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ENSAYO DE MOTORESPROF. MARIA ALTAMAR Objetivos. Caractersticas. Relacin entre potencia: en el combustible, efectiva e indicada. Mediciones que se llevan a cabo en bancos de motores: Potencia, par, consumos de aire y combustible, rpm. Temperatura, presin en el cilindro. Flujo de lquido y prdidas de calor. Emisiones de escape. Tipos de ensayos que se realizan en MCIA. Velocidad variable y constante en MECH y MEC. Recoleccin de datos: frmulas utilizadas, factores de correccin. Curvas caractersticas: anlisis. (Pot., Par, ge) vs rpm. (he, hi, hm) vs rpm. (ma, mc) vs rpm. Multiparamtricas.CONTENIDOENSAYO DE MOTORESDebido a la complejidad de los MCIA es necesario disponer de laboratorios donde se puedan realizar ensayos, verificar nuevas ideas o emplear herramientas para diseos originales.

Los experimentos de laboratorio permiten mejor control de la variable a ensayar Los ensayos de MCIA permiten reproducir condiciones similares a las de funcionamiento en carretera, obtenindose los parmetros caractersticos del motor, con los cuales se puede estudiar el comportamiento del mismo bajo carga.

OBJETIVOSPlanificacin cuidadosa de los experimentos.Conocer las caractersticas de funcionamiento de motor.Conocer las variables primarias y secundarias del problema.Experiencia en el campo del diseo experimental.Asegurar la forma adecuada para la toma de datos, lo que involucra: suficiente informacin, mnimo numero de errores, etc.Tipo de informacin requerida y cual necesita experimentos ms sofisticados.Exactitud deseada en las mediciones.Capacidad para almacenamiento de informacin.Eliminar el excesivos numero de ensayos de prueba.Reduccin de tiempo, dinero y uso ineficiente de equipos costosos.Produccin en serie reducen las pruebas de normalizacin.ASPECTOS IMPORTANTES

POTENCIA DESARROLLADA POR EL MOTOR

POTENCIA EN EL COMBUSTIBLE

POTENCIA DESARROLLADA POR EL MOTORPOTENCIA INDICADALa potencia desarrollada dentro del cilindro del motor por la expansin de los gases de la combustin se conoce como potencia indicada.

Parte de esta potencia es necesaria para Vencer la friccin de las partes mviles de la mquina (perdidas mecnicas)Mover los elementos y accesoriosCargar el aire fresco dentro del cilindro en la carrera de admisin Expulsar los gases residuales en la carrera de escape (trabajo de bombeo)

Por lo tanto la potencia disponible en el eje We es inferior a la potencia desarrollada dentro del cilindro WiPOTENCIA DESARROLLADA POR EL MOTORPOTENCIA EFECTIVAPOTENCIA DESARROLLADA POR EL MOTOREs la potencia medida directamente en el eje del motor pero tomando en cuenta las perdidas mecnicas.Lapotencia efectivaes generada por este par y se conoce tambin como potencia al freno,ya que se mide empleando un dispositivo frenante, que aplicado al eje del motor, se opone al par motor permitiendo medir su valor.Uno de los primeros dispositivos empleados fue el "freno de Prony", actualmente en desuso por haber sido superado por otros ms sofisticados; no obstante, para aclarar el concepto aplicado a la determinacin de la potencia efectiva, recurriremos al freno Prony, constituido por un gran tambor de radio r, solidario al eje del motor, que es abrazado por las zapatas regulables del freno. Forma parte de ellas el brazo de longitudl, de cuyo extremo libre pende un pesoF.

EFICIENCIA EFECTIVAPOTENCIA DESARROLLADA POR EL MOTORSe define como la relacin entre la energa liberada por la combustin del combustible y la potencia obtenida en el eje; es el parmetro que muestra la capacidad de la mquina para convertir la energa qumica del combustible en trabajo til disponible en el eje.

PERDIDAS MECANICAS - Potencia: - En el eje del motor.- Velocidad: - En el eje del motor.- Temperatura: - Sistemas del motor.- Cmara de combustin.- Consumo de aire: - Sistema de admisin.- Consumo de combustible: - Carburador o sistema de inyeccin.- Presin: - En el cilindro- En el mltiple de admisin o escape.- Anlisis gases de escape: - CO2, H2O, N2, CO, ..........,NOxENSAYO DE MOTORES: MEDICIONESLas pruebas estticas comunes en motores de combustin interna pueden dividirse en dos tipos.

Caractersticas de velocidad.Caractersticas de carga.

Cada uno de estos tipos de pruebas puede subdividirse, pero en todas se busca obtener:Parmetros relevantes del motorCuantificar la variacin de algunos de ellos con respecto a otrosVelocidadPotencia al frenoTorque o cargaConsumo horario de combustibleConsumo especifico de combustibleConsumo horario de aireConsumo especifico de aireApertura del aceleradorTipos de Pruebas estticas.ENSAYOS DE MOTORES: MEDICIONES

PAR Y POTENCIA

EN BANCOS DE PRUEBAEl motor/generador elctrico es de corriente continua, se alimenta con 220 voltios, y no tiene ventilador de enfriamiento. Su eje va montado sobre rodamientos de bolas ubicados en chumaceras a ambos extremos. La carcasa tambin va montada sobre rodamientos (el devanado del motor/generador elctrico) permitindole girar sobre la lnea central del eje, y trae un brazo de 30 centmetros (11.8 pulgadas) de radio anclado a una balanza resorte.En el frente de la estructura se encuentra el dinammetro, que consta de la balanza de resorte con la caratula graduada para lecturas entre 0 a 15 Kg. (0-33 libras) y dispone de un platillo para alojar pesos de 10kg (22 libras) y de 20 Kg. (44 libras) de modo que se pueda aumentar la reaccin del torque para la misma graduacin de la balanza.

El resorte de la balanza trae un tornillo para poder nivelar el brazo y va aislado de la vibracin a travs de un caucho, adems para reducir las oscilaciones del dinammetro, en el brazo opuesto al de carga (en la carcasa del motor/generador) viene montado un amortiguador . Antes de tomar cada lectura, se debe nivelar el extremo del brazo de carga, as se asegura que la lnea de accin del balanceo es perpendicular al brazo de torque.

La medicin del torque es un mecanismo practico de gran importancia para establecer la capacidad de una maquina para producir trabajo y su valor constituye un factor bsico en la determinacin experimental de la potencia. Para el efecto, se utilizan generalmente el freno de Prony de accin mecnica, el dinammetro hidrulico o el dinammetro elctrico.

En el motor a gasolina se utilizar un dinammetro hidrulico, el cual consiste en un disco montado en una cubierta, la cual contiene un fluido. La resistencia que encuentra el disco al girar es igual y opuesta a la reaccin que tiende a hacer girar la funda o cubierta.MEDICION DE PAR Y POTENCIAComo se observa en la Figura montando la funda en los cojinetes a que son independientes de los b de la flecha, pueden medirse el esfuerzo de rotacin pasando la fuerza ejercida por la cubierta.Para aumentar la carga puede aumentarse la cantidad de agua en la cubierta mediante las vlvulasc

Para que la carga se mantenga constante es necesario mantener la viscosidad del fluido constante; logrndolo, haciendo fluir el lquido continuamente.Estos motores se emplean cuando se tienen cargas muy pesadas y altas velocidades, ya que la capacidad es aproximadamente proporcional al cubo de la velocidad de giro.

MEDICION DE PAR Y POTENCIAEn el motor DIESEL, se dispondr otro mtodo para frenar el motor basado en un DINAMMETRO DE CORRIENTES PARSITAS, que consiste en un disco que al ser accionado por el motor sujeto a prueba, gira en un campo magntico, la intensidad del campo se controla variando la corriente que pasa por una serie de bobinas colocadas a ambos lados del disco, el cual acta como un conductor cortando el campo magntico.

En la Figura se observa un dinammetro de corrientes parsitas, en el cual se pueden detallar que la cubierta a se soporta en los cojinetes b de modo que cualquier tendencia del estator de moverse ser detectada por la balanza acoplada.

MEDICION DE PAR Y POTENCIAMEDICION DE PAR Y POTENCIA

CARACTERISTICA DEL FRENO

MEDICION DE VELOCIDADCONSUMO DE AIRE

Para determinar el flujo msico de aire que circula cuando han sido establecidas las condiciones de flujo, se utiliza una placa orificio en la que se mide, mediante un manmetro diferencial, la cada de presin generada por el paso de aire a travs de la misma. Se registra adems la temperatura y presin antes de la placa a fin de determinar la densidad del aire

La exactitud del flujo msico obtenido, depende de la precisin en la medida de la cada de presin que se produce en los extremos de la placa

Se debe incorporar un deposito de remanso suficientemente grande como para asegurar que en su interior la velocidad es despreciable y en el que se mide su presin y temperatura.Cuando una placa se coloca en forma concntrica dentro de una tubera, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y despus se expande de repente al dimetro total de la tubera. La corriente que fluye a travs del orificio forma una vena contracta y la rpida velocidad del flujo resulta en una disminucin de presin hacia abajo desde el orificio.

Parte motriz - Ventilador centrifugo que impulsa el aire a travs de un primer deposito de remanso que cumple la funcin de eliminar las fluctuaciones de flujo

Manmetro diferencial entre la admisin y descarga del caudalimetro (placa de orificio con cierto dimetro) mide la cada de presin a travs de la placa, con la cual se puede determinar el gasto que circula por el sistema.

El aire que sale del caudalmetro es conducido por un tubo hacia la culata del motor y pasa a travs de su vlvula de admisin y un cilindro simulado y descarga en el deposito de remanso final que atena las fluctuaciones de presin producidas por la apertura de la vlvula.

DEPOSITO DE REMANSO

DEPOSITO DE REMANSO

CALCULO DEL DEPOSITO DE REMANSO

MEDIDOR DE FLUJO VISCOSO

Medidor de caudal, flujo viscosoMEDICION DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE

El Rotmetro: tiene un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cnico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el rea anular entre l y la pared del tubo sea tal, que la cada de presin de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posicin del flotador indica el gasto o caudal.

El valor de Cd en funcin al # de Reynolds del flotador.

ECUACIONES DEL ROTAMETROEl mtodo aceptado para medir la cantidad de combustible usado por un motor es el de pesar el combustible consumido en un intervalo de tiempo, obtenindose el consumo medio de combustible durante el periodo de prueba.

Por medio de este mtodo se consiguen valores muy aproximados, pero su implementacin es bastante compleja; por lo cual se prefiere una prctica ms simple pero no aceptada formalmente y que es la que est implementada en el laboratorio, la cual consiste en la medicin del volumen de combustible en un intervalo de tiempo determinado y convertir el volumen a masa o peso, utilizando la densidad o el peso especfico.

Bajo el procedimiento semiautomtico, se admite manualmente combustible en un banco de buretas; el nivel baja al fluir el combustible al motor, al encontrarse el nivel con un diodo fotosensible este activa un reloj; posteriormente al seguir bajando el nivel, llega hasta el punto inferior donde hay otro diodo fotosensible que detiene la marcha del reloj. Esta operacin puede realizarse de modo manual utilizando un cronometro y verificando visualmente los pasos del nivel.

FLUXOMETRO DE TURBINA

El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad del flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a travs de una bobina magntica, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrnico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden medir con fluxmetros de turbina de varios tamaos.

ANALIZADOR DE GASES

Este aparato se utiliza para lograr una completa sincronizacin del motor; nos mide la composicin de los gases del escape mediante su anlisis y comparacin con una muestra base a partir de la cual se puede determinar la composicin porcentual volumtrica de los gases tomados del motor que se quiere sincronizar.

Las partes constitutivas generales de esta mquina son:

Emisor de rayos Infrarrojos.Lentes.Cmara de gases para muestra patrn.Cmara para muestra de gases.CompresorAguja para toma de datosTubo para escape del automvilCaptadores de rayos Infrarrojos.Comparador.

El funcionamiento de sta mquina se desarrolla de la siguiente manera:

Los tubos emisores de rayos infrarrojos proyectan estos a travs de unos lentes que se seleccionan de acuerdo a la sustancia que se quiere determinar ( CO2 , CO, HC, O2); luego el rayo difractado pasa a travs de las cmaras de gases y son proyectadas sobre un dispositivo censor. De manera paralela sucede un proceso igual pero en una cmara de gases donde est contenida la muestra patrn; que tambin es proyectada sobre el censor. De estos censores parten datos que son comparados y que arrojan los datos finales que son ledos en el tablero del aparato.Puesta a punto del analizador de Gases:Teniendo tapada la aguja de toma de gases se chequea que el aparato emita el mensaje LOF en todos sus display a fin de verificar la fiabilidad de la lectura.Se realiza la prueba de fugas segn el manual. En caso de existir una fuga se mostrar el aviso LEC

Programacin de la prueba:Se acondiciona el analizador de acuerdo a las caractersticas del motor. (tipo de encendido, No de tiempos, No de cilindros).Seleccin del tipo de combustibles.Seleccin de la relacin Aire - Combustible ( Fe ).Se enciende el motor en marcha lenta.Se conecta la aguja de toma de gases al tubo de escape solo cuando est listo para tomar la muestra.Fijndose en el tablero, se lleva el motor a que tenga una mezcla lo ms rica posible; lo cual se logra graduando el tornillo de regulacin de mezcla en vaco, variando la relacin AIRE-COMBUSTIBLE.Una vez estabilizado el motor se toman los datos del tablero.Procedimiento Experimental para la Medicin de gases de EscapePrueba de Emisin de Gases:

La gran contaminacin ambiental en el mundo a obligado a tomar medidas para limitar su aumento, por lo cual los estndares de emisin vehicular se han vuelto ms estrictos y los de control ms sofisticados, haciendo obsoletos los analizadores no infrarrojos ya que estos no pueden medir las concentraciones de CO y HC al igual que presentan inexactitudes en la medicin de los otros compuestos.

Los productos medidos por este analizador de gases tienen las siguientes caractersticas:

Monxido de carbono (CO):

Este es un subproducto de la combustin sin olor y txico. Se presenta por la combustin incompleta causada por el exceso de combustible en la mezcla Aire - combustible. Este aumenta cuando se presentan mezclas muy ricas.

Las causas para la presencia de un alto nivel de CO son:Mezcla muy rica de combustible.Baja velocidad de marcha en RALENTI o mnima.Avance de chispa incorrecto.Fallas en el analizador de gases. (Sistema PCV, filtro sucio, etc.)Estrangulador defectuoso (Choque).Hidrocarburos (HC):

Es fruto de la combustin incompleta, que se produce cuando la mezcla dentro del cilindro llega a las paredes de este y se apaga dejando combustible sin quemar. Se mide en partes por milln en volumen.

El exceso de HC en vehculos se debe a fallas o defectos mecnicos, elctricos o en el carburador.

Oxgeno (O2):

Este es uno de los mejores indicadores de la forma en que se realiza la operacin en el motor. Indica la cantidad de oxgeno residual a la salida del escape, luego de la quema. La lectura se da en porcentaje de volumen.

El O2 residual aumenta directamente proporcional con la relacin aire - combustible hasta un lmite en que la mezcla es incombustible.

En mezclas ricas en combustible la lectura de O2 residual ser baja pero la lectura de CO ser alta. Por lo cual es indispensable disponer de ambas.Dixido de Carbono (CO2):

Al igual que los anteriores es un producto de la combustin. En bajas concentraciones no es txico ya que es procesado por las plantas. Se mide en porcentajes de volumen.

En las siguientes grficas podemos observar el comportamiento de los gases de escape con base en la relacin aire combustible:

xidos de nitrgeno liberados al aire por las combustiones (NOx)

Los xidos de nitrgeno son liberados al aire desde el escape de vehculos motorizados (sobre todo disel y de mezcla pobre), de la combustin del carbn, petrleo o gas natural, y durante procesos tales como la soldadura por arco, galvanoplastia, grabado de metales y detonacin de dinamita. Tambin son producidos comercialmente al hacer reaccionar el cido ntrico con metales o con celulosa.

Los xidos de nitrgeno, una vez liberados al aire por las combustiones (NOx) forman, a travs de reacciones fotoqumicas, contaminantes secundarios, por ejemplo el PAN (nitrato de peroxiacetilo), formando el esmog fotoqumico o niebla tipo Los ngeles, tpica de las zonas con gran concentracin de vehculos de motor. Las reacciones producidas en la atmsfera por estos compuestos son muy complejas, e intervienen radicales OH, O3 NO, y otros