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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA Laboratorio de Energía y Maquinas Térmicas o Electricidad

CURSO LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA II

CATEDRATICO Ing. JULCA OROZCO TEOBALDO

PRACTICA DE LABORAOTRIO N° 1 MEDICION DE COMPRESION DE LOS CILINDROS DEL MOTOR DEL GRUPO ELECTROGENO-FIME

DATOS PERSONALES 2019 - I

FECHA

NOTA

I.

OBJETIVOS  Aprender sobre la presión en los cilindros de un motor. Especialmente la presión de compresión en los cilindros del motor.  Aprender cómo se efectúan los ensayos de presión en motor cuando no se tiene información de este.  Analizar los resultados obtenidos en la práctica, según los resultados del as medidas obtenidas para diagnosticar el estado de la máquina.

II.

FUNDAMENTO TEÓRICO Las mediciones de Presión Dinámica como la Presión de Compresión es una de las pruebas más efectivas cuando se trata de determinar el Estado Mecánico de las máquinas. La Presión de Compresión (Pcompr) es el parámetro que determina el nivel de desgaste de los Motores de Combustión Interna (MCI), los compresores, etc. Este parámetro depende de los siguientes factores: -

La cilindrada, cm3.

-

La Relación de Compresión ()

-

La Potencia y RPM del arrancador.

Al ensayar la Presión de Compresión el Estudiante estará facultado para determinar si por ejemplo procede ordenar una reparación.

1. LA CILINDRADA (cm3) La cilindrada de un motor comprende ciertos valores que se obtienen realizando cálculos matemáticos que derivan de la medición geométrica de sus componentes. Dicho más claro y sencillo, son mediciones que se obtienen de la parte fundamental del motor, que genera la fuerza motriz y actúa directamente con el combustible y lubricantes: Los pistones.

1.1.

LOS PISTONES Cuando giramos la llave del auto, para ponerlo en marcha, se le manda un impulso eléctrico a un motorcito, llamado burro de arranque, cuya acción provoca que arranque el motor del vehículo. El burro de arranque hace girar al cigüeñal (eje muy especial en el cual están sujetas las bielas (soportes de los pistones al cigüeñal) y en su giro hace que los pistones suban y bajen comprimiendo la mezcla de airecombustible que, con la chispa aportada por una bujía, se logra una especie de explosión que empuja nuevamente al pistón logrando se inicie el ciclo de funcionamiento. El pistón sube y baja dentro de lo que llamamos “cilindro”, agujeros predeterminados en el block del motor que, dependiendo del tipo de motor puede tener varios cilindros. La cámara de combustión es el espacio que queda entre la tapa de cilindros o culata y el pistón.

Al movimiento que efectúa se conoce como los 4 tiempos.

Que es un pistón Un pistón es como un vaso, pero con la boca hacia abajo que trabaja dentro de un tubo que llamamos cilindros dentro del block del motor. A primera vista puede parecer una pieza simple, pero ha sido y es, una de las que ha obligado a un mayor estudio. Debe ser ligero, de forma que sean mínimas las cargas de inercia, pero a su vez debe ser lo suficientemente rígido y resistente para soportar el calor y la presión desarrollados en el interior de la cámara de combustión. Además, debe resistir una gran resistencia mecánica. ¿De qué material son los pistones? En general de aleación de aluminio, según el tipo y exigencia con: silicio, cobre, níquel, hierros. Fundidos o tornados. De esta apreciación introductoria debemos obtener dos conceptos que, si bien son diferentes, están estrictamente ligados: Cilindrada unitaria y Cilindrada total.

1.2.

La Cilindrada Unitaria Abarca al volumen comprendido entre las posiciones que realiza el pistón en su funcionamiento, cuando ocupa el Punto Muerto Superior y su Punto Muerto Inferior.

Se obtiene mensurando la base del pistón ( Π x diametro² /4 ) y multiplicándola por la altura del recorrido total o “carrera del pistón” 1.3.

La Cilindrada Total entonces es simplemente multiplicar al valor obtenido en el cálculo de la Cilindrada Unitaria, por el número de pistones con el que cuenta el motor. Cada resultado obtenido en estos cálculos, y debido a que el diámetro del pistón generalmente es expresado en milímetros, será expresado en milímetros cúbicos. Por lo que, para obtener la cilindrada en centímetros cúbicos (como es frecuente verlo expresado) debemos dividir al resultado por 1000.

2. RELACION DE COMPRESION La relación de compresión en un motor de combustión interna se calcula al medir las veces que se comprime la mezcla de aire-combustible dentro de la cámara de combustión de un cilindro. La formula mathematical es la sanguine: RC =VC+Vc / Vc RC = Relación de compresión VC = Volumen del cilindro Vc = Volumen de la cámara

Independientemente al número de cilindros, la fórmula se aplica a uno solo. Ejemplo: un motor de cuatro cilindros en línea (4L) con 1.4 litros de desplazamiento, se divide el desplazamiento entre el número de cilindros (1 400 cc / 4 = 350 cc). A este valor se le suma el volumen de la cámara ( 350 cc + 40 cc = 390 cc y se divide por el volumen de la cámara (390 cc / 40 cc = 9.75). La relación de compresión de este motor es de 9.75:1. O sea, la mezcla se comprime en la cámara 9.75 veces. En los motores de ciclo Diésel la calidad del combustible se mide en cetano, la mezcla se quema por auto ignición y por ese motivo la relación de compresión es mayor (por encima de 15:1) a los de gasolina.

3. MEDICION DE LA COMPRESION DE LOS CILINDROS DEL MOTOR La compresión de los cilindros de un motor es un factor extremadamente importante a la hora de un funcionamiento correcto. La compresión del motor influye directamente en la potencia del motor, consumo de aceite del motor y emisión de gases del motor- Aprobación de revisión vehicular del motor. La compresión del motor es la presión obtenida en las cámaras de combustión cuando el pistón ó émbolo alcanza el Punto Muerto Superior- en otras palabras es la presión que se alcanza dentro de la cámara de combustión en su menor volumen. La compresión del motor debe medirse cuando se nota una merma de la potencia del motor o emanaciones de humos negros o azules por el escape del motor. La compresión del motor la realiza un mecánico automotriz con ayuda de un Medidor de compresión bajo ciertas condiciones del motor, el procedimiento de medición de compresión toma alrededor de unos 5 minutos nada más. 4. SÍNTOMAS PARA IDENTIFICAR PROBLEMAS DE COMPRESIÓN Cuando un motor presenta problemas con la compresión se pueden dar algunos o varios de estos problemas:      

Expulsa humo excesito de cualquier color. Por la falta de potencia, es necesario acelerar más de lo normal. Se eleva el consumo de combustible. Al momento de estar detenido el auto, las revoluciones son muy variables. Se presentan problemas con el arranque del auto. Se apaga frecuentemente.



Finalmente, puede consumir más agua o refrigerante de lo normal.

5. CAUSAS DE PROBLEMAS DE COMPRESIÓN EN EL MOTOR La causa de una falla en la compresión se da por que la cámara de combustión no está bien sellada y/o existen fugas, pudiéndose dar por lo siguiente:  



  

Bujías: Pueden estar mal colocada, no ajustadas o con las roscas dañadas. Válvulas o resortes: Una válvula o un resorte dañados no permiten un buen asentamiento en la parte superior del motor, permitiendo fugas. Las válvulas y los resortes quemados, desgastados o con rasguños suelen ser la causa. Anillos: Si los anillos del pistón están sueltos en el pistón o en la camisa del pistón se pueden presentar fugas. Junta o empaque: Podría estar dañada, mal ajustada, mal fijada o mal seleccionada lo que permitirá fugas. Bloque o “block”: Si este presenta cuarteaduras en alguno de los cilindros entonces podrían presentarse algunas fugas. Mala sincronización: si no es la correcta pueden no asentar correctamente las válvulas o no hacerlo a tiempo, esto suele darse por una banda o faja gastada.

6. RESULTADOS – PROBLEMAS EN LA COMPRESION Como se mencionó antes, la diferencia entre la lectura de un pistón y otro no debe ser superior a 10%. Si la diferencia es mayor el diagnostico puede ser: 

Una lectura de compresión baja todos los cilindros pueden significar que los cilindros se encuentran “lavados”, es decir que a el motor se le ha inyectado mucho combustible y este ha eliminado el aceite de las paredes. El aceite es muy necesario ya que crea un efecto de sellado entre el pistón, los anillos y las paredes del cilindro. Frente a la falta de aceite, la compresión del motor se escapa hacia el cárter.



Si el humo que sale del vehículo es azulado y se presenta un funcionamiento normal, pero a veces pierde potencia, significa que los anillos están desgastados. Para comprobar esto, puede poner una pequeña cantidad de aceite en cada cilindro y repetir la prueba. Si la compresión aumenta de manera importante, el problema son los anillos. Si la lectura no tiene mayor variación, es necesario revisar el árbol de levas y el cigüeñal del motor y se recomienda revisar la cadena o banda de distribución.



Si la lectura de compresión es muy baja o nula en un cilindro es probable que existen daños como:  Tener un agujero en el pistón por la rotura de una biela.

 Válvula con fuga o pegada.  Resorte de válvula roto o una varilla doblada.  Desgaste excesivo del árbol de levas que no da la apertura necesaria a la válvula.  Si la compresión es baja o nula en dos cilindros adyacentes esto puede indicar que la junta no está trabajando o está dañada, por un mal ajuste Esto también podría indicar que el árbol de levas está dañado en el área que funciona entre las válvulas de dos cilindros adyacentes. La acumulación de carbón puede generar que la compresión de un cilindro salga mucho más alta que otro, esto se puede corregir quitando la cabeza del motor y realizando una limpieza profunda en la parte superior del pistón y en la zona de apertura de las válvulas. 7. DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN DE COMPRESIÓN

1. 2. 3. 4. 5. 6.

7.

8.

9.

MOTOR OTTO Extraer el filtro de aire (furificador) Cortar el encendido Extraer la bujía del cilindro de prueba. Instalar un manómetro (Compresímetro). Girar el motor con el arrancador. Tiempo máximo de giro – 30 Seg. Anotar la indicación del manómetro en un cuadro donde se hallen ilustrados los cilindros (posición). Determinar el gradiente mínimo entre cilindros: Gradiente normal = aprox. 6 PSI Gradiente máximo = aprox. 10 PSI Estando el gradiente dentro de lo permitido, establecer si el promedio de las Presiones de compresión (de los cilindros) es inferior a la tolerancia en la disminución de la Pcompr (TDPC). Por ejemplo: para las curvas que corresponden a 0.7 HP, con E = 6.8 corresponderá: Punto “A”. investigar si la Pcompr es inferior a los de los puntos citados.

MOTOR DIESEL 1. Ídem 2. Cerrar la llave de pase de combustible. 3. Extraer la tobera (inyector) del cilindro de prueba. 4. Ídem 5. Ídem. 6. Ídem. 7. Ídem Gradiente normal = Aprox. 8 PSI. Gradiente máximo ) Aprox. 15 PSI 8. Ídem Para la curva que corresponde a 10HP, con =11, será: Punto “B”

9. Ídem

8. LAS CARACTERÍSTICAS DE COMPRESIÓN Existen dos características que nos permiten determinar la Presión de Compresión, cuando esta no hay:  Determinando Presión compresión en función a la Relación de Comprensión: Pcompr = f()  Determinando Pcompr en función a la Frecuencia de Rotación (RPM). Pcompr = f(n).  Como alternativa analítica Pcompr se puede determinar en función a la Relación de Compresión y a la razón de Calores Específicos.  Para utilizar el primer método observamos el siguiente gráfico y determinemos sus características: Zona comprendida entre las curvas de 5 a 10 (estas son las potencias del arrancador) corresponden a los motores de DIESEL cuyas potencias oscilan entre 160 y 325 HP. La zona inferior corresponde a los Motores Otto de 45 a cerca de 100 HP. Existen motores Diesel menor potencia también hay motores Otto de alta potencia, pero se ha elegido los rangos para diferentes en la ilustración. Para simplificar el análisis de la característica de comprensión al considerado que la velocidad de manguera es 200 RPM para todos los motores. Si hay sospecha en que la deficiente Pcompr se debe al desgaste del conjunto cilindro-pistón (de modo particular de los anillos), verter aceite SEA 40 por el orificio correspondiente, lo suficiente como para “sellar” la luz que pueda haber entre el pistón y el cilindro. Luego mida las Pcompr. Compare estos resultados con los iniciales, o sea con los obtenidos sin haber vertido el aceite). Si la diferencia de presiones es notable, como: -

De 30 PSI. y más – Motor Otto.

-

De 40 PSI. y más – Motor Diesel.

Dentro de los rangos de potencia arriba citados, atribuya la anomalía al desgaste de los anillos, en primera instancia, y a la excesiva luz entre el cilindro y el pistón, en segundo instancia. Antes de iniciar la Prueba de Compresión es recomendable:

III.

-

Verificar el buen estado de la batería y el arrancador.

-

Verificar el buen estado del aceite.

-

Reglar las válvulas.

ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS: INSTRUMENTOS Y MATERIALES



Compresimetro de Tarjeta MOTOR METER Gasolina - FIME  Compresímetros para las compresiones del motor.  Sistema de tarjeta.  Fabricación Alemana - Marca MotoMeter  Tarjetas de recambio Ref.MV10517 - Pack's de 100 u/.-Gasolina  Tarjetas de recambio Ref.MV10518 - Pack's de 100 u/.-Gas Oil.  10 a 40 Bar Gas-oil, 3.7 a 17.5Bar Gasolina



Inyector acondicionado Se acondiciono la tobera, de manera que se aumentó el diámetro de esta, para que se pueda medir de mejor manera la compresión. Este mismo inyector se usará para todos los cilindros del motor.



Grupo Electrógeno-FIME de 6 cilindros

IV.

DATOS EXPERIMENTALES: Grupo Electrógeno FIME Se analizará la compresión de todos los cilindros, que son 6 en total, para este informe se tomara en cuenta el cilindro número 3 del motor.

V.

-

Cilindro analizado: 3(tercer cilindro)

-

Numero de giros del cigüeñal: 6

PROCEDIMIENTO 1. Se acondiciona el inyector para poder medir mediante el compresimetro correctamente. 2. s

VI.

VI.

GRAFICOS

OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Al tomar las medidas se tiene que tener en cuenta que se debe estar en un lugar despejado y libre, así los datos no tendrán alguna obstrucción al obtenerlos.

CONCLUSIONES: 

Mientras más se calienta el aceite, menos viscoso se hace.



Mientras más se calienta el aceite, el porcentaje de fricción disminuye.



La elección del sensor depende de las propiedades del aceite.



Se comprobó experimentalmente que la viscosidad de un fluido disminuye con la temperatura.

RECOMENDACIONES: 

Después de llegar a la temperatura deseada colocar el aceite en el viscosímetro lo más antes posible, para así evitar errores en las mediciones.



Estar atento para no chocar el termómetro con el fondo del vaso Cleveland.



Antes de iniciar el experimento, los termómetros que se utilizan para tomar la temperatura del aceite, deben estar a temperatura ambiente.



Saber que tipo de sensor utilizaremos dependiendo el fluido o aceite que utilicemos.



Se recomienda calibrar los equipos y limpiar el recipiente del horno antes de verter el fluido a medir.

VII.

LINKOGRAFÍA https://www.actualidadmotor.com/cilindrada-unitaria-y-cilindrada-total/ https://www.motorpasion.com/revision/caballos-cilindrada-par-motor-que-hacencada-uno

IX.

BIBLIOGRAFIA WHITE , F. “Mecánica de fluidos" Ed. McGraw Hill ( 2008 ) CRESPO , A. “Mecánica de fluidos” Ed. Thomson ( 2006 ) BARRERO RIPOLL, A., PÉREZ-SABORID SÁNCHEZ-PASTOR, M. ‘’Fundamentos y aplicaciones de la Mecánica de Fluidos’’ Ed. McGraw Hill ( 2005 )

X.

ANEXO

Approximate Viscosities of Common Materials (At Room Temperature-70°F) * Material Viscosity in Centipoise Water 1 cps Milk 3 cps SAE 10 Motor Oil 85-140 cps SAE 20 Motor Oil 140-420 cps SAE 30 Motor Oil 420-650 cps SAE 40 Motor Oil 650-900 cps Castrol Oil 1,000 cps Karo Syrup 5,000 cps Honey 10,000 cps Chocolate 25,000 cps Ketchup 50,000 cps Mustard 70,000 cps Sour Cream 100,000 cps Peanut Butter 250,000 cps Centipoise (CPS) or Millipascal (mPa.s) Poise (P) Centistokes (CKS) Stokes (S) Saybolt Universal (SSU) 1 0.01 1 0.01 31 2 0.02 2 0.02 34 4 0.04 4 0.04 38 7 0.07 7 0.07 47 10 0.1 10 0.1 60 15 0.15 15 0.15 80 20 0.2 20 0.2 100 25 0.24 25 0.24 130 30 0.3 30 0.3 160 40 0.4 40 0.4 210 50 0.5 50 0.5 260 60 0.6 60 0.6 320 70 0.7 70 0.7 370 80 0.8 80 0.8 430 90 0.9 90 0.9 480 100 1 100 1 530 120 1.2 120 1.2 580 140 1.4 140 1.4 690 160 1.6 160 1.6 790 180 1.8 180 1.8 900 200 2 200 2 1000 220 2.2 220 2.2 1100

240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 550 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 15000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 125000 150000 175000 200000

2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1250 1500 1750 2000

240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 550 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 15000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 125000 150000 175000 200000

2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1250 1500 1750 2000

1200 1280 1380 1475 1530 1630 1730 1850 1950 2050 2160 2270 2380 2480 2660 2900 3380 3880 4300 4600 5200 5620 6100 6480 7000 7500 8000 8500 9000 9400 9850 10300 10750 11200 11600 14500 16500 18500 21000 23500 26000 28000 30000 32500 35000 37000 39500 41080 43000 69400 92500 138500 185000 231000 277500 323500 370000 415500 462000 578000 694000 810000 925000

SSU 210ºF 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78

H

L

93 109 124 140 157 173 189 205 222 238 255 272 288 305 322 339 356 374 391 408 426 443 461 478 496 514 532 550 568 586 604 623 641 660 647 697 716 734 753

107 137 167 197 228 261 291 325 356 389 422 456 491 525 561 596 632 669 706 743 781 819 857 897 936 976 1016 1057 1098 1140 1182 1225 1268 1311 1355 1399 1444 1489 1534

SSU 210ºF 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117

H

L

772 791 810 829 849 868 888 907 927 947 996 986 1006 1026 1046 1066 1087 1107 1128 1148 1168 1189 1210 1231 1252 1273 1294 1315 1337 1356 1379 1401 1422 1444 1468 1488 1510 1532 1554

1580 1627 1674 1721 1769 1817 1865 1914 1964 2014 2064 2115 2166 2217 2270 2322 2375 2428 2481 2536 2591 2646 2701 2757 2814 2870 2928 2985 3043 3102 3161 3220 3280 3340 3400 3462 3524 3585 3648

SSU 210ºF 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155

H

L

1576 1598 1620 1643 1665 1688 1710 1733 1756 1779 1802 1825 1848 1871 1894 1918 1941 1965 1988 2012 2036 2060 2084 2108 2132 2156 2180 2205 2229 2254 2278 2303 2328 2353 2378 2403 2428 2453

3711 3774 3838 3902 3966 4031 4097 4163 4229 4296 4363 4430 4498 4567 4636 4705 4775 4845 4915 4986 5058 5130 5202 5275 5348 5422 5496 5570 5645 5721 5796 5873 5949 6026 6104 6182 6260 6339