Parámetros, Características Y Balance Térmico Del Motor 82m57

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA. CONFERENCIA 2 TEMA I: El motor y sus característica de operación.. SUMARIO: Parámetros del MCI.  Los que caracterizan al ciclo real (indicados).  Los que caracterizan el trabajo del motor (efectivos).  Pérdidas Mecánicas Definición de característica. Clasificación de las mismas  Característica de velocidad  Característica de carga  Característica de regulación.  Característica de marcha en vacío:  Método de realización del ensayo:  Característica de marcha en vacío:  Característica Universal o multiparamétrica:  Característica de perdidas mecánicas. Ensayos de motores, parámetros a medir e instrumentación.

BIBLIOGRAFÍA: Básica Engineering fundamentals of MCI

Willard W Pulkrabeck

Complementaria Marins internal combustión engine Motores de Automovil Teoría de MCI. Problemas de MCI. Plataforma Moodle Bibliografía entregada por el profesor

N. Petrovsky MS. Jovaj JL.Reyes JL. Reyes

OBJETIVOS:  Obtener los parámetros indicados que caracterizan al ciclo real (indicados) y los que caracterizan el trabajo del motor (efectivos).  Obtener las diferentes pérdidas mecánicas en el motor.



Identificar los diferentes métodos para obtener las pérdidas mecánicas

ASPECTOS DE LA CLASE ANTERIOR. En la clase anterior el estudiante pudo aprender sobre:  Las características principales de los M.C.I, así como su aplicación, desarrollo histórico y perspectivas en Cuba, además de conocer particularidades del trabajo de los M.C.I.  Identificar y diferenciar los MCI y los MCE, u uso y aplicación  Identificar los sistemas fundamentales del motor de combustión interna, componentes de cada uno de los sistemas del MCI y las funciones de sistemas fundamentales del motor de combustión interna

su las los los

PREGUNTAS DE CONTROL 1. ¿Qué es un Motor de Combustión Interna? 2. ¿Cuál es la diferencia entre un MCI y un Motor de Combustión Externa?. Cite ejemplos de ambos 3. Diga el principio de funcionamiento del motor de pistón 4. Realice la clasificación de los M.C.I. de pistón en base a tres parámetros. 5. ¿Qué importancia tiene el uso de los MCI en diferentes sistemas? 6. Diga algunos ejemplos donde pueden utilizarse los MCI. 7. ¿Cuáles son los sistemas fundamentales que componen a un MCI?. 8. Diga la función que realiza cada uno de los sistemas de un MCI en el mismo. 9. ¿Qué elementos del motor intervienen en cada uno de los sistemas? 10. ¿Cuál es la función de cada elemento en el motor? MOTIVACIÓN ¿Que parámetros se pueden obtener en un MCI?. ¿Cómo y donde se pueden medir y obtener dichos parámetros? PARÁMETROS DEL MCI. En la teoría de los MCI se analizan dos grupos de parámetros:  Los que caracterizan al ciclo real.  Los que caracterizan el trabajo del motor.

- Trabajo Indicado. - Presión Media Indicada.  Parámetros que caracterizan el ciclo real- Rendimiento Indicado. - Potencia Indicada.  - Consumo espscífico Indicado. - Presión Media Efectiva. - Rendimiento Efectivo.  Parámetros que caracterizan el trabajo del motor - Potencia Efectiva. - Consumo espscífico Efectivo. Las características indicadas se obtienen en el cilindro del motor, mientras que los efectivos son los mismos después de considerar todas las pérdidas mecánicas que ocurren en el motor.

Fig. 1. Diagrama Indicado de un motor de Carburación.

Li

El área no rayada menos el área b 1 ra b1 (Trabajo de intercambio de gases) Es el trabajo indicado del ciclo. Trabajo indicado (Wi): Es el trabajo que se obtiene en el ciclo durante las carreras de compresión y expansión:

W i   P dV Este trabajo indicado L1 obtenido del diagrama indicado no puede ser completamente aprovechado en el eje del motor parte de este se pierde en fricción, en mover equipos auxiliares, etc. La obtención del trabajo Indicado de forma analítica es compleja. La obtención del mismo en un diagrama indicado se realiza por medio de un planímetro; pero al realizar el cálculo térmico de un motor y determinar el diagrama indicado de cálculo, este se plotea según las carreras de compresión y expansión, mientras que el trabajo perdido en el intercambio de gases se considera entre las pérdidas mecánicas y se tiene en cuenta separadamente. El trabajo indicado del ciclo real es menor que el del ciclo teórico. La magnitud dela diferencia entre ambos ciclos depende de varios factores, por ejemplo la naturaleza del proceso de combustión, su principio y final el momento de apertura de la válvulas de isión y escape. Para llegar a una expresión del trabajo indicado de un ciclo nos auxiliaremos del diagrama indicado representado en la siguiente figura.

Fig. 2. Diagrama Indicado de un motor Diesel.

Li  LZ  Z  LZb  Lac LZ  Z :Es un proceso a P= Cte.

LZ  Z  PZ VZ  PZ VC  PZ VC    1   PCVC    1

El trabajo en el proceso politrópico de expansión. LZ b 

PZ VZ   VZ 1   n 2  1   Vb 

  

n2 1

  

Multiplicando y dividiendo a la derecha por Vc. VZ  VC

Vb  VZ

y

LZ b  PC VC

  1  1  n2 1   n2  1   

El trabajo politrópico de compresión La c

P V  V  C C 1   C n2  1   Vb 

  

n2 1

 P V  1    C C 1  n 1   n2  1   2 

Finalmente.

Li   PC VC    1  PC VC

  1  P V  1  1  n2 1   C C 1  n2 1   n2  1    n2  1   

   1  1  1  Li  PC VC     1  1  n2 1   1  n2 1  n2  1    n2  1    

P

=

+

pmi

VD

+

V VPMS

VD

VPMI

Li  Pi Vh

D : diámetro.

D S 4 2

Vh 

S : carrera.

Presión Media Indicada (Pi): La magnitud de la presión media indicada se puede expresar como la relación del trabajo indicado al volumen de trabajo. (MPa). La presión media indicada se obtiene dividiendo el trabajo por el volumen de desplazamiento. Pi 

Li Vh

Pi 

MPa

Li 10  6 Vh

Pi  MPa Li  J  Nm Vh  m3

Si.

Pi  Pa

   n1  1  1  1  1  n2 1   1  n1 1      1   1  n2  1    n1  1   

Para un motor de carburación.  1

y

Pi  Pa

 

 n1    1  1  1  1   1         1  n2  1   n2 1  n1  1   n1 1 

La desviación de los valores reales de la presión media indicada respecto a los valores de cálculo se aprecia por el coeficiente de redondez. La presión media real. Pi   Pi 0.92<  <0.97 en los motores de carburación el ciclo real se aleja menos que en los ciclos diesel del teórico.

En un motor de dos tiempos. Es necesario tener en cuenta la expansión térmica, en el momento que se descubren las lumbreras de escape, ya que después de esto con el aumento del volumen de trabajo de los gases no se realiza trabajo útil.

Pi 

Li Li   Vh  Vh  V p

p 

Vp Vh

Li  Vp   Vh 1   Vh 

Fracción de volumen perdido.

Pi1   p  

Li Vh Pi   Pi 1   p 

Potencia Indicada (Pi): Se define en forma general como el trabajo realizado por unidad de tiempo. (KW) El número de ciclos por segundo que efectúa un motor es

2n

rps del cigüeñal, 2n el número de carrera por segundo, tiempos del motor. Ni 

Ni 





, n es el número de es el número de

2n Pi Vh Para un cilindro.  2 Pi Vh i n



Para i cilindros.

La potencia indicada se expresa en KW. Ni 

2 Pi i Vh n 30 

Pi : MPa Vh :lts. n : rpm

Para un motor de 4t. Ni 

2 Pi i Vh n 120 

Para un motor de 2t. Ni 

2 Pi i Vh n 60 

Consumo específico indicado (gi)

MPa lts 2 min 60 min 2 MPa lts 60 seg MN 10 3 m 3 m2 30 seg KN m 30 seg KJ  KW 30 seg Pd  F L T 1

Si se conoce la potencia indicada y el gasto horario se puede encontrar la economía del motor. gi  103

GT Ni

gi :  g / Kwh   Kg  GT :Gasto horario.    h  Ni : Potencia indicada  KW 

Rendimiento indicado (i): Expresa "la calidad" con que se transforma la energía almacenada en el combustible en energía mecánica sobre el pistón. O sea de cómo es el aprovechamiento del calor en el cilindro. Li Q 3600 i  gi Hu KJ KW h i  g MJ KW h Kg KJ KW h Kg i  KW h g 103 KJ

i 

Q : Calor total suminsitrado en el ciclo. MJ Hu : Valor calórico : Kg g gi : Kw - h 3600 : Factor de convencción. KJ 3600 Kw h

Hu  Poder calorífico del combustible: Energía que se desprende por unidad de masa de combustible quemado.

PARÁMETROS EFECTIVOS Parámetros relacionados con aspectos termodinámicos y mecánicos del ciclo. Trabajo efectivo (We): Es el trabajo que se obtiene en el eje del cigüeñal durante un ciclo de trabajo completo. Potencia efectiva (Ne): Potencia aprovechada a la salida del eje del cigüeñal. Esto no es más que la potencia indicada que se obtiene en el cilindro menos la potencia que se consume en las pérdidas mecánicas. Ne = Ni - Nm También se puede obtener de la siguiente forma: Ne 

Pe i Vh n 30 

Pe : MPa Vh :lts. n : rpm

Presión media efectiva (Pe): Es la potencia que se tiene en el eje del cigüeñal. Es de menor valor que la potencia indicada porque incluye todas las pérdidas que tienen lugar hasta la salida de fuerza por el cigüeñal. Pe = Pi - Pm Consumo específico efectiva (ge): ge  103

GT Ne

ge :  g / Kwh   Kg  GT :Gasto horario.    h  Ne : Potencia efectiva  KW 

Rendimiento efectivo (e): Expresa "la calidad" con que se transforma la energía liberada por el combustible en energía mecánica en el eje (cigüeñal).

e 

3600 ge Hu

KJ KW h e  g MJ KW h Kg

e 

KJ KW h Kg KW h g 103 KJ

MEP  e   0.25 , 0.3 Rangos e  MEC  e   0.30 , 0.5 Cálculos generales Torque (M): Mn 

Nn  Nm W

Nn  Watt . W  Seg 1

Q : Calor total suminsitrado en el ciclo. MJ Hu : Valor calórico : Kg g gi : Kw - h 3600 : Factor de convencción. KJ 3600 Kw h

PÉRDIDAS MECÁNICAS A raíz de la crisis energética de la década del 70 de los continuos incrementos de los precios de los combustibles derivados del petróleo existe una tendencia al desarrollo de motores con mayor rendimiento, postergándose otras líneas de investigación que en épocas anteriores tuvieron un gran auge. La búsqueda de rendimientos más elevados puede abordarse desde el punto de vista del rendimiento indicado del motor, actuando sobre parámetros que indican directamente sobre el ciclo termodinámico básico, o bien desde el punto de vista del rendimiento mecánico, disminuyendo las pérdidas mecánicas del motor. Recibe el nombre de pérdidas mecánicas el conjunto de pérdidas que integran la diferencia existente entre la potencia efectiva y la potencia indicada del motor. A su vez este conjunto se puede clasificar en cuatro grandes subgrupos:    

Perdidas por fricción. Perdidas de bombeo o intercambio de gas. Perdidas de accionamientos mecánicos auxiliares. Perdidas por accionamiento del compresor.

De acuerdo con lo anterior podemos escribir en términos de potencia: Ne  Ni  Nm

siendo: N m  N fr  N bom  N M . Aux  N Comp

donde: Ne : Potencia Efectiva. Ni : Potencia Indicada. Nm : Potencia por Pérdidas Mecánica. N fr : Potencia absorbida por fricción (rozamiento). N bom : Potencia absorbida por efecto de bombeo. N M . Aux : Potencia para el accionamiento de mecanismos auxiliares. N Comp : Potencia necesaria para accionar la bomba de barrido o por el compresor de sobrealimentación cuando el accionamiento es mecánico. Perdidas por fricción. Son debidas al rozamiento entre diferentes órganos móviles del motor. Cuando dos superficies en o están dotadas de un movimiento relativo pueden aparecer cuatro tipos de diferentes de fricción.

a saber:    

Fricción hidrodinámica o fluida. Fricción semiseca o mixta. Fricción metal-metal seca o límite. Fricción de rodadura.

Fricción hidrodinámica o fluida: Esta, aparece asociado a superficies completamente separadas por una película lubricante y en consecuencia la fuerza de fricción es función principalmente de la viscosidad del aceite. Este tipo de fricción es el que generalmente aparece en los motores. Fricción semiseca o mixta: La fricción semiseca o mixta aparece cuando existe una película suficientemente desarrollada, pero también hay os metal-metal localizados. Fricción metal-metal seca o límite: Aparece asociado a superficies metálica acopladas. Fricción de rodadura: La fricción de rodadura se da en los rodamientos de bolas y agujas y en los seguidores de levas que incorporan rueda. Es debido a la deformación de las superficies rodantes y en consecuencia bastante independiente del aceite. Si nos referimos a la fricción hidrodinámica que aglutina la mayor parte de las pérdidas, el coeficiente de fricción puede determinarse a partir de la ecuación:  C  f  fo  1   PL 

n

Donde: f y fo :

Constantes independientes fundamentalmente de la geometría del cojinete y de los juegos. n: Constante en función del tipo de cojinete (n = ½ Para cojinetes deslizantes y n =1 para cojinetes de gorrón).

 : Viscosidad del fluido lubricante. C: Velocidad relativa entre las superficies deslizantes. P: Presión (carga normal por unidades de superficie). L: Dimensión característica del cojinete. Siendo, por otra parte la fuerza de fricción el producto del coeficiente de rozamiento y la carga normal del cojinete. Las zonas del motor en donde la fricción puede ser más importante son las siguientes:

a) b) c) d)

Cojinetes de gorrón (20-30 % de las pérdidas por fricción). Pistón (50-70 % de las pérdidas). Aros (15 % por fricción). Otros elementos.

Perdidas de bombeo. Recibe este nombre las pérdidas que tienen lugar durante el proceso de intercambio de gases o renovación de la carga, es decir, es el trabajo realizado por el embolo contra los gases para realizar los procesos de escape y isión. Según esta definición en los motores de dos tiempos las pérdidas por bombeo son nulas. En la literatura técnica suele darse el nombre de lazo de bombeo al aire que aparece en el diagrama indicador encerrada entre las líneas representativas de la evolución del fluido entre las carreras de escape y de isión.

Pa  Po  Pa

Pb

P r

Pa PM S Lazo de bombeo AE= adelanto al escape. AA= Adelanto a la isión. CE= Cierre del escape CA= Cierre de la isión.

P M I

El área del lazo de bombeo en un diagrama indicador evidentemente representa un trabajo invertido por el motor para intercambiar los gases y desde este punto de vista se considera como una pérdida. a) Contrapresión de escape. Este valor, que representa las pérdidas de presión en el sistema de escape determina el valor medido de la evolución durante la carrera de escape.

b) Perdidas de cargas en el proceso de isión. Su magnitud determinada el valor medio de la presión durante la carrera de isión. c) Diagrama de distribución del motor. Determina en parte, las pérdidas de cargas en el proceso de escape y de isión y por otra parte permite con calados óptimos, el aprovechamiento de los fenómenos de la inercia de la columna gaseosa. d) Regulación de la carga. En los motores de encendido por chispa los límites de dosado (relación airecombustible) son muy estrechos para que la llama progrese de forma adecuada en la cámara d e combustión. En consecuencia, no es posible una regulación cualitativa, tal como se realiza en los motores de encendido por compresión y se hace necesario recurrir a una de tipo cuantitativo estrangulando la isión del motor. Este sistema hace que las pérdidas de bombeo se incrementen a bajos grados de carga, puesto que en realidad lo que se está haciendo es reducir la presión de isión y en consecuencia incrementar el área de la parte baja del ciclo. El problema se agrava de forma importante si tenemos en cuenta en el tipo de utilización que tiene un motor de encendido por chispa en un vehículo convencional, que desarrolla una presión media efectiva entre cero y un bar durante alrededor de un 25 % de su tiempo de funcionamiento, lo cual da la idea del bajo grado de carga con el que habitualmente funciona un motor de este tipo y por tanto las importantes posibilidades de mejora reduciendo las pérdidas de bombeo. Las perdidas de bombeo son relativamente sencillas de obtener a partir del diagrama indicador del motor. Perdidas de accionamientos mecánicos auxiliares. Debidas a la potencia absorbida para accionar los diferentes elementos auxiliares del motor como son: bomba de agua, ventilador, etc.. Es interesante resaltar que las normas de ensayo de motores, que fijan las condiciones en que se debe medir la potencia, dan la relación de los mecanismos auxiliares que deben ser accionados por el motor. Cada norma fija un número de auxiliares distintos por lo que consecuentemente la potencia del motor depende de la norma utilizada. Las pérdidas de accionamiento de mecanismos auxiliares son muy variables de un motor a otro, dependiendo del número y tipo de auxiliares a accionar. En motores funcionando a plena carga y en el régimen de máxima potencia las pérdidas ocasionadas por el alternador y la bomba de agua vienen a ser del 8 al 10 % de las pérdidas totales, mientras que la bomba de aceite consume un porcentaje del 6 al 7 %.

Perdidas por accionamiento del compresor. Estas pérdidas son debidas a la potencia absorbida por la bomba de barrido den los motores de dos tiempos o por el motor de sobrealimentación cuando es de accionamiento mecánico. Evidentemente en los motores turbosobrealimentados esta potencia es cero. Para este tipo de pérdidas es muy difícil asignar valores orientativos debido a la disparidad de las soluciones constructivas. Otra forma de calcular la potencia en pérdidas mecánicas: Nm 

2 Pm i Vh n 30 

Pm : MPa Vh : lts. n : rpm

Presión en pérdidas mecánicas (Pm): Empleando las presiones medias equivalentes podemos escribir igualmente: Pe  Pi  Pm

La presión por pérdidas mecánicas se puede calcular como: Pm 

Nm 30  i Vh n

Rendimiento mecánico  m Un número adimensional correspondiente empleado en la cuantificación de las pérdidas mecánicas es el rendimiento mecánico que se define como: m 

Ne Ni  Nm Nm   1 Ni Ni Ni

El rendimiento mecánico depende lógicamente de gran variedad de parámetros, entre otros el grado de carga, siendo cero en la marcha en ralenti. Procedimientos para determinar las pérdidas mecánicas

La determinación de las pérdidas mecánicas no es tarea fácil aunque existen métodos diversos para su evaluación, tanto desde un punto de vista global como desglosadas por conceptos. Las posibles alternativas que se ofrecen son las siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

A partir del diagrama indicador. A partir de la recta de Williams. A partir del método de Morse. Por el procedimiento de arrastre. Por el método de desaceleración libre. A partir de ecuaciones semiempíricas.

Diagrama indicador. El procedimiento consiste en medir simultáneamente las potencias efectivas e indicadas del motor tal como se explica en el capítulo dedicado a ensayos. La diferencia entre magnitudes será la potencia absorbida en las pérdidas mecánicas tales, el método del diagrama indicador ofrece directamente la contribución de las de las pérdidas de bombeo. La potencia absorbida por los auxiliares puede determinarse o bien ensayando cada uno por separado, o bien desconectando cada uno y midiendo la potencia efectiva del motor, por lo que puede determinarse por diferencia. Finalmente las pérdidas por fricción se calculan por diferencia a partir de la ecuación: Pmfr  Pmi  Pme  PmB  Pm ma

Probablemente este método sea el más exacto si se dispone de un sistema de adquisición del diagrama indicador suficientemente preciso.

Recta de Williams. Este procedimiento se basa en la relación que existe entre el consumo horario de combustible y la presión media efectiva. Si manteniendo el constante régimen de giro se dibujan los puntos obtenidos experimentalmente en un diagrama, se observa que la relación es aproximadamente lineal tal como aparece en la figura. Si se extrapola la recta hasta el corte con el eje de las abscisas, un valor de presión media negativo que es precisamente la presión media en pérdidas mecánicas. El método de Williams, que es un método experimental suele dar buenos resultados al emplearse en los motores de encendido por compresión, perdiéndose la linealidad para presiones medias efectivas muy elevadas, puesto por ser los dosados elevados el rendimiento disminuye. En el caso de los motores de encendido por chispa, el método no da buenos resultados pues al reducir la carga, las pérdidas de bombeo aumentan de una forma considerable, eliminando la dependencia lineal.

De la inspección de la figura se concluye que la relación que liga el consumo horario de combustible y la presión media efectiva es de la fórmula: Gc  K  Pme  Ppm   k Pmi

Donde la constante K es diferente para cada régimen de giro. Dividiendo los dos por la potencia indicada la ecuación se transforma en: gi 

k  k n Vt 2

Es decir el consumo específico indicado, o bien el rendimiento indicado, son constante para régimen de giro constante. La validez del método queda supeditada al tipo de motor, puesto que la constancia del rendimiento indicado no siempre es cierta.

Gc 12

1500 2000

10

1500

8

1000

6 4 2 3

2

1

4

6

8

Pe (Bar)

Los ensayos para determinar las rectas de Williams son ensayos de laboratorios que hay que repetir un gran número de veces, obteniéndose resultados que en ocasiones no justifica su complejidad. Método de Morse. El procedimiento de Morse consiste en determinar las pérdidas mecánicas sumando las potencias efectivas obtenidas del motor eliminando la combustión de cada uno de los cilindros alternativamente. En efecto suponiendo un motor de cuatro cilindros, si eliminamos la combustión de uno de ellos, la potencia efectiva medida será la diferencia entre la suma de las potencias efectivas de los cilindros activos y la potencia absorbida en pérdidas del cilindro arrastrando con lo que podemos escribir: Para un motor de 4 cilindros. N T  N1  N 2  N 3  N 4

Si desconectamos un cilindro. N T1  N 2  N 3  N 4  N m1 N T2  N1  N 3  N 4  N m 2 N T3  N1  N 2  N 4  N m 3 N T4  N1  N 2  N 3  N m 4

N

i T

 3 N1  3N 2  3N 3  3N 4  N m1  N m 2  N m 3  N m 4

o lo que es lo mismo

N

i T

 3 N T    N mi

en donde: -Suma de potencia del motor al eliminar la combustión sucesivamente. - Potencia efectiva con todos los cilindros activos. - Pérdidas mecánicas totales. Método de arrastre. Este procedimiento consiste en determinar la potencia necesaria para arrastrar el motor con el suministro de un combustible interrumpido, es decir, sin proceso de combustión. El arrastre se realiza generalmente con un dinamo-freno. La objeción mas importante que se le puede hacer a este procedimiento, como en el caso anterior es que al no existir el proceso de combustión, las presiones en los cilindros y por tanto las cargas a la que están sometido el motor, no coinciden con las que tendría cuando está funcionando. Sin embargo es un método muy utilizado, puesto que es el único que permite medir las pérdidas de cada uno de los elementos, desmontando sucesivamente aquellos que pretendan determinarse. Método de desaceleración libre. El método consiste en medir la desaceleración angular instantánea del motor al cortar el suministro de combustible o el encendido. Determinando la evolución de la velocidad y conociendo el momento de inercia del conjunto, el par resistente es calculable por la expresión:  Pm  I i 

Donde: I i : Momento de inercia.  : Desaceleración angular. En caso que se desconozca el momento de inercia del conjunto, se utiliza se utiliza un volante postizo de inercia conocida Ic , con lo que puede plantearse un sistema de dos ecuaciones obtenidas de dos medidas diferentes formado por la ecuación anterior y:

 Pm   I  Ic   

A partir de este sistema se determinan  Pm y la inercia del conjunto I. Como en los casos anteriores en los que el motor no está en combustión, las cargas sobre los diferentes elementos en movimiento son idénticas al caso real. La ventaja del método es su simplicidad y la facilidad para efectuar ensayos, incluso en condiciones de utilización del motor. Ecuaciones semiempíricas. (EI) Diversos investigadores han propuesto ecuaciones semiempíricas para predecir las pérdidas mecánicas, ya sea desde un punto de vista global, ya sea mediante conceptos. Se recogen a continuación algunas ecuaciones propuestas por Bishop, para determinar las pérdidas en los distintos elementos del motor, las presiones medias de pérdidas se encuentran directamente en bar. Sustituyendo valores en unidades del sistema internacional. a) Pérdidas del sistema de distribución. 4 n  Dv1.75  Pm pm  0.701* 10 3  30   1000  D 2 S 

Dv- Diámetro de la válvula de isión. b) Pérdidas en cojinetes de bancada y cabeza de biela. Pm pm  5.5 * 10  2

D n S 1000

c) Pérdidas del conjunto Pistón-segmentadura. Las pérdidas por este concepto se encuentran divididas en dos términos siendo uno debido a la tensión radial de la segmentadura, y el otro debido a la fricción pistón-cilindro:

Pm pm  3.69 * 10 3

Sa b Cm k  7.56 * 10 3 2 DS D

Siendo a el número de segmentos, b la altura de la falda del pistón y k un valor de corrección para tener en cuenta la tensión radial debido a la presión de los gases y cuyo valor oscila entre 2 y 3, siendo mínimo para regímenes de giro máximos. d) Pérdidas por fricción globalmente. Pueden determinarse a través de las ecuaciones:

Vmp 

Pm  A  B Vmp

Sn 30

 m / s

Donde: A y B - son coeficientes insertados en las tablas según el tipo de motor. Vmp- Velocidad media del pistón. En los motores sobrealimentados las pérdidas mecánicas dependen de la magnitud de la relación Pr/Pp para cálculos aproximados se puede adoptar: Pm pm   A  B Vmp  Pk

Factores que influyen en las pérdidas mecánicas Los factores que influyen en las pérdidas mecánicas constituyen a su vez vías para disminuir las mismas. Estos factores se relacionan a continuación: Tipo de M ECH Diesel

S/D>1 S/D<1 Cámara separada Única

A 0.05 0.04 0.105 0.105

B 0.0155 0.0135 0.0138 0.012

1. Área de superficie en o. La disminución del área de superficies es una de las vías para disminuir la fricción. 2. Acabado de las superficies. LA forma y calidad del acabado de las superficies es decisiva en la fricción. 3. Calidad de los lubricantes. Perfeccionar las propiedades de los lubricantes ayuda a disminuir la fricción. 4. Estado térmico del motor. Este es un factor influyente sobre las propiedades del lubricante y por lo tanto sobre la fricción. 5. La carga en el motor. Pueden influir en función del régimen de trabajo y del tipo de motor. CARACTERISTICAS Las máquinas automotrices se caracterizan por operar a regímenes de carga y velocidad variable lo que impone que la potencia del motor siempre corresponde con la necesaria para el movimiento de las máquinas y debe lograrse que esta entrega de potencia sea para los menores indicadores de consumo o mayores eficiencias, por lo que se hace necesario conocer las posibilidades de trabajo del motor.

Entre los parámetros fundamentales que determina la utilización del motor están la potencia, consumo de combustible y momento, todo esto en fusión de las revoluciones. Sin embargo, a efectos comparativos los más importantes es usar parámetros que no dependan de la cilindrada del motor. Tales como (Pe ), Por lo que se puede plantear que la fundamental aplicación de las características está en el proceso de diseño de la máquina ya que la selección del motor transmisión van a determinar la respuesta dinámica y característica de trabajo de la máquina. Otra de las aplicaciones fundamentales radica en la posibilidad de comparar motor para trabajar en la selección de uno de estos. Una última aplicación de las características es en la investigación y mejoramiento de las características del motor a investigar. Característica del motor de combustión interna: Se entiende como el conjunto de gráficos que es posible obtener en un motor en el que se recogen algunos de sus parámetros ya sea de salida (Potencia, torque, revoluciones) como de funcionamiento en función de otro. Atendiendo a lo expresado las características se pueden clasificar en función del parámetro que se tome para variar. Tipos de características      

Característica de velocidad Característica de carga Característica de regulación Característica de marcha en vacío Característica Universal o multiparamétrica Característica de pérdidas mecánicas

Característica de velocidad Es la variación que sufre los parámetros de potencia efectiva (Ne), par efectivo o torque (Me), consumo de combustible horario (Gh) y consumo específico (ge) contra la frecuencia de giro (n) cuando la mariposa o cremallera está totalmente abierta (es decir cuando se logra la máxima dosificación de combustible). En esta característica se pueden registrar otros parámetros que varíen con la velocidad de giro del motor y que sean de interés como puede ser: el llenado, composición de la mezcla   , ángulo de avance al encendido, presión de inyección, presión media efectiva y otros.

 Esta es la quese realiza con la mariposa   Característica exterior de velocidadtotalmenteabierta en el caso de los motores  decarburación,o cremal eraa topeen los Diesel. Método de realización del ensayo: Característica de velocidad  1. Se arranca el motor y se lleva el  régimen térmico óptimo de trabajo, En e s t e c a s o l a ma r i p os a o c r e m a l e r a t o ma n  aproximadamente 70 C en el agua de Característica parcialde velocidad enfriamiento a la entrada y 85 C a la  salida del motor. Esto se hace posicionesdiferentesa la máxima. 2. 3. 4. 5. 6.

manteniendo el motor a media velocidad con ligera carga durante 5 o 10 minutos. Se lleva la mariposa o cremallera hasta el lugar deseado, si se va a realizar la característica exterior de velocidad o al porciento de apertura establecido en el caso de las parciales. Se va aumentando la carga externa abriendo las llaves de entrada de agua al freno de esta forma el motor disminuye sus RPM, llevándose hasta las mínimas RPM donde el motor trabaja estable. Se espera aproximadamente un minuto para comprobar que el motor está estabilizado, y se toman todas las lecturas necesarias, para estas RPM. Luego se va quitando carga al freno, llevándose las RPM del motor hasta las establecidas por el profesor, se espera un minuto y se toman de nuevo las lecturas. Esto se realiza para 6 valores de RPM. Se va dando carga al freno, disminuyendo las RPM, pasando y estabilizando para las mismas RPM anteriores tomándose de nuevo todas las lecturas.

Comportamiento gráfico de la característica exterior de velocidad

Me Ne ge

Me

Ne

ge

nMe

nge

nNe

nm v max

nemb

n

En esta característica se pueden destacar los puntos siguientes:

nmin: El motor funciona establemente con la mariposa totalmente abierta. nMe: Velocidad de giro que corresponde con el tórque máximo (par máximo). nge: Velocidad de giro de mínimo consumo específico de combustible. nNe: Velocidad de giro de potencia máxima. nv max: Marcha en vacío cuando el motor funciona con regulador. nemb:

Velocidad de giro en caso de que la potencia indicada se gaste en fricción en el motor.

Esta característica aporta una valiosa información al darnos los parámetros máximos de potencia y torque que entrega el motor con su consumo específico en esta condición. Estas curvas pueden ser controladas para las condiciones de ensayos y existen medios para llevarlas a las condiciones estándar. Justificación del comportamiento de las curvas de las características exterior de velocidad.

Motores de encendido por chispa. Curva de consumo específico (ge). Al ser el consumo específico inversamente proporcional al rendimiento efectivo del motor, su tendencia se puede analizar por la del producto

ge 

k k  e m * i

ge 

m * i en efecto.

3600 Hu e

 y i en función de la velocidad del

En la figura se muestra la variación de m pistón que es proporcional a la del cigüeñal.

m

:

disminuye por el aumento de la velocidad lo que emplea un mayor trabajo de gastado en vencer la fricción. i

: Mejora por menor tiempo de transferencia de calor y mejores condiciones de hermeticidad del grupo cilindro-pistón.

m 

Ni  Nm Ni

i 

Li Qo

Pe  Pi  Pm

m 

Ne Pe  Ni Pi

curva de potencia potencia (Ne). Ne 

Ne  Me W

Me 

Pme Vt 4

Pe iVh n 30 

Ne  Me W

W  2 n

W k n Me 

Pe iVh n 

Me  K  Pe  Por tanto Ne.

Ne  k1 Pme k2 n  k3  Pme n  Análisis de la presión media efectiva (Pe) para diferentes valores de rpm. Ahora Pme   a nv

1 Hu i m  Lo

Pero Hu : depende de la composición de la mezcla y caracteriza el desprendimiento de Lo calor en la combustión con   1 .

 : si el motor es sobrealimentado la densidad de mantiene constante.

 : Este una vez definido se mantiene también aproximadamente constante. Por tanto: Pme  k v i m 

v

Ahora el rendimiento volumétrico v es función de la velocidad de paso del aire por los conductos de isión y las válvulas así como su estructura geométrica. Por lo que normalmente tiene el comportamiento siguiente:

n

Pm e

De los gráficos anteriores se puede analizar el comportamiento de  i y  m . Por tanto Pme va a disminuir para bajos valores de

rpm por disminución de  i y  v y para los altos valores de v y  m .

n

De aquí se puede concluir que Ne tenga el comportamiento

siguiente. Ne

n Curva de Torque (Me) Como se vio anteriormente Me  K  Pme  por tanto lo explicado es válido para Me. Una de las características que definen sus posibilidades dinámicas del motor, es decir de poder entregar un mayor momento que es lo mimo que vencer mayores resistencias del camino sinvariar la entrega de mezcla es el coeficiente de elasticidad o adaptabilidad

k

Me max Menom

Me max: Torque máximo. Me nom: Torque de potencia nominal. Curva de gasto horario (Gh)

 1.1  k  1.4

El gasto horario depende de  i , v y  Ga  60 i Vh

GT 



k  v 2

Ga n v k  Lo 

Ga : Gasto de aire del motor

depende poco de n por lo que si v fuera constante GT sería proporcional a la velocidad n. Para bajas rpm cuando v va aumentando la variación de GT con n se adelanta a la dependencia proporcional y cuando empieza a disminuir GT se retrasa cada vez más de la dependencia proporcional. Motores de encendido por compresión o diesel. El aspecto general de las curvas de la característica exterior de un motor diesel varía muy poco en comparación con los de carburación a mariposa totalmente abierta, aunque se puede plantear que su curvatura en el diesel siempre es más suave debiéndose fundamentalmente a la menor dependencia del v con las rpm al no tener mariposa ni Venturi, cosa esta que da lugar a que los motores Diesel tengan menor coeficiente de adaptabilidad. (1.1 <1.55). Así las características son: Ne (Kw) Me (Nm) GT (Kg/h) Ge (g/Kw h)

Me Diesel

Ne GT

ge

n8 Comportamiento gráfico de la característica parcial de velocidad ¿A que se denomina característica parcial?

En los motores de encendido por chispa se observa que al cerrar la mariposa de gases los valore máximos de Ne y Me así como ge min se mueven hacia las bajas revoluciones y a su v´z disminuye el intervalo posible de trabajo. Esto se explica por el carácter de variación de v con la rpm que se hace más

pronunciado al cerrarse la mariposa provocando la disminución rápida de v con el aumento de n. En motor de Carburación

En motores Diesel. En este caso se obtienen para diferentes posiciones de la cremallera, obteniéndose los valores máximos de potencia y de torque uno debajo del otro para las diferentes posiciones de la cremallera. Esto se debe a que la posición de la cremallera no influye en el coeficiente de llenado v por lo que las curvas permanecen en la misma posición.

Característica de Carga Se denomina característica de carga a la variación que sufren los principales índices del motor en función de la carga siendo constantes las revoluciones. Como parámetro de carga podemos tomar la presión media efectiva, Me, % apertura de la mariposa, a la relación entre su máximo valor que se analiza definiéndose como grado de carga. Los índices fundamentales que definen los regímenes de funcionamiento en la característica de carga con:  Consumo horario.  Consumo específico efectivo. La característica de carga de cualquier motor puede ser construida de las características parciales y exterior tomando los índices para los diferentas valores de rpm. Este tipo de característica es de gran utilidad en aquellos motores que trabajan a régimen de velocidad constante ya que simula muy bien su trabajo. La forma que toma la característica de carga es: En motores de encendido por chispa

Gh ge

ge 500

1000

2000

Gc 4 3 2 1

200

500 1000

2000

Ne Me

En esta característica los puntos marcados con círculos corresponden a las condiciones de característica exterior. Las mejores economía responden a los puntos que tienen los mayores valores de  correspondiente al límite de empobrecimiento efectivo. En motores de encendido por compresión En el caso de la característica de carga esta se regula variando la posición de la cremallera para rpm constante por tanto es equivalente a variar  ya que como se sabe la regulación de los motores diesel es cualitativa.

Ge (g/Kw h) Gh (Kg/h)

ge

Diesel

ge

 , Me, Ne

Método de realización del ensayo: 1. Se arranca el motor y se lleva hasta el régimen térmico óptimo de trabajo, aproximadamente 70  C en el agua de enfriamiento a la entrada y 85  C a la

salida del motor. Esto se hace manteniendo el motor a media velocidad con ligera carga durante 5 o 10 minutos. 2. Para realizarla característica de carga se toma primeramente una RPM determinada, la cual la fijará el profesor. Se toman las lecturas necesarias en este régimen, el cual está establecido para una carga determinada y una abertura de la cremallera o mariposa. 3. Se varía la abertura de la cremallera y la carga en el freno, manteniendo constante las RPM, al estabilizarse el régimen se toma de nuevo las lecturas necesarias. Esto se repite varias veces. 4. Luego se pasa a fijar una nueva RPM y se vuelve a realizar exactamente lo mismo que para las RPM anteriores.

Característica de regulación. Se define como característica de regulación al estudio de alguno de los parámetros característicos de salida del motor contra los posibles parámetros de regulación del motor. En otras palabras es la búsqueda de los diferentes parámetros que permitan mediante su posible regulación, obtener la mayor potencia, el menor consumo, la menor cantidad de contaminantes, etc., manteniendo las r.p.m. siempre constantes. Podemos encontrar características de regulación con respecto al ángulo de encendido, ángulo de reposo, holgura de los electrodos de las bujías, ángulo de inyección en diesel, nivel de combustible en el carburador, coeficiente de exceso de aire, etc.. Según el ángulo de encendido o de inyección: Aquí la variable independiente es el ángulo de encendido o inyección siendo constante las rpm y la carga del motor, se acostumbra a plotear la potencia efectiva y el consumo especifico de combustible Según la composición de la mezcla: En este caso la variable independiente es el coeficiente de exceso de aire y constantes son las rpm y la carga del motor, se acostumbra a plotear la potencia efectiva y el consumo especifico de combustible. Característica de regulación según el ángulo de encendido

Ne

ge

Esta característica de regulación muestra como varía el consumo y la potencia al variar el ángulo de encendido evidenciándose que existe un valor para el cual el óptimo. Al igual que esta, podemos encontrar característica con respecto al ángulo de inyección en el Diesel, contra  en carburación, nivel de

combustible en el carburador, holgura de los electrodos de la bujía, ángulo de reposo y otros. Para realizar la característica anterior es necesario obligatoriamente mantener las rpm constante, lo que quiere decir que al cambiar el ángulo de avance al encendido, siempre se rectificará el régimen de rpm variando la carga al freno cuando se hace una prueba de banco. Característica de regulación según la composición de la mezcla  Ne

ge

Ne

ge

En este se analizan los parámetros Ne, Pe, ge y GT en función de  a rpm constante con ángulo de avance al encendido óptimo para cada régimen de rpm y carga. Esta se obtiene sin variar la posición de la mariposa. Para lograr la variación de  se modifican el sistema de dosificación principal.

Debe notarse que la potencia máxima y el consumo específico mínimo de combustible concuerdan. EL máximo de Ne se 0 0.8 1 1.2  no obtiene para (0.8<  <0.9) y el mínimo  consumo entre (1.05< <1.2) ha no _____ se explica por lo siguiente el máximo de potencia la determina la velocidad de combustión en gran medida, velocidad que crece para (0.8<  <0.9) aumentando el coeficiente de modificación molecular y la dosificación de las moléculas es menor lo que da lugar al aumento de la potencia. Para un aumento de  la combustión es más completa, disminuye la temperatura media del cielo y hay un mayor aprovechamiento del calor lo que mejora o condiciona el ge mínimo. De lo explicado se deduce que el carburador puede tener dos regulaciones una de máxima Ne y otra para mínimo consumo. Método de realización del ensayo: 1. Arranque del motor y calentamiento del mismo hasta que tome un régimen térmico óptimo, aproximadamente 60  C del agua de enfriamiento a la entrada y 75  C a la salida. 2. Se abre la mariposa al 100  y se sitúa a través de la carga en el dinamómetro unas RPM determinadas. 3. Se va variando el ángulo de encendido manteniéndose constantes las RPM, variando la carga en el freno.

4. Antes de cada variación del ángulo de encendido, se toma la lectura de: consumo de combustible, lectura del freno y el tiempo en que se consume el de combustible, El número de variaciones las fijará el profesor. 5. Luego se cambia para otra RPM que fijará el profesor, manteniéndose la mariposa al 100 . Se realizarán los mismos pasos que para las RPM anteriores. Característica de marcha en vacío: Esta característica determina la variación del consumo horario del combustible y de otros índices del motor en función de la frecuencia de rotación al funcionar sin carga. En el motor de carburación el punto inicial de esta característica se obtiene cerrando la mariposa de gases hasta el tope, mientras que en el motor Diesel, cuando la cremallera está en la posición correspondiente a la alimentación cíclica al trabajar el regulador asegurando la mínima frecuencia estable de rotación de marca en vacío. Esta característica se obtiene separando el motor del freno, ya que al girarlo por el motor, incluso sin carga, se consume energía en vencer la resistencia interna del freno.

Gh

Todas las mediciones necesarias comienzan a partir de la frecuencia mínima estable de rotación del cigüeñal, la cual posteriormente en forma paulatina se incrementa en los motores de encendido por chispa recurriendo a la apertura de la mariposa de gases, mientras que en los motores Diesel se consigue desplazando la palanca de mando el regulador. Aquí la variable independiente son las rpm y la carga externa es nula, se plotea el consumo horario contra las rpm.

n

Método de realización del ensayo: 1. Se arranca el motor y se lleva hasta el régimen térmico óptimo de trabajo, aproximadamente 70  C en el agua de enfriamiento a la entrada y 85  C a la salida del motor. Esto se hace manteniendo el motor a media velocidad con ligera carga durante 5 o 10 minutos. 2. Se pasa a quitarle la carga al freno totalmente.

3. Se pone la cremallera o mariposa a tope y se realizan las mediciones necesarias. Esto se repite varias veces. 4. Luego se pasa a fijar una nueva RPM y se vuelve a realizar exactamente lo mismo que para las RPM anteriores.

Característica Universal o multiparamétrica: Esa característica representa la variación de las curvas en valores constantes de cierto parámetro en función de otros dos trazados en los ejes de coordenadas. El análisis de la característica permite determinar en que gama de variación de la frecuencia de rotación, del la presión media efectiva y de la potencia puede operar el motor Diesel investigado, siendo pequeño el cambio del valor del consumo específico del combustible. Las curvas de valores constantes de la potencia efectiva en función de n y pe vienen mostradas en el gráfico con líneas de trazos.

Fig. 1 Característica multiparamétrica del motor diesel YC6108Q,

Característica de pérdidas mecánicas. Existen tres métodos para la obtención de las perdidas mecánicas: 1- Por medio de la monitorización del motor, o sea, con un motor eléctrico reversible que trabaja como freno. El motor de combustión interna trabajará como compresor. 2- por medio de un freno y un equipo indicado. 3- Por el método de exclusión de cilindro.

Para los dos métodos iniciales son necesario equipos sofisticados aunque son los más exactos. El tercer método es más sencillo y se hace de la siguiente forma: 1. Se calienta el motor hasta el régimen térmico óptimo. 2. Se ponen las revoluciones nominales y se mide la potencia con todos los cilindros. 3. Se desconecta el cilindro No. 1 y manteniendo las mismas r.p.m. se mide la potencia Ne – 1. Por tanto Ne – Ne-1 = Ni 1, o sea, es la N indicada del 1; 4. Se realiza lo mismo para cada cilindro, por lo tanto al final Ni = Ni 1 + Ni 2 + Ni 3 + Ni n. Las pérdidas mecánicas se obtienen Nm = Ni – Ne.

ENSAYOS DE MOTORES, PARÁMETROS A MEDIR E INSTRUMENTACIÓN. La tarea de experimentación en motores incluye diversos tipos de ensayos estos se pueden clasificar en: 

Ensayos de Control de la Calidad.



Ensayo de Homologación.



Ensayos de Investigación.



Ensayos con combustión.



Ensayos sin Combustión.

Ensayos de Control de la Calidad Este incluye el control de la calidad de un grupo de motores sometidos a prueba donde se analiza duración, desgaste de los elementos tras un largo período de funcionamiento y la evolución de ciertos parámetros con el tiempo. También se realizan ensayos de control de la calidad en las fábricas de motores donde se comprueban que emplean los requerimientos mínimos establecidos. Ensayos de Homologación Este tipo de ensayo se realiza para comprobar la posibilidad de entrega del motor y en general suele realizarse de acuerdo a alguna norma internacional (DIN, ISO, SAU) que da la metodología para realizar la prueba, así como los parámetros a medir que suelen ser (curvas de par, consumo específico y potencia)

Ensayos de Investigación Van dirigido al estudio de aspectos individuales del motor por lo que pueden ser ensayos muy diversos, dependiendo la metodología y las medidas a efectuar de los recursos y del propio investigador. La realización de las características así como los diferentes ensayos presupone saber las características del parámetro a medir y de instrumentación necesaria.

Parámetros a medir en cada ensayo (EI) Par efectivo (momento efectivo): Este parámetro es importante puesto que de el se derivan las curvas del motor ensayado. Se puede medir por método directo o indirecto. Método indirecto: Plantea que el elemento o unidad de medida no absorbe ni disipa la potencia generada por el motor. Tiene como ventaja de no necesitar de instalaciones complejas para efectuar la medida. Método directo: En este sistema el motor se conecta capaz de absorber la potencia generada por el motor. El elemento frenante normalmente se le conoce como freno dinamométrico o banco de ensayo, que consta de un rotor que se conecta al cigüeñal del motor y un estator balanceado respecto al motor que por medio de carga se une a la célula de carga o instrumento de medición de fuerza. L

M=F*L

Estos frenos de ensayos pueden ser de diferentes tipos.

Hidráulicos.  Fernos Dinamofreno. Electromagnéticos. 

Hidráulicos: Formados esncialmente por un rotor con palas que bate el agua dentro de un estator por lo que la potencia se disipa en forma de calor lo que implica la utilización de un intercambio continuo de agua. en esto la regolación de la potencia entregada por el motor se realiza variando el nivel del agua o pudiera ser variando la distancia entre el estator y el rotor. Dinamofreno: Está constituido por un dinamo que absorve la potencia del cigüeñal, generando corriente electrica la que provoca un par de vuelco sobre la carga que está balanceada. En este caso la potencia puede moderarse a partir de la energía electrica generada (corriente y voltaje entregada) o a partir de las rpm y el torque del motor medido en la célula de carga. La regulación se logra variando la tensión del inducido del generador. Electromagnéticos: Constan de un rotor con aspecto de engranaje de un elevado paso, en el estator hay bobinas de campos que son afectadas mediante una pequeña corriente continua las que inducen corrientes parácitas cerca de la periferia del estator que se oponen al giro de esta acción le confiere su capacidad de freno. Su regulación se logra variando la estación de las bobinas. Estas variantes de freno se caracterizan por sus parámetros de trabajo que permiten ser utilizado en diferentes pruebas en función de las características o datos que se conocen del motor. Por tanto cuando se va a estudiar un motor es necesario determinar si en un determinado freno puede ser evaluado o no. Para dar una respuesta certera es necesario conocer la constante del freno y su característica. La constante depende fundamentalmente de la distancia del centro del rotor del freno al puerto donde se encuentra la célula de medición de la fuerza.

L

El par efectivo mede. será: Me = F * L

Siendo: Me: Par efectivo. F: Fuerza medida por el dispositivo censor de carga. L: Longitud del brazo (m) Por otra parte la potencia efectiva se obtendrá a partir de la ecuación.

Ne 

Me W F L 2 n  1000 1000 60

Ne: Potencia efectiva (Kw) W: Velocidad Angular (Rad/s) N: Velocidad de Giro (rpm) L, 2  , n, 1000, 60 son términos que son constantes por tanto la expresión se puede escribir:

Ne 

Fn k

Donde k : es constante de freno.

Además es necesario conocer el mapa o característica del freno que nos da los límites máximos y mínimos de explotación del freno.

Límite par balanza

Régimen máx

Potencia máx Max par de freno

Ne

Min par

n Medición del Régimen de giro Normalmente está incorporado en el banco un tacómetro que junto a la medición del torque permite obtener la potencia. Medición del Gasto de Combustible EL gasto de combustible se puede por dos métodos: Método Volumétrico: Se mide el tiempo en que se consume un volumen determinado. Método Gravimétrico: Se mide el tiempo que se consume una masa de combustible colocada en una balanza de presión, tiene la ventaja de que la medición no es afectada por la temperatura pues no depende de la densidad. Medición del Gasto de Aire Al igual que las mediciones anteriores debe realizarse con el motor estabilizado y se necesita una cámara de compensación entre el motor y el elemento de

medición para que las pulsaciones del motor no afecte. En este caso es importante que el elemento de medida no afecta la entrada de aire. Además de las mediciones mencionadas se puede comentar: 

Medición de temperatura en diferentes puntos. 

Termómetro.



Termoresistencia.



Termopares



Medición de presiones dinámicas.



Medición de la composición de gases de escape.

Bancos de Pruebas Cuestiones a tener en cuenta en el diseño de una sala de pruebas de motores.(EI) En una sala de pruebas de motores se deben tener en cuenta en la fase de diseño durante su construcción diversos aspectos, entre ellos se encuentran [VIII]:  Si será necesario en el futuro equipamiento adicional y como influiría eso en el espacio y conducciones requeridas.  Si se realizarán ensayos que requieran estancias prolongadas de operarios dentro de la sala, si el tamaño de la sala es suficiente para que se desarrollen de manera cómoda y si se colocarán displays dentro de la sala.  Hay que tener en cuenta el tamaño que tendrán los motores ensayados, cuánto será el tiempo que permanecerán en la sala y como serán transportados, montados y desmontados.  Cuántos combustibles diferentes serán utilizados y se prevé en el futuro la utilización de otros combustibles.  Hay que tener en cuenta si está asegurado que el suministro de agua y electricidad tenga la magnitud y calidad requerida.  Si el banco tendrá un impacto negativo en su entorno, si son un problema el ruido y las emisiones contaminantes que puede generar.  Si se cumplen todas las legislaciones locales referentes a extinción de incendios, seguridad, protección del medioambiente, etc.  Si es la confidencialidad de los ensayos importante, si es la localización de la sala la más adecuada. Exigencias para una instalación de pruebas de motores de combustión interna.(EI)

Una instalación para pruebas de Motores de Combustión Interna debe estar compuesta de los siguientes elementos:   

Fundamento del banco, sobre el cual se monta el motor y el freno que absorbe la potencia desarrollada por el motor. Sistemas de alimentación de combustible, lubricación, enfriamiento, gases de escape etc. Estructuras complementarias y equipos para controlar y medir con determinada precisión diferentes magnitudes durante las pruebas.

El banco o instalación de pruebas debe así mismo, garantizar las posibilidades siguientes: 

 



Un trabajo estable y duradero en condiciones de estabilización del régimen térmico del motor para cualquier régimen; desde la marcha en vacío hasta la plena carga y desde las mínimas hasta las máximas revoluciones de trabajo del motor. La variación del estado térmico del motor en la dirección necesaria y el mantenimiento del régimen exigido sin límites de tiempo. La variación durante el tiempo de trabajo de algunas regulaciones en correspondencia con la prueba planteada; por ejemplo, la variación del ángulo de avance a la inyección, de la composición de la mezcla, del ángulo de avance al encendido. Medición con la precisión exigida de todos de todos los parámetros que determinan el estado del motor y caracterizan su trabajo.

Descripción general de una instalación de un banco de prueba de MCI.

Atendiendo a lo anterior en el esquema de la figura 1.1, se muestra una instalación de prueba de motores. El motor y el freno se encuentran fijados sobre el fundamento. El freno (1) indica en la carátula la fuerza o momento realizado por el motor. Con el tacómetro (2), se puede medir las revoluciones de trabajo del mismo. A la instalación se le puede añadir el equipo indicador (3) para obtener el diagrama indicado del motor. En la tubería de isión del motor se instala un equipo de medición del consumo de aire (4) que puede ser un metro-orificio con un manómetro diferencial con las ramas conectadas una antes del orificio y otra posterior al orificio y una caja de resonancia (5). Entre el tanque de combustible para la alimentación y el motor, se coloca una construcción para la medición del consumo de combustible (6), la cual se puede hacer de dos formas: midiendo el volumen, o midiendo el peso de combustible consumido. El freno puede ser hidráulico, eléctrico o mecánico. En el caso del freno hidráulico como el de la figura, existe un tanque colocado a una determinada altura que suministra el agua necesaria para el funcionamiento del freno en los diferentes regímenes. El gasto de agua de enfriamiento del motor, se puede medir con una instalación como la mostrada, donde accionando la válvula de 3 vías (7) se llena el tanque (8) y se mide el tiempo en llenar un volumen determinado. Actualmente se utilizan rotámetros. El tanque (9) es un tanque de mezcla para mantener el régimen térmico del motor. Al tanque de mezcla llega el agua caliente que sale del motor y se une con agua fría de la red, saliendo agua templada que entra de nuevo al motor para su enfriamiento. La instalación consta además de termómetros de diferentes tipos para le medición de la temperatura de los gases de escape, del agua de enfriamiento, la temperatura ambiente, del aceite, etc. [VI].

CONCLUSIONES En esta conferencia los estudiantes deben haber desarrollado una serie de habilidades tales como:    

Calcular los parámetros indicados, efectivos y las pérdidas mecánicas de un MCI a partir de datos iniciales Interpretar y obtener las curvas características señalando los puntos notables y el método de obtención en el banco de prueba de cada una de ellas, para realizar análisis comparativos y sacar conclusiones. Adquirir habilidades básicas en la evaluación de un motor en un banco de pruebas. Analizar las cuestiones a tener en cuenta en el diseño de una sala de pruebas de motores, las exigencias para una instalación de pruebas de motores de combustión interna.

PREGUNTAS DE COMPROBACIÓN Parámetros 1. ¿Qué se entiende por parámetros de un MCI y como se clasifican? 2. ¿Cuáles son los parámetros que caracterizan el ciclo real? 3. ¿Cuáles son los parámetros que caracterizan el trabajo del motor? 4. ¿Donde se obtiene los parámetros indicados en un MCI y que parámetros son? 5. ¿Donde se obtiene los parámetros efectivos en un MCI y que parámetros son? 6. ¿Qué se entiende por pérdidas mecánicas y cuales son los parámetros que se pueden obtener? 7. ¿Mediante que expresiones podemos obtener los parámetros indicados de un MCI? 8. ¿Mediante que expresiones podemos obtener los parámetros efectivos de un MCI? 9. ¿Mediante que expresiones podemos obtener los parámetros por pérdidas mecánicas de un MCI? 10. Mencione y explique los métodos para determinar las pérdidas mecánicas Característica 11. ¿Qué se entiende por característica de un MCI? 12. ¿Cuáles son los tipos de características que se pueden obtener de un MCI en un banco de pruebas?

13. ¿Cuantos tipos de características de velocidad se pueden obtener de un motor en un BP? 14. ¿Diga en que consiste la característica de velocidad que información nos brinda y cuales son los pasos a seguir en un banco de prueba para su obtención? 15. ¿Diga en que consiste la característica de carga que información nos brinda y cuales son los pasos a seguir en un banco de prueba para su obtención? 16. Diga en que consiste la característica de regulación que información nos brinda y cuales son los pasos a seguir en un banco de prueba para su obtención 17. Diga en que consiste la característica marcha en vacío que información nos brinda y cuales son los pasos a seguir en un banco de prueba para su obtención 18. Diga en que consiste la característica multiparamétrica y que información nos brinda. 19. ¿Es posible de la característica de carga de un motor obtener su característica exterior de velocidad?. Explique porque. 20. Diga y explique una forma de obtener la característica de pérdidas mecánicas. 21. ¿Qué se entiende por Banco de Pruebas de Motores y cual es su función? 22. ¿Cuáles son las exigencias para una instalación de pruebas de motores de combustión interna?. 23. ¿Qué cuestiones hay que tener en cuenta en el diseño de una sala de pruebas de motores?. 24. ¿Cuáles son los sistemas por los cuales se compone un banco de prueba y que funciones realizan cada uno? ORIENTACIONES PARA EL ESTUDIO INDEPENDIENTE (EI) 1. Realizar el estudio independiente orientado por el profesor en la clase. 2. Responder las preguntas teóricas del tema. MOTIVACIÓN DE LA PRÓXIMA CONFERENCIA. ¿Que son los ciclos termodinámicos?. Realizar debates.