1
1. OBJETIVOS
Evaluacin de parmetros efectivos en funcin de la variacin de presin en el aire de
admisin.
Obtencin y anlisis de las curvas caractersticas de velocidad y de carga de un MECH
de carburador.
2. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
Motor
o Marca : Nissan GA15DS
o Potencia : 70 kW @ 6000 rpm
o Torque : 126 Nm @ 3600 rpm
o Cilindrada : 1497 cc
o Dimetro y carrera : 73,6 mm y 88 mm, respectivamente
o Orden de encendido : 1-3-4-2
o Tipo de encendido : Distribuidor y bobina
o Relacin de compresin : 9,5:1
Dinammetro
o Marca: Zllner & Co Kiel
o Rangos de torque: 0 a 150 Nm ( 0,5 Nm) y 0 a 300 N m ( 0,5 Nm)
o Velocidad mxima: 10000 rpm
Tacmetro
o Marca: Grnzweig Hartmann AG
o Rango de velocidad: 0 a 10000 rpm ( 200 rpm)
Tanque con placa orificio (para medir el consumo de aire)
o Dimetro de la placa de orificio: 32.04 mm
o Coeficiente de descarga del orificio: 0.6
Manmetro digital marca Dywer
o Rango : 0-40 inH2O (0 0,1bar)
o Accesorio: 1 manguera
Analizador de Gases AVL
Sensor de temperatura
Transmisor de presin marca Yokogawa
Medidor de gasolina marca Seppeler-Stiftung (volumen evaluado: 50ml)
Sensores para medicin de consumo de combustible marca OVAL M III (aprox. 0.1 gal/h)
Vlvula mariposa en la succin de aire del motor, marca UNIVAL - DN50
Cronmetro digital
Higrmetro
2
3. PARMETROS MEDIDOS
3.1 Ensayo de variacin de la presin de admisin
Para un rgimen de giro del eje cigeal constante de 2000 rpm, la presin de admisin ser
limitada en cuatro valores manomtricos (-5, -10, -20 y -30 kPa); para lograr esta variacin de
presin se maniobr la palanca de la vlvula del carburador, manteniendo la vlvula mariposa
(vlvula UNIVAL) completamente abierta, del mismo modo se vari el torque en el dinammetro
para obtener el torque mximo en las condiciones de operacin del motor en cada punto de
ensayo.
Finalmente se obtuvieron cuatro puntos de ensayo, en los cuales se registraron los parmetros
de funcionamiento del motor, se debe notar que aunque no se logr cuadrar estos puntos de
ensayo en los valores exactos de velocidad y presin de admisin, se realizaron las mediciones
en puntos de operacin muy prximos a estos.
Combustible Gases de escape
Parmetro Volumen Tiempo CO CO2 O2 HC
Unidades ml segundos - % % % ppm
1 50 24.02 1.027 1.07 13.1 1.54 348
2 50 31.76 0.983 1.37 13.7 0.74 372
3 50 36.97 0.868 4.69 11.8 0.38 468
4 50 43.80 0.693 11.51 7.5 0.33 645
Parmetro
Velocidad Terica
Velocidad Real
Presin admisin
terica
Presin admisin
real Torque
Temp gases de escape
Temp salida
refriger
Temp aire
admisin
P Placa
orificio
Unidades
RPM RPM kPa kPa Nm C C C Pa
1 2000 2120 -5 -6.10 90 604 71 35.6 142
2 2000 1840 -10 -10.21 86 616 84 40.7 95
3 2000 2150 -15 -15.39 81 587 75 34.9 108
4 2000 2109 -30 -32.00 52 500 71 35.0 54
3
3.2 Ensayo a plena carga
El objetivo de este ensayo es poder levantar las curvas a plena carga del motor, para esto se
vari la velocidad de giro del cigeal desde 2500 hasta 5000 rpm, con incrementos de 500
rpm (el punto a 2000 rpm se obtuvo en el ensayo anterior, medicin 1), todas las mediciones se
realizaron con la vlvula mariposa en la succin del aire del motor (UNIVAL) completamente
abierta, logrando as la condicin a plena carga.
Finalmente se obtuvieron seis puntos de ensayo ms el punto a 2000 rpm que se obtuvo
anteriormente, en los cuales se registraron los parmetros de funcionamiento del motor, se
debe notar que aunque no se logr cuadrar estos puntos de ensayo en los valores exactos de
velocidad, se realizaron las mediciones en puntos de operacin muy prximos a estos.
Parmetro Velocidad
terica Velocidad
Real Torque
Temp gases de escape
Temp salida refrigerante
Temp aire
admisin
P Placa
orificio
Pres salid carburador
Unidades RPM RPM Nm C C C Pa kPa
1 2000 2120 90 604 71 35.6 142 -6.10
2 2500 2517 85 636 75 38.2 185 -8.02
3 3000 2996 78 673 78 39.0 235 -9.17
4 3500 3494 67 687 79 40.9 275 -10.33
5 4000 4008 60 706 81 42.8 311 -10.62
6 4500 4503 56 708 89 48.6 330 -11.67
7 5000 5023 46 706 90 52.8 356 -12.41
Combustible Gases de escape
Parmetro Volumen Tiempo CO CO2 O2 HC
Unidades ml segundos - % % % ppm
1 50 24.02 1.027 1.07 13.1 1.54 348
2 50 65.7 1.018 1.03 13.5 1.31 346
3 50 60.9 1.051 0.58 13.5 1.61 298
4 50 55.6 1.063 0.44 13.5 1.80 259
5 50 50.9 1.062 0.57 13.6 1.77 185
6 50 49.4 0.990 0.92 14.0 0.69 318
7 50 45.2 1.069 0.35 13.7 1.86 237
4
3.3 Ensayo a cargas parciales
El objetivo principal de este ensayo es obtener las curvas a cargas parciales del motor, para
esto se vari el porcentaje en un 75, 50 y 25% del torque mximo, solo para cuatro velocidades
de giro del cigeal, 2000, 3000, 4000 y 5000 rpm.
Finalmente se obtuvieron doce puntos de ensayo, tres puntos por cada velocidad, en los cuales
se registraron los parmetros de funcionamiento del motor, se debe notar que aunque no se
logr cuadrar estos puntos de ensayo en los valores exactos de velocidad, se realizaron las
mediciones en puntos de operacin muy prximos a estos.
Combustible Gases de escape
Parmetro Volumen Tiempo CO CO2 O2 HC
Unidades ml segundos - % % % ppm
1 50 88.9 0.953 2.04 13.6 0.50 315
2 50 112.0 0.947 2.30 13.6 0.50 340
3 50 151.0 0.910 3.74 12.5 0.62 386
4 50 67.8 0.954 2.03 13.9 0.35 256
5 50 88.1 0.935 2.54 13.3 0.33 304
6 50 107.0 0.920 3.00 13.0 0.39 319
7 50 62.9 0.940 1.99 13.2 0.42 237
8 50 76.2 0.953 1.97 13.7 0.39 228
9 50 84.4 0.955 1.88 13.4 0.37 254
10 50 58.5 0.978 1.33 14.0 0.33 241
11 50 65.3 0.966 1.45 14.2 0.36 238
12 50 88.4 0.940 2.31 13.0 0.40 273
Parmetro
Velocidad
Velocidad Real
Porc Torque
mx.
Torque terico
Torque Real
Temp gases de escape
Temp salida refrige
Temp aire
admisin
P Placa
orificio
Pres salid
carburad
Unidades
RPM RPM % Nm Nm C C C Pa kPa
1 2000 2002 75 67.5 68 560 74 44.7 180 -23.06
2 2000 2023 50 45.0 46 532 72 46.3 49 -37.57
3 2000 2030 25 22.5 23 448 69 50.6 26 -52.78
4 3000 3029 75 58.5 60 634 79 49.6 145 -26.25
5 3000 2995 50 39.0 40 597 77 50.0 85 -38.86
6 3000 3002 25 19.5 20 543 74 55.0 45 -51.01
7 4000 4018 75 45.0 45 639 79 47.8 185 -29.27
8 4000 4016 50 30.0 30 627 80 51.6 124 -38.07
9 4000 4040 25 15.0 15 590 79 61.1 78 -48.11
10 5000 5016 75 34.0 34 683 96 63.6 221 -27.63
11 5000 5009 50 23.0 24 649 94 70.2 164 -34.86
12 5000 4997 25 11.5 10 594 89 80.6 93 -47.70
5
4. EJEMPLO DE CLCULO
A continuacin se presenta el clculo desarrollado para determinar los parmetros requeridos a
partir de los valores tomados en la sesin del laboratorio en el ENSAYO DE VARIACIN DE
LA PRESIN DE ADMISIN. Tericamente todas las tomas de datos se realizaron a una
velocidad constante de 2000 RPM, aunque se trat de obtener la mayor precisin, las
velocidades difieren en cierto rango del valor terico, para este ejemplo de clculo se tomara
como referencia los datos obtenidos a una velocidad real de 2109 RPM y a una presin de
admisin real de -32 kPa.
Parmetros medidos en el ensayo,
Parmetro Valor Unidades
Fun
cio
nam
ien
to
Velocidad Terica 2000 RPM
Velocidad Real 2109 RPM
Presin de admisin terica -30.00 kPa
Pres salid carburador -32.00 kPa
Torque 52 Nm
Temp gases de escape 500 C
Temp salida refrigerante 71 C
Temp aire admisin 35.0 C
P Placa orificio 54 Pa
Combustible
Volumen 50 ml
Tiempo 43.80 seg
Gas
es d
e
esca
pe
0.693 -
CO 11.51 %
CO2 7.5 %
O2 0.33 %
Hidrocarburos (HC) 645 ppm
Para realizar los clculos se har uso de los siguientes parmetros adicionales, los cuales son
datos con los siguientes valores constantes,
Parmetro Valor Unidades
PCI combustible 43950 kJ/kg
Densidad combustible 760 g/l
Dimetro cilindro 73.6 mm
Carrera 88 mm
Cilindrada 1497 cm3
i motor 0.5 -
Dimetro placa orificio 32.04 mm
Coeficiente descarga 0.6 -
Presin atmosfrica 101.325 kPa
Temperat. atmosfrica 25 C
R aire 0.287 kJ/kg
Fe (1/16.7) 0.06803 -
Densidad de aire 1.18473 kg/m3
6
n: Velocidad de rotacin [RPS]
i: Nmero de ciclos por vuelta
- motores
- motores
.
a. Potencia efectiva
La potencia efectiva se calcula usando la siguiente expresin,
TePe , el valor w es la velocidad de rotacin expresada en rad/s
kWPe 484.1160
2210952
b. Consumo especifico de combustible
El consumo especfico de combustible (CEC) se determina haciendo uso de la siguiente
expresin,
, donde mc representa el flujo msico del combustible y se calcula
con el tiempo tomado para un consumo de 50 ml y con la densidad de
la gasolina (760 Kg/m3)
hkW
g
Pe
mcec c
959.27148.11
288.3123
c. Presin media efectiva
Es la presin constante que durante una carrera produce un trabajo igual al trabajo efectivo, se
calcula usando la siguiente expresin:
T
E
V
Wpme
, donde We es el trabajo efectivo y es directamente proporcional a la potencia efectiva,
kJWE 6535.05.0
602109
48.11
barkPaVt
Wpme E 37.4507.436
1001497
6535.0
3
e
c
P
mcec
in
PW eE
5.04
12
iT
iT
7
Donde:
nv: Eficiencia volumtrica
ma: Masa de aire real
ma.ref: consumo msico de referencia
.
Donde:
ref: Densidad de referencia
Vt: Cilindrada total [m3]
n: Velocidad de rotacin [RPS]
i: Ciclos por giro [4T-> i=0.5]
.
Donde:
ma: Flujo msico del aire [Kg/s]
Aori: Area del orificio en el tanque (d=73mm)
aire: Densidad del aire (referencia)
p: Cada de presin [Pa]
.
d. Rendimiento volumtrico
La eficiencia volumtrica es el indicador del llenado del cilindro y se calcula haciendo uso de la
siguiente expresin,
El consumo msico de referencia viene dado por la siguiente ecuacin, y las condiciones de
referencia a tomar son las atmosfricas,
P=101.325kPa
T=25C
La densidad de referencia se calcula de la siguiente manera, tomando al aire como un gas
ideal,
31847.1
)27325(287.0
325.101
m
Kg
TR
Pref
s
KginVm Trefrefa 031154.05.0
60
210910014971847.1 3.
Para determinar la masa de aire real, se usa la siguiente expresin que evala el flujo de aire
que pasa por el tanque instalado en el motor del laboratorio,
La expresin para calcular el flujo msico de aire tiene la siguiente forma,
s
KgpAm
aire
orificioa 005472.018473.1
542
4
03204.06.0
26.0
2
Finalmente, se calcula el rendimiento volumtrico,
%5643.17100031154.0
005472.0
.
refa
a
v
m
m
refa
av
m
m
.
inVm Trefrefa
.
aire
orificioa
pAm
26.0
8
Donde:
ne: Rendimiento efectivo
Pe: Potencia especfica corregida [kW]
mc: Flujo msico de combustible
PCI: Poder calorfico inferior del diesel
.
e. Rendimiento efectivo
Es la relacin entre la potencia efectiva desarrollada y la energa suministrada por el
combustible y viene dado por la siguiente expresin,
%119.3010043950
1000288.3123
48.11
PCIm
P
C
e
E
f. Factor lambda
El factor lamba, corresponde a la inversa del dosado relativo del motor y se calcula usando la
siguiente expresin,
rF
1 , donde Fr representa al dosado relativo
Para hallar el valor del dosado relativo, usaremos el dosado total y el estequiomtrico, el
dosado total se obtiene con el consumo msico de aire y combustible del motor,
15855.0005472.0
00086758.0
re
a
c FF
m
mF
33057.206803.0
15855.015855.1
e
rF
F
Finalmente, 42907.033057.2
11
rF
*El factor lambda medido es 0.693, el valor es mayor al calculado.
g. Emisiones (CO, CO2 y HC)
Los valores medidos en los gases de escape del motor son los siguientes,
Elemento medido Valor Unidades
CO 11.51 %
CO2 7.5 %
O2 0.33 %
Hidrocarburos (HC) 645 ppm
PCIm
P
C
EE
'
9
5. PARMETROS CALCULADOS
5.1 Ensayo de variacin de la presin de admisin
a b
Parmetro Velocidad
real
Presin aire de
admisin
Velocidad Angular
Potencia Efectiva
Caudal Combust
Flujo Msico
Combust
Consu. Espec
Combust
Unidades RPM kPa rad/s kW l/s g/s g/kW.h
1 2000 -5 222.006 19.981 0.002082 1.582015 285.040
2 2000 -10 192.684 16.571 0.001574 1.196474 259.933
3 2000 -15 225.147 18.237 0.001352 1.027860 202.901
4 2000 -30 220.854 11.484 0.001142 0.867580 271.959
c
Parmetro Velocidad
real
Presin aire de
admisin
Velocidad Real
Trabajo Efectivo
Presin Media Efect.
Presin Media Efect.
Unidades RPM kPa rps kJ kPa Bar
1 2000 -5 35.3333 1.1310 755.493 7.5549
2 2000 -10 30.6667 1.0807 721.916 7.2192
3 2000 -15 35.8333 1.0179 679.944 6.7994
4 2000 -30 35.1500 0.6535 436.507 4.3651
e f
Parmetro Velocidad
real
Presin aire de
admisin
Rendimiento Efectivo
Dosado Absoluto
Dosado Relativo
Factor Lambda
Unidades RPM kPa % - - -
1 2000 -5 28.7367 0.17829 2.62069 0.38158
2 2000 -10 31.5125 0.16485 2.42320 0.41268
3 2000 -15 40.3700 0.13282 1.95241 0.51219
4 2000 -30 30.1190 0.15855 2.33057 0.42908
d
Parmetro Velocidad
real
Presin aire de
admisin
Densidad Referenci
Flujo Msico
Aire Refer
Caudal de Aire
Flujo Msico
Aire
Rendimiento Volumtrico
Unidades RPM kPa kg/m3 kg/s m3/s kg/s %
1 2000 -5 1.18413 0.031317 0.007490 0.008874 28.3347
2 2000 -10 1.18413 0.027181 0.006126 0.007258 26.7026
3 2000 -15 1.18413 0.031760 0.006532 0.007739 24.3660
4 2000 -30 1.18413 0.031154 0.004619 0.005472 17.5643
10
5.2 Ensayo a plena carga
a b
Parmetro Velocidad
real Velocidad Angular
Potencia Efectiva
Caudal Combust
Flujo Msico
Combust
Consu. Espec
Combust
Unidades RPM rad/s kW l/s g/s g/kW.h
1 2500 263.580 22.404 0.000761 0.578387 92.937
2 3000 313.740 24.472 0.000821 0.623974 91.792
3 3500 365.891 24.515 0.000899 0.683453 100.366
4 4000 419.717 25.183 0.000982 0.746562 106.724
5 4500 471.553 26.407 0.001012 0.769231 104.867
6 5000 526.007 24.196 0.001106 0.840708 125.083
e f
Parmetro Velocidad
real Rendimiento
Efectivo Dosado
Absoluto Dosado Relativo
Factor Lambda
Unidades RPM % - - -
1 2500 88.1361 0.05711 0.83942 1.19129
2 3000 89.2359 0.05466 0.80349 1.24457
3 3500 81.6129 0.05535 0.81356 1.22916
4 4000 76.7508 0.05685 0.83567 1.19665
5 4500 78.1094 0.05687 0.83589 1.19633
6 5000 65.4856 0.05984 0.87957 1.13692
c d
Parmetro
Velocidad terica
Velocidad Real
Trabajo Efectiv
o
Presin Media Efect.
Presin Media Efect.
Flujo Msico
Aire Refer
Caudal de Aire
Flujo Msico
Aire
Rend Volumt
rico
Unidades
RPM rps kJ kPa Bar kg/s m3/s kg/s %
1 2500 41.9500 1.0681 713.521 7.1352 0.037181 0.008549 0.010128 27.2404
2 3000 49.9333 0.9802 654.761 6.5476 0.044257 0.009635 0.011415 25.7930
3 3500 58.2333 0.8419 562.423 5.6242 0.051614 0.010423 0.012349 23.9251
4 4000 66.8000 0.7540 503.662 5.0366 0.059206 0.011084 0.013132 22.1801
5 4500 75.0500 0.7037 470.085 4.7008 0.066518 0.011418 0.013527 20.3360
6 5000 83.7167 0.5781 386.141 3.8614 0.074200 0.011859 0.014050 18.9353
11
5.3 Ensayo a cargas parciales
a b
Parmetro Velocidad
real Velocidad Angular
Potencia Efectiva
Caudal Combust
Flujo Msico
Combust
Consu. Espec
Combust
Unidades RPM rad/s kW l/s g/s g/kW.h
1 2000 209.649 14.256 0.000562 0.427447 107.940
2 2000 211.848 9.745 0.000446 0.339286 125.339
3 2000 212.581 4.889 0.000331 0.251656 185.292
4 3000 317.196 19.032 0.000737 0.560472 106.017
5 3000 313.636 12.545 0.000568 0.431328 123.773
6 3000 314.369 6.287 0.000467 0.355140 203.345
7 4000 420.764 18.934 0.000795 0.604134 114.864
8 4000 420.555 12.617 0.000656 0.498688 142.294
9 4000 423.068 6.346 0.000592 0.450237 255.413
10 5000 525.274 17.859 0.000855 0.649573 130.938
11 5000 524.541 12.589 0.000766 0.581930 166.411
12 5000 523.285 5.233 0.000566 0.429864 295.730
c
Parmetro Velocidad
real Velocidad
Real Trabajo Efectivo
Presin Media Efect.
Presin Media Efect.
Unidades RPM rps kJ kPa Bar
1 2000 33.3667 0.8545 570.817 5.7082
2 2000 33.7167 0.5781 386.141 3.8614
3 2000 33.8333 0.2890 193.070 1.9307
4 3000 50.4833 0.7540 503.662 5.0366
5 3000 49.9167 0.5027 335.775 3.3577
6 3000 50.0333 0.2513 167.887 1.6789
7 4000 66.9667 0.5655 377.747 3.7775
8 4000 66.9333 0.3770 251.831 2.5183
9 4000 67.3333 0.1885 125.916 1.2592
10 5000 83.6000 0.4273 285.409 2.8541
11 5000 83.4833 0.3016 201.465 2.0146
12 5000 83.2833 0.1257 83.944 0.8394
12
d
Parmetro Velocidad
real Densidad Referenci
Flujo Msico Aire Refer
Caudal de Aire
Flujo Msico
Aire
Rendimiento Volumtrico
Unidades RPM kg/m3 kg/s m3/s kg/s %
1 2000 1.18413 0.029574 0.008433 0.009990 33.7818
2 2000 1.18413 0.029884 0.004400 0.005213 17.4427
3 2000 1.18413 0.029987 0.003205 0.003797 12.6620
4 3000 1.18413 0.044745 0.007569 0.008967 20.0399
5 3000 1.18413 0.044242 0.005795 0.006865 15.5175
6 3000 1.18413 0.044346 0.004216 0.004995 11.2643
7 4000 1.18413 0.059354 0.008549 0.010128 17.0642
8 4000 1.18413 0.059325 0.006999 0.008292 13.9774
9 4000 1.18413 0.059679 0.005551 0.006577 11.0199
10 5000 1.18413 0.074097 0.009344 0.011070 14.9399
11 5000 1.18413 0.073993 0.008049 0.009536 12.8879
12 5000 1.18413 0.073816 0.006061 0.007181 9.7284
e f
Parmetro Velocidad
real Rendimiento
Efectivo Dosado
Absoluto Dosado Relativo
Factor Lambda
Unidades RPM % - - -
1 2000 75.8859 0.04279 0.62892 1.59003
2 2000 65.3518 0.06509 0.95679 1.04516
3 2000 44.2066 0.06628 0.97425 1.02643
4 3000 77.2621 0.06251 0.91879 1.08838
5 3000 66.1788 0.06283 0.92352 1.08281
6 3000 40.2820 0.07110 1.04506 0.95688
7 4000 71.3114 0.05965 0.87679 1.14052
8 4000 57.5647 0.06014 0.88403 1.13118
9 4000 32.0702 0.06846 1.00633 0.99370
10 5000 62.5574 0.05868 0.86254 1.15936
11 5000 49.2223 0.06102 0.89701 1.11482
12 5000 27.6980 0.05986 0.87991 1.13648
13
6. GRFICOS Y ANLISIS DE RESULTADOS
Ensayo de variacin de la presin de admisin Potencia efectiva
Se observa que la curva de Pe vs. Presin de admisin, desarrolla una tendencia ascendente;
el motor desarrolla mayor potencia efectiva a medida que la presin del aire admitido es mayor,
esto se debe a que a mayor presin en el flujo de aire que pasa por el carburador, este produce
un mayor vaco (efecto Venturi) por lo que se dosifica mayor flujo de combustible, por ende
ingresa mayor cantidad de mezcla a la cmara de combustin y esto se traduce en mayor
potencia en el eje cigeal. De igual modo a medida que el factor lambda aumenta, es decir
que el dosado relativo disminuye (mezcla ms pobre) el motor entrega mayor potencia efectiva.
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Factor lambda medido
Pe vs Factor lambda medido
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Po
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cia
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W)
Presin de aire de admision (kPa)
Pe vs Presin de admisin
14
Ensayo de variacin de la presin de admisin Consumo efectivo de combustible
Por lo explicado anteriormente, a medida que la presin del aire de admisin aumenta, este
flujo de aire, adquiere mayor velocidad en su paso por el carburador, por lo que en este se
dosifica mayor cantidad de combustible, aumentado as, el consumo especifico de combustible
del motor, este parmetro tambin aumenta a medida que el factor lambda se incrementa.
Como se observa la primera medicin no sigue la tendencia general de las curvas mostradas,
esto se pudo deber a un error en la medicin (lectura de valor errneo).
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kW-h
)
Presin de aire de admision (kPa)
CEC vs Presin de admisin
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Co
nsu
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esp
ec
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ust
ible
(g/
kW-h
)
Factor lambda medido
CEC vs Factor lambda medido
15
Ensayo de variacin de la presin de admisin Presin media efectiva
Se observa que la presin media efectiva se incrementa a medida que se aumenta la presin
del aire de admisin, esto es lgico ya que la mezcla de aire-combustible que sale del
carburador ingresa a una mayor presin a la cmara de combustin, por lo que se desarrolla
una mayor presin media en esta zona, la misma tendencia se observa al comparar la presin
media efectiva con el factor lambda medido. Esto es lgico debido a que el PME es
directamente proporcional al trabajo efectivo y este a su vez es directamente proporcional a la
potencia efectiva que se comporta de la misma manera que el PME.
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Presin de aire de admision (kPa)
PME vs Presin de admisin
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Factor lambda medido
PME vs Factor lambda medido
16
Ensayo de variacin de la presin de admisin Rendimiento volumtrico
El rendimiento volumtrico es la relacin entre el flujo msico de aire con el flujo msico de aire
de referencia, se observa que a medida que la presin del aire de admisin se incrementa, el
rendimiento volumtrico tambin sigue esa tendencia, esto es debido a que cuando la presin
es ms elevada, la densidad del aire se incrementa y el motor admite mayor cantidad de aire
en las cmaras de combustin, por lo que la eficiencia se aumenta. Es lgico que lo mismo
suceda con el factor lambda, ya que este es directamente proporcional al flujo msico de aire
de admisin.
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Re
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vo
lum
tr
ico
(%
)
Presin de aire de admision (kPa)
Rend. volumetrico vs Presin de admisin
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vo
lum
tr
ico
(%
)
Factor lambda medido
Rend. volumtrico vs Factor lambda medido
17
Ensayo de variacin de la presin de admisin Rendimiento efectivo
En ambas curvas se observa que el primer punto no sigue la tendencia del resto de puntos
(que en las dos curvas siguen una tendencia decreciente) es por eso que no se tomara en
cuenta para realizar el anlisis correspondiente. En la primera curva se observa que al
aumentar la presin de admisin, el rendimiento efectivo decrece, esto se debe principalmente
a que cuando la presin del aire en la admisin aumenta. el flujo de combustible tambin lo
hace, y debido a que este parmetro es indirectamente proporcional al rendimiento efectivo,
este decrece.
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Factor lambda medido
Rend. efectivo vs Factor lambda medido
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-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00
Re
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%)
Presin de aire de admision (kPa)
Rend. efectivo vs Presin de admisin
18
Ensayo de variacin de la presin de admisin Factor lambda calculado
Como ya se mencion anteriormente, a mayor presin del aire de admisin, el factor lambda
aumenta, debido a que la mezcla es cada vez ms pobre (es decir la proporcin del flujo de
combustible decrece en la mezcla). En la segunda grafica se observa que los factores lambda
son distintos, esto se puede haber debido a la poca precisin de las mediciones en el ensayo
del laboratorio.
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or
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Factor lambda medido
Lambda calculado vs Factor lambda medido
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Faxt
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Presin de aire de admision (kPa)
Lambda calculado vs Presin de admisin
19
Ensayo de variacin de la presin de admisin Emisiones CO, CO2, O2
A medida de que la presin del aire de admisin aumenta y la mezcla se hace ms pobre, el
porcentaje de CO2 aumenta, esto es debido a que se est aprovechando mejor la cantidad de
combustible que tiene la mezcla y se est produciendo una combustin ms completa, es
lgico que el porcentaje de CO disminuya, ya que este elemento es el resultado de combustible
que no se ha quemado. Se observa que el porcentaje de O2 crece de manera muy leve.
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Factor lambda medido)
Emisiones vs Factor lambda medido
Porcentaje deCO
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Porcentaje deO2
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(%)
Presin de aire de admision (kPa)
Emisiones vs Presin de admisin
Porcentaje deCOPorcentaje deCO2Porcentaje deO2
20
Ensayo de variacin de la presin de admisin Hidrocarburos
El motor, al operar con mezclas ms pobres, se aprovecha mejor el combustible. Por lo tanto, las grficas resultaron segn lo esperado, en ellas se observa que los hidrocarburos no quemados disminuyen a medida que aumenta la presin de admisin y obtencin de mezclas ms pobres.
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ros
(pp
m)
Factor lambda medido
Hidrocarburos vs Factor lambda medido
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-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00
Hid
roca
rbu
ros
(pp
m)
Presin de aire de admision (kPa)
Hidrocarburos vs Presin de admisin
21
Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Potencia efectiva
En los ensayos realizados a plena carga se observa una tendencia al aumento de la potencia
efectiva a medida que se incrementa la velocidad, esto es debido a que la potencia es
directamente proporcional a la velocidad de rotacin del cigeal. Por otro lado podemos
observar que mientras menor sea la carga a la que trabaja el motor, menor ser la potencia
efectiva que produce el motor.
Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Consumo especfico de combustible
En los ensayos realizados a plena carga se observa que a mayor velocidad de rotacin, mayor
es el consumo especfico de combustible, (el primer dato ser omitido para el anlisis ya que
no obedece al patrn comn de los resultados del ensayo). Nos podemos dar cuenta que a
menor carga, mayor ser el consumo de combustible, se demuestra que el motor al momento
del arranque (menor carga), consume ms combustible ya que necesita vencer la inercia de los
elementos mviles que contiene.
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Velocidad de rotacin (RPM)
Pe vs RPM plena carga
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/kW
-h)
Velocidad de rotacin (RPM)
CEC vs RPM plena carga
75% carga
50% carga
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22
Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Presin media efectiva
Se puede apreciar en la figura que a medida que la velocidad de rotacin en el cigeal
aumenta, el valor de la presin media efectiva disminuye, esto se debe a que a medida que el
cigeal aumenta su rgimen de giro, el trabajo especfico decrece, y siendo este parmetro
directamente proporcional a la presin media efectiva, es de esperar que esto ocurra. De la
misma forma sabemos que a menor carga, la presin que se desarrolla en la cmara de
combustin es menor, por esto la presin media efectiva disminuye.
Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Rendimiento volumtrico
Se observa que a medida que aumenta la velocidad de rotacin el rendimiento volumtrico
disminuye, esto es porque a mas rpm, el flujo msico de aire de referencia aumenta, lo que
hace que la eficiencia volumtrica disminuya, tambin se observa a que a menos carga el
rendimiento volumtrico es menor, ya que a menos exigencia del motor, la cantidad de aire
admitido ser tambin menor.
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Velocidad de rotacin (RPM)
pme vs RPM plena carga
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))
Velocidad de rotacin (RPM)
v vs RPM plena carga
75% carga
50% carga
25% carga
23
Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Rendimiento efectivo
Segn las grafica hallada, el rendimiento efectivo disminuye a medida que aumenta el rpm, el
primer punto tomado a plena carga puede haberse debido a un error de lectura ya que se
encuentra muy alejado del patrn que siguen las mediciones en este ensayo, es importante
mencionar, que aunque a mayor velocidad la potencia efectiva aumenta y esto debera hacer
que el rendimiento efectivo crezca, es importante tomar en cuenta que el flujo de combustible
tambin aumenta y este el motivo por el cual el rendimiento efectivo disminuye.
Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Factor lambda calculado
Observando la tabla de resultados mostrada anteriormente, nos podemos dar cuenta que los
valores de los lambda calculados no son similares a los valores de los factores lambda
medidos, esto puede deberse a la poca presin de las mediciones, pero si tratamos de buscar
la tendencia de las curvas, nos darnos cuenta que para los ensayos a cargas parciales el factor
lambda crece a medida que aumenta el rpm, esto no sucede para el ensayo a plena carga.
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Velocidad de rotacin (RPM)
e vs RPM plena carga
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Velocidad de rotacin (RPM)
vs RPM plena carga
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Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Emisiones de CO2, CO y O2
Todas mediciones plasmadas en estos grficos se realizaron con el analizador de gases AVL, y
como se observa, no siguen un patrn comn. En el primer grfico podemos aproximar la
tendencia a una disminucin del porcentaje de CO a medida que aumenta el rpm, en la
segunda figura, la distribucin de puntos es un poco ms arbitraria y no tiene un patrn
marcado, en la tercera podemos apreciar que para los ensayos de cargas parciales, el
porcentaje de O2 disminuye.
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0.5
1
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2
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3
3.5
4Em
iiso
ne
s d
e C
O (
%))
CO vs RPM plena carga
75% carga
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13.4
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14
14.2
14.4
Emiis
on
es
de
CO
2 (
%))
CO2 vs RPM plena carga
75% carga
50% carga
25% carga
0
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2
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Emiis
on
es
de
O2
(%
))
Velocidad de rotacin (RPM)
O2 vs RPM
plena carga
75% carga
50% carga
25% carga
25
Ensayos a plena carga y a cargas parciales - Hidrocarburos
Si no tomamos en cuenta el ensayo realizado a plena carga, de la siguiente grfica podemos
concluir que a menor carga los hidrocarburos sin quemar en el gases de escape, se encuentran
en mayor cantidad, y que a medida en el aumenta la velocidad de rotacin del giro, estos
disminuyen, sin importar en que porcentaje de carga se encuentre operando el motor.
7. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Como se observa en ms de una grfica, en ciertos ensayos, existen valores que difieren
en gran magnitud al patrn que siguen el resto de puntos tomados en el mismo ensayo, es
muy probable que esto se deba a un error de lectura y esto disminuye en gran magnitud la
presin de los resultados obtenidos en este informe.
En las grficas de las emisiones se puede observar que a medida que el porcentaje de
CO2 aumenta, el de CO disminuye, ya que este es resultado de una mala combustin en
una mezcla muy rica.
Mientras el ingreso de aire se da con mayor presin, los parmetros que arroje el motor en
su funcionamiento sern ms beneficiosos, es por eso que un turbocompresor en la
admisin de aire mejora la eficiencia en gran magnitud de un motor de combustin interna
Cuando el motor trabaja con una mescla ms pobre, el proceso de combustin que se
realiza es mejor, por lo que los HC no quemados disminuyes y el porcentaje de CO
tambin disminuye, por el contrario el porcentaje de CO2 aumenta, como resultado de una
buena combustin.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1000 2000 3000 4000 5000 6000
Hid
roca
rbu
ros
(pp
m)
Velocidad de rotacin (RPM)
HC vs RPM plena carga
75% carga
50% carga
25% carga
26
8. EVALUACION EXTRA
Cmo el rendimiento efectivo y las emisiones de un MECH cambian cuando es utilizada
la inyeccin electrnica en comparacin al uso del carburador?
Rendimiento efectivo elevado:
Este parmetro aumenta debido a que el consumo de combustible disminuye por un uso ms
eficiente que se da con la aplicacin del inyector electrnico. Con la utilizacin de
carburadores, en los colectores de admisin se producen mezclas desiguales de aire-gasolina
para cada cilindro. La necesidad de formar una mezcla que alimente suficientemente incluso al
cilindro ms desfavorecido obliga a dosificar una cantidad de combustible demasiado elevada.
La consecuencia de esto es un excesivo consumo de combustible y una carga desigual de los
cilindros. Al asignar un inyector a cada cilindro, se asegura la dosificacin exacta de
combustible en el momento oportuno y en cualquier estado de marcha y de carga del motor.
Por otro lado, la eliminacin del carburador ha permitido modelar los tubos de admisin
obteniendo unas corrientes de aire ms adecuadas para mejorar el llenado de los cilindros y
as aumentar la potencia y el par del motor.
Gases menos contaminantes:
La concentracin de los elementos contaminantes en los gases de escape depende
directamente de la proporcin de aire-gasolina. Para reducir la emisin de contaminantes es
necesario preparar una mezcla de una determinada proporcin, esto se logra con el uso del
inyector, como se explic anteriormente, debido a permite ajustar la cantidad necesaria de
combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor.
Cmo el trabajo de bombeo cambia para un MECH turboalimentado en comparacin a
un motor naturalmente aspirado?
Las prdidas por bombeo son equivalente al trabajo realizado por el pistn durante la admisin
de la mezcla aire-gasolina y el escape de gases de combustin a travs de las vlvulas dela
cmara. Cuando se tiene un motor turboalimentado, se aprovechan los gases de escape para
activar una turbina, que al mover su eje acciona un compresor, por el cual pasa el aire limpio y
se comprime antes de entrar al motor, si adems enfriamos ese aire comprimido (sistema de
intercooler) para aumentar ms aun la densidad antes de entrar al motor, las ventajas son an
mayores. Cuando el aire ingresa a la cmara de combustin a una mayor presin, este hace
que la mezcla aire-combustible que an se encuentra en el cilindro sea expulsado ms
fcilmente cuando las vlvulas de escape estn abiertas, por lo que se reduce el trabajo de
bombeo.
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9. BIBLIOGRAFIA
CENTRO ZARAGOZA Evolucin de la inyeccin - Gasolina
2013 Consulta: 01 de Junio del 2015
BOSCH ENGINEERING CO. Tcnica de gases de escape para motores de gasolina
2003 Segunda edicin. Robert Bosch GMbh.
AGUDO, Daniel Motores turbo vs Motores atmosfricos
2014 Consulta: 01 de Junio del 2015
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