curvas caracteristicas parciales de velocidad y caracteristicas de carga

7/30/2019 CURVAS CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD Y CARACTERISTICAS DE CARGA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FIM

CURVAS CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD

Y CARACTERISTICAS DE CARGA

Profesor: Ing. Lastra Espinoza, Luis

Alumno: Mlaga Luyo, Federico

2011 - I


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OBJETIVOS

Conocer la metodologa para determinar las curvas caractersticas de velocidad, para unaapertura determinada.

Conocer la metodologa para determinar las curvas caractersticas de carga, para unavelocidad determinada.


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FUNDAMENTO TERICO

CURVAS CARACTERSTICAS:

Las curvas caractersticas de un motor decombustin interna son las que indican,

en funcin de la velocidad de rotacin

del motor, la potencia, el par y el

consumo especfico del mismo. Estn

incluidas en un rango de revoluciones,

debajo del cual el motor funciona muy

irregularmente y/o tiende a apagarse y si

se sobrepasa el lmite superior donde los

elementos mecnicos estn muy cerca

de sufrir daos irremediables o rupturas

irreparables. Estos dos extremos

determinan el campo de utilizacin de un

motor.

La curva de potencia crece

progresivamente casi constante hasta un

valor determinado que indica su valor

mximo, despus decrece rpidamente

hasta el lmite mximo de utilizacin del

motor. El descenso de potencia, ms all

de dicho valor se debe a la disminucin

del rendimiento volumtrico del motor.Actualmente existe el sistema VTEC el

cual por medio de una rotacin del eje

de levas, que vara la distribucin real del

motor haciendo que la curva de potencia

no caiga y as el motor tenga un mejor

rendimiento.

La curva de par del motor no es tan

pronunciada como la de potencia, es

decir, tiende a ser ms horizontal, pero

sin perder su concavidad. Tambin crece

al aumentar las revoluciones del motor

pero su progresin es menor. El par

mximo se encuentra a un menor nivel

de revoluciones que la potencia mxima

pero a la vez el decrecimiento del par es

mucho ms lento al aumentar la

velocidad de giro. La elasticidad de un

motor se conoce como el intervalo entre

el par mximo del motor y su potencia

mxima.

La curva de consumo especfico tiene

una presentacin grfica inversa a la del

par del motor, decrece al aumentar el

nivel de revoluciones hasta llegar al valor

de menor consumo en un nmero

determinado de vueltas del motor y a

partir de all empieza a crecer suave y

gradualmente hasta el lmite de

utilizacin del motor.

RELACIN ENTRE VELOCIDAD Y CARGA

MOTOR

Las fuerzas que hacen girar el cigeal

dependen de la presin que los gases

realizan en la cabeza del pistn, mientras


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que las que se oponen a su rotacin son

los rozamientos internos del motor y la

resistencia exterior, que suelen llamarse

carga y que es un par resistente aplicado

al cigeal.

La regulacin de la carga y de la

velocidad es una cuestin de equilibrio

entre las fuerzas que producen la

rotacin y las que la impiden. Establecido

el rgimen de rotacin, si vara la carga

se desequilibra el motor y esto debe

compensarse con una variacin parecida

de las fuerzas motrices, para que no

cambie el rgimen de rotacin.

En el motor Otto la regulacin de lacantidad de combustible se realiza

simultneamente a la del aire, mediante

una vlvula de mariposa. En el motor

Diesel slo se regula el combustible,

variando el caudal de la bomba de

inyeccin.

Se denominan puntos de funcionamiento

con apertura parcial todo el conjunto de

las posibles combinaciones de carga y de

revoluciones incluidas entre el

funcionamiento al mnimo (carga nula y

rgimen mnimo) y el funcionamiento

con plena apertura (mxima carga para

todos los regmenes de rotacin del

motor).

Durante el funcionamiento con plena

apertura, variando la carga tenemos el

rgimen al que el motor suministra la

mxima potencia. Si, a partir de estos

valores, aumentamos la carga aplicada,

el rgimen y la potencia disminuyen; si

se reduce la carga, la velocidad del motor

aumenta, pero la potencia tambin

disminuye. El rgimen con mxima

potencia se llama rgimen de potencia

mxima.

El par motor, que corresponde a la

fuerza desarrollada durante la rotacin,

alcanza su valor mximo a un

determinado rgimen (inferior al de la

potencia mxima), a partir del cual

disminuye al aminorarse:

El rendimiento volumtrico (esto seexplica teniendo en cuenta que paracada motor existe una velocidad de

rotacin en correspondencia de la

cual la masa del fluido activo que

entra en los cilindros en cada ciclo es

la mxima posible).

El rendimiento mecnico (debido alaumento de las prdidas por

rozamiento en los rganos

fundamentales del motor y en los

mecanismos auxiliares que ste

arrastra).

Con este rgimen la p.m.e. y por lo tanto

el par motriz tienen su valor mximo. La

potencia sigue creciendo al aumentar la

velocidad de rotacin, y por lo tanto la

masa utilizada en la unidad de tiempo ya

que, aunque disminuya la masa del fluido

activo utilizada en cada ciclo, aumenta el

nmero de ciclos.


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CURVA DE CONSUMO ESPECFICO DE

COMBUSTIBLE

El consumo especfico (qb) representa la

cantidad de combustible consumido por

el motor en gramos (gr) para suministrar

una determinada potencia, caballos (CV),

en la unidad de tiempo, hora (h). Ya que

el trabajo por la unidad de tiempo es la

potencia, el consumo especfico

representa la cantidad de combustible

necesario para que el motor puedaefectuar un trabajo til, venciendo los

rozamientos y las prdidas. Por

consiguiente, el consumo especfico

representa un ndice del rendimiento

global del motor, cuanto ms bajo es el

consumo especfico, mejor es el

rendimiento de ste y viceversa.

La relacin de compresin (r) influye en

el consumo especfico. De hecho

aumentando la relacin de compresin

aumenta el rendimiento trmico y por lo

tanto disminuye el consumo especfico.

El consumo especfico se expresa en

gr/CV h y es el combustible consumido

por un motor por cada CV que produce

en una hora.

El consumo especfico se mide

experimentalmente en los bancos de

prueba para motores en cada punto de

funcionamiento del motor; estos datos

se reflejan en un plano acotado de

consumos.


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EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Banco de pruebas Motor Petter:

Tipo de Motor Diesel, de cuatro tiempos

Marca del motor Petter

Modelo PH 1W, inyeccin directa

Nmero de cilindros 1

Presin de Inyeccin 200/221 bar a 1100/2000 rpm

Dimetro x carrera 87,3x110 mm

Cilindrada 659 cm3

Relacin de compresin 16,5/1

Potencia 6,11 kW a 2000 rpm

Refrigeracin por lquido

Freno dinamomtrico Elctrico, de corriente continua


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Complemento electrnico:

Usado para ajustar los parmetros de entrada a los valores deseados:

Instrumentos de medicin:

Manmetro en UManmetro

inclinado

Medidor de

volumen

Termmetro Manmetros


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PROCEDIMIENTO

CURVAS DE VELOCIDAD

Se busca obtener las curvas de velocidad, por lo tanto hay q tener cuidado en los lmites de

operacin.

1. Se arranca el motor y se espera que llegue a una temperatura ptima, se mantiene laapertura de la mariposa constante y el combustible entregado, adems se debe medir la

temperatura y presin ambiental.

2. Se establece una la velocidad del motor, y se mide la fuerza en el dinammetro paradicha velocidad, adems se toma el tiempo y la presin en el manmetro.

3. Se modifica la velocidad y se toman los datos correspondientes para distintasvelocidades.

4. A partir de los pasos 2 y 3 se completa el protocolo de pruebas y se procede a realizarlos clculos y grficas correspondientes.

CURVAS DE CARGA

Se busca obtener las curvas de carga, por lo tanto hay q tener cuidado en los lmites de operacin.

1. Se arranca el motor y se espera que llegue a una temperatura ptima, se mantiene elvalor de RPM constante, adems se debe medir la temperatura y presin ambiental.

2. Se establece la posicin de la cremallera del motor con ayuda del micrmetro, y se midela fuerza en el dinammetro para dicha posicin, adems se toma el tiempo y la presin

en el manmetro.

3. Se modifica la apertura y se toman los datos correspondientes para distintos valores deapertura de la cremallera, basndonos en la lectura del micrmetro.

4. Se repiten los pasos 2 y 3 para un valor diferente de RPM y se completa el protocolo depruebas y se procede a realizar los clculos y grficas correspondientes.


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DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO

Caractersticas de Velocidad

Condiciones ambientales:

P0 748.4 mmHgT0 22.2 C

Para una posicin de la cremallera de:

hc= 14.5 mm

Nn

(RPM)Te

(C)Fe(N)

s(cm)

P(mm)

V(ml)

t(s)

1 800 70 82 4.9 35 3.4 15

2 1000 70 90 6 48 4.3 15

3 1300 70 95 7.5 60 5.6 154 1500 70 95 8.5 75 6.7 15

5 1700 70 94 9.3 86 8.9 15

6 1900 70 89 10.5 99 10.2 15

7 2100 70 82 11.5 108 11.1 15

Para una posicin de la cremallera de:

hc= 17 mm

Nn

(RPM)Te

(C)Fe(N)

s(cm)

P(mm)

V(ml)

t(s)

1 800 70 21.5 5.1 38 1.4 15

2 1000 70 41 6.4 50 2.3 15

3 1300 70 56.5 8.2 75 3.4 15

4 1500 70 61.5 9.4 80 4.1 15

5 1700 70 60.5 10.3 99 4.6 15

6 1900 70 55.5 11.5 106 5.2 15

7 2100 70 45.1 11.8 114 5.3 15


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Caractersticas de Carga

Condiciones ambientales:

P0 749 mmHg

T0 22.4 C

Para un valor de RPM, de:

n = 1500 RPM

Nhc

(mm)Fd(N)

P(cm)

s(cm)

V(ml)

t(s)

1 14.5 103 7.5 8.5 7 15

2 14.75 106 7.5 8.8 7.1 15

3 15 104 7.5 8.8 6.7 15

4 15.5 97 7.5 8.8 6 15

5 16 89.5 7.5 8.8 5.4 15

6 16.5 82 7.5 8.8 4.9 15

7 17 73 7.7 8.8 4.3 15

8 17.5 62.5 7.7 8.8 3.7 15

Para un valor de RPM, de:

n = 2000 RPM

Nhc

(mm)Fd(N)

P(cm)

s(cm)

V(ml)

t(s)

1 14.5 94 10.5 11 10.6 15

2 14.75 94.5 10.5 11 10.4 15

3 15 92.5 10.5 11 10 15

4 15.5 88 10.5 11 8.7 15

5 16 77 10.5 11 7.2 15

6 16.5 74.5 10.5 11 6.4 15

7 17 66.5 10.5 11 5.8 158 17.5 55 10.7 11.4 5.3 15


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CALCULOS Y RESULTADOSCaractersticas de Velocidad

Considerando los siguientes parmetros:

30 L 0.305 m

c 0.87

air 1.293

Ecuaciones a utilizar:

hc=14.5mm

Nn

(RPM)Ga

(kg/h)Gc

(kg/h)alfa

Gat(kg/h)

vMe

(N-m)Ne

(kW)g e

(gr/kW

1 800 16.24 0.71 1.53 18.62 87.22% 25.01 2.10 338.82 1000 19.63 0.90 1.46 23.28 84.31% 27.45 2.87 312.3

3 1300 24.23 1.17 1.39 30.26 80.06% 28.98 3.94 296.4

4 1500 27.03 1.40 1.29 34.92 77.41% 28.98 4.55 307.3

5 1700 29.23 1.86 1.05 39.57 73.86% 28.67 5.10 364.1

6 1900 32.54 2.13 1.02 44.23 73.57% 27.15 5.40 394.3

7 2100 35.29 2.32 1.02 48.89 72.19% 25.01 5.50 421.4


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0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 500 1000 1500 2000 2500

Ga vs n

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0 500 1000 1500 2000 25

Gc vs n

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0 500 1000 1500 2000 2500

Coeficiente de exceso de aire vs n

60.00%

65.00%

70.00%

75.00%

80.00%

85.00%

90.00%

0 500 1000 1500 2000 2

Coeficiente de llenado vs n

24.50

25.00

25.50

26.00

26.50

27.00

27.50

28.00

28.50

29.00

29.50

0 500 1000 1500 2000 2500

Me vs n

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0 500 1000 1500 2000 25

Ne vs n


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hc=17 mm

Nn

(RPM)Ga

(kg/h)Gc

(kg/h)alfa

Gat(kg/h)

vMe

(N-m)Ne

(kW)g

(gr/k

1 800 16.85 0.29 3.85 18.62 90.50% 6.56 0.55 532

2 1000 20.89 0.48 2.91 23.28 89.74% 12.51 1.31 366

3 1300 26.08 0.71 2.46 30.26 86.16% 17.23 2.35 302

4 1500 29.73 0.86 2.32 34.92 85.15% 18.76 2.95 290

5 1700 31.92 0.96 2.22 39.57 80.66% 18.45 3.28 292

6 1900 35.37 1.09 2.18 44.23 79.96% 16.93 3.37 322

7 2100 35.97 1.11 2.17 48.89 73.58% 13.76 3.02 365

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

0 500 1000 1500 2000 2500

g e vs n


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0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 500 1000 1500 2000 2500

Ga vs n

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0 500 1000 1500 2000 2

Gc vs n

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

0 500 1000 1500 2000 2500

Coeficiente de exceso de aire vs n

60.00%

65.00%

70.00%

75.00%

80.00%

85.00%

90.00%

95.00%

0 500 1000 1500 2000

Coeficiente de llenado vs n

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

0 500 1000 1500 2000 2500

Me vs n

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

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3.50

4.00

0 500 1000 1500 2000 25

Ne vs n


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Caractersticas de Carga

Considerando los siguientes parmetros:

30 L 0.305 m

c 0.87

air 1.293

n = 1500 RPM

Nhc

(mm)Ga

(kg/h)Gc

(kg/h)alfa

Gat(kg/h)

vMe

(N-m)Ne

(kW)g e

(gr/kW

1 14.5 27.03 1.46 1.24 34.92 77.41% 31.42 4.93 296

2 14.75 27.99 1.48 1.26 34.92 80.14% 32.33 5.08 291

3 15 27.99 1.40 1.34 34.92 80.14% 31.72 4.98 280

4 15.5 27.99 1.25 1.49 34.92 80.14% 29.59 4.65 269

5 16 27.99 1.13 1.66 34.92 80.14% 27.30 4.29 262

6 16.5 27.99 1.02 1.83 34.92 80.14% 25.01 3.93 260

7 17 27.93 0.90 2.08 34.92 79.97% 22.27 3.50 256

8 17.5 27.93 0.77 2.42 34.92 79.97% 19.06 2.99 258

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

0 500 1000 1500 2000 2500

g e vs n


16/19

20.00

22.00

24.00

26.00

28.00

30.00

14 15 16 17 18

Ga vs hc

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

14 15 16 17 18

Gc vs hc

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

14 15 16 17 18

Coeficiente de exceso de aire vs hc

60.00%

65.00%

70.00%

75.00%

80.00%

85.00%

14 15 16 17 18

Coeficiente de llenado vs hc

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.0030.00

35.00

14 15 16 17 18

Me vs hc

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

14 15 16 17 18

Ne vs hc


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n = 2000 RPM

Nhc

(mm)Ga

(kg/h)Gc

(kg/h)alfa

Gat(kg/h)

vMe

(N-m)Ne

(kW)g

(gr/k

1 14.5 33.87 2.21 1.02 46.56 72.75% 28.67 6.00 368

2 14.75 33.87 2.17 1.04 46.56 72.75% 28.82 6.04 359

3 15 33.87 2.09 1.08 46.56 72.75% 28.21 5.91 353

4 15.5 33.87 1.82 1.25 46.56 72.75% 26.84 5.62 323

5 16 33.87 1.50 1.51 46.56 72.75% 23.49 4.92 305

6 16.5 33.87 1.34 1.69 46.56 72.75% 22.72 4.76 280

7 17 33.87 1.21 1.87 46.56 72.75% 20.28 4.25 285

8 17.5 35.03 1.11 2.12 46.56 75.23% 16.78 3.51 315

250.00

260.00

270.00

280.00

290.00

300.00

14 15 16 17 18

g e vs hc


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0.00

5.00

10.00

15.00

20.0025.00

30.00

35.00

40.00

14 15 16 17 18

Ga vs hc

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

14 15 16 17

Gc vs hc

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

14 15 16 17 18

Coeficiente de exceso de aire vs hc

60.00%

62.00%

64.00%

66.00%

68.00%

70.00%

72.00%

74.00%

76.00%

14 15 16 17

Coeficiente de llenado vs hc

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

14 15 16 17 18

Me vs hc

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

14 15 16 17

Ne vs hc


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OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se recomienda que la variacin de los parmetros de control sea gradual, a fin de quelas otras variables tengan un comportamiento similar y se pueda observar mejor su

desarrollo en la experiencia evitando los cambios bruscos.

Se recomienda verificar siempre el valor de temperatura del refrigerante.BIBLIOGRAFIA

JOVAJ M.S., Motores de Automvil, Editorial MIR, Mosc 1982. Experimentacin y Calculo de MCI, LASTRA, IMCI - UNI, Lima 1995.

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g e vs hc

curvas caracteristicas parciales de velocidad y caracteristicas de carga

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