Laboratorio máquinas térmicas – Motor Renault 9 encendido por chispa (página 2)

2. FACTORES DE CORRECCIÓN

La potencia producida por un motor encendido por chispa completamente acelerado queda referida a las condiciones atmosféricas; si el motor trabaja en una región con presión barométrica baja, habrá una reducción correspondiente en la potencia producida, al igual que si la temperatura del aire que entra al motor es elevada , la potencia se vera también afectada reduciéndose . Por lo cual ante la anterior situación es necesaria la aplicación de factores de corrección que permita evaluar el rendimiento del motor bajo condiciones estándar.

Factor de Corrección άa:

El factor de corrección para el cual se debe multiplicar se debe multiplicar la potencia bruta determinada para que se análoga a las condiciones condiciones atmosféricas de referencia.

T: Temperatura ambiente local en K

P: Presión atmosférica local en KPa

PARA LAS CONDICIONES DE LOS ENSAYOS:

Temperatura del aire: 21 ° C = 294 K

Presión atmosférica: 75 KPa

Entonces:

Como el valor obtenido excede el límite máximo (que es de 1.07), tomamos como factor de corrección el valor de 1, y de acuerdo con la norma anotamos el factor de corrección obtenido en los cálculos, pero sin utilizarlo. De esta manera la potencia corregida tiene el mismo valor que la potencia calculada anteriormente.

3. PRUEBA MORSE

La prueba Morse es un ensayo para determinar la potencia indicada de un motor sin descontar las pérdidas por rozamiento entre partes, consiste en anular sucesivamente y por turno el funcionamiento de cada uno de los cilindros de un motor a pistón, Se mide la potencia al freno del motor con todos sus cilindros funcionando, a una velocidad, y luego se anulan sucesivamente todos los cilindros, descargando el freno para permitir al motor con un cilindro menos, girar a la velocidad del ensayo, y medimos la potencia del motor con cada uno de los cilindros anulados.

La diferencia entre la potencia del motor con todos sus cilindros operando (bp total) y la potencia con un cilindro de un lado, o sea bpi, es justamente la potencia que el cilindro Ii entrega al mecanismo, que se ha restado, sin descontar las pérdidas por fricción que ahora son vencidas por los cilindros que siguen en operación.

La suma de todas las diferencias de lo que se denomina la potencia indicada del motor y su diferencia entre esta y la potencia efectiva es la potencia perdida por frotamiento.

ECUACIONES FUNDAMENTALES EN LA PRUEBA MORSE

La potencia al freno para el motor R4 esta dada por la ecuación :

Con lo cual podemos determinar una potencia al freno con el dato de la carga medida en el dinamómetro cuando los cuatro cilindros estaban conectados. Y de la misma forma restar las potencias al freno obtenidas mediante la desconexión de cada cilindro obteniendo de estas forma las potencias indicadas para cada cilindro.

La potencia indicada total será igual

Y podemos determinar la potencia de rozamiento o fricción mediante la ecuación:

La eficiencia mecánica esta definida como:

Y de la misma forma podemos la presión media efectiva al freno mediante la formula:

Donde

Km :es una constante según si el motor es de dos o cuatro tiempos.

Km=1 para MCI de dos tiempos

Km=2 para MCI de cuatro tiempos

Z: Número de cilindros

A: Área del cilindro

L: Longitud de la carrera cilindro

Los datos tomados de área de los cilindros fueron obtenidos según catalogo, para una cilindrada de 1108cm^3.

Como la eficiencia mecánica también esta determinada por:

Ya que esta definida imep como:

Podemos obtener la presión media efectiva indicada despejando de la anterior ecuación.

DATOS DE LABORATORIO PARA LA PRUEBA MORSE

TABLA DE DATOS PARA GRAFICAR POTENCIAS, PRESIONES MEDIAS EFECTIVAS EN FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA ROTACIONAL

TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE

La temperatura del refrigerante máxima promedio se encuentra cercana a los 75° C (348 K) valor que se encuentra en el rango de aplicación de la norma (353 +/- 5 K).

Las temperaturas presentan un comportamiento estable tanto a la entrada como en la salida del motor.

Las gráficas muestran una desviación de sus formas alrededor de las 2500 RPM. Puede existir un dato mal tomado, aunque la curva de bmep presenta un comportamiento normal sin desviaciones.

4. PRUEBA CARACTERÍSTICA DE VELOCIDAD

La prueba característica de velocidad se realiza a una apertura constante (posición fija) del acelerador.

Estas pruebas se dividen en pruebas a plena carga en las que los objetivos son la máxima potencia y el consumo específico de combustible mínimo en cada velocidad diferente; y en pruebas con cargas parciales para determinar las variaciones del consumo específico de combustible.

Nota: Es importante tener en cuenta las pérdidas mecánicas debido a que el eje del cigüeñal del motor y el eje de salida del dinamómetro no se encuentran perfectamente alineados. La potencia calculada por el dinamómetro debe ser multiplicada por 0.98 para mostrar la potencia real del motor.

ECUACIONES UTILIZADAS EN LOS DATOS TABULADOS

Presión media efectiva:

Consumo específico de combustible:

Poder calorífico inferior del combustible:

Flujo de calor suministrado por el combustible:

Eficiencia mecánica:

Eficiencia térmica:

Rendimiento total efectivo:

Eficiencia del equipo:

DATOS DE LABORATORIO PARA LA PRUEBA CARACTERÍSTICA DE VELOCIDAD

Como no se tenía el radio del freno hidráulico para calcular el torque, pero se tenía la potencia y la velocidad rotacional, primero se calculó el torque y después se halló el radio.

En la tabla anterior, la columna de radio estimado es el radio del freno hidráulico que se obtiene al despejar la ecuación de torque de la siguiente manera:

Donde

P= Potencia, T= Torque, W= velocidad rotacional, d= radio del dinamómetro

El radio promediado para el freno hidráulico es de 35,6 cm (14 pulgadas)

RELACIÓN AIRE / COMBUSTIBLE DE LOS DATOS DE LABORATORIO

Para la medida del flujo de aire que entra al motor, se tomó el dato del diámetro del ducto de aire de admisión (2"), se calculó el flujo como el producto de la velocidad del aire por el área de ese ducto. Por carta psicrométrica y para las condiciones atmosféricas locales hallamos la densidad del aire: 0.873 Kg/m3.

La relación A/F resultante nos da siempre mayor a 19, indicando un exceso de aire en la mezcla.

NOTA: los datos de color verde claro en la tabla anterior, se obtuvieron por medio de la gráfica de la prueba Morse.

La eficiencia térmica nos da un valor elevado, una eficiencia térmica común en los motores de combustión oscila alrededor del 30% y acá se tienen valores elevados, hasta del 61%.

GRÁFICAS RESULTANTES CARACTERÍSTICA DE VELOCIDAD

5. COMPARACIÓN DE LOS VALORES DE POTENCIA AL FRENO DE LOS DOS LABORATORIOS

Se puede ver que los datos de los dos laboratorios muestran curvas casi idénticas en su comportamiento, dando mayor confianza en los valores tabulados.

CARACTERÍSTICA DE VELOCIDAD

GRÁFICOS DE GASES DE ESCAPE, A/F

De acuerdo con la RESOLUCIÓN 160 DE 1996, Las fuentes móviles con motor a gasolina no podrán emitir monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) al aire en cantidades que excedan los valores descritos en el siguiente cuadro:

Por lo tanto, con el motor operando en ralentí se cumple la normatividad.

6. INFORME DE ENSAYO NORMA TÉCNICA NTC 1930

6.1. MOTORES DE IGNICION POR CHISPA – CARACTERISTICAS ESENCIALES

6.1.1. DESCRIPCION DEL MOTOR

MODELO: 1991

TIPO: RENAULT M 1100 MASTER

CICLO: 4 TIEMPOS

DIAMETRO DEL CILINDRO: 70 mm

CARRERA DEL PISTON: 72 mm

NUMERO DE CILINDROS: 4

DISPOSICION DE LOS CILINDROS: EN LINEA

ORDEN DE ENCENDIDO: 1 – 3 – 4 – 2

VOLUMEN DEL MOTOR: 1.1 litros

RELACION DE COMPRESION: 8.3 : 1

Sistema de enfriamiento

1. Naturaleza del liquido: agua o refrigerante

   Bomba de circulación: si

   Características:

   Tipo (s):

   Relación de arrastre:

   Termostato:

   Calibración:

   Radiador:

   plano(s) o características: POSEE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DISEÑADO EN LA UNIVERSIDAD

   Ventilador: NO POSEE

   características:

   Tipo(s):

   Sistema de accionamiento del ventilador:

   Relación de arrastre:

   Cubierta del ventilador: NO POSEE

2. Líquido
3. temperaturas especificadas por el fabricante

Líquido de enfriamiento

Temperatura máxima a la salida del motor: 351.8 k

Aire de enfriamiento

Punto de referencia (descripción):

Temperatura máxima en el punto de referencia:

Temperatura del combustible min: max:

Temperatura del lubricante min: 310.2 K max: 323 K

Sistema de admisión

Descripción y diagramas de las entradas y sus accesorios

Colector de admisión

Descripción Se encuentra oxidado pero no está roto

Filtro de aire: MOBIL

Modelo: MA – 3021 RENAULT 4 Y 6

Tipo: de filtro de papel

Silenciador de entrada: NO POSEE

Modelo:

Tipo:

6.2.2. DISPOSITIVOS ADICIONALES PARA EL CONTROL DE HUMO

Descripción y diagramas NO

6.1.3. SITEMA DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE

Alimentación de combustible

Por carburadores

Número: 1

Modelo SOLEX

Tipo: de un cuerpo

Ajustes

Surtidores

Venturis

Nivel del flotador

Peso del flotador

Aguja del flotador

Choque manual

Graduación de cierre

Bomba de alimentación

Presión

6.1.4. SINCRONIZACION DE LAS VALVULAS

Máxima elevación de las válvulas y ángulos de apertura y cierre en relación con los puntos muertos

AVANCE APERTURA DE ADMISION 14 °

RETRASO CIERRE DE ADMISION 38 °

AVANCE APERTURA DE ESCAPE 53 °

RETRASO CIERRE ESCAPE 15 °

Referencia y/o rangos de calibración

6.1.5. SISTEMAS DE IGNICION

Distribuidor de ignición

Sensor de autoencendido: no

Estrategia: solo retardo o avance/retardo

Modelo DUCELLIER

Curva de avance de ignición

Sincronización de ignición

Distancia de los puntos de contacto y ángulo del intervalo

Bujías

Modelo CHAMPION

Tipo L 92 Y

Ajuste de la distancia de la chispa 0.55 a 0.65 mm

Bobina de encendido

Modelo

Tipo convencional

Condensador de ignición

Modelo AUTOMOTOR

Tipo

Equipo de supresión de radio interferencia

Modelo

Tipo

6.1.6. SISTEMA DE ESCAPE

Descripción del colector de escape

Se encuentra oxidado pero no está roto

Descripción de otras partes del equipo de escape, si el ensayo se realiza con todo el equipo que entrega el fabricante, indicación de la máxima contrapresión a la máxima potencia especificada por el fabricante

Posee presilenciador y silenciador, ninguno tiene una marca de fabricante visible

6.1.7. SISTEMA DE LUBRICACION

Descripción del sistema

Posición del depósito de lubricante: cárter inferior

Sistema de alimentación: circulación por bomba

Bomba de circulación

Modelo

Tipo

Mezcla con combustible

Porcentaje

Enfriador de aceite con/sin

Plano(s) o características

Tipo(s)

6.1.8. EQUIPO ELECTRICO

Alternador

Características

Tipo(s)

6.2. CONDICIONES DE ENSAYO PARA MEDIR LA POTENCIA NETA DEL MOTOR

NOMBRE O MARCA COMERCIAL DEL MOTOR: Renault 4 master M 1100

Tipo e identificación del número de motor: no posee placa de motor

Condiciones de ensayo

Presiones medidas a la potencia máxima

Presión barométrica total

Presión de vapor de agua

Contrapresión del sistema de escape

Ubicación del punto de medición de la contrapresión de escape

Depresión a la entrada

Presión absoluta en el ducto de entrada

Temperaturas medidas a la potencia máxima

1. del aire a la entrada
2. a la salida del interenfriador del motor
   • a la salida del líquido de refrigeración del motor
   • en el caso de aire refrigerante en el punto de referencia
3. del líquido de refrigeración
4. del aceite de lubricación
   • a la entrada del carburador : aparato medidor del flujo de combustible: gravimétrico
   • dispositivo medidor del flujo de combustible

   Características del dinamómetro

   Marca: Heenan & Froude

   Modelo DPX 2, valor MAX BHP 150 @4000 – 7500 RPM

   Tipo:

   Clasificación: freno hidráulico

   Combustible. Para motores de ignición por chispa que funcionan con combustible líquido

   Marca y tipo ECOPETROL

   Especificación Gasolina corriente

   Número de octano (RON) 81 / 87

   Número de octano del motor (MON) 83

   Porcentaje y tipo de oxigenados 2.7 a 3.5 %

   Densidad 710 kg/m3

   Valor calorífico más bajo estimado: 43000 KJ/Kg

   Lubricante

   Marca

   Especificación

   Viscosidad SAE

   6.3. DECLARACIÓN DE RESULTADOS COMO FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DEL MOTOR

   

   CONCLUSIONES

   1. En cuanto a la potencia al freno máxima, el motor desarrolló 15,14 Kw a 4985 RPM en la prueba característica de velocidad y 15,59 kW en la prueba Morse. A pesar de que algunos dicen que la prueba Morse tiene sus desventajas y que puede no ser recomendable, los valores son parecidos.

   2. El motor cumple con la normatividad de emisiones en ralentí, demostrando un buen desempeño general. El hecho de que las gráficas no muestren una dispersión excesiva de los datos muestra que los datos fueron tomados con gran esmero y que el motor se encuentra en buen estado a pesar de ser un modelo con casi 15 años de edad.

   3. En cuanto a la temperatura de los diversos fluidos (aire admisión, gases de escape y refrigerante), mostraron comportamientos estables durante ambas pruebas, indicando la efectividad de los sistemas de lubricación y enfriamiento. La temperatura de los gases de escape si mostró un comportamiento un poco errático.

   4. El desarrollo del presente informe hace de la materia máquinas térmicas una labor más interesante, al llevar muchos conceptos teóricos a la realidad. Aunque las normas ICONTEC a veces tienen detalles que generan más preguntas de las que contestan, por lo menos este informe sirve para dar una mejor reseña de lo que es la caracterización de un motor de combustión interna.

   5. El consumo específico de combustible muestra un rango de revoluciones del motor económico que va desde las 2200 hasta las 4500 RPM, rango normal para la operación de un motor de ese tipo.

   BIBLIOGRAFÍA

   [1] OBERT. F. Motores de Combustión Interna, Editorial Cecsa. México 1987

   [2] Catálogo General Motores Renault.

   [3] EASTOP & Mc CONKEY, Applied Thermodynamics. Quinta edición

   [4] Norma técnica colombiana NTC 1930, "Vehículos automotores. Motores de combustión interna.

   Determinación de la Potencia Neta". ICONTEC.

   [5] Norma técnica colombiana NTC 2016, "Vehículos automotores. Motores de combustión interna.

   Determinación de la potencia Bruta". ICONTEC.

   [6]Resolución 160 de 1996 DAMA Departamento Administrativo del Medio Ambiente

    

   Andrés Mesa Muñoz

   Federico Guillermo Rojas

   INSTALACIONES Y MÁQUINAS TÉRMICAS I

   BOGOTÁ, COLOMBIA

   UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

   FACULTAD DE INGENIERÍA

   DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

   2006

5. del combustible