Informe N6 de MCI

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    29-Oct-2015

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ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE INYECCION DIESEL

NDICE 1.INTRODUCCIN22. OBJETIVOS33. FUNDAMENTO TERICO43.1PRDIDAS MECNICAS EN UN MOTOR43.2.DISTRIBUCIN DE LAS PRDIDAS MECNICAS43.3.REDUCCIN DE LAS PRDIDAS MECNICAS63.4.MTODOS PARA HALLAR LAS PRDIDAS MECNICAS93.5.FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LOS PARMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR144.DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA124.1.EQUIPO Y MATERIALES124.2.PROCEDIMIENTO154.3.CLCULO Y RESULTADOS174.3.CUESTONARIO175.OBSERVACIONES366.CONCLUSIONES467.RECOMENDACIONES478. REFERENCIA BIBLIOGRFICA49

I. INTRODUCCIN

El presente informe esta basado en la experiencia realizada en un banco de prueba del INSTITUTO DE MOTORES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA. La experiencia fue realizada con el fin de estudiar el comportamiento de un sistema de inyeccin diesel, para ello se efectuaron diversas pruebas. Las pruebas que se realizaron fueron las pruebas de carga y de velocidad. De estas pruebas se obtuvieron un conjunto de datos y/o parmetros correspondientes a cada prueba, tales como; velocidad, volumen, presin, etc. Luego de haber distribuido los datos en tablas, se procedi a desarrollar los clculos para obtener determinados parmetros, posteriormente se elaboro las graficas correlacionadas a estos parmetros hallados con respecto a las variables de velocidad y carga.Finalmente, elaboramos nuestras conclusiones en base a los resultados y graficas obtenidas, y adems aportamos con algunas recomendaciones y observaciones pertinentes para el buen o mejor desarrollo de la experiencia.

II. OBJETIVOS

Conocer el funcionamiento y comportamiento del sistema de inyeccin diesel.

Saber los requisitos que debe cumplir el sistema de inyeccin.

Comprender el proceso de inyeccin de combustible y los parmetros que lo caracterizan.

Realizar el anlisis de las graficas obtenidas con respecto a los parmetros determinados en los clculos.

III. FUNDAMENTO TERICO

SISTEMAS DE INYECCIN DIESELEl rendimiento fiable y econmico de los motores diesel requiere sistemas de inyeccin que trabajen con elevada precisin.Con estos sistemas se inyecta en los cilindros del motor a la presin necesaria y en el momento adecuado el caudal de combustible requerido para que alcance una determinada potencia. Para esa finalidad, se utilizan diferentes sistemas de inyeccin segn sus aplicaciones y necesidades.Son conocidos como bombas de inyeccin o sistemas de inyeccin Diesel.Desde los aos veinte hasta ahora, el perfeccionamiento constante y consecuente de las bombas de inyeccin Diesel ha conducido a un alto nivel de madurez tcnica. La regulacin Diesel, mecnica o electrnica hace posible actualmente dosificar el caudal de inyeccin correcto para cada momento de servicio del motor, y ajustar el comienzo exacto de la inyeccin.Para cumplir con las ms rigurosas y estrictas legislaciones sobre gases de escape contaminantes, la regulacin electrnica Diesel ofrece ventajas especiales, ya que con su uso se pueden procesar diversos parmetros del motor y del medio ambiente, vinculados a estrechas tolerancias.Por lo tanto, se puede alcanzar, en esa forma, ms rentabilidad con ms baja emisin de gases contaminantes y una suavidad de marcha sensiblemente mejorada.

MODELOS DE BOMBAS DE INYECCION CON EL PASO DEL TIEMPO

SISTEMA DE INYECCIN DIESEL CONVENCIONAL

BOMBAS DE INYECCION PF Y PFRLas bombas de inyeccin PF y PFR no disponen de rbol de levas propio, en consecuencia los mbolos de la bomba son impulsados por el rbol de las levas del motor.La transmisin del movimiento propulsor se hace con o sin rodillos (rolletes). Generalmente la fijacin se hace directamente en el motor y su posicin depende de cada aplicacin.Las bombas PF y PFR, normalmente son de un cilindro, pero hay versiones de 2,3 y 4 cilindro generalmente son utilizadas en muchos motores diesel, como estacionarios, grupos generadores de energa, barcos de pesca, etc.COMPONENTES DE DESGASTE:- Vlvula de presin - Impulsor de rodillo- Resorte- Elemento

BOMBAS EN LINEA

CIRCUITO DE ALIMENTACIN

TUBOS DE PRESIN

FILTRACIN

IV. EQUIPO Y MATERIALES

Cant.Instrumento usado en la experiencia.Imagen

01

Banco de prueba para medir la cantidad de combustible que suministra el sistema de inyeccin.

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

5.1 Prueba de velocidad1. Una vez realizadas las indicaciones del caso dadas por el profesor a cargo, se comenzara a inspeccionar las condiciones del motor.2. Se tomara en cuenta las pautas y normas que el manual o gua del fabricante nos ofrece con respecto al banco de prueba, tales como las condiciones de operacin del combustible ,es decir, la temperatura y presin a la que debe encontrarse.3. En esta prueba el motor trabajara para distintas velocidades, manteniendo constante la posicin o ngulo de aceleracin.4. Se fijara un valor de emboladas.5. Para cada velocidad escogida dentro del rango establecido durante la experiencia, se realizara ciertas mediciones como son:a. Volumen que se llena en cada probeta por medio de los inyectores que estn conectados a la bomba de inyeccin.b. Tiempo en que demora el motor en realizar el valor prefijado de emboladas.c. La presin y temperatura del aceite.5.2 Prueba de Carga1. Una vez culminara en ensayo o prueba de velocidad se continuara con la prueba de carga.

2. Asegurando que todos los equipos de medicin se encuentran en buen estado.

3. Manteniendo constante la velocidad del motor, se variara la posicin del Angulo de aceleracin.

4. Para cada posicin del Angulo se tomara los mismos datos que se obtuvieron en la prueba de velocidad.

VI. CLCULOS Y RESULTADOS

6.1.Ecuaciones a emplear1. Suministro cclico promedio ():

Donde: : Volumen suministrado a cada bureta (cm3)2. Desigualdad de suministro ():

Donde:: Volumen mximo registrado en una bureta (cm3): Volumen mnimo registrado en una bureta (cm3): Volumen suministrado a cada bureta (cm3)3. Caudal de combustible ():

Donde:: Total de combustible suministrado en (cm3)N de strokes: 200: RPM de la bomba de inyeccin

4. Potencia efectiva (Ne):

Donde:: Eficiencia efectiva solo para determinar las caractersticas de velocidad (0.32): Poder calorfico inferior del combustible (42500 kJ/kg):Densidad del Combustible (0.81 kg/L): Caudal de combustible (L/h)

5. Adicionales:

LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTIN INTERNAESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE INYECCION DIESEL

8

LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA |UNI FIM

6.2. Prueba de Velocidad (#strokes: 200) Datos Obtenidos para una posicin del acelerador al mximo.Tabla 1: Datos del ensayoNn[RPM]V1[cm3]V2[cm3]V3[cm3]V4[cm3]t[seg.]

125026.5026.0026.5027.0048.20

250016.0015.5016.0016.0024.00

375013.2013.0012.9013.4016.00

4100012.6012.0012.1012.8012.00

5150011.1010.9010.7011.408.00

6200010.108.309.209.306.00

721007.205.906.006.605.70

821503.903.203.403.605.60

922002.101.601.502.005.50

1022502.001.401.201.705.30

1123002.101.501.402.005.20

Datos obtenidos para una posicin del acelerador al 30%Tabla 2: Datos obtenidos del ensayoNn[RPM]V1[cm3]V2[cm3]V3[cm3]V4[cm3]t[seg.]

125022.5022.0022.5023.0048.10

250012.0011.5012.0012.5024.10

37509.409.009.009.5016.00

410008.107.607.608.1012.00

515008.207.107.308.508.00

620004.904.003.704.306.00

721001.801.401.301.805.70

821501.701.301.201.605.60

922001.801.401.301.805.40

1022501.701.201.001.505.40

1123001.901.401.301.805.30

Estudio de las curvas

Evaluacin de los datos

1. Para una posicin del Acelerador al mximo:Tabla 3: Resultado del suministro cclico promedioNn[RPM]V1[cm3]V2[cm3]V3[cm3]V4[cm3]Vprom[cm3]Vsc[mm3/seccinxciclo]

125026.5026.0026.5027.0026.50132.50

250016.0015.5016.0016.0015.8879.38

375013.2013.0012.9013.4013.1365.63

4100012.6012.0012.1012.8012.3861.88

5150011.1010.9010.7011.4011.0355.13

6200010.108.309.209.309.2346.13

721007.205.906.006.606.4332.13

821503.903.203.403.603.5317.63

922002.101.601.502.001.809.00

1022502.001.401.201.701.587.88

1123002.101.501.402.001.758.75

Tabla 4: Resultado de la desigualdad de suministroNt[seg.]nreal[RPM]sc[%]Vbomba [mL/s]Gc[L/h]Ne[kW]

148.20248.963.772.1997.91724.226

224.00500.003.152.6469.52529.147

316.00750.003.813.28111.81336.146

412.001000.006.464.12514.85045.441

58.001500.006.355.51319.84560.726

66.002000.0019.516.15022.14067.748

75.702105.2620.234.50916.23249.669

85.602142.8619.862.5189.06427.737

95.502181.8233.331.3094.71314.421

105.302264.1550.791.1894.27913.094

115.202307.6940.001.3464.84614.829

Evaluacin de los datos

2. Para una posicin del Acelerador al 30%:Tabla 5: Resultado del suministro cclico promedioNn[RPM]V1[cm3]V2[cm3]V3[cm3]V4[cm3]Vprom[cm3]Vsc[mm3/seccinxciclo]

125022.5022.0022.5023.0022.50112.50

250012.0011.5012.0012.5012.0060.00

37509.409.009.009.509.2346.13

410008.107.607.608.107.8539.25

515008.207.107.308.507.7838.88

620004.904.003.704.304.2321.13

721001.801.401.301.801.587.88

821501.701.301.201.601.457.25

922001.801.401.301.801.587.88

1022501.701.201.001.501.356.75

1123001.901.401.301.801.608.00

Tabla 6: Resultado de la desigualdad de suministroNt[seg.]nreal[RPM]sc[%]Vbomba [mL/s]Gc[L/h]Ne[kW]

148.10249.484.441.8716.73620.612

224.10497.938.331.9927.17021.941

316.00750.005.422.3068.30325.406

412.001000.006.372.6179.42028.825

58.001500.0018.013.88813.99542.825

66.002000.0028.402.81710.14031.028

75.702105.2631.751.1053.97912.176

85.602142.8634.481.0363.72911.409

95.402222.2231.751.1674.20012.852

105.402222.2251.851.0003.60011.016

115.302264.1537.501.2084.34713.302

Grficas

CONDICIONESSTROKES=200Da: 23/11/2012Tamb. = 22.4CHora: 11:30 amPamb. = 750.23mmHg Equipo: Bomba de Inyeccin.Ensayo de VelocidadCURVA Vsc (Suministro Cclico promedio) vs RPM

CONDICIONESSTROKES=200Da: 23/11/2012Tamb. = 22.4CHora: 11:30 amPamb. = 750.23mmHg Equipo: Bomba de Inyeccin.Ensayo de VelocidadCURVA sc (Desigualdad de suministro) vs RPM

CONDICIONEShc=15mm cte.Da: 21/09/2012Tamb. = 22.4CHora: 11:30 amPamb. = 750.23mmHg Motor: Diesel PETERModelo: PH1W Ensayo de VelocidadCURVA Ga, Gc y (coef. de exceso de aire) vs RPM

6.3. Prueba de Carga (#strokes: 200) Datos Obtenidos para una velocidad de 1500RPM.Tabla 7: Datos Obtenido en el ensayoNPOS[%]V1[cm3]V2[cm3]V3[cm3]V4[cm3]t[seg.]

1101.901.501.502.008.00

2152.101.901.802.208.00

3203.202.702.703.007.90

4255.004.604.505.008.00

5307.006.406.006.808.00

6358.608.608.508.608.00

74010.209.9010.0010.408.00

Estudio de las curvasEvaluacin de los datosTabla 8: Resultado del Suministro cclico promedioNPOS[%]V1[cm3]V2[cm3]V3[cm3]V4[cm3]Vprom[cm3]Vsc[mm3/seccinxciclo]

1101.901.501.502.001.738.63

2152.101.901.802.202.0010.00

3203.202.702.703.002.9014.50

4255.004.604.505.004.7823.88

5307.006.406.006.806.5532.75

6358.608.608.508.608.5842.88

74010.209.9010.0010.4010.1350.63

Tabla 9: Resultado de la Desigualdad de suministroNt[seg.]nreal[RPM]sc[%]Vbomba[mL/s]Gc[L/h]

18.001500.0028.990.8633.105

28.001500.0020.001.0003.600

37.901518.9917.241.4685.286

48.001500.0010.472.3888.595

58.001500.0015.273.27511.790

68.001500.001.174.28815.435

78.001500.004.945.06318.225

Grficas

CONDICIONESSTROKES=200Da: 23/11/2012Tamb. = 22.4CHora: 11:30 amPamb. = 750.23mmHg Equipo: Bomba de Inyeccin.Ensayo de CargaCURVA Vsc (Suministro cclico promedio) vs %POS. Del acelerador

CONDICIONESSTROKES=200Da: 23/11/2012Tamb. = 22.4CHora: 11:30 amPamb. = 750.23mmHg Equipo: Bomba de Inyeccin.Ensayo de CargaCURVA sc (Desigualdad de suministro) vs %POS. Del acelerador

CUESTIONARIO Y GRFICOS DEL 6TO LABORATORIO1. Describir las partes principales de una bomba de distribucin (rotativa tipo VE).Las partes principales de una bomba de distribucin rotativa tipo VE se pueden apreciar en el siguiente esquema:

Palanca de regulacin (3): El acelerador est conectado mediante cables a esta palanca. Tambin conocido como rgano de regulacin del caudal. Variador de avance (5): Regula el ngulo de inicio de inyeccin. Es unmecanismo Hidrulico. Regulador de Velocidades (3):Posee unas contrapesas que se abren cuando la fuerza centrfuga aumenta y se vence a la fuerza el resorte del regulador.,de este modo se empuja al manguito por accionamiento de la palanca del gobernador. Plato de Levas (2): Plato con 4 protuberancias que actan como levas, para que se realice el movimiento axial del embolo buzo. El plato gira en el plato porta-rodillos, y por influencia de sus rodillos, este sube. El plato porta-rodillos gira (en un rango limitado) por el accionamiento de un pistn hidrulico (accionado por variador de avance), haciendo que el levantamiento de la leva se adelante o se atrase. El plato es girado por el eje principal Manguito o anillo de rebose (2): Bocina desplazable por el gobernador del regulador, su posicin determina la prolongacin de la inyeccin. Embolo buzo (2): Tiene estras en la punta y un agujero interno. Cuando la estra coincide con el agujero axial, entra combustible e inunda la cmara. La posicin del manguito variar la prolongacin de la inyeccin. Solenoide de Arranque (4): Se energiza y se levanta en el arranque para permitir el paso de combustible al cilindro por el agujero axial. Bomba de Paletas (1): Bomba que genera la presin interna para que el combustible pueda ingresar a la zona de bombeo. Es un disco con unas ranuras deslizables radialmente. Al encontrar una excentricidad se abre por fuerza centrfuga, y hace que el combustible se haga hermtico en la cavidad. A medida que la excentricidad disminuye, se va comprimiendo el combustible. Eje impulsor: Genera el movimiento dentro de la bomba el cual es transmitido por el movimiento del cigeal (gira lamitad de revoluciones que el motor) Cabezal Hidrulico (2): Hay un cilindro en su interior, donde se encuentra el embolo buzo, manufacturado con mucha precisin. Tiene cuatro agujeros, uno que conecta con cada racor para el paso del combustible a los inyectores.

2. Explique cmo funciona esta bomba.

En los motores de 4 tiempos, la velocidad de rotacin de la bomba es la mitad de la del cigeal del motor Diesel y la misma velocidad que la del rbol de levas. El accionamiento de las bombas es forzado y, adems se realiza, de forma que el eje impulsor de la bomba gira en perfecto sincronismo con el movimiento del pistn del motor.

La Bomba de Paletas absorbe el combustible del tanque, previamente lo hace pasar por un filtro para quitar el agua que el Diesel suele absorber del ambiente, y este es posteriormente distribuido para que llene la cavidad de la bomba, hasta que este por ingresar al cilindro del embolo buzo por un agujero axial.

Cada vez que el embolo buzo haga un movimiento lineal se comprimir al combustible, y este ser transmitido por un agujero a la zona de la vlvula de expulsin, y llegar posteriormente al inyector para su respectiva pulverizacin e inyeccin.

Cabe destacar que la posicin del anillo de rebose, regulada por el regulador de velocidades, definir el tiempo de compresin e inyeccin dentro del cilindro del embolo buzo.

3. Averiguar las especificaciones tcnicas de la bomba de inyeccin utilizada en el laboratorio.

Bomba Toyota VE4/10F2300R ND 761

4cilindros10F dimetro del embolo buzo2300 rpm Velocidad de corteR Right (sentido horario)ND Nipon Denso761Cdigo de compra de repuestos

4. Averiguar las caractersticas tcnicas del banco de pruebas de bombas de inyeccin. Modulo Educativo para el estudio de Motores de Combustin Modelo HT-650Maneklal and Sons (Exports)Caractersticas: Motor elctrico de corriente alterna de velocidad constante Variador Hidrulico de velocidades (velocidad del eje de salida) BombaHidrulica para suministrar combustible a la bomba de inyeccin Seleccin de sentido de giro de la bomba: Baja y alta velocidad. Selector de emboladas (Strokes) Selector de posicin del acelerador Calentador de combustible, por medio de una resistencia elctrica VII. OBSERVACIONES

Es indispensable medir las condiciones ambientales para poder encerrar nuestra experiencia a un contexto determinado y poder afirmar que dichos fenmenos son validos para estas condiciones

El combustible usado lleva 5% de biodiesel y 95% de Diesel 2. La nueva norma nacional nos exige utilizar combustible con 50 ppm de azufre. Esto es, debido a que este elemento corroe el motor y adems es quien origina la lluvia acida.

La velocidad considerada para los clculos no es la que mide el tacmetro del banco de prueba, sino la que se halla en base al t, esto es debido a que el valor que indica el display no es fijo sino oscilante.

Considerar cierto error en las mediciones de volumen de combustible suministrado por la bomba de inyeccin por medio de los inyectores, ya que en algunos de estos haba una fuga de combustible cuando trabajaba a ciertos regmenes de velocidad y/o carga.VIII. CONCLUSIONES

Ensayo de Velocidad de la Bomba de Inyeccin.1. En la grfica de ensayo de velocidad observamos que la curva obtenida cuando la posicin del acelerador esta al mximo est siempre por encima de la otra curva fue obtenida con una posicin del acelerador al 30%, estos es debido a que la posicin del acelerador limitar el ingreso de combustible.2. Concluimos que cuando la velocidad de la bomba esta alrededor de los 2000RPM la cada del suministro cclico promedio es considerable, lo que significa que para altas velocidades hay menor inyeccin de combustible porque el tiempo de inyeccin es ms corto adems.3. Concluimos tambin que a bajas velocidades la bomba de inyeccin inyecta ms combustibles dado que la velocidad de suministro cclico promedio es mayor. Este fenmeno se le puedes atribuir al hecho que se necesita mezclas ms ricas para asegurar el encendido de la mezcla dado que en estas condiciones el autoencendido y la combustin son deficientes por la alta tasa de prdidas de calor por refrigeracin.4. La mayor inyeccin de combustible a bajas velocidades es debido tambin que para estas condiciones en el rgimen de ralent se necesita suministrar mas calor para asegurar una buena combustin y esto se lograr con una mayor inyeccin de combustible.5. Podemos concluir que para distintas velocidades el porcentaje de desigualdad de suministro aumenta al disminuir la posicin del acelerador. Lo que implica el empeoramiento de la inyeccin dado que a bajas cargas la presin de inyeccin tambin disminuye.6. Observamos que al aumentar la velocidad, la desigualdad de suministro crece, esto es debido a que a altas velocidades hay menos tiempo disponible para que el suministro de combustible a travs de cada inyector se d de manera sincronizada.7. Concluimos que con el aumento de la velocidad la desigualdad de suministro tiende a aumentar, empeorando el suministro de combustible por inyector.Caracterstica de carga de la Bomba de Inyeccin8. En el ensayo de caracterstica de carga de la bomba de inyeccin podemos concluir que al aumentar la posicin del acelerador, el suministro cclico promedio crece casi aproximadamente de manera lineal.9. El aumento del suministro cclico promedio se debe a que a mayores cargas solicitadas al motor implica un aumento de la potencia y la nica forma de poder obtener mayores potencia es con un mayor suministro de combustible.10. Concluimos que al aumentar el % posicin del acelerador, la desigualdad de suministro tiene a disminuir, lo que significa que hay una mejor inyeccin, dado que en estas condiciones hay mayor combustible circulando por la bomba, lo que asegura una mayor presin de inyeccin y con ello se mejora las condiciones de trabajo del motor diesel.11. A bajas posiciones del acelerador, la desigualdad de suministro crece, empeorando la inyeccin, esto debido a que crece las prdidas hidrulicas en el sistema de inyeccin.IX. RECOMENDACIONES

Estar atentos de las indicaciones del responsable del laboratorio, para poder hacer las mediciones de los parmetros indicados para poder tomar datos ms confiables que estn dentro de las condiciones deseadas. Estar atento durante las mediciones del volumen de combustible que suministra la bomba de inyeccin para considerar confiables nuestros datos. Es recomendable validar datos durante la toma de datos en plena experiencia, ya que as, si algn valor tomado resulta ser anormal con respecto a la tendencia terica que se conoce, lo podemos corregir volviendo a tomar ese dato simulando nuevamente las condiciones en las cuales se obtuvo dicho valor. Es muy importante por no decir obligatorio tener en cuenta el manual de fabricante o empresa que nos provee el banco de prueba del sistema de inyeccin, para realizar las diferentes pruebas de velocidad y carga.

Realizar un mantenimiento de los inyectores, puesto que a determinados valores de velocidad y carga hay una fuga de combustible en estos y el flujo de combustible suministrado disminuye haciendo que la cantidad de combustible que se recoge en la probeta sea menor, y esto trae consigo mediciones errneas de volumen de combustible.X. REFERENCIA BIBLIOGRFICA

LIBROS CONSULTADOS1. M. S. Jovaj, Motores de Automvil Editorial Mir - Mosc 1977

2. DANTE GIACOSA. 1970. Motores Endotrmicos. Editorial Cientfico- Medica Barcelona, pg. 200-205.

3. Arias Paz, Manual de Automviles. Editorial Dossat - Madrid. 47 Edicin. 1986

4. El Motor Diesel, Funcionamiento y estructura del motor Juan Miralles de Imperial Juan Villalta Esquius, editorial CEAC 164 08020 Barcelona Espaa.

WEB CONSULTADA1. Wikipedia, la enciclopedia libre. Motores de Combustin Interna. 12 de Setiembre. 2012. http://es.wikipedia.org/wiki/Motores&%/+Combustion%/+Interna%&.html

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3. http://www.sabelotodo.org/automovil/bombainyeccion.html

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