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OBJETIVOS

Determinar la infuencia de los parámetrosexplotacionales y constructivos del motor Diesel

sobre los coecientes de llenado (ecienciavolumétrica), y de exceso de aire.

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EQUIPOS E INSTRUMENTOS• Banco de pruebas: Motor Perkins

• Dispositivo para medir el consumo de combustible por elmétodo volumétrico.

• Cronómetro

•  Termómetros.

• Dinamómetro

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• Equipos de medición de temperatura y presión

• Manómetros de mercurio.

MARCO TEÓRICO

PROCESO DE ADMISIÓN

a cantidad de car!a "resca depende de los si!uientes "actores:

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Pérdidas #idr$ulicas en el sistema de admisión% que #ace

disminuir la presión de la car!a suministrada en la

ma!nitud  &pa '

Cantidad Mr de productos quemados (!ases residuales) enel cilindro% que ocupan parte de su volumen'

Calentamiento de la car!a por las super*cies de las

paredes del sistema de admisión y del espacio interior del

cilindro en la ma!nitud &T% como consecuencia de la cual

disminuye la densidad de la car!a introducida.

Cantidad de gases residuales

En el proceso de escape no se lo!ra desalo+ar por completo del

cilindro los productos de la combustión% ocupando éstos cierto

volumen a presión Pr y temperatura Tr respectivas.

En el proceso de admisión los !ases residuales se e,panden y

me-cl$ndose con la car!a "resca que in!resa% #acen disminuir elllenado del cilindro% a cantidad de !ases residuales Mr depende

del procedimiento empleado para limpiar el cilindro% as como de

la posibilidad del barrido del cilindro por la car!a "resca.

a cantidad de !ases residuales se caracteri-a por una ma!nitud

relativa denominada coe*cientes de !ases residuales.

1 M 

 M r r   =γ  

En los motores de cuatro tiempos% que tiene traslapo de v$lvula

(no mayor de /0 1 203)% el cual e,cluye la posibilidad de barrido%

puede considerarse que al *nal de la carrera de escape los

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!ases residuales ocupan el volumen de la c$mara de

combustión 4c% y por lo tanto% su cantidad:

r 

cr r 

T  R

V  P  M 

⋅

⋅=

a ma!nitud Pr queda de*nida por la presión del medio

ambiente al cual se e,pulsa los !ases% es decir% por la presión Po

en caso en caso de escape a la atmós"era o Pp cuando en el

escape se instala un silenciador o un colector% #abiendo

sobrealimentación por turbocompresor% a"ectada de las pérdidas

#idr$ulicas en el ducto de admisión.

( )   ( )  2

2

20

20

2VE 

r r  pr  A

n A P  P  P    β ξ 

 ρ ++=

Donde:

2

 A

: coe*ciente de proporcionalidad de escape que depende

del motor

r r 

  β ξ   ,

: mismo par$metros que admisión pero re"eridos a

escape.

a temperatura Tr depende de la composición de la me-cla% del

!rado de e,pansión y del intercambio de calor en la e,pansión

y en el escape. En los motores de !asolina% en los cuales la

composición de la me-cla vara entre lmites relativamente

peque5os% la temperatura Tr% decrece insi!ni*cativamente al

disminuir la car!a. a temperatura Tr en los motores Diesel es

considerablemente menor (en 600 1 /00 7)% comparada con la

de los motores a !asolina% debido a las relaciones de compresión

y respectivamente de e,pansión m$s altas y a las temperaturas

m$s ba+as en este 8ltimo proceso.

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Es muy importante se5alar que el aumento de la relación de

compresión siempre va acompa5ado de la disminución de Mr.

El n8mero de moles de la car!a "resca M9 se caracteri-a por las

condiciones de llenado y re!ulación de la car!a. l disminuir la

car!a en los motores a !asolina mediante la reducción de los

!ases la ma!nitud M9 decrece. l #aber sobrealimentación M9

aumenta.

En los motores a !asolina el coe*cienter γ   es mayor% que en los

motores Diesel% debido a menores relaciones de compresión. l

disminuir la car!a en los motores a !asolinar γ  

  aumenta. l

introducir la sobrealimentación el coe*cienter γ  

  disminuye

como resultado de una mayor cantidad de M9.

En los motores de !asolina sin sobrealimentación% a plena car!a%

r γ  

 vara entre los valores de 0.0; 1 0.9.

En los motores de cuatro tiempos el coe*cienter γ  

 puede ser

disminuido utili-ando la sobrealimentación y aumentando en

cierta medida el traslapo de las v$lvulas.

 Temperatura de calentamiento de la car!a

a car!a "resca durante su movimiento por el sistema de

admisión y dentro del cilindro entra en contacto con las paredes

calientes% elev$ndose su temperatura en  T. El !rado de

calentamiento de la car!a depende de la velocidad de su

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movimiento% de la duración de la admisión% as como de la

di"erencia de temperaturas entre las paredes y la car!a.

l aumentar la temperatura de la car!a su densidad disminuye%

por eso el calentamiento especial del sistema de admisión en el

motor de carburador es conveniente solo #asta cierto lmite

correspondiente al calor necesario para la vapori-ación del

combustible. El calentamiento e,cesivo in 60 1 203C. Para el

motor con "ormación e,terna de la me-cla  T > 0 1 603C.

Coefiente de llenado

El !rado de per"ección del proceso de admisión se acostumbra

evaluar por el coe*ciente de llenado o rendimiento volumétrico

nv que es la ra-ón entre la cantidad de car!a "resca que se

encuentra en el cilindro al inicio de la compresión real% es decir%

al instante en que se cierran los ór!anos del intercambio de

!ases% y aquella cantidad de car!a "resca que podra llenar la

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cilindrada (volumen de traba+o del cilindro) en las condiciones

de admisión.

os c$lculos muestran que para los motores con "ormación

e,terna de la me-cla% que "uncionan con combustible lquido% la

di"erencia entre los coe*cientes de llenado% calculando

considerando la condición de la car!a "resca puede ser el aire o

la me-cla aire 1 combustible% es insi!ni*cante. Por eso en lo

sucesivo% para estos motores as como para los de tipo Diesel%

vamos a determinar la nv la cantidad de aire admitida al

cilindro. =e!8n la de*nición:

h

 K 

 K h

ar 

at 

ar V 

V 

V 

niV 

G

G

Gn   =

⋅⋅⋅

==

 ρ 120

Donde:

?ar: cantidad m$sica real de car!a "resca que seencuentra en el cilindro al inicio de la compresión% en 7!.@#

47: volumen de car!a "resca reducido a las condiciones de

admisión (Pk y Tk) que in!resa a un cilindro del motor en

un ciclo% en m/.

En los motores de cuatro tiempos con barrido del cilindro y en

los motores de dos tiempos% en el periodo de traslapo de lasv$lvulas parte de la car!a "resca suministrada se pierde en el

barrido y no participa en los procesos de compresión y

combustión.

!atores "ue in#u$en so%re el oefiente de llenado

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Para e"ectuar un an$lisis adecuado de los "actores que in

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0

/

l 

r  REALca

=α 

=iendo la me-cla estequiométrica > o (l > lo) el coe*ciente

de e,ceso de aire > 9' si 9 (insu*ciencia de o,!eno)% la

me-cla se denomina rica' cuando 9 (e,ceso de o,i!eno)% la

me-cla se denomina pobre.

En los motores de !asolina con encendido de la me-cla

#omo!énea por c#ispa y con re!ulación combinada% cuando lamariposa de !ases est$ completamente abierta% la mayor

economicidad y el transcurso su*cientemente estable del

proceso de combustión se lo!ra siendo > 9.9 1 9./.

a m$,ima potencia de estos motores se obtiene enriqueciendo

li!eramente la me-cla (> 0.F 1 0.G). Para alcan-ar un traba+o

estable del motor a ba+as car!as y en vaco se necesita un

mayor enriquecimiento de la me-cla. En caso de 9% debido a

la insu*ciencia de o,!eno% el combustible no se quema

totalmente% como consecuencia de lo cual durante la

combustión el desprendimiento de calor es incompleto y en los

!ases de escape aparecen los productos de la o,idación

incompleta (CH% I% CI2 y otros).

&ATOS OBTENI&OS ( C)*CU*OS

&ATOS &E* MOTOR PER+INS ( COMBUSTIB*E

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&ATOS OBTENI&OS EN E* *ABORATORIO

as tablas 9 y 6 muestran los datos necesarios para reali-ar lae,periencia. os cuales #an sido obtenidos medianteinstrumentos en el laboratorio.

N, -.e/01 n/r231 !4/l%1 !5/l%1 t/seg1-S/36

g19 /.20 9J00.00 66.F0 F0.00 69.99 90.90

6 /.F0 9J00.00 6F.60 JF.00 92.29 90.20/ /.;0 9J00.00 /F.00 900.00 90.6G 90.F0

2 /.J0 9J00.00 6.F0 9F0.00 J./G 99.60

F /.0 9J00.00 6J.00 9JF.00 ;.90 99.J0

; /.G0 9J00.00 26.00 9JF.00 F.00 96./0

Ta%la 4

N, -.e/01 To/ C1-P7/3

6g1T7/ C1

T/01

Paeite/2si1

V /381

9 /.20 ;.00 K/.90 /.00 K F;.00 6F.006 /.F0 J0.00 K6.20 /.00 K FF.00 6F.00

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/ /.;0 J/.00 0.60 29.00 K F2.00 6F.00

2 /.J0 J.00 F.20 2;.00 K F6.00 6F.00

F /.0 F.00 90.20 F6.00 K F9.00 6F.00

; /.G0 G9.00 92.20 F;.00 K F0.00 6F.00

Ta%la 5

C9lulo del aire te:rio;

*

.  30 aireh AT    iV nG   ρ ××××=

Para #allar el valor teórico del consumo de 7!de aire por #ora% usaremos la si!uiente "órmula. El resultadoobtenido para esta ecuación se muestra en la tabla /.

-.e/01

n/r231 V./l1t?a?

/+g=.1/.2 9J00.00 /.; 9.92/ 66F.0GF

Ta%la 8

C9lulo del onsu3o real de aire;

Como sabemos% el consumo real de aire es menor al teórico.

Para #allar este valor% usaremos la si!uiente "órmula

Gra=3600 x A x Cd x ( ρ aire x 273

760 x

 Po−∆ P x 10

273+T o)

os resultados obtenidos para los di"erentes valores de laposición de la cremallera se pueden ver en la tabla 2

-.e/01

-S/36g1

sen/@1 Po To-P7/3

6g1> r?a

/.2 90.9 0.F J2.2 /.0 K/.9 9G;.F

/.F 90.2 0.F J2.2 /9.0 K6.2 60F.F/G

/.; 90.F 0.F J2.2 /9.0 0.6 600.F/0

/.J 99.6 0.F J2.2 /9.0 F.2 9G.GGJ

/. 99.J 0.F J2.2 /9.0 90.2 9G6.G96

/.G 96./ 0.F J2.2 /9.0 92.2 9G0.69;

Ta%la

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C9lulo del onsu3o de o3%usti%le 2or .ora;

a ecuación a usar es simple comparada con las anteriores. osresultados obtenidos se muestran en la tabla F

.6.3 combC 

t 

V G   ρ ×

∆

∆×=

-.e/01

lo V /381 t/seg1/+g=.1

/.2 92.J00 6F.00 69.99 0.F /.;62

/.F 92.J00 6F.00 92.29 0.F F./0G

/.; 92.J00 6F.00 90.6G 0.F J.2/2/.J 92.J00 6F.00 J./G 0.F 90./F6

/. 92.J00 6F.00 ;.90 0.F 96.F29

/.G 92.J00 6F.00 F.00 0.F 9F./00

Ta%la

C9lulo de la 2otenia eetiDa;

Por 8ltimo #allaremos el valor de la potencia en kiloLatts para

cada uno de los casos (la Tabla ; muestra los resultados). Paraellos calcularemos primero el torque Me(Km) y usaremos lasi!uiente "órmula:

9550

n Me Ne

  ×=

-.e/01

n/r231 */31 !/N1 Me/N31 Ne/7F1

/.2 9J00.00 0./J 96/.60 2F.F2 .992

/.F 9J00.00 0./J 66/.90 6.F2 92.;G2

/.; 9J00.00 0./J 6G9.60 90J.J22 9G.90

/.J 9J00.00 0./J F22./6 609./G /F.F9

/. 9J00.00 0./J ;;/.02 62F./6F 2/.;J0

/.G 9J00.00 0./J FGF.2 660.2;9 /G.622

Ta%la G

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Coefientes;

En la tabla J se muestran todos los resultados obtenidos y losvalores del coe*ciente de llenado (nv) y del coe*ciente dee,ceso de aire(al"a)% para cada una de los valores de la posiciónde la cremallera. Para el c$lculo de estos coe*cientes se usar$nlas si!uientes ecuaciones

 AT 

 A RV 

G

Gn

.

.=

0

/

l 

r  REALca

=α 

-.e/01

>t?a?/+g=.1

> r?a >/+g=.1nD

H Ne/7F1

/.2 66F.0G 9G;.G /.;6 0.J /.J0 .99

/.F 66F.0G 60F.F2 F./9 0.G9 6.;/ 92.;G/.; 66F.0G 600.F/ J.2/ 0.G 9./ 9G.9

/.J 66F.0G 9GG.00 90./F 0. 9./9 /F.F

/. 66F.0G 9G6.G9 96.F2 0.; 9.0F 2/.;J

/.G 66F.0G 9G0.66 9F./0 0.F 0.F /G.62

Ta%la

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RESU*TA&OSDe la e,periencia reali-ada podemos obtener dos curvas muyimportantes% las cuales nos mostrar$n como varan loscoe*cientes de llenado y de e,ceso de aire cuando se vara laposición de la cremallera y manteniendo una velocidadconstante. mbos coe*cientes se !ra*car$n en "unción de lapotencia e"ectiva (7N). as !r$*cas de estas curvas% se puedenapreciar en las !r$*cas 9 y 6.

>r9fa 4

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F 9F 6F /F 2F0.E2

0.E;

0.EE

0.G0

0.G6

Variai:n del oefiente de llenado /nD1 en uni:n de la Potenia Ne/+F1

nv

Ne/+F1

Efienia Volu3Jtria ND

>r9fa 5

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F 9F 6F /F 2F0

9

6

/

2

0.EF

Variai:n del oeiiente de eKeso de aire /H1 en uni:n de la Potenia Ne/+F1

O

Ne/+F1

Coeiiente de eKeso de aire H

De la e,periencia reali-ada también podemos #allar el consumo

espec*co de combustible para la posición de la cremallera. acurva se #alla en el !r$*co / donde se muestra el valor de !e

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en kilo!ramos por kiloLatt #ora en "unción de la potenciae"ectiva e en kiloLatt.

>r9fa 8

F 90 9F 60 6F /0 /F 20 2F0.6F

0./0

0./F

0.20

0.2F

0.F0

Variai:n del onsu3o es2eLfo de o3%usti%le /ge1 en Cuni:n de la 2otenia /+F1

!e(7!@7NK#)

Potenia/+F1

ge /+g=+FE.1

CONC*USIONES

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• a !r$*ca 9 obtenida en el laboratorio% nos permitecomprobar e,perimentalmente que el coe*ciente dellenado est$ relacionado con la densidad del

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 OBSERVACIONES

•

as mediciones pueden ser ine,actas debido al error#umanos y anti!Redad de los equipos.

• l tomar la 8ltima medición% el motor se sobrecalentó% locual pudo entre!ar mediciones erróneas.

BIB*IO>RA!A

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MOTORES DE AUTOMOVIL. Jovaj, M.S. Edit. MIR, Moscú !"#

MANUAL DEL AUTOMOVIL. A$ias Pa%

 A&'(t)s d) c*as).