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ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL TEMA: Desempeño de un motor diesel a velocidad constante.

Nombre: Danny Oña OBJETIVO: 

Estudiar el comportamiento de un motor diesel bajo diferentes condiciones de aceleración, manteniendo la velocidad constante mediante la regulación de la carga aplicada a su eje de salida.

MARCO TEORICO: Una gran parte de motores diesel se diseñan para operar a determinada velocidad constante a la cual son óptimos ciertos parámetros como: consumo de combustible, eficiencia mecánica, etc. Esto motores se utilizan comúnmente en la generación de energía eléctrica, siendo por tanto de mucho interés el analizar su comportamiento para diferentes requerimientos de carga. Mientras en un motor de encendido por chispa, el control de su potencia de salida (Pf) se logra regulando la cantidad de mezcla que entra al cilindro, en un motor diesel, este control se realiza regulando la inyección del combustible. Este tipo de control es factible de ejecución, ya que el encendido, al ser por compresión, no está limitado por un mínimo necesario de combustible; lo que no sucede en un motor a gasolina, en el cual debe existir una cantidad de combustible tal, que se logre la inflamación exitosa de la mezcla. La cantidad de combustible se controla por medio del Governor, el cual ajusta la entrega de combustible en relación con la carga, aumentándola cuando la velocidad disminuye como resultado de un incremento de esta última y viceversa. Una reducción de la cantidad de combustible equivale a reducir la inyección ri, lo cual implica una menor potencia, pero una mejor eficiencia del ciclo. (Véase eficiencia ideal del ciclo diesel). Esto se puede visualizar en la figura 1 que representa: a) La variación de n con r para una relación de compresión fija. b) La variación de n con rc para diferentes relaciones de inyección.

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Fig. 1: VARIACIÓN DE LA EFICIENCIA IDEAL DIESEL CON LA RELACIÓN DE INYECCIÓN. Por otro lado, valores máximos de potencia se logran solamente mediante un aumento de la relación de inyección, sin embargo, este aumento está limitado por la cantidad de combustible que puede quemarse sin que se produzca exceso de contaminación. Una combustión cada vez más completa y una mejor eficiencia, se consigue introduciendo aire en exceso hacia el motor, lo cual en la práctica se logra mediante el uso de súper o turbo cargadores. La figura 2 muestra la variación general de algunos parámetros de funcionamiento de un motor diesel en función de la P.M.E.F., la cual es directamente proporcional a la carga.

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FIG. 2: FORMAS COMUNES DE VARIACIÓN DE ALGUNOS PARÁMETROS EN FUNCIÓN DE LA

PRESIÓN MEDIA EFECTIVA AL FRENO PARA UN MOTOR DIESEL.

EQUIPO UTILIZADO: BANCO DE PRUEBAS

TE16-PLINT

MOTOR

PETTERS PJ 2W

DIAMETRO

96.8 mm

CARRERA

110 mm

# DE CILINDROS

2

rc

17.5 : 1

POTENCIA NOMINAL

22.5 B.H.P a 2000 r.p.m

VELOCIDAD MAXIMA

2100 r.p.m

VELOCIDAD MINIMA

900 r.p.m

PRESION MINIMA DE ACEITE

2.81 Kgf / cm2

ANGULO DE INYECCION

23° APMS

DINAMOMETRO BRAZO DE PALANCA

318 mm

CORRIENTE MAXIMA

80 A

PROCEDIMIENTO:

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL VERIFICACION DEL BANCO

Verificar el estado general del banco de pruebas y de la instrumentación involucrada. Chequee agua de refrigeración y combustible.

Figura 3: Estado del banco Fuente: Danny Oña CALENTAR EL MOTOR

Figura 4: Manómetros Fuente: Danny Oña

Permita el calentamiento del motor a baja velocidad (1500 r.p.m. ) y aceleración hasta que la temperatura del agua a la entrada sea de por lo menos 50 °C, con un flujo aproximado de 1/3 del máximo medible en el rotámetro.

VELOCIDAD

Ubique la velocidad en el valor escogido para su práctica, mediante el

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Figura 5: Manómetros Fuente: Danny Oña

Manteniendo siempre la velocidad constante registre los datos, necesarios, previo un funcionamiento estable del motor, en cada condición establecida, dé por lo menos 8 minutos. Figura 6: Manómetros Fuente: Danny Oña AUMENTAR EL FRENO AL MOTOR

Incremente sucesivamente la aceleración; mantenga la velocidad establecida regulando el freno aplicado y repita el paso anterior. Durante todo el experimento chequee que la temperatura del agua a la salida

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL del motor no exceda de 80 °C. Regule el flujo si es necesario. Una vez finalizada la lectura y registro de datos, reduzca el freno y aceleración lentamente hasta llegar a las condiciones iniciales de calentamiento del motor, y entregue todo el equipo al técnico encargado. Figura 7: Aumento al freno del motor Fuente: Danny Oña

Cuadro N° 1.

Hoja de Datos.

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VELOCIDAD: 1380 r.p.m

FECHA: 28/07/2014

COMBUSTIBLE: Diesel

GRUPO: 3

DENSIDAD: 0,832 g/cm³

N OM B RE : Da nny Oña

VOLUMEN DE PRUEBA: 50ml BANCO DE PRUEBAS: T E 1 6-PLINT

TEST ND

1

CILINDRADA:

MOTOR: PETTERS PJ 2W

REL. DE COMPRE: 17,5 : 1

CARRERA: 110 mm

ACELERACIÓN: 36

DIÁMETRO: 96.8 mm

D I E

ACE L a

N°

%

CONTAD.

TIEM.

REVS.

N° DE CILINDROS 2

MANOM.

t

FUER ZA F

REFRIGERACIÓN

h0

FLUJO

TE

T3

N°

seg

N

L/mi n

°C

154. 9

mm H? 0 23.5

°C

1490

E S C T , ° C

GENERACIÓN V

I

CAR S.

V

A

#

0

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

30

1343 3527 3365 3266 3114 2984 2812 2698

160. 157. 6 153. 6 152. 7 148. 8 143. 6 7 137. 133. 9 6

36 49 58 69 79 87 98 106

20 19 18 17 16 16 15.5 14.5

CALCULOS: CALCULO DE LA VELOCIDAD

N=

¿ rev ∗60 t

N=

1490 ∗60 154,9

N=577,14 rad /s CALCULO DEL TORQUE

Tq=F∗d

Tq=20 N∗0,318 m Tq=6,36 N . m

CALCULO DE LA POTENCIA AL FRENO

117 136 128 125 122 121 120. 120 5

5 9 10 14 .5 15 18 .5 20 22 .5

2 3 4 5 6 7 8 9

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL Pf =

TQ∗2∗π∗N 60

Pf =

6∗2∗π∗577,14 60

Pf =384,4 Kw

GRAFICAS:

POTENCIA AL FRENO 384,4 601,507 2191,05 2537,15 2946,79 3307,76 3609,68 3668,97

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Tiempo

Consumo de combustible

154,9

966,82

160,6

932,50

157,6

950,25

153,7

974,37

152,8

980,10

148,6

1007,81

143,7

1042,17

137,9

1086,00

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Pf

mc

CEC

384,4

389,59

3648,64

601,507

248,97

1490,11

2191,05

68,35

112,30

2537,15

59,03

83,75

2946,79

50,82

62,09

3307,76

45,28

49,28

3609,68

41,49

41,38

3668,97

40,82

40,05

CEC 4000.00 3500.00 3000.00

CEC

2500.00

Polynomial (CEC)

2000.00 1500.00 1000.00 500.00 0.00 1

2

3

4

5

6

7

8

Torque 6,36 11,448 15,58 18,44 21,94 25,12 27,66 31,16

CEC 3648,64 1490,11 112,3 83,75 62,09 49,28 41,38 40,05

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL rpm 1490 1343 3527 3365 3266 3114 2984 2812 2698

Potencia al freno 384,4 601,507 2191,05 2537,15 2946,79 3307,76 3609,68 3668,97

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL 4000 3500 3000 CEC

2500

Polynomial (CEC)

2000

Potencia al freno

1500

Polynomial (Potencia al freno)

1000 500 0 1

consumo de combustible 1025,05 1018,78 982,68 980,75 1016,01 1033,54 1045,08 1088,37

2

3

rpm 1490 1343 3527 3365 3266 3114 2984 2812

4

5

6

7

8

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RPM

2500.00

Polynomial (RPM)

2000.00

Consumo de combustible Polynomial (Consumo de combustible)

1500.00 1000.00 500.00 0.00 1

2

3

4

5

6

7

8

ANALISI DE RESULTADOS: CURVA DE POTENCIA AL FRENO Vs. RPM Mediante ésta curva se puede determinar que la potencia del motor comienza incrementarse a medida que aumentan las rpm, hasta llegar a obtenerse la máxima potencia. Se puede observar también que a pesar de incrementarse las rpm del motor la potencia del mismo comienza a decrecer. Las razones por las cuales la potencia comienza a decrecer son principalmente de orden mecánico por cuanto las válvulas comienzan a flotar debido a la resonancia que toma su resorte de retorno, también se debe a que el sistema de encendido comienza a perder su eficiencia. http://mepuedeservir.es/wp2/wp-content/uploads/2012/03/2.-CURVASCARACTERISTICAS-DE-MOTORES-Y-VEHICULOS-Recomprimidos..pdf

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CURVA DE CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLE Vs. RPM Esta curva determina la economía de combustible por parte del motor para generar una potencia de un kilo vatio por hora, y se puede observar que a bajas revoluciones el consumo de combustible es muy alto, comenzando a disminuir a medida que el motor aumenta su velocidad. Esto se debe a que el motor comienza a aprovechar de mejor manera la energía liberada al momento de la combustión, y a bajas y medianas velocidades los sistemas de distribución trabajan eficientemente. http://mepuedeservir.es/wp2/wp-content/uploads/2012/03/2.-CURVASCARACTERISTICAS-DE-MOTORES-Y-VEHICULOS-Recomprimidos..pdf CURVA DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE Vs. RPM Esta curva nos permite determinar el consumo másico de combustible por unidad de tiempo y según los datos obtenidos se puede observar que a bajas revoluciones, el consumo es bastante grande, y este consumo comienza a disminuir a medida que las rpm aumentan. http://mepuedeservir.es/wp2/wp-content/uploads/2012/03/2.-CURVASCARACTERISTICAS-DE-MOTORES-Y-VEHICULOS-Recomprimidos..pdfCURVA DE LA EFICIENCIA TÉRMICA AL FRENO VS RPM Este parámetro determina cuan eficiente es el motor para aprovechar la energía térmica liberada al momento de producirse la combustión y ser transformada en potencia útil. Se puede observar que a bajas revoluciones del motor se tiene un rendimiento muy bajo, pero éste valor se va incrementando a medida que las rpm del motor aumenta. http://mepuedeservir.es/wp2/wp-content/uploads/2012/03/2.-CURVASCARACTERISTICAS-DE-MOTORES-Y-VEHICULOS-Recomprimidos..pdf

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PREGUNTAS:

a. Explicar en qué consiste el sistema de encendido de un motor a diesel?

Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara (o pre cámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión , sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. Ésta es la llamada auto inflamación.

b. Cómo afecta el ángulo de adelanto a la inyección en el rendimiento de un motor a diesel? Es evidente que la duración de la inyección está limitada en su comienzo por la posibilidad de una presión máxima excesivamente elevada, y en su final, porque no conviene una combustión demasiada retrasada e incompleta. El intervalo en que puede tener lugar la inyección se reduce a una décima del giro del eje del cigüeñal o sea 36º. En caso de un motor lento estacionario o marino, una décima de revolución representa únicamente 8/100 de segundos como máximo. En los motores rápidos para automóviles, que giran a 2000 revoluciones por minuto, el tiempo apto para la inyección, que debe tener lugar durante un ángulo del cigüeñal de 36º o menos, es alrededor de 5/1000 de segundos.

c. En un motor a diesel puede darse los fenómenos de la detonación y el autoencendido?

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL En los motores de encendido regulado, el autoencendido se evita adoptando combustibles capaces de resistir temperaturas y presiones elevadas sin inflamarse espontáneamente. En cambio, en los motores Diesel , el autoencendido no representa un efecto, sino que es una condición normal de funcionamiento.

Detonación es cuando, durante la combustión, el aire y combustible que aún están en la cámara explotan sin necesidad de que llegue el frente de llama. Si ese aire y combustible se ponen a mucha presión, acaban inflamándose por sí sólos (como en un Diesel).

d. Cómo influye el poder calorífico del diesel en la eficiencia de un motor?

La mayor parte de las calderas y los motores suelen expulsar el agua formada en forma de vapor, pero actualmente existen calderas que aprovechan el calor de condensación , con rendimientos mucho más altos que las tradicionales, son superiores al 100% del PCI, pero, por supuesto, siempre inferiores al 100% del PCS. Sin embargo, para condensar el vapor, no pueden calentar el agua a más de a unos 70 ºC, lo que limita sus usos y además, solamente pueden usarse con combustibles totalmente libres de azufre (como la mayoría de los gases combustibles), para evitar condensaciones ácidas ; por falta de temperatura suficiente y, por lo tanto, por falta de tiro térmico , en estas calderas la evacuación de los gases debe hacerse por medio de un ventilador .

e. Describir el ciclo termodinámico de un motor diesel. El ciclo de diesel es un motor de encendido por compresión (en lugar de encendido por chispa). El combustible atomizado se inyecta en el cilindro en p2(alta presión) cuando la compresión se completa, y hay encendido sin una chispa. En la figura se muestra un ciclo idealizado de motor diesel.

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Diagrama p-v.- Ciclo ideal Diesel (Motor diesel de aire estándar) El ciclo diesel es el ciclo ideal para motores de encendido por compresión. La bujía es sustituida por un inyector de combustible en los motores diesel. En este motor se asume que la adición de calor se produce durante un proceso a presión constante que se inicia con el pistón en el punto muerto superior. El ciclo de aire estándar diesel consiste de la siguiente secuencia de procesos internos reversibles: 1.

Compresión isentrópica

2.

Adición de calor a presión constante

3.

Expansión isentrópica

Rechazo de calor de volumen constante

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CONCLUSIONES:



Una curva con gran zona plana en el centro, define un motor muy elástico, con poca necesidad de cambiar de marchas.



Cuando el rendimiento volumétrico o llenado del motor , no es óptimo más que en determinado régimen o tramo de régimen , porque a bajas revoluciones , la inercia de los gases , no llena ni vacía del todo la cámara , y porque puede haber bypass entre las válvulas de admisión y escape, y a muy altas vueltas , el llenado de

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO. ESPE EXTENSION LATACUNGA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ INFORME DE LABORATORIO MOTORES DIESEL los cilindros , no es completo , porque no le da tiempo al gas a ocupar todo la cámara. 



Observamos que a medida que aumenta la potencia, aumenta el consumo de combustible. Una vez concluida la práctica, estamos en la capacidad de poder explicar las características del rendimiento de un motor diesel. .

RECOMENDACIONES:

   

Contar con los implementos de seguridad para evitar cualquier accidente. Verificar el estado del banco de pruebas para no tener inconvenientes en la práctica. Realizar todas la mediciones correspondientes Utilizar las herramientas adecuadas para no tener inconvenientes o dañara algún componente.

BIBLIOGRAFIA:





E-AUTO(SN).Diagnostico del motor-RENDIMIENTO MOTOR DIESEL. Recuperado el 26 de Julio del 2014, de: http://www.eauto.com.mx/manual_detalle.php?manual_id=209 AFICIONADOS A LA MECANICA.(SN).Ciclo termodinámico. Recuperado el 26 de julio del 2014, de: http://www.aficionadosalamecanica.net/hazlorendimiento.htm

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MATONXJMC.(21 de agosto del 2006). Curvas de rendimiento. Recuperado el 26 de julio del 2014, de: http://www.fao.org/docrep/009/x0487s/x0487s04.htm