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7/30/2019 CURVAS CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD Y CARACTERISTICAS DE CARGA
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FIM
CURVAS CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD
Y CARACTERISTICAS DE CARGA
Profesor: Ing. Lastra Espinoza, Luis
Alumno: Mlaga Luyo, Federico
2011 - I
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OBJETIVOS
Conocer la metodologa para determinar las curvas caractersticas de velocidad, para unaapertura determinada.
Conocer la metodologa para determinar las curvas caractersticas de carga, para unavelocidad determinada.
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FUNDAMENTO TERICO
CURVAS CARACTERSTICAS:
Las curvas caractersticas de un motor decombustin interna son las que indican,
en funcin de la velocidad de rotacin
del motor, la potencia, el par y el
consumo especfico del mismo. Estn
incluidas en un rango de revoluciones,
debajo del cual el motor funciona muy
irregularmente y/o tiende a apagarse y si
se sobrepasa el lmite superior donde los
elementos mecnicos estn muy cerca
de sufrir daos irremediables o rupturas
irreparables. Estos dos extremos
determinan el campo de utilizacin de un
motor.
La curva de potencia crece
progresivamente casi constante hasta un
valor determinado que indica su valor
mximo, despus decrece rpidamente
hasta el lmite mximo de utilizacin del
motor. El descenso de potencia, ms all
de dicho valor se debe a la disminucin
del rendimiento volumtrico del motor.Actualmente existe el sistema VTEC el
cual por medio de una rotacin del eje
de levas, que vara la distribucin real del
motor haciendo que la curva de potencia
no caiga y as el motor tenga un mejor
rendimiento.
La curva de par del motor no es tan
pronunciada como la de potencia, es
decir, tiende a ser ms horizontal, pero
sin perder su concavidad. Tambin crece
al aumentar las revoluciones del motor
pero su progresin es menor. El par
mximo se encuentra a un menor nivel
de revoluciones que la potencia mxima
pero a la vez el decrecimiento del par es
mucho ms lento al aumentar la
velocidad de giro. La elasticidad de un
motor se conoce como el intervalo entre
el par mximo del motor y su potencia
mxima.
La curva de consumo especfico tiene
una presentacin grfica inversa a la del
par del motor, decrece al aumentar el
nivel de revoluciones hasta llegar al valor
de menor consumo en un nmero
determinado de vueltas del motor y a
partir de all empieza a crecer suave y
gradualmente hasta el lmite de
utilizacin del motor.
RELACIN ENTRE VELOCIDAD Y CARGA
MOTOR
Las fuerzas que hacen girar el cigeal
dependen de la presin que los gases
realizan en la cabeza del pistn, mientras
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que las que se oponen a su rotacin son
los rozamientos internos del motor y la
resistencia exterior, que suelen llamarse
carga y que es un par resistente aplicado
al cigeal.
La regulacin de la carga y de la
velocidad es una cuestin de equilibrio
entre las fuerzas que producen la
rotacin y las que la impiden. Establecido
el rgimen de rotacin, si vara la carga
se desequilibra el motor y esto debe
compensarse con una variacin parecida
de las fuerzas motrices, para que no
cambie el rgimen de rotacin.
En el motor Otto la regulacin de lacantidad de combustible se realiza
simultneamente a la del aire, mediante
una vlvula de mariposa. En el motor
Diesel slo se regula el combustible,
variando el caudal de la bomba de
inyeccin.
Se denominan puntos de funcionamiento
con apertura parcial todo el conjunto de
las posibles combinaciones de carga y de
revoluciones incluidas entre el
funcionamiento al mnimo (carga nula y
rgimen mnimo) y el funcionamiento
con plena apertura (mxima carga para
todos los regmenes de rotacin del
motor).
Durante el funcionamiento con plena
apertura, variando la carga tenemos el
rgimen al que el motor suministra la
mxima potencia. Si, a partir de estos
valores, aumentamos la carga aplicada,
el rgimen y la potencia disminuyen; si
se reduce la carga, la velocidad del motor
aumenta, pero la potencia tambin
disminuye. El rgimen con mxima
potencia se llama rgimen de potencia
mxima.
El par motor, que corresponde a la
fuerza desarrollada durante la rotacin,
alcanza su valor mximo a un
determinado rgimen (inferior al de la
potencia mxima), a partir del cual
disminuye al aminorarse:
El rendimiento volumtrico (esto seexplica teniendo en cuenta que paracada motor existe una velocidad de
rotacin en correspondencia de la
cual la masa del fluido activo que
entra en los cilindros en cada ciclo es
la mxima posible).
El rendimiento mecnico (debido alaumento de las prdidas por
rozamiento en los rganos
fundamentales del motor y en los
mecanismos auxiliares que ste
arrastra).
Con este rgimen la p.m.e. y por lo tanto
el par motriz tienen su valor mximo. La
potencia sigue creciendo al aumentar la
velocidad de rotacin, y por lo tanto la
masa utilizada en la unidad de tiempo ya
que, aunque disminuya la masa del fluido
activo utilizada en cada ciclo, aumenta el
nmero de ciclos.
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CURVA DE CONSUMO ESPECFICO DE
COMBUSTIBLE
El consumo especfico (qb) representa la
cantidad de combustible consumido por
el motor en gramos (gr) para suministrar
una determinada potencia, caballos (CV),
en la unidad de tiempo, hora (h). Ya que
el trabajo por la unidad de tiempo es la
potencia, el consumo especfico
representa la cantidad de combustible
necesario para que el motor puedaefectuar un trabajo til, venciendo los
rozamientos y las prdidas. Por
consiguiente, el consumo especfico
representa un ndice del rendimiento
global del motor, cuanto ms bajo es el
consumo especfico, mejor es el
rendimiento de ste y viceversa.
La relacin de compresin (r) influye en
el consumo especfico. De hecho
aumentando la relacin de compresin
aumenta el rendimiento trmico y por lo
tanto disminuye el consumo especfico.
El consumo especfico se expresa en
gr/CV h y es el combustible consumido
por un motor por cada CV que produce
en una hora.
El consumo especfico se mide
experimentalmente en los bancos de
prueba para motores en cada punto de
funcionamiento del motor; estos datos
se reflejan en un plano acotado de
consumos.
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EQUIPOS E INSTRUMENTOS
Banco de pruebas Motor Petter:
Tipo de Motor Diesel, de cuatro tiempos
Marca del motor Petter
Modelo PH 1W, inyeccin directa
Nmero de cilindros 1
Presin de Inyeccin 200/221 bar a 1100/2000 rpm
Dimetro x carrera 87,3x110 mm
Cilindrada 659 cm3
Relacin de compresin 16,5/1
Potencia 6,11 kW a 2000 rpm
Refrigeracin por lquido
Freno dinamomtrico Elctrico, de corriente continua
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7/30/2019 CURVAS CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD Y CARACTERISTICAS DE CARGA
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Complemento electrnico:
Usado para ajustar los parmetros de entrada a los valores deseados:
Instrumentos de medicin:
Manmetro en UManmetro
inclinado
Medidor de
volumen
Termmetro Manmetros
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PROCEDIMIENTO
CURVAS DE VELOCIDAD
Se busca obtener las curvas de velocidad, por lo tanto hay q tener cuidado en los lmites de
operacin.
1. Se arranca el motor y se espera que llegue a una temperatura ptima, se mantiene laapertura de la mariposa constante y el combustible entregado, adems se debe medir la
temperatura y presin ambiental.
2. Se establece una la velocidad del motor, y se mide la fuerza en el dinammetro paradicha velocidad, adems se toma el tiempo y la presin en el manmetro.
3. Se modifica la velocidad y se toman los datos correspondientes para distintasvelocidades.
4. A partir de los pasos 2 y 3 se completa el protocolo de pruebas y se procede a realizarlos clculos y grficas correspondientes.
CURVAS DE CARGA
Se busca obtener las curvas de carga, por lo tanto hay q tener cuidado en los lmites de operacin.
1. Se arranca el motor y se espera que llegue a una temperatura ptima, se mantiene elvalor de RPM constante, adems se debe medir la temperatura y presin ambiental.
2. Se establece la posicin de la cremallera del motor con ayuda del micrmetro, y se midela fuerza en el dinammetro para dicha posicin, adems se toma el tiempo y la presin
en el manmetro.
3. Se modifica la apertura y se toman los datos correspondientes para distintos valores deapertura de la cremallera, basndonos en la lectura del micrmetro.
4. Se repiten los pasos 2 y 3 para un valor diferente de RPM y se completa el protocolo depruebas y se procede a realizar los clculos y grficas correspondientes.
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DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO
Caractersticas de Velocidad
Condiciones ambientales:
P0 748.4 mmHgT0 22.2 C
Para una posicin de la cremallera de:
hc= 14.5 mm
Nn
(RPM)Te
(C)Fe(N)
s(cm)
P(mm)
V(ml)
t(s)
1 800 70 82 4.9 35 3.4 15
2 1000 70 90 6 48 4.3 15
3 1300 70 95 7.5 60 5.6 154 1500 70 95 8.5 75 6.7 15
5 1700 70 94 9.3 86 8.9 15
6 1900 70 89 10.5 99 10.2 15
7 2100 70 82 11.5 108 11.1 15
Para una posicin de la cremallera de:
hc= 17 mm
Nn
(RPM)Te
(C)Fe(N)
s(cm)
P(mm)
V(ml)
t(s)
1 800 70 21.5 5.1 38 1.4 15
2 1000 70 41 6.4 50 2.3 15
3 1300 70 56.5 8.2 75 3.4 15
4 1500 70 61.5 9.4 80 4.1 15
5 1700 70 60.5 10.3 99 4.6 15
6 1900 70 55.5 11.5 106 5.2 15
7 2100 70 45.1 11.8 114 5.3 15
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Caractersticas de Carga
Condiciones ambientales:
P0 749 mmHg
T0 22.4 C
Para un valor de RPM, de:
n = 1500 RPM
Nhc
(mm)Fd(N)
P(cm)
s(cm)
V(ml)
t(s)
1 14.5 103 7.5 8.5 7 15
2 14.75 106 7.5 8.8 7.1 15
3 15 104 7.5 8.8 6.7 15
4 15.5 97 7.5 8.8 6 15
5 16 89.5 7.5 8.8 5.4 15
6 16.5 82 7.5 8.8 4.9 15
7 17 73 7.7 8.8 4.3 15
8 17.5 62.5 7.7 8.8 3.7 15
Para un valor de RPM, de:
n = 2000 RPM
Nhc
(mm)Fd(N)
P(cm)
s(cm)
V(ml)
t(s)
1 14.5 94 10.5 11 10.6 15
2 14.75 94.5 10.5 11 10.4 15
3 15 92.5 10.5 11 10 15
4 15.5 88 10.5 11 8.7 15
5 16 77 10.5 11 7.2 15
6 16.5 74.5 10.5 11 6.4 15
7 17 66.5 10.5 11 5.8 158 17.5 55 10.7 11.4 5.3 15
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CALCULOS Y RESULTADOSCaractersticas de Velocidad
Considerando los siguientes parmetros:
30 L 0.305 m
c 0.87
air 1.293
Ecuaciones a utilizar:
hc=14.5mm
Nn
(RPM)Ga
(kg/h)Gc
(kg/h)alfa
Gat(kg/h)
vMe
(N-m)Ne
(kW)g e
(gr/kW
1 800 16.24 0.71 1.53 18.62 87.22% 25.01 2.10 338.82 1000 19.63 0.90 1.46 23.28 84.31% 27.45 2.87 312.3
3 1300 24.23 1.17 1.39 30.26 80.06% 28.98 3.94 296.4
4 1500 27.03 1.40 1.29 34.92 77.41% 28.98 4.55 307.3
5 1700 29.23 1.86 1.05 39.57 73.86% 28.67 5.10 364.1
6 1900 32.54 2.13 1.02 44.23 73.57% 27.15 5.40 394.3
7 2100 35.29 2.32 1.02 48.89 72.19% 25.01 5.50 421.4
-
7/30/2019 CURVAS CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD Y CARACTERISTICAS DE CARGA
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0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
0 500 1000 1500 2000 2500
Ga vs n
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
0 500 1000 1500 2000 25
Gc vs n
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
0 500 1000 1500 2000 2500
Coeficiente de exceso de aire vs n
60.00%
65.00%
70.00%
75.00%
80.00%
85.00%
90.00%
0 500 1000 1500 2000 2
Coeficiente de llenado vs n
24.50
25.00
25.50
26.00
26.50
27.00
27.50
28.00
28.50
29.00
29.50
0 500 1000 1500 2000 2500
Me vs n
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0 500 1000 1500 2000 25
Ne vs n
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13/19
hc=17 mm
Nn
(RPM)Ga
(kg/h)Gc
(kg/h)alfa
Gat(kg/h)
vMe
(N-m)Ne
(kW)g
(gr/k
1 800 16.85 0.29 3.85 18.62 90.50% 6.56 0.55 532
2 1000 20.89 0.48 2.91 23.28 89.74% 12.51 1.31 366
3 1300 26.08 0.71 2.46 30.26 86.16% 17.23 2.35 302
4 1500 29.73 0.86 2.32 34.92 85.15% 18.76 2.95 290
5 1700 31.92 0.96 2.22 39.57 80.66% 18.45 3.28 292
6 1900 35.37 1.09 2.18 44.23 79.96% 16.93 3.37 322
7 2100 35.97 1.11 2.17 48.89 73.58% 13.76 3.02 365
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
0 500 1000 1500 2000 2500
g e vs n
-
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14/19
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
0 500 1000 1500 2000 2500
Ga vs n
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 500 1000 1500 2000 2
Gc vs n
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
0 500 1000 1500 2000 2500
Coeficiente de exceso de aire vs n
60.00%
65.00%
70.00%
75.00%
80.00%
85.00%
90.00%
95.00%
0 500 1000 1500 2000
Coeficiente de llenado vs n
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
0 500 1000 1500 2000 2500
Me vs n
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
0 500 1000 1500 2000 25
Ne vs n
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Caractersticas de Carga
Considerando los siguientes parmetros:
30 L 0.305 m
c 0.87
air 1.293
n = 1500 RPM
Nhc
(mm)Ga
(kg/h)Gc
(kg/h)alfa
Gat(kg/h)
vMe
(N-m)Ne
(kW)g e
(gr/kW
1 14.5 27.03 1.46 1.24 34.92 77.41% 31.42 4.93 296
2 14.75 27.99 1.48 1.26 34.92 80.14% 32.33 5.08 291
3 15 27.99 1.40 1.34 34.92 80.14% 31.72 4.98 280
4 15.5 27.99 1.25 1.49 34.92 80.14% 29.59 4.65 269
5 16 27.99 1.13 1.66 34.92 80.14% 27.30 4.29 262
6 16.5 27.99 1.02 1.83 34.92 80.14% 25.01 3.93 260
7 17 27.93 0.90 2.08 34.92 79.97% 22.27 3.50 256
8 17.5 27.93 0.77 2.42 34.92 79.97% 19.06 2.99 258
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
0 500 1000 1500 2000 2500
g e vs n
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7/30/2019 CURVAS CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD Y CARACTERISTICAS DE CARGA
16/19
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
30.00
14 15 16 17 18
Ga vs hc
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
14 15 16 17 18
Gc vs hc
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
14 15 16 17 18
Coeficiente de exceso de aire vs hc
60.00%
65.00%
70.00%
75.00%
80.00%
85.00%
14 15 16 17 18
Coeficiente de llenado vs hc
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.0030.00
35.00
14 15 16 17 18
Me vs hc
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
14 15 16 17 18
Ne vs hc
-
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17/19
n = 2000 RPM
Nhc
(mm)Ga
(kg/h)Gc
(kg/h)alfa
Gat(kg/h)
vMe
(N-m)Ne
(kW)g
(gr/k
1 14.5 33.87 2.21 1.02 46.56 72.75% 28.67 6.00 368
2 14.75 33.87 2.17 1.04 46.56 72.75% 28.82 6.04 359
3 15 33.87 2.09 1.08 46.56 72.75% 28.21 5.91 353
4 15.5 33.87 1.82 1.25 46.56 72.75% 26.84 5.62 323
5 16 33.87 1.50 1.51 46.56 72.75% 23.49 4.92 305
6 16.5 33.87 1.34 1.69 46.56 72.75% 22.72 4.76 280
7 17 33.87 1.21 1.87 46.56 72.75% 20.28 4.25 285
8 17.5 35.03 1.11 2.12 46.56 75.23% 16.78 3.51 315
250.00
260.00
270.00
280.00
290.00
300.00
14 15 16 17 18
g e vs hc
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18/19
0.00
5.00
10.00
15.00
20.0025.00
30.00
35.00
40.00
14 15 16 17 18
Ga vs hc
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
14 15 16 17
Gc vs hc
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
14 15 16 17 18
Coeficiente de exceso de aire vs hc
60.00%
62.00%
64.00%
66.00%
68.00%
70.00%
72.00%
74.00%
76.00%
14 15 16 17
Coeficiente de llenado vs hc
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
14 15 16 17 18
Me vs hc
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
14 15 16 17
Ne vs hc
-
7/30/2019 CURVAS CARACTERISTICAS PARCIALES DE VELOCIDAD Y CARACTERISTICAS DE CARGA
19/19
OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se recomienda que la variacin de los parmetros de control sea gradual, a fin de quelas otras variables tengan un comportamiento similar y se pueda observar mejor su
desarrollo en la experiencia evitando los cambios bruscos.
Se recomienda verificar siempre el valor de temperatura del refrigerante.BIBLIOGRAFIA
JOVAJ M.S., Motores de Automvil, Editorial MIR, Mosc 1982. Experimentacin y Calculo de MCI, LASTRA, IMCI - UNI, Lima 1995.
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
400.00
14 15 16 17 18
g e vs hc