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