Motores de Combustión Interna

Presentación del tema: "Motores de Combustión Interna"— Transcripción de la presentación:

1 Motores de Combustión Interna
Tema I: “EL MOTOR Y SUS CARACTERISTICAS DE OPERACIÓN ” Conferencia No 2: Parámetros y Característica en un MCI Duración: 2 horas Profesor: MSC. Nayví Ferrer Frontela

2 SUMARIO Parámetros del MCI.
Definición de característica. Clasificación de las mismas Ensayos de motores, parámetros a medir e instrumentación. 

3 Bibliografía Engineering fundamentals of MCI Willard W Pulkrabeck
Básica Engineering fundamentals of MCI Willard W Pulkrabeck Complementaria Marins internal combustión engine N. Petrovsky Motores de Automovil MS. Jovaj Teoría de MCI. JL.Reyes Problemas de MCI. JL. Reyes Plataforma Moodle Bibliografía entregada por el profesor

4 OBJETIVO Obtener los parámetros que caracterizan al ciclo real (indicados) Obtener los parámetros que caracterizan el trabajo del motor (efectivos). Obtener las diferentes pérdidas mecánicas en el motor. Identificar los diferentes métodos para obtener las pérdidas mecánicas Identificar las principales características de trabajo del motor

5 Parámetros de un MCI Los que caracterizan al ciclo real
Los que caracterizan el trabajo del motor Trabajo Indicado (Wi) Presión Media Indicada (Pmi) Rendimiento Indicado(ηi) Potencia Efectiva (Ni) Consumo específico indicado (gi) Trabajo Efectivo (Wi) Presión Media Efectiva (Pmi) Rendimiento Efectivo (ηi) Potencia Efectiva (Ni) Consumo específico Efectivo (gi)

6 Parámetros Indicados Trabajo indicado (Wi): Es el trabajo que se obtiene en el ciclo durante las carreras de compresión y expansión: Este trabajo indicado L1 obtenido del diagrama indicado no puede ser completamente aprovechado en el eje del motor parte de este se pierde en fricción, en mover equipos auxiliares, etc.

7 < El trabajo indicado del ciclo real
Trabajo indicado del ciclo teórico. La magnitud de la diferencia entre ambos ciclos depende: La naturaleza del proceso de combustión, Principio y final del proceso de combustión Momento de apertura de la válvulas de admisión y escape

8 Presión Media Indicada (Pi): La magnitud de la presión media indicada se puede expresar como la relación del trabajo indicado al volumen de trabajo. (MPa). 8

9 El número de ciclos por segundo que efectúa un motor es
Potencia Indicada (Pi): Se define en forma general como el trabajo realizado por unidad de tiempo. (KW) El número de ciclos por segundo que efectúa un motor es n: es el número de rps del cigüeñal, 2n el número de carrera por segundo, : es el número de tiempos del motor. 9

10 Para un cilindro. Para i cilindros. (KW) 10

11 Consumo específico indicado (gi) :Si se conoce la potencia indicada y el gasto horario se puede encontrar la economía del motor

12 Rendimiento indicado (i): Expresa "la calidad" con que se transforma la energía almacenada en el combustible en energía mecánica sobre el pistón. O sea de cómo es el aprovechamiento del calor en el cilindro. 12

13 Hu  Poder calorífico del combustible: Energía que se desprende por unidad de masa de combustible quemado. 13

14 PARÁMETROS EFECTIVOS Parámetros relacionados con aspectos termodinámicos y mecánicos del ciclo. Trabajo indicado (We): Es el trabajo que se obtiene en el eje del cigüeñal durante un ciclo de trabajo completo 14

15 Presión media efectiva (Pe): Presión aprovechada a la salida del eje del cigüeñal.
Pe = Pi - Pm 15

16 Potencia efectiva (Ne): Potencia aprovechada a la salida del eje del cigüeñal.
Ne = Ni - Nm 16

17 Consumo específico efectiva (ge):

18 Rendimiento efectivo (e): Expresa "la calidad" con que se transforma la energía liberada por el combustible en energía mecánica en el eje (cigüeñal). 18

19 19

20 PÉRDIDAS MECÁNICAS Recibe el nombre de pérdidas mecánicas el conjunto de pérdidas que integran la diferencia existente entre la potencia efectiva y la potencia indicada del motor. A su vez este conjunto se puede clasificar en cuatro grandes subgrupos . 20

21 Perdidas de bombeo o intercambio de gas.
PÉRDIDAS MECÁNICAS Perdidas por fricción. Perdidas de bombeo o intercambio de gas. Perdidas de accionamientos mecánicos auxiliares. Perdidas por accionamiento del compresor. 21

22 Fricción hidrodinámica o fluida. Fricción semiseca o mixta.
Perdidas por fricción. Son debidas al rozamiento entre diferentes órganos móviles del motor. Cuando dos superficies en contacto están dotadas de un movimiento relativo pueden aparecer cuatro tipos de diferentes de fricción Fricción hidrodinámica o fluida. Fricción semiseca o mixta. Fricción metal-metal seca o límite. Fricción de rodadura. 22

23 Fricción hidrodinámica o fluida
Esta, aparece asociado a superficies completamente separadas por una película lubricante y en consecuencia la fuerza de fricción es función principalmente de la viscosidad del aceite. Este tipo de fricción es el que generalmente aparece en los motores 23

24 Fricción semiseca o mixta
La fricción semiseca o mixta aparece cuando existe una película suficientemente desarrollada, pero también hay contactos metal-metal localizados 24

25 Fricción metal-metal seca o límite
Aparece asociado a superficies metálica acopladas 25

26 Fricción de rodadura La fricción de rodadura se da en los rodamientos de bolas y agujas y en los seguidores de levas que incorporan rueda. Es debido a la deformación de las superficies rodantes y en consecuencia bastante independiente del aceite. Si nos referimos a la fricción hidrodinámica que aglutina la mayor parte de las pérdidas. 26

27 Nm: Potencia por Pérdidas Mecánica
Nfr:Potencia absorbida por fricción (rozamiento). Nbom: Potencia absorbida por efecto de bombeo Nbomb: Potencia para el accionamiento de mecanismos auxiliares N comp: Potencia necesaria para accionar la bomba de barrido o por el compresor de sobrealimentación cuando el accionamiento es mecánico. 27

28 Otra forma de calcular la potencia en pérdidas mecánicas
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29 Presión en pérdidas mecánicas (Pm):
Empleando las presiones medias equivalentes podemos escribir igualmente: Otra forma es: 29

30 Rendimiento mecánico Número adimensional correspondiente empleado en la cuantificación de las pérdidas mecánicas, que se define como: 30

31 Procedimientos para determinar las pérdidas mecánicas
La determinación de las pérdidas mecánicas no es tarea facil aunque existen métodos diversos para su evaluación, tanto desde un punto de vista global como desglosadas por conceptos. Las posibles alternativas que se ofrecen son las siguientes: A partir del diagrama indicador. A partir de la recta de Williams. A partir del método de Morse. Por el procedimiento de arrastre. Por el método de desaceleración libre. A partir de ecuaciones semiempíricas. 31

32 Pérdidas por fricción globalmente.
Donde: A y B - son coeficientes insertados en las tablas según el tipo de motor. Vmp- Velocidad media del pistón. 32

33 Factores que influyen en las pérdidas mecánicas
Los factores que influyen en las pérdidas mecánicas constituyen a su vez vías para disminuir las mismas. Estos factores se relacionan a continuación: Tipo de M A B ECH S/D>1 0.05 0.0155 S/D<1 0.04 0.0135 Diesel Cámara separada 0.105 0.0138 Única 0.012 33

34 Área de superficie en contacto
Área de superficie en contacto. La disminución del área de superficies es una de las vías para disminuir la fricción. Acabado de las superficies. La forma y calidad del acabado de las superficies es decisiva en la fricción. Calidad de los lubricantes. Perfeccionar las propiedades de los lubricantes ayuda a disminuir la fricción. Estado térmico del motor. Este es un factor influyente sobre las propiedades del lubricante y por lo tanto sobre la fricción. La carga en el motor. Pueden influir en función del régimen de trabajo y del tipo de motor. 34

35 Expresiones para cálculos de Pérdidas Mecánicas
Trabajo de pérdidas mecánicas Potencia absorbida por pérdidas mecánicas Presión media de pérdidas mecánicas Par de pérdidas mecánicas 35

36 CÁLCULOS GENERALES Velocidad Media del Pistón: Vmp 36

37 Ejemplo de ejercicio práctico
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38 CARACTERÍSTICA S EN LOS MCI
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39 CARACTERÍSTICA conjunto de gráficos que es posible obtener en un motor en el que se recogen algunos de sus parámetros ya sea de salida (Potencia, torque, revoluciones) como de funcionamiento en función de otro. VELOCIDAD MULTIPARAMETRICA CARGA MARCHA EN VACIO REGULACIÓN

40 Característica de velocidad
Es la variación que sufre los parámetros de potencia efectiva (Ne), par efectivo o torque (Me), consumo de combustible horario (Gh) y consumo específico (ge) contra la frecuencia de giro (n) cuando la mariposa o cremallera está totalmente abierta (es decir cuando se logra la máxima dosificación de combustible). 40

41 Método de realización del ensayo
Se arranca el motor y se lleva el régimen térmico óptimo de trabajo, aproximadamente 70 C en el agua de enfriamiento a la entrada y 85 C a la salida del motor. Esto se hace manteniendo el motor a media velocidad con ligera carga durante 5 o 10 minutos. Se lleva la mariposa o cremallera hasta su tope máximo, si se va a realizar la característica exterior de velocidad o al porciento de apertura establecido en el caso de las parciales. Se va aumentando la carga externa abriendo las llaves de entrada de agua al freno de esta forma el motor disminuye sus RPM, llevándose hasta las mínimas RPM donde el motor trabaja estable. Se espera aproximadamente un minuto para comprobar que el motor está estabilizado, y se toman todas las lecturas necesarias, para estas RPM. Luego se va quitando carga al freno, llevándose las RPM del motor hasta las establecidas por el profesor, se espera un minuto y se toman de nuevo las lecturas. Esto se realiza para 6 valores de RPM. Se va dando carga al freno, disminuyendo las RPM, pasando y estabilizando para las mismas RPM anteriores tomándose de nuevo todas las lecturas. 41

42 Característica exterior de Velocidad en motores de Carburación
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43 Característica exterior de Velocidad en motores Diesel
Ne (Kw) Me (Nm) G T (Kg/h) Ge (g/Kw h) n 8 Me Ne ge Las curvas en el diesel siempre es más suave debiéndose fundamentalmente a la menor dependencia del con las rpm al no tener mariposa ni vénturi, cosa esta que da lugar a que los motores Diesel tengan menor coeficiente de adaptabilidad. (1.1<k<1.55). 43

44 Característica parcial de Velocidad en los MCI
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45 Característica parcial de Velocidad en los MCI
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46 Característica de Carga
Se denomina característica de carga a la variación que sufren los principales índices del motor en función de la carga siendo constantes las revoluciones. Como parámetro de carga podemos tomar la presión media efectiva, Me, % apertura de la mariposa, a la relación entre su máximo valor que se analiza definiéndose como grado de carga. Los índices fundamentales que definen los regímenes de funcionamiento en la característica de carga con: ·        Consumo horario. ·        Consumo específico efectivo. 46

47 Característica de Carga
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48 Característica de Carga
En motores Diesel En el caso de la característica de carga esta se regula variando la posición de la cremallera para rpm constante por tanto es equivalente a variar ya que como se sabe la regulación de los motores diesel es cualitativa. 48

49 Método de realización del ensayo:
Se arranca el motor y se lleva hasta el régimen térmico óptimo de trabajo, aproximadamente 70  C en el agua de enfriamiento a la entrada y 85  C a la salida del motor. Esto se hace manteniendo el motor a media velocidad con ligera carga durante 5 o 10 minutos. Para realizarla característica de carga se toma primeramente una RPM determinada. Se toman las lecturas necesarias en este régimen, el cual está establecido para una carga determinada y una abertura de la cremallera o mariposa. Se varía la abertura de la cremallera y la carga en el freno, manteniendo constante las RPM, al estabilizarse el régimen se toma de nuevo las lecturas necesarias. Esto se repite varias veces. Luego se pasa a fijar una nueva RPM y se vuelve a realizar exactamente lo mismo que para las RPM anteriores. 49

50 Característica de regulación.
Búsqueda de los diferentes parámetros que permitan mediante su posible regulación, obtener la mayor potencia, el menor consumo, la menor cantidad de contaminantes, etc. manteniendo las r.p.m. siempre constantes. Podemos encontrar características de regulación con respecto al ángulo de encendido, ángulo de reposo, holgura de los electrodos de las bujías, ángulo de inyección en diesel, nivel de combustible en el carburador, coeficiente de exceso de aire, etc.. 50

51 Según el ángulo de encendido o de inyección:
Aquí la variable independiente es el ángulo de encendido o inyección siendo constante las rpm y la carga del motor, se acostumbra a plotear la potencia efectiva y el consumo especifico de combustible 51

52 Según la composición de la mezcla:
En este se analizan los parámetros Ne, Pe, ge y GT en función de alfa a rpm constante con ángulo de avance al encendido óptimo para cada régimen de rpm y carga. Esta se obtiene sin variar la posición de la mariposa. Para lograr la variación de alfa se modifican el sistema de dosificación principal. 52

53 Método de realización del ensayo:
Arranque del motor y calentamiento del mismo hasta que tome un régimen térmico óptimo, aproximadamente 60  C del agua de enfriamiento a la entrada y 75  C a la salida. Se abre la mariposa al 100  y se sitúa a través de la carga en el dinamómetro unas RPM determinadas. Se va variando el ángulo de encendido manteniéndose constantes las RPM, variando la carga en el freno. Antes de cada variación del ángulo de encendido, se toma la lectura de: consumo de combustible, lectura del freno y el tiempo en que se consume el de combustible, El número de variaciones las fijará el profesor. Luego se cambia para otra RPM que fijará el profesor, manteniéndose la mariposa al 100 . Se realizarán los mismos pasos que para las RPM anteriores. 53

54 Característica de marcha en vacío:
Variación del consumo horario del combustible y de otros índices del motor en función de la frecuencia de rotación al funcionar sin carga 54

55 Método de realización del ensayo:
Se arranca el motor y se lleva hasta el régimen térmico óptimo de trabajo, aproximadamente 70  C en el agua de enfriamiento a la entrada y 85  C a la salida del motor. Esto se hace manteniendo el motor a media velocidad con ligera carga durante 5 o 10 minutos. Se separa el motor del freno totalmente. Se pone la mariposa a tope mientras que en el motor Diesel, cuando la cremallera está en la posición correspondiente a la alimentación cíclica al trabajar el regulador asegurando la mínima frecuencia estable de rotación de marca en vacío. Se realizan las mediciones necesarias. Esto se repite varias veces. Luego se pasa a fijar una nueva RPM y se vuelve a realizar exactamente lo mismo que para las RPM anteriores. 55

56 Característica Universal o multiparamétrica:
Esa característica representa la variación de las curvas en valores constantes de cierto parámetro en función de otros dos trazados en los ejes de coordenadas.   56

57 Característica de pérdidas mecánicas por el método de exclusión de cilindro.
 Se calienta el motor hasta el régimen térmico óptimo. Se ponen las revoluciones nominales y se mide la potencia con todos los cilindros. Se desconecta el cilindro No. 1 y manteniendo las mismas r.p.m. se mide la potencia Ne – 1. Por tanto Ne – Ne-1 = Ni 1, o sea, es la N indicada del 1; Se realiza lo mismo para cada cilindro, por lo tanto al final Ni = Ni 1 + Ni 2 + Ni 3 + Ni n. Las pérdidas mecánicas se obtienen Nm = Ni – Ne. 57

58 Ensayos con y sin combustión.
Ensayos de Motores. Ensayos de Control de la Calidad: se analiza duración, desgaste de los elementos tras un largo período de funcionamiento y la evolución de ciertos parámetros con el tiempo). Ensayo de Homologación : Para comprobar la posibilidad de entrega del motor . Ensayos de Investigación: Dirigido al estudio de aspectos individuales del motor . Ensayos con y sin combustión. 58

59 Estudio Independiente.
Parámetros a medir en cada ensayo. Cuestiones a tener en cuenta en el diseño de una sala de pruebas de motores. Exigencias para una instalación de pruebas de motores de combustión interna Descripción general de una instalación de un banco de prueba de MCI 59

60 Conclusiones 60

61 ESTUDIO INDEPENDIENTE
Orientaciones del profesor durante la clase Responder las preguntas teóricas del tema orientadas por el profesor 61

62 Muchas gracias MSc. Nayví Ferrer Frontela nferrer@ceter.cujae.edu.cu
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