DETERMINACIÓN DE LAS PERDIDAS MECÁNICAS Y CURVAS CARACTERÍSTICAS EN LOS MOTORES DIESEL- MOTOR

PETER

III. FUNDAMENTO TEORICO

CARACTERÍSTICAS DE VELOCIDAD.

Características externas de velocidad

Se denomina así a la variación, en función de la frecuencia de rotación n, de la potencia efectiva Ne, de par efectivo Me, del consumo horario Gc y especifico efectivo ge, cuando la cremallera de la bomba de combustible se encuentra en la posición correspondiente a la máxima alimentación para el motor Diesel.

Características parciales de velocidad

La variación de los índices del motor en función de la frecuencia de rotación para diferentes posiciones invariables del órgano de mando de alimentación de combustible, para el motor Diesel) se denomina característica parcial de velocidad.

En el motor Diesel, cuando se mantiene constante la posición del órgano de mando de la alimentación de combustible, con el aumento de la frecuencia de rotación la cantidad de combustible inyectada al cilindro crece. El coeficiente de llenado aumenta en cierta medida a pequeñas cargas y en todos los regímenes de velocidad es mayor que a plena carga. En consecuencia, no se observa el desplazamiento del punto máximo de potencia hacia el lado de menores frecuencias de rotación. Por este motivo la maxima frecuencia de rotación en vacío, para todas las cargas, se encuentra fuera de los límites de la nominal. Tal tendencia de la variación de las características parciales de velocidad conduce a la necesidad de limitar obligatoriamente por el regulador la frecuencia maxima de rotación en vacío hasta nmáx.

Gc

Mege

v

CARACTERÍSTICAS DE CARGA.

Se denomina característica de carga la variación de los principales índices del motor en función de la carga siendo constante la frecuencia de rotación. Al hacer las pruebas del motor en un banco de frenado la carga se varia con ayuda de un dispositivo especial de carga; en el motor Diesel se desplaza el órgano de mando de la alimentación del combustible.

Las características de carga en los motores Diesel, consiste en que los parámetros del ciclo y los índices de trabajo varían en forma menos pronunciada que en los motores de encendido por chispa.

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.

En la característica de carga de un motor Diesel se pueden señalar algunos puntos específicos:

Punto 1: Inicio del humeado en los gases de escape, la potencia en este punto se denomina convencionalmente, potencia límite.

Punto 2: Corresponde a la potencia máxima posible que puede desarrollar un motor Diesel; o también a la característica denominada externa absoluta de velocidad (CEAV).

n n

%Pe %Pe

v

50 100

Gc

ge

50 100

2

154

Punto 3: Es un valor cualquiera correspondiente al funcionamiento del motor muy por encima del límite de humos donde la potencia disminuye debido al empeoramiento de la eficiencia.

Punto 4: Corresponde al valor mínimo del consumo específico de combustible.

Punto 5:Es el punto que corresponde a la posición extrema de la cremallera de la bomba de inyección; ó también a la característica externa de velocidad (Ne4>Ne5).

METODOS PARA HALLAR LAS PÉRDIDAS MECÁNICAS

La determinación de las pérdidas mecánicas se puede efectuar por los siguientes métodos:

- Método por arrastre (motoreo)- Método por diagrama Indicado- Método de desconexión de cilindros- Método empírico.

A. Método por Arrastre

En este método, el motor en estudio se encuentra apagado. Otro motor, que estará acoplado directamente al ensayado, será accionado de tal forma que se pueda medir el valor de la potencia al eje consumida en hacer girar al motor en estudio. Estas mediciones se podrán hacer en función de los diferentes factores que influyen en las perdidas mecánicas.

B. Método de Desconexión de Cilindros

Este método se realiza en un motor multicilíndrico, como el motor Ford, de tal forma que se pueda desconectar cada uno de ellos por separado para así hacer mediciones de potencias parciales, obteniendo de esta forma, por relaciones de sumatoria un valor aproximado de las pérdidas mecánicas.

Cabe resaltar que mediante este método los valores obtenidos tienen un porcentaje de error, dependiendo éste de varios factores del motor en estudio, como son: tipo de motor, sistema de encendido, grado de desgaste, sistema de alimentación de combustible, etc.

Este porcentaje de error, se debe al descenso de las revoluciones al desconectar un cilindro, sabiendo que de estas depende directamente la potencia, con lo cual no-cabria una relación matemática directa, entre la potencia del motor con n cilindros funcionando y, con n-1 cilindros funcionando.

Si las condicione del motor en estudio, son las mejores del caso las relaciones se podrán efectuar y los valores de las perdidas mecánicas obtenidas serán bastante aproximadas.

A continuación se detalla la relación matemática para obtener la potencia efectiva total:

…. (1)

Resolviendo tenemos:

De aquí obtendríamos la siguiente gráfica:

Este método de desconexión de cilindros no es utilizado en el motor Petter debido, a que el motor Petter es monocilindrico, solo es aplicable a motores con múltiples cilindros como en el caso del motor Ford. Para el caso de motores monocilindricos se utiliza el método del arrastre, con un motor eléctrico de corriente continua.

C. Método Empírico

Se menciono anteriormente que el 80% de las perdidas mecánicas son perdidas por fricción y dentro de estas un 50% corresponden aproximadamente a las piezas del grupo cilindro-embolo, por lo cual la presión media de perdidas mecánicas obedece a la siguiente relación empírica:Pm = A + B.Vp

donde:

A y B :Son coeficientes empíricos que dependen del tipo de motor.Vp :Velocidad media del motor.

Tabla de Valores de A y B para MotoresE.CH y E.C.

Motor E.CHA B Motor EC A B

S/D>1 0.05 0.0155Cámara de combustión

separada 0.105 0.138

S/D<1 0.04 0.0135Cámara de combustión

semiseparada y separada

0.105 0.102

Este método es una forma practica de obtener las perdidas mecánicas en u motor yasea diesel o sea un motor a gasolina.

PERDIDAS MOTORES

DIESEL

Por Fricción entre :  

Pistón, anillos y el cilindro 50%

Muñones de biela y de bancada y sus cojinetes

24%

Por el intercambio de gases 14%

Para accionar:  

Mecanismos de válvulas y los grupos auxiliares

6%

Bombas de aceite, de agua y de combustible

6%

PERDIDAS POR FRICCIÓN

1) Pérdidas por fricción

Diagrama STRIBECK

RENDIMIENTO DEL MOTOR

La energía de nuestro motor, esta contenida en el combustible que se transforma en calor mediante la combustión. Esta combustión hace subir la presión y provoca el desplazamiento del pistón, obteniéndose así energía mecánica.

En todo este proceso, no toda la energía del combustible se transforma en energía útil, sino que gran parte se pierde. Por lo tanto el rendimiento de un motor expresado en porcentaje se obtiene dividiendo la energía obtenida entre la aportada y multiplicando por 100.

(El rendimiento será mayor, cuanto menores sean las pérdidas durante la transformación de energía química del combustible a energía mecánica del desplazamiento del pistón)

Perdidas por calor:

Estas pérdidas están producidas por el sistema de refrigeración y la radiación del calor al exterior. También se evacua una importante cantidad de calor mediante los gases de escape.

Pérdidas mecánicas:

Rozamiento de los órganos en movimiento, y por el accionamiento de los dispositivos auxiliares (bomba de agua, alternador, bomba de aceite…) arrastradas por el cigüeñal mediante la correa de accesorios.

Pérdidas químicas: combustión incompleta del combustible

Perdidas de energía de un motor diesel

Motor diesel:

-Perdidas de calor: 30%-Perdidas de refrigeración: 33%-Perdidas de fricción: 10%

RENDIMIENTO EFECTIVO: 30%

El motor diesel tiene menos perdidas de calor por lo tanto mayor rendimiento. Este es uno de los motivos por el cual, el motor de gasoil gasta menos que un motor de gasolina.

ENERGIA DEL COMBUSTIBLE

PERDIDAS POR FRICCIÓN 50% PERDIDAS POR FRICCIÓN 50%

PÉRDIDAS MECÁNICAS INTERCAMBIO DE GASES 15%INTERCAMBIO DE GASES 15%

SISTE. AUXILIARES 2%SISTE. AUXILIARES 2%

LUBRICACIÓN 2%LUBRICACIÓN 2%

PROCEDIMIENTO

Para la determinación de las pérdidas mecánicas de un motor Diesel aplicaremos el Método de arrastre o motoreo., para esta prueba ,deberemos trabajar en caliente, es decir “calentar ”el motor para disminuir la viscosidad del aceite ya que evitaremos el recalentamiento de las bobinas del generador.

1. Hacer funcionar al generador eléctrico como motor , es decir el generador eléctrico alimentara al motor de combustión interna sin que se produzca combustión (sin inyección de combustible)

Generador Eléctrico

Generador Eléctrico

Motor Peter (MCI)

Motor Peter (MCI)

Pérdidas por el cojinete

Pérdidas por el cojinete

2. Energizamos el campo para que el generador eléctrico se comporte como motor haga girar al motor de combustión interna.

3. Medición de la fuerza con el dinamómetro, para ello nivelamos las flechas con el disco ubicado en la parte superior del dinamómetro, con el fin de obtener la fuerza y el brazo a 90° ,además colocaremos un peso al lastre del dinamómetro de 118 N para vencer el torque negativo del generador. La diferencia del torque que genera el lastre en newton con la fuerza que marcará el dinamómetro nos dará todas las pérdidas mecánicas

4. Medición de las pérdidas mecánicas

Energizando el campo

Energizando el campo

Nivelando las flechas

Nivelando las flechas

Disco de calibración de las

flechas

Disco de calibración de las

flechas

5. Medición del combustible, para ello la pipeta de combustible tiene que estar en cero. La medición se realizara cuando se establezca las RPM a la cual trabajara el motor.

Medición : ∆V (cc) y ∆t = 15 s

Lastre Lastre

Pesas Pesas

Sentido de giro del Generador Sentido de giro del Generador

6. Medición del aire, lo cual mediremos el ∆S (cmH2O) (lectura del manómetro diferencial) y el ∆P (cmH2O)

Pipeta de combustible

Pipeta de combustible

Presionar el botón al momento de la

medición

Presionar el botón al momento de la

medición

Manómetro diferencialManómetro diferencial∆P∆P

7. Medición de la temperatura y presión del aceite del motor.

8. Medición de opacidad, con el opacímetro para ver el grado de humeado de los gases de escape. Medición : Opacidad(Km-1)

TemperaturaTemperatura

PresiónPresión

OpacímetroOpacímetro

9. Verificación de las temperaturas de entrada y de salida del refrigerante, para lo cual debemos mantener la temperatura de entrada a 70° C durante todo la experiencia, por lo general la temperatura de salida es 2°C mas que el de entrada.*Medición (Te y Ts ) °C

10. Apagamos el motor bajando la palanca ,con lo cual cortamos la inyección

Entrada del refrigeranteEntrada del refrigeranteSalida del refrigeranteSalida del refrigerante

Palanca de apagado del motor

Palanca de apagado del motor

En esta experiencia se realizo dos tipos de ensayo que fueron: Característica de carga : N=cte.=1800 RPM , la cremallera varía (h=variable) Característica de velocidad: N=variable (variando el voltaje de campo) , la

cremallera constante (h=14 cm)

DATOS TECNICOS

1. MOTOR DIESEL PETER.

Tipo de Motor : PH = 1w

Número de cilindros : 1

Diámetro del cilindro : 87.3 mm.

Carrera del pistón : 110 mm.

Cilindrada : 659 cm3.

Relación de compresión : 16.5 /1

2. GENERADOR - MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

BKB ELECTRIC MOTORS LTD.

BIRMINGHAM ENGLAND.

Serie Nº 42742/1.

Kw = 8

Amp = 33.3

RPM = 3,000

Shunt - Reg - OHMS 220.

BS 2613.

Excitación 100 V.D.C.

Aislante Clase E.

Voltaje 240 Volt.

Frame FIB.

3. DINAMOMENTRO

Marca : Salter.

Rango : 0 - 150 Newtons.