Practica 2
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1 CALCULO DE PARAMETROS GEOMETRICOS, INDICADOS Y EFECTIVOS DE UN MOTOR OTTO Henry Leonardo Arizaga Piedra 1 , Pedro Agustin Chimbo Cardenas 2 , William Santiago Chuquiguanga Tenesaca 3 , Jaime Gustavo Padilla Padilla 4 , David Ramces Idrovo Pulla 5 Resumen Abstract En el presente trabajo se estudian los principios de funcionamiento a los cuales se rigen el motor de combustión interna, sus características importantes de sus componentes internos que permiten que el motor trabaje en sincronía, posteriormente se realizó los cálculos que permiten caracterizar geométricamente las dimensiones de los elementos más importantes del motor, que incluyen fundamentalmente parámetros relativos a las dimensiones del cilindro, al mecanismo biela- manivela. Finalmente se obtuvo los parámetros indicativos y efectivos que caracterizan las prestaciones y emisiones de un motor en un determinado punto de operación. Palabras Clave: Trabajo, Potencia, Perdidas mecánicas. In this paper the principles of operation to which the internal combustion engine, its important characteristics of internal components that allow the engine to run in sync governed studied later calculations that allow geometrically characterize the dimensions held most important engine components, which mainly include parameters relating to the dimensions of the cylinder, the rod-crank mechanism. Finally effective and characterizing parameters indicating the performance and emissions of an engine at a particular operating point is obtained. Keywords: Work, Power, Mechanical losses. 1 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected]. 2 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected]. 3 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected]. 4 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected]. 5 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected].
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practica 2-chica
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1
CALCULO DE PARAMETROS GEOMETRICOS,
INDICADOS Y EFECTIVOS DE UN MOTOR OTTO
Henry Leonardo Arizaga Piedra1, Pedro Agustin Chimbo Cardenas2, William Santiago Chuquiguanga
Tenesaca3, Jaime Gustavo Padilla Padilla4, David Ramces Idrovo Pulla5
Resumen Abstract
En el presente trabajo se estudian los principios de
funcionamiento a los cuales se rigen el motor de
combustión interna, sus características importantes
de sus componentes internos que permiten que el
motor trabaje en sincronía, posteriormente se realizó
los cálculos que permiten caracterizar
geométricamente las dimensiones de los elementos
más importantes del motor, que incluyen
fundamentalmente parámetros relativos a las
dimensiones del cilindro, al mecanismo biela-
manivela.
Finalmente se obtuvo los parámetros indicativos y
efectivos que caracterizan las prestaciones y
emisiones de un motor en un determinado punto de
operación.
Palabras Clave: Trabajo, Potencia, Perdidas
mecánicas.
In this paper the principles of operation to which the
internal combustion engine, its important
characteristics of internal components that allow the
engine to run in sync governed studied later
calculations that allow geometrically characterize the
dimensions held most important engine components,
which mainly include parameters relating to the
dimensions of the cylinder, the rod-crank mechanism.
Finally effective and characterizing parameters
indicating the performance and emissions of an engine
at a particular operating point is obtained.
Keywords: Work, Power, Mechanical losses.
1 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected]. 2 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected]. 3 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca.
Autor de correspondencia: [email protected]. 4 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected]. 5 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz-Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca. Autor de correspondencia: [email protected].
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1. Introducción El motor de gasolina o explosión es una máquina
térmica que transforma la energía química del
combustible en energía mecánica a través de un
proceso termodinámico; dicha energía es
aprovechada en el eje del motor (cigüeñal) para
poner en movimiento el vehículo. La gasolina
mezclada con el aire en proporción conveniente
se comprime por medio de un pistón o embolo y
se hace explosionar (la mezcla aire-gasolina) por
medio de una chispa proporcionada por un
sistema de encendido.
La enorme fuerza explosiva es recibida por el
pistón y se convierte en energía mecánica por el
mecanismo clásico de biela manivela.
2. Desarrollo de la práctica
2.1 Modelo del motor
Tabla 1. Especificaciones del motor. [1]
Designación del
motor
Z 20
Cilindros 4
Disposición de
cilindros
L
Desplazamiento
CCD
1952cc
Diámetro 85.0 mm
Carrera 86.0 mm
2.2 Desarmado del motor
Se inició desmontando el Carter del
motor que se encuentra ubicado en la
parte inferior, el procedimiento se
realizó con las llaves y dados numero 12
mm.
Figura 1. Desmontaje del Carter del motor (Fuente: UPS)
Luego se realizó el desmontaje de la tapa de
válvulas, este procedimiento se realizó con
las llaves y dados numero 19 mm.
Figura 2. Desmontaje de la tapa de válvulas (Fuente: UPS).
A continuación se realizó el desarmado y
extracción de la culata.
Figura 3. Desmontaje de la culata (Fuente: UPS).
2.3 Volumen de la cámara de combustión
Para la obtención del volumen de la cámara de
combustión se realizó lo siguientes pasos:
3
Se comenzó nivelando el bloque motor,
para obtener el volumen que se
encontraba en las cabezas de los
pistones.
Figura 4. Bloque motor nivelado (Fuente: UPS)
Para obtener el volumen que se encontraba
en la cabeza de los pistones, se utilizó una
probeta con aceite con un volumen inicial
de 170 ml.
El aceite contenido en la probeta se vertió
en la cabeza de los pistones, dando un
volumen final en la probeta de 154 ml.
Tabla 2. Volumen en la cabeza del pistón (Fuente: UPS).
Volumen inicial
en la probeta
170 ml
Volumen final
en la probeta
154 ml
Volumen en la
cabeza del
pistón
16 ml
Figura 5. Volumen en la cabeza del pistón (Fuente: UPS).
Posteriormente se realizó la nivelación
de la culata para así poder obtener el
volumen en la cámara de combustión.
Figura 6. Culata nivelada (Fuente: UPS)
Finalmente se utilizó una probeta con
aceite, con un volumen inicial de 154
ml.
El aceite contenido en la probeta se
vertió en la culata, dando un volumen
final en la probeta de 113 ml.
Tabla 3. Volumen en la culata (Fuente: UPS).
Volumen inicial en
la probeta
154 ml
Volumen final en
la probeta
113 ml
Volumen en la
cabeza del pistón
41 ml
4
Figura 7. Volumen en la culata (Fuente: UPS)
Por lo tanto el volumen de la cámara
de combustión se obtiene sumando el
volumen en el pistón y el volumen en
la culata:
Tabla 4. Volumen de la cámara de combustión (Fuente:
UPS).
Volumen en la
cabeza del
pistón
16 ml
Volumen en la
culata
41 ml
Volumen de la
cámara de
combustión
57 ml
2.3 Parámetros geométricos Definen la geometría básica de un motor de
combustión interna alternativo, incluyen
fundamentalmente parámetros relativos a las
dimensiones del cilindro, al mecanismo biela-
manivela. [2]
Figura 8. Parámetros geométricos. [2]
2.3.1 Datos obtenidos en la práctica
Tabla 5. Datos obtenidos en la práctica (Fuente: UPS).
Diámetro del
pistón (D)
85.2 mm
Carrera del
pistón (S)
86.2 mm
Longitud de la
manivela (l)
43.1 mm
Longitud de la
biela (L)
129 mm
Volumen de la
cámara de
combustión
(Vcc)
57 ml=57cc
2.3.2 Relación carrera-diámetro
Permite clasificar los motores en tres tipos:
Supercuadrados
Cuadrados
Alargados
𝑺
𝑫=
86.2
85.2= 1.01
En nuestro caso como la relación S/D >1 el
motor se denominaría alargado. [2]
5
2.3.3 Longitud de la biela
Los valores habituales de 𝜆 están comprendidos
en el rango 1/2.5 > 𝜆 > 1/5
𝝀 =𝒍
𝑳=
𝑺/𝟐
𝑳<
𝟏
𝟐
𝜆 =86.2/2
129= 0.33 <
1
2
2.3.3 Sección del pistón
𝑨𝒑 =𝝅
𝟒𝑫𝟐
Ap =π
485.22
Ap = 5701.4 mm2
2.3.3 Cilindrada unitaria
𝑽𝑫 = 𝑨𝑷 ∗ 𝑺
VD = AP ∗ S
VD = 5701.4 ∗ 86.2 ∗ 10−3
VD = 491.46 cc
2.3.3 Relación de compresión
𝒓 =𝑽𝑫 + 𝑽𝑪
𝑽𝑪
𝒓 =491.46 + 57
57
r = 9.62
2.3.3 Relación de compresión efectiva
𝒓𝒆 = (𝟎. 𝟕 − 𝟎. 𝟖𝟓)𝒓
re = (0.7 − 0.85)9.62
re = 6.734 − 8.77
2.3.3 Cilindrada total
𝑽𝑻 = 𝒛 ∗ 𝑽𝑫
VT = 4 ∗ 491.46
VT = 1965.84 cc
VT = 1.965 lt
2.3.3 Numero de ciclos por revolución
𝒊 =𝟏
𝟐
2.4 Parámetros de funcionamiento
2.4.1 Régimen y velocidad lineal media del pistón
𝑪𝒎 = 𝟐 ∗ 𝑺 ∗ 𝒏
Cm =2 ∗ 86.2(10−3) ∗ 4000rpm
60
Cm = 11.49 m/s
2.5 Parámetros indicados y efectivos Los parámetros indicados reciben su nombre del
diagrama de indicador, que representa la evolución
de la presión instantánea en cámara a 1o largo del
ciclo de trabajo en función del volumen del
cilindro. El lazo de baja presión se denomina de
bombeo, pues es causado por la necesidad de
bombear los gases para ser renovados. [2]
Figura 9. Ciclo indicado. [2]
6
2.5.1 Potencia indicada
𝑷𝒊 =𝑷𝒎 ∗ 𝑪 ∗ 𝒏
𝟗𝟎𝟎
Pi =9.62
kgcm2 ∗ 1.965 lt ∗ 4000rpm
900
Pi = 84.01 CV
2.5.2 Potencia absorbida
𝑷𝒂 = 𝟏𝟐% ∗ 𝑷𝒊
Pa = 12% ∗ 84.01CV
Pa = 10.0812 CV
2.5.3 Potencia efectiva
𝑷𝒆 = 𝑷𝒊 − 𝑷𝒂
Pe = 84.01CV − 10.0812CV
Pe =73.93 CV
2.5.3 Par motor
𝑷𝒂𝒓 =𝑪 ∗ 𝒑𝒎
𝟎. 𝟏𝟐𝟓𝟔𝟔
Par =1965.84 cc ∗ 9.62 bar
0.12566
Par = 150.49 N ∗ m
3. Resultados y Discusión
Se observó que la cilindrada total no es la adecuada
o correcta con referencia al dato obtenido en el
manual del fabricante, ya que el fabricante nos da
una cilindrada total de 1952 cc, y nosotros mediante
la realización de cálculos con las medidas obtenidas
en el taller determinamos una cilindrada total de
1965cc, que es mayor a la especificada por el
fabricante, lo que nos da una clara idea de que los
cilindros o las camisas están desgastadas y el motor
necita ser reparado.
4. Conclusiones En conclusión podemos indicar que lo
parámetros que afectan a la potencia del
motor son varios entre ellos están el
diámetro y la carrera del pistón, ya que
uno de ellos se encuentre en mal estado
posteriormente en los cálculos se
obtiene cilindradas y potencias
erróneas.
Los parámetros geométricos permiten
definir la forma y el tamaño de los
elementos más característicos del motor
por ejemplo el diámetro, la carrera del
pistón.
Los parámetros efectivos nos
permitieron caracterizar las
prestaciones del motor a 4000 rpm.
Referencias
[1] e-auto, «e-auto,» 20 julio 2013. [En
línea]. Available: http://www.e-
auto.com.mx/. [Último acceso: 19
octubre 2015].
[2] J. D. F. Payri, de Motores de combustion
interna alternativos, Barcelona,
REVERTE S.A, 2011, pp. 44-69.
