PRÁCTICA MOTOR DIESEL

OBJETIVOS

Realizar un balance energético del motor (Diagrama Sankey). Elaborar las curvas características de

velocidad y carga.

1. Balance energético del motor

En el balance energético, se debe analizar lo que entra y lo que sale al motor, para así

determinar la eficiencia. En el motor ingresa el combustible, mediante el cual se puede

calcular la potencia calórica, y lo que se obtiene es la potencia en el eje del motor, que se

la puede cuantificar mediante la potencia al freno. Ésta potencia se puede calcular gracias

a las mediciones que se obtienen en el freno hidráulico simulando diferentes cargas. A

continuación se presenta un diagrama Sankey general del motor Diesel.

Las fórmulas que se necesitan para los diferentes cálculos se detallan en la tabla del final

del documento. Además en el procedimiento de la práctica se explican las diferentes

mediciones que se deben realizar.

1.1. Curvas de carga

Para obtener las curvas de carga del motor, se deben cumplir con las siguientes

condiciones:

- Rpm fijas

- Se cambia la carga, pero se acelera el motor para mantener fijas las rpm.

Al aumentar la carga varían las revoluciones por minuto del motor, por lo que es necesario

volver a acelerar al motor hasta obtener revoluciones constantes.

A continuación se presentan las curvas de carga generales para el motor, vale destacar que

la potencia al freno, la eficiencia térmica y el consumo de combustible están a diferente

escala.

1.2. Curvas de velocidad

Para obtener las curvas de velocidad, se deben tener los siguientes parámetros:

- Acelerador fijo

- Carga variable

Con el acelerador fijo y variando la carga, se obtienen diferentes revoluciones por minuto

con cada una de las cargas.

A continuación se presentan las curvas de velocidad representativas para el motor diesel

1.3. Aplicaciones de las curvas

Con las curvas de velocidad se busca los puntos óptimos de funcionamiento, por ejemplo:

- Para transporte el (cec) debe ser mínimo.

- Para maquinaria pesada se busca (Torque) máximo.

- Para competencias se busca (Potencia) máxima.

Las curvas de carga sirven para analizar el comportamiento de los generadores AC.

1.4. Diferencia entre c.c (consumo de combustible) y cec (consumo especifico de

combustible)

c.c. es el combustible que se consume en una unidad de tiempo.

cec relaciona el c.c respecto a la potencia al freno, es decir relaciona cuanto se gasta y

cuánto se obtiene.

En las curvas de carga no se usa cec porque en motores para generadores eléctricos el cec

más bajo podría resultar en un desperdicio de energía.

1.5. Freno hidráulico

El freno hidráulico es el que permite dar carga al motor, en su interior tiene un rodete que

gira junto con el eje del motor y dos rodetes en cada una de las tapas, ingresa agua al

freno hidráulico y se genera un torque por el choque del agua entre los álabes de los

rodetes, la fuerza que realiza el torque es medida con el dinamómetro. Además para dar

una carga variable se tiene unas compuertas que se abren o cierran respecto al rodete del

eje, entonces si las compuertas están totalmente cerradas, no se da carga al motor, pero si

las compuertas están totalmente abiertas es cuando mayor torque se genera, entonces se

tiene carga máxima. La carga también se puede regular en base a la cantidad de agua que

se permite ingresar al freno hidráulico. A continuación se presentan figuras

representativas del freno hidráulico del laboratorio.

En las 3 figuras anteriores se pueden observar el rodete de la tapa del freno hidráulico.

Rodete del eje motriz

Compuertas que se cierran y abren en el rodete del eje motriz

Se observa las compuertas en el eje motriz y los ejes que salen, donde se conectan los engranes

para regular la carga

Freno hidráulico

1.6. Procedimiento para la realización de la práctica.

1.6.1. Verificar los sistemas externos al motor.

Se debe verificar que esté encendida la bomba de agua para alimentar con agua de

refrigeración al motor.

Se deben conectar las termocuplas a los termómetros digitales para la medición de las

temperaturas en la salida de los gases de escape y salida del agua de refrigeración. En

las siguientes figuras se observa la termocupla que mide la temperatura de los gases

de escape.

Los cables de la batería deben estar correctamente conectados.

Verificar que el nivel de combustible y de aceite sea el adecuado.

1.6.2. Abrir la válvula del agua de refrigeración, y controlar su caudal con la columna

Reynolds, la válvula y la columna Reynolds se pueden observar en las siguientes

figuras:

1.6.3. Se abre la válvula para el agua del freno hidráulico.

1.6.4. Se enciende el motor, para lo cual si el motor está frío es necesario colocar en la caja

de entrada de aire Starting Fluid.

1.6.5. Cuando el motor ya esté encendido es importante controlar el acelerador para no

forzar el motor. Por lo cual este debe ser ubicado a un tercio de su máxima posición.

Además el motor debe tener un tiempo para estabilizarse.

1.6.6. Una vez estabilizado se procede a realizar la práctica para obtener las curvas de carga

o las curvas de velocidad. Para lo cual se debe considerar lo siguiente:

Para las CURVAS DE VELOCIDAD, el acelerador permanecerá constante, mientras

se varía la carga con el freno hidráulico, la primera medición se debe hacer sin

carga y posteriormente se irá aumentando la carga lo que producirá que varíen las

revoluciones por minuto del motor, se puede variar la carga entre 5 y 7 veces.

Cada vez que se varía la carga se debe esperar para que se estabilice el motor

aproximadamente 2 minutos y se procede a tomar datos.

Para la CURVAS DE CARGA, las revoluciones por minuto del motor deben estar

fijas, (se recomienda entre 1200 y 1800 rpm), entonces de igual manera se varía la

carga pero después de variar la carga es necesario acelerar el motor hasta llegar a

las revoluciones por minuto establecidas. De igual manera se recomienda tomar

entre 5 y 7 mediciones siendo la primera sin carga.

Cada vez que se varía la carga tanto en la obtención de curvas de carga como

curvas de velocidad, se tomarán los siguientes datos:

a. Temperaturas.- Se debe tomar las temperaturas del agua de enfriamiento

a la entrada y la salida, de los gases de escape y la temperatura ambiente

que corresponde a la temperatura de entrada del aire.

b. RPM.-Se procede a medir con el tacómetro digital, también existe un

tacómetro instalado en el freno hidráulico, pero el mismo no se encuentra

funcionando correctamente.

c. Flujo de agua.-Se procede a medir en la columna Reynolds.

d. Flujo de aire.-Se mide la presión en el manómetro inclinado y el diámetro

de la placa orificio de la caja de entrada de aire, para posteriormente

calcular el flujo de aire. En la figura se pueden observar el manómetro

inclinado y la caja de aire.

e. Flujo de combustible.- Se tiene un medidor de caudal de combustible en

donde se mide el tiempo en que se demora en consumirse 50 centímetros

cúbicos en el medidor. En la siguiente figura se presenta el medidor de

combustible y se indique las marcas que corresponden a 50 cc.

En la Figura anterior se puede observar que en el medidor de caudal de

combustible se tienen 3 válvulas (A, B y C), entonces se deben tener las

siguientes configuraciones de acuerdo a los diferentes propósitos:

Si se desea que el combustible sea alimentado del tanque de

almacenamiento al motor, debe estar abierta la válvula A y la

válvula C, mientras que la válvula B debe estar cerrada.

Si se desea llenar de combustible el medidor, deben estar abiertas

todas las válvulas. (A, B y C).

Si se desea que el combustible alimentado al motor sea del

medidor de caudal para realizar la medición, se debe cerrar la

válvula A y la válvula B y únicamente permanecerá abierta la

válvula C.

Es importante aclarar, que se alimentará directamente del medidor

únicamente al realizar la medición, una vez que se realiza la medición del

tiempo en los 50 cc, inmediatamente se debe abrir la válvula A para que el

combustible se alimente directamente del tanque.

f. Fuerza y brazo.- La fuerza se lee en el dinamómetro del freno hidráulico y

el brazo es la distancia perpendicular entre el eje y el dinamómetro. A

continuación se puede observar el dinamómetro y la distancia que

corresponde al brazo.

1.6.7. Después de realizar todas las mediciones, se procede a apagar el motor.

1.6.8. Se cierra el sistema de refrigeración y se apaga la bomba.

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA

ZURITA, María; “Creación de un Software didáctico para el reconocimiento de las prácticas de

motores diesel y gasolina en el laboratorio de Termodinámica de Ingeniería Mecánica”

BALANCE ENERGÉTICO DEL MOTOR

= Poder calórico

combustible = 18932 (BTU/lbm)

= Potencia calórica (BTU/h)

= Flujo másico de

combustible = Potencia al freno

= Torque

= Velocidad angular

= Brazo

= rpm

= Volumen consumido en 50 cc

= Tiempo en que se consumen 50

cc = Densidad del combustible

= 0,842 (gr/cm3)

= Pérdidas en el sistema de

refrigeración (BTU/h) = Flujo másico de agua

= 1

=Diferencia de Temperatura

de agua

= Calor perdido por gases de

escape (BTU/h) = Flujo másico de gases

= 0,24

=Diferencia de Temperatura

de gases

= Otras Pérdidas (BTU/h)

= Altura de la columna

Reynolds (pulg) = Diámetro de la placa orificio

(pulg) = Altura del manómetro

inclinado (pulg) = Presión atmosférica (pulgHg)

= Temperatura en K

Potencia Calórica

Potencia al freno

Pérdidas en el sistema de refrigeración

Calor perdido por gases de escape

Otras pérdidas

FLUJOS MÁSICOS

Flujo másico de combustible

Flujo másico de aire

Flujo másico de gases

Flujo másico de agua

CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR

Potencia al freno

Torque

Eficiencia Térmica

Consumo de combustible

Consumo específico de combustible