.31 5.44 16.39

1700 4.51 4.63 4.63 13.76

1500 4.18 4.68 4.18 13.04

n (RPM)

Potencia mecánica (Kw)

3000 5.97

2700 4.12

2500 3.82

2200 3.36

2000 2.59

1700 1.92

1500 2.49

n

(RPM) Eficiencia mecánica

(η m)

3000 0.77

2700 0.81

2500 0.82

2200 0.82

2000 0.84

1700 0.86

1500 0.81

0.76

0.78

0.80

0.82

0.84

0.86

0.88

1000 1500 2000 2500 3000 3500

efic mecánica vs RPM

OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se recomienda que la variación de los parámetros de control sea gradual, a fin de que

las otras variables tengan un comportamiento similar y se pueda observar mejor su

desarrollo en la experiencia evitando los cambios bruscos.

Se recomienda verificar siempre el valor de temperatura del refrigerante.

Se observa que la fuerza en el dinamómetro disminuye conforme aumentamos las RPM

del cigüeñal; esto se debe a que conforme las RPM son elevadas es menor el impacto de

la inercia.

Se observó la aparición de una pequeña llama durante la experiencia con el motor

Daihatsu.

Se observó un carburador que se encontraba desarmado.

BIBLIOGRAFIA

JOVAJ M.S., “Motores de Automóvil”, Editorial MIR, Moscú 1982.

Experimentación y Calculo de MCI, LASTRA, IMCI - UNI, Lima 1995.