FUEL REDUCTION OF ENGINES BY GASOLINEROS GAS SUPPLY
VALVE THROUGH AUTOMATIC
Chuquimamani B.1,a,b 1 Escuela profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica, Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez. Juliaca, Perú.
a Docente auxiliar; b Maestro en Ciencias RESUMEN
Objetivos: Mejorar el consumo económico de combustible de los motores gasolineros a carburador mediante suministro de gas GLP operando 3825msnm. Material y Métodos: La experimentación realizada es en un motor de automóvil de 1.7 litros de cilindrada, instalan-do un mezclainstalan-dor con válvula tipo aguja cónica, el suministro de combustible es controlainstalan-do automáticamente en función de la frecuencia propia del sistema de admisión, el consumo de combustible gasolina y GLP ha sido medido en ruta a 100Km de recorrido en dos formas sin carga y con carga. Resultados: El mejoramiento alcanzado es 35 a 40 % con respecto a motores con suministro de combustible líquido (gasolina). Conclusiones: Según resulta-dos obteniresulta-dos se demuestra las hipótesis planteadas, mejorando el consumo económico de combustible en un 35 a 40% en puntos óptimos 70 a 75Km/h, asimismo composición óptima de la mezcla, arranque en bajas temperaturas y disminución de contaminación ambiental Palabras clave:Altura, consumo económico, GLP, válvula automática.
SUMMARY
75Km / h, also optimal composition of the mixture , starting at low temperatures and reduced environmental pollution
Keywords: Height, economic consumption, LPG, automatic valve.
INTRODUCCIÓN
La realidad problemática de la presente investigación está relacionada con los índices ener-géticos, económicos y ecológicos del motor gasolinero cuando opera en condiciones de gran altitud, y medio ambiente a bajas temperaturas.
Como es bien conocido, cuando el motor gasolinero trabaja en condiciones de gran altitud se producen pérdidas de potencia, mayor consumo de combustible, dificultad de arranque en frio, disminución de vida útil del motor y contaminación del medio ambiente.
En los motores gasolineros convertidos a gas licuado de petróleo (GLP), el suministro de gas es constante en las velocidades bajas del motor, mediante el mezclador instalado en la entra-da de aire al carburador, lo que provoca una cierta pérdientra-da de potencia y un mayor consumo de combustible.
El objetivo del presente trabajo de investigación fue mejorar el consumo económico del combustible, potencia y eficiencia de arranque del motor en condiciones de medio ambiente frio mediante el suministro de gas a través de un mezclador con válvula automática de tipo aguja cónica. El funcionamiento de la válvula depende del flujo creado por desplazamiento de los émbolos en el cilindro.
MATERIAL Y MÉTODOS
La metodología de la presente investigación es experimental, aplicado en un automóvil para mejorar el consumo económico del combustible, arranque del motor en bajas temperaturas mediante el suministro de gas (GLP) a través de un mezclador con válvula automática tipo aguja cónica. La cantidad de gas suministrado es de acuerdo a la apertura de la válvula cóni-ca en función de frecuencia propia del sistema de admisión. La frecuencia de apertura de la válvula automática aumenta simultáneamente con la apertura de la válvula de mariposa mediante accionamiento del pedal de acelerador.
Las mediciones realizadas son de dos tipos: sin carga y con carga. Las mediciones específi-cas son el consumo horario y especifico de combustible.
Características técnicas del automóvil
Las características técnicas del vehículo utilizado es lo siguiente: Revista Científica “Investigación Andina”
Ciclo del motor : Otto Número de cilindro : 04 Número de tiempo : 04 Estructura del cilindro : En línea
Cilindrada : 1725 cm³
Diámetro del cilindro : 81,5 mm Carrera del embolo : 82,5 mm Relación de compresión : 8,6
Potencia máxima : 64,4CV a 5200 rpm Válvula automática
Selección de la válvula: Se selecciona la válvula automática de regulación de flujo mási-co, mediante accionamiento de diafragma con válvula tipo aguja cónica, las características requeridas son (Tabla 1):
Tabla 1. Parámetros corregidos del mezclador con válvula automática
N° PARAMETRO SIMBOLO CORREGIDOS ORIGINALES
1 Diametro del diafragma, mm. Dd 80 74
2 Diametro del piston, mm. Dp 38 32
3 Altura del piston mm. Hp 38 32
4 Rigidez del resorte, N/m Kr 100 120
5 Levantamiento maximo del piston mm. Ho 20 15
6 Diametro del surtidor mm. Ds 2 3
• Válvula de regulación automática de suministro de gas en función de altura de despla-zamiento de la aguja cónica
• La apertura de la aguja cónica, es en función a la frecuencia de impulsos creado por desplazamiento de los émbolos en el cilindro del motor.
mezcla-dor, su función es regular con precisión la cantidad de gas (GLP) que ingresa al motor, en función de la carga (Figura 1).
mm.
6 Diametro del surtidor
mm. Ds 2 3
• Válvula de regulación automática de suministro de gas en función de altura de
desplazamiento de la aguja cónica
• La apertura de la aguja cónica, es en función a la frecuencia de impulsos creado
por desplazamiento de los émbolos en el cilindro del motor.
La válvula automática tipo aguja cónica es el componente más importante del
sistema de alimentación; es un dispositivo neumático, que se encuentra ubicado en
el venturi del mezclador, su función es regular con precisión la cantidad de gas
(GLP) que ingresa al motor, en función de la carga (Figura 1).
Figura 1.Válvula aguja tipo cónica
Área del surtidor
Aguja tipo cónica
Figura 1. Válvula aguja tipo cónica
Para la presente experimentación se ha adaptado el carburador horizontal marca ZENITH. El carburador está constituido de los siguientes componentes:
• Difusor
• Válvula de mariposa • Cuba
• Surtidor • Aguja cónica • Pistón
• Cámara de vacío
Consideraciones para el diseño de la válvula:La válvula es el componente más importante del sistema de alimentación y su función es suministrar el gas en la garganta del venturi del carburador en forma intermitente en función de la frecuencia de impulsos de la admisión del cilindro.
Revista Científica “Investigación Andina”
Consumo másico real de aire (Gar)
• Gasto de real aire (Gar)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 =s𝑉𝑉𝑉𝑉𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 (a1)
• Eficiencia Volumétrica (s𝑉𝑉𝑉𝑉)(1)
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = • −• 1𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑇𝑇𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑇𝑇𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘+ 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑇𝑇𝑇𝑇+ 𝛾𝛾𝛾𝛾𝑎𝑎𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑇𝑇𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎
(a2)
Reemplazado los valores a la fórmula eficiencia volumétrica es:
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = 8,68,6−10,88 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑃𝑃𝑃𝑃0 0
280
280 + 10 + 0,1 (950)
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = 0,7
• Gasto teórico de aire Gat
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝑉𝑉𝑉𝑉ℎ𝜌𝜌𝜌𝜌𝑎𝑎𝑎𝑎𝑛𝑛𝑛𝑛𝜏𝜏𝜏𝜏 60 𝑖𝑖𝑖𝑖 (𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ)
Reemplazados los valores se tiene:
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 4,3𝑥𝑥𝑥𝑥10−4. 0,78 . 52002 . 60,4 (𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ)
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 209,29 Kg/h
Reemplazando datos a la ecuación a1
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 0,72 . 209,29
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 150,7 kg/
Consumo másico real de aire (Gar)
• Gasto de real aire (Gar)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 =s𝑉𝑉𝑉𝑉𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 (a1)
• Eficiencia Volumétrica (s𝑉𝑉𝑉𝑉)(1)
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = • −• 1𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑇𝑇𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑇𝑇𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘+ 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑇𝑇𝑇𝑇+ 𝛾𝛾𝛾𝛾𝑎𝑎𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑇𝑇𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎
(a2)
Reemplazado los valores a la fórmula eficiencia volumétrica es:
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = 8,68,6−10,88 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑃𝑃𝑃𝑃0 0
280
280 + 10 + 0,1 (950)
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = 0,7
• Gasto teórico de aire Gat
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝑉𝑉𝑉𝑉ℎ𝜌𝜌𝜌𝜌𝑎𝑎𝑎𝑎𝑛𝑛𝑛𝑛𝜏𝜏𝜏𝜏 60 𝑖𝑖𝑖𝑖 (𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ)
Reemplazados los valores se tiene:
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 4,3𝑥𝑥𝑥𝑥10−4. 0,78 . 52002 . 60,4 (𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ)
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 209,29 Kg/h
Reemplazando datos a la ecuación a1
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 0,72 . 209,29
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 150,7 kg/
Consumo másico real de aire (Gar)
• Gasto de real aire (Gar)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = s𝑉𝑉𝑉𝑉𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 (a1)
• Eficiencia Volumétrica (s𝑉𝑉𝑉𝑉)(1)
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = • −• 1𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑇𝑇𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑇𝑇𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘 + 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑇𝑇𝑇𝑇+ 𝛾𝛾𝛾𝛾𝑎𝑎𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑇𝑇𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎
(a2)
Reemplazado los valores a la fórmula eficiencia volumétrica es:
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = 8,68,6−10,88 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑃𝑃𝑃𝑃0 0
280
280 + 10 + 0,1 (950)
s𝑉𝑉𝑉𝑉 = 0,7
• Gasto teórico de aire Gat
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝑉𝑉𝑉𝑉ℎ𝜌𝜌𝜌𝜌𝑎𝑎𝑎𝑎𝑛𝑛𝑛𝑛𝜏𝜏𝜏𝜏 60 𝑖𝑖𝑖𝑖 (𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ)
Reemplazados los valores se tiene:
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 4,3𝑥𝑥𝑥𝑥10−4. 0,78 . 52002 . 60,4 (𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ)
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 209,29 Kg/h
Reemplazando datos a la ecuación a1
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 0,72 . 209,29
G𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 150,7 kg/
Gasto real de combustible (Gcr) (2)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = ⍺𝑙𝑙𝑙𝑙𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0
(a3)
Donde: a=1,74
La relación estequiométrica aire-combustible (GLP) a partir de la siguiente
ecuación química de la combustión completa del GLP:
a C₃ H₈+b C₄H₁₀+ c (O₂+3,76N₂) = d CO₂ + e H₂O+ f N₂
Donde a y b son las fracciones en volumen de C₃ H₈ y C₄H₁₀ respectivamente,
se toma a = 0,8 y b = 0,2, por lo que la relación estequiométrica aire-gas es:
0,8C₃H₈+0,2C₄H₁₀+5,3 (O₂+3,76N₂)=3,2 CO₂+4,2H₂O+19,93 N₂
Desarrollando la ecuación se obtiene
Υa/c = 15,55 kg de comb .kg de aire = l0
Por lo tanto:
G𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = α l𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0 =
150,7
1,74(15,55) = 5,57 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ
Area del agujero para flujo de combustible de gas (AC):El flujo combinado de
combustible y aire. Partiendo de los valores calculados de Gar y Gcr puede
determinarse el coeficiente de exceso de aire:
α= 𝑙𝑙𝑙𝑙1 0 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝜌𝜌𝜌𝜌0 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 � Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 (a4)
Despejando el área del agujero (Ac) para suministro de gas (GLP) de la ecuación
anterior, se tiene:
Gasto real de combustible (Gcr) (2)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = ⍺𝑙𝑙𝑙𝑙𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0
(a3)
Donde: a=1,74
La relación estequiométrica aire-combustible (GLP) a partir de la siguiente
ecuación química de la combustión completa del GLP:
a C₃ H₈+b C₄H₁₀+ c (O₂+3,76N₂) = d CO₂ + e H₂O+ f N₂
Donde a y b son las fracciones en volumen de C₃ H₈ y C₄H₁₀ respectivamente,
se toma a = 0,8 y b = 0,2, por lo que la relación estequiométrica aire-gas es:
0,8C₃H₈+0,2C₄H₁₀+5,3 (O₂+3,76N₂)=3,2 CO₂+4,2H₂O+19,93 N₂
Desarrollando la ecuación se obtiene
Υa/c = 15,55 kg de comb .kg de aire = l0
Por lo tanto:
G𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = α𝐺𝐺𝐺𝐺 l𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0 =
150,7
1,74(15,55) = 5,57 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ
Area del agujero para flujo de combustible de gas (AC):El flujo combinado de
combustible y aire. Partiendo de los valores calculados de Gar y Gcr puede
determinarse el coeficiente de exceso de aire:
α= 𝑙𝑙𝑙𝑙1 0 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝜌𝜌𝜌𝜌0 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 � Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 (a4)
Despejando el área del agujero (Ac) para suministro de gas (GLP) de la ecuación
anterior, se tiene:
Gasto real de combustible (Gcr) (2)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝐺𝐺𝐺𝐺⍺𝑙𝑙𝑙𝑙𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0
(a3)
Donde: a=1,74
La relación estequiométrica aire-combustible (GLP) a partir de la siguiente
ecuación química de la combustión completa del GLP:
a C₃ H₈+b C₄H₁₀+ c (O₂+3,76N₂) = d CO₂ + e H₂O+ f N₂
Donde a y b son las fracciones en volumen de C₃ H₈ y C₄H₁₀ respectivamente,
se toma a = 0,8 y b = 0,2, por lo que la relación estequiométrica aire-gas es:
0,8C₃H₈+0,2C₄H₁₀+5,3 (O₂+3,76N₂)=3,2 CO₂+4,2H₂O+19,93 N₂
Desarrollando la ecuación se obtiene
Υa/c = 15,55 kg de comb .kg de aire = l0
Por lo tanto:
G𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = α l𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0 =
150,7
1,74(15,55) = 5,57 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ
Area del agujero para flujo de combustible de gas (AC):El flujo combinado de
combustible y aire. Partiendo de los valores calculados de Gar y Gcr puede
determinarse el coeficiente de exceso de aire:
α= 𝑙𝑙𝑙𝑙1 0 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝜌𝜌𝜌𝜌0 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 � Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 (a4)
Despejando el área del agujero (Ac) para suministro de gas (GLP) de la ecuación
anterior, se tiene:
Gasto real de combustible (Gcr) (2)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = ⍺𝑙𝑙𝑙𝑙𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0
(a3)
Donde: a=1,74
La relación estequiométrica aire-combustible (GLP) a partir de la siguiente
ecuación química de la combustión completa del GLP:
a C₃ H₈+b C₄H₁₀+ c (O₂+3,76N₂) = d CO₂ + e H₂O+ f N₂
Donde a y b son las fracciones en volumen de C₃ H₈ y C₄H₁₀ respectivamente,
se toma a = 0,8 y b = 0,2, por lo que la relación estequiométrica aire-gas es:
0,8C₃H₈+0,2C₄H₁₀+5,3 (O₂+3,76N₂)=3,2 CO₂+4,2H₂O+19,93 N₂
Desarrollando la ecuación se obtiene
Υa/c = 15,55 kg de comb .kg de aire = l0
Por lo tanto:
G𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = α l𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0 =
150,7
1,74(15,55) = 5,57 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ
Area del agujero para flujo de combustible de gas (AC):El flujo combinado de
combustible y aire. Partiendo de los valores calculados de Gar y Gcr puede
determinarse el coeficiente de exceso de aire:
α = 𝑙𝑙𝑙𝑙1 0 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐� 𝜌𝜌𝜌𝜌0 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 � Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 (a4)
Despejando el área del agujero (Ac) para suministro de gas (GLP) de la ecuación
anterior, se tiene:
Gasto real de combustible (Gcr) (2)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝐺𝐺𝐺𝐺⍺𝑙𝑙𝑙𝑙𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0
(a3)
Donde: a=1,74
La relación estequiométrica aire-combustible (GLP) a partir de la siguiente
ecuación química de la combustión completa del GLP:
a C₃ H₈+b C₄H₁₀+ c (O₂+3,76N₂) = d CO₂ + e H₂O+ f N₂
Donde a y b son las fracciones en volumen de C₃ H₈ y C₄H₁₀ respectivamente,
se toma a = 0,8 y b = 0,2, por lo que la relación estequiométrica aire-gas es:
0,8C₃H₈+0,2C₄H₁₀+5,3 (O₂+3,76N₂)=3,2 CO₂+4,2H₂O+19,93 N₂
Desarrollando la ecuación se obtiene
Υa/c = 15,55 kg de comb .kg de aire = l0
Por lo tanto:
G𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = α l𝐺𝐺𝐺𝐺𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
0 =
150,7
1,74(15,55) = 5,57 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾/ℎ
Area del agujero para flujo de combustible de gas (AC):El flujo combinado de
combustible y aire. Partiendo de los valores calculados de Gar y Gcr puede
determinarse el coeficiente de exceso de aire:
α= 𝑙𝑙𝑙𝑙1 0 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐� 𝜌𝜌𝜌𝜌0 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 � Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 (a4)
Despejando el área del agujero (Ac) para suministro de gas (GLP) de la ecuación
anterior, se tiene:
Revista Científica “Investigación Andina”
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = α1𝑙𝑙𝑙𝑙 0 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝜌𝜌𝜌𝜌0 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 � Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 (a5)
Asumiendo que las condiciones de temperaturas para el gas y para el aire son
iguales (temperatura atmosférica).entonces:
𝜌𝜌𝜌𝜌0
𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 =
𝑢𝑢𝑢𝑢0 𝑃𝑃𝑃𝑃0
𝑢𝑢𝑢𝑢𝑐𝑐𝑐𝑐𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐
(a6)
𝑢𝑢𝑢𝑢𝑐𝑐𝑐𝑐 =𝑎𝑎𝑎𝑎𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶3 𝐻𝐻𝐻𝐻8 + 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶4 𝐻𝐻𝐻𝐻 10 (a7)
A partir de estas ecuaciones, se obtiene el área del agujero para el suministro de
gas (GLP)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 =𝛼𝛼𝛼𝛼𝑙𝑙𝑙𝑙1 0
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 �
𝑢𝑢𝑢𝑢0
𝑎𝑎𝑎𝑎𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶3 𝐻𝐻𝐻𝐻8 + 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶4 𝐻𝐻𝐻𝐻 10
�𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑃𝑃𝑃𝑃0
0 + 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐�
𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐
(a8)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = 1,74 × 15,521 648 × 0,950,82 �35,2 + 11,628,96 �0,78 + 1,20,78 �0,4 + 1,20,4
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = 6,92 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚2
Diámetro del surtidor (DS): Por lo tanto el diámetro del surtidor para el suministro
de gas (GLP) es:
D𝑟𝑟𝑟𝑟 =�4 A𝑐𝑐𝑐𝑐п = �4 (6,92)п = 2,92 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
DS = 3 mm, es el diámetro del surtidor corregido para el suministro de gas (GLP)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = α1𝑙𝑙𝑙𝑙 0 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝜌𝜌𝜌𝜌0 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 � Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 (a5)
Asumiendo que las condiciones de temperaturas para el gas y para el aire son
iguales (temperatura atmosférica).entonces:
𝜌𝜌𝜌𝜌0
𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 =
𝑢𝑢𝑢𝑢0 𝑃𝑃𝑃𝑃0
𝑢𝑢𝑢𝑢𝑐𝑐𝑐𝑐𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐
(a6)
𝑢𝑢𝑢𝑢𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶3 𝐻𝐻𝐻𝐻8 + 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶4 𝐻𝐻𝐻𝐻 10 (a7)
A partir de estas ecuaciones, se obtiene el área del agujero para el suministro de
gas (GLP)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝛼𝛼𝛼𝛼𝑙𝑙𝑙𝑙1 0
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 �
𝑢𝑢𝑢𝑢0
𝑎𝑎𝑎𝑎𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶3 𝐻𝐻𝐻𝐻8 + 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶4 𝐻𝐻𝐻𝐻 10
�𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑃𝑃𝑃𝑃0
0 + 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐�
𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐
(a8)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = 1,74 × 15,521 648 × 0,950,82 �35,2 + 11,628,96 �0,78 + 1,20,78 �0,4 + 1,20,4
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = 6,92 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚2
Diámetro del surtidor (DS): Por lo tanto el diámetro del surtidor para el suministro
de gas (GLP) es:
D𝑟𝑟𝑟𝑟 = �4 A𝑐𝑐𝑐𝑐п = �4 (6,92)п = 2,92 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
DS = 3 mm, es el diámetro del surtidor corregido para el suministro de gas (GLP)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = α1𝑙𝑙𝑙𝑙 0 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝜌𝜌𝜌𝜌0 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 � Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + Δ𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 (a5)
Asumiendo que las condiciones de temperaturas para el gas y para el aire son
iguales (temperatura atmosférica).entonces:
𝜌𝜌𝜌𝜌0
𝜌𝜌𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐 =
𝑢𝑢𝑢𝑢0 𝑃𝑃𝑃𝑃0
𝑢𝑢𝑢𝑢𝑐𝑐𝑐𝑐𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐
(a6)
𝑢𝑢𝑢𝑢𝑐𝑐𝑐𝑐 =𝑎𝑎𝑎𝑎𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶3 𝐻𝐻𝐻𝐻8 + 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶4 𝐻𝐻𝐻𝐻 10 (a7)
A partir de estas ecuaciones, se obtiene el área del agujero para el suministro de
gas (GLP)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝛼𝛼𝛼𝛼𝑙𝑙𝑙𝑙1 0
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐 �
𝑢𝑢𝑢𝑢0
𝑎𝑎𝑎𝑎𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶3 𝐻𝐻𝐻𝐻8 + 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶4 𝐻𝐻𝐻𝐻 10
�𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑃𝑃𝑃𝑃0
0 + 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐�
𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑
𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝛥𝛥𝛥𝛥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐
(a8)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = 1,74 × 15,521 648 × 0,950,82 �35,2 + 11,628,96 �0,78 + 1,20,78 �0,4 + 1,20,4
𝐴𝐴𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐 = 6,92 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚2
Diámetro del surtidor (DS): Por lo tanto el diámetro del surtidor para el suministro
de gas (GLP) es:
D𝑟𝑟𝑟𝑟 =�4 A𝑐𝑐𝑐𝑐п = �4 (6,92)п = 2,92 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Modelamiento del sistema de aspiración (Figura 2):
Figura 2. Sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: a-sección de la garganta del mezclador; -dv-diferencial de volumen del cilindro; dx-diferencial de longitud de colector de admisión; vm-volumen media en
el cilindro; l-longitud de colector de admisión; m-masa del fluido; k0
-constante del resorte; w0-frecuencia propia del sistema
Modelo matemático del sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: La masa del
sistema se ha constituido como fluido presente en el conducto o colector de
admisión. La elasticidad del sistema dada en el fluido contenido en el cilindro es
adiabática. De la figura se obtiene fácilmente expresiones de la masa
m = 𝜌𝜌𝜌𝜌LAd (a9)
Partiendo de la ecuación de la transformación adiabática
PVK = Cte
Expresando en la forma diferencial
dPVK + KVK-1PdV = 0
El fluido contenido en el cilindro, se obtiene la relación siguiente:
dP = - (KP/V)dV
Cuando el volumen disminuye - dV del fluido en el cilindro corresponde a la
masa
dx = (- dV/Ad) y luego se obtiene: dP = KPAd(dx/V)
Figura 2. Sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: a-sección de la garganta del mezclador; -dv-diferencial de volumen del cilindro; dx-diferencial de longitud de colector de admisión; vm-volumen media en el cilindro; l-longitud de colector de admisión; m-masa del fluido; k0-constante del resorte; w0-frecuencia propia del sistema.
Modelo matemático del sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: La masa del sistema se ha constituido como fluido presente en el conducto o colector de admisión. La elasticidad del sistema dada en el fluido contenido en el cilindro es adiabática. De la figura se obtiene fácilmente expresiones de la masa
Modelamiento del sistema de aspiración (Figura 2):
Figura 2. Sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: a-sección de la garganta del mezclador; -dv-diferencial de volumen del cilindro; dx-diferencial de longitud de colector de admisión; vm-volumen media en
el cilindro; l-longitud de colector de admisión; m-masa del fluido; k0
-constante del resorte; w0-frecuencia propia del sistema
Modelo matemático del sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: La masa del
sistema se ha constituido como fluido presente en el conducto o colector de
admisión. La elasticidad del sistema dada en el fluido contenido en el cilindro es
adiabática. De la figura se obtiene fácilmente expresiones de la masa
m = 𝜌𝜌𝜌𝜌LAd (a9)
Partiendo de la ecuación de la transformación adiabática
PVK = Cte
Expresando en la forma diferencial
dPVK + KVK-1PdV = 0
El fluido contenido en el cilindro, se obtiene la relación siguiente:
dP = - (KP/V)dV
Cuando el volumen disminuye - dV del fluido en el cilindro corresponde a la
masa
dx = (- dV/Ad) y luego se obtiene: dP = KPAd(dx/V)
Modelamiento del sistema de aspiración (Figura 2):
Figura 2. Sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: a-sección de la garganta del mezclador; -dv-diferencial de volumen del cilindro; dx-diferencial de longitud de colector de admisión; vm-volumen media en
el cilindro; l-longitud de colector de admisión; m-masa del fluido; k0
-constante del resorte; w0-frecuencia propia del sistema
Modelo matemático del sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: La masa del
sistema se ha constituido como fluido presente en el conducto o colector de
admisión. La elasticidad del sistema dada en el fluido contenido en el cilindro es
adiabática. De la figura se obtiene fácilmente expresiones de la masa
m = 𝜌𝜌𝜌𝜌LAd (a9)
Partiendo de la ecuación de la transformación adiabática
PVK = Cte
Expresando en la forma diferencial
dPVK + KVK-1PdV = 0
El fluido contenido en el cilindro, se obtiene la relación siguiente:
dP = - (KP/V)dV
Cuando el volumen disminuye - dV del fluido en el cilindro corresponde a la
masa
dx = (- dV/Ad) y luego se obtiene: dP = KPAd(dx/V)
Modelamiento del sistema de aspiración (Figura 2):
Figura 2. Sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: a-sección de la garganta del mezclador; -dv-diferencial de volumen del cilindro; dx-diferencial de longitud de colector de admisión; vm-volumen media en
el cilindro; l-longitud de colector de admisión; m-masa del fluido; k0
-constante del resorte; w0-frecuencia propia del sistema
Modelo matemático del sistema de aspiración de gas en el cilindro del motor: La masa del
sistema se ha constituido como fluido presente en el conducto o colector de
admisión. La elasticidad del sistema dada en el fluido contenido en el cilindro es
adiabática. De la figura se obtiene fácilmente expresiones de la masa
m = 𝜌𝜌𝜌𝜌LAd (a9)
Partiendo de la ecuación de la transformación adiabática
PVK = Cte
Expresando en la forma diferencial
dPVK + KVK-1PdV = 0
El fluido contenido en el cilindro, se obtiene la relación siguiente:
dP = - (KP/V)dV
Cuando el volumen disminuye - dV del fluido en el cilindro corresponde a la
masa
dx = (- dV/Ad) y luego se obtiene: dP = KPAd(dx/V)
Revista Científica “Investigación Andina”
Durante en el proceso de aspiración o admisión, el volumen en el cilindro varia
continuamente, por eso se determina valor medio
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑎𝑎𝑎𝑎 + 2 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐 + 𝑉𝑉𝑉𝑉2ℎ + 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝑉𝑉𝑉𝑉ℎ + 22 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐 (a10)
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐(• −1) + 22 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐[(• −21) + 2]= 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐(•2+ 1)
Recordando la definición de constante de elasticidad del sistema, la fuerza
elemental aplicado dF, y la diferencial dx:
𝐾𝐾𝐾𝐾0= 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐾𝐾𝐾𝐾𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑 2
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚
(a11)
Frecuencia propia del sistema
𝜔𝜔𝜔𝜔02 = 𝐾𝐾𝐾𝐾𝑚𝑚𝑚𝑚0 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝐾𝐾𝐾𝐾𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝐴𝐴LVm = 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑎𝑎𝑎𝑎 2𝐴𝐴𝐴𝐴
𝑑𝑑𝑑𝑑
LVm
(a12)
𝜔𝜔𝜔𝜔0 = 𝑎𝑎𝑎𝑎�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑉𝑉𝑉𝑉𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑚𝑚𝑚𝑚
(a13)
𝑓𝑓𝑓𝑓0 = 𝜔𝜔𝜔𝜔2𝜋𝜋𝜋𝜋0 = 2𝑎𝑎𝑎𝑎𝜋𝜋𝜋𝜋�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑉𝑉𝑉𝑉𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑚𝑚𝑚𝑚
Para motor de 4 tiempos y 4 cilindros:
𝑓𝑓𝑓𝑓0 = 𝑎𝑎𝑎𝑎𝜋𝜋𝜋𝜋�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑉𝑉𝑉𝑉𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑚𝑚𝑚𝑚
Donde:
𝑎𝑎𝑎𝑎 : Es la velocidad del movimiento de la carga en la garganta del difusor en m/s
por lo tanto es igual a ωd
Se obtiene aplicando la ecuación de continuidad:
𝜔𝜔𝜔𝜔𝑑𝑑𝑑𝑑𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑝𝑝𝑝𝑝𝐴𝐴𝐴𝐴𝑝𝑝𝑝𝑝 (a15)
Ad = 648 mm2 = 0,000648m2
Ap = (π/4) (0,0815)2 = 0,0052m2
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑝𝑝𝑝𝑝 = 30 = 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 0,0825 (5200)30 = 14,3 𝑚𝑚𝑚𝑚/𝑟𝑟𝑟𝑟
Reemplazando los valores en la ecuación de continuidad se tiene la velocidad
máxima del fluido
ωd= 115 m/s ωd= 𝑎𝑎𝑎𝑎
La velocidad mínima del fluido en el difusor a 800 rpm del cigüeñal
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑝𝑝𝑝𝑝 = 30 = 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 0,0825 (800)30 = 2,2 𝑚𝑚𝑚𝑚/𝑟𝑟𝑟𝑟
Por lo que la velocidad del fluido en el difusor del mezclador es 18 m/s
Volumen medio del cilindro es:
Revista Científica “Investigación Andina”
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚 =𝑉𝑉𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐• + 12 (a16)
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚 = 56,63 8,6 + 12
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚 = 272 cm3
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0,000272 m3
Donde:
L = 0,15m; medido entre difusor y la válvula de admisión del motor
Reemplazando los valores a la fórmula de la frecuencia de sistema de aspiración
del motor, se tiene:
𝑓𝑓𝑓𝑓0 = 𝑎𝑎𝑎𝑎𝜋𝜋𝜋𝜋�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑉𝑉𝑉𝑉𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑚𝑚𝑚𝑚 = 146 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝𝑢𝑢𝑢𝑢/𝑢𝑢𝑢𝑢
Es la frecuencia del sistema de aspiración a velocidad máxima del motor
𝑓𝑓𝑓𝑓0 = 𝑎𝑎𝑎𝑎𝜋𝜋𝜋𝜋�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑉𝑉𝑉𝑉𝐴𝐴𝐴𝐴𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑚𝑚𝑚𝑚 = 23 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝𝑢𝑢𝑢𝑢/𝑢𝑢𝑢𝑢
Es la frecuencia del sistema de aspiración a velocidad mínima del motor
• Frecuencia teórica del sistema de admisión
𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑎𝑎 = 120𝑛𝑛𝑛𝑛𝑖𝑖𝑖𝑖
𝑓𝑓𝑓𝑓0 < 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑇𝑇𝑇𝑇
Medición de consumo de combustible
1) Procedimiento de la medición del consumo de combustible.
Consumo de combustible líquido (gasolina)
a) Se ha realizado un mantenimiento del sistema de alimentación de combustible y encen-dido eléctrico del vehículo en prueba como:
Limpieza de carburador
Carburación de la proporción de aire-gasolina aproximando 15:1 Calibración de los electrodos de las bujías a 0,75 mm
Calibración de la apertura del contacto del ruptor o platino Puesta punto de encendido a 20° de adelanto
b) La medición consiste en dos pruebas, uno sin carga el otro con carga, en una ruta de 100km de recorrido a una velocidad del vehículo 60 y 75 Km/h.
c) Las mediciones parciales a velocidades menores a 60 Km/h y mayores 75 Km/h se realizó en recorridos mínimos a 100 m.
d) Se tomó las lecturas correspondientes como velocidad del motor (rpm), velocidad de vehículo (Km/h), volumen de consumo de combustible en cada punto y el tiempo de consu-mo de combustible en cada punto en (s).
Consumo de combustible gaseoso (GLP)
a) Se ha realizado un mantenimiento del sistema de alimentación de combustible y encen-dido eléctrico del vehículo en prueba como:
Instalación del mezclador aire-gas con válvula automática tipo aguja cónica y balón de gas con accesorios respectivos
Carburación de la proporción de aire-gas aproximando 15:1 Calibración de los electrodos de las bujías a 0,75 mm Calibración de la apertura del contacto del ruptor o platino Revista Científica “Investigación Andina”
Puesta punto de encendido a 15° de adelanto
b) La medición consiste en dos pruebas, uno sin carga el otro con carga, en una ruta de 100km de recorrido a una velocidad del vehículo 55 y 70 Km/h.
c) Las mediciones parciales a velocidades menores a 55 Km/h y mayores 70 Km/h se realizó en recorridos mínimos a 100 m.
d) Se tomó las lecturas correspondientes como velocidad del motor (rpm), velocidad de vehículo (Km/h), másico de consumo de combustible en cada punto y el tiempo de consumo de combustible en cada punto en (s).
Pruebas de eficiencia de arranque
Combustible (gasolina)
El sistema técnico del motor Otto y de los equipos de suministro corresponde a las condicio-nes técnicas y durante la realización de la prueba fue controlado mediante la determinación de las características de arranque a temperaturas bajas.
Se realizaron las mediciones del estado térmico del motor Otto y la temperatura del medio ambiente en el lugar de la prueba.
El arranque del motor suministrado con combustible (gasolina), es con una duración de 10 a 15 segundos del giro del cigüeñal accionada por el motor de arranque. Esto es sin sobrea-limentación de combustible, lo que ocasiona reducción de vida útil del motor de arranque. El arranque del motor suministrado con combustible (gasolina), es con una duración de 2 a 5 segundos del giro del cigüeñal accionada por el motor de arranque. Esto es con sobrea-limentación de combustible, lo que permite mayor consumo de combustible en periodo de arranque hasta la temperatura normal de funcionamiento (Grafico 3 y tabla 4).
Combustible (GLP)
El sistema técnico del motor Otto y de los equipos de suministro corresponde a las condicio-nes técnicas y durante la realización de la prueba las cuales fueron controladas mediante la determinación de las características de arranque a temperaturas bajas.
Se realizaron las mediciones del estado térmico del motor Otto y la temperatura del medio ambiente en el lugar de la prueba.
Durante arranques a bajas temperaturas del motor, una gran influencia sobre el tiempo de arranque ejerce la magnitud del suministro cíclico del combustible con el 15° de adelanto de punto de encendido.
RESULTADOS
A. Con suministro de combustible (gasolina)
Luego de implementar las metodologías de pruebas de consumo de combustible (gasolina), en un motor de automóvil (Tabla 2 y Gráfico 1.)
Tabla 2. Resultados obtenidos de la medición de consumo de combustible (gasolina) en ruta
N° N Vsc Vcc T Gsc Gcc V.Asc V.Acc gAsc gAcc
Rpm ml ml Min L/h L/h Km/h Km/h Kg/100Km Kg/100Km
1 800 12 14 0,40 1,800 2,1 20 20 6.40 7.50
2 1000 12 14 0,29 2,483 2,897 30 30 5.90 6.90
3 1500 12 14 0,21 3,429 4,000 45 45 5.40 6.30
4 2000 12 14 0,16 4,500 5,250 60 60 5.30 6.10
5 2500 12 14 0,13 5,538 6,462 75 75 5.20 6.10
6 3000 12 14 0,11 6,545 7,636 85 85 5.50 6.40
7 3500 12 14 0,09 8,000 9,333 100 95 5.70 7.00
8 4000 12 14 0,08 9,000 10,500 110 100 5.80 7.50
9 4500 12 14 0,07 10,286 12,000 120 105 6.10 8.10
10 5000 12 14 0,07 10,286 12,000 120 105 6.10 8.10
Tabla 2.Resultados obtenidos de la medición de consumo de combustible (gasolina) en ruta
Grafico 1.Curvas del consumo especifico de combustible (Gasolina) del automóvil Vs. Velocidad del automóvil
3 1500 12 14 0,21 3,429 4,000 45 45 5.40 6.30
4 2000 12 14 0,16 4,500 5,250 60 60 5.30 6.10
5 2500 12 14 0,13 5,538 6,462 75 75 5.20 6.10
6 3000 12 14 0,11 6,545 7,636 85 85 5.50 6.40
7 3500 12 14 0,09 8,000 9,333 100 95 5.70 7.00
8 4000 12 14 0,08 9,000 10,500 110 100 5.80 7.50
9 4500 12 14 0,07 10,286 12,000 120 105 6.10 8.10
10 5000 12 14 0,07 10,286 12,000 120 105 6.10 8.10
Grafico 1. Curvas del consumo específico de combustible (Gasolina) del automóvil Vs.
velocidad del automóvil
B. Con suministro de combustible (GLP)
Luego de implementar las metodologías de mejoramiento de consumo económico de combustible, mediante suministro de gas licuado de petróleo (GLP) a través de la válvula Revista Científica “Investigación Andina”
automática con aguja tipo cónica a 3825 m.s.n.m. En la tabla 3 y el gráfico 2 se interpreta consumo específico de combustible en función de velocidad de automóvil.
Tabla 3. Resultados obtenidos de la medición de consumo de combustible (GLP) en ruta
N° N msc mcc T Gsc Gcc V.Asc V.Acc gAsc gAcc Rpm gr gr Min Kg/h Kg/h Km/h Km/h Kg/100Km Kg/100Km
1 800 200 250 12 1.000 1.250 25 25 4.0 5.0
2 1000 200 250 11 1.091 1.364 30 30 3.6 4.5
3 1500 200 250 9 1.333 1.667 40 40 3.3 4.2
4 2000 200 250 7.5 1.600 2.000 55 55 2.9 3.6
5 2500 200 250 6 2.000 2.500 70 70 2.8 3.6
6 3000 200 250 5 4.000 3.000 80 80 3.0 3.7
7 3500 200 250 4 3.000 3.750 95 95 3.2 3.9
8 4000 200 250 3.5 3.429 4.286 100 100 3.4 4.3
9 4500 200 250 3.5 4.000 5.000 100 100 3.4 4.3
10 5000 200 250 3.5 4.000 5.000 100 100 3.4 4.3
n : Velocidad del motor Vsc : Volumen de gas sin carga Vcc : Volumen de gas con carga t : Tiempo
Gsc : Consumo horario sin carga Gcc : Consumo horario con carga V.Asc : Velocidad del automóvil sin carga V.Acc : Velocidad del automóvil con carga
gAsc : Consumo específico de combustible del automóvil sin carga gAcc : Consumo específico de combustible del automóvil con carga
V.Asc : Velocidad del automóvil sin carga
V.Acc : Velocidad del automóvil con carga
gAsc : Consumo especifico de combustible del automóvil sin carga
gAcc : Consumo especifico de combustible del automóvil con carga
Grafico 2.Curvas del Consumo Especifico de Combustible (Glp) del Automóvil Vs. Velocidad del Automóvil
La eficiencia de arranque y potencia efectiva del motor han mejorado a temperaturas bajas (Tabla 4 y Gráfico 3).
Tabla 4.Resultados obtenidos de la medición de tiempo en demora de arranque del motor en condiciones de medio ambiente a bajas
temperaturas (Julio 2013)
N° Arranque con gasolina Arranque con GLP
T (°C) T (s) T (°C) T (s)
1 -10 25 -10 12
2 -5 15 -5 8
3 0 10 0 7
4 5 7 5 6
5 10 5 10 5
Grafico 2. Curvas del consumo especifico de combustible (Glp) del automóvil vs. velocidad
del automóvil
La eficiencia de arranque y potencia efectiva del motor han mejorado a temperaturas bajas (Tabla 4 y Gráfico 3).
Tabla 4. Resultados obtenidos de la medición de tiempo en demora de arranque del motor en condiciones de medio ambiente a bajas temperaturas (Julio 2013)
N° Aranque con gasolina
T (°C) T (s)
Arranque con GLP T (°C) T (s)
1 -10 25 -10 12
2 -5 15 -5 8
3 0 10 0 7
4 5 7 5 6
5 10 5 10 5
Grafico 3..Curvas de Arranque del Motor: Tiempo Vs. Temperatura
Se realizó la medición de componentes de gases de escape en el motor a gasolina
(Tabla 5) y en el motor a GLP (Tabla 6).
Tabla 5.Medición de componentes de gases de escape (motor a gasolina) Abril 2014
Descripción Ralentí Acelerado
RPM 526 2563
T aceite °C 74 75 CO % 2,01 2,05 CO + CO2 % 15,63 15,89
Grafico 3. Curvas de arranque del motor:
Tiempo Vs. Temperatura
Se realizó la medición de componentes de gases de escape en el motor a gasolina (Tabla 5) y en el motor a GLP (Tabla 6).
Tabla 5. Medición de componentes de gases de escape (motor a gasolina) Abril 2014
Descripción Ralentí Acelerado
RPM 526 2563
T aceite °C 74 75
CO % 2,01 2,05
CO + CO2 % 15,63 15,89
HC % 105,00 104,00
Emisiones Sonoras : 80,25
144
Revista Científica “Investigación Andina”
VOLUMEN 16 – Nº 1 Enero – Junio 2016
Tabla 6. Medición de componentes de gases de escape motor a (GLP) Abril 2014
Descripción Ralentí Acelerado
RPM 526 2563
T aceite °C 74 75
CO % 0,42 0,40
CO + CO2 % 15,60 15,68
HC % 76,00 77,00
Emisiones Sonoras : 75,20
CONCLUSIONES
Ha sido posible mejorar el consumo económico de combustible, mediante suministro de gas licuado de petróleo (GLP), a través de un mezclador con válvula automática tipo aguja cóni-ca, que controla el flujo másico de gas, en función a depresión creada por desplazamiento de pistón. El mejoramiento alcanzado es 35 a 40 % con respecto a motores con suministro de combustible líquido (gasolina).
Se optimizó la composición de la mezcla aire-gas del motor a bajas temperaturas, porque no hay presencia de humos en la cola de escape del motor.
La eficiencia de arranque y potencia efectiva del motor han mejorado a temperaturas bajas. Estos permiten menor tiempo de arranque y calentamiento del motor, con lo cual se logra ahorro de combustible.
Según el gráfico 1 la curva consumo específico de combustible del automóvil (gasolina) Vs. velocidad del automóvil), el consumo de combustible es óptimo en 60 a 75 Km/h del auto-móvil en ruta
Según el gráfico 2 la curva consumo específico de combustible del automóvil (GLP) Vs. velocidad del automóvil, el consumo de combustible es óptimo en 55 a 70 Km/h del automóvil en ruta.
Asimismo, con los resultados obtenidos se disminuye la contaminación del medio ambiente al lograr la combustión completa de combustible.
Agradecimientos
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Jóvaj MS. Motores de Automóvil. Moscú: Editorial MIR; 1982.
2. Lira JG, Contreras A. Regulación Automática del Sistema de Alimentación de Biogás de un Motor de Combustión Interna. 4° congreso internacional de ingenierías mecáni-ca, eléctrimecáni-ca, electrónimecáni-ca, mecatrónica y sistemas computacionales. Querétaro, Estado de Querétaro, México. 27 al 29 de septiembre de 2011. Ciudad de Mexico: Universi-dad Autónoma Metropolitana UniUniversi-dad Azcapotzalco; 2011. p. 253-268.
Fecha de recepción: 23/05/2016 Fecha de aceptación: 11/07/2016
Correspondencia:
Benjamin Chuquimamani Quinto
[email protected] 51951904183 Revista Científica “Investigación Andina”
