PRÁCTICA MOTOR DIESEL
OBJETIVOS
Realizar un balance energético del motor (Diagrama Sankey). Elaborar las curvas características de
velocidad y carga.
1. Balance energético del motor
En el balance energético, se debe analizar lo que entra y lo que sale al motor, para así
determinar la eficiencia. En el motor ingresa el combustible, mediante el cual se puede
calcular la potencia calórica, y lo que se obtiene es la potencia en el eje del motor, que se
la puede cuantificar mediante la potencia al freno. Ésta potencia se puede calcular gracias
a las mediciones que se obtienen en el freno hidráulico simulando diferentes cargas. A
continuación se presenta un diagrama Sankey general del motor Diesel.
Las fórmulas que se necesitan para los diferentes cálculos se detallan en la tabla del final
del documento. Además en el procedimiento de la práctica se explican las diferentes
mediciones que se deben realizar.
1.1. Curvas de carga
Para obtener las curvas de carga del motor, se deben cumplir con las siguientes
condiciones:
- Rpm fijas
- Se cambia la carga, pero se acelera el motor para mantener fijas las rpm.
Al aumentar la carga varían las revoluciones por minuto del motor, por lo que es necesario
volver a acelerar al motor hasta obtener revoluciones constantes.
A continuación se presentan las curvas de carga generales para el motor, vale destacar que
la potencia al freno, la eficiencia térmica y el consumo de combustible están a diferente
escala.
1.2. Curvas de velocidad
Para obtener las curvas de velocidad, se deben tener los siguientes parámetros:
- Acelerador fijo
- Carga variable
Con el acelerador fijo y variando la carga, se obtienen diferentes revoluciones por minuto
con cada una de las cargas.
A continuación se presentan las curvas de velocidad representativas para el motor diesel
1.3. Aplicaciones de las curvas
Con las curvas de velocidad se busca los puntos óptimos de funcionamiento, por ejemplo:
- Para transporte el (cec) debe ser mínimo.
- Para maquinaria pesada se busca (Torque) máximo.
- Para competencias se busca (Potencia) máxima.
Las curvas de carga sirven para analizar el comportamiento de los generadores AC.
1.4. Diferencia entre c.c (consumo de combustible) y cec (consumo especifico de
combustible)
c.c. es el combustible que se consume en una unidad de tiempo.
cec relaciona el c.c respecto a la potencia al freno, es decir relaciona cuanto se gasta y
cuánto se obtiene.
En las curvas de carga no se usa cec porque en motores para generadores eléctricos el cec
más bajo podría resultar en un desperdicio de energía.
1.5. Freno hidráulico
El freno hidráulico es el que permite dar carga al motor, en su interior tiene un rodete que
gira junto con el eje del motor y dos rodetes en cada una de las tapas, ingresa agua al
freno hidráulico y se genera un torque por el choque del agua entre los álabes de los
rodetes, la fuerza que realiza el torque es medida con el dinamómetro. Además para dar
una carga variable se tiene unas compuertas que se abren o cierran respecto al rodete del
eje, entonces si las compuertas están totalmente cerradas, no se da carga al motor, pero si
las compuertas están totalmente abiertas es cuando mayor torque se genera, entonces se
tiene carga máxima. La carga también se puede regular en base a la cantidad de agua que
se permite ingresar al freno hidráulico. A continuación se presentan figuras
representativas del freno hidráulico del laboratorio.
En las 3 figuras anteriores se pueden observar el rodete de la tapa del freno hidráulico.
Rodete del eje motriz
Compuertas que se cierran y abren en el rodete del eje motriz
Se observa las compuertas en el eje motriz y los ejes que salen, donde se conectan los engranes
para regular la carga
Freno hidráulico
1.6. Procedimiento para la realización de la práctica.
1.6.1. Verificar los sistemas externos al motor.
Se debe verificar que esté encendida la bomba de agua para alimentar con agua de
refrigeración al motor.
Se deben conectar las termocuplas a los termómetros digitales para la medición de las
temperaturas en la salida de los gases de escape y salida del agua de refrigeración. En
las siguientes figuras se observa la termocupla que mide la temperatura de los gases
de escape.
Los cables de la batería deben estar correctamente conectados.
Verificar que el nivel de combustible y de aceite sea el adecuado.
1.6.2. Abrir la válvula del agua de refrigeración, y controlar su caudal con la columna
Reynolds, la válvula y la columna Reynolds se pueden observar en las siguientes
figuras:
1.6.3. Se abre la válvula para el agua del freno hidráulico.
1.6.4. Se enciende el motor, para lo cual si el motor está frío es necesario colocar en la caja
de entrada de aire Starting Fluid.
1.6.5. Cuando el motor ya esté encendido es importante controlar el acelerador para no
forzar el motor. Por lo cual este debe ser ubicado a un tercio de su máxima posición.
Además el motor debe tener un tiempo para estabilizarse.
1.6.6. Una vez estabilizado se procede a realizar la práctica para obtener las curvas de carga
o las curvas de velocidad. Para lo cual se debe considerar lo siguiente:
Para las CURVAS DE VELOCIDAD, el acelerador permanecerá constante, mientras
se varía la carga con el freno hidráulico, la primera medición se debe hacer sin
carga y posteriormente se irá aumentando la carga lo que producirá que varíen las
revoluciones por minuto del motor, se puede variar la carga entre 5 y 7 veces.
Cada vez que se varía la carga se debe esperar para que se estabilice el motor
aproximadamente 2 minutos y se procede a tomar datos.
Para la CURVAS DE CARGA, las revoluciones por minuto del motor deben estar
fijas, (se recomienda entre 1200 y 1800 rpm), entonces de igual manera se varía la
carga pero después de variar la carga es necesario acelerar el motor hasta llegar a
las revoluciones por minuto establecidas. De igual manera se recomienda tomar
entre 5 y 7 mediciones siendo la primera sin carga.
Cada vez que se varía la carga tanto en la obtención de curvas de carga como
curvas de velocidad, se tomarán los siguientes datos:
a. Temperaturas.- Se debe tomar las temperaturas del agua de enfriamiento
a la entrada y la salida, de los gases de escape y la temperatura ambiente
que corresponde a la temperatura de entrada del aire.
b. RPM.-Se procede a medir con el tacómetro digital, también existe un
tacómetro instalado en el freno hidráulico, pero el mismo no se encuentra
funcionando correctamente.
c. Flujo de agua.-Se procede a medir en la columna Reynolds.
d. Flujo de aire.-Se mide la presión en el manómetro inclinado y el diámetro
de la placa orificio de la caja de entrada de aire, para posteriormente
calcular el flujo de aire. En la figura se pueden observar el manómetro
inclinado y la caja de aire.
e. Flujo de combustible.- Se tiene un medidor de caudal de combustible en
donde se mide el tiempo en que se demora en consumirse 50 centímetros
cúbicos en el medidor. En la siguiente figura se presenta el medidor de
combustible y se indique las marcas que corresponden a 50 cc.
En la Figura anterior se puede observar que en el medidor de caudal de
combustible se tienen 3 válvulas (A, B y C), entonces se deben tener las
siguientes configuraciones de acuerdo a los diferentes propósitos:
Si se desea que el combustible sea alimentado del tanque de
almacenamiento al motor, debe estar abierta la válvula A y la
válvula C, mientras que la válvula B debe estar cerrada.
Si se desea llenar de combustible el medidor, deben estar abiertas
todas las válvulas. (A, B y C).
Si se desea que el combustible alimentado al motor sea del
medidor de caudal para realizar la medición, se debe cerrar la
válvula A y la válvula B y únicamente permanecerá abierta la
válvula C.
Es importante aclarar, que se alimentará directamente del medidor
únicamente al realizar la medición, una vez que se realiza la medición del
tiempo en los 50 cc, inmediatamente se debe abrir la válvula A para que el
combustible se alimente directamente del tanque.
f. Fuerza y brazo.- La fuerza se lee en el dinamómetro del freno hidráulico y
el brazo es la distancia perpendicular entre el eje y el dinamómetro. A
continuación se puede observar el dinamómetro y la distancia que
corresponde al brazo.
1.6.7. Después de realizar todas las mediciones, se procede a apagar el motor.
1.6.8. Se cierra el sistema de refrigeración y se apaga la bomba.
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
ZURITA, María; “Creación de un Software didáctico para el reconocimiento de las prácticas de
motores diesel y gasolina en el laboratorio de Termodinámica de Ingeniería Mecánica”
BALANCE ENERGÉTICO DEL MOTOR
= Poder calórico
combustible = 18932 (BTU/lbm)
= Potencia calórica (BTU/h)
= Flujo másico de
combustible = Potencia al freno
= Torque
= Velocidad angular
= Brazo
= rpm
= Volumen consumido en 50 cc
= Tiempo en que se consumen 50
cc = Densidad del combustible
= 0,842 (gr/cm3)
= Pérdidas en el sistema de
refrigeración (BTU/h) = Flujo másico de agua
= 1
=Diferencia de Temperatura
de agua
= Calor perdido por gases de
escape (BTU/h) = Flujo másico de gases
= 0,24
=Diferencia de Temperatura
de gases
= Otras Pérdidas (BTU/h)
= Altura de la columna
Reynolds (pulg) = Diámetro de la placa orificio
(pulg) = Altura del manómetro
inclinado (pulg) = Presión atmosférica (pulgHg)
= Temperatura en K
Potencia Calórica
Potencia al freno
Pérdidas en el sistema de refrigeración
Calor perdido por gases de escape
Otras pérdidas
FLUJOS MÁSICOS
Flujo másico de combustible
Flujo másico de aire
Flujo másico de gases
Flujo másico de agua
CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR
Potencia al freno
Torque
Eficiencia Térmica
Consumo de combustible
Consumo específico de combustible