Lab de motores

1

1. OBJETIVOS

Evaluacin de parmetros efectivos en funcin de la variacin de presin en el aire de

admisin.

Obtencin y anlisis de las curvas caractersticas de velocidad y de carga de un MECH

de carburador.

2. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR

Motor

o Marca : Nissan GA15DS

o Potencia : 70 kW @ 6000 rpm

o Torque : 126 Nm @ 3600 rpm

o Cilindrada : 1497 cc

o Dimetro y carrera : 73,6 mm y 88 mm, respectivamente

o Orden de encendido : 1-3-4-2

o Tipo de encendido : Distribuidor y bobina

o Relacin de compresin : 9,5:1

Dinammetro

o Marca: Zllner & Co Kiel

o Rangos de torque: 0 a 150 Nm ( 0,5 Nm) y 0 a 300 N m ( 0,5 Nm)

o Velocidad mxima: 10000 rpm

Tacmetro

o Marca: Grnzweig Hartmann AG

o Rango de velocidad: 0 a 10000 rpm ( 200 rpm)

Tanque con placa orificio (para medir el consumo de aire)

o Dimetro de la placa de orificio: 32.04 mm

o Coeficiente de descarga del orificio: 0.6

Manmetro digital marca Dywer

o Rango : 0-40 inH2O (0 0,1bar)

o Accesorio: 1 manguera

Analizador de Gases AVL

Sensor de temperatura

Transmisor de presin marca Yokogawa

Medidor de gasolina marca Seppeler-Stiftung (volumen evaluado: 50ml)

Sensores para medicin de consumo de combustible marca OVAL M III (aprox. 0.1 gal/h)

Vlvula mariposa en la succin de aire del motor, marca UNIVAL - DN50

Cronmetro digital

Higrmetro

2

3. PARMETROS MEDIDOS

3.1 Ensayo de variacin de la presin de admisin

Para un rgimen de giro del eje cigeal constante de 2000 rpm, la presin de admisin ser

limitada en cuatro valores manomtricos (-5, -10, -20 y -30 kPa); para lograr esta variacin de

presin se maniobr la palanca de la vlvula del carburador, manteniendo la vlvula mariposa

(vlvula UNIVAL) completamente abierta, del mismo modo se vari el torque en el dinammetro

para obtener el torque mximo en las condiciones de operacin del motor en cada punto de

ensayo.

Finalmente se obtuvieron cuatro puntos de ensayo, en los cuales se registraron los parmetros

de funcionamiento del motor, se debe notar que aunque no se logr cuadrar estos puntos de

ensayo en los valores exactos de velocidad y presin de admisin, se realizaron las mediciones

en puntos de operacin muy prximos a estos.

Combustible Gases de escape

Parmetro Volumen Tiempo CO CO2 O2 HC

Unidades ml segundos - % % % ppm

1 50 24.02 1.027 1.07 13.1 1.54 348

2 50 31.76 0.983 1.37 13.7 0.74 372

3 50 36.97 0.868 4.69 11.8 0.38 468

4 50 43.80 0.693 11.51 7.5 0.33 645

Parmetro

Velocidad Terica

Velocidad Real

Presin admisin

terica

Presin admisin

real Torque

Temp gases de escape

Temp salida

refriger

Temp aire

admisin

P Placa

orificio

Unidades

RPM RPM kPa kPa Nm C C C Pa

1 2000 2120 -5 -6.10 90 604 71 35.6 142

2 2000 1840 -10 -10.21 86 616 84 40.7 95

3 2000 2150 -15 -15.39 81 587 75 34.9 108

4 2000 2109 -30 -32.00 52 500 71 35.0 54

3

3.2 Ensayo a plena carga

El objetivo de este ensayo es poder levantar las curvas a plena carga del motor, para esto se

vari la velocidad de giro del cigeal desde 2500 hasta 5000 rpm, con incrementos de 500

rpm (el punto a 2000 rpm se obtuvo en el ensayo anterior, medicin 1), todas las mediciones se

realizaron con la vlvula mariposa en la succin del aire del motor (UNIVAL) completamente

abierta, logrando as la condicin a plena carga.

Finalmente se obtuvieron seis puntos de ensayo ms el punto a 2000 rpm que se obtuvo

anteriormente, en los cuales se registraron los parmetros de funcionamiento del motor, se

debe notar que aunque no se logr cuadrar estos puntos de ensayo en los valores exactos de

velocidad, se realizaron las mediciones en puntos de operacin muy prximos a estos.

Parmetro Velocidad

terica Velocidad

Real Torque


Temp salida refrigerante

Temp aire

admisin

P Placa

orificio

Pres salid carburador

Unidades RPM RPM Nm C C C Pa kPa

1 2000 2120 90 604 71 35.6 142 -6.10

2 2500 2517 85 636 75 38.2 185 -8.02

3 3000 2996 78 673 78 39.0 235 -9.17

4 3500 3494 67 687 79 40.9 275 -10.33

5 4000 4008 60 706 81 42.8 311 -10.62

6 4500 4503 56 708 89 48.6 330 -11.67

7 5000 5023 46 706 90 52.8 356 -12.41




1 50 24.02 1.027 1.07 13.1 1.54 348

2 50 65.7 1.018 1.03 13.5 1.31 346

3 50 60.9 1.051 0.58 13.5 1.61 298

4 50 55.6 1.063 0.44 13.5 1.80 259

5 50 50.9 1.062 0.57 13.6 1.77 185

6 50 49.4 0.990 0.92 14.0 0.69 318

7 50 45.2 1.069 0.35 13.7 1.86 237

4

3.3 Ensayo a cargas parciales

El objetivo principal de este ensayo es obtener las curvas a cargas parciales del motor, para

esto se vari el porcentaje en un 75, 50 y 25% del torque mximo, solo para cuatro velocidades

de giro del cigeal, 2000, 3000, 4000 y 5000 rpm.

Finalmente se obtuvieron doce puntos de ensayo, tres puntos por cada velocidad, en los cuales

se registraron los parmetros de funcionamiento del motor, se debe notar que aunque no se

logr cuadrar estos puntos de ensayo en los valores exactos de velocidad, se realizaron las

mediciones en puntos de operacin muy prximos a estos.




1 50 88.9 0.953 2.04 13.6 0.50 315

2 50 112.0 0.947 2.30 13.6 0.50 340

3 50 151.0 0.910 3.74 12.5 0.62 386

4 50 67.8 0.954 2.03 13.9 0.35 256

5 50 88.1 0.935 2.54 13.3 0.33 304

6 50 107.0 0.920 3.00 13.0 0.39 319

7 50 62.9 0.940 1.99 13.2 0.42 237

8 50 76.2 0.953 1.97 13.7 0.39 228

9 50 84.4 0.955 1.88 13.4 0.37 254

10 50 58.5 0.978 1.33 14.0 0.33 241

11 50 65.3 0.966 1.45 14.2 0.36 238

12 50 88.4 0.940 2.31 13.0 0.40 273

Parmetro

Velocidad

Velocidad Real

Porc Torque

mx.

Torque terico

Torque Real


Temp salida refrige

Temp aire

admisin

P Placa

orificio

Pres salid

carburad

Unidades

RPM RPM % Nm Nm C C C Pa kPa

1 2000 2002 75 67.5 68 560 74 44.7 180 -23.06

2 2000 2023 50 45.0 46 532 72 46.3 49 -37.57

3 2000 2030 25 22.5 23 448 69 50.6 26 -52.78

4 3000 3029 75 58.5 60 634 79 49.6 145 -26.25

5 3000 2995 50 39.0 40 597 77 50.0 85 -38.86

6 3000 3002 25 19.5 20 543 74 55.0 45 -51.01

7 4000 4018 75 45.0 45 639 79 47.8 185 -29.27

8 4000 4016 50 30.0 30 627 80 51.6 124 -38.07

9 4000 4040 25 15.0 15 590 79 61.1 78 -48.11

10 5000 5016 75 34.0 34 683 96 63.6 221 -27.63

11 5000 5009 50 23.0 24 649 94 70.2 164 -34.86

12 5000 4997 25 11.5 10 594 89 80.6 93 -47.70

5

4. EJEMPLO DE CLCULO

A continuacin se presenta el clculo desarrollado para determinar los parmetros requeridos a

partir de los valores tomados en la sesin del laboratorio en el ENSAYO DE VARIACIN DE

LA PRESIN DE ADMISIN. Tericamente todas las tomas de datos se realizaron a una

velocidad constante de 2000 RPM, aunque se trat de obtener la mayor precisin, las

velocidades difieren en cierto rango del valor terico, para este ejemplo de clculo se tomara

como referencia los datos obtenidos a una velocidad real de 2109 RPM y a una presin de

admisin real de -32 kPa.

Parmetros medidos en el ensayo,

Parmetro Valor Unidades

Fun

cio

nam

ien

to

Velocidad Terica 2000 RPM

Velocidad Real 2109 RPM

Presin de admisin terica -30.00 kPa

Pres salid carburador -32.00 kPa

Torque 52 Nm

Temp gases de escape 500 C

Temp salida refrigerante 71 C

Temp aire admisin 35.0 C

P Placa orificio 54 Pa

Combustible

Volumen 50 ml

Tiempo 43.80 seg

Gas

es d

e

esca

pe

0.693 -

CO 11.51 %

CO2 7.5 %

O2 0.33 %

Hidrocarburos (HC) 645 ppm

Para realizar los clculos se har uso de los siguientes parmetros adicionales, los cuales son

datos con los siguientes valores constantes,

Parmetro Valor Unidades

PCI combustible 43950 kJ/kg

Densidad combustible 760 g/l

Dimetro cilindro 73.6 mm

Carrera 88 mm

Cilindrada 1497 cm3

i motor 0.5 -

Dimetro placa orificio 32.04 mm

Coeficiente descarga 0.6 -

Presin atmosfrica 101.325 kPa

Temperat. atmosfrica 25 C

R aire 0.287 kJ/kg

Fe (1/16.7) 0.06803 -

Densidad de aire 1.18473 kg/m3

6

n: Velocidad de rotacin [RPS]

i: Nmero de ciclos por vuelta

- motores

- motores

.

a. Potencia efectiva

La potencia efectiva se calcula usando la siguiente expresin,

TePe , el valor w es la velocidad de rotacin expresada en rad/s

kWPe 484.1160

2210952

b. Consumo especifico de combustible

El consumo especfico de combustible (CEC) se determina haciendo uso de la siguiente

expresin,

, donde mc representa el flujo msico del combustible y se calcula

con el tiempo tomado para un consumo de 50 ml y con la densidad de

la gasolina (760 Kg/m3)

hkW

g

Pe

mcec c

959.27148.11

288.3123

c. Presin media efectiva

Es la presin constante que durante una carrera produce un trabajo igual al trabajo efectivo, se

calcula usando la siguiente expresin:

T

E

V

Wpme

, donde We es el trabajo efectivo y es directamente proporcional a la potencia efectiva,

kJWE 6535.05.0

602109

48.11

barkPaVt

Wpme E 37.4507.436

1001497

6535.0

3

e

c

P

mcec

in

PW eE

5.04

12

iT

iT

7

Donde:

nv: Eficiencia volumtrica

ma: Masa de aire real

ma.ref: consumo msico de referencia

.

Donde:

ref: Densidad de referencia

Vt: Cilindrada total [m3]

n: Velocidad de rotacin [RPS]

i: Ciclos por giro [4T-> i=0.5]

.

Donde:

ma: Flujo msico del aire [Kg/s]

Aori: Area del orificio en el tanque (d=73mm)

aire: Densidad del aire (referencia)

p: Cada de presin [Pa]

.

d. Rendimiento volumtrico

La eficiencia volumtrica es el indicador del llenado del cilindro y se calcula haciendo uso de la

siguiente expresin,

El consumo msico de referencia viene dado por la siguiente ecuacin, y las condiciones de

referencia a tomar son las atmosfricas,

P=101.325kPa

T=25C

La densidad de referencia se calcula de la siguiente manera, tomando al aire como un gas

ideal,

31847.1

)27325(287.0

325.101

m

Kg

TR

Pref

s

KginVm Trefrefa 031154.05.0

60

210910014971847.1 3.

Para determinar la masa de aire real, se usa la siguiente expresin que evala el flujo de aire

que pasa por el tanque instalado en el motor del laboratorio,

La expresin para calcular el flujo msico de aire tiene la siguiente forma,

s

KgpAm

aire

orificioa 005472.018473.1

542

4

03204.06.0

26.0

2

Finalmente, se calcula el rendimiento volumtrico,

%5643.17100031154.0

005472.0

.

refa

a

v

m

m

refa

av

m

m

.

inVm Trefrefa

.

aire

orificioa

pAm

26.0

8

Donde:

ne: Rendimiento efectivo

Pe: Potencia especfica corregida [kW]

mc: Flujo msico de combustible

PCI: Poder calorfico inferior del diesel

.

e. Rendimiento efectivo

Es la relacin entre la potencia efectiva desarrollada y la energa suministrada por el

combustible y viene dado por la siguiente expresin,

%119.3010043950

1000288.3123

48.11

PCIm

P

C

e

E

f. Factor lambda

El factor lamba, corresponde a la inversa del dosado relativo del motor y se calcula usando la

siguiente expresin,

rF

1 , donde Fr representa al dosado relativo

Para hallar el valor del dosado relativo, usaremos el dosado total y el estequiomtrico, el

dosado total se obtiene con el consumo msico de aire y combustible del motor,

15855.0005472.0

00086758.0

re

a

c FF

m

mF

33057.206803.0

15855.015855.1

e

rF

F

Finalmente, 42907.033057.2

11

rF

*El factor lambda medido es 0.693, el valor es mayor al calculado.

g. Emisiones (CO, CO2 y HC)

Los valores medidos en los gases de escape del motor son los siguientes,

Elemento medido Valor Unidades

CO 11.51 %

CO2 7.5 %

O2 0.33 %

Hidrocarburos (HC) 645 ppm

PCIm

P

C

EE

'

9

5. PARMETROS CALCULADOS

5.1 Ensayo de variacin de la presin de admisin

a b

Parmetro Velocidad

real

Presin aire de

admisin

Velocidad Angular

Potencia Efectiva

Caudal Combust

Flujo Msico

Combust

Consu. Espec

Combust

Unidades RPM kPa rad/s kW l/s g/s g/kW.h

1 2000 -5 222.006 19.981 0.002082 1.582015 285.040

2 2000 -10 192.684 16.571 0.001574 1.196474 259.933

3 2000 -15 225.147 18.237 0.001352 1.027860 202.901

4 2000 -30 220.854 11.484 0.001142 0.867580 271.959

c

Parmetro Velocidad

real

Presin aire de

admisin

Velocidad Real

Trabajo Efectivo

Presin Media Efect.

Presin Media Efect.

Unidades RPM kPa rps kJ kPa Bar

1 2000 -5 35.3333 1.1310 755.493 7.5549

2 2000 -10 30.6667 1.0807 721.916 7.2192

3 2000 -15 35.8333 1.0179 679.944 6.7994

4 2000 -30 35.1500 0.6535 436.507 4.3651

e f

Parmetro Velocidad

real

Presin aire de

admisin

Rendimiento Efectivo

Dosado Absoluto

Dosado Relativo

Factor Lambda

Unidades RPM kPa % - - -

1 2000 -5 28.7367 0.17829 2.62069 0.38158

2 2000 -10 31.5125 0.16485 2.42320 0.41268

3 2000 -15 40.3700 0.13282 1.95241 0.51219

4 2000 -30 30.1190 0.15855 2.33057 0.42908

d

Parmetro Velocidad

real

Presin aire de

admisin

Densidad Referenci

Flujo Msico

Aire Refer

Caudal de Aire

Flujo Msico

Aire

Rendimiento Volumtrico

Unidades RPM kPa kg/m3 kg/s m3/s kg/s %

1 2000 -5 1.18413 0.031317 0.007490 0.008874 28.3347

2 2000 -10 1.18413 0.027181 0.006126 0.007258 26.7026

3 2000 -15 1.18413 0.031760 0.006532 0.007739 24.3660

4 2000 -30 1.18413 0.031154 0.004619 0.005472 17.5643

10

5.2 Ensayo a plena carga

a b

Parmetro Velocidad

real Velocidad Angular

Potencia Efectiva

Caudal Combust

Flujo Msico

Combust

Consu. Espec

Combust

Unidades RPM rad/s kW l/s g/s g/kW.h

1 2500 263.580 22.404 0.000761 0.578387 92.937

2 3000 313.740 24.472 0.000821 0.623974 91.792

3 3500 365.891 24.515 0.000899 0.683453 100.366

4 4000 419.717 25.183 0.000982 0.746562 106.724

5 4500 471.553 26.407 0.001012 0.769231 104.867

6 5000 526.007 24.196 0.001106 0.840708 125.083

e f

Parmetro Velocidad

real Rendimiento

Efectivo Dosado

Absoluto Dosado Relativo

Factor Lambda

Unidades RPM % - - -

1 2500 88.1361 0.05711 0.83942 1.19129

2 3000 89.2359 0.05466 0.80349 1.24457

3 3500 81.6129 0.05535 0.81356 1.22916

4 4000 76.7508 0.05685 0.83567 1.19665

5 4500 78.1094 0.05687 0.83589 1.19633

6 5000 65.4856 0.05984 0.87957 1.13692

c d

Parmetro

Velocidad terica

Velocidad Real

Trabajo Efectiv

o

Presin Media Efect.

Presin Media Efect.

Flujo Msico

Aire Refer

Caudal de Aire

Flujo Msico

Aire

Rend Volumt

rico

Unidades

RPM rps kJ kPa Bar kg/s m3/s kg/s %

1 2500 41.9500 1.0681 713.521 7.1352 0.037181 0.008549 0.010128 27.2404

2 3000 49.9333 0.9802 654.761 6.5476 0.044257 0.009635 0.011415 25.7930

3 3500 58.2333 0.8419 562.423 5.6242 0.051614 0.010423 0.012349 23.9251

4 4000 66.8000 0.7540 503.662 5.0366 0.059206 0.011084 0.013132 22.1801

5 4500 75.0500 0.7037 470.085 4.7008 0.066518 0.011418 0.013527 20.3360

6 5000 83.7167 0.5781 386.141 3.8614 0.074200 0.011859 0.014050 18.9353

11

5.3 Ensayo a cargas parciales

a b

Parmetro Velocidad

real Velocidad Angular

Potencia Efectiva

Caudal Combust

Flujo Msico

Combust

Consu. Espec

Combust

Unidades RPM rad/s kW l/s g/s g/kW.h

1 2000 209.649 14.256 0.000562 0.427447 107.940

2 2000 211.848 9.745 0.000446 0.339286 125.339

3 2000 212.581 4.889 0.000331 0.251656 185.292

4 3000 317.196 19.032 0.000737 0.560472 106.017

5 3000 313.636 12.545 0.000568 0.431328 123.773

6 3000 314.369 6.287 0.000467 0.355140 203.345

7 4000 420.764 18.934 0.000795 0.604134 114.864

8 4000 420.555 12.617 0.000656 0.498688 142.294

9 4000 423.068 6.346 0.000592 0.450237 255.413

10 5000 525.274 17.859 0.000855 0.649573 130.938

11 5000 524.541 12.589 0.000766 0.581930 166.411

12 5000 523.285 5.233 0.000566 0.429864 295.730

c

Parmetro Velocidad

real Velocidad

Real Trabajo Efectivo

Presin Media Efect.

Presin Media Efect.

Unidades RPM rps kJ kPa Bar

1 2000 33.3667 0.8545 570.817 5.7082

2 2000 33.7167 0.5781 386.141 3.8614

3 2000 33.8333 0.2890 193.070 1.9307

4 3000 50.4833 0.7540 503.662 5.0366

5 3000 49.9167 0.5027 335.775 3.3577

6 3000 50.0333 0.2513 167.887 1.6789

7 4000 66.9667 0.5655 377.747 3.7775

8 4000 66.9333 0.3770 251.831 2.5183

9 4000 67.3333 0.1885 125.916 1.2592

10 5000 83.6000 0.4273 285.409 2.8541

11 5000 83.4833 0.3016 201.465 2.0146

12 5000 83.2833 0.1257 83.944 0.8394

12

d

Parmetro Velocidad

real Densidad Referenci

Flujo Msico Aire Refer

Caudal de Aire

Flujo Msico

Aire

Rendimiento Volumtrico

Unidades RPM kg/m3 kg/s m3/s kg/s %

1 2000 1.18413 0.029574 0.008433 0.009990 33.7818

2 2000 1.18413 0.029884 0.004400 0.005213 17.4427

3 2000 1.18413 0.029987 0.003205 0.003797 12.6620

4 3000 1.18413 0.044745 0.007569 0.008967 20.0399

5 3000 1.18413 0.044242 0.005795 0.006865 15.5175

6 3000 1.18413 0.044346 0.004216 0.004995 11.2643

7 4000 1.18413 0.059354 0.008549 0.010128 17.0642

8 4000 1.18413 0.059325 0.006999 0.008292 13.9774

9 4000 1.18413 0.059679 0.005551 0.006577 11.0199

10 5000 1.18413 0.074097 0.009344 0.011070 14.9399

11 5000 1.18413 0.073993 0.008049 0.009536 12.8879

12 5000 1.18413 0.073816 0.006061 0.007181 9.7284

e f

Parmetro Velocidad

real Rendimiento

Efectivo Dosado

Absoluto Dosado Relativo

Factor Lambda

Unidades RPM % - - -

1 2000 75.8859 0.04279 0.62892 1.59003

2 2000 65.3518 0.06509 0.95679 1.04516

3 2000 44.2066 0.06628 0.97425 1.02643

4 3000 77.2621 0.06251 0.91879 1.08838

5 3000 66.1788 0.06283 0.92352 1.08281

6 3000 40.2820 0.07110 1.04506 0.95688

7 4000 71.3114 0.05965 0.87679 1.14052

8 4000 57.5647 0.06014 0.88403 1.13118

9 4000 32.0702 0.06846 1.00633 0.99370

10 5000 62.5574 0.05868 0.86254 1.15936

11 5000 49.2223 0.06102 0.89701 1.11482

12 5000 27.6980 0.05986 0.87991 1.13648

13

6. GRFICOS Y ANLISIS DE RESULTADOS

Ensayo de variacin de la presin de admisin Potencia efectiva

Se observa que la curva de Pe vs. Presin de admisin, desarrolla una tendencia ascendente;

el motor desarrolla mayor potencia efectiva a medida que la presin del aire admitido es mayor,

esto se debe a que a mayor presin en el flujo de aire que pasa por el carburador, este produce

un mayor vaco (efecto Venturi) por lo que se dosifica mayor flujo de combustible, por ende

ingresa mayor cantidad de mezcla a la cmara de combustin y esto se traduce en mayor

potencia en el eje cigeal. De igual modo a medida que el factor lambda aumenta, es decir

que el dosado relativo disminuye (mezcla ms pobre) el motor entrega mayor potencia efectiva.

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Po

ten

cia

efe

ctiv

a (k

W)

Factor lambda medido

Pe vs Factor lambda medido

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

Po

ten

cia

efe

ctiv

a (k

W)

Presin de aire de admision (kPa)

Pe vs Presin de admisin

14

Ensayo de variacin de la presin de admisin Consumo efectivo de combustible

Por lo explicado anteriormente, a medida que la presin del aire de admisin aumenta, este

flujo de aire, adquiere mayor velocidad en su paso por el carburador, por lo que en este se

dosifica mayor cantidad de combustible, aumentado as, el consumo especifico de combustible

del motor, este parmetro tambin aumenta a medida que el factor lambda se incrementa.

Como se observa la primera medicin no sigue la tendencia general de las curvas mostradas,

esto se pudo deber a un error en la medicin (lectura de valor errneo).

0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000

250.0000

300.0000

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

Co

nsu

mo

esp

ec

fico

de

co

mb

ust

ible

(g/

kW-h

)


CEC vs Presin de admisin

0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000

250.0000

300.0000

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Co

nsu

mo

esp

ec

fico

de

co

mb

ust

ible

(g/

kW-h

)


CEC vs Factor lambda medido

15

Ensayo de variacin de la presin de admisin Presin media efectiva

Se observa que la presin media efectiva se incrementa a medida que se aumenta la presin

del aire de admisin, esto es lgico ya que la mezcla de aire-combustible que sale del

carburador ingresa a una mayor presin a la cmara de combustin, por lo que se desarrolla

una mayor presin media en esta zona, la misma tendencia se observa al comparar la presin

media efectiva con el factor lambda medido. Esto es lgico debido a que el PME es

directamente proporcional al trabajo efectivo y este a su vez es directamente proporcional a la

potencia efectiva que se comporta de la misma manera que el PME.

0.0000

1.0000

2.0000

3.0000

4.0000

5.0000

6.0000

7.0000

8.0000

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

Pre

sin

me

dia

efe

ctiv

a (b

ar)


PME vs Presin de admisin

0.0000

1.0000

2.0000

3.0000

4.0000

5.0000

6.0000

7.0000

8.0000

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Pre

sin

me

dia

efe

ctiv

a (b

ar)


PME vs Factor lambda medido

16

Ensayo de variacin de la presin de admisin Rendimiento volumtrico

El rendimiento volumtrico es la relacin entre el flujo msico de aire con el flujo msico de aire

de referencia, se observa que a medida que la presin del aire de admisin se incrementa, el

rendimiento volumtrico tambin sigue esa tendencia, esto es debido a que cuando la presin

es ms elevada, la densidad del aire se incrementa y el motor admite mayor cantidad de aire

en las cmaras de combustin, por lo que la eficiencia se aumenta. Es lgico que lo mismo

suceda con el factor lambda, ya que este es directamente proporcional al flujo msico de aire

de admisin.

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

Re

nd

imie

nto

vo

lum

tr

ico

(%

)


Rend. volumetrico vs Presin de admisin

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Re

nd

imie

nto

vo

lum

tr

ico

(%

)


Rend. volumtrico vs Factor lambda medido

17

Ensayo de variacin de la presin de admisin Rendimiento efectivo

En ambas curvas se observa que el primer punto no sigue la tendencia del resto de puntos

(que en las dos curvas siguen una tendencia decreciente) es por eso que no se tomara en

cuenta para realizar el anlisis correspondiente. En la primera curva se observa que al

aumentar la presin de admisin, el rendimiento efectivo decrece, esto se debe principalmente

a que cuando la presin del aire en la admisin aumenta. el flujo de combustible tambin lo

hace, y debido a que este parmetro es indirectamente proporcional al rendimiento efectivo,

este decrece.

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

35.0000

40.0000

45.0000

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Re

nd

imie

nto

efe

ctiv

o (

%))


Rend. efectivo vs Factor lambda medido

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

35.0000

40.0000

45.0000

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

Re

nd

imie

nto

efe

ctiv

o (

%)


Rend. efectivo vs Presin de admisin

18

Ensayo de variacin de la presin de admisin Factor lambda calculado

Como ya se mencion anteriormente, a mayor presin del aire de admisin, el factor lambda

aumenta, debido a que la mezcla es cada vez ms pobre (es decir la proporcin del flujo de

combustible decrece en la mezcla). En la segunda grafica se observa que los factores lambda

son distintos, esto se puede haber debido a la poca precisin de las mediciones en el ensayo

del laboratorio.

0.00000

0.10000

0.20000

0.30000

0.40000

0.50000

0.60000

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Fact

or

lam

bd

a ca

lcu

lad

o


Lambda calculado vs Factor lambda medido

0.00000

0.10000

0.20000

0.30000

0.40000

0.50000

0.60000

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

Faxt

or

lam

bd

a ca

lcu

lad

o


Lambda calculado vs Presin de admisin

19

Ensayo de variacin de la presin de admisin Emisiones CO, CO2, O2

A medida de que la presin del aire de admisin aumenta y la mezcla se hace ms pobre, el

porcentaje de CO2 aumenta, esto es debido a que se est aprovechando mejor la cantidad de

combustible que tiene la mezcla y se est produciendo una combustin ms completa, es

lgico que el porcentaje de CO disminuya, ya que este elemento es el resultado de combustible

que no se ha quemado. Se observa que el porcentaje de O2 crece de manera muy leve.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Faxt

or

lam

bd

a ca

lcu

lad

o

Factor lambda medido)

Emisiones vs Factor lambda medido

Porcentaje deCO

Porcentaje deCO2

Porcentaje deO2

0

2

4

6

8

10

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14

16

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

Po

rce

nta

je d

e e

mis

ion

es

(%)


Emisiones vs Presin de admisin

Porcentaje deCOPorcentaje deCO2Porcentaje deO2

20

Ensayo de variacin de la presin de admisin Hidrocarburos

El motor, al operar con mezclas ms pobres, se aprovecha mejor el combustible. Por lo tanto, las grficas resultaron segn lo esperado, en ellas se observa que los hidrocarburos no quemados disminuyen a medida que aumenta la presin de admisin y obtencin de mezclas ms pobres.

0

100

200

300

400

500

600

700

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Hid

roca

rbu

ros

(pp

m)


Hidrocarburos vs Factor lambda medido

0

100

200

300

400

500

600

700

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

Hid

roca

rbu

ros

(pp

m)


Hidrocarburos vs Presin de admisin

21

Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Potencia efectiva

En los ensayos realizados a plena carga se observa una tendencia al aumento de la potencia

efectiva a medida que se incrementa la velocidad, esto es debido a que la potencia es

directamente proporcional a la velocidad de rotacin del cigeal. Por otro lado podemos

observar que mientras menor sea la carga a la que trabaja el motor, menor ser la potencia

efectiva que produce el motor.

Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Consumo especfico de combustible

En los ensayos realizados a plena carga se observa que a mayor velocidad de rotacin, mayor

es el consumo especfico de combustible, (el primer dato ser omitido para el anlisis ya que

no obedece al patrn comn de los resultados del ensayo). Nos podemos dar cuenta que a

menor carga, mayor ser el consumo de combustible, se demuestra que el motor al momento

del arranque (menor carga), consume ms combustible ya que necesita vencer la inercia de los

elementos mviles que contiene.

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

Po

ten

cia

efe

ctiv

a (k

W)

Velocidad de rotacin (RPM)

Pe vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000

250.0000

300.0000

350.0000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

Co

nsu

mo

esp

ec

fico

de

co

mb

ust

ible

(g

/kW

-h)


CEC vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

22

Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Presin media efectiva

Se puede apreciar en la figura que a medida que la velocidad de rotacin en el cigeal

aumenta, el valor de la presin media efectiva disminuye, esto se debe a que a medida que el

cigeal aumenta su rgimen de giro, el trabajo especfico decrece, y siendo este parmetro

directamente proporcional a la presin media efectiva, es de esperar que esto ocurra. De la

misma forma sabemos que a menor carga, la presin que se desarrolla en la cmara de

combustin es menor, por esto la presin media efectiva disminuye.

Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Rendimiento volumtrico

Se observa que a medida que aumenta la velocidad de rotacin el rendimiento volumtrico

disminuye, esto es porque a mas rpm, el flujo msico de aire de referencia aumenta, lo que

hace que la eficiencia volumtrica disminuya, tambin se observa a que a menos carga el

rendimiento volumtrico es menor, ya que a menos exigencia del motor, la cantidad de aire

admitido ser tambin menor.

0.0000

1.0000

2.0000

3.0000

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1000 2000 3000 4000 5000 6000

Pre

sin

me

dia

efe

ctiv

a (b

ar)


pme vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

35.0000

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1000 2000 3000 4000 5000 6000

Re

nd

imie

nto

vo

lum

tr

ico

(%

))


v vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

23

Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Rendimiento efectivo

Segn las grafica hallada, el rendimiento efectivo disminuye a medida que aumenta el rpm, el

primer punto tomado a plena carga puede haberse debido a un error de lectura ya que se

encuentra muy alejado del patrn que siguen las mediciones en este ensayo, es importante

mencionar, que aunque a mayor velocidad la potencia efectiva aumenta y esto debera hacer

que el rendimiento efectivo crezca, es importante tomar en cuenta que el flujo de combustible

tambin aumenta y este el motivo por el cual el rendimiento efectivo disminuye.

Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Factor lambda calculado

Observando la tabla de resultados mostrada anteriormente, nos podemos dar cuenta que los

valores de los lambda calculados no son similares a los valores de los factores lambda

medidos, esto puede deberse a la poca presin de las mediciones, pero si tratamos de buscar

la tendencia de las curvas, nos darnos cuenta que para los ensayos a cargas parciales el factor

lambda crece a medida que aumenta el rpm, esto no sucede para el ensayo a plena carga.

0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

50.0000

60.0000

70.0000

80.0000

90.0000

100.0000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

Re

nd

imie

nto

efe

ctiv

o (

%))


e vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

0.00000

0.20000

0.40000

0.60000

0.80000

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1.20000

1.40000

1.60000

1.80000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

Fact

or

lam

bd

a ca

lcu

lad

o


vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

24

Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Emisiones de CO2, CO y O2

Todas mediciones plasmadas en estos grficos se realizaron con el analizador de gases AVL, y

como se observa, no siguen un patrn comn. En el primer grfico podemos aproximar la

tendencia a una disminucin del porcentaje de CO a medida que aumenta el rpm, en la

segunda figura, la distribucin de puntos es un poco ms arbitraria y no tiene un patrn

marcado, en la tercera podemos apreciar que para los ensayos de cargas parciales, el

porcentaje de O2 disminuye.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4Em

iiso

ne

s d

e C

O (

%))

CO vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

12.4

12.6

12.8

13

13.2

13.4

13.6

13.8

14

14.2

14.4

Emiis

on

es

de

CO

2 (

%))

CO2 vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

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1.4

1.6

1.8

2

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Emiis

on

es

de

O2

(%

))


O2 vs RPM

plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

25

Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Hidrocarburos

Si no tomamos en cuenta el ensayo realizado a plena carga, de la siguiente grfica podemos

concluir que a menor carga los hidrocarburos sin quemar en el gases de escape, se encuentran

en mayor cantidad, y que a medida en el aumenta la velocidad de rotacin del giro, estos

disminuyen, sin importar en que porcentaje de carga se encuentre operando el motor.

7. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Como se observa en ms de una grfica, en ciertos ensayos, existen valores que difieren

en gran magnitud al patrn que siguen el resto de puntos tomados en el mismo ensayo, es

muy probable que esto se deba a un error de lectura y esto disminuye en gran magnitud la

presin de los resultados obtenidos en este informe.

En las grficas de las emisiones se puede observar que a medida que el porcentaje de

CO2 aumenta, el de CO disminuye, ya que este es resultado de una mala combustin en

una mezcla muy rica.

Mientras el ingreso de aire se da con mayor presin, los parmetros que arroje el motor en

su funcionamiento sern ms beneficiosos, es por eso que un turbocompresor en la

admisin de aire mejora la eficiencia en gran magnitud de un motor de combustin interna

Cuando el motor trabaja con una mescla ms pobre, el proceso de combustin que se

realiza es mejor, por lo que los HC no quemados disminuyes y el porcentaje de CO

tambin disminuye, por el contrario el porcentaje de CO2 aumenta, como resultado de una

buena combustin.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1000 2000 3000 4000 5000 6000

Hid

roca

rbu

ros

(pp

m)


HC vs RPM plena carga

75% carga

50% carga

25% carga

26

8. EVALUACION EXTRA

Cmo el rendimiento efectivo y las emisiones de un MECH cambian cuando es utilizada

la inyeccin electrnica en comparacin al uso del carburador?

Rendimiento efectivo elevado:

Este parmetro aumenta debido a que el consumo de combustible disminuye por un uso ms

eficiente que se da con la aplicacin del inyector electrnico. Con la utilizacin de

carburadores, en los colectores de admisin se producen mezclas desiguales de aire-gasolina

para cada cilindro. La necesidad de formar una mezcla que alimente suficientemente incluso al

cilindro ms desfavorecido obliga a dosificar una cantidad de combustible demasiado elevada.

La consecuencia de esto es un excesivo consumo de combustible y una carga desigual de los

cilindros. Al asignar un inyector a cada cilindro, se asegura la dosificacin exacta de

combustible en el momento oportuno y en cualquier estado de marcha y de carga del motor.

Por otro lado, la eliminacin del carburador ha permitido modelar los tubos de admisin

obteniendo unas corrientes de aire ms adecuadas para mejorar el llenado de los cilindros y

as aumentar la potencia y el par del motor.

Gases menos contaminantes:

La concentracin de los elementos contaminantes en los gases de escape depende

directamente de la proporcin de aire-gasolina. Para reducir la emisin de contaminantes es

necesario preparar una mezcla de una determinada proporcin, esto se logra con el uso del

inyector, como se explic anteriormente, debido a permite ajustar la cantidad necesaria de

combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor.

Cmo el trabajo de bombeo cambia para un MECH turboalimentado en comparacin a

un motor naturalmente aspirado?

Las prdidas por bombeo son equivalente al trabajo realizado por el pistn durante la admisin

de la mezcla aire-gasolina y el escape de gases de combustin a travs de las vlvulas dela

cmara. Cuando se tiene un motor turboalimentado, se aprovechan los gases de escape para

activar una turbina, que al mover su eje acciona un compresor, por el cual pasa el aire limpio y

se comprime antes de entrar al motor, si adems enfriamos ese aire comprimido (sistema de

intercooler) para aumentar ms aun la densidad antes de entrar al motor, las ventajas son an

mayores. Cuando el aire ingresa a la cmara de combustin a una mayor presin, este hace

que la mezcla aire-combustible que an se encuentra en el cilindro sea expulsado ms

fcilmente cuando las vlvulas de escape estn abiertas, por lo que se reduce el trabajo de

bombeo.

27

9. BIBLIOGRAFIA

CENTRO ZARAGOZA Evolucin de la inyeccin - Gasolina

2013 Consulta: 01 de Junio del 2015

BOSCH ENGINEERING CO. Tcnica de gases de escape para motores de gasolina

2003 Segunda edicin. Robert Bosch GMbh.

AGUDO, Daniel Motores turbo vs Motores atmosfricos

2014 Consulta: 01 de Junio del 2015

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