Universidad Autónoma Chapingo Departamento de ingenieria mecánica agrícola Motores de combustion interna

Practica No. 2

“Potencia indicada y potencia efectiva en motores

de combustion interna diesel”

Alumno: Cabrera Galván Gamaliel.

Responsable de práctica: Ing. Enrique Espinoza.

GRADO: 6to. GRUPO: 1

A 10 de octubre del 2013

INTRODUCCION

En la actualidad podemos observar gran variedad de autos, camiones, y maquinas que desarrollan actividades especificas en su funcionamiento, las maquinas mas eficientes o con mas demanda son aquellas que pueden realizar la actividad en menor tiempo posible, o que pueda realizar el mayor trabajo. Es por esto que las maquinas que tienen la mayor potencia son las mejores.

Aunque se busque la maquina de mayor potencia, la ficha técnica muestra la potencia, pero no la potencia real o efectiva que ejerce el motor de esa maquina, para estar seguro es necesario hacer una prueba para conocer ambas potencias y ver la calidad de ese motor.

OBJETIVOS

Determinar la presión de compresión del motor Determinar la potencia indicada del motor Calcular parámetros generales del motor

MATERIALES

Motor Diesel Perkins de 4 cilindros Herramientas Combustible Agua Banco de pruebas Cabina de controles

REVISION BIBLIOGRAFICA

Potencia indicada

La potencia desarrollada dentro del cilindro del motor por la expansión de los gases de la combustión se conoce como potencia indicada y la designamos como Ni. Parte de esta potencia es necesaria para vencer la fricción de las partes móviles de la máquina (perdidas mecánicas), mover los elementos y accesorios, cargar el aire fresco dentro del cilindro en la carrera de admisión y expulsar los gases residuales en la carrera de escape (trabajo de bombeo) . Por lo tanto la potencia disponible en el eje En es inferior a la potencia desarrollada dentro del cilindro Ni. Siendo Nf la potencia de fricción. Ni será igual a:

Potencia efectiva (Eficaz, real, específica o al freno)

Es la primera potencia que el motor puede proporcionar a la salida del cigüeñal, es decir la que tendríamos disponible para mover una máquina si se acoplase directamente al cigüeñal.

Es menor que la indicada, ya que el propio motor consume potencia en el rozamiento del pistón y para mover sus propios órganos y sistemas auxiliares, como el ventilador, alternador, bombas diversas etc., de tal forma que:

Pe = Pi – Pabsorbida por los rozamientos cuando la potencia efectiva se refiere al litro de cilindrada se denomina potencia específica. Donde: Pe = Potencia Efectiva y Pi = Potencia indicada.

Parámetros

Presión de compresión

Valor de la presión en el punto muerto superior, medida en el interior de la cámara de combustión por medio de un instrumento que se aplica al orificio de la bujía. Su valor da una indicación del estado de desgaste y de la eficacia del cilindro.

Dicha prueba se efectúa aplicando un manómetro especial al orificio de la bujía (un tapón de caucho asegura la retención) mientras el motor está girando (con las bujías desmontadas), arrastrado por el motor de puesta en marcha y con la mariposa totalmente abierta.

Rendimiento Mecánico

El rendimiento mecánico ηm es la relación entre el trabajo útil medido en el cigüeñal del motor y el trabajo ofrecido según el ciclo indicado.

Presión Media Efectiva (Pe )

Corresponde a la presión promedio que ejercen los gases durante la carrera de expansión en un motor.

Consumo especifico de combustible

Parámetro comparativo que muestra con cuanta eficiencia convierte un motor el combustible en trabajo.

Rendimiento indicado

Es la relación entre el trabajo del ciclo indicado y el trabajo del ciclo ideal.

ηi=W i /W Ideal

Rendimiento total o rendimiento efectivo.

Es la relación entre el trabajo efectivo medido en el eje de salida del motor, y el calor producido por el combustible consumido.

METODOLOGIA Y DESARROLLO

Se realizaron dos actividades en esta práctica.

1- Determinación de relación de compresión del motor diésel.

Esta determinación es de forma directa.

Primero se cercioro que hubiera alimentación de combustible para poder poner a funcionar el motor.

Se procedió a encender el motor y se mantuvo encendido el motor por 1.5 minutos y enseguida se apago.

Se cerró el paso de combustible pues se procedió con la herramienta adecuada a desconectar los inyectores de la distribución de combustible.

Se desconecto la manguera de retorno de combustible.

Enseguida se desconectaron los inyectores de combustible con ayuda de las herramientas necesarias.

.

Entonces con ayuda de un manómetro se procedió a tomar las presiones de cada cilindro dando marcha y tomando el dato cuando la aguja dejaba de moverse en el manómetro.

Se conectaron nuevamente los inyectores y se obtuvo la presión de compresión.

2- Potencia indicada del motor (método de desconexión sucesiva de cilindros).

Primero se aseguro el adecuado estado del banco de pruebas, así como la cabina de controles.

Se encendió la bomba del agua y se aseguró que circulara por las líneas de abastecimiento.

Se puso en Marcha el Motor y se mantuvo a aceleración media hasta alcanzar la temperatura adecuada para la operación que son 50 °C.

Enseguida se puso el motor a aceleración máxima y se registró la potencia efectiva del motor (Net). Obteniendo 10 muestras de consumo de combustible.

Estando a régimen nominal (Net), se desconectó la tuerca de la tubería de alimentación de combustible del inyector 1. El motor en este punto sufrió una pérdida de potencia, mediante el dinamómetro se llevó el motor a régimen Nominal para obtener la potencia producida por los 3 cilindros restantes (Ne2,3,4).

Se desconectó la tubería de alimentación de combustible del inyector 1 para luego estabilizar el motor a régimen Nominal.

Se repitió los puntos 6 y 7 para el inyector 2 y se obtuvo (Ne1,3,4). De

igual manera para el inyector 3 y se obtuvo (Ne1,2,4) y finalmente el

inyector 4 en la cual se obtuvo (Ne1,2,3). Finalmente se desacelero el motor y se dejo 1 minuto así, para

posteriormente apagarlo.

Para terminar se realizaron los cálculos de los parámetros del motor, que son los siguientes:

Presión de compresión del motor (Pc )

Pc=Pa. ε n1

Dónde:

Pc−¿ Presión al final de la compresión, MPa.Pa−¿ Presión atmosférica, MPa.ε−¿ Relación de compresión.n1−¿Exponente politrópico de compresión [1.32−1.4 ] Ahora:

Pc=Pa. ε n1

PaN=0.073MPaPaC=0.073MPa (1−0.22 )PaC=0.05694MPa

Haciendo los cálculos correspondientes se obtiene:

PcminC=0.05694 (16 )1.32=2.21236MPaPcmá xC=0.05694 (16 )1.4=2.76176MPaPcminN=0.073 (16 )1.32=2.83636MPaPcmá xN=0.073 (16 )1.4=3.54071MPa

Rendimiento mecánico ηm

ηm=NeT

¿T

Dónde:

ηm−¿Rendimiento mecánico (%) valores (0.7−0.82)NeT−¿Potencia efectiva del motor (HP )¿T−¿ Potencia indicada del motor (HP )

Ahora:¿=Ne+NmNe=¿−Nm

Usando el método de desconexión sucesiva de cilindros se tiene:

¿1=NeT−Ne2,3,4 ¿2=NeT−Ne1,3,4¿3=NeT−Ne1,2,4 ¿4=NeT−Ne1,2,3Para obtener la potencia indicada total sumamos los resultados de cada cilindro.

¿T=¿1+¿2+¿3+¿4

Los resultados son los siguientes:

N N ω T

31 N1

159

0101

29 Ne2,3,4185

083

28 N2

157

094

17 Ne1,3,4185

048

28 N3

155

093

25 Ne1,2,4185

072

26 N4

155

389

20 Ne1,2,3185

057

¿1=NeT−Ne2,3,4=51−29=22hp¿2=NeT−Ne1,3,4=51−17=34hp¿3=NeT−Ne1,2,4=51−25=26hp¿4=NeT−Ne1,2,3=51−20=31hp¿T=¿1+¿2+¿3+¿4=22+34+26+31=113 hp¿T=113 hp

Lo cual nos damos cuenta que es una potencia muy alta comparada a la potencia efectiva que es solo de 51 hp.

Presión media efectiva (Pe )

Pe=30 . NeT . τ

i .Vh .ɳ

Vh=3.864

=0.9652

Pe=30 (51 ) (4 )

4 (0,9652 ) (1850 )=0.857[55−85MPa]

Presión media indicada Pi.

Pi=Peηm

Dónde:Pi−¿ Presión Media Indicada (MPa ) . Valores (0.78−1.03 ).Pe−¿ Presión Media Efectiva (MPa ) .ηm−¿ Rendimiento Mecánico (% )

Pi=0.857MPa0.45

=1.90MPa

Consumo específico efectivo de combustible (ge ) ..

ge=Gh

NeT

.103

Dónde:

ge−¿ Consumo Específico Efectivo de Combustible (g/KW .h ) que esta en un rango de (217−255 )Gh−¿ Consumo horario de Combustible a Régimen Nominal (kg /h )NeT−¿ Potencia Efectiva del motor (KW )

ge=11.4438.046

.103=300.68g /kW .h

Muestras de combustible a Régimen Nominal.

(14.16+14.39+14.27.13 .28+14.36+14.12+14.33+13.97+14.27+14.03) /10=14.118 l /h

(14.118 l /h ) (0.81kg / l )=11.44 kg/h(51 ) (0.746 )=38.04651Hp=38.046kW

Consumo específico indicado de combustible (gi )gi=ge . ηm

Dónde:

gi−¿ Consumo Indicado de Combustible (g/kW .h ) Valores (175−205 )ge−¿ Consumo Específico Efectivo de Combustible (g/kW .h )ηm−¿ Rendimiento mecánico (% )gi=ge . ηm=(300.68 ) (0.45 )=135.31g /kW .h

Rendimiento indicado (η i).

ηi=Liqi

= 3600Hu .g i

Dónde:

ηi−¿ Rendimiento indicado (% ) . Valores (0.42−0.48 )

Li−¿ Trabajo ( J )q i−¿ Cantidad de calor que se suministra.gi−¿ Consumo indicado de combustible (g/kW .h )Hu−¿ Calor inferior de combustión (MJ /kg ) valor para motor diésel 42.5 MJ/kg.

ηi=Liqi

= 3600Hu .g i

= 360042.5MJ /kg (135.31 g/kW .h )

=0.626

ηi=62.6% (42%−48% )

Rendimiento efectivo (ηe).ηe=ηi . ηm

Dónde:ηe−¿ Rendimiento efectivo (% ) . Valores (0.35−0.40 )ηm−¿ Rendimiento mecánico (% )ηi−¿ Rendimiento indicado (% )ηe=ηi . ηm=.626 ( .45 )=.2817=28.17% [0.35%−0.40% ]

RESULTADOS

Presión de compresión de cilindros

Cilindro 1 Cilindro 1 Cilindro 3 Cilindro 4340 psi 300 psi 300 psi 320 psi

Parámetros del motor.

Presión de compresión del motor (Pc )

PcminC=0.05694 (16 )1.32=2.21236MPa Pcmá xC=0.05694 (16 )1.4=2.76176MPa PcminN=0.073 (16 )1.32=2.83636MPa Pcmá xN=0.073 (16 )1.4=3.54071MPa

Presión media efectiva (Pe )

Pe=30 (51 ) (4 )

4 (0,9652 ) (1850 )=0.857[55−85MPa]

Presión media indicada Pi.

Pi=0.857MPa0.45

=1.90MPa

Consumo específico efectivo de combustible (ge ) ..

ge=11.4438.046

.103=300.68g /kW .h

Consumo específico indicado de combustible (gi )gi=ge . ηm=(300.68 ) (0.45 )=135.31g /kW .h

Rendimiento indicado (η i).ηi=62.6% (42%−48% )

Rendimiento efectivo (ηe).ηe=ηi . ηm=.626 ( .45 )=.2817=28.17% [0.35%−0.40% ]

Tabla de resultados

MARCA: Perkins CILINDRADA: 235.86 in2

MODELO: 4.236 CARRERA: 5 inPOTENCIA (REVOLUCIONES NOMINALES): 1850 rpm TEMPERATURA (TO): 20.3°DIAMETRO DEL CILINDRO: 3.875 in HUMEDAD RELATIVA: 83%AÑO DE FABRICACIÓN: 1984 DENSIDAD DEL COMBUSTIBLE (dComb): 0.81 kg/lNÚMERO DEL MOTOR: LD095M TEMP DEL MOTOR (MN-MAX): 50-95 %

PRUEBA

RPMGASTO EN Lts/Hr POTENCIA TORQUE GASTO

PROMEDIOLts/Hr

MUESTRA 1

MUESTRA 2

MUESTRA 3

Hp W N.m (Lb. Pie)

1 1865 12.01 12.43 12.07 48 35761.6 183.0 135 12.22 1862 12.25 12.32 12.42 48 35968.6 184.4 136 12.33 1861 12.87 12.9 12.87 49 36742.3 188.5 139 12.9

CONCLUSIONES

Se realizaron las actividades satisfactoriamente, así como los cálculos necesarios de los parámetros del motor.

El motor no tiene un funcionamiento bueno, hubo mucha diferencia entre potencia efectiva y potencia indicada.

COMENTARIOS

El motor no es muy actual y algunos de los resultados de las actividades realizadas no han sido muy convincentes.

BIBLIOGRAFIA

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001766/Temas/General/04_PotIndicada.htm [09/10/2013]

https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2011/449/42166/1/Documento3.pdf [09/10/2013]

http://www-eupm.upc.es/~mmt/motors4.pdf [09/10/2013]