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UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE FORMACION DE LA
MEZCLA AIRE COMBUSTIBLE Y DE ADMISION, DE UN
MOTOR DE ENCENDIDO POR CHISPA
Mg. Ing. PINEDA LEÓN, ROBERTO
Asistentes de Investigación
 ANAMPA-ANCARI-JULIO ANDRES
 HUAMAN-GUERRERO-RICARDO ARTURO
 REANO-ROMERO-RUBEN DARIO
 ROCA-RONDINEL-ANGEL ADRIAN
Lima-Perú
2018
1
Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................2
1. OBJETIVOS GENERALES .....................................................................................................3
2. FUNDAMENTO TEÓRICO.....................................................................................................4
2.1. Fase de admisión...........................................................................................................4
2.1.1. Factores que influyen durante la fase de admision ........................................................7
2.1.2. Parámetros que caracterizan la fase de admisión y formación de la mezcla..................9
3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS............................................................................................11
3.1. Equipos ........................................................................................................................11
3.2. Instrumentos.................................................................................................................13
3.3. Elementos personales de protección. ...........................................................................15
4. PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA.........................................................................16
5. DATOS OBTENIDOS............................................................................................................16
6. CÁLCULOS Y RESULTADOS.............................................................................................18
CONCLUSIONES ......................................................................................................................23
OBSERVACIONES....................................................................................................................23
RECOMENDACIONES .............................................................................................................23
BIBLIOGRÁFIA.........................................................................................................................23
2
INTRODUCCIÓN
El funcionamiento de un motor de encendido por chispa MECH (motor de combustión interna
alternativo, MCIA); produce la transformación de la energía térmica del combustible en energía
mecánica, el cual no es un proceso fácil de explicar a través de ecuaciones debido a que existen
pérdidas en todos los procesos del ciclo termodinámico ideal.
Durante la fase de Admisión, ingresa la mezcla del aire exterior con el combustible hacia los
cilindros, que deben ser llenados lo máximo posible; los que luego de ser comprimidos,
reaccionen durante el proceso de combustión, desarrollando trabajo durante el proceso de
expansión.
El mecanismo del sistema de admisión está integrado por muchos subcomponentes que deben
funcionar bien y de forma sincronizada, a fin de que el motor realice correctamente su función,
una configuración defectuosa afecta el rendimiento energético del MCIA;
Dos parámetros importantes de la fase de admisión y formación de la mezcla, son la eficiencia
volumétrica (coeficiente de llenado) y el coeficiente de exceso de aire; debido a la influencia
que tienen ambos para un funcionamiento óptimo del motor.
En la presente investigación se ha utilizado un MECH Daihatsu de 3 cilindros y 4 tiempos,
instalado en el Laboratorio de Motores de Combustión Interna de la Facultad de Ingeniería
Mecánica-UNI; para analizar los factores que influyen y los parámetros que caracterizan la fase
de admisión y formación de la mezcla; posteriormente, se comparan los resultados
experimentales con los teóricos, mediante curvas características de funcionamiento, construidas
con los datos obtenidos en la prueba experimental.
3
1. OBJETIVOS GENERALES.
 Conocer los factores que influyen en la fase de admisión en un motor de encendido por
chispa.
 Determinar los parámetros que caracterizan la fase de admisión y formación de la
mezcla en un motor de encendido por chispa.
 Graficar las curvas experimentales del coeficiente de llenado (eficiencia volumétrica) y
el coeficiente de exceso de aire en función de la potencia efectiva del motor.
 Graficar las curvas experimentales del coeficiente de llenado (eficiencia volumétrica) y
el coeficiente de exceso de aire en función de la velocidad de rotación del cigüeñal.
4
2. FUNDAMENTO TEÓRICO.
2.1. FASE DE ADMISIÓN
En la fase de admisión, el pistón desciende desde su posición más alta dentro del cilindro,
denominada punto muerto superior (PMS), arrastrado por el movimiento del cigüeñal,
produciéndose una depresión en el interior del cilindro que permite el ingreso de la mezcla
aire-combustible a través de la válvula de admisión, que permanece abierta. Cuando el
pistón llega a su posición más baja dentro del cilindro, denominada punto muerto inferior
(PMI), concluye la primera carrera y el cigüeñal ha girado un ángulo de 180º. En este
momento, la válvula de admisión se cierra.
Durante la fase de admisión de la mezcla aire-combustible, intervienen los siguientes
componentes:
a) Colector de admisión
El colector de admisión es el componente que se encarga de distribuir el aire a cada uno de
los cilindros por igual, se encuentra instalado sobre la culata y unida a los cilindros por la
zona de admisión. Este componente tiene que estar perfectamente diseñado, ya que su
función básica es la de conducir el aire de admisión a cada uno de los cilindros y en igual
volumen, para que eso ocurra la arquitectura del colector debe ser simétrica, sin grandes
curvas con recorridos lo más cortos posibles para mejorar el llenado de los cilindros. El
colector de admisión puede tener una estructura para trabajar óptimamente en bajas/medias
revoluciones, o en medias/altas revoluciones. Para motores donde la potencia máxima no
importa se utiliza la primera estructura (bajas/medias), consta de tubos de larga longitud y
diámetro pequeño. Para motores rápidos o motores de competición se utilizan colectores de
tubos de corta longitud y gran diámetro. La estructura señalada para el colector de admisión
es válida para la estructura del colector de escape, aquel componente encargado de evacuar
los gases quemados desde los cilindros hacia el tubo de escape.
5
b) Válvula de mariposa
La válvula de mariposa es el componente que se encarga de regular el volumen de aire que
ingresa al cilindro; consta de una lámina fina que permite girar sobre un eje central colocada
sobre su diámetro para abrir o cerrar el conducto de aire. Esta pieza regula el caudal de aire
que entrará en el cilindro, es la pieza que acciona el conductor de un vehículo en el momento
que pisa el acelerador, para que ingrese más aire o menos. En los motores Otto con
carburación, está lámina está situada en la entrada del carburador, sin embargo, en los
motores con inyección de gasolina la mariposa de gases se sitúa en el colector de admisión.
c) Filtro de aire
El filtro de aire es el encargado de limpiar el aire que proviene del exterior reteniendo todas
las impurezas que pueda haber en la atmósfera (polvo, arena, etc.). El filtro de aire consta
de una lámina generalmente fabricada de papel que deja pasar el aire pero no las partículas
líquidas y sólidas, con esto se consigue que llegue aire puro al colector de admisión y
posteriormente a los cilindros del motor, lográndose un funcionamiento del motor más
limpio, duradero y factible.
6
d) Sistema de alimentación de combustible
El sistema de alimentación de combustible tiene como objetivo trasladar el combustible
hasta el cilindro y mezclar el aire y el combustible en las proporciones adecuadas. Sin este
sistema de alimentación de combustible, además de que la mezcla aire-combustible no
llegaría al cilindro, no sería medida en la proporción adecuada, por lo que afectaría el
consumo y el rendimiento del motor, originando su mal funcionamiento. Para mezclar el
aire con el combustible en las proporciones necesarias se utilizan dos sistemas distintos:
• Alimentación por carburador
• Sistemas de inyección
Alimentación por carburador
Este sistema de alimentación es puramente mecánico, se basa básicamente en un
componente mecánico llamado carburador. El carburador es el encargado de mezclar el aire
y el combustible en las proporciones necesarias. Este sistema solo es utilizado en los
motores del ciclo Otto, debido a que en los motores Diesel la relación de mezcla
aire/combustible no es constante porque la cantidad de aire que entra al cilindro siempre es
la máxima posible. El carburador es el componente encargado de pulverizar el combustible
y de llegar a mezclarlo con el aire en una proporción de 14,7 Kg aire por cada 1 Kg de
gasolina, conocida como relación estequiométrica lo que permite optimizar el
funcionamiento del motor.
El carburador consta básicamente de la cuba, el surtidor y el difusor. La cuba es un pequeño
depósito donde se almacena gasolina que proviene del depósito principal para enviárselo al
surtidor principal, esta cuba tiene un flotador que será el que regule su nivel de
almacenamiento. La mariposa del acelerador está controlada por el acelerador, es decir,
regulará la cantidad de aire que pasará al motor. Suponiendo que el conductor de un
vehículo acelera, la mariposa se abre y el motor aspira aire filtrado que pasa por el
estrechamiento (difusor), creando un efecto “Venturi”, es decir, aumenta la velocidad del
aire debido al estrechamiento y aspira la gasolina que hay en el interior del surtidor
pulverizándola, y por tanto mezclándose aire y combustible. Una vez que está mezclado el
aire con la gasolina, puede fluir hasta el colector de admisión y de ahí, al motor. Los
carburadores especiales, para motores de alta gama, tienen dos entradas de aire con dos
surtidores de gasolina; en el momento que el motor está trabajando en bajas rpm, solo
funciona una entrada. Cuando el motor funciona a altas rpm, se abre la otra entrada
7
entregando mucho más volumen de aire y por tanto más gasolina. Este tipo de carburador
es conocido como “carburador de doble cuerpo”, o también “carburador Weber”
Sistemas de inyección
Actualmente los sistemas de inyección de combustible lo han sustituido por completo por
motivos medioambientales. Su mayor precisión en el dosaje de combustible inyectado
reduce las emisiones de CO2, y aseguran una mezcla más estable.
2.1.1.Factores que influyen en la fase de admisión
a. Perdidas de presión en el sistema de Admisión: 𝜟𝑷𝒂 = 𝑷 𝟎 − 𝑷𝒂
𝑷𝒂 : Presión al final del proceso de admisión
Se busca que la 𝜟𝑷𝒂 sea lo mínimo posible para un mejor llenado de carga fresca en el
cilindro.
b. Presencia de gases residuales.
Son los gases productos de la combustión que no pudieron ser desalojados en el proceso
de escape. La cantidad de gases residuales 𝑴𝒓 (𝒆𝒏 𝑲𝒎𝒐𝒍/𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐), depende del
procedimiento empleado para limpiar el cilindro.
La existencia de resistencias en el sistema de admisión conduce a que la cantidad de carga
fresca que entra al cilindro del motor disminuya, debido al decrecimiento de la densidad
de la carga.
8
Otro factor que influye es el área de paso de la válvula de admisión (ΔVa), el cual si esta
aumenta entonces hay un mejor llenado. Caso contrario ocurre con las 𝑹𝑷𝑴, el cual si
aumenta el 𝜟𝑷𝒂, también aumenta.
Aquí interviene el coeficiente de gases residuales:
1M
Mr
r 
Donde: 𝑴 𝟏 es la mezcla fresca que ingresa al motor por ciclo
Es conveniente que 𝑴𝒓 disminuya para que el 𝜸𝒓 disminuya.
En los motores de cuatro tiempos, que tiene traslape de válvula (no mayor de 30° – 40°),
el cual excluye la posibilidad de barrido, puede considerarse que al final de la carrera de
escape los gases residuales ocupan el volumen de la cámara de combustión Vc, y por lo
tanto, su cantidad:
r
cr
r
TR
VP
M



La magnitud Pr queda definida por la presión del medio ambiente al cual se expulsa los
gases.
c. Calentamiento de la mezcla fresca: ΔT
La carga fresca durante su movimiento por el sistema de admisión y dentro del cilindro
entra en contacto con las paredes calientes, elevándose su temperatura en 𝜟𝑻. El grado
de calentamiento de la carga depende de la velocidad de su movimiento, de la duración
de la admisión, así como de la diferencia de temperaturas entre las paredes y la carga.
Al aumentar la temperatura de la carga su densidad disminuye, por eso el calentamiento
especial del sistema de admisión en el motor de carburador es conveniente hasta cierto
límite correspondiente al calor necesario para la vaporización del combustible.
El aumento de 𝜟𝑻 se debe a la temperatura de las paredes calientes del sistema de
admisión, así como su tiempo de contacto. También influye la presencia de los gases
residuales calientes.
9
2.1.2.Parámetros que caracterizan la fase de admisión y formación de la mezcla
a. Coeficiente de llenado: (v)
El grado de perfección del proceso de admisión se acostumbra evaluar por el
coeficiente de llenado o eficiencia volumétrica v, que es la razón entre la cantidad de
carga fresca que se encuentra en el cilindro al inicio de la compresión real, es decir, al
instante en que se cierra la válvula de admisión, y aquella cantidad de carga fresca que
podría llenar el cilindro (volumen de trabajo) en las condiciones de admisión
(condiciones ambientales en los motores de aspiración natural).
Los cálculos muestran que se para los motores con formación externa de mezcla, que
funcionan con gasolina, la diferencia entre los coeficientes de llenado, calculados
considerando la condición de que la carga fresca puede ser el aire o la mezcla aire
combustible, es insignificante. Por eso en los motores de carburador (al igual que en
los motores Diesel), se va a determinar v por la cantidad de aire admitida al cilindro
(despreciando la cantidad de combustible) según la definición:
0h
ar
v
V
G


𝑮𝒂𝒓 : Cantidad másica real de aire que se encuentra en el cilindro al inicio
de la compresión.
𝑽𝒉 : Volumen de trabajo.
𝝆𝟎 : Densidad del aire atmosférico
b. Coeficiente de exceso de aire: (α)
Es la relación entre la cantidad real de aire para quemar un kilo de combustible y la
cantidad de aire necesaria teóricamente para quemar la misma cantidad de
combustible (cantidad estequiométrica).
0c
ar
lG
G


Donde:
𝐆𝐚𝐫: Cantidad másica real de aire que se encuentra en el cilindro al inicio de la
compresión.
𝐆𝐜: Cantidad de combustible que se quema
lo: Relación estequiométrica de aire-combustible
10
La cantidad de aire que participa en el proceso de combustión puede ser mayor o menor
que la cantidad teóricamente necesaria para la combustión completa del combustible,
por lo que se dan los siguientes casos:
Mezcla rica: 1 (insuficiencia de oxígeno)
Debido a la insuficiencia de oxígeno, el combustible no se quema totalmente, como
consecuencia de lo cual, durante la combustión, el desprendimiento de calor es
incompleto y en los gases de escape aparecen los productos de la combustión incompleta
(CO, H y otros)
Mezcla pobre: 1 (exceso de oxígeno)
Hay más aire de lo que teóricamente se necesita para la combustión completa del
combustible. En los motores Diesel siempre se utilizan mezclas pobres. En motores con
encendido por chispa se utilizan mezclas pobres y ricas.
Para motor ECH : α (0.6 – 1.15)
11
3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS
3.1. Equipos
a) Banco de ensayos con freno eléctrico para un motor Daihatsu ECH de 3 cilindros y de
4 tiempos.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
a) MOTOR 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: carburador, con 2 gargantas
b) GENERADOR. Generador de corriente continua, con estator basculante
Potencia máxima: 18 kVA a 3.000 rpm
Fig.: 1: MOTOR DAIHATSU DE 3 CILINDROS Y CUATRO TIEMPOS
12
Fig.: 2 : TABLERO DE CONTROL ELÉCTRICO
Brazo del dinamómetro: 0,323 m
c) TABLERO DE CONTROL. Tablero eléctrico
13
3.2. Instrumentos
a) Medidor de consumo de combustible. método volumétrico.
 Beaker de vidrio. Graduado en 1/16 pinta inglesa= 29.57 cm3
 Combustible: Gasolina: G-90. Densidad del combustible: 0,71kg/L
 Relación estequiométrica: 14,7 kg/kg
b) Medidor de caudal de aire. Depósito cilíndrico de 80 L, con placa orificio de
2”
c) Manómetro de tubo en U.
 Fluido manométrico: agua
 Angulo de inclinación: 30°
Fig.: 3: MEDIDOR DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE
Fig.: 4: MEDIDOR DE CAUDAL DE AIRE
Fig.: 5: MANOMETRO INCLINADO
14
d) Dinamómetro. Camry de 0- 50 kg
e) Regulador de la válvula mariposa
f) Cronómetro
Fig.: 6: DINAMÓMETRO
Fig 7: CRONÓMETRO
Fig 7: REGULADOR DE VALVULA MARIPOSA
15
g) Barómetro digital
3.3. Elementos personales de protección.
a) Protectores auditivos
Fig 9: Protectores auditivos
Fig 8: Barometro
16
4. PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA
4.1. PRIMER ENSAYO.
Se realiza el primer ensayo bajo el régimen de funcionamiento: posición de la válvula
mariposa fija variando la velocidad o rpm.
 Arrancar el motor y esperar a que tome su temperatura de trabajo optima
 Iniciar con una velocidad de 3000 rpm regulándola en el tablero de control mediante el
freno del dinamómetro y a su vez fijando la posición de la válvula mariposa en 25%.
 Medir el tiempo que demora en consumir 29,57 cm3
de gasolina en el medidor de
combustible.
 Medir la altura en el manómetro inclinado que representa la caída presión y la fuerza en
el dinamómetro para luego obtener el momento efectivo.
 Reducir en 200 las rpm y repetir las mediciones anteriores; reducir en 200 las rpm,
repetir las mediciones anteriores hasta llegar a 2200 rpm.
4.2. SEGUNDO ENSAYO
Se realiza el primer ensayo bajo el régimen de funcionamiento de velocidad constante
y variando la posición de la válvula mariposa.
 Se realiza las mismas mediciones solo que esta vez hay que tratar de mantener el rpm
constante (2300 rpm) y variar la posición de la válvula mariposa para 10, 15, 20, 30, 40
y 50%.
5. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
 Volumen de combustible: 1/16 pinta inglesa =29.57 cm3
 ɸ orificio =20 mm
 Manómetro inclinado: α = 45°
Condiciones atmosféricas:
o Presión atmosférica Po = 733.7 mmHg
o Temperatura: To = 29.2 °C
COMBUSTIBLE
Fracción en masa
C H O
Gasolina 90 0.855 0.145 0
17
ENSAYO 1
DATOS
N°
∆hc
(%)
n
(RPM)
F
(Kg)
∆s
(cm)
∆V
(Pinta)
∆t
(s)
Te_ref
(°C)
Ts_ref
(°C)
Tac
(°F)
Pac
(PSI)
1 25 3000 12.2 17.2 1/16 24.2 80 84 180 55
2 25 2800 13.2 15.8 1/16 25.1 82 90 195 50
3 25 2600 13.7 14.5 1/16 26.6 80 86 209 48
4 25 2400 14.3 13.4 1/16 26.7 78 84 212 45
5 25 2200 15.6 11.9 1/16 26.8 76 84 220 44
ENSAYO 2
DATOS
N°
∆hc
(%)
n
(RPM)
F
(Kg)
∆s
(cm)
∆V
(Pinta)
∆t (s)
Te_ref
(°C)
Ts_ref
(°C)
Tac
(°F)
Pac
(PSI)
1 10 2300 4.9 3.5 1/16 50.9 86 90 215 48
2 15 2300 9.2 7.1 1/16 39 83 86 218 48
3 20 2300 12.4 11.6 1/16 30.3 84 88 222 47
4 30 2300 15.4 16.9 1/16 24.1 86 90 228 45
5 40 2300 16.4 19.5 1/16 22.1 89 94 230 45
6 50 2300 17.2 20.8 1/16 21.3 86 91 232 45
18
6. CÁLCULOS Y RESULTADOS
a. Densidad del aire: (ρ0)
273T
273
760
P
293.1
0
0
0 






 [kg/m3
]
Donde:
P0: Presión barométrica, en mmHg
T0: Temperatura atmosférica, en ºC
Condiciones ambientales del laboratorio:
𝑃0 = 733.7 𝑚𝑚𝐻𝑔 y 𝑇0 = 29.2 °𝐶
Remplazando tenemos: → 𝜌0
= 1.1276 [kg/m3
]
b. Consumo real de aire: (Gar)
)30(23600 0  senSgACG aguada  [kg/hora]
Donde:
Cd: Coeficiente de descarga del medidor (0.60).
A: Área de la sección de estrangulamiento del aire en el medidor (en m2
).
g : Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2
)
agua : Densidad del agua (1000 kg/m3
)
0 : Densidad del aire (1.1276 kg/m3
)
S : Caída de presión en el manómetro inclinado (en mH2O.)
c. Cantidad de aire teórico que podría llenar el cilindro: (Gat)
Para 4 tiempos: niV03.0G ohat  [kg/hora]
Donde:
Vh · i: Cilindrada total (993 cm3
)
0 : Densidad del aire atmosférico (1.1276 kg/m3
)
n : Velocidad de rotación del cigüeñal (RPM)
d. Consumo de combustible: (Gc)
t
V
6.3G cc 







 [kg/hora]
19
Donde:
ρc : Densidad del combustible (0.715 gr/cm3
)
ΔV: Volumen de combustible consumido en cada ensayo (29.57cm3
)
Δt : Intervalo de tiempo en el que se consumió el ΔV (en seg.)
e. Coeficiente de llenado: (ηv)
G
G
at
ar
v 
Donde:
Gar : Consumo horario de aire (kg/hora)
Gat : Cantidad de aire teórico que podría llenar el cilindro (kg/hora)
f. Coeficiente de exceso de aire: (α)
lG
G
α
0c
ar


Donde:
Gar : Consumo horario de aire (kg/hora)
Gc : Consumo de combustible (kg/hora)
l0 : Relación estequiométrica de aire-combustible gasolina
(14.7 kgaire / kgcomb)
g. Potencia (Ne):
𝑁𝑒 = 𝑀𝑒 𝜔 = 𝑀𝑒 (
2𝜋𝑛
60
) (𝑘𝑊)
Donde:
Me: Momento efectivo, en kN.m
𝜔: Velocidad angular, en rad/s
A su vez:
𝑀𝑒 = 𝐹𝑑 𝑏
Donde:
Fd: Fuerza en el dinamómetro, en kN
b: brazo de palanca en el dinamómetro (b=0,323 m)
20
6.1 RESULTADOS
1. RESULTADO DEL ENSAYO A REGIMEN DE VELOCIDAD
2. RESULTADO DEL ENSAYO A REGIMEN DE CARGA
CALCULOS 2
N°
ρo
(Kg/m3)
Gat
(kg/h)
Gar
(kg/h) ηv
Gc
(kg/h)
lr α
ω
(rad/s)
Me
(N.m)
Ne
(KW)
1 1.1276 77.30 25.406 0.329 1.490 17.048 1.140 240.86 15.53 3.74
2 1.1276 77.30 36.185 0.468 1.943 18.619 1.245 240.86 29.15 7.02
3 1.1276 77.30 46.252 0.598 2.504 18.472 1.235 240.86 39.29 9.46
4 1.1276 77.30 55.827 0.722 3.144 17.759 1.187 240.86 48.80 11.75
5 1.1276 77.30 59.968 0.776 3.428 17.493 1.170 240.86 51.97 12.52
6 1.1276 77.30 61.935 0.801 3.555 17.422 1.165 240.86 54.50 13.13
CALCULOS 1
N°
ρo
(Kg/m3)
Gat
(kg/h)
Gar
(kg/h) ηv
Gc
(kg/h)
lr α
ω
(rad/s)
Me
(N.m)
Ne
(KW)
1 1.1276 100.83 56.32 0.559 3.137 17.953 1.200 314.16 38.66 12.14
2 1.1276 94.10 53.98 0.574 3.026 17.840 1.193 293.22 41.83 12.26
3 1.1276 87.38 51.711 0.592 2.848 18.155 1.214 272.27 43.41 11.82
4 1.1276 80.66 49.71 0.616 2.838 17.518 1.171 251.33 45.31 11.39
5 1.1276 73.94 46.846 0.634 2.826 16.577 1.108 230.38 49.43 11.39
21
6.2 GRAFICOS
6.2.1. Variando n y manteniendo Δh constante.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
2100 2300 2500 2700 2900 3100
Eficienciavolumétrica(nv)
Coeficientedeexcesodeaire(α)
n (RPM)
Eficiencia volumétrica y coeficiente de exceso de aire, en
función de la velocidad del cigüeñal del motor (n).
ηv
α
Condiciones de Ensayo
To=29,2°C; Po=733,7mmHg
Se mantiene constante la
apertura de la mariposa 25%
22
6.2.2 Variando Δh y manteniendo n constante.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0
Eficienciavolumétrica(nv)
Coeficientedeexcesodeaire(α)
Ne (KW)
Eficiencia volumétrica y coeficiente de exceso de aire, en
función de la potencia efectiva (Ne).
nv
α
Condiciones de Ensayo
To=29,2°C; Po=733,7 mmHg
Se mantiene constante la velocidad
del cigueñal (n=2300 RPM)
23
CONCLUSIONES
 Mediante cálculos se logró conocer los factores que influyen en la fase de admisión en
un motor de encendido por chispa.
 Se ha logrado determinar los parámetros que caracterizan la fase de admisión y
formación de la mezcla en un motor de encendido por chispa, los que se muestran en
la tabla de resultados.
 Los valores del coeficiente α para el motor ECH (encendido por chispa) se encuentran
en su mayoría en el rango de α (1.1 – 1.2) a diferentes rpm.
 En el motor ECH la ηv aumenta con el incremento de la potencia Ne y disminuye con
el incremento de las rpm.
 Para el régimen de velocidad (ɸi=cte=30%) a medida que aumenta la velocidad de giro
del cigüeñal, aumenta ligeramente el coeficiente de exceso de aire α.
 En los resultados del ensayo 2, se nota que el coeficiente de exceso de aire y la
eficiencia volumétrica son inversamente proporcionales para un Ne mayor a 7 kW.
OBSERVACIONES
 En la mayoría de los casos el motor Daihatsu trabaja con mezcla pobre ( 1 )
 Se tomaron los datos cuando el motor llegó a su temperatura de trabajo.
 Se observa que para valores altos de α se obtiene potencias altas, esto implica que el
tener una mezcla rica el motor desarrollará una mayor potencia.
RECOMENDACIONES
 Se requiere de un rango más amplio de velocidades del cigüeñal para poder apreciar
mejor las gráficas y su tendencia.
 Para determinar la tendencia de una curva son necesarios mayor toma de datos.
 Se debe usar equipo de seguridad personal para evitar lesiones auditivas.
BIBLIOGRAFIA
 Motores Endotérmicos. Dante Giacosa, 3ra edicion, Editorial Dossat, S.A
 Motores de Automóvil. Autor: M. S. Jovaj, Editorial MIR - Moscú 1977.
 Manual de Laboratorio de Motores de Combustión. UNI. FIM.
 Motores de Combustión Interna. Obert E.20° edición. CECSA. México D.F.
 Arias-Paz, Manual de Automóviles. DOSSAT 2000. Madrid. España

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE FORMACION DE LA MEZCLA AIRE COMBUSTIBLE Y DE ADMISION, DE UN MOTOR DE ENCENDIDO POR CHISPA Mg. Ing. PINEDA LEÓN, ROBERTO Asistentes de Investigación  ANAMPA-ANCARI-JULIO ANDRES  HUAMAN-GUERRERO-RICARDO ARTURO  REANO-ROMERO-RUBEN DARIO  ROCA-RONDINEL-ANGEL ADRIAN Lima-Perú 2018
  • 2. 1 Tabla de contenido INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................2 1. OBJETIVOS GENERALES .....................................................................................................3 2. FUNDAMENTO TEÓRICO.....................................................................................................4 2.1. Fase de admisión...........................................................................................................4 2.1.1. Factores que influyen durante la fase de admision ........................................................7 2.1.2. Parámetros que caracterizan la fase de admisión y formación de la mezcla..................9 3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS............................................................................................11 3.1. Equipos ........................................................................................................................11 3.2. Instrumentos.................................................................................................................13 3.3. Elementos personales de protección. ...........................................................................15 4. PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA.........................................................................16 5. DATOS OBTENIDOS............................................................................................................16 6. CÁLCULOS Y RESULTADOS.............................................................................................18 CONCLUSIONES ......................................................................................................................23 OBSERVACIONES....................................................................................................................23 RECOMENDACIONES .............................................................................................................23 BIBLIOGRÁFIA.........................................................................................................................23
  • 3. 2 INTRODUCCIÓN El funcionamiento de un motor de encendido por chispa MECH (motor de combustión interna alternativo, MCIA); produce la transformación de la energía térmica del combustible en energía mecánica, el cual no es un proceso fácil de explicar a través de ecuaciones debido a que existen pérdidas en todos los procesos del ciclo termodinámico ideal. Durante la fase de Admisión, ingresa la mezcla del aire exterior con el combustible hacia los cilindros, que deben ser llenados lo máximo posible; los que luego de ser comprimidos, reaccionen durante el proceso de combustión, desarrollando trabajo durante el proceso de expansión. El mecanismo del sistema de admisión está integrado por muchos subcomponentes que deben funcionar bien y de forma sincronizada, a fin de que el motor realice correctamente su función, una configuración defectuosa afecta el rendimiento energético del MCIA; Dos parámetros importantes de la fase de admisión y formación de la mezcla, son la eficiencia volumétrica (coeficiente de llenado) y el coeficiente de exceso de aire; debido a la influencia que tienen ambos para un funcionamiento óptimo del motor. En la presente investigación se ha utilizado un MECH Daihatsu de 3 cilindros y 4 tiempos, instalado en el Laboratorio de Motores de Combustión Interna de la Facultad de Ingeniería Mecánica-UNI; para analizar los factores que influyen y los parámetros que caracterizan la fase de admisión y formación de la mezcla; posteriormente, se comparan los resultados experimentales con los teóricos, mediante curvas características de funcionamiento, construidas con los datos obtenidos en la prueba experimental.
  • 4. 3 1. OBJETIVOS GENERALES.  Conocer los factores que influyen en la fase de admisión en un motor de encendido por chispa.  Determinar los parámetros que caracterizan la fase de admisión y formación de la mezcla en un motor de encendido por chispa.  Graficar las curvas experimentales del coeficiente de llenado (eficiencia volumétrica) y el coeficiente de exceso de aire en función de la potencia efectiva del motor.  Graficar las curvas experimentales del coeficiente de llenado (eficiencia volumétrica) y el coeficiente de exceso de aire en función de la velocidad de rotación del cigüeñal.
  • 5. 4 2. FUNDAMENTO TEÓRICO. 2.1. FASE DE ADMISIÓN En la fase de admisión, el pistón desciende desde su posición más alta dentro del cilindro, denominada punto muerto superior (PMS), arrastrado por el movimiento del cigüeñal, produciéndose una depresión en el interior del cilindro que permite el ingreso de la mezcla aire-combustible a través de la válvula de admisión, que permanece abierta. Cuando el pistón llega a su posición más baja dentro del cilindro, denominada punto muerto inferior (PMI), concluye la primera carrera y el cigüeñal ha girado un ángulo de 180º. En este momento, la válvula de admisión se cierra. Durante la fase de admisión de la mezcla aire-combustible, intervienen los siguientes componentes: a) Colector de admisión El colector de admisión es el componente que se encarga de distribuir el aire a cada uno de los cilindros por igual, se encuentra instalado sobre la culata y unida a los cilindros por la zona de admisión. Este componente tiene que estar perfectamente diseñado, ya que su función básica es la de conducir el aire de admisión a cada uno de los cilindros y en igual volumen, para que eso ocurra la arquitectura del colector debe ser simétrica, sin grandes curvas con recorridos lo más cortos posibles para mejorar el llenado de los cilindros. El colector de admisión puede tener una estructura para trabajar óptimamente en bajas/medias revoluciones, o en medias/altas revoluciones. Para motores donde la potencia máxima no importa se utiliza la primera estructura (bajas/medias), consta de tubos de larga longitud y diámetro pequeño. Para motores rápidos o motores de competición se utilizan colectores de tubos de corta longitud y gran diámetro. La estructura señalada para el colector de admisión es válida para la estructura del colector de escape, aquel componente encargado de evacuar los gases quemados desde los cilindros hacia el tubo de escape.
  • 6. 5 b) Válvula de mariposa La válvula de mariposa es el componente que se encarga de regular el volumen de aire que ingresa al cilindro; consta de una lámina fina que permite girar sobre un eje central colocada sobre su diámetro para abrir o cerrar el conducto de aire. Esta pieza regula el caudal de aire que entrará en el cilindro, es la pieza que acciona el conductor de un vehículo en el momento que pisa el acelerador, para que ingrese más aire o menos. En los motores Otto con carburación, está lámina está situada en la entrada del carburador, sin embargo, en los motores con inyección de gasolina la mariposa de gases se sitúa en el colector de admisión. c) Filtro de aire El filtro de aire es el encargado de limpiar el aire que proviene del exterior reteniendo todas las impurezas que pueda haber en la atmósfera (polvo, arena, etc.). El filtro de aire consta de una lámina generalmente fabricada de papel que deja pasar el aire pero no las partículas líquidas y sólidas, con esto se consigue que llegue aire puro al colector de admisión y posteriormente a los cilindros del motor, lográndose un funcionamiento del motor más limpio, duradero y factible.
  • 7. 6 d) Sistema de alimentación de combustible El sistema de alimentación de combustible tiene como objetivo trasladar el combustible hasta el cilindro y mezclar el aire y el combustible en las proporciones adecuadas. Sin este sistema de alimentación de combustible, además de que la mezcla aire-combustible no llegaría al cilindro, no sería medida en la proporción adecuada, por lo que afectaría el consumo y el rendimiento del motor, originando su mal funcionamiento. Para mezclar el aire con el combustible en las proporciones necesarias se utilizan dos sistemas distintos: • Alimentación por carburador • Sistemas de inyección Alimentación por carburador Este sistema de alimentación es puramente mecánico, se basa básicamente en un componente mecánico llamado carburador. El carburador es el encargado de mezclar el aire y el combustible en las proporciones necesarias. Este sistema solo es utilizado en los motores del ciclo Otto, debido a que en los motores Diesel la relación de mezcla aire/combustible no es constante porque la cantidad de aire que entra al cilindro siempre es la máxima posible. El carburador es el componente encargado de pulverizar el combustible y de llegar a mezclarlo con el aire en una proporción de 14,7 Kg aire por cada 1 Kg de gasolina, conocida como relación estequiométrica lo que permite optimizar el funcionamiento del motor. El carburador consta básicamente de la cuba, el surtidor y el difusor. La cuba es un pequeño depósito donde se almacena gasolina que proviene del depósito principal para enviárselo al surtidor principal, esta cuba tiene un flotador que será el que regule su nivel de almacenamiento. La mariposa del acelerador está controlada por el acelerador, es decir, regulará la cantidad de aire que pasará al motor. Suponiendo que el conductor de un vehículo acelera, la mariposa se abre y el motor aspira aire filtrado que pasa por el estrechamiento (difusor), creando un efecto “Venturi”, es decir, aumenta la velocidad del aire debido al estrechamiento y aspira la gasolina que hay en el interior del surtidor pulverizándola, y por tanto mezclándose aire y combustible. Una vez que está mezclado el aire con la gasolina, puede fluir hasta el colector de admisión y de ahí, al motor. Los carburadores especiales, para motores de alta gama, tienen dos entradas de aire con dos surtidores de gasolina; en el momento que el motor está trabajando en bajas rpm, solo funciona una entrada. Cuando el motor funciona a altas rpm, se abre la otra entrada
  • 8. 7 entregando mucho más volumen de aire y por tanto más gasolina. Este tipo de carburador es conocido como “carburador de doble cuerpo”, o también “carburador Weber” Sistemas de inyección Actualmente los sistemas de inyección de combustible lo han sustituido por completo por motivos medioambientales. Su mayor precisión en el dosaje de combustible inyectado reduce las emisiones de CO2, y aseguran una mezcla más estable. 2.1.1.Factores que influyen en la fase de admisión a. Perdidas de presión en el sistema de Admisión: 𝜟𝑷𝒂 = 𝑷 𝟎 − 𝑷𝒂 𝑷𝒂 : Presión al final del proceso de admisión Se busca que la 𝜟𝑷𝒂 sea lo mínimo posible para un mejor llenado de carga fresca en el cilindro. b. Presencia de gases residuales. Son los gases productos de la combustión que no pudieron ser desalojados en el proceso de escape. La cantidad de gases residuales 𝑴𝒓 (𝒆𝒏 𝑲𝒎𝒐𝒍/𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐), depende del procedimiento empleado para limpiar el cilindro. La existencia de resistencias en el sistema de admisión conduce a que la cantidad de carga fresca que entra al cilindro del motor disminuya, debido al decrecimiento de la densidad de la carga.
  • 9. 8 Otro factor que influye es el área de paso de la válvula de admisión (ΔVa), el cual si esta aumenta entonces hay un mejor llenado. Caso contrario ocurre con las 𝑹𝑷𝑴, el cual si aumenta el 𝜟𝑷𝒂, también aumenta. Aquí interviene el coeficiente de gases residuales: 1M Mr r  Donde: 𝑴 𝟏 es la mezcla fresca que ingresa al motor por ciclo Es conveniente que 𝑴𝒓 disminuya para que el 𝜸𝒓 disminuya. En los motores de cuatro tiempos, que tiene traslape de válvula (no mayor de 30° – 40°), el cual excluye la posibilidad de barrido, puede considerarse que al final de la carrera de escape los gases residuales ocupan el volumen de la cámara de combustión Vc, y por lo tanto, su cantidad: r cr r TR VP M    La magnitud Pr queda definida por la presión del medio ambiente al cual se expulsa los gases. c. Calentamiento de la mezcla fresca: ΔT La carga fresca durante su movimiento por el sistema de admisión y dentro del cilindro entra en contacto con las paredes calientes, elevándose su temperatura en 𝜟𝑻. El grado de calentamiento de la carga depende de la velocidad de su movimiento, de la duración de la admisión, así como de la diferencia de temperaturas entre las paredes y la carga. Al aumentar la temperatura de la carga su densidad disminuye, por eso el calentamiento especial del sistema de admisión en el motor de carburador es conveniente hasta cierto límite correspondiente al calor necesario para la vaporización del combustible. El aumento de 𝜟𝑻 se debe a la temperatura de las paredes calientes del sistema de admisión, así como su tiempo de contacto. También influye la presencia de los gases residuales calientes.
  • 10. 9 2.1.2.Parámetros que caracterizan la fase de admisión y formación de la mezcla a. Coeficiente de llenado: (v) El grado de perfección del proceso de admisión se acostumbra evaluar por el coeficiente de llenado o eficiencia volumétrica v, que es la razón entre la cantidad de carga fresca que se encuentra en el cilindro al inicio de la compresión real, es decir, al instante en que se cierra la válvula de admisión, y aquella cantidad de carga fresca que podría llenar el cilindro (volumen de trabajo) en las condiciones de admisión (condiciones ambientales en los motores de aspiración natural). Los cálculos muestran que se para los motores con formación externa de mezcla, que funcionan con gasolina, la diferencia entre los coeficientes de llenado, calculados considerando la condición de que la carga fresca puede ser el aire o la mezcla aire combustible, es insignificante. Por eso en los motores de carburador (al igual que en los motores Diesel), se va a determinar v por la cantidad de aire admitida al cilindro (despreciando la cantidad de combustible) según la definición: 0h ar v V G   𝑮𝒂𝒓 : Cantidad másica real de aire que se encuentra en el cilindro al inicio de la compresión. 𝑽𝒉 : Volumen de trabajo. 𝝆𝟎 : Densidad del aire atmosférico b. Coeficiente de exceso de aire: (α) Es la relación entre la cantidad real de aire para quemar un kilo de combustible y la cantidad de aire necesaria teóricamente para quemar la misma cantidad de combustible (cantidad estequiométrica). 0c ar lG G   Donde: 𝐆𝐚𝐫: Cantidad másica real de aire que se encuentra en el cilindro al inicio de la compresión. 𝐆𝐜: Cantidad de combustible que se quema lo: Relación estequiométrica de aire-combustible
  • 11. 10 La cantidad de aire que participa en el proceso de combustión puede ser mayor o menor que la cantidad teóricamente necesaria para la combustión completa del combustible, por lo que se dan los siguientes casos: Mezcla rica: 1 (insuficiencia de oxígeno) Debido a la insuficiencia de oxígeno, el combustible no se quema totalmente, como consecuencia de lo cual, durante la combustión, el desprendimiento de calor es incompleto y en los gases de escape aparecen los productos de la combustión incompleta (CO, H y otros) Mezcla pobre: 1 (exceso de oxígeno) Hay más aire de lo que teóricamente se necesita para la combustión completa del combustible. En los motores Diesel siempre se utilizan mezclas pobres. En motores con encendido por chispa se utilizan mezclas pobres y ricas. Para motor ECH : α (0.6 – 1.15)
  • 12. 11 3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS 3.1. Equipos a) Banco de ensayos con freno eléctrico para un motor Daihatsu ECH de 3 cilindros y de 4 tiempos. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS a) MOTOR 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: carburador, con 2 gargantas b) GENERADOR. Generador de corriente continua, con estator basculante Potencia máxima: 18 kVA a 3.000 rpm Fig.: 1: MOTOR DAIHATSU DE 3 CILINDROS Y CUATRO TIEMPOS
  • 13. 12 Fig.: 2 : TABLERO DE CONTROL ELÉCTRICO Brazo del dinamómetro: 0,323 m c) TABLERO DE CONTROL. Tablero eléctrico
  • 14. 13 3.2. Instrumentos a) Medidor de consumo de combustible. método volumétrico.  Beaker de vidrio. Graduado en 1/16 pinta inglesa= 29.57 cm3  Combustible: Gasolina: G-90. Densidad del combustible: 0,71kg/L  Relación estequiométrica: 14,7 kg/kg b) Medidor de caudal de aire. Depósito cilíndrico de 80 L, con placa orificio de 2” c) Manómetro de tubo en U.  Fluido manométrico: agua  Angulo de inclinación: 30° Fig.: 3: MEDIDOR DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE Fig.: 4: MEDIDOR DE CAUDAL DE AIRE Fig.: 5: MANOMETRO INCLINADO
  • 15. 14 d) Dinamómetro. Camry de 0- 50 kg e) Regulador de la válvula mariposa f) Cronómetro Fig.: 6: DINAMÓMETRO Fig 7: CRONÓMETRO Fig 7: REGULADOR DE VALVULA MARIPOSA
  • 16. 15 g) Barómetro digital 3.3. Elementos personales de protección. a) Protectores auditivos Fig 9: Protectores auditivos Fig 8: Barometro
  • 17. 16 4. PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA 4.1. PRIMER ENSAYO. Se realiza el primer ensayo bajo el régimen de funcionamiento: posición de la válvula mariposa fija variando la velocidad o rpm.  Arrancar el motor y esperar a que tome su temperatura de trabajo optima  Iniciar con una velocidad de 3000 rpm regulándola en el tablero de control mediante el freno del dinamómetro y a su vez fijando la posición de la válvula mariposa en 25%.  Medir el tiempo que demora en consumir 29,57 cm3 de gasolina en el medidor de combustible.  Medir la altura en el manómetro inclinado que representa la caída presión y la fuerza en el dinamómetro para luego obtener el momento efectivo.  Reducir en 200 las rpm y repetir las mediciones anteriores; reducir en 200 las rpm, repetir las mediciones anteriores hasta llegar a 2200 rpm. 4.2. SEGUNDO ENSAYO Se realiza el primer ensayo bajo el régimen de funcionamiento de velocidad constante y variando la posición de la válvula mariposa.  Se realiza las mismas mediciones solo que esta vez hay que tratar de mantener el rpm constante (2300 rpm) y variar la posición de la válvula mariposa para 10, 15, 20, 30, 40 y 50%. 5. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO  Volumen de combustible: 1/16 pinta inglesa =29.57 cm3  ɸ orificio =20 mm  Manómetro inclinado: α = 45° Condiciones atmosféricas: o Presión atmosférica Po = 733.7 mmHg o Temperatura: To = 29.2 °C COMBUSTIBLE Fracción en masa C H O Gasolina 90 0.855 0.145 0
  • 18. 17 ENSAYO 1 DATOS N° ∆hc (%) n (RPM) F (Kg) ∆s (cm) ∆V (Pinta) ∆t (s) Te_ref (°C) Ts_ref (°C) Tac (°F) Pac (PSI) 1 25 3000 12.2 17.2 1/16 24.2 80 84 180 55 2 25 2800 13.2 15.8 1/16 25.1 82 90 195 50 3 25 2600 13.7 14.5 1/16 26.6 80 86 209 48 4 25 2400 14.3 13.4 1/16 26.7 78 84 212 45 5 25 2200 15.6 11.9 1/16 26.8 76 84 220 44 ENSAYO 2 DATOS N° ∆hc (%) n (RPM) F (Kg) ∆s (cm) ∆V (Pinta) ∆t (s) Te_ref (°C) Ts_ref (°C) Tac (°F) Pac (PSI) 1 10 2300 4.9 3.5 1/16 50.9 86 90 215 48 2 15 2300 9.2 7.1 1/16 39 83 86 218 48 3 20 2300 12.4 11.6 1/16 30.3 84 88 222 47 4 30 2300 15.4 16.9 1/16 24.1 86 90 228 45 5 40 2300 16.4 19.5 1/16 22.1 89 94 230 45 6 50 2300 17.2 20.8 1/16 21.3 86 91 232 45
  • 19. 18 6. CÁLCULOS Y RESULTADOS a. Densidad del aire: (ρ0) 273T 273 760 P 293.1 0 0 0         [kg/m3 ] Donde: P0: Presión barométrica, en mmHg T0: Temperatura atmosférica, en ºC Condiciones ambientales del laboratorio: 𝑃0 = 733.7 𝑚𝑚𝐻𝑔 y 𝑇0 = 29.2 °𝐶 Remplazando tenemos: → 𝜌0 = 1.1276 [kg/m3 ] b. Consumo real de aire: (Gar) )30(23600 0  senSgACG aguada  [kg/hora] Donde: Cd: Coeficiente de descarga del medidor (0.60). A: Área de la sección de estrangulamiento del aire en el medidor (en m2 ). g : Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2 ) agua : Densidad del agua (1000 kg/m3 ) 0 : Densidad del aire (1.1276 kg/m3 ) S : Caída de presión en el manómetro inclinado (en mH2O.) c. Cantidad de aire teórico que podría llenar el cilindro: (Gat) Para 4 tiempos: niV03.0G ohat  [kg/hora] Donde: Vh · i: Cilindrada total (993 cm3 ) 0 : Densidad del aire atmosférico (1.1276 kg/m3 ) n : Velocidad de rotación del cigüeñal (RPM) d. Consumo de combustible: (Gc) t V 6.3G cc          [kg/hora]
  • 20. 19 Donde: ρc : Densidad del combustible (0.715 gr/cm3 ) ΔV: Volumen de combustible consumido en cada ensayo (29.57cm3 ) Δt : Intervalo de tiempo en el que se consumió el ΔV (en seg.) e. Coeficiente de llenado: (ηv) G G at ar v  Donde: Gar : Consumo horario de aire (kg/hora) Gat : Cantidad de aire teórico que podría llenar el cilindro (kg/hora) f. Coeficiente de exceso de aire: (α) lG G α 0c ar   Donde: Gar : Consumo horario de aire (kg/hora) Gc : Consumo de combustible (kg/hora) l0 : Relación estequiométrica de aire-combustible gasolina (14.7 kgaire / kgcomb) g. Potencia (Ne): 𝑁𝑒 = 𝑀𝑒 𝜔 = 𝑀𝑒 ( 2𝜋𝑛 60 ) (𝑘𝑊) Donde: Me: Momento efectivo, en kN.m 𝜔: Velocidad angular, en rad/s A su vez: 𝑀𝑒 = 𝐹𝑑 𝑏 Donde: Fd: Fuerza en el dinamómetro, en kN b: brazo de palanca en el dinamómetro (b=0,323 m)
  • 21. 20 6.1 RESULTADOS 1. RESULTADO DEL ENSAYO A REGIMEN DE VELOCIDAD 2. RESULTADO DEL ENSAYO A REGIMEN DE CARGA CALCULOS 2 N° ρo (Kg/m3) Gat (kg/h) Gar (kg/h) ηv Gc (kg/h) lr α ω (rad/s) Me (N.m) Ne (KW) 1 1.1276 77.30 25.406 0.329 1.490 17.048 1.140 240.86 15.53 3.74 2 1.1276 77.30 36.185 0.468 1.943 18.619 1.245 240.86 29.15 7.02 3 1.1276 77.30 46.252 0.598 2.504 18.472 1.235 240.86 39.29 9.46 4 1.1276 77.30 55.827 0.722 3.144 17.759 1.187 240.86 48.80 11.75 5 1.1276 77.30 59.968 0.776 3.428 17.493 1.170 240.86 51.97 12.52 6 1.1276 77.30 61.935 0.801 3.555 17.422 1.165 240.86 54.50 13.13 CALCULOS 1 N° ρo (Kg/m3) Gat (kg/h) Gar (kg/h) ηv Gc (kg/h) lr α ω (rad/s) Me (N.m) Ne (KW) 1 1.1276 100.83 56.32 0.559 3.137 17.953 1.200 314.16 38.66 12.14 2 1.1276 94.10 53.98 0.574 3.026 17.840 1.193 293.22 41.83 12.26 3 1.1276 87.38 51.711 0.592 2.848 18.155 1.214 272.27 43.41 11.82 4 1.1276 80.66 49.71 0.616 2.838 17.518 1.171 251.33 45.31 11.39 5 1.1276 73.94 46.846 0.634 2.826 16.577 1.108 230.38 49.43 11.39
  • 22. 21 6.2 GRAFICOS 6.2.1. Variando n y manteniendo Δh constante. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 2100 2300 2500 2700 2900 3100 Eficienciavolumétrica(nv) Coeficientedeexcesodeaire(α) n (RPM) Eficiencia volumétrica y coeficiente de exceso de aire, en función de la velocidad del cigüeñal del motor (n). ηv α Condiciones de Ensayo To=29,2°C; Po=733,7mmHg Se mantiene constante la apertura de la mariposa 25%
  • 23. 22 6.2.2 Variando Δh y manteniendo n constante. 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 Eficienciavolumétrica(nv) Coeficientedeexcesodeaire(α) Ne (KW) Eficiencia volumétrica y coeficiente de exceso de aire, en función de la potencia efectiva (Ne). nv α Condiciones de Ensayo To=29,2°C; Po=733,7 mmHg Se mantiene constante la velocidad del cigueñal (n=2300 RPM)
  • 24. 23 CONCLUSIONES  Mediante cálculos se logró conocer los factores que influyen en la fase de admisión en un motor de encendido por chispa.  Se ha logrado determinar los parámetros que caracterizan la fase de admisión y formación de la mezcla en un motor de encendido por chispa, los que se muestran en la tabla de resultados.  Los valores del coeficiente α para el motor ECH (encendido por chispa) se encuentran en su mayoría en el rango de α (1.1 – 1.2) a diferentes rpm.  En el motor ECH la ηv aumenta con el incremento de la potencia Ne y disminuye con el incremento de las rpm.  Para el régimen de velocidad (ɸi=cte=30%) a medida que aumenta la velocidad de giro del cigüeñal, aumenta ligeramente el coeficiente de exceso de aire α.  En los resultados del ensayo 2, se nota que el coeficiente de exceso de aire y la eficiencia volumétrica son inversamente proporcionales para un Ne mayor a 7 kW. OBSERVACIONES  En la mayoría de los casos el motor Daihatsu trabaja con mezcla pobre ( 1 )  Se tomaron los datos cuando el motor llegó a su temperatura de trabajo.  Se observa que para valores altos de α se obtiene potencias altas, esto implica que el tener una mezcla rica el motor desarrollará una mayor potencia. RECOMENDACIONES  Se requiere de un rango más amplio de velocidades del cigüeñal para poder apreciar mejor las gráficas y su tendencia.  Para determinar la tendencia de una curva son necesarios mayor toma de datos.  Se debe usar equipo de seguridad personal para evitar lesiones auditivas. BIBLIOGRAFIA  Motores Endotérmicos. Dante Giacosa, 3ra edicion, Editorial Dossat, S.A  Motores de Automóvil. Autor: M. S. Jovaj, Editorial MIR - Moscú 1977.  Manual de Laboratorio de Motores de Combustión. UNI. FIM.  Motores de Combustión Interna. Obert E.20° edición. CECSA. México D.F.  Arias-Paz, Manual de Automóviles. DOSSAT 2000. Madrid. España