UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FIM
Estudio de las pérdidas mecánicas en los motores de combustión interna
Profesor: Ing. Lastra Espinoza, Luis Alumno: Málaga Luyo, Federico
2011 - I
OBJETIVOS
Impartir conocimientos sobre las metodologías de determinación de las pérdidas
mecánicas en los motores de combustión interna.
Estudiar la influencia sobre la magnitud de las pérdidas mecánicas de los siguientes
factores:
o Régimen térmico del motor (temperatura de salida del agua de refrigeración)
o Régimen de velocidad del motor ( velocidad de rotación del cigüeñal)
o Vacío en el múltiple de admisión.
o Contrapresión en el tubo de escape.
FORMAS DE MEDIR LAS PÉRDIDAS DE FRICCIÓN EN LOS MCI:
Ciclo indicado:
Consiste en medir directamente a
partir de la potencia indicada
determinada mediante análisis de
los datos de presión en cámara de
combustión provenientes de un
captador de presión piezoeléctrico.
Teniendo ahora la potencia indicada
sólo basta restar la potencia efectiva
para obtener entonces la potencia de
fricción global del motor.
Motor arrastrado:
Consisten en arrastrar el motor con
un medio externo (otro MCIA o un
motor eléctrico), bajo condiciones
de operación lo más parecidas
posibles a cuando hay combustión.
Es necesario llevar primero la
temperatura del aceite y del
refrigerante del motor. Otro método
consiste en llevar el motor a las
condiciones de operación normales
y a partir de allí retirar, rápidamente
y por unos segundos, el sistema de
encendido de aquel cilindro donde
se encuentre el captador de presión
(la bujía en un MEP o la inyección
de combustible en un MEC). El
resto de cilindros arrastran al
cilindro en cuestión. Es importante
tener en cuenta que las pérdidas de
fricción calculadas de esta manera
incluyen las pérdidas de bombeo.
Pruebas de Morse:
En el ensayo Morse, se corta el paso
de corriente, o la inyección de
combustible a cada cilindro a la vez
(motores multicilíndricos), y se
determina la pérdida de par efectivo
manteniendo constante la velocidad
del motor. El resto de cilindros
arrastran al cilindro en cuestión.
Líneas de Williams:
Es un método aproximado para
MEC. En banco de ensayos se fija
la velocidad del motor y se llevan a
una gráfica, el consumo de
combustible (g/s) en función de la
presión media efectiva (kPa). La
curva que une todos los puntos se
extrapola a cero en el eje de
consumo de combustible y el valor
que se lea sobre el eje de pme
corresponde a la presión media de
pérdidas de fricción (Figura 8.2).
Generalmente la línea no es recta
(ligeramente curva) lo que dificulta
la extrapolación. En la misma figura
se observa el parecido entre un
valor calculado con las líneas de
Williams y con motor arrastrado.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS
Banco de pruebas Motor Petter:
Tipo de Motor : Diesel, de cuatro tiempos
Marca del motor : Petter
Modelo : PH 1W, inyección directa
Número de cilindros : 1
Presión de Inyección : 200/221 bar a 1100/2000 rpm
Diámetro x carrera : 87,3x110 mm
Cilindrada : 659 cm3
Relación de compresión : 16,5/1
Potencia : 6,11 kW a 2000 rpm
Refrigeración : por líquido
Freno dinamométrico : Eléctrico, de corriente continua
Banco de pruebas Motor Daihatsu:
Marca: Daihatsu
Modelo: CB-20
Cilindrada: 993 cm3
Número de cilindros: 3
Orden de encendido: 1-2-3
Diámetro x carrera: 76,0 x 73,0 mm
Relación de compresión: 9,0:1
Potencia máxima: 40,5 kW a 5.500 rpm
Momento máximo: 76,5 N.m a 2.800 rpm
Velocidad de ralentí: 900 rpm
Adelanto de la chispa: 10º a PMS a 900 rpm
Sistema de combustible: a carburador con 02
gargantas
DINAMOMETRO
Potencia máxima: 18 kVA a 3.000 rpm
Brazo del dinamómetro: 0,323 cm
MEDICION DE COMBUSTIBLE
1/16 pinta inglesa: 35,52 cm3
Gasolina: G-90
Densidad de la gasolina: 0,715 kg/L
MEDICION DE AIRE
Diámetro de las toberas: 2 cm
Diámetro de la placa orificio: 1,5 cm
Caudal de aire:
600.32/2
1
,
OHaire
n
iida senoSgAChkgG
Donde:
Cd=0,98 (toberas)
Cd=0,60 (orificio)
Ai: Areas de los medidores, en m2
S : Lectura del manómetro inclinado, en m
g=9,81m/s2
aire: Densidad del aire atmosférico, en
kg/m3
OH2
=1.000 kg/m3
Complemento electrónico:
Usado para ajustar los parámetros de entrada a los valores deseados:
Instrumentos de medición:
Manómetro en U Manómetro
inclinado
Medidor de
volumen
Termómetro Manómetros
PROCEDIMIENTO
Método por arrastre (motoreo)
1. Variando el régimen de velocidad del motor y manteniendo constante el régimen
térmico del mismo:
a. Encender el motor y calentar el agua de salida, seguidamente apagar el motor y
cerrar el suministro de combustible.
b. Pasar el freno al régimen de motor eléctrico y, accionando el regulador de voltaje
de la armadura, arrastrar el motor hasta que el número de revoluciones alcance el
valor deseado; manteniendo dicho régimen de velocidad, esperar que la
temperatura de salida del agua se estabilice e inmediatamente después realizar
las mediciones correspondientes.
c. Repetir el paso anterior, pero con un valor diferente de revoluciones del cigüeñal.
Método de desconexión del cilindros
1. Variando el régimen de velocidad del motor y manteniendo constante el régimen
térmico del mismo:
a. Arrancar el motor y esperar que la temperatura de salida del agua alcance un
valor deseado. Mantener esta temperatura con el control manual del flujo de agua
durante el ensayo.
b. Llevar las revoluciones a 3000 RPM y medir la fuerza en el dinamómetro.
c. Desconectar el cilindro N°1 (bujía) y medir la fuerza del dinamómetro.
d. Repetir el paso anterior, desconectando los cilindros N°2 y N°3 respectivamente.
e. Repetir los pasos anteriores para un rango de velocidades (1500 – 3000 RPM)
DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO
Banco Petter - 1 cilindro
To = 22.5 °C
n (RPM)
F
700 88
900 73
1100 91
1300 81
To = 50 °C
n (RPM)
F
700 60
900 58
1100 51
1300 47
1700 52
Banco Daihatsu - 3 cilindros
n (RPM)
Fuerza dinamómetro
(Kg-f)
Fuerza D-1 (Kg-f)
Fuerza D-2 (Kg-f)
Fuerza D-3 (Kg-f)
3000 19.8 11.2 11.2 11.2
2700 20.2 12 12 11.8
2500 20.6 12.2 12.2 12.2
2200 21 12.2 12.6 12.6
2000 20.8 12.3 12.8 12.6
1700 21 13 12.8 12.8
1500 21.2 12.8 11.8 12.8
CALCULOS Y RESULTADOS
Banco Petter - 1 cilindro
Considerando los siguientes parámetros:
Ecuaciones a utilizar:
n (RPM)
F to Mn
(N-m) Nm (Kw)
P m
700 88 22.5 °C 26.84 1.97 0.51
900 73 22.5 °C 22.265 2.10 0.42
1100 91 22.5 °C 27.755 3.20 0.53
1300 81 22.5 °C 24.705 3.36 0.47
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Nm vs n t=22.5°C
L 0.305 m
Vh 0.659 m3
n (RPM)
F to Mn Nm
(Kw) Pm
700 60 50 18.30 1.34 0.35
900 58 50 17.69 1.67 0.34
1100 51 50 15.56 1.79 0.30
1300 47 50 14.34 1.95 0.27
1700 52 50 15.86 2.82 0.30
0.40
0.42
0.44
0.46
0.48
0.50
0.52
0.54
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Pm vs n t=22.5°C
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Nm vs n t=50°C
Banco Daihatsu - 3 cilindros Considerando los siguientes parámetros:
Posición de la mariposa 50%
Longitud del brazo 0.323 m
ρ oil 0.7 Kg/litro
Usando: ( ) ( )
n
(RPM) Fuerza D
(N) Fuerza D-1
(N) Fuerza D-2
(N) Fuerza D-3
(N)
3000 194.24 109.87 109.87 109.87
2700 198.16 117.72 117.72 115.76
2500 202.09 119.68 119.68 119.68
2200 206.01 119.68 123.61 123.61
2000 204.05 120.66 125.57 123.61
1700 206.01 127.53 125.57 125.57
1500 207.97 125.57 115.76 125.57
0.20
0.22
0.24
0.26
0.28
0.30
0.32
0.34
0.36
600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Pm vs n t=50°C
n (RPM)
Momento efectivo (N-m)
Momento efectivo - 1
(N-m)
Momento efectivo - 2
(N-m)
Momento efectivo - 3
(N-m)
3000 62.74 35.49 35.49 35.49
2700 64.01 38.02 38.02 37.39
2500 65.27 38.66 38.66 38.66
2200 66.54 38.66 39.92 39.92
2000 65.91 38.97 40.56 39.92
1700 66.54 41.19 40.56 40.56
1500 67.17 40.56 37.39 40.56
n (RPM)
Potencia efectiva (Kw)
Potencia efectiva - 1
(Kw)
Potencia efectiva - 2
(Kw)
Potencia efectiva - 3
(Kw)
3000 19.71 11.15 11.15 11.15
2700 18.10 10.75 10.75 10.57
2500 17.09 10.12 10.12 10.12
2200 15.33 8.91 9.20 9.20
2000 13.80 8.16 8.49 8.36
1700 11.85 7.33 7.22 7.22
1500 10.55 6.37 5.87 6.37
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Ne-1 vs RPM
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Ne-2 vs RPM
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Ne-3 vs RPM
5.50
6.50
7.50
8.50
9.50
10.50
11.50
1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
Ne vs RPM
Ne-1
Ne-2
Ne-3
n (RPM)
Potencia indicada - 1
(Kw)
Potencia indicada - 2
(Kw)
Potencia indicada - 3
(Kw)
Potencia indicada (Kw)
3000 8.56 8.56 8.56 25.68
2700 7.35 7.35 7.53 22.22
2500 6.97 6.97 6.97 20.90
2200 6.42 6.13 6.13 18.69
2000 5.64 5.31 5.44 16.39
1700 4.51 4.63 4.63 13.76
1500 4.18 4.68 4.18 13.04
n (RPM)
Potencia mecánica (Kw)
3000 5.97
2700 4.12
2500 3.82
2200 3.36
2000 2.59
1700 1.92
1500 2.49
n
(RPM) Eficiencia mecánica
(η m)
3000 0.77
2700 0.81
2500 0.82
2200 0.82
2000 0.84
1700 0.86
1500 0.81
OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se recomienda que la variación de los parámetros de control sea gradual, a fin de que
las 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.
Se observa que la fuerza en el dinamómetro disminuye conforme aumentamos las RPM
del cigüeñal; esto se debe a que conforme las RPM son elevadas es menor el impacto de
la inercia.
Se observó la aparición de una pequeña llama durante la experiencia con el motor
Daihatsu.
Se observó un carburador que se encontraba desarmado.
BIBLIOGRAFIA
JOVAJ M.S., “Motores de Automóvil”, Editorial MIR, Moscú 1982.
Experimentación y Calculo de MCI, LASTRA, IMCI - UNI, Lima 1995.