Ensayo de Motores Alternativos - 2021.pptx

resumen de ensayos de motores de combustión interna alternativos

1. Ensayo de Motores Alternativos 2021

2. 1 - Tipos de Ensayos A1 - Control de Calidad Aplicados: - A todas las unidades: análisis de un número reducido de variables - A un lote pequeño: análisis exhaustivo, duración, desgaste, evolución. A2 - Homologación Prestaciones frente a normativa Homologación de piezas de proveedores. A3 - Recepción Del tipo de homologación, solicitados por el cliente; típicos en el caso de motores reacondicionados A4 - Investigación – Desarrollo Pueden ser sobre variables de una investigación. Muy variados y complejos.

3. 1 - Tipos de Ensayos B1 - Con Combustión Representan condiciones normales de funcionamiento. - En régimen estacionario: curvas características - En régimen transitorio: pérdidas mecánicas, emisiones. B2 - Sin Combustión Arrastre del motor. B3 - Con Modelos Ensayo en condiciones controladas: combustión. Lubricación del pistón Mahle

4. Parámetros a Medir Instrumentación necesaria

5. 2 - Parámetros a Medir e Instrumentación necesaria

6. 3 - Curvas Características Momento Torsor o Par motor Potencia Efectiva Consumo específico Estas Curvas Características se relevan en todo el rango operativo de revoluciones del motor a ensayar con intervalos discretos : 200 – 500 rpm , con Estado de Carga [%] máximo (100%) o parcial. Cm

7. 4 - Medición del Momento Torsor A1) Aceleración Libre (medición indirecta) Consiste en acelerar el motor en vacío y medir el régimen de giro en función del tiempo, así se puede conocer la aceleración angular ( α ): M = I . α Es necesario conocer el momento de inercia del motor I . - La medida del par se realiza en transitorios. - También sirve para medir el par de pérdidas mecánicas . Si no se conoce con exactitud I , se realiza un segundo ensayo adicionando un momento de inercia conocido I , formando un sistema de 2 ecuaciones de resolución definida: M = (I + I ) . α A2) Transductor de par en el eje de transmisión (medición directa) En transitorios el momento de inercia del freno no influye en el par medido .

8. 4 - Medición del Momento Torsor A3) Balanceado del freno (medición directa) En el estator del freno solo generan par la fuerza sobre la celda de carga y el par de frenado.

9. 5 - Límites operativos de un freno dinamométrico Límite por resistencia del freno Límite por resistencia del freno Mt (n) Ne (n) Es imprescindible que la curva operativa del motor esté íntegramente dentro del campo de utilización del mismo Máximo par de frenado: debido a que el par de frenado máximo depende de alguna manera del régimen de giro y aumenta con el régimen. Límite por resistencia estructural del freno: viene determinado por la máxima fuerza/torque que puede soportar el conjunto rotor-estator; es independiente del régimen de giro . Potencia máxima: depende del máximo calor que sea capaz de disipar el sistema de refrigeración del freno. Régimen máximo: limitado por los esfuerzos centrífugos que se originan. Par mínimo: si el par es muy bajo la precisión de la medida del par no es buena. La resolución de la celda de carga también puede ser un limitante.

10. 6 - Tipos de frenos dinamométricos A 3.1.1. - Frenos Hidráulicos. A 3.1.2.- Frenos Oleo-hidráulicos A 3.2. - Frenos Electromagnéticos (de corrientes parásitas) A 3.3. - Frenos Eléctricos de CC A 3.4. - Frenos Eléctricos de CA (asincrónicos) A 3.1.1. - Frenos Hidráulicos . Formados por un rotor que , al girar, produce un movimiento toroidal intenso en el agua que contiene . Hay 2 tipos constructivos : - Rotor interior (más común) - Rotor exterior La regulación (capacidad frenante) se puede lograr con: - Nivel de agua dentro de la carcasa . - Posición de Compuertas deslizantes entre Estator y Rotor

11. A 3.1.1. - Frenos Hidráulicos. El efecto del movimiento del agua es el de transferir cantidad de movimiento desde el rotor al estator y por tanto desarrollar un par resistente al giro del rotor que está equilibrado por un par de reacción en el estator. La consecuencia es una turbulencia elevada en el agua y la disipación de la energía en forma de calor cedido al agua que debe ser transferido para evitar la cavitación

12. A 3.1.1. - Frenos Hidráulicos. Instalación de Refrigeración

13. El freno consiste en una bomba de engranajes o similar que bombea aceite, posteriormente el aceite se lamina y se refrigera. La regulación se realiza modificando la presión de salida del aceite en la válvula de laminación . El sistema de refrigeración es similar al de un freno hidráulico. Motor Térmico a ensayar Freno de aceite (bomba de engranajes) Depósito de aceite. Válvula de regulación de caudal-presión. Intercambiador de calor aceite-agua Dispositivo de medición de Fuerza Dispositivo de medición de rpm A 3.1.2.- Frenos Oleo-hidráulicos

14. A 3.2. - Frenos Electromagnéticos ( de corrientes parásitas) El estator contiene una o varias bobinas de campo que son excitadas por una pequeña corriente continua . Esta corriente genera un flujo magnético (corrientes de Foucault) que se oponen al movimiento del rotor, de elevada permeabilidad magnética con aspecto de engranaje recto de dientes anchos y paso elevado. La potencia absorbida se convierte en calor que se cede al agua que circula por el estator. La regulación se realiza mediante la variación de la corriente que circula por el estator, por lo que resulta fácil de controlar. - El rotor es el único elemento móvil.

15. A 3.2. - Frenos Electromagnéticos (de corrientes parásitas) Ejemplo: Absorción de potencia : 350 CV a 3500 rpm Torque máximo: 58 kgm Corriente monofásica: 10 A Caudal de agua: 7000 [ l/h] Presión del agua : 2 bar

16. A 3.3. - Frenos Eléctricos de CC Se trata de un generador de corriente continua acoplado al motor. Esta dinamo absorbe la energía disponible en el cigüeñal, generando una corriente continua y provocando un par de vuelco sobre el estator (carcasa) que, como en los casos anteriores, está balanceado . La potencia disipada se puede medir con una celda de carga, o bien midiendo la energía eléctrica generada. La regulación del par de frenado se consigue variando la tensión en el inducido del generador. Los dinamo-freno son en general robustos , fáciles de automatizar y también se pueden emplear en sentido inverso como motor de arrastre ( relevar fricción interna), o de arranque del motor de combustión. L a energía eléctrica generada se puede aprovechar aportándola a algún sistema de la sala o, después de ser acondicionada , directamente a la red. En caso contrario, se requiere el uso de un sistema de disipación variable de energía, como por ejemplo un banco de resistencias, refrigeradas por aire o agua.

17. A 3.3. - Frenos Eléctricos de CA Consisten esencialmente en un motor de inducción que , gracias a la tecnología actual, ofrecen casi las mismas características de funcionamiento que los dinamo-frenos con la ventaja adicional de tener una menor inercia . La velocidad del motor se controla regulando la frecuencia de la tensión de alimentación. La fuente de alimentación comprende un rectificador de tensión, un circuito intermedio de corriente continua y un inversor de tensión para generar la tensión de frecuencia variable . El calor generado dentro del dinamómetro se disipa mediante el ventilador de refrigeración integrado . Protector de árbol de transmisión

18. Enfriador de aire A 3.3. - Frenos Eléctricos de CA

19. 7 - Comparativa de características Freno para acoplar al cubre volante del motor a ensayar

20. 8 - Campos de Utilización

21. 9 - Par – Potencia Cuando la velocidad n [rpm] se estabiliza: Mr = Me El Par o Momento Torsor del motor Me [Nm] se obtiene a partir de la lectura de la balanza o celda de carga : F [N] → Me = F x L L L Potencia efectiva Ne [kW] = Me x ω / 1000 = F x L x (2. π . n ) / 60.1000 = K : constante del freno Ne = F x n / K → K = f (L) En frenos hidráulicos Mr ≈ n 2 → Nr ≈ n 3 n : [rpm] w : [1/s] L : [m]

22. 10 - Medida de magnitudes 10.1 - Momento Torsor 10.1.1 – Balanza 10.1.2 – Celda de carga 10.1.3 - Indirecto: deformación angular 10.2 - Velocidad de giro 10.2.1 – Codificador angular magnético + rueda fónica (dentada) 10.2.2 – Codificador óptico 10.2.3 – Mecánico 10.3 - Gasto de Combustible 10.3.1 – Gravimétrico 10.3.2 – Volumétrico

23. 10 - Medida de magnitudes 10.4 - Gasto de Aire - Caudal volumétrico - Densidad K = 90000 → sobre aliment ado - Temperatura K = 180000 → aspiración natural El proceso de admisión en un motor es pulsante , para neutralizar ese fenómeno se incorpora un volumen de remanso Tobera

24. Masa de O 2 vs Altura [m] s.n.m. 11 - Corrección de magnitudes Densidad del Aire [kg/cm 2 ] La masa de O 2 y la densidad del aire sufren variaciones sensibles en el rango de operación de un MCIA Densidad % del aire atmosférico en función de la altura s. n. mar. Densidad del aire atmosférico en función de la temperatura ambiente.

25. 11 - Corrección de magnitudes Las condiciones ambientales afectan sensiblemente las prestaciones de un MCIA . La posición sobre el nivel del mar tiene una gran incidencia en la entrega de potencia del motor, pero su influencia se ve reflejada con la presión atmosférica . Si bien la humedad también es un factor operativo su influencia es muy menor. Variaciones de 50 mbar y ± 25°C son comunes en el entorno operativo de un motor vehicular, estacionario, vial o agrícola, consecuentemente se han desarrollado fórmulas de corrección de la potencia efectiva , que han sido incluidas en las principales normas de ensayo : Se definen las condiciones de referencia: Po y To Corrección de la Potencia Indicada → ← Corrección de la Potencia Efectiva k = 0,7 Corrección de Consumo Específico:

26. 12 – Normativa aplicable al ensayo de MCIA Existen diversas normas de aplicación; las más relevantes corresponden a los países donde el desarrollo de los MCIA ha sido de vanguardia, no obstante es común que cada país donde existen fábricas de motores alternativos y sobre todo de uso vehicular, se desarrollen normas de uso nacional, aunque existe un proceso de armonización global lógico y necesario.

27. 12 – Normativa aplicable al ensayo de MCIA

28. Motor POT. CONTINUA [kW /rpm] POT INTERMITENTE [ kW/rpm] ARROW A 54: MEP (industrial) (USA) GN – AN – Z=6 50,7 /1800 55,9 / 1800 D= 100,9 S= 118,9 (- 10,3 %) Mt máx = 315,9 Nm /900 Motor POT . CONTINUA [kW /rpm] POT INTERMITENTE [kW/rpm] KUBOTA WG972: MEP (industrial) (Japón) Nafta – AN – Z=3 20,9 /3600 23,1 / 3600 D= 74,5 S= 73,6 (- 10,5 %) Mt máx (intermitente) = 73,5 Nm /2400 Motor POT. SAE [HP /rpm] POT. DIN 70020 [CV/rpm ] STEYR 615.61: MEC (vehicular) (Austria) Z = 6 - TC 292 / 2600 260 / 2600 D= 126 S= 130 (- 11 %) Mt máx (SAE) = 95 kgm /1650 qc (DIN) = 158 g / CV.h @ 1700 rpm 13 – Potencia Continua vs. Intermitente – SAE vs. DIN

29. SAE J 1995 2014 01: Esta norma SAE ha sido adoptada para proporcionar una base para la determinación con dinamómetro de la potencia bruta y el par del motor en condiciones de referencia. Está destinado principalmente a los fabricantes de motores que suministran motores para que otros los instalen en aplicaciones en las que el fabricante del motor no puede controlar el diseño del sistema de admisión y escape o la velocidad a la que funciona el motor. SAE J1995 . Es la norma que  más potencia  proporciona. El motor se ensaya sin filtro de aire, sin silencioso, sin alternador… ISO14396 . Al motor se le retira el radiador y también el ventilador, y se ensaya con una presión de aire de admisión de 0,99 Bar. SAE J1349 . Norma americana equivalente a la europea ECE R24 (similar a la directiva 77/537/CEE). En ella se incluyen todos los accesorios necesarios para el funcionamiento del motor (la potencia neta). DIN70020 . Similar a la ECE R24 y SAE J1349, aunque se especifica que el ventilador debe de estar conectado y funcionando. ECE R96 . Similar a la 2000/25/CE, en ella se usan restricciones en aspiración y escape. OCDE . Es el ensayo que  menos potencia  proporciona. Con el motor colocado en el  tractor , en un freno dinamométrico y con el acelerador a tope, mide la potencia a la salida del eje de la toma de fuerza y no en el volante motor, con las consiguientes pérdidas por el camino por rozamientos de engranajes.

30. La certificación de potencia y par proporciona un medio para que un fabricante asegure a un cliente que el motor que compra ofrece el rendimiento anunciado. El estándar SAE J2723 se ha escrito para proporcionar a los fabricantes un método para certificar la potencia de los motores según las normas SAE J1349 O SAE J1995 recientemente revisadas. J2723 especifica el procedimiento que debe utilizar un fabricante para certificar la potencia neta y la clasificación de par de un motor de producción de acuerdo con SAE J1349 o la potencia bruta del motor de un motor de producción de acuerdo con SAE J1995. La norma ISO 3046-3:2006 especifica las técnicas de medición comunes de los principales parámetros de rendimiento de los motores alternativos de combustión interna, además de los requisitos básicos definidos en la norma ISO 15550. Esto es para garantizar que se logre la precisión de medición requerida para la comparación de los valores medidos. valores con los valores especificados por el fabricante del motor. Cuando sea necesario, se pueden dar requisitos individuales para aplicaciones de motores particulares.La norma ISO 3046-3:2006 se aplica a los motores alternativos de combustión interna para uso terrestre, de tracción ferroviaria y marítimo.Puede aplicarse a motores utilizados para propulsar máquinas de construcción de carreteras, camiones industriales y para otras aplicaciones en las que no existan normas internacionales adecuadas para estos motores.

31. La norma ISO 8528-1:2018 define varias clasificaciones para la aplicación, la clasificación y el rendimiento de los grupos electrógenos que consisten en un motor de combustión interna alternativa (RIC), un generador de corriente alterna ( c.a. ) y cualquier equipo de control, aparamenta y equipo auxiliar asociado . ISO 8528-1:2018 se aplica a c.a . grupos electrógenos accionados por motores RIC para uso terrestre y marino, excepto los grupos electrógenos utilizados en aeronaves o para propulsar vehículos terrestres y locomotoras. Para algunas aplicaciones específicas (por ejemplo, suministros hospitalarios esenciales, edificios de gran altura), pueden ser necesarios requisitos adicionales. Las disposiciones de este documento pueden ser la base para establecer cualquier requisito adicional. Para otros motores primarios de tipo alternativo (por ejemplo, motores de aguas residuales, motores de vapor), las disposiciones de este documento se pueden utilizar como base para establecer estos requisitos. Los grupos electrógenos que cumplen con los requisitos de este documento se utilizan para generar energía eléctrica para aplicaciones continuas, de carga máxima y de reserva. Las clasificaciones establecidas en este documento pretenden ayudar a la comprensión entre fabricante y cliente.

32. ISO 1585 Este documento especifica un método para probar motores diseñados para vehículos automotores. Se aplica a la evaluación de sus prestaciones con vistas, en particular, a presentar curvas de potencia y consumo específico de combustible a plena carga en función del régimen del motor. Se aplica únicamente a la evaluación de la potencia neta. Este documento se refiere a los motores de combustión interna utilizados para la propulsión de turismos, camiones y otros vehículos de motor, excepto motocicletas, ciclomotores y tractores agrícolas que circulan normalmente por carretera, y que se incluyen en una de las siguientes categorías:— motores alternativos de combustión interna (encendido por chispa o encendido por compresión), pero excluidos los motores de pistón libre;— motores de pistones rotativos. Estos motores pueden ser de aspiración natural o cargados a presión, ya sea mediante un sobre alimentador mecánico o un turbocompresor.