Laboratorio 3
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1
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………..PÁG. 2
OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………………..PÁG. 3
FUNDAMENTO TEÓRICO…………………………………………………………………………………PÁG. 4
EQUIPO UTILIZADO…………………………………………………………………………………………PÁG. 7
EXPERIMENTO………………………………………………………………………………………………..PÁG. 9
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO………………………………………………………………………..PÁG. 1O
RESULTADOS………………………………………………………………………………………………..…PÁG. 11
CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………………...PÁG. 16
BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………………………PÁG. 16
2
INTRODUCCIÓN
Por pérdidas mecánicas se entiende las pérdidas originadas por la fricción de las piezas, el intercambio de gases, el accionamiento de mecanismos auxiliares, entre otros.
Las mayores pérdidas mecánicas se deben a pérdidas por fricción, las cuales constituyen hasta un 80% de las pérdidas totales. Así mismo, dentro de las pérdidas por fricción, la mayor parte se corresponde a las piezas del grupo cilindro-embolo y anillos (del 45-55% en total de las pérdidas internas).
El presente informe de laboratorio trata sobre el estudio de las pérdidas mecánicas que existe en un motor de encendido por chispa (E.CH.) Para la realización del mismo hacemos uso del banco de pruebas de un motor Daihatsu, en el cual se usa el método de la desconexión de cilindros y así poder registrar las medidas de carga en el dinamómetro. Estas medidas de carga serán necesarias para hallar las potencias efectiva, indicada y de pérdidas mecánicas.
El trabajo consta de dos ensayos; el primero para una velocidad rotacional constante y apertura de válvula de mariposa variable. En el segundo ensayo la apertura de válvula de mariposa permanece constante mientras que la velocidad de giro es la que varía.
Finalmente se verificarán si es acorde o no el comportamiento de las potencias ya mencionadas (también la eficiencia mecánica) en relación a su velocidad de giro y apertura de válvula.
3
OBJETIVOS
- Obtener las potencias efectiva, indicada y de pérdidas mecánicas que existen en los motores de encendido por chispa, tal como lo es el motor Daihatsu.
- Obtener el rendimiento mecánico del motor en estudio (Daihatsu).
- Determinar la influencia que ocurre en las magnitudes anteriores al variar la apertura de válvula abierta y las RPM ctes.; y al variar las RPM con apertura de válvula abierta cte.
- Comprobar si los resultados se encuentran dentro de los límites esperados.
4
FUNDAMENTO TEÓRICO
PÉRDIDAS MECÁNICAS
Para iguales condiciones de funcionamiento del motor a diferentes cargas y regímenes de velocidad, en caso de reducir las pérdidas mecánicas, decrece la cantidad de calor transmitida al medio refrigerante y disminuye la intensidad de las piezas friccionantes del motor. Siendo menores las pérdidas por fricción disminuyen las pérdidas de potencia consumida para accionar la bomba de aceite y el ventilador, así como menguan las dimensiones máximas y las masas del ventilador y las masas del radiador. Cuanto menores sean las pérdidas por fricción tanto menor será el desgaste de las principales piezas friccionantes, será mayor la vida útil y menor el número de fallas del motor durante su servicio.
La magnitud de las pérdidas por fricción puede ser obtenida por la suma de las perdidas mecánicas como en el desplazamiento relativo de los pistones y anillos en los cilindros, de los bulones en los casquillos, de los cigüeñales y el árbol de levas en los cojinetes, del taqué y las válvulas en las guías, también en las bombas de aceite, la bomba del líquido refrigerante, cadena de distribución etc.
Para aumentar el rendimiento efectivo se trabaja bien mejorando los procesos termodinámicos del ciclo de trabajo y con ello incrementar el trabajo indicado, o incrementando el rendimiento mecánico, es decir, reduciendo las pérdidas entre el trabajo que transfieren los gases al pistón y el trabajo mecánico disponible en el eje de salida.
Potencia Efectiva
La potencia efectiva es generada por un par (aplicada a la biela y transmitida al cigüeñal) y se conoce también como potencia al freno ya que se mide empleando un dispositivo frenante, que aplicado al eje del motor, se opone al par motor permitiendo leer su valor.
N e=M e∗n9550
5
Potencia de pérdidas mecánicas
Resulta difícil de medir dada la diversidad de las causas de las pérdidas por rozamiento y las alteraciones de su valor al variar las condiciones de funcionamiento. Puede obtenerse su valor total midiendo la potencia efectiva y restando de la indicada. Como en este procedimiento resulta complejo la determinación de la potencia absorbida suele acercarse obligando a girar al motor sin que este funcione. Midiendo al propio tiempo la potencia que es necesario emplear.
Nm=N i−N e
Métodos para hallar las pérdidas mecánicas
La determinación de las pérdidas mecánicas se puede efectuar por los sgtes. métodos:
1. Método de desaceleración libre2. Método lineal de William3. Método morse o método de desconexión de cilindros4. Método por diagrama indicado5. Método por arrastre
- Método por desconexión de cilindros
Este método consiste en la desactivación sucesiva de cada cilindro. Cuando se desactiva cada cilindro se va a producir modificaciones de las presiones y temperaturas.
Por ejemplo, si tuviéramos un motor de 4 cilindros, para hallar las pérdidas mecánicas tendríamos:
6
Donde:
∑ N 'e : suma de potencias del motor al eliminar la combustión sucesivamente en los
diferentes cilindros.
N e :potencia efectiva con todos los cilindros activos.
N pm : pérdida mecánica total del motor.
7
EQUIPO UTILIZADO
- Banco de pruebas DAIHATSU
- Dinamómetro
8
- Apertura de válvula mariposa
- Tablero de control eléctrico
9
- Conexión de cilindros
EXPERIMENTO
1er ensayo .
1. Mantener las revoluciones en un valor constante de 1800rpm.
2. Registrar la fuerza marcada en el dinamómetro para: cilindros sin desconectar, desconectando el primer cilindro, desconectando el segundo cilindro y desconectando el tercer cilindro. La apertura de la válvula de mariposa es 10%.
3. Repetir el paso 2 para una apertura de 20%, 30%, 40%, 50% y 60%.
2doensayo .
1. Mantener una apertura de la válvula de mariposa en un valor constante de 70%.
2. Registrar la fuerza marcada en el dinamómetro para: cilindros sin desconectar, desconectando el primer cilindro, desconectando el segundo cilindro y desconectando el tercer cilindro. Las revoluciones son de 1600rpm.
3. Repetir el paso 2 para revoluciones de 1800rpm, 2000rpm, 2200rpm, 2400rpm y 2600rpm.
10
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
1. Se obtiene N e (con los cilindros sin desconectar).
2. Se obtiene la potencia efectiva N e−1 desconectando el primer cilindro.
3. Se obtiene la potencia efectiva N e−2 desconectando el segundo cilindro.
4. Se obtiene la potencia efectiva N e−3 desconectando el tercer cilindro.
5. N e−N e−1=N i1 (potencia indicada del primer cilindro).
6. N e−N e−2=N i2 (potencia indicada del segundo cilindro).
7. N e−N e−3=N i3 (potencia indicada del tercer cilindro).
8. N i=N i1+N i2+N i3
9. N i−N e=N m
10. pm=120∗Nm
V h∗n
11. Se calcula el rendimiento mecánico del motor:
nm=N e
N i
=N i−Nm
N i
=1−N m
N i
Fórmulas adicionales:
M e=FD∗L
N e=(M ¿¿e∗n)9550
¿
11
RESULTADOS
Los datos tomados en laboratorio son los sgtes:
1er ensayo .(n=cte ;∨∅∨¿ variable)
¿∅∨(%) n(rpm) FD(kg) FD−1(kg) FD−2(kg) FD−3(kg)10 1800 4.4 1.9 2 1.820 1800 14.2 8.2 8.5 8.230 1800 17.8 10.8 10.8 10.640 1800 20 11.8 12.6 12.150 1800 20.3 12.3 13.2 12.260 1800 21.3 12.8 13.2 12.6
2doensayo .(¿∅∨¿cte ;n=variable )
¿∅∨(%) n(rpm) FD(kg) FD−1(kg) FD−2(kg) FD−3(kg)70 1600 21.2 13.7 13.6 13.670 1800 21 12.6 13.2 13.270 2000 20.9 12.8 12.5 1370 2200 20.8 13 13.1 13.170 2400 21 12.9 13.4 1370 2600 21.2 12.8 13.2 12.8
Además:
Cilindrada :V h=993cm3
Brazo :L=32.3cm
12
De acuerdo a las fórmulas antes presentadas, obtenemos:
1er ensayo .
N e (kw) N e−1(kw) N e−2(kw) N e−3(kw) N i1(kw) N i2(kw) N i3(kw)2.62780624
11.13473451
31.19445738
21.07501164
41.49307172
81.43334885
91.55279459
78.48064741
44.89727526
75.07644387
44.89727526
73.58337214
73.40420353
93.58337214
7
10.6306707 6.450069864
6.450069864
6.330624126
4.180600838
4.180600838
4.300046576
11.94457382
7.047298555
7.525081508
7.226467162
4.897275267
4.419492314
4.71810666
12.12374243
7.345912901
7.883418723
7.286190031
4.777829529
4.240323707
4.837552398
12.72097112
7.644527246
7.883418723
7.525081508
5.076443874
4.837552398
5.195889613
N e (kw) N i(kw) Nm(kw) pm(Mpa ) nm2.62780624
14.47921518
31.85140894
20.12429734
40.58666666
78.48064741
410.5709478
32.09030041
90.14033571
10.80225988
7
10.630670712.6612482
5 2.030577550.13632611
90.83962264
211.9445738
214.0348742
42.09030041
90.14033571
1 0.8510638312.1237424
313.8557056
31.73196320
40.11627816
1 0.87512.7209711
215.1098858
82.38891476
4 0.160383670.84189723
3
13
0 10 20 30 40 50 60 700
2
4
6
8
10
12
14
16
Ne, Ni, Nm vs. |ϕ|
NePolynomial (Ne)NiPolynomial (Ni)NmPolynomial (Nm)
|ϕ|
Ne,
Ni,
Nm
(kw
)
0 10 20 30 40 50 60 700
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
nm vs. |ϕ|
|ϕ|
nm
14
2doensayo .
N e (kw) N e−1(kw) N e−2(kw) N e−3(kw) N i1(kw) N i2(kw) N i3(kw)11.2544428
97.27291828
37.21983128
87.21983128
83.98152460
74.03461160
24.03461160
212.5418025
17.52508150
87.88341872
37.88341872
35.01672100
54.65838379
14.65838379
113.8689773
88.49391916
28.29484293
28.62663664
95.37505822 5.57413445 5.24234073
3
15.1828805 9.489300314
9.562294932
9.562294932
5.693580188
5.620585571
5.620585571
16.72240335
10.27233349
10.67048595
10.35196398
6.450069864
6.051917403
6.370439372
18.2884697 11.04209491
11.38716038
11.04209491
7.246374785
6.901309319
7.246374785
N e (kw) N i(kw) Nm(kw) pm(Mpa ) nm11.2544428
912.0507478
10.79630492
10.06014387
60.93392070
512.5418025
114.3334885
91.79168607
30.12028775
20.875
13.86897738
16.1915334 2.322556021
0.140335711
0.856557377
15.1828805 16.93475133
1.751870827
0.096230202
0.896551724
16.72240335
18.87242664
2.150023288
0.108258977
0.886075949
18.2884697 21.39405889
3.105589194
0.144345303
0.85483871
15
16
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 30000
5
10
15
20
25
Ne, Ni, Nm vs. n
NePolynomial (Ne)NiPolynomial (Ni)NmPolynomial (Nm)
n(rpm)
Ne,
Ni,
Nm
(kw
)
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 28000.8
0.82
0.84
0.86
0.88
0.9
0.92
0.94
0.96
nm vs. n
n(rpm)
nm
17
CONCLUSIONES
- La potencia por pérdidas mecánicas va en aumento al aumentar las RPM del motor, esto debido al incremento de la fricción, a la disminución de la viscosidad del aceite lubricante.
- Para los datos recogidos tenemos que la eficiencia mecánica va disminuyendo a medida que aumentamos las RPM.
- Las potencias efectiva e indicada aumentan a medida que también lo hace la velocidad de rotación.
BIBLIOGRAFÍA
- Motores de automóvil – Jovaj M. S.
- Motores de combustión interna – Obert E. F.
- Motores de combustión interna – Lukanin V. N.