Curvas Caracteristicas de Un Motor

UNIVERSIDAD

NACIONAL

DE

PIURA

FACULTAD DE AGRONOMÍA ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

MOTORES Y TRACTORES

CURVAS CARACTERISTICAS DEL MOTOR  ALUMNO

: VILLEGAS PINTADO LUIS CARLOS

PROFESOR : ING. FERNANDO NOE CISNEROS SEMESTRE

: II – II – 2013  2013

I.

INTRODUCCION Y ANTECEDENTES

En estudios recientes se menciona que el consumo de combustible correspondiente a la agricultura alcanza el 30-45 % (Ortiz-Cañavate 1990) del total. No obstante los avances técnicos logrados con el fin de mejorar la eficiencia de la maquinaria agrícola, sus elevadas demandas energéticas hacen necesario planificar, organizar y gestionar su empleo con precisión.  Aplicar este criterio al uso del tractor, contribuye a mejorar sensiblemente la eficiencia en el consumo de energía en el sector agrícola. Que los tractores sean "ahorrativos" o de bajo consumo no es una consecuencia exclusiva del diseño, el resultado también dependerá de la forma en que sea utilizado. En general un mismo tractor es empleado para cumplir con labores tan diversas como una labranza, una labor secundaria o de transporte. Cada una presenta demandas diferentes de par motor y/o velocidad de avance que, a su vez implica consumos de combustible distintos; es posible optimizar el consumo con un adecuado empleo de la caja de velocidades y selección del régimen de funcionamiento del motor   (Márquez Delgado 1990). Las curvas características del motor (potencia, par, consumo específico, etc.) y los datos de la transmisión del tractor son la base técnica para definir con solvencia, el régimen y cambio que permita optimizar el consumo de combustible. Según Renius (1994) la estrategia de un cambio adelante y el acelerador atrás para ahorrar combustible, es útil desde el punto de vista del motor y de la transmisión.

I.

OBJETIVOS



Identificar las curvas características completas de un motor.



Definir cada una de las curvas completas del motor.



Determinar gráficamente y gracias a un banco de ensayos las curvas de potencia, par motor y consumoespecíficode un tractor agrícola (DEUTZ-FARH AX 4.140 D.T).

II.

MARCO TEORICO

2.1.

CURVAS CARACTERISTICAS DE MOTORES

2.1.1. 

Definición:

Entendemos por curvas características de un motor a la Potencia (N), el Torque (MT), y el Consumo específico de combustible expresadas en función de las RPM del mismo. Se denominan curvas características de un motor las que expresan gráficamente la potencia, el par motor y el consumo específico en función de la velocidad de rotación del cigüeñal. Dichas curvas se trazan señalando en un diagrama los valores de la potencia (caballos de vapor), del par (Newton por metro) y del consumo (gramos de   carburante por caballo de vapor en una hora), que el motor proporciona a cada variación de su régimen de rotación. El motor se coloca en un banco de pruebas y se le hace funcionar en condiciones de alimentación máxima, es decir, con la  mariposa del carburador abierta por completo o con la bomba de inyección (motores Diesel o de inyección de gasolina) al caudal máximo. En algunos casos se trazan las curvas o cargas parciales, o sea, con un grado de alimentación inferior al máximo. Las curvas están incluidas entre un límite mínimo de revoluciones (por debajo del cual el funcionamiento del motor resulta irregular) y un máximo (por encima del cual quedaría perjudicada la duración de los órganos mecánicos). Estos 2 extremos determinan el campo de utilización del motor. 2.1.2.

Curvas características:

Las tres curvas características de un motor, expresan pues, el comportamiento del mismo en cualquiera de los regímenes.

A) El Par Motor Es el par desarrollado por el motor en cada instante y medido en el final del cigüeñal, volante de inercia o primario del embrague. Se produce debido a la combustión del carburante en los cilindros, por lo que, en general, cuanto más se apriete el acelerador mayor será el par obtenido. El Par Mot or Máxim o , que es el dato habitualmente proporcionado por los fabricantes, es la máxima fuerza de giro que puede proporcionar el motor. Se da solamente en unas condiciones determinadas:

 – Plena carga: acelerador pisado al 100%.  –  Régimen de revoluciones de motor intermedio, que es aquel en el que se consigue la optimización de diversos factores, entre ellos el rendimiento del turbo y la combustión. Por lo común, la curva del par motor tiene un trazado mucho más llano que la de la potencia. También crece al aumentar las revoluciones del motor, pero su progresión es mucho menor. Además, el punto de par motor máximo corresponde a un régimen de rotación muy inferior al de potencia máxima. Una vez alcanzado su límite más alto la curvatura decrece, pero menos rápidamente que la de potencia. El régimen de par motor máximo es siempre inferior al de potencia máxima.

B) Potencia La curva de potencia crece en progresión casi constante hasta un valor determinado, que indica el régimen de potencia máxima. Luego decrece rápidamente hasta el límite máximo de utilización. El descenso de potencia más allá de dicho valor es debido a la disminución del rendimiento volumétrico del motor. El punto de potencia máxima corresponde, por tanto, a un régimen de revoluciones del cigüeñal inferior al máximo permitido. En general, cuanta menor curvatura tiene el trozo de línea comprendido entre el límite mínimo de utilización y el régimen de potencia máxima, tanto más elástico es el funcionamiento del motor.  Aplicando la fórmula:

Poten ci a m áxim a  es la potencia efectiva máxima con el motor funcionando a plenos gases, es decir la que corresponde a la ordenada máxima de la curva característica de potencia.

 A la velocidad del motor correspondiente a esta potencia se le llama “velocidad de régimen máximo” o simplemente “velocidad de régimen”. Potencia no min al.- El concepto de potencia nominal es análogo al de potencia máxima, no está perfectamente precisada y suele ser el constructor del motor el que la fije en el banco de pruebas.

C) Consumo específico de combustible . Un desarrollo aproximadamente inverso al de la curva del par es el de la curva del consumo específico. Al aumentar las revoluciones del motor dicha curva decrece, con lentitud, desde el régimen de utilización mínima hasta un cierto límite, que corresponde al punto de consumo mínimo. En general, este límite está comprendido en el intervalo que separa el régimen de par máximo del de la potencia máxima. La curva vuelve luego a subir gradualmente hasta el valor de utilización máxima del motor. Los motores Diesel tienen su punto de menor consumo específico a velocidades de rotación más altas, por lo que en este caso, lo más conveniente, es utilizarlo cerca de la potencia máxima.

ENSAYO TIPO: Curvas DEUTZ  –FAHR AX 4.140 DOBLE TRACCION DETERMINACIÓN DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR 1.

CURVA CARACTERÍSTICA POTENCIA CURVAS COMPLETAS DEL MOTOR DEUTZ  –FAHR AX 4.140 DT Régimen (rpm)

Potencia (CV)

1552

102.29

1607

106.51

1627

108.1

1675

112

1774

119.49

1883

124.11

1973

127.87

2196

133.96

2251

137.33

2293

119.04

2310

89.32

2332

60.32

2389

30.96

2411

0

CURVA CARACTERÍSTICA POTENCIA 160

140

133.96 124.11

120

100

137.33

127.87

119.49

102.29

106.51 108.1

119.04

112

    )    v    c     (    a    i    c 80    n    e    t    o    P

89.32

Potencia (CV)

60.32

60

40

30.96 20

0

0 1552

1607

1627

1675

1774

1883

1973

2196

2251

2293

2310

Regimen Motor (rpm)

2. CURVA CARACTERÍSTICA PAR MOTOR CURVAS COMPLETAS DEL MOTOR DEUTZ  –FAHR AX 4.140 DT Régimen (rpm)

Par Motor (Nm)

1552

462.84

1607

465.39

1627

466.66

1675

469.21

1774

473.04

1883

462.84

1973

455.19

2332

2389

2411

2. CURVA CARACTERÍSTICA PAR MOTOR CURVAS COMPLETAS DEL MOTOR DEUTZ  –FAHR AX 4.140 DT Régimen (rpm)

Par Motor (Nm)

1552

462.84

1607

465.39

1627

466.66

1675

469.21

1774

473.04

1883

462.84

1973

455.19

2196

428.41

2251

428.21

2293

364.66

2310

271.58

2332

181.69

2389

91.8

2411

0

CURVA CARACTERÍSTICA PAR MOTOR 500

450

473.04 462.84 465.39 466.66 469.21 462.84

455.19 428.41 428.21

400

364.66 350

    ) 300    m    N     (    r    o    t 250    o    M    r    a    P 200

271.58 Par Motor (Nm)

181.69 150

100

91.8

50

0

0 1552

1607

1627

1675

1774

1883

1973

2196

2251

2293

2310

Regimen Motor (rpm)

3. CURVA CARACTERÍSTICA CONSUMO ESPECÍFICO CURVAS COMPLETAS DEL MOTOR DEUTZ  –FAHR AX 4.140 DT

Régimen (rpm)

C. Especifico (g/cvh)

1552

156.1

1607

153

1627

157.1

1675

156.3

1774

148.5

1883

150.3

1973

147.9

2332

2389

2411

3. CURVA CARACTERÍSTICA CONSUMO ESPECÍFICO CURVAS COMPLETAS DEL MOTOR DEUTZ  –FAHR AX 4.140 DT

Régimen (rpm)

C. Especifico (g/cvh)

1552

156.1

1607

153

1627

157.1

1675

156.3

1774

148.5

1883

150.3

1973

147.9

2196

162.8

2251

162.4

2293

162.4

2310

175.2

2332

197.2

2389

277.9

2411

CURVA CARACTERÍSTICA CONSUMO ESPECÍFICO 300

277.9 250

    )     h200    v    c     /    g     (    o    c    i     f    i    c    e150    p    s    E    o    m    u    s    n    o100    C

197.2 175.2 156.1

153

157.1

156.3

162.8 148.5

150.3

162.4

162.4

147.9 Consumo Especifico (g/cvh)

50

0 1552

1607

1627

1675

1774

1883

1973

2196

2251

2293

2310

2332

2389

Regimen Motor (rpm)

DETERMINACION DE LA ZONA DE ACION DEL REGULADOR (ZAR) Y RESERVA PAR MOTOR  Además de la curva de Par y de Potencia, se suele dar la curva de Consumo Específico en función del régimen de giro. Para cada una de las parejas de valores anteriormente mencionados, se tienen otras tantas para la potencia efectiva a cada régimen, que representadas en el mismo diagrama determinan la curva característica de potencia.  Análogamente se procede con el consumo específico (gr/CV.h.) en función del régimen. Las tres curvas características de un motor, expresan pues, el comportamiento del mismo en cualquiera de los regímenes. La potencia aumenta al elevarse la velocidad del motor hasta alcanzar un valor máximo, a partir del cual disminuye aunque aumentemos la velocidad de giro del motor, hasta llegar a anularse.

DETERMINACION DE LA ZONA DE ACION DEL REGULADOR (ZAR) Y RESERVA PAR MOTOR  Además de la curva de Par y de Potencia, se suele dar la curva de Consumo Específico en función del régimen de giro. Para cada una de las parejas de valores anteriormente mencionados, se tienen otras tantas para la potencia efectiva a cada régimen, que representadas en el mismo diagrama determinan la curva característica de potencia.  Análogamente se procede con el consumo específico (gr/CV.h.) en función del régimen. Las tres curvas características de un motor, expresan pues, el comportamiento del mismo en cualquiera de los regímenes. La potencia aumenta al elevarse la velocidad del motor hasta alcanzar un valor máximo, a partir del cual disminuye aunque aumentemos la velocidad de giro del motor, hasta llegar a anularse. El régimen de par motor máximo es siempre inferior al de potencia máxima.

CUADRO DE RELACION POTENCIA, PAR MOTOR Y CONSUMO ESPECÍFICO Reg. Motor (rpm)

Potencia (CV)

Par Motor (Nm)

Consumo Especifico (g/cvH)

1552

102.29

462.84

156.1

1607

106.51

465.39

153

1627

108.1

466.66

157.1

1676

112

469.21

156.3

1774

119.49

473.04

148.5

1883

124.11

462.84

150.3

1973

127.87

455.19

147.9

2196

133.96

428.41

162.8

2251

137.33

428.21

162.4

2293

119.04

364.66

162.4

2310

89.32

271.58

175.2

2332

60.32

181.69

197.2

2369

30.96

91.8

277.9

2411

0

0

III.

RESULTADOS

A. ZONA DE ACCION DEL REGULADOR La zona de acción del regulador o zona de carga parcial está comprendida entre el régimen máximo y el régimen nominal. (2411 – 2251)= 160 rpm Si:

2411 ----------- 100% 160 ----------- X ZAR = 6.7%

B. LA RESERVA DE PAR Característica que aprecia la elasticidad del motor y que, indica en tanto por ciento la reserva del par motriz que dispone funcionando a la potencia nominal: Se trata de una de las características más importantes utilizadas para definir las características del motor de un tractor. Indica, en porcentaje, la reserva de par que un motor dispone cuando este funciona al régimen de potencia nominal:

    

  (  ) (  )

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La reserva de par permite al motor el soportar un aumento porcentual de la carga solicitada, sin que el conductor se vea obligado a cambiar de velocidad, en trabajos de tracción, o a reducir el avance para el caso de trabajos con la tdf. Cuanto menor sea la reserva de par de un motor, mayor deberá ser el número de relaciones de la caja de cambios. Según los casos, los motores de los tractores pueden presentar reservas de par que pueden variar de un modelo a otro entre el 5 y el 50%; los valores comprendidos entre 15 y 35% son considerados como buenos, y por encima del 35% muy bueno (muy poco frecuentes). 

EL INTERVALO DE UTILIZACIÓN

El intervalo de utilización de un motor corresponde a la variación del régimen entre el punto de potencia nominal y el punto de par máximo. En el motor ensayado el régimen nominal es de 2251 rpm y el régimen de par máximo es de 1774 rpm. El intervalo de utilización será: 2251-1774= 477 rpm

ZONA DE ACION DEL REGULADOR (ZAR) Y RESERVA PAR MOTOR 500

160

450

140

400 120 350 100

300

Par Motor (Nm) 250

80

Consumo Especifico (g/cvh) Potencia (CV)

200

60

150 40 100 20

50

0

0 1552

1607

IV.







1627

1676

1774

1883

1973

2196

2251

2293

2310

2332

2369

2411

BIBLIOGRAFIA

Álvarez Mejía, F. (s.f.) Potencia en Tractores. Notas de clase curso de maquinaria y mecanización agrícola. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Facultad de Ciencias Agropecuarias. 209 p. Cortes Marín, E. A. (s.f.) Motores de combustión interna: componentes y funcionamiento. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Facultad de Ciencias Agropecuarias. 209 p. Ortiz Arévalo, F. J. (2009) Maquinaria agrícola. El tractor agrícola. Escuela Nacional de Agricultura “Roberto Quiñónez”.

Ensayo de tractor en banco DEUTZ  –FAHR AX 4.140 DOBLE TRACCION Datos y metodología enseñada en clase

IV.

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BIBLIOGRAFIA

Álvarez Mejía, F. (s.f.) Potencia en Tractores. Notas de clase curso de maquinaria y mecanización agrícola. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Facultad de Ciencias Agropecuarias. 209 p. Cortes Marín, E. A. (s.f.) Motores de combustión interna: componentes y funcionamiento. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Facultad de Ciencias Agropecuarias. 209 p. Ortiz Arévalo, F. J. (2009) Maquinaria agrícola. El tractor agrícola. Escuela Nacional de Agricultura “Roberto Quiñónez”.

Ensayo de tractor en banco DEUTZ  –FAHR AX 4.140 DOBLE TRACCION Datos y metodología enseñada en clase

Conclusiones. El par y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, dándonos información de cuanta fuerza puede generar y con qué rapidez puede trabajar un motor. El par máximo es la máxima fuerza de giro que puede desarrollar el motor a una determinada velocidad de giro.

Conclusiones. El par y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, dándonos información de cuanta fuerza puede generar y con qué rapidez puede trabajar un motor. El par máximo es la máxima fuerza de giro que puede desarrollar el motor a una determinada velocidad de giro.