UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

MOTORES DE COMBUSTION INTERNALABORATORIO N1Determinacin de los parmetros geomtricos y constructivos de un MCI.

AUTORES: ASCONA-GUELAC-JOHNNY BRYAN20111244JCAMONES-CARDICH-ABEL20120024IPOMA-QUISPE-YHONY EDY20112575JSECCION: FDOCENTE:LIRA JUAN GUILLERMO

FECHA DE LA EXPERIENCIA: 27/03/15FECHA DE PRESENTACIN DE INFORME: 10/04/15LUGAR DE REALIZACIN: Laboratorio de motores, UNI. RMAC

INDICE

OBJETIVOS1FUNDAMENTO TERICO2PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL5CALCULOS Y RESULTADOS7CUESTIONARIO10OBSERVACIONES17CONCLUSIONES18RECOMENDACIONES19ANEXOS20

OBJETIVOS

Determinar los parmetros constructivos del motor e identificar sus principales componentes. Determinar la variacin de la carrera del pistn respecto del ngulo de giro de la manivela. Realizar el desmontaje y montaje de las partes importantes de un motor

FUNDAMENTO TERICO

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTORUn motor es un dispositivo que mediante la combustin de una mezcla de aire - combustible dentro de un cilindro, se transforma energa qumica almacenada en el combustible en energa mecnica. El motor realiza cuatro ciclos operativos (Ver figura n1). En el perodo de admisin, por la vlvula de admisin ingresa una mezcla de aire - combustible en proporciones cercanas a la estequiometria para el combustible dado. Luego de la admisin, la vlvula se cierra y el pistn comienza el perodo de compresin. El pistn comprime la mezcla, elevando su temperatura y logrando la evaporacin total del combustible de la mezcla. Unos grados antes de llegar al punto muerto superior, la mezcla es encendida por una chispa generada en la buja. En este momento, comienza la combustin. Una vez que el pistn llega al punto muerto superior, debe alcanzar su pico mximo de presin. De esta manera, la mezcla de gases de combustin a elevada temperatura y presin empujan al pistn, realizando trabajo mecnico. Este es el proceso de expansin Luego de llegar al punto muerto inferior, comienza el proceso de escape. La vlvula de escape se abre y el pistn evacua los gases remanentes de la combustin y al llegar al punto muerto superior, el ciclo comienza nuevamente.

Figura n1

ORDEN DE ENCENDIDO (MOTOR DE TIEMPO)Como para un motor de 4 tiempos con un cierto nmero de cilindros son posibles diversos rdenes de encendido, es necesario escoger el ms conveniente y adecuado, guindose, para ello, por estas dos importantes consideraciones:1.- Obtener la mayor uniformidad de carga sobre los cojinetes de bancada, cual se consigue alternando hasta el mximo los encendidos sobre las diversas manivelas.2.- Procurar, en lo posible, que la aspiracin de los cilindros alimentados por un colector comn no se obstaculicen recprocamente causando irregularidades en el llenado de alguno de ellos.As, por ejemplo, para los motores de 4 tiempos con 4 cilindros en lnea, numerando ordenadamente los cilindros en el sentido longitudinal, los rdenes de encendido posible son:Para el de 4 cilindros: 1-3-4-2; 1-2-4-3;COMPONENTES DE UN MOTORA) MLTIPLES DE ESCAPE :Los gases producidos en cada cilindro salen de las respectivas cmaras de combustin con la apertura de las vlvulas de escape, y son reunidos hacia una salida por el mltiple de escape.. Son fabricadas de hierro fundido. B) MLTIPLES DE ADMISIN: Los gases admitidos en cada cilindro ingresan a las respectivas cmaras de combustin con la apertura de las vlvulas de admisin, y son distribuidos desde su ingreso por el mltiple de admisin. Esta pieza es fabricada de aluminio.C) VLVULAS: Las vlvulas de admisin y de escape operan en la cmara de combustin, regulando el ciclo de aspiracin de una carga de combustible y el de expulsin de los gases de combustin.D) CULATA: Constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va colocada encima del bloque del motor. Su funcin es sellar la parte superior de los cilindros para evitar prdidas de compresin y salida inapropiada de los gases de escape.E) BLOQUE MOTOR: Actualmente, en las aplicaciones automovilsticas, los cilindros del motor se disponen formando el llamado bloque de cilindros. El bloque del motor debe de: Ser rgido para soportar los esfuerzos originados por la combustin. Permitir evacuar, por conduccin, parte del calor originado por la misma, resistir a la corrosin del lquido de refrigeracinF) PISTN: El pistn es la pieza que ayuda a la expansin y compresin de los gases dentro del cilindro. G) ANILLOS: Los anillos son unos segmentos de acero que se alojan en unas ranuras que posee el pistn. Los hay de dos tipos: de compresin o fuego y rascador de aceite.H) BULN: Es una pieza de acero que articula la biela con el pistn. Es la pieza que ms esfuerzo tiene que soportar dentro del motor; el buln tiene una holgura no mayor a una milsima de pulgada, en la siguiente figura se observa cmo van montado la biela, el buln y pistn. I) BIELA:La biela es el rgano mecnico que une al pistn, por medio del buln con el codo del cigeal. Este acoplamiento realiza la funcin de transforma el movimiento alternativo del pistn en giratorio del cigeal, transmitiendo la fuerza de la explosin del primero al segundo.J) CIGEALEl cigeal o rbol motor, recibe el impulso de las explosiones de cada cilindro, impulso que le hace girar con el volante y este a su vez, hace girar al cigeal en los tiempos de escape, admisin y compresin siguientesK) CARTERViene a ser el depsito o tina donde el aceite cae por gravedad tras cumplir su propsito lubricante. All se enfra y reposa, esto ltimo para reducir la espuma formada.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Reconocimiento de las partes externas del motor. Lo primero que realizamos fue reconocer las principales vistas del motor, frontal, lateral derecha y lateral izquierda. Adems tambin reconocimos los colectores de ingreso y escape, los cuales estn hechos de aluminio y fierro fundido respectivamente.

Figura n3Figura n2

2. Desmontaje del motor para el reconocimiento de las partes internas y la medicin de los parmetros constructivos: Lo primero que uno puede observar al iniciar el desmontaje es el eje de balancines o eje de levas, posteriormente se desmonta la culata pudindose observar la empaquetadura y los pistones.

Figura n4

3. Medicin de los parmetros constructivos (volumen muerto, carrera y dimetro del pistn) Primero procederemos a medir la carrera del pistn; para ello utilizamos el reloj comparador para establecer el punto mximo de altura del pistn y con ayuda de la regla de vernier calculamos la carrera del pistn. Luego utilizamos la probeta con aceite para medir el volumen muerto del pistn mediante diferencia de volmenes, habiendo nivelado previamente la superficie del motor con ayuda del marcador a nivel (Ver figura n5)4. Medicin de los ngulos de apertura y cierre de las vlvulas de ingreso y escape as como el orden de encendido. Para medir los ngulos de escape establecimos una marca en la rueda de la parte posterior para los puntos medios superior e inferior. Y analizamos para el primer pistn los momentos en que se abren o cierran las vlvulas de admisin y escape. Y para el orden de encendido se analizaron los 4 pistones a la vez para un ciclo entero del motor. (Ver figura n6)

Figura n5Figura n6

INSTRUMENTOS UTILIZADOS Juego de llaves Nivel Probeta Palanca Vernier Reloj comparador aceite

CALCULOS Y RESULTADOS

a) Dimetro del cilindro. 99.94 mm 99.73 mm 99.73 mm dimetro promedio=99.808mm 99.87 mm 99.77 mmb) Longitud de la carrera L=106.45 mm L=106.41 mm longitud promedio=106.306667mm L=106.06 mmc) Nmero de cilindro 4d) Calcular la cilindrada unitaria y total en cm3 L.

e) Determinar el volumen muerto 42ml=42*103EmpaquetaduraEspesor=1.74 mmDimetro 110.34 mm 110.44 mm dimetro promedio=110.31mm 110.15 mm

e) Relacin de compresin geomtrica

Reemplazando los datos obtenidos anteriormente se obtiene:

g) Determinar el sentido de giro El sentido de giro obtenido fue horario.

h) determinar el orden de encendido Orden de encendido 1-3-4-2i) Para determinar los ngulos de apertura y cierre de vlvulas.Total de dientes de la volante 114 ADMSION 6 dientes antes del PMS se abre. 17 dientes despus del PMI se cierra.ESCAPE 16 dientes antes del PMI se abre. 3 dientes despus del PMS se cierra.j) Determinar el diagrama circular de distribucin de fases (admisin y escape)

ADMISIONESCAPE

k) Calcular la longitud de la biela (L) y la relacin lambda el descentrado absoluto e y el relativo Descentrado del eje del cigeal y el eje de los cilindros.Giro derecho visto desde la parte delantera del motor 61.23 61.27 promedio=61.3366 61.51Giro izquierdo visto desde la parte delantera del motor 61.53 61.39 promedio=61.4466 61.42Descentrado absoluto e=0.11Descentrado relativo

Relacin lambda

l) Relacin de compresin real

CUESTIONARIO

1.-Explicar las diferencias, si las hubiesen, entre los valores de los parmetros obtenidos en el laboratorio y los datos de fbrica. Motor Nissan ED33 (Ver ANEXO)Datos obtenidos en el laboratorio Dimetro del cilindro. 99.94 mm 99.73 mm 99.73 mm dimetro promedio= 99.808mm 99.87 mm 99.77 mm

La primera comparacin obtenida es el dimetro del cilindro:Dimetro del cilindro segn datos de fbrica =100 mm el cual resulta 0.192 mayor a lo obtenido en el laboratorio La segunda comparacin se da respecto al relacin de compresin segn datos de fbrica resulta ser 20.2 y lo obtenido en el laboratorio es de . El orden de inyeccin es 1-3-4-2 es similar para ambos casos.2.- Se puede determinar el sentido de giro del motor solamente observando el movimiento de las vlvulas de admisin y escape al girar el cigeal?Es una forma prctica ya que en un momento dado existir el traslape, en el laboratorio se procedi a determinar el sentido de giro con el cilindro nmero uno como referencia se toma la vlvula de escape es la primera que debe bajar cerrar luego se debera abrir la de admisin. Se procedi primero en sentido anti horario el cual nos dio como resultado lo contrario a lo expuesto y se cambi de sentido de sentido el cual fue el correcto.3. Explicar brevemente que es la sincronizacin variable de vlvulasHay un momento en que las dos vlvulas (o cuatro) estn abiertas a la vez, es lo que se denomina cruce de vlvulas. Las vlvulas dentro de un motor de combustin interna se utilizan para controlar el flujo de la admisin y los gases de escape dentro y fuera de la cmara de combustin. El tiempo, la duracin y la elevacin del ciclo de abrir y cerrar de la vlvula tienen un impacto significativo en el rendimiento del motor. Sin sincronizacin variable de vlvulas o elevacin de vlvulas variable, la sincronizacin ha de ser la misma para todas las velocidades y las condiciones del motor. Un motor equipado con un sistema de sincronizacin variable de vlvulas se libera de esta restriccin, lo que permite que se mejore el rendimiento en el rango de funcionamiento del motor. En las zonas de bajas rpm, un cruce reducido favorece un ralent estable y unas emisiones bajas. En altas RPM, el poco tiempo disponible requiere un mayor cruce, especialmente con elevada carga motor. Hasta hace pocos aos, se calculaba el diagrama de distribucin para obtener un compromiso entre las dos situaciones.4.- Por qu es importante regular correctamente la luz de vlvulas? Qu sucede cuando la luz delas vlvulas es excesiva o insuficiente? Es muy importante regular dicha distancia para que el motor pueda funcionar de manera ptima (la luz de las vlvulas vienen en los datos de fbrica).Si el espacio es menor al adecuado el balancn puede recalentarse pues el vstago de las vlvulas estn sometidas a altas temperaturas sobre todo en los de escape el cual hacen que se dilaten. Si el espacio es mayor el motor tiende a emitir ruidos.5. Por qu las vlvulas de admisin y escape se abren antes y se cierran despus de los puntos muertos respectivos?En la prctica las vlvulas se abren y se cierran antes o despus de los puntos muertos para mejorar el rendimiento del motor. Es decir, gracias a que la vlvula de admisin se abre antes del PMS esto permite un mejor llenado del cilindro ya que deja que ingrese combustible por ms tiempo. El retraso del cierre de admisin permite un mejor llenado del cilindro despus que este regresa del PMI aumentando as el rendimiento del motor. Al abrirse la vlvula de escape antes de que el pistn llegue al PMI , esto da facilidad a que los gases de escape salgan sin que se produzca alguna contrapresin a la hora que el pistn comienza a subir.6.- Para qu sirve el traslapo o cruce de vlvulas? Llamado cruce de levas o cruce de vlvulas, consiste en el espacio, medido en grados sexagesimales de giro del cigeal, en el que la vlvula de escape y la de admisin se encuentran abiertas en forma simultnea. Suele ser de unos 20 a 25 para motores normales de uso urbano o carretero, y en el caso de los motores de altas prestaciones, para competicin, puede llegar a 35 o incluso ms. Un cruce de vlvulas amplio permite al motor alcanzar unas RPM ms altas, pero su funcionamiento a bajas velocidades reducir drsticamente el rendimiento del motor, entregando menos potencia y un par motor menor. Por el contrario, un cruce de levas corto, permitir al motor obtener un buen rendimiento a regmenes bajos, pero por arriba de las 3.500/4000 RPM (dependiendo del diseo del motor) sus prestaciones decaen.7. Por qu algunos fabricantes disean motores con descentrado o excentricidad? Para que sirve este descentrado? (utilice el diagrama de cuerpo libre de la biela) (ver Dante Giacosa).El descentrado se debe a que la manivela al inclinarse produce una fuerza de empuje sobre las paredes del cilindro que provoca prdidas de potencia por rozamiento , adems que causa desgaste . Para contrarrestar esta fuerza se recurre al descentrado y de esta forma reducir la fuerza lateral durante la carrera.

Figura n7

8. Calcular y graficar como varan el desplazamiento y la velocidad instantnea en funcin del Angulo de giro del cigeal, es decir, graficar las siguientes funciones (asuma la velocidad de rotacin nominal y los dems parmetros necesarios del motor asignado)(considere que el motor es centrado)Desplazamiento, velocidad y aceleracin del pistn:

De la grfica tenemos:

Tomando en consideracin los pequeos valores del parmetro , es conveniente desarrollar una serie segn exponentes del pequeo parmetro 2 y limitarse a los trminos del orden 2.

Finalmente

As tenemos:

(El clculo de se desarrolla en Matlab, revisar Anexo)

10. Comprobar que el valor numrico de la velocidad mxima del pistn del motor asignado se alcanza aproximadamente cuando, en el recorrido del pistn, la biela es tangente a la manivela; y que aproximadamente la velocidad mxima se puede calcular

Reemplazando estos valores en

Simplificando llegamos a:

Tomando en consideracin los pequeos valores del parmetro se simplifica finalmente a:

Derivando () obtenemos

Para hallar el mximo igualamos a cero

El ngulo exacto es:

OBSERVACIONES

1. El dimetro promedio nos result 99.808 mm.

2. La longitud de carrera 106.30 mm.

3. La relacin de compresin geomtrica 15.18625.

4. El sentido de giro del motor determinado fue horario

5. Se puede observar claramente en los resultados los ngulos de apertura y retraso para la admisin y el escape.

CONCLUSIONES

1. Todo motor para que opere lo ms eficientemente posible debe realizar adelantos y atrasos en la apertura y cierre respectivamente de las vlvulas tanto de admisin como de escape, lo cual se pudo comprobar con la medicin de dichos ngulos.2. El dimetro hallado es cercano al dimetro que encontramos en los datos de fbrica, por lo que concluimos que nuestras mediciones fueron correctas.3. Concluimos que los motores diesel deben de tener menor volumen muerto que los motores gasolineras, para asegurar el autoencendido del gasoil. Lo que conlleva a decir que la relacin de compresin de un motor diesel es mayor que la del motor Otto.

4. La relacin de compresin geomtrica resulto 15.186, el cual no es un valor optimo pero si aceptable para este tipo de motores.

5. Consideramos que la relacin de compresin nos sali baja debido al volumen muerto, ya que para hallarlo probablemente cometimos errores .Primero porque medirlo con el aceite resulta impreciso, por los derrames que pueden haber o por la percepcin del que mide el volumen de aceite que queda en la probeta. En nuestro caso se derram se us ms aceite del necesario que no pudimos medir de manera correcta.

RECOMENDACIONES

1. Al momento del desarmado del motor, para medir los volmenes, se recomienda tener cuidado con el peso de la culata del motor.2. Tratar de poner la culata lo ms horizontal posible para una correcta medida del volmenes muertos con el aceite.3. Al momento de girar la rueda dentada siempre hacerlo en sentido anti horario (mirndole de frente a la volante) o sentido horario mirando de frente al sistema de transmisin de potencia, hasta obtener el punto de cierre o abertura de las vlvulas, luego tratar de encontrar el punto exacto de ello con ligeros movimientos hacia uno y otro lado. 4. Trabajar con el mayor orden posible, debido a la cantidad de partes que se desmontan del motor.

ANEXOSMotor Nissan ED33:N CILINDROS....................................4/OHVCILINDRADA.......................................3.298 CCRELACION COMPRESION...................... 20.2ORDEN INYECCION...............................1-3-4-2

http://www.nationaltruckspares.com.au/P_Nissan--UD-Nissan-ED33-Diesel-Engine-Cabstar-MGH40-Civilian-Cabstar-MGH40-Civilian-Engines-.aspx?id=119

SIMULACION EN MATLAB%Solucin de ecuaciones simultaneas no lineales con el mtodo de Newtonclear allclcS90=61.27; %desplazamiento girando 90 a la derechaS90n=61.39; %desplazamiento girando 90 a la izquierdaR=53.2; %Radio de la manivela%valores iniciales %L=x1 %E=x2 %phi=x3 x1=R/0.25; x2=0; x3=0;for i=1:50F1=(R+x1)*cos(x3)+R*sin(x3)-(x1^2-(R*cos(x3)-x2)^2)^.5-S90;F2=(R+x1)*cos(x3)-R*sin(x3)-(x1^2-(R*cos(x3)+x2)^2)^.5-S90n;F3=x3-asin(x2/(R+x1));F=[ F1 F2 F3 ]';%En la matriz siguiente, el primer trmino de la primera fila es la derivada parcial de F1 con respecto a x1; el segundo trmino de la primera fila es la derivada parcial de F1 con respecto a x2, etc. % j=[ cos(x3)-0.5*(x1^2-(R*cos(x3)-x2)^2)^-.5*2*x1 -0.5*(x1^2-(R*cos(x3)-x2)^2)^-.5*2*(R*cos(x3)-x2) -(R+x1)*sin(x3)+R*cos(x3)-0.5*(x1^2-(R*cos(x3)-x2)^2)^-.5*2*(R*cos(x3)-x2)*(R*sin(x3)) cos(x3)-0.5*(x1^2-(R*cos(x3)+x2)^2)^-.5*2*x1 0.5*(x1^2-(R*cos(x3)+x2)^2)^-.5*2*(R*cos(x3)+x2) -(R+x1)*sin(x3)-R*cos(x3)-0.5*(x1^2-(R*cos(x3)+x2)^2)^-.5*2*(R*cos(x3)+x2)*(R*sin(x3)) -x2*(R+x1)^-2/(1-(x2/(R+x1))^2)^.5 -(R+x1)^-1/(1-(x2/(R+x1))^2)^.5 1]; M=[x1 x2 x3 ]'-inv(j)*F; x1=M(1); x2=M(2); x3=M(3); end L1=(R^2/((S90+S90n)/2-R))/2; %Valor aproximado de la longitud de la biela considerando el promedio de desplazamientosL2=R^2/(2*(S90-R)); %Valor aproximado de la longitud de la biela considerando el desplazamiento a la derechaL=x1%longitud de la bielaE=x2%descentradophi=x3*180/pi% ngulo de la biela y la manivela en el PMS con la verticallambda=R/L % Relacink=E/R %descentrado relativo

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