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Determinaci�n experimental de la eficiencia mec�nica de un motor de combusti�n interna de encendido provocado por medio de las curvas de torque y potencia

 

Experimental determination of the mechanical efficiency of a triggered internal combustion engine by means of torque and power curves

 

Determina��o experimental da efici�ncia mec�nica de um motor de combust�o interna acionado por meio de curvas de torque e pot�ncia

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: jonathan.fonseca@espoch.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de mayo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 24 de julio de 2022

 

1. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.
2. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.
3. Instituto Superior Tecnol�gico Tungurahua, Ambato, Ecuador.
4. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

Resumen

El estudio y evaluaci�n de un motor de ignici�n interna, utilizando m�todos de obtenci�n de curvas caracter�sticas ha ido evolucionando con� el pasar� del� tiempo,� es por� eso que se� han� desarrollado� nuevas �tecnolog�as� que� permitan� obtener la� mayor�� cantidad� de� datos�� posibles.�� Es por�� esto que,�� se busca�� analizar� y� comparar� las� curvas�� caracter�sticas� de� un MCI� mediante� dos m�todos� de obtenci�n� para� posterior a esto compararlas y demostrar su similitud.� Los cuales son, el m�todo de trabajo efectivo y� el� m�todo� indicado,� para�� los� cuales� se utilizaron el dinam�metro Borghi� & Saveri� y los equipos� AVL los� cuales� trabajan con� los� m�todos� antes� mencionados.� Para finalizar, se comparan dichos resultados y se analizan� los m�todos empleados� para� la obtenci�n� de curvas� caracter�sticas del MCI, con� el� fin� de� comparar� dichos� resultados� y� cumplir�� con� los objetivos� propuestos.

Palabras Clave: trabajo indicado;� trabajo efectivo; curvas caracter�sticas; dinam�metro Borghi� y Saveri;� equipos� AVL.

 

Abstract

The study and evaluation of an internal ignition engine, using methods to obtain characteristic curves, has evolved over time, which is why new technologies have been developed that allow obtaining the greatest amount of data possible. That is why, it is sought to analyze and compare the characteristic curves of an MCI by means of two obtaining methods to later compare them and demonstrate their similarity. Which are, the effective working method and the indicated method, for which the Borghi & Saveri dynamometer and the AVL equipment were used, which work with the aforementioned methods. Finally, these results are compared and the methods used to obtain the characteristic curves of the MCI are analyzed, in order to compare these results and meet the proposed objectives.

Keywords: indicated job; effective work; characteristic curves; Borghi and Saveri dynamometer; avl equipment.

 

Resumo

O estudo e avalia��o de um motor de igni��o interna, utilizando m�todos de obten��o de curvas caracter�sticas, evoluiu ao longo do tempo, raz�o pela qual foram desenvolvidas novas tecnologias que permitem obter a maior quantidade de dados poss�vel. Por isso, busca-se analisar e comparar as curvas caracter�sticas de um MCI por meio de dois m�todos de obten��o para posteriormente compar�-las e demonstrar sua similaridade. Quais s�o, o m�todo de trabalho efetivo e o m�todo indicado, para o qual foram utilizados o dinam�metro Borghi & Saveri e o equipamento AVL, que trabalham com os m�todos citados. Por fim, esses resultados s�o comparados e os m�todos utilizados para obten��o das curvas caracter�sticas do MCI s�o analisados, a fim de comparar esses resultados e atender aos objetivos propostos.

Palavras-chave: trabalho indicado; trabalho eficaz; curvas caracter�sticas; dinam�metro Borghi e Saveri; equipamento avl.

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Introducci�n

La importancia de conocer el estado de funcionamiento del motor conlleva a buscar nuevas formas de obtenci�n de datos ya que conforme pasa el tiempo la tecnolog�a mejora y los m�todos que tenemos poco a poco quedan obsoletos [1]. En la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo los estudiantes utilizan un dinam�metro para obtener las curvas de torque y potencia de un motor, este permite observar y analizar dichas curvas. Conforme avanza la tecnolog�a se adquieren nuevos equipos que permiten obtener datos del motor de manera mucho m�s amplia e incluso navegar entre los resultados con el fin de analizar punto a punto lo que sucede en este. Es necesario comparar ambos m�todos con el fin de conocer si estos son fiables al momento de utilizarlos y de esta forma llegar a la conclusi�n de que m�todo se ajusta mejor al campo de estudio de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo [2].

 

Marco te�rico

Ciclo otto

Nicol�s Otto �en �el �a�o �de �1876 �crea �el �primer �motor gasolina de cuatro tiempos siendo estos:

1) Admisi�n: �proceso �en �el �cual �se �abre �a �v�lvula �de admisi�n y el pist�n desciende hasta el PMI permitiendo el ingreso de la mezcla aire combustible hacia el cilindro.

2) Compresi�n: �una vez el pist�n llega al PMI se cierra la v�lvula de admisi�n y el pist�n empieza a subir comprimiendo las part�culas y mol�culas de la mezcla de aire combustible que se encuentran en el cilindro, ejerciendo una presi�n y aumento de temperatura.

3) Combusti�n: �con la ayuda de una buj�a ubicada en la c�mara de compresi�n se genera una chispa que producir� que a la mezcla aire combustible combustione ejerciendo presi�n en el pist�n con tal fuerza que empuje a este hacia abajo creando trabajo, este trabajo es transferido al cig�e�al mediante la biela produciendo torque y potencia.

4) Escape: �.al finalizar la carrera de combusti�n la v�lvula de escape se abre mientras el pist�n empieza a subir expulsando los gases combustionados del cilindro para nuevamente empezar con el ciclo desde la carrera de admisi�n. Antes de que Otto fabrique el primer motor de combusti�n interna �l ya hab�a estudiado el comportamiento de la presi�n con respecto al volumen del cilindro del motor bas�ndose en los principios de la termodin�mica, para ser espec�ficos en las leyes de los gases ideales [3]

 

 

Figura 1. �Ciclo Otto.

 

Figura 2. �Gr�fico de indicadores registrado.

 

 

En la figura 2 se logra observar un boceto de c�mo se realiz� el estudio del comportamiento de la presi�n dentro del cilindro bas�ndose en los principios termodin�micos como se mencion� anteriormente.

 

Diagrama indicado

Como se mencion� anteriormente Nicol�s Otto se bas� en los fundamentos termodin�micos, con fines de estudio se trabaja con el ciclo te�rico en el cual los procesos de compresi�n y expansi�n se los considera adiab�ticos (no existe intercambio de calor), con sus alrededores. La admisi�n y el escape no se los considera al no ser procesos termodin�micos y si se los considera estos ser�n a presi�n constante y atmosf�rica. La combusti�n se da de manera inmediata cuando el pist�n se encuentra en punto muerto superior finalmente, en el ciclo te�rico el cierre y apertura de v�lvulas no se considera es decir esto se dar� en puntos muertos ya sea superior o inferior. Por otro lado se tiene el ciclo real este se lo puede observar mediante un banco de pruebas electr�nicos que receptan se�ales del cilindro y los transmite al ordenador presentando el diagrama indicado. En el ciclo real ya se presentan p�rdidas en el comportamiento las cuales se dan de la siguiente manera. En el punto A podemos observar perdidas debido a que durante este proceso tenemos intercambio de temperatura lo que quiere decir que� no �es �un �proceso adiab�tico como se �mencion� anteriormente. En B tenemos una variaci�n debido al adelanto de �salto �de �chispa �ya �que �esta �no �se �da �exactamente �en el �punto muerto superior adem�s, la �combusti�n no� se� da instant�neamente. Por otro lado en C se puede observar un cambio ya que se tiene un adelanto en la apertura de la v�lvula de escape y finalmente, la p�rdida que tenemos en los puntos D son debido al proceso de bombeo que se da al momento de la admisi�n y el escape de gases dentro del cilindro [3] [4].

Figura 3. �Diagrama indicado.

 

En la figura 3 se logran observar los ciclos te�rico y real representados con el color amarillo y azul respectivamente.

 

Diagrama Presi�n vs �ngulo del cig�e�al

El diagrama presi�n vs �ngulo del cig�e�al es una representaci�n desplegada del diagrama presi�n vs volumen ya que cada ciclo del motor se efect�a en dos giros completos del cig�e�al lo� que quiere decir que partiendo desde el� punto muerto superior el� pist�n desciende hasta el� punto muerto inferior donde el cig�e�al gira 180 grados en la carrera de admisi�n, gira otros 180 grados en la carrera de compresi�n hasta llegar al punto muerto superior, nuevamente el pist�n desciende en la carrera de combusti�n y finalmente se da la carrera de escape completando el ciclo durante los dos giros completos del cig�e�al, dicho diagrama permite conocer si dentro del cilindro existe variaci�n de presi�n lo cual es muy importante para la obtenci�n de datos con los equipos AVL ya que si existiese variaci�n de presi�n los datos que se obtendr�n no ser�n netamente confiables[4].

 

Figura 4. �Diagrama presi�n versus �ngulo del cig�e�al.

 

 

Torque

El torque es una fuerza que produce o tiende a producir rotaci�n. En los motores de combusti�n interna, dicha fuerza es producida por la buj�a al momento de darse la combusti�n y esta es transmitida hacia el cig�e�al por la biela obteniendo movimiento angular [5].

 

 

Potencia

La potencia es el trabajo realizado en un tiempo determinado. La potencia se expresa o se mide en Caballos de fuerza (HP) o en kilovatios (Kw) [5].

 

Figura 5. �Diagrama del pist�n dentro del cilindro.

 

En la figura 5 podemos observar el diagrama del pist�n dentro del cilindro donde:

� �PMS (Punto Muerto Superior)

� �PMI (Punto Muerto Inferior)

� �S (Carrera)

� �Vc (Volumen de la c�mara de compresi�n)

� �Vd (Volumen de la carrera)

� �D (Di�metro del pist�n)

 

Rendimiento volum�trico

El rendimiento volum�trico trata de c�mo se da el llenado del cilindro. En el momento que se da la carrera de admisi�n en los motores de combusti�n interna no se da un llenado completo dentro del cilindro esto se debe a que se produce un fen�meno llamado rarefacci�n pero. �Qu� es la rarefacci�n? La rarefacci�n es lo contrario a la compresi�n, en la com presi�n al momento en que el pist�n asciende las part�culas y mol�culas de aire se juntan aumentado la presi�n y la temperatura. A diferencia de la rarefacci�n la cual al momento que el pist�n desciende en la carrera de admisi�n las part�culas y mol�culas de aire se expanden, una parte entra al cilindro y la otra parte se queda o se desv�a por el m�ltiple de admisi�n produci�ndose un llenado del cilindro aproximadamente de un �80%. �El �rendimiento� volum�trico� puede �aumentar �con la �ayuda �de �un �turbocompresor cuya �funci�n� es �llenar �el cilindro y aumentar su eficiencia. De esta manera aumentar� el rendimiento volum�trico obteniendo mejores resultados [6][7].

 

Rendimiento t�rmico

El rendimiento t�rmico depende de la relaci�n de compresi�n ya que al aumentar esta aumenta la compresi�n dentro del cilindro por ende se eleva la temperatura lo cual genera un mayor poder calor�fico el cual con la ayuda de la chispa de la buj�a la combusti�n dentro del cilindro se vuelve mucho m�s violenta lo cual genera la presi�n media efectiva lo cual genera mayor trabajo, mayor torque y por ende mayor potencia [6].

 

Rendimiento mec�nico

Con respecto al rendimiento mec�nico este se refiere a las cargas� que �se �dan �en �el �motor� sean �estas �por �rozamiento entre los cilindros y los anillos del pist�n, los ejes con las bancadas o por arrastre de accesorios mediante la banda ya que de esta manera el motor mueve diferentes sistemas como lo es la bomba de agua, la bomba de aceite, el compresor del aire acondicionado y el motor de arranque. Todas estas cargas afectan al rendimiento del motor por esta raz�n el motor no brinda un rendimiento del 100% [8].

 

Curva caracter�stica �del motor

La obtenci�n de las curvas caracter�sticas de un motor de combusti�n interna �permite �a �cualquier� persona �que �desee conocer el rendimiento, las emisiones o los par�metros de funcionamiento de un motor de combusti�n interna en cuesti�n, para poder representarlos gr�ficamente [8]. En este esquema es posible determinar la vida �til del motor, generalmente en t�rminos de velocidad, par, potencia, consumo o eficiencia y emisiones espec�ficas, proporcionando as� al usuario informaci�n detallada sobre el funcionamiento en el rango espec�fico en el que se encuentra el motor trabajando [9].

 

Figura 6. �Curva caracter�stica de torque.

 

En la figura 6 podemos observar que conforme aumentan las revoluciones se da un aumento de torque lo cual depende de la energ�a con la cual el pist�n es empujado hacia abajo es decir la combusti�n, poder calor�fico, rendimiento t�rmico, despu�s de �esto �podemos� observar �que �la �curva �aproximadamente se mantiene en el torque m�ximo a pesar de aumentar las RPM esto se da debido al rendimiento volum�trico ya que conforme aumentan las revoluciones el cierre y apertura de v�lvulas tambi�n aumenta afectando el llenado del cilindro y manteniendo el torque finalmente llega al punto en el que este decae por la misma raz�n.

 

Figura 7. �Curva caracter�stica de potencia.

 

En la figura 7 la potencia depende del torque y la velocidad (RPM) �por �esta �raz�n �podemos� decir �que �la �potencia� es igual al torque multiplicado por las RPM es por esto por lo que podemos observar que a pesar de que el torque se mantiene, la potencia contin�a aumentando, esto debido a que las RPM aumentan. Esta potencia empieza a decaer igualmente cuando la velocidad de apertura y cierre de v�lvulas aumenta.

 

Metodolog�a

La �obtenci�n� de �datos �de �curvas �de �torque �y �potencia se da mediante la utilizaci�n de dos m�todos de obtenci�n. M�todo efectivo y m�todo indicado los cuales se expondr�n a continuaci�n.

 

Trabajo efectivo

El trabajo efectivo obtiene los datos mediante la aplicaci�n de �frenos din�micos que� proporcionan una� carga al �motor que, como caracter�stica clave, debe variarse para probar las diferentes condiciones en �las �que �opera �el �motor.� Esto �es posible porque el dinam�metro funciona seg�n el principio del frenado electromagn�tico, es decir, tiene un estator y un rotor en su interior.

 

Figura 8. �Dinam�metro.

 

El �estator est� instalado dentro de �la �carcasa de �un �di nam�metro circular y la parte m�vil est� conectada al motor de combusti�n interna por una junta com�n; A medida que gira la parte giratoria, siguiendo el mismo movimiento de rotaci�n del motor de combusti�n interna, el estator est� sujeto a un campo magn�tico que se genera cuando la corriente fluye a trav�s de los devanados del estator. Cuando el rotor gira, corta las l�neas el�ctricas produciendo corrientes par�sitas, estas corrientes par�sitas crean una fuerza opuesta a la rotaci�n del rotor llamada par resistivo.

 

1) Instalaci�n del motor en el dinam�metro: Con respecto a la instalaci�n del motor en el dinam�metro es necesario hacerlo de manera que este se encuentre totalmente nivelado con el card�n adem�s, este debe estar sujeto de manera adecuada y firme en el dinam�metro con el fin de evitar vibraciones. Ya que dichas vibraciones podr�an causar accidentes al momento de intentar obtener datos del motor con el m�todo efectivo.

2) Preparaci�n� �de �los �equipos �del �dinam�metro:�� Para obtener las curvas caracter�sticas mediante el m�todo efectivo se utiliz� el dinam�metro de marca Borghi & Saveri que se encuentra en el laboratorio de motores de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo este dinam�metro fue digitalizado en el a�o 2021 con el fin de mostrar las curvas caracter�sticas del motor de una manera mucho m�s clara, para ello el dinam�metro trabaja conectado a un ordenador que mediante un software recopila los datos del motor y los representan para poder observar los resultados adem�s, es necesario utilizar una fuente la cual permita aplicar las cargas parasitas con las cuales se ejercer� el frenado al motor para conocer sus curvas caracter�sticas utilizando el software.

 

Figura 9. �Motor montado en el dinam�metro.

 

 

Trabajo indicado

El trabajo indicado es un m�todo que permite la obtenci�n de datos de manera c�clica dicho m�todo lo utilizan los equipos AVL� con �los �que �cuenta el �laboratorio de �motores de �la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo dichos equipos trabajan con un sensor de presi�n el cual est� colocado en la c�mara de compresi�n del motor y un codificador angular el cual se coloca a un extremos del motor con el fin de tomar datos �del �cig�e�al. El �sensor� de �presi�n� AVL �trabaja �con el principio piezoel�ctrico el cual mediante una membrana alojada dentro del sensor AVL env�a se�ales de voltaje a un amplificador [11], por otro lado el codificador angular funciona de manera inductiva la cual env�a los datos a un procesador el cual se encarga de enviar los datos al amplificador para juntarlos con los del sensor AVL. El amplificador se encargar� de compilar dichos datos y enviar los resultados al ordenador el cual permitir� observar estos resultados en tiempo real.

 

Figura 10. �Sensor de presi�n AVL dentro de la c�mara de compresi�n.

 

1) Instalaci�n de los equipos AVL: Para obtener las curvas caracter�sticas del �motor� mediante el �m�todo indicado utilizamos los equipos AVL para lo cual es necesario instalar el sensor AVL en la c�mara de compresi�n. El sensor AVL es una buj�a especial la cual permite obtener datos de presi�n y enviarlas al amplificador. En esta ocasi�n fue necesario la adaptaci�n de un acople que permita introducir el sensor en la c�mara de compresi�n debido a que el di�metro del cabezote es mayor al di�metro del sensor. Se realizaron m�ltiples acoples con los cuales se busc� solucionar este problema de una manera que al utilizarlo no existan perdidas de compresi�n y no afecten a los resultados finales, de esta manera se lleg� a obtener uno que permita cumplir la funci�n y nos permita trabajar de la mejor manera. Esta adaptaci�n es de mucha importancia ya que as� se evita la adquisici�n de nuevos sensores de presi�n para diferentes tipos de veh�culos ya que dichos sensores tienen un alto costo lo cual puede afectar la econom�a de quien los adquiera. Por otro lado tenemos el codificador angular el cual no fue adquirido junto con los dem�s equipos por esta raz�n bas�ndose en el principio de funcionamiento fue necesario realizar una adaptaci�n la cual permita obtener los datos necesarios. El codificador angular cuenta con un codificador �ptico y� un disco marcador los cuales� se �reemplazaron con �una �polea �dentada que �cuenta con 60 dientes menos 2 en lugar del disco marcador y un sensor inductivo CKP en lugar del codificador �ptico este se lo coloc� en un extremo del dinam�metro ya que se conecta con el motor mediante el eje cardan de esta manera se logr� obtener los datos del �ngulo del cig�e�al dichos valores se env�an al codificador para que se lo env�e al amplificador. El amplificador recopila los datos y los env�a al ordenador en el cual se trabaja con el software Indicom. La ventaja principal que tienen los equipos AVL es que no solo muestra las curvas caracter�sticas del motor adem�s, con los datos obtenidos el software permite trabajar con muchas opciones que permitan seleccionar las gr�ficas deseadas. De esta manera se logran obtener gr�ficas como la de presi�n versus volumen, presi�n versus el �ngulo del cig�e�al entre otras [12].

 

Figura 11. �Sensor de presi�n AVL.

 

Figura 12. �Codificador angular.

 

2) Amplificador Indimicro:�� Indimicro �hace �posible �amplificar grandes cantidades de datos as� como habilitar una amplia gama de aplicaciones port�tiles, este dispositivo cuenta con cuatro entradas anal�gicas y dos digitales que aceptar�n informaci�n de pinzas amperim�tricas y acoplamiento multi plezados, esto permite que el dispositivo grabe la informa ci�n necesaria para sincronizarse con la se�al del codificador angular. El IndiMicro est� conectado a una computadora a trav�s �de �un �cable �GigaBit �Ethernet, �lo �que �permite �que la computadora transfiera r�pidamente datos para su an�lisis mediante el software AVL IndiCom [2].

3) Procesador �AVL �Universal pulse conditioner.: �El Universal Pulse Conditioner permite configurar las se�ales que obtiene el sensor de posici�n angular (codificador angular) en este caso la polea y el sensor CKP ubicados en el dinam�metro que �se �conecta �al �motor �de �combusti�n� interna �adem�s, tambi�n convierte las se�ales que se obtienen con la pinza amperim�trica esto con el fin de obtener se�ales digitales que permitan medir la sincronizaci�n del encendido y la inyecci�n [10]. Este dispositivo permite trabajar tanto con un sensor de tipo Hall como con un sensor de tipo inductivo como en este caso que se utiliz� un sensor CKP cuya se�al se sabe que es inductiva. El sensor se conecta al universal pulse conditioner para que este pueda leer los datos de la posici�n del cig�e�al como se mencion� anteriormente para despu�s enviar los datos al amplificador IndiMicro, que los resultados se muestren en la computadora y podamos trabajar normalmente.

 

Figura 13. �Procesador y amplificador AVL .

 

Resultados

Una vez teniendo conocimiento de los equipos y el manejo de los diferentes software se procede a realizar varias pruebas de obtenci�n de datos con el fin de analizarlos y determinar las caracter�sticas del motor. Para esto es necesario conocer en qu� condiciones se van a realizar dichas pruebas ya que en este caso se tomar� en cuenta la altura sobre el nivel del mar la cual ser� de 2754 m.s.n.m. Dichas muestras son �nicas debido a que se las realiza en la ciudad de Riobamba. Se trabaj� con un motor Chevrolet modelo 2008, cuyo cilindraje es de 1600 cent�metros c�bicos el cual se someti� a plena carga al momento de tomar las muestras para poder apreciarlas de mejor manera.

A. Resultados obtenidos mediante el m�todo efectivo.

Los resultados que se obtuvieron mediante el m�todo efectivo permiten observar en el ordenador como se da el comportamiento de las curvas caracter�sticas de torque y potencia del motor de combusti�n interna utilizado, como podemos ver en la figura 14 del motor. Cabe mencionar que dichos datos una vez tomados, el software los guarda como un archivo Excel de esta manera al finalizar la toma de muestras es necesario abrir este archivo y analizar los resultados utilizando las opciones de graficas que nos brinda el programa ya que el software utilizado guarda simplemente los valores que esta recepta m�s no grafica los resultados autom�ticamente.

 

Figura 14. �Presentaci�n de las gr�ficas en el software Dinam�metro

Como se mencion� anteriormente se realizaron varias pruebas que permitan conocer el comportamiento de las curvas caracter�sticas del motor, en dichas pruebas se pudo conocer los valores m�ximos de torque y de potencia como se ver�n a continuaci�n en al tablas I y II.

 

Tabla I

RE S U LTA D O S D E TO R QU E M � X I M O O B T E N I D O S A D I F E R E N T E S P RU E BA S .

 

 

 

Tabla II

RE S U LTA D O S D E P OT E N C I A M � X I M A O B T E N I D O S A D I F E R E N T E S P RU E BA S .

 

 

 

Figura 15. �Curvas caracter�sticas obtenidas mediante el m�todo efectivo .

 

Luego de obtener los resultados en las diferentes pruebas se realiz� un promedio con estas, de esta manera se obtienen valores� con �los �cuales �vamos �a �trabajar y �c�mo �podemos observar� en �la �figura 15 �el �comportamiento de �las �curvas caracter�sticas en �este �motor �de �combusti�n interna se �da de una manera progresiva la cual conforme aumentan las revoluciones, aumenta tanto el� torque como la� potencia, y cuando llega al punto de corte de inyecci�n los datos empiezan a decaer.

B. Resultados obtenidos mediante el m�todo indicado.

Como se mencion� anteriormente el m�todo indicado obtiene datos de manera c�clica, los equipos AVL trabajan con este m�todo y presentan datos como presi�n, volumen, n�mero de ciclos velocidad, grados angulares entre otros. La principal ventaja que ofrecen los equipos AVL es que no solo nos muestra las curvas caracter�sticas del motor sino que gracias a su amplia capacidad de obtenci�n de datos permite visualizar otro tipo de gr�ficas que permitan conocer el comportamiento del motor en tiempo real entre las cuales tenemos la gr�fica de presi�n vs �ngulo del cig�e�al, presi�n vs volumen y finalmente la gr�fica de las curvas caracter�sticas del motor. Estos datos que obtienen los equipos se almacenan en el amplificador, de esta manera al finalizar la toma de muestras este permite al usuario navegar entre los resultados con el fin de observar estos y analizarlos de una mejor manera sin la necesidad de que el motor est� encendido. Cabe mencionar que los equipos AVL toman datos de cada uno de los cilindros del motor de esta manera permite al usuario conocer el estado de cada uno de ellos para finalmente obtener mejores resultados y analizar el comportamiento del motor.

 

Figura 16. �Gr�fica de presi�n vs �ngulo del cig�e�al.

 

 

Figura 17. �Gr�fica de presi�n vs volumen en cada uno de los cilindros.

 

 

Figura 18. �Gr�fica de torque vs ciclos.

 

Figura 19. �Gr�fica de potencia vs ciclos.

 

Como podemos observar en las figuras 18 y 19 se obtienen resultados tanto de torque como de potencia de manera c�clica es decir que en el eje de las abscisas tenemos el n�mero de ciclos y en el eje de las ordenadas el torque y la potencia, pero tambi�n se puede seleccionar los datos en el software para que se muestre una gr�fica de torque y potencia con respecto a la velocidad en la cual se remplazar� los ciclos por las RPM. Una vez obtenidos los datos es necesario exportarlos a un documento de Excel con el fin de seleccionar los datos con los cuales se desea trabajar ya que los equipos AVL proporcionan un n�mero de datos muy amplios de los cuales es necesario saber tomar los necesarios para el trabajo a realizarse, como se logr� observar anteriormente las gr�ficas de torque y potencia obtenidas con los equipos AVL son un poco confusas y no permiten corroborar su comportamiento, es por ello que en el programa de Excel se procede a seleccionar los valores altos de cada ciclo y de esta forma representar las curvas caracter�sticas de una manera que el usuario se encuentre familiarizado con ellas.

 

Figura 20. �Gr�fica de torque vs velocidad.

Figura 21. �Gr�fica de potencia vs velocidad.

 

Al finalizar la obtenci�n, an�lisis y selecci�n de datos en el programa de Excel podemos ver en las figuras 20 y 21 el resultado final de las curvas caracter�sticas del motor de combusti�n interna, una vez ordenados los datos, se puede visualizar el comportamiento del motor en el cual se puede observar que conforme aumentan las revoluciones el torque aumenta hasta un nivel m�ximo de 140 Nm a unas 3800 o 3900

RPM aproximadamente. Es en este punto en el cual se toma en cuenta el poder calor�fico y el rendimiento t�rmico, a partir de este punto podemos visualizar que el torque se mantiene en un rango de 130 a 140 Nm aproximadamente a pesar de que las revoluciones contin�an aumentando, esto se da (como se mencion� anteriormente) debido a que la apertura y cierre de v�lvulas del motor empiezan a ser tan r�pidas que afecta al rendimiento volum�trico, evitando que el cilindro se llene adecuadamente y el torque contin�e aumentando, por otro lado la gr�fica de potencia nos muestra que conforme aumentan las revoluciones esta tambi�n aumenta, es importante recordar que la potencia es el trabajo realizado en un determinado tiempo por ello se puede decir que esta es igual a la multiplicaci�n entre el torque y las RPM, una vez teniendo esto en cuenta podemos observar que en la gr�fica de la potencia en el punto en el que el torque se mantiene la potencia no tiene ning�n cambio, es decir esta continua aumentando esto debido a que las RPM aumentan lo que quiere decir que sin importar que el torque se mantenga en un rango la potencia no va a sufrir cambios en su comportamiento llegando hasta el punto en el que el cierre y apertura de v�lvulas sea tan r�pido que el motor no permita entregar ni torque ni potencia. Una vez obtenidos los datos de las curas caracter�sticas del motor mediante el m�todo indicado se permite realizar la comparaci�n con los datos obtenidos anteriormente con el dinam�metro, de esta manera se procede a revisar ambos resultados y continuar con el respectivo an�lisis en el cual se verificar� el comportamiento de ambos m�todos y se tomar�n las conclusiones adecuadas.

C. Comparaci�n entre las curvas caracter�sticas �del motor.

A continuaci�n se mostrar�n los resultados que se lograron obtener una vez realizada la comparaci�n de las curvas caracter�sticas del �motor �de �combusti�n interna� con �el �fin de demostrar su comportamiento mediante los dos m�todos propuestos de �obtenci�n de �datos �el �m�todo� efectivo y �el m�todo indicado.

Figura 22. �Comparaci�n del torque entre los equipos AVL y el dinam�metro.

 

Figura 23.�� �Comparaci�n de� la �potencia entre los� equipos AVL y �el �dinam�metro.

 

 

Como podemos observar en la figura 22 la curva caracter�stica de torque obtenida con el dinam�metro representado con el color azul presenta una similitud en el comportamiento con respecto a la curva caracter�stica obtenida con los equipos AVL, al ser dos m�todos de obtenci�n distintos no vamos a tener valores similares ya que cada uno de los m�todos trabaja de �una� manera diferente, por� otro lado en �la �figura 23 �la cual se refiere a la curva caracter�stica de potencia de igual manera podemos observar una similitud del comportamiento tanto para �l un m�todo como para el otro lo cual indica que a pesar de ser m�todos distintos de obtenci�n de datos ambos m�todos nos permiten conocer el comportamiento del motor de combusti�n interna analizado.

D. An�lisis estad�stico.

Debido a la diferencia que se tiene entre los resultados del m�todo efectivo y del m�todo indicado se da la necesidad de analizar qu� tan diferentes son estos, por ello se procede a realizar un an�lisis estad�stico con el cual se logre determinar si los valores de un m�todo tienen un alto nivel de variaci�n que los resultados obtenidos con el otro. Para esto se precede a calcular el coeficiente de determinaci�n el cual nos permite conocer cuanta variaci�n existe entre ambas variables.

En �la �tabla �III �podemos� observar� los �valores �tanto �de torque como de potencia que se lograron obtener mediante el dinam�metro (freno de corrientes par�sitas) y los equipos AVL (presi�n de c�mara de compresi�n), con ellos podremos obtener una gr�fica que nos permita calcular el coeficiente de determinaci�n y conocer su nivel de variaci�n.

 

Tabla III

DATO S D E TO R QU E Y P OT E N C I A O B T E N I D O S C O N L O S E QU I P O S AVL Y E L D I NA M � M E T RO .

 

 

 

El �coeficiente de �determinaci�n� se �lo �representa �con �R cuadrado, este nos permite conocer el nivel de variaci�n de datos entre dos variables las cuales en este caso ser�n los datos obtenidos por el dinam�metro y los datos obtenidos por los equipos AVL. Este coeficiente nos ayuda a conocer si los resultados se ajustan al modelo en el que se basan los datos. El rango en el cual trabaja el coeficiente de determinaci�n est� entre 0 y 1 lo que quiere decir que mientras este coeficiente se encuentre m�s aproximado a uno los datos de las variables se ajustan al modelo de dichas variables [13].

 

Figura 24. �Comparaci�n estad�stica del torque.

 

 

Figura 25. �Comparaci�n estad�stica de la potencia.

 

En las figuras 24 y 25 se puede observar que en el eje de las abscisas tenemos los datos obtenidos por los equipos AVL y en el eje de las ordenadas los datos obtenidos con el dinam�metro. En estos resultados podemos observar que en el an�lisis del torque se tiene un R cuadrado de 0.76 el cual est� dentro del rango aceptable e indica que los datos de los equipos AVL se ajustan al modelo de la variable de los datos obtenidos por el dinam�metro, por otro lado los datos de potencia tienen un R cuadrado de 0.97 siendo estos m�s ajustables al modelo.

 

Conclusiones

Al finalizar el an�lisis comparativo de las curvas de torque y potencia obtenidas con los equipos AVL y el dinam�metro podemos concluir que ambos m�todos cumplen con la funci�n de obtener las curvas caracter�sticas de un motor de combusti�n interna. Es importante tomar en cuenta de que los valores obtenidos son diferentes debido a que son m�todos distintos de obtenci�n de datos. Por un lado el m�todo efectivo recepta �los �datos �una �vez �que �estos �ya �han �pasado �por los diferentes sistemas del motor como lo es la c�mara de compresi�n, el pist�n, la biela, el cig�e�al, el volante de inercia, el card�n del dinam�metro y adem�s, estos datos son afectados por el rendimiento mec�nico debido al arrastre de los accesorios del motor es por esta raz�n que los valores obtenidos con el dinam�metro son m�s bajos que los obtenidos mediante el m�todo indicado ya que los equipos AVL obtienen los resultados directo de la c�mara de compresi�n es decir no son afectados por otros sistemas. Con el presente trabajo se logra corroborar los datos obtenidos con el dinam�metro ya que este al ser muy antiguo y de haber pasado por algunos procesos de rehabilitaci�n, reacondicionamiento en procesos anteriores permite al �usuario conocer las� caracter�sticas de torque, �potencia �y �consumo �espec�fico� del �motor �de �una manera adecuada y que adem�s permite la obtenci�n de datos para un an�lisis comparativo. Los equipos AVL permiten al usuario analizar el comportamiento del motor de combusti�n interna no solo mediante las curvas caracter�sticas de este, sino que adem�s, permite visualizar otros tipos de gr�ficas que muestren el estado del motor ya que como se vio durante el presente art�culo podemos conocer el estado de cada uno de los cilindros del motor logrando de esta manera llegar a verificar que cada cilindro trabaje de manera correcta, si este no fuera el caso y se presentaran fallas en alguno de los cilindros es necesario investigar la raz�n de este fallo debido a que si no se lo hace los resultados de las curvas caracter�sticas no ser�an netamente� confiables llegando �a �tomar �decisiones� err�neas con respecto al rendimiento del motor analizado. Es de suma importancia utilizar la herramienta adecuada al momento de manipular los equipos AVL ya que al ser muy costosos y su adquisici�n requiere de un largo proceso y tiempo de envi� se recomienda mucho cuidado con ellos de esta manera se evita llegar a la necesidad de adquirir nuevos equipos que puedan retrasar el proceso de obtenci�n de datos y no permita continuar con el trabajo a realizarse. �

 

Referencias

1. MANTILLA, R.A.Z. y PRADA, C.M.N. OBTENCI�N DE LAS CUR VAS DE DESEMPE�O DE UN MOTOR DE COMBUSTI�N INTERNA ALTERNATIVO EN UN BANCO DE PRUEBAS.. 2013.
2. AVL LIST GMBH AVL IndiCom 2TM. 2020.
3. NARV�EZ, L.A.C. y MOROCHO, D.F.V. Determinaci�n de ciclos termodin�micos en motores de encendido provocado de veh�culos de categor�a� M1 en ciclos de conducci�n reales. . 2020.
4. Ing. Rodolfo Ortega Tenorio Motor de combusti�n interna. Academia de Ingenier�a T�rmica ESIMECulhuacan 2009.
5. PULKRABEK, W.W. Engineering Fundamentals of the Internal Com bustion Engine.. 2013.
6. Neumann, A. L., & Goriba, J. I. N. Motores T�rmicos..
7. MALDONADO SARMIENTO, L.E. Pruebas� de Rendimiento y Com paraci�n� de� las� Curvas� Caracter�sticas�� y de� Emisi�n de� Gases� de Combusti�n de Un Motor Nissan A12 Utilizando los Combustibles E0, E5 y E10...
8. CARGUA,�� I.F.�� y�� CASTELO,�� I.J.,�� DETERMINACI�N DE�� LA VARIACI�N DE PAR MOTOR,� POTENCIA� Y P�RDIDAS MEC�NICAS EN UN MOTOR DE ENCENDIDO PROVOCADO (MEP) EN FUN CI�N DE LA PRESI�N ATMOSF�RICA�� Y TEMPERATURA�� AMBI ENTE A TRAV�S DEL M�TODO DE ACECLERACI�N LIBRE.. 2017.
9. PAYRI, P.F.� y� DESANTES, P.J.M. Motores De� Combusti�n Interna
10. Alternativos.. 2015.
11. GRAZ, A.L.G. Avl universal pulse conditioner 389z01.. 2011.
12. PISCHINGER,� O.U.P.D.I.D.� techn.� R.� AVLs Indi� COM for� Incyl pressure msts.. 2002.
13. KISTLER Crank Angle Encoder Set. .
14. L�pez J�uregui, A.1 y Elosua Oliden, P. Estimaciones bootstrap para el� coeficiente de� determinaci�n:� un� estudio de� simulaci�n .� Revista Electr�nica de Metodolog�a Aplicada 2004, Vol. 9 n� 2, pp. 114

 

 

 

 

 

 

 

� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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