Pruebas en Motores PDF

7/29/2019 Pruebas en Motores PDF

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Secretara de Educacin Pblica_____________________________________________________________Direccin General de Educacin Superior Tecnolgica

INSTITUTO TECNOLGICO DE VERACRUZDepartamento de Ingeniera Mecnica

PRUEBAS EN MOTORES

CARRERA:

Mecnica

MATERIA:

Maquinas de Fluidos Compresibles

CATEDRATICO:

Dr. Juan Carlos Prince Avelino

ELABORADO POR:

Aguilar Rodrguez Luis Fernando

Jurez Caballero Alberto David

Tenorio Balbuena Ramn de Jess


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ndice

Introduccin .......................................................................................................................... 3

Medida de la potencia al freno ............................................................................................. 4

Freno de Prony. ..................................................................................................................... 5

Frenos Aerodinmicos .......................................................................................................... 6

Dinammetro de Corrientes Parasitas .................................................................................. 7

Dinammetro Electrodinmico ............................................................................................. 8

Trabajo Indicado o Potencia Indicada ................................................................................... 9

Presin Media Efectiva ......................................................................................................... 10

Consumo de Combustible ..................................................................................................... 12

Consumo de Aire ................................................................................................................... 13

Relacin Aire-Combustible .................................................................................................... 14

Rendimientos ........................................................................................................................ 15

Presin en Cilindros .............................................................................................................. 16

Anlisis de Gases de Combustin ......................................................................................... 18

Prueba de velocidad variable con el motor de Encendido por Chispa ................................. 20

Prueba de velocidad variable con el motor de Encendido por compresin ......................... 21

Referencias ............................................................................................................................ 24

Bibliografia ............................................................................................................................ 24


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PRUEBAS EN MOTORES

Uno de los primeros acercamientos para evaluar la eficiencia ideal del motor es el anlisis

de aire estndar y el anlisis de relacin mezcla combustible estudiado en la combustin. Para

estudiar y comprender mejor la eficiencia del motor se debe abarcar las pruebas realizadas que

muestran las desviaciones del proceso ideal (calor perdido, friccin, tiempo de combustin, etc)las cuales reducen notablemente el rendimiento del motor de los valores tericos.

Las pruebas en los motores de combustin se distinguen en pruebas experimentales y

pruebas de aceptacin.

Las pruebas experimentales se efectan en naves especialmente equipadas y comprenden

aquel conjunto de experiencias e indagaciones que son necesarias para obtener una cuidadosa

medida y registro de todos los datos que tiene relacin con las caractersticas del motor. Las

principales pruebas experimentales son aquellas que sirven para determinar los valores del par

motor, de la presin media efectiva, de la potencia desarrollada, de la potencia absorbida por los

rozamientos, del consumo, del rendimiento volumtrico, as como de los otros varios rendimientos.

Se efectan tambin otras pruebas en cada caso para efectuar investigaciones y estudios

que tienen por objeto examinar el desarrollo de los fenmenos termodinmicos (determinando,

por ejemplo, los valores y la marcha de las presiones en el cilindro, la composicin de los gases de

escape, las caloras sustradas por la refrigeracin, etc.) y de efectuar mediciones que, permitiendo

modificar los factores que tienen influencia sobre las caractersticas del motor y sobre el

funcionamiento de cada uno de sus rganos, conducen a mejorar el proyecto y la construccin,

estos ltimos quedan fuera del alcance de este trabajo.

Laspruebas de aceptacin1 se realizan para verificar que el diseo del motor se efectu en

trminos correctos y su funcionamiento no se desvi demasiado del proceso ideal,

especficamente se realiza en motores de capacidad mayor y surgen de la finalidad de cumplir con

cierto margen de seguridad, el desarrollo completo de este tipo de pruebas va mas all de los

objetivos de este trabajo.

Las facilidades para realizar las pruebas en motores son muy variadas. Estas facilidades se

traducen en equipo instrumental con control computacional y adquisicin de datos en

computador. Por otro lado existen mtodos tradicionales para evaluar la eficiencia del motor,

estos son en los que los instrumentos son operados manualmente y la informacin es recopilada

por el operador.

Antes de tratar con alguna prueba es importante recordar que existen algunas ventajas al

usar motores de cilindros simples para fines de investigacin y desarrollo:

a) No existen variacin entre cilindros. La manufactura y las tolerancias de ensamblado

en motores con varios cilindros causa diferencias de eficiencia entre los cilindros.

Esto se traduce en diferencias en el radio de compresin y en la sincronizacin de

vlvulas.


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b) No hay variacin en la mezcla. Con el sistema fuel-injection es difcil calibrar las

bombas e inyectores para una distribucin de combustible idntica. En motores de

carburador es difcil disear el colector de entrada para dar la misma mezcla aire-

combustible a todos los cilindros para todas las condiciones de funcionamiento.

c) Para un tamao de cilindro determinado el consumo de combustible ser menor y

un dinammetro2 de menor capacidad puede ser utilizado.

Ahora que tenemos un pequeo panorama sobre las pruebas en los motores,

comenzaremos detallando cada una de ellas. En primera instancia y por comodidad

comenzaremos con laspruebas experimentales y continuaremos con las pruebas termodinmicas.

Es un error cotidiano pensar que la potencia desarrollada en el interior del cilindro se recoge

ntegramente, es decir sin perdidas en el eje del motor, lo que sucede realmente es que una parte

de la potencia generada es absorbida por las resistencias pasivas. Podemos, por lo tanto,

distinguir tres diferentes clases de potencia: La potencia efectiva en el eje o potencia al freno Ne, la

potencia indicada Ni, y la presin media efectiva (bmep).

1. Medida de la potencia al frenoEl trabajo real de salida de un motor es usualmente determinado por dispositivos de

potencia de absorcin o accin directa2 como: el freno de Prony

3, Freno de Agua, frenos

aerodinmicos, el dinammetro de corrientes parasitas, el dinammetro elctrico, siendo este

ultimo el ms satisfactorio para propsitos de prueba. La medicin de la potencia o trabajo

realizado en la unidad de tiempo es de importancia bsica al determinar la capacidad de

produccin de un motor.

Este tipo de frenos se basan en el principio del dinmetro

4

. El dinammetro puede ser eldispositivo ms importante para realizar pruebas a los motores, ya que se utiliza para medir la

potencia del motor. El trmino potencia en caballos del freno (brake horse power bhp)

proviene de la forma ms sencilla de dinammetro, el freno de friccin que se explica a

Figura 1 Freno de Prony


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continuacin.

El medidor de potencia ms rudimentario es elfreno de Pronyilustrado en la figura 1. Se fija

la flecha al motor cuya potencia debe medirse un tambor a. mediante la manivela c puede

apretarse la banda b que envuelve al tambor, el valor de ese ajuste determina la friccin de

arrastre (no se indica) que acta en la periferia del tambor y opone resistencia a la rotacin de laflecha. Mediante un brazo de palanca d apoyado en la plataforma de la bscula, se impide el

movimiento de la banda y sus superficies de friccin excepto en un arco limitado.

El trabajo se define como el producto de la fuerza por la distancia. En una revolucin de la flecha,

la periferia del tambor se mueve a una distancia contra la resistencia de la friccinf.

Por lo tanto:

El momento externo del freno, que es el producto de la lecturaP de la bscula y el brazo R,

deber equivaler al momento de giro (torque) que es o sea:

Entonces, para una revolucin,

Cuando el motor gira a rpm, el trabajo ser:

La potencia se define, como la capacidad para realizar trabajo con respecto al tiempo por lo

cual, viene a ser lapotencia.

La potencia en caballos (bhp) del freno de Prony resulta:

El freno de Prony es econmico, simple en su funcionamiento y fcil de construir. Por esta

razn se usa ampliamente en pruebas de baja velocidad. En altas velocidades ocurren

ondulaciones y chirridos de la banda que dificultan mantener una carga constante. La energa

suministrada por la maquina motriz, al freno, se disipa eventualmente como calor.

El freno de agua se compone de un rotor y de una cubierta o estator, llena de agua. La

resistencia que encuentra el disco al girar es igual y opuesta a la reaccin que tiende a hacer girar

a la cubierta. Montando la funda en los cojinetes a que son independientes de los cojinetes b de la

flecha, puede medirse el esfuerzo de rotacin pesando la fuerza ejercida por la cubierta. Para

aumentar la carga puede aumentarse la cantidad de agua en la cubierta mediante las vlvulas c.


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para que la carga sea constante se mantiene inalterable la viscosidad del agua hacindola fluir

continuamente a la entrada y la salida de la funda. Se notara que la potencia absorbida por el

freno se disipa como friccin fluida a medida que el disco hiende al agua resultando una elevacin

de la temperatura en ella.

Los frenos de agua se emplean cuando se tienen cargas muy pesadas y altas velocidades. Sinembargo, a bajas velocidades la capacidad de absorcin es relativamente limitada. En contraste

con el freno de Prony con su par torsional constante, el freno de agua no atasca o para al motor

que est bajo estudio. En la figura 2 se muestra en un freno de agua, tipo viscoso.

Losfrenos aerodinmicosa pesar de ser poco costosos y de construccin muy simple, ya

que consisten solamente en hlices o molinetes (figura 3), son poco usados para la determinacin

del par y de la potencia porque la medida no es directa y resulta poco precisa.

Figura 2 Freno de Agua

Figura 3 Freno Aerodinmico


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Las razones principales estn en el hecho de que la potencia absorba es funcin de las

caractersticas fsicas del aire y de que no es normalmente posible la variacin de la carga a

rgimen constante a menos de adoptar palas de paso variable durante la rotacin y otros

dispositivos de construccin complicada y poco prcticos. Hay que tener adems en cuenta que su

empleo no est exento de peligros si el dimetro y la velocidad de rotacin son grandes.

Un mtodo es montar el motor en un bastidor como se muestra en la figura 4 y medir el

esfuerzo de giro del bastidor, pesando la fuerza externa de reaccin del par torsional desarrollado

por el motor. Este mtodo es el nico usado comnmente.

Los frenos elctricos son los medidores de potencia ms prcticos en todos aquellos casos

en que es posible su aplicacin. En el campo automovilstico se usan en gran escala, tambin, por

su sensibilidad y, por tanto precisin, para la medida de potencia y del par con cargas bajas.

Los frenos elctricos son de dos tipos (mencionados lneas arriba): de corrientes parasitas y

elctricos.

La seccin longitudinal de un dinammetro de corrientes parasitas se muestra en la figura

5. Est constituido por un rotor 1, cuyo eje 2 esta soportado por cojinetes de bolas 4 montados en

las extremidades 7 del estator 5. El estator, a su vez, esta soportado por cojinetes oscilantes 8

montados sobre la bancada del freno. En el centro del estator est situado el enrollamiento de

campo 9, cuyas espiras son coaxiales con el eje del freno. Aplicando a este enrollamiento una

corriente continua se produce un campo magntico toroidal. El rotor, tiene aproximadamente la

forma de un grueso pin dentado con dientes rectos; este mismo forma parte del circuito

Figura 4Freno de ventilador


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magntico y sus dientes estn separados del estator por un delgado entrehierro. El estator y los

anillos 6 son de acero.

Dada la configuracin del conjunto, se presentan concentraciones de flujo magntico en las

partes correspondientes a los dientes del rotor y, por tanto, cuando este gira, las zonas de los

anillos del estator que en un cierto instante estn opuestas a los dientes o bien comprendidasentre dos dientes del rotor, son alternativamente magnetizadas y desmagnetizadas. Se generan,

por tanto, en los anillos del estator corrientes parasitas que disipan el calor, por efecto Joule, la

energa suministrada al freno por el motor trmico; el calor generado es sustrado con una

corriente de agua.

La rotacin del estator se impide por un brazo unido a una balanza que le permite la medida

del par.

La regulacin del par frenante se obtiene variando la intensidad de la corriente continua que

recorre el enrollamiento de campo.

El dinammetro elctrico o electrodinmico es el medidor de potencia mas practico entodos los casos en que es posible su aplicacin, particularmente desde el punto de vista

econmico.

Est constituido por una dinamo que funciona como freno durante la generacin de la

corriente. La determinacin de la potencia del motor trmico se hace midiendo el momento con el

sistema de la dinamo de cuna (Figura 6).

Figura 5 Dinammetro de Corrientes Parasitas


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El estator, constituido por el inductor en anillo de la dinamo, esta soportado por dos

grandes cojinetes de bolas fijos a la bancada; en el eje del inducido esta unido al eje motor por

medio de un acoplamiento generalmente flexible. El estator lleva un brazo equilibrado por un

peso diametralmente opuesto. A la extremidad del brazo se aplica el peso o la fuerza que sirve

para crear el momento necesario para mantener fijo el estator, momento igual y contrario al par

motor del motor trmico.

El clculo de la potencia se hace, por tanto, igual que en un freno de rozamiento; el

taqumetro va generalmente incluido en la misma dinamo. Las flechas en la seccin longitudinal

indican el recorrido del aire de refrigeracin.

2. Trabajo Indicado o Potencia IndicadaLa presin media indicada es la ordenada media del ciclo indicado, igual a la relacin

entre el rea del ciclo y la cilindrada de un cilindro. Representa el valor de la presin que,multiplicado por la cilindrada de un cilindro, da el mismo valor del trabajo til indicado del

ciclo, es decir, el mismo valor realmente producido por las presiones que continuamente

varan en el cilindro.

Conociendo la presin media indicada es fcil obtener la potencia indicada, es decir,

la potencia desarrollada por el fluido en el cilindro.

Designando por la presin media indicada; por D, el dimetro del pistn, y por C,

la carrera del mismo, el valor de la fuerza total que acta sobre el pistn es: , y el

trabajo realizado por esta fuerza durante la carrera til ser:

Para calcular la potencia indicada bastara multiplicar el trabajo realizado durante

una carrera por el nmero de carreras tiles efectuadas en la unidad de tiempo.

Figura 6 Dinammetro Elctrico


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En el motor de 4 tiempos, el ciclo se realiza en dos revoluciones, por lo cual, si es

el nmero de revoluciones por minuto del motor, e el nmero de cilindros, la potencia

indicada ser:

Donde las longitudes estn expresadas en metros y la fuerza en kilogramos.

Para el motor de 2 tiempos, el ciclo se realiza en una sola revolucin y cada

revolucin es una carrera til, potencia viene dada por:

Reuniendo ambas formulas en una sola de carcter general, obtenemos:

Donde es el nmero de tiempos del ciclo operativo.

La potencia indicada tambin se puede calcular mediante un mtodo grafico, que

consiste en calcular el rea bajo las curvas en un diagrama presin-volumen del proceso

del motor.

Sabiendo como calcular la potencia al freno ( ) y la potencia indicada ( ),

podemos introducir una relacin entre ambas conocida como rendimiento mecnico:

3. Presin Media EfectivaLa presin media indicada puede ser concebida como la suma de dos presiones

medias hipotticas, a saber: la presin media , necesaria para vencer las resistencias

pasivas, y la , productora del trabajo efectivo del motor.

Este concepto viene claramente expresado en forma matemtica si nos referimos a

la expresin del rendimiento mecnico

En efecto, se puede escribir:


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Y haciendo tenemos:

La llamada presin media efectiva, resulta muy til para comparar los motores y

establecer sus lmites de utilizacin. Su valor, obtenido de la formula precedente, es:

Para motores de 4 tiempos:

Para motores de 2 tiempos:

De cuanto precede resulta que la potencia efectiva es una funcin lineal de la

cilindrada, del nmero de revoluciones y de la presin media efectiva. Mientras la

cilindrada es un simple valor geomtrico, los otros dos factores varan con respecto a las

caractersticas del proyecto.


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Otros parmetros que muestran la eficiencia de un motor de combustin interna

son las pruebas termodinmicas. Las cuales son el consumo de combustible y de aire, la

relacin aire-combustible, rendimientos, presin en cilindros y anlisis de gases de escape.

1. Consumo de combustibleEl consumo de combustible puede ser determinado por medio de medidas

volumtricas o medidas ponderales y se expresa generalmente como consumo horario, o

bien como consumo especifico. Un sistema cotidiano para la medicin volumtrica del

consumo de combustible consiste en dar el tiempo de consumo de un volumen

determinado. Esto debe ser convertido en un consumo gravimtrico por medio de la

densidad determinada por separacin o deducido de la temperatura del combustible para

un combustible especifico. Un montaje tpico se muestra en la figura 7. Bajo operacin

normal la vlvula 1 se abre y el combustible fluye directamente hacia el motor. El volumen

calibrado se llena cuando la vlvula 2 se abre. Si el tubo de ventilacin queda debajo delnivel del tanque de combustible, debe tenerse cuidado en el llenad del volumen de

control. Para medir el flujo de combustible, la vlvula 1 se cierra y todo el combustible se

extrae del volumen calibrado; la vlvula 2 debe permanecer abierta. En la prctica existen

rangos de volmenes para ofrecer un compromiso entre precisin y velocidad en el

momento de tomar lecturas. Un problema comn en este tipo de medicin es cuando una

burbuja de vapor bloquea la lnea del combustible, esto produce obviamente errores en la

lectura. Aunque este mtodo proporciona resultados precisos, las lecturas no son

inmediatas.

Del tanque

de combustible Hacia el motorVlvula 1

Volumen calibrado

Vlvula 2

Figura 7 Medicin de flujo de combustible


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Para la medida de peso se dispone el depsito que contiene el combustible sobre el

plato de una balanza (figura 8) y se anota la indicacin del ndice de la misma; despus se

agrega al plato un peso determinado y se mide con un cronometro el tiempo que el ndice

emplea en volver a la posicin inicial anotada. El consumo se da por la siguiente formula,

siendo el producto el valor en gramos del peso puesto sobre el plato de la balanza.

2. Consumo de aireConsidrese que el trabajo realizado por un motor de combustin interna depende

de la cantidad de energa liberada cuando se quema una mezcla de aire y combustible.

Pero el aire ocupa un volumen mucho mayor que el del combustible y la induccin de aire

dentro del cilindro representa algunas dificultades. Si el motor no induce la mayor

cantidad posible de aire ser limitado el trabajo producido por l, sin importar que seaada mucho combustible. Despus de que ha sido diseado y construido el motor es

conveniente medir el consumo de aire para asegurarse que no haya restriccin en los

sistemas de admisin y escape que eviten la libre respiracin del motor. Incluso el

conocimiento de las cantidades de aire y combustible consumidas por el motor, permite

computar la relacin aire-combustible.

Figura 8 - Flujometro


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Un sistema comn para medir el flujo del aire es obtenido conectando una toma de

aire a una caja grande con un orificio en la entrada. La caja debe ser lo suficientemente

larga para amortiguar las pulsaciones en el flujo y estar libre de resonancias en el rango de

velocidad normal del motor. La cada de presin a travs del orificio puede ser medida por

un manmetro con agua, que se muestra en la figura 9. Para un flujo incompresible:

La precisin depende del conocimiento del coeficiente de descarga sobre el orificio

( ; este dato deber compararse con valores estndar.

3. Relacin de Aire-CombustibleCuando se estudio la combustin se defini el concepto de la relacin aire-

combustible, esta relacin de masas, muestra las porciones relativas de aire y combustible

en la cmara de combustin. Por lo tanto:

En muchos casos se especifica la reciproca de la relacin aire-combustible que es la

relacin de combustible-aire:

Tanque de Aire

Manmetro

Al motor

Placa Orificio

Figura 9 Tanque de Consumo de Aire


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Los efectos de la composicin de la mezcla generalmente se discuten en trminos de

las relaciones aire/combustible o combustible/aire (descritas lneas arriba) porque en las

pruebas de motores, el aire y el combustible que fluyen hacia el motor se pueden medir

directamente y porque el combustible que entra al sistema es el apropiado para la

cantidad de aire presente, en condiciones de carga y velocidad especifica. En otras

palabras, las proporciones de combustible y de aire se generalizan en trminos de la

relacin equivalente de aire-combustible para generar una mezcla homognea, sin

excesos ni carencias.

La importancia del conocimiento de estas relaciones radica en los efectos que tiene

la mezcla aire-combustible y los productos de combustin en el proceso de combustin.

Es decir, una mala relacin de aire combustible emitir productos no deseados, por lo que

estos factores estn ligados con el desempeo del motor, eficiencia, emisiones y con los

rangos en los que las proporciones de la mezcla se consideran estequiometricos.

4. RendimientosEfectuadas las medidas descritas hasta aqu, se puede con bastante facilidad deducir

los valores de los diversos rendimientos. Consideramos oportuno resumir los diversos

conceptos de rendimiento de una manera breve pero concisa.

El rendimiento termodinmico . Es la relacin entre el trabajo indicado, medido

por el rea del ciclo indicado, y el equivalente en trabajo del calor gastado para obtenerlo.

Equivale al producto de dos rendimientos: el rendimiento trmico ideal y el rendimiento

indicado.

El rendimiento trmico ideal . Es la relacin entre el trabajo medio por el rea del

ciclo ideal y el equivalente en trabajo del calor introducido en el ciclo.

El rendimiento indicado . Es la relacin entre el rea del ciclo indicado y la del ciclo

ideal; tiene en cuenta la diferencia entre el ciclo ideal y el prctico, y depende en gran

parte, de la calidad termodinmica de la cmara de combustin.

El rendimiento mecnico . Es la relacin entre el trabajo til medido sobre el eje

motor y el trabajo indicado. Tiene en cuenta el trabajo absorbido por los rozamientos de

los rganos del manovelismo (pistn, aros, perno) y de los rganos auxiliares propios del

motor, as como el trabajo absorbido por el bombeo.


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Rendimiento total . Es la relacin entre el trabajo til en el eje del motor y el

equivalente a la energa calorfica del combustible consumido; por tanto es igual al

producto del rendimiento termodinmico por el rendimiento mecnico:

El rendimiento volumtrico . Es la relacin entre el peso del aire efectivamente

introducido por ciclo en el cilindro y el peso de una carga completa, es decir, de un

volumen de aire igual al volumen del cilindro, en las condiciones atmosfricas de 20C y

760 mm de Hg:

El rendimiento volumtrico es funcin de la velocidad media de la mezcla del aire a

travs del difusor del carburador, los conductos de aspiracin y las vlvulas.

5. Presin en cilindrosLa medida de las presiones en el cilindro as como en los conductos de admisin y de

escape son importantes desde el punto de vista del control de los datos tericos de

proyecto, de la puesta a punto y de la investigacin experimental.

La obtencin de las presiones puede ser efectuada mediante aparatos medidores o

aparatos registradores.

Los primeros permiten leer el valor de la presin en el instante en que se hace laprueba; los segundos por el contrario, registran en un diagrama la marcha de las

variaciones de la presin en funcin de una variable (carrera o volumen, ngulo de

manivela o tiempo), de las cuales la misma presin es una funcin. Estos ltimos estn en

general constituidos por un complejo medidor y uno registrador, y son particularmente

empleados para la obtencin de los ciclos indicados; toman el nombre ya conocido de

indicadores.

El rendimiento indicado de los motores de embolo es obtenido mediante los

indicadores al relacionar la presin con la posicin del pistn dentro del cilindro, as

proporcionan una diagrama presin-desplazamiento o presin-volumen. Los indicadores

para motores de baja velocidad incorporan un resorte en el pistn, que opera un

indicador o registrador que proporciona un valor de la presin en un tambor, oscilando en

respuesta del movimiento del pistn.


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Un indicador de primera clase utiliza un cristal piezoelctrico y un diafragma

compuesto que permite el movimiento del soporte ms bajo del cristal cuando se somete

a las presiones del gas. Este movimiento genera un voltaje el cual se amplifica y es

aplicado a un osciloscopio, lo que proporciona una huella de la presin en la pantalla.

(Figura 10).

La segunda clase de indicadores utiliza un diafragma balanceado de presin el cual

puede estar fijo o no, pero apretado. Cuando la presin del cilindro es aplicada al

diafragma, y encima de este se mantiene una presin fija, el diafragma puede flexionarse

o moverse cuando la presin del cilindro excede la presin aplicada. El contacto con el

electrodo fijo es alrededor de 0.005 in por debajo del diafragma, el contacto se rompe

cuando la presin del cilindro decrece, lo que indica instantneamente el equilibrio de la

presin aplicada al cilindro.

El cambio en el espacio entre en el electrodo y el diafragma cambia la capacitancia

del circuito y produce un voltaje que cambia la indicacin de la presin balanceada en un

principio. Un contador promedio es usado para determinar el promedio de la presin a

cualquier posicin de la manivela. (Figura 11).

Otros tipos de indicadores de presin han sido desarrollados como pila de carbn,

magnticos, y de condensador. Los resultados obtenidos por cada indicador dependen

principalmente del manejo del operador y de su experiencia en el uso de estos.

Figura 10 Indicador Piezoelctrico


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6. Anlisis de Gases de CombustinPara el examen de los gases de escape se hacen diversas pruebas al objeto de

controlar la marcha de la combustin, cosa til tanto para la regulacin de la carburacin

o del sistema de inyeccin como para el estudio de la forma de la cmara de combustin,

del grado de refrigeracin ms oportuno, de la mejor posicin de la buja o del inyector,

etc. Particularmente cuando varios cilindros estn alimentados por un colector de

admisin comn y no hay suficiente uniformidad en la distribucin de la mezcla, el

examen de los gases de escape de cada uno de los cilindros puede facilitar valiosos

elementos para mejorar la forma o las dimensiones del colector, en el cual residen por lo

general las principales causas del defecto.

Un juicio suficientemente seguro sobre la dosificacin de la mezcla que llena cada

cilindro y sobre la diferencia de dosificacin entre los diversos cilindros se obtiene

fcilmente del examen ocular de la llama que sale de los conductos de escape.

Aproximadamente entre la dosificacin de la mezcla y el color de la llama en el escape

existe la siguiente relacin:

Mezcla grasa (demasiado rica).Llama rosada, con bocanas de humo

Mezcla correcta..Llama larga de color azulado

Mezcla magra (pobre)..Llama ms corta que tiende al

blanco

Figura 11 Indicador de Presin Balanceada


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Cuando el motor esta a rgimen de detonacin tienen lugar en la llama pequeas

lenguas de fuego rosado, que aumentan de longitud y de esplendor al agravarse la

detonacin, y bocanadas de humo negro.

Para un juicio ms preciso sobre la combustin es necesario, sin embargo, recurrir a

pruebas trmicas y qumicas.

Las pruebas trmicas consisten principalmente en la medida de la temperatura del

gas; a igualdad de otras condiciones, la temperatura es tanto mayor cuanto menor es la

relacin de expansin aprovechada (en relacin al adelanto de la abertura de la valvular

de escape), cuanto ms se prolonga la combustin y cuanto menor es el grado de

adelanto al encendido o la inyeccin.

Las pruebas qumicas tienen por objeto indicar de modo preciso el grao de

aprovechamiento del combustible en la combustin. Sabemos que si la combustin fuese

completa, el gas estara compuesto de , y . Pero la combustin no es del todo

completa por deficiencias derivadas de exigencias constructivas y funcionales y por el

hecho de que las ecuaciones de equilibrio de las reacciones de combustin estn ligadas a

la temperatura. Por ello encontramos en el escape adems de los gases anteriormente

nombrados tambin , y , as como pequea cantidad de ; estos son gases no

quemados y representan, por tanto, calor perdido. Su porcentaje es funcin sobre todo de

la relacin de mezcla, lo que est indicado en la figura 12.

Figura 12 Composicin de los gases de escape


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Por ltimo hablaremos sobre los ensayos en los motores. Los ensayos de los

motores de combustin pueden dividirse en dos tipos: (1) Pruebas de velocidad variable5,

y (2) Pruebas de velocidad constante6. Laspruebas de velocidad variable, pueden dividirse

en pruebas a plena carga en las que los objetivos son la mxima potencia y el consumo

especifico mnimo de combustible, en cada velocidad diferente; y en pruebas con cargas

parciales para determinar las variaciones del consumo especifico del combustible. La

prueba de velocidad constante se hace principalmente para determinar el consumo

especfico de combustible.

De manera general estas pruebas tienen como finalidad (independientemente de las

pruebas que sean) determinar la potencia y el rendimiento para los valores de velocidad y

carga previstos. Cuando se efectan los ensayos en los motores se requiere contar con

algunos datos los cuales son: Presin media efectiva, rendimientos (mecnico,

volumtrico, trmico), potencia al freno, entre otros. Como se aprecia las pruebas

anteriores ya fueron descritas en prrafos anteriores por lo que estamos en posibilidad de

realizar los ensayos en los motores.

Prueba de velocidad variable con el motor de Encendido por Chispa. Para efectuar

una prueba de potencia mxima en el motor ECH se abre totalmente el acelerador

manteniendo la velocidad mnima deseada mediante el ajuste del freno o de la carga

externa. Se ajusta la chispa (si es manual) para tener mxima potencia a esa velocidad. Se

corre el motor durante cierto tiempo hasta que el agua y el aceite lubricante sean llevados

a una temperatura definida de trabajo. Cuando el motor est trabajando a una

temperatura aproximada de equilibrio se inicia la prueba mediante el reloj que controla el

consumo de combustible (descrito lneas arriba). La prueba termina cuando se completa la

de consumo de combustible. Durante este periodo de tiempo se consignan la velocidad

media, la carga del freno, las temperaturas, el peso del combustible, etc. Los conceptos

consignados incluyen todos los datos necesarios para calcular los resultados requeridos lo

mismo que toda la informacin necesaria para reproducir la prueba.

Despus de completar esta fase, se ajustan el freno o la carga hasta que vare la

velocidad en la proporcin deseada, en tanto que se ajusta la chispa para mximo par

torsional (exceptuando cuando se especifique control automtico de la chispa).

Nuevamente se obtienen las condiciones de equilibrio de la temperatura repitiendo el

proceso del pargrafo precedente.

Para realizar una prueba de cargas parciales con velocidad variable, digamos

carga, se obtienen lecturas de la mitad de la potencia mxima en cada velocidad variando

el acelerador y el ajuste del freno. Puede obtenerse la curva de la potencia al freno (bhp)

contra la velocidad dividiendo simplemente las ordenadas de la curva de bhp mximas


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entre 2, pero el objetivo principal es mostrar cmo vara el consumo de combustible bajo

las nuevas condiciones de aceleracin variable. La figura 13 muestra un diagrama de una

prueba con aceleracin variable.

Prueba de velocidad variable con el motor de Encendido por compresin. En una

prueba de mxima potencia del motor EC a diferentes velocidades el problema es ms

difcil que para el motor ECH porque no hay un lmite preciso de produccin a ninguna

velocidad. Siguiendo el proceso de la prueba del motor ECH, se ajusta el freno hasta

obtener la velocidad ms baja de funcionamiento con la bomba de combustible

inyectando una cantidad suficiente para hacer que los gases de escape del motoraparezcan ligeramente coloreados. Esto indica que el motor est cercano a la carga

mxima porque parte del combustible se est perdiendo en el humo. Como el motor EC

induce una cantidad constante de aire en la carrera de admisin, una pequea cantidad

de combustible inyectada al motor no usar todo el aire del cilindro. Esto sucede en las

cargas parciales. A medida que se aumenta la carga, se inyecta mayor cantidad de

combustible y ms del aire es requerido para la combustin. En cierta etapa de la prueba,

Figura 13 Prueba de velocidad variable


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con ms inyeccin de combustible se tendr que parte de ste no es oxidado

completamente habiendo produccin de humos. Incluso, en estas condiciones, parte del

aire en el motor no puede ser empleado por la falla del combustible inyectado para

encontrar al aire. En el motor ECH se tena el acelerador abierto hasta su lmite; en el

motor EC no hay un lmite preciso siendo usado el color del humo del escape para indicar

dicho lmite. Algn constructor puede publicar curvas de pruebas mostrando una

produccin de potencia favorable, a todas las velocidades, pero tales curvas no deben

compararse con otra prueba a menos que las condiciones del humo del escape sean

iguales. Debe consignarse que las observaciones sobre el color del humo no son un ndice

absoluto del valor de la carga porque el humo puede ser consecuencia de otras

condiciones, tales como atomizacin deficiente, inyeccin muy retardada, compresin

inadecuada y alimentacin del combustible hacia los diferentes cilindros, no balanceada.

Sin embargo, con un motor en buenas condiciones, la indicacin del humo se considera

como un ndice relativamente satisfactorio del grado de carga (vase la Figura 14).

Por ltimo es conveniente hacer referencia a las condiciones estndares que se han

establecido para realizar las pruebas en motores de combustin. Varias organizaciones de

estandarizacin (BS, DIN, SAE)7

estn involucradas en la especificaciones de las

condiciones de prueba en los motores y como deben tomarse en cuenta las variaciones en

las condiciones ambientales.

Figura 14 Prueba de potencia en un motor EC


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En el pasado exista toda una amplia gama de cifras de rendimiento que podan ser

citadas para el motor, dependiendo de la norma que se adoptara y en la forma en que

muchos componentes del motor se comportaban (bomba de agua, alternador,

ventilador). Por lo que era necesario establecer un estndar para especificar todas las

variaciones en una sola norma.

Las condiciones de referencia en que se pueden evaluar los motores varan, y en

general hay una mayor participacin de los motores de encendido por compresin, ya sea

con turbocompresor o de aspiracin natural. Las correcciones para los motores de

encendido por chispa descritas en el SAE Handbookson las siguientes:

Condiciones ambientales para prueba deben de fluctuar en las siguientes:

( ) y ( )

Existen factores de correccin para algunos parmetros de prueba descritos a lo

largo de esta presentacin pero quedan fueran del propsito de la misma.


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Referencias

1Un anlisis ms detallado sobre este tipo de pruebas se muestra en: Giacosa, Dante,

Motores Endotrmicos, 3 edicin, Editorial Dossat, S, A.

2

Se denominan as porque absorben o disipan la energa producida por el motor.3

Nombrado as en honor a su inventor Gaspard Clair Francois Marie Riche de Prony (1775-

1839), ingeniero francs.

4. Se denomina dinammetro a un instrumento utilizado para medir fuerzas o para pesar

objetos.

5Las pruebas de velocidad variable se realizan en motores de automviles, mquinas de

ferrocarril y tractores.

6 Las pruebas de velocidad constante se realizan en los motores que accionan generadoresde corriente alterna.

7BS es el acrnimo de British Standards (Instituto de Normalizacin Britnica); DIN es el

acrnimo de Deutsches Institut fr Normung (en espaol, Instituto Alemn de

Normalizacin); SAEes una organizacin de profesionales de la ingeniera en los sectores

aeroespacial, automotriz y de vehculos comerciales.

Bibliografa

1.- Giacosa, Dante, Motores Endotrmicos, 3 edicin, Editorial Dossat, S, A.

2.- Severns, W. H., y Miles, J. C., Energa Mediante vapor, aire o gas. Mexico: Editorial

Revert, S. A.

3.- Obert E., Motores de combustin interna. Mxico: Editorial CECSA.

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