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1

INSTITUTO POLITÉCNICO 2

NACIONAL 3

4 ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y 5

ELÉCTRICA 6

7 Unidad Profesional “Adolfo López Mateos”

9 10

INSTRUMENTACIÓN DEL MOTOR DIESEL KAMA 170 12

13 T E S I S 14

15 16 17

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 19

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 21 22 23

P R E S E N T A 25

26 JOVAN MOISÉS TORRES SAN MIGUEL

28 ASESORES:

30 DR. ALEJANDRO T. VELÁZQUEZ SÁNCHEZ M. EN C. RAFAEL RODRÍGUEZ MARTÍNEZ

33 34 35

36 37 MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE DEL 200938

Instrumentación del Motor diesel Kama 170

Ingeniería en Control y Automatización Página 2

OBJETIVO GENERAL

Instrumentar el motor diesel Kama 170, para evaluar experimentalmente el

comportamiento del motor y mejorar su eficiencia cuando opera en el estado

transitorio.



OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar el “despiece” de los sistemas de lubricación, mecánico, admisión, escape,

combustible y enfriamiento para saber el funcionamiento de los sistemas en su

conjunto y visualizar la instrumentación más adecuada.

Realizar la instrumentación al motor Kama 170, comparando tres características

de instrumentos que existen en el mercado, para medir las variables de

temperatura instantánea del motor, cantidad de oxígeno sobrante en el múltiple de

escape, porcentaje de apertura del acelerador y velocidad de la flecha de salida

del motor.

Realizar pruebas experimentales en el motor Kama 170, usando combustible

diesel; elaborando tablas que ayuden a conocer, el comportamiento de este motor

y los cambios que generan las variables del mismo, a diferentes condiciones de

trabajo en el estado transitorio, para implementar un controlador que compense

las perturbaciones en dicho estado.



JUSTIFICACIÓN

Debido a que el motor Kama 170 es de gran uso agropecuario, como es el caso

de sistemas de riego, plantas de luz, podadoras, labradoras y tractores pequeños,

es necesario mejorar la eficiencia implementando instrumentos y controladores

que sean capaces de proporcionar los valores de las variables con las que opera

el motor.

Experimentos realizados en Bolivia por La Universidad de Cartagena, con un

motor Agrale M-80, como también en La Universidad de Marivor en Eslovenia en

conjunto con una empresa de Canadá dedicada a la producción de biodiesel, con

un motor Perkings, concluyeron, que existe una disminución de la velocidad de la

flecha de salida en el estado transitorio, durante el tiempo en el que los motores

llegan a la temperatura nominal de trabajo, causado por la baja temperatura a la

que se encuentra el motor y las características de las diferentes variables que

interactúan en el funcionamiento del mismo[1].

La instrumentación del motor permitirá obtener valores de las variables tales

como; velocidad, cantidad de oxígeno en la salida, apertura de aceleración y

temperatura instantánea. Estos valores permiten evaluar las perturbaciones del

motor en el estado transitorio, para poder instalar un controlador que compense

dichas perturbaciones.



PRÓLOGO

En 1895, Rudolf Diesel presentó por primera vez su invento al público con un

motor de encendido por compresión donde el invento de Diesel se impuso muy

rápidamente y pronto dejó de tener competencia en el campo de los motores

navales y estacionarios. Estos motores de compresión trabajan bajo el

funcionamiento de los principios de la termodinámica [1, 2].

Estudios realizados en diferentes universidades del mundo demostraron mediante

un dinamómetro el comportamiento de los motores de ciclo diesel bajo diferentes

condiciones de operación donde las variables a medir fueron el número de

revoluciones por minuto (RPM´s), la temperatura (°C) y las emisiones

contaminantes [1], por ende en el presente trabajo se tomó en cuenta las variables

más importantes en el funcionamiento del motor diesel para conocer su

comportamiento en diferentes condiciones de trabajo, donde las variables son:

Temperatura instantánea del motor (°C)

Velocidad de la flecha de salida (RPM)

Cantidad de moléculas de oxígeno (%)

Apertura de la mariposa de aceleración (%)

En artículos referidos se menciona, que se han hecho estudios con respecto a los

diferentes orígenes del Biodiesel y se demuestra cuales son los que más dañan al

motor de ciclo Diesel, también mencionan que al utilizar biodiesel como

combustible, hay una disminución de la velocidad en la flecha de salida y un

incremento en el consumo de combustible, esto depende del origen del

biocombustible y el porcentaje en la mezcla de biodiesel con diesel [3, 4].



El biodiesel se utiliza en la industria automotriz como un combustible alterno cuyos

productos de combustión contaminan mucho menos que los combustibles

convencionales, sin embargo la deficiencia que presentan los motores al utilizar

biodiesel, se debe a que tiene una viscosidad, densidad y un punto de explosión

mayores a los del combustible diesel [4].

El biodiesel es un biocombustible sintético líquido, que se obtiene a partir de

lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, nuevos o usados,

mediante el proceso industrial llamado Transesterificación, y que se aplica en la

preparación de sustitutos totales o parciales del diesel, obtenido del petróleo.

En el presente trabajo se realizó la instrumentación a un motor modelo Kama 170,

para monitorear las variables que están en el proceso y así conocer el valor de

cada variable, cuando el motor opera a diferentes condiciones de trabajo.

Se realizaron las pruebas experimentales requeridas para obtener las tablas con

datos de velocidad, temperatura instantánea, cantidad de oxígeno en el múltiple

de escape, porcentaje en la apertura de la mariposa de aceleración y tiempo, en

donde se muestra el comportamiento real que tiene el motor con el combustible

Diesel.

Las pruebas experimentales están bajo diferentes condiciones de trabajo, donde

afectan directamente al comportamiento del motor, debido a las condiciones de

operación del Motor Kama 170, como también a diferentes horas de trabajo.

Es importante agradecer el apoyo recibido por la secretaria de investigación y

posgrado (SIP) del Instituto Politécnico Nacional a través del proyecto “Integración

de sistemas embebidos para el control de prótesis robóticas”, con referencia

SIP20091185, sin el cual el desarrollo de este trabajo no fuera posible.



ÍNDICE

Objetivo General 2 Justificación 3 Objetivos Específicos 4 Prólogo 5 Índice de figuras 9 Índice de tablas 10 Glosario de conceptos y abreviaturas 12 CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE 1.1 Combustible Diesel 16 1.2 Combustible Biodiesel 17 1.3 Estado Actual del Biodiesel y experiencias en otros Países 18 1.4 Motor de 4 Tiempos Ciclo Diesel 21 1.4.1 Fase de Admisión 22 1.4.2 Fase de Compresión 22 1.4.3 Fase de Explosión 23 1.4.4 Fase de Escape 23 1.5 Ciclo Ideal de Motor Diesel 24 1.6. Ciclo Real del Diesel 28 1.6.1 Cotas de Reglaje del Ciclo Real 29 1.6.2 Variación de la presión del cilindro en función al giro del cigüeñal 31 1.7 Tipos de Motores Diesel 33 1.8 Tipos de controladores Diesel 36 1.9 Planteamiento del Problema 41 1.10 Sumario 42 CAPÍTULO II. SISTEMAS DEL MOTOR KAMA 170 2.1 Descripción del Motor Diesel Kama 170 44 2.2 Funcionamiento del Motor Kama 170 45 2.3 Subsistemas del Motor Kama 170 46 2.3.1 Sistema de Combustible de Motor Kama 170 46 2.3.2 Sistema Mecánico del Motor Kama 170 47 2.3.3 Sistema de Lubricación de Motor Kama 170 49 2.3.4 Sistema de Admisión del Motor Kama 170 49 2.3.5 Sistema de Escape del Motor Kama 170 50



2.3.6 Sistema de Enfriamiento del Motor Kama 170 50 2.4 Sumario 51 CAPÍTULO III. INSTRUMENTACIÓN AL MOTOR KAMA 170 3.1 Instrumentación del Motor Kama 170 53 3.2 Instrumentación en La Flecha de Salida (Velocidad) 53 3.3 Sensor Inductivo Auxiliar 57 3.4 Instrumentación en el porcentaje de oxígeno en los gases de escape 60 3.5 Instrumentación del acelerador 64 3.6 Instrumentación de la temperatura instantánea del motor 67 3.7 Sumario 70 CAPITULO IV. PRUEBAS Y ANALISIS DE RESULTADO 4.1 Descripción de la pantalla de monitoreo del motor Kama 72 4.1.2 Sistemas embebidos 74 4.2 Pruebas experimentales 79 4.3 Mejoramiento de la velocidad de la flecha de salida del motor 88 4.4 Sumario 99 CONCLUSIONES 100 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 103 ANEXOS 106



ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 :Motor Diesel 4 cilindros, 4 tiempos 21

Figura 2: Tiempo de admisión de aire del motor diesel 22

Figura 3: Tiempo de compresión de aire del motor diesel 22

Figura 4: Tiempo de explosión del motor diesel 23

Figura 5: Tiempo de escape de aire del motor diesel 23

Figura 6: Diagrama del ciclo diesel teórico. 26

Figura 7: Comparación del ciclo diesel real con el teórico 31

Figura 8: Diagrama de presiones en función del giro del cigüeñal 31

Figura 9: Corte seccional de cámara de combustión de un motor Diesel 34

Figura 10: Inyección en la cámara de combustión 34

Figura 11: Combustión en la antecámara 35

Figura 12: Vista superior computadora de camión 36

Figura 13: Sensor inductivo 37

Figura 14: Sensor de oxigeno de zonda Lamnda 37

Figura 15: Potenciómetros 38

Figura 16: Interruptores de aceite 38

Figura 17: Válvula EGR 39

Figura 18: Elemento internos del canister 39

Figura 19: Tipos de inyectores para motores diesel 40

Figura 20: Motor Kama 170 45

Figura 21: Sistemas del motor Kama 170 46

Figura 22: Sistema de combustible 47

Figura 23: Ensamble de bloque de cilindros y cigüeñal 48

Figura 24: Árbol de levas, culata de cilindro O pistón 48

Figura 25: Sistema de lubricación 49

Figura 26: Ensamble de filtro de aire 49

Figura 27: Múltiple de escape 50

Figura 28: Turbina de enfriamiento 50



Figura 29: Diagrama de instrumentación del motor Kama 170 53

Figura 30: Tacómetro digital modelo CDT-2000 54

Figura 31: Tacómetro modelo MT-200 55

Figura 32: Tacómetro modelo DHC6J-Z 56

Figura 33: Comparación de tres diferentes tipos de medidores de velocidad 56

Figura 34: Sensor inductivo PNP modelo 871 CC 57

Figura 35: Sensor inductivo NPN modelo E2A-M08 58

Figura 36: Sensor inductivo PNP modelo EL202-PPOSS 59

Figura 37: Comparación de instrumentos para el sensor inductivo 59

Figura 38: Instalación de sensor inductivo modelo EL1204.PPOSS 60

Figura 39: Analizador de O2 AMATEK 61

Figura 40: Analizador de O2, con indicador manual de varilla 62

Figura 41: Comparación de los modelos para el sensor de oxigeno 63

Figura 42: Instalación de sensor de oxigeno zonda lamda 63

Figura 43: Potenciómetro de carbón tipo swich 64

Figura 44: Comparación de tres modelos para el potenciómetro 66

Figura 45: Instalación del potenciómetro lineal 66

Figura 46: Indicador de temperatura modelo A25 serie T 67

Figura 47: Termopar tipo K modelo 60 PK-25 68

Figura 48: Termopar tipo G universal 69

Figura 49: Comparación de los médelos de termopar 69

Figura 50: Pantalla de monitoreo en visual basic 73

Figura 51: Phidget inetrfece kit 75

Figura 52: Tarjeta Phidget 76

Figura 53: Diagrama de interacción Hombre maquina 78

Figura 54: Diagrama de localización de componentes para puesta en marcha 81

Figura 55: Gráfica de velocidad al 25% de aceleración 82



Figura 58: Gráfica de velocidad al 85 % de aceleración 87



Figura 59: Diagrama de bloques de un lazo de control abierto 89

Figura 60: Diagrama de bloques de un control lazo cerrado 90

Figura 61: Diagrama típico de instrumentación 91

Figura 62: Pantalla visual basic de monitoreo y control con relevador

encendido 92

Figura 63: Pantalla visual Basic de monitoreo y control con relevador

apagado 93

Figura 64: Diagrama de flujo de rutina de selección de temperatura 94

Figura 65: Gráfica de velocidad con y sin control 96

Figura 66: Gráfica de temperatura con y sin control 97

Figura 67: Gráfica de moléculas de oxigeno sobrantes en los gases de

escape con y sin control 98

ÍNDICE DE TABLAS 4.1 Aplicaciones de la familia phidget 77

4.2 Velocidad al 25 % de aceleración 82






GLOSARIO DE CONCEPTOS Y ABREVIATURAS

Árbol de levas: Este es accionado por el cigüeñal y a su vez acciona la bomba de

inyección y también abre las válvulas de la cámara de combustión.

B(20): Mezcla de Diesel en un 80% y con Biodiesel en un 20%.

Balancín: Es un mecanismo que tiene la función de transmitir el movimiento

ascendente y descendente de las válvulas.

Biela: Transmite la fuerza desde cada pistón a la manivela correspondiente del

cigüeñal.

Biomasa: Se refiere a toda la vegetación de la Tierra y a muchos productos y

subproductos que provienen de ella.

Bloque y Bancada: Es la estructura que contiene los cilindros, cigüeñal y cojinetes,

que además sirve para mantener a estas piezas firmemente conectadas entre sí,

está constituida por dos piezas: el bloque y la bancada.

Bomba de inyección de combustible: Ayuda al combustible a entrar en los

cilindros, en cada uno de los cuales, hay además, una tobera de inyección, que

forma parte del inyector y que separa el combustible, en un chorro de gotas muy

pequeñas; es decir, pulveriza el combustible.

Cigüeñal: Pieza mecánica que convierte el movimiento lineal del pistón, en

movimiento angular.



Cilindro: Cavidad donde el pistón genera su movimiento ascendente, descendente

y se lleva a cabo la explosión.

Cojinetes del cigüeñal: Los cojinetes sirven como soporte del cigüeñal

permitiéndole girar.

Culata: Sirve para tapar el extremo superior de los cilindros, formando un espacio

cerrado, en el que se comprime el aire y quedan confinados los gases durante la

combustión y expansión.

Densidad: Cantidad de masa que ocupa un determinado volumen.

Gasoil: Destilado de Petróleo (Diesel). Combustible convencional.

Hidrocarburos Aromáticos Polinucleares (PAH´s): Estas son moléculas

hidrocarbonadas, que contienen más de un anillo aromático, su efecto es tóxico y

carcinogénico. Este afecta a la calidad del producto.

Ignición: Esta ocurre cuando el calor que emite una reacción, llega a ser suficiente

como para sostener la reacción química.

Inyector: Dispositivo mecánico o eléctrico, que pulveriza el combustible dentro de

la cámara de combustión de un motor ciclo Diesel u Otto.

Monóxido de Carbono (CO): Es un gas incoloro, inodoro e insípido. No irrita, no

produce tos y es muy venenoso.

Pistón: El pistón cumple con dos funciones, comprimir el aire admitido y recibir el

impulso de los gases durante la combustión y la expansión de estos.



PMI: Punto Muerto Inferior.

PMS: Punto Muerto Superior.

Proceso Adiabático: Proceso termodinámico que se produce en un sistema

aislado, sin intercambio de calor con el exterior.

Proceso Isocórico: Proceso el cual ocurre a volumen constante.

Regulador: Su función es regular la cantidad de combustible suministrado en cada

carrera, controlando así el régimen del motor y su potencia.

Transesterificación: Combinación de aceite (normalmente aceite vegetal) con un

alcohol ligero (normalmente metanol) y deja como residuo biodiesel y glicerina.

Despiece: Termino usado en el ámbito ingenieril para el desarmado de alguna maquia u objeto.

Válvulas: Su misión es permitir la entrada de aire nuevo en los cilindros y facilitar

la salida de los gases consumidos.

Viscosidad: Oposición que presenta un fluido a las deformaciones tangenciales,

también es la fluidez que tiene un cuerpo a determinadas temperaturas.

Volante de inercia: Almacena la energía sobrante durante las carreras de

combustión y la devuelve a los pistones durante las carreras de compresión.

Instrumentación al Motor Kama 170 para la implementación de Biodiesel como combustible

Ingeniería en Control y Automatización

CAPÍTULO I

“ESTADO DEL ARTE”



1.1 COMBUSTIBLE DIESEL

El Diesel se obtiene por la destilación del petróleo por lo cual se le denomina

Petro-Diesel o gasoil. El diesel es una mezcla de hidrocarburos de cadena larga,

este tipo de combustible tiene diferentes propiedades a la gasolina, ya que esta

contiene hidrocarburos más livianos. Una de las características físicas más

notable es la densidad y lo aceitoso, por lo tanto se le denomina aceite diesel, o

gasoil. El diesel tiene un mejor rendimiento como combustible fósil, en los motores

diesel es más económico por que requiere de menos refinación [5, 6].

Los parámetros que rigen la composición del combustible diesel son: Índice de

Cetano, Densidad, Viscosidad, Azufre y Aromáticos.

El índice de cetano mide la calidad de ignición de un diesel, también éste provoca

un mayor ruido en el motor en la fase de explosión.

Las variaciones en la densidad y viscosidad del combustible repercuten en la

potencia del motor, emisiones contaminantes y consumo así como el tiempo de

suministro en los equipos de inyección controlados mecánicamente.

Una viscosidad muy alta, puede generar una distorsión en la bomba y por otra

parte una baja viscosidad aumenta las filtraciones desde los elementos de

bombeo y en algunas ocasiones puede provocar una filtración total.

El azufre se remueve en gran parte en el proceso de refinación, para disminuir las

emisiones contaminantes que provoca el diesel al ser quemado, pero no se puede

eliminar completamente el azufre, ya que es indispensable para la lubricación del

las piezas mecánicas con las que tiene contacto el diesel, como es el caso de la

bomba rotatoria [7].

El contenido de aromáticos afecta la combustión y la formación de las emisiones

de hidrocarburos poli aromáticos, también de aromáticos; influye en la

temperatura de la explosión y por lo tanto, en las emisiones de óxido nitroso (NOx)



durante la combustión. La influencia del contenido de poli aromáticos en el

combustible, afecta la formación de las emisiones de hidrocarburos en el tubo de

escape [8, 9].

1.2 COMBUSTIBLE BIODIESEL

La crisis del petróleo a fines de la década de los 70 y comienzos de los 80, va

acompañada sobre la incertidumbre por la falta de un recurso no renovable. El

Biodiesel, es el nombre del combustible de origen biológico que no se ha fosilizado

obtenido a partir de recursos naturales renovables y puede producirse a partir de

diferentes tipos de aceites, tales como los de soya, colza, girasol y grasas

vegetales o animales a través de un proceso denominado Transesterificación, en

el cual, los aceites orgánicos derivados se combinan con alcohol (etanol o

metanol) y alterados químicamente, forman esteres grasos como el etílico o

metílico. Los esteres metílicos o etílicos derivados de biomasa, pueden ser

mezclados con combustibles diesel convencional o usados, como combustible

biodiesel puro 100% denominado también B100 [10, 11].

El biodiesel no contiene petróleo, la utilización de biodiesel es tan antigua como lo

es el motor diesel, ya que el inventor de este motor utilizó biocombustible por

primera vez, como parte de la demostración en la adaptación de este motor y a

partir de ese momento se han hecho numerosos experimentos sobre esta energía

alternativa, entre los años 1930 – 1940 [12].

El biodiesel puede ser utilizado en cualquier motor diesel, existiendo

perturbaciones que afectan la eficiencia del motor, pero sirve de igual manera para

pequeños utilitarios del diesel y vehículos pesados o calderas[4, 13].



1.3 ESTADO ACTUAL DEL BIODIESEL Y EXPERIENCIA EN OTROS PAISES Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 en

Australia y Alemania, pero solo hasta el año 1985 en Slberg (Austria), se

construyo la primera planta piloto y hoy en día, países como Alemania, Austria,

Canadá, Estados Unidos, Francia, Italia, Malasia y Suecia son los pioneros en la

producción, ensayo y uso de biodiesel en automotores[11, 14].

El empleo del biodiesel ha estado creciendo en todo el mundo, este crecimiento

ocurre de forma diferente en cada país, debido a las condiciones económicas

locales.

A continuación se menciona algunos países que cuentan con la tecnología del

biodiesel.

En la Unión Europea el biodiesel ocupa mayor importancia entre los

biocombustibles, en Alemania, Francia e Italia son los mayores productores, y en

menor cantidad en Eslovenia, Estonia, Lituania, Grecia, Malta, Bélgica, Chipre y

Portugal [15, 16].

La penetración del biodiesel en Estados Unidos en nichos de mercado, en flotas

que posen sistemas de almacenamiento propio y que usualmente trabajan con

B20 como autobuses, servicios postales y órganos del gobierno. El biodiesel se

considera un “diesel Premium” para motores empleados en actividades mineras y

para embarcaciones [3].

En Canadá existen algunos pequeños productores de biodiesel, a partir de aceites

usados en escala comercial y cuatro productores de biodiesel de capacidades

medianas. En el 2003 en Australia el ministro del ambiente y herencia, firmó las

especificaciones de calidad para el biodiesel, así como los mecanismos que el

gobierno implementará para usar las verificaciones de conformidad [3].



En Japón se está experimentando con micro alga, sin embargo la producción de

biodiesel es muy pequeña y es vista como acción ambiental de reciclar el aceite

usado, y no como acciones de introducción comercial del biodiesel [3].

Las actividades en el campo del biodiesel en India, aún están concentradas en

universidades e institutos de investigación, utilizando siempre aceites no

comestible obtenidos de oleaginosas locales y del piñón. Actualmente se realizan

pruebas en automotores como tractores, camiones y locomotoras, que varía su

mezcla de B20 a B100 [3].

En China hasta el momento, la materia prima para la producción de biodiesel es el

aceite usado, pero con el aumento de la producción prevista, serian necesarias

otras materias primas.

En Malasia se desarrollan pruebas de producción de biodiesel a partir del aceite

de la palma. A pesar de ser un país exportador de petróleo y gas natural, el país

también es el mayor productor de aceite de palma en el mundo.

En Tailandia el gobierno definió una meta de participación de 3% de biodiesel

hasta el 2011. La empresa PTT anunció que en el año 2007 empezará a

comercializar el B5 [3].

En Indonesia tiene como meta el uso del 2% de biodiesel hasta el 2010 y el 5%

hasta el 2025. La oleaginosa escogida es la palma aceitera. Este país es el

segundo mayor exportador de aceite de palma [9].

En Brasil a finales de los años 1970, el Instituto Nacional de Tecnología (INT),

empezó a probar aceites vegetales en motores diesel, visualizando su remplazo.

En septiembre del 2005, el gobierno autorizó la introducción obligatoria del 2% de

biodiesel a partir de enero del 2006 [17].



En Argentina existen flotas de vehículos, realizando pruebas con el biodiesel en

Buenos Aires y en Argentina, la materia prima para el biodiesel es la soya, ya que

este país la produce a gran cantidad [14].

En Nicaragua Utilizan principalmente grupos electrógenos para la generación de

electricidad. En algunos lugares también se emplean aceites reciclados,

provenientes de las cocinas de hoteles, restaurantes y viviendas [14].

En Malí y Zimbabwe El aceite de piñón se utiliza en motores diesel, con ante-

cámara de combustión para hacer funcionar generadores, con un rango de 5 a

20 Kw [9].

En Hong Kong existen experiencias, con aceites usados de establecimientos de

comida rápida[13].

México es uno de los países con muy poca experiencia con el uso de biodiesel,

dentro de los proyectos de biodiesel, destaca la planta de biodiesel del grupo de

energéticos en Cadereyta Nuevo León, que lo producen a partir de aceites y

grasas de la cafetería del Instituto Tecnológico de Monterrey, donde se producen

300 m3 al mes [14, 18].

Otro proyecto es la universidad de Vasconcelos de Oaxaca, en la que producen

una mezcla B20 a partir de aceites vegetales de desecho, el cual se consume en

un autobús propiedad de la universidad [19].

El biodiesel es un combustible alternativo que no es de gran uso en los motores de

ciclo diesel debido a los siguientes inconvenientes:

-Disminuye la eficiencia del motor.

-Aumento del gasto de combustible.

-Mayor costo de producción.

-Afecta las partes mecánicas del motor.



1.4 MOTOR DE 4 TIEMPOS CICLO DIESEL

El motor diesel es un motor térmico de combustión interna, en el cual el encendido

se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el

interior del cilindro en cual consta de 4 fases que son admisión compresión, explosión, escape [7]. Un motor diesel, funciona mediante la ignición del combustible, al ser inyectado en

una cámara (o antecámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión, que

contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión, sin

necesidad de chispa. La temperatura que inicia la combustión, se obtiene del

aumento de la presión que se produce en el segundo tiempo del motor, “la

compresión”. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de

combustión a una elevada presión con una relación de compresión de 15 a 1, de

tal forma, que el combustible se pulveriza y se mezcla con el aire a una elevada

temperatura y presión, la mezcla se quema rápidamente. Esta combustión

ocasiona una explosión, generando una fuerza y como resultado el pistón

desciende hacia su punto muerto inferior. La biela, transmite este movimiento al

cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón, en un

movimiento angular [20]. En la figura 1 se muestra un motor diesel completamente

ensamblado con sus accesorios.

Figura 1: motor diesel 4cilindros, 4 tiempos [21].



FASE DE ADMISIÓN

Durante la carrera de admisión, el pistón se mueve hacia abajo aspirando el aire

por la abertura de una válvula de admisión e introduciéndolo en la cámara de

combustión como se muestra en la figura 2. Algunos motores tienen más de una

válvula de admisión y escape por cilindro [7].

Figura 2: Tiempo de admisión de aire del motor diesel [22].

FASE DE COMPRESIÓN

Durante la carrera de compresión, todas las válvulas están cerradas y el pistón se

mueve hacia arriba en el cilindro, comprimiendo el aire. A medida que se

comprimen las moléculas de aire, aumenta la temperatura considerablemente.

Cuando el pistón se acerca a la parte superior de su carrera, se inyecta

combustible en la cámara de combustión, sobre la parte superior del pistón.

Finalmente el combustible se mezcla con el aire caliente comprimido, produciendo

la combustión como se muestra en la figura 3 [7].

Figura 3: Tiempo de compresión de aire del motor diesel [22].



FASE DE EXPLOSIÓN

Durante la carrera de explosión, se cierran las válvulas, la fuerza de la

combustión, empuja hacia abajo el pistón y la biela, lo que hace girar al cigüeñal

como se muestra en la figura 4. La energía térmica se convierte en energía

mecánica [7].

Figura 4: Tiempo de compresión de aire del motor diesel [22].

FASE DE ESCAPE

Durante la carrera de escape, la fuerza de inercia creada por la rotación del

volante ayuda a continuar la rotación del cigüeñal, para empujar hacia arriba el

pistón dentro del cilindro, forzando la salida de los gases quemados por las

válvulas de escape abiertas, como se muestra en la figura 5. Esto completa las

cuatro carreras del pistón, estas se repiten en forma cíclica, mientras funcione el

motor [7].

Figura 5: Tiempo de escape de aire del motor diesel [22].



Es importante mencionar las características principales que hacen apto el uso de

motores de combustión interna de ciclo diesel:

*Mayor rendimiento

*Combustible más barato

*Mayor par motor

*Ausencia de carburador

*Peligro de incendio por residuo

*Gases de escape menos contaminantes [23].

1.5 CICLO IDEAL DE MOTOR DIESEL

El motor Diesel de cuatro tiempos, tiene una estructura semejante a los motores

de explosión de ciclo Otto. Dentro de las semejanzas está que el pistón desarrolla

cuatro carreras alternativas, mientras el cigüeñal gira 720º, otra semejanza entre

ellos es que el llenado y evacuación de gases se realiza a través de dos válvulas

situadas en la culata, cuyo movimiento de apertura y cierre están sincronizado con

el cigüeñal mediante un sistema de distribución por el árbol de levas, donde las

dimensiones del cilindro, carrera y diámetro del pistón, determinan el volumen

interior y por lo tanto, la cantidad de aire aspirado en cada ciclo establece parte de

la potencia desarrollada por el motor [24].

El régimen de funcionamiento del motor Diesel, se determina por la frecuencia de

rotación del cigüeñal, posicionando el órgano de regulación, (cremallera de la

bomba de combustible en el motor) y la válvula de estrangulación de paso de

combustible [24].Y cuyo funcionamiento de este motor durante su ciclo se describe

a continuación [6].

Primer tiempo: Admisión.

En este primer tiempo, el pistón efectúa su primera carrera o desplazamiento,

desde el punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI), aspirando

sólo aire de la atmósfera, debidamente purificado a través del filtro.



El aire pasa por el colector y la válvula de admisión, de forma ideal se abre

instantáneamente y permanece así, con objeto de llenar todo el volumen del

cilindro y al mismo tiempo la polea del cigüeñal gira 180º., con la finalidad de que

al llegar al PMI la válvula de admisión se cierra instantáneamente.

Segundo tiempo: Compresión.

En este segundo tiempo, con las dos válvulas completamente cerradas, el pistón

comprime el aire a gran presión quedando sólo aire alojado en la cámara de

combustión, así mismo la polea del cigüeñal gira otros 180º y completa la primera

vuelta del árbol motor. La presión alcanzada en el interior de la cámara de

combustión, mantiene la temperatura del aire por encima de los 600 ºC, superior al

punto de inflamación del combustible, para lo cual la relación de compresión tiene

que ser de 1:22.

Tercer tiempo: Trabajo.

Al final de la compresión con el pistón en el PMS, se inyecta el combustible en el

interior del cilindro, en una cantidad que se regula por la bomba de inyección.

Como la presión en el interior del cilindro es muy elevada, el combustible tendrá

que entrar a una presión mayor entre 150 y 300 atmósferas.

Debido a la presión con la que ingresó el combustible al momento de su inyección,

sale pulverizado y se inflama cuando entra en contacto con el aire caliente

produciéndose la combustión del mismo. Durante este proceso se eleva la

temperatura y la presión interna las cuales son constantes durante el periodo de

trabajo mientras la polea del cigüeñal gira otros 180º.

Cuarto tiempo: Escape.

Durante este cuarto tiempo de forma ideal la válvula de escape se abre

instantáneamente y permanece abierta. Durante su recorrido ascendente del

pistón, la válvula expulsa a la atmósfera los gases remanentes que no han salido,

efectuando el barrido de gases quemados lanzándolos al exterior.



La polea del cigüeñal efectúa otro giro de 180º, completando las dos vueltas del

árbol del motor, que corresponde al ciclo completo de trabajo, como se muestra en

la figura 6 [24].

Figura 6: Diagrama del ciclo diesel teórico [24].

.

0-1.- Admisión (Isóbara P=K): Durante la admisión, de forma ideal el cilindro se

llena totalmente de aire que circula sin rozamiento por los conductos de admisión,

por lo que se puede considerar que la presión se mantiene constante e igual a la

presión atmosférica. Es por lo que esta carrera puede ser representada por una

transformación isóbara.

1-2.- Compresión (Adiabática): Durante esta carrera, el aire se comprime hasta

ocupar el volumen correspondiente a la cámara de combustión y alcanza en el

punto 2 como se muestra en la figura 6, donde las presiones alcanzan valores de

50 kp/cm2. De forma ideal no se consideran perdidas de calor por lo que esta

transformación puede considerarse adiabática. La temperatura alcanzada al

finalizar la compresión supera los 600 ºC, que es la temperatura que necesita el

combustible para inflamarse sin necesidad de chispa eléctrica.



2-3.- Inyección y combustión (Isóbara P=K):El tiempo que dura la inyección, el

pistón inicia su descenso sin embargo la presión del interior del cilindro de forma

ideal se mantiene constante (transformación isóbara), debido a que el combustible

que entra se quema progresivamente en el cilindro, compensando el aumento de

volumen que genera el desplazamiento del pistón al que se conoce como retraso

de combustión.

3-4.- Expansión (Adiabática): Terminada la inyección se produce una expansión, la

cual se realiza sin intercambio de calor con el medio exterior, por lo que se

considera una transformación adiabática en donde la presión interna desciende a

medida que el cilindro aumenta de volumen.

4-1.- Primera fase del escape (Isócora): En el punto 4 se abre instantáneamente la

válvula de escape y los gases quemados salen rápidamente al exterior, por lo que

se puede considerar que la transformación que experimentan es una isócora. La

presión en el cilindro disminuye hasta llegar a la presión de la atmosfera y la

cantidad de calor no transformada en trabajo se cede a la atmósfera. (V=K)

1-0.- Segunda fase del escape (Isóbara): Los gases residuales que quedan en el

interior del cilindro, se expulsan al exterior por el pistón durante su recorrido (1-0)

hasta el PMS. Al llegar a el de forma ideal se cierra la válvula de escape y se abre

la de admisión para iniciar un nuevo ciclo. Como no hay pérdida de carga debida

al rozamiento de los gases quemados al circular por los conductos de escape, la

transformación (1-0) de forma ideal se considerada como isóbara (P=K) [25].



1.6 CICLO REAL DE MOTOR DIESEL

Las diferencias que surgen entre el Ciclo Real y el Ciclo Teórico en los motores de

ciclo Diesel, están causadas por:

Pérdidas de calor:

Estas son de suma importancia en el ciclo real, ya que el pistón necesita tener un

sistema de enfriamiento, para asegurar un buen funcionamiento del pistón, una

cierta parte del calor del fluido se trasmite a las paredes y a las líneas de

compresión y expansión ya que no son adiabáticas sino politró picas.

Tiempo de apertura y cierre de la válvula de admisión y escape:

En el ciclo teórico se dice, que la apertura y cierre de válvulas ocurre

instantáneamente, al ser físicamente imposible, esta acción tiene lugar a un

tiempo relativamente largo, por lo que, para mejorar el llenado y el vaciado del

cilindro, las válvulas de admisión y escape se abren con anticipación, lo que

provoca una pérdida de trabajo útil.

Combustión no instantánea:

En el ciclo teórico la combustión, se realiza en una transformación Isocórica

instantánea , en el ciclo real de la combustión dura un intervalo de tiempo, debido

a que la inyección tuviera lugar justamente en el PMS, la combustión ocurriría

mientras el pistón sé aleja, teniendo una pérdida de trabajo.

Para evitar esta pérdida de trabajo, se anticipa la combustión, teniendo lugar en su

mayor fuerza cuando se encuentra próximo al PMS por lo que, en el ciclo se

presenta un redondeo en el proceso Isocórico, en la introducción de calor

teniendo una pérdida de trabajo útil, tomando en cuenta que esta pérdida de

trabajo resulta menor que la que se tendría sin adelantar el encendido.



Pérdidas de bombeo:

En el ciclo real diesel es pequeña la fricción de rozamiento de aire que ingresa a la

cámara de combustión, debido a que no existe un carburador o una mariposa de

aceleración que genere una obstrucción o fricción al aire que ingresa al interior del

motor, mientras que al regresar el aire, existe un mayor rozamiento, debido a que

fluye por el silenciador y posteriormente por el convertidor catalítico [6].

1.6.1 COTAS DE REGLAJE DEL CICLO REAL

El ciclo real diesel es el tiempo real en que tarda la mezcla en quemarse y a la

eficiencia en el llenado y evacuado de los gases dentro de la cámara de

combustión.

Para conseguir que el ciclo ideal se asemeje al real, se modifica la distribución

adelantando y retrasando el instante de comienzo y de finalización de la entrada y

salida del fluido operante del cilindro, con el propósito de conseguir un mejor

llenado y evacuación de los gases, además se realiza un adelanto del encendido o

de la inyección compensando tiempo necesario para la combustión.

Estas variaciones en la apertura o cierre de válvulas en el adelanto del encendido

de la inyección conocidas como cotas de reglaje en la distribución, son las

siguientes [8]:

Adelanto de la apertura de admisión (AAA).

Consiste en que la válvula de admisión abra antes que el pistón llegue al punto

muerto superior en la carrera de escape, al iniciarse la aspiración de la mezcla la

válvula se encuentra casi totalmente abierta, evitando el estrangulamiento del aire

que entra a la cámara de combustión.



Retraso del cierre de admisión (RCA)

Consiste en que la válvula de escape cierre después de que el pistón llegue al PMI

debido a la inercia de los gases al final de la admisión, estos siguen entrando al

cilindro aunque el pistón comience a desplazarse hacia el punto muerto superior.

Adelanto de la inyección de combustible (AI).

Consiste en compensar el tiempo necesario para que al final de la combustión el

movimiento del pistón, en su fase de trabajo, sea mínimo en un aproximado de

30`.

Adelanto de la apertura del escape (AAE)

Consiste en que la presión interna disminuye cuando se inicie el escape de los

gases cuando la válvula esté completamente abierta, evitando el

estrangulamiento a la salida y la pérdida de energía necesaria, para realizar el

barrido del os mismos.

Retraso del cierre de escape (RCE)

Consiste en una mejor evacuación de gases quemados, debido a la succión

provocada por la alta velocidad de los gases de escape, evitando que los gases

residuales puedan quedar en el interior del cilindro impidiendo la entrada de aire

fresco.

Cruce de válvulas (CV)

Es el periodo en que las válvulas de admisión y escape están simultáneamente

abiertas, debido a la velocidad de los gases de escape se crea una succión que

facilita la mezcla y barrido de los gases residuales. Cuando los gases frescos

llegan a la válvula de escape ya se encuentra cerrada sin que se pierdan en la

atmósfera [26].



En la figura 7 se puede observar que existe una superficie mayor en el ciclo real y

un rendimiento del 80% debido a las cotas de reglaje

Figura 7: Comparación del ciclo diesel real con el teórico [1].

Las cotas de reglaje son establecidas por el fabricante, y se fijan en principio por

comparación con otro tipo de motores, con características análogas y

posteriormente se corrigen en ensayos en el banco de pruebas hasta conseguir

resultados óptimos de máximo rendimiento.

1.6.2 Variación de la presión del cilindro en función al giro del cigüeñal

En el ciclo real Diesel, se explica la variación de la presión del cilindro en función

del ángulo del giro del cigüeñal, representando en la figura 8 en ejes cartesianos y

en abscisas el giro del cigüeñal, contando desde el comienzo de la admisión. En

ordenadas se representan las presiones en el interior del cilindro, durante un ciclo

completo que comprende la admisión, compresión, explosión y escape [1].

Figura 8: Diagrama de presiones en función del giro del cigüeñal [1].



Admisión

Al comienzo de la admisión, el cilindro se encuentra a una presión ligeramente

superior a la atmosférica, por no haber terminado completamente la fase de

escape. Cuando el pistón se desplaza hacia el PMI, aspira cierta cantidad de aire

o mezcla gaseosa a través de la válvula de aspiración, abierta oportunamente

durante toda esta fase la presión se hace igual a la atmosférica, (punto 2) y en el

resto de la carrera. En el interior del cilindro existe una presión menor, a causa de

la resistencia del gas que se encuentra en los conductos originando la caída de

presión en la aspiración, lo cual resulta más intenso cuanto mayor es la velocidad

del gas producida de este fluido ya que debe vencer a su paso de dichos

conductos, lo cual genera un trabajo negativo en esta fase de admisión.

En el punto 3 el pistón inicia su carrera hacia el PMS y el cilindro todavía se

encuentra con una baja presión. Mientras tanto, sigue introduciendo fluido hasta

su punto 4, donde se iguala la presión interna con la atmosférica, en donde se

debe de serrar la válvula de admisión.

Compresión

Esta se produce como consecuencia del movimiento del pistón hacia el punto

muerto superior. A parir del punto 4, el fluido operante es comprimido por el

pistón hasta el punto 5, donde se produce el adelanto de inyección de diesel.

Combustión o explosión

La combustión o el encendido del combustible, se inicia en el punto 5, lo que

origina una repentina elevación de temperatura y una caída de presión que

alcanza su valor máximo en el punto 7, lo cual, indica que el inicio de la explosión

se origina antes de llegar al PMS y su mayor fuerza la genera, cuando el pistón se

encuentra en su movimiento descendente.



Escape

Para facilitar la expulsión de gases, se interrumpe la fase de explosión, al abrir

anticipadamente la válvula de escape del PMI en el punto 8, como los gases se

encuentran a presión superior que la atmosférica, se descarga rápidamente al

exterior descendiendo la presión con rapidez, como se muestra en el punto 9. La

presión de los gases de escape puede alcanzar presiones inferiores a la

atmosférica, lo cual se representa en el punto 10.

En el punto número 11, se inicia la segunda fase de escape, donde el pistón

expulsa los gases que ocupan en el cilindro, con lo que la presión se hace

ligeramente superior a la atmosférica, debido a la resistencia de los gases al

circular a travez de la válvula y los conductos de escape [1].

TIPOS DE MOTORES DIESEL

Existen tres categorías principales en las cámaras de combustión, para los

motores diesel y son: los motores de inyección directa, con cámara de pre

combustión y los motores con cámara de turbulencia.

Motores de inyección directa:

En estos motores, la cámara de combustión se compone del volumen formado por

el espacio libre que queda entre la cabeza del embolo y la cara inferior de la

culata, cuando se encuentra la cabeza del embolo en el PMS.

El chorro de combustible que sale del pulverizador, siempre se adapta a la forma

de la culata, de manera que el líquido resulte distribuido lo más uniformemente

como se muestra en la figura 9 [27].



Figura9: Corte seccional de cámara de combustión de un motor diesel [28].

Motores de antecámara:

En estos motores se realiza una pulverización de combustible totalmente

diferente, debido a que del 20 al 30 % de su cámara de combustión se encuentra

separada por un paso estrangulador. El combustible es inyectado a baja presión

en la antecámara, el cual arde debido a la poca cantidad de aire; como

consecuencia de la presión que ello origina. La mezcla es expulsada con

movimiento turbulento a través del espacio estrangulado pasando a la cámara

principal de combustión, como se muestra en la figura 10 [29].

Figura 10: Inyección en la cámara de combustión [21].



Motores con cámara de turbulencia:

En estos motores la cámara de combustión va dividida en dos partes: La primera

está constituida por una cavidad ahuecada ya sea en el embolo o bien en la culata

donde esta cavidad constituye la reserva de aire o cámara de turbulencia.

La otra parte es el espacio comprendido entre la cabeza del embolo y la culata;

cuando el embolo se encuentra en el PMS, estas dos partes de la cámara de

combustión se comunican entre sí mediante un paso de diámetro grande.

El inyector se dispone de manera que envíe su chorro desde el exterior a la

cámara auxiliar pasando por una resistencia de calentamiento, dirijido según el eje

del cono, hacia el fondo de la cámara de reserva, generando fuertes movimientos

turbulentos en la culata, como se muestra en la figura 11 [30].

Figura11. Combustión en la antecámara [31].



1.8 TIPOS DE CONTROLADORES DE MOTORES DIESEL

Las unidades modernas automotrices, cuentan con un controlador general

computadora (figura12).Cuando se abre el interruptor de llave en la posición de

ignición, la computadora PCM hace un monitoreo de todos los elementos

primarios de medición con los que cuenta la unidad. Conociendo los parámetros y

valores con los cuales empezará su marcha, puede corregir deficiencias o

perturbaciones como la temperatura interna del motor y el estado de niveles de

lubricantes y refrigerante [32].

Figura12: Vista superior de computadora de camión sin tapa [33].

En caso de tener alguna deficiencia o bajos niveles la computadora mandará

activar una bombilla de advertencia según sea la falla, una vez que la

computadora del motor detecta el movimiento por medio del sensor inductivo,

ubicado en el árbol de levas o en la polea del cigüeñal, esta monitorea y controla

las emisiones contaminantes por medio de un sensor de oxígeno ubicado en el

sistema de escape con la que determina si es una mezcla rica o mezcla pobre y

hacer una retroalimentación, mandando mas pulsos de inyección de combustible o

mayor apertura de la válvula de admisión, para permitir mayor entrada de aire a la

cámara de combustión. Algunos de los dispositivos utilizados son:



Sensores inductivos

Estos sensores se les conocen también de efecto hall, por que generan una FEM

(fuerza electromotriz) al detectar un flujo magnético.Se usan para detectar el

movimiento del motor, por medio de un engrane para generar un flujo magnético,

este sensor se muestra en la figura13 [27].

Figura13: Sensor inductivo [34].

Sensores de oxígeno

Estos sensores se muestran en la figura 14y funcionan por medio de comparación

del aire del exterior y los gases de escape que proporciona el motor. Este sensor

es alimentado por 4 cables, con +12vcd, común, señal de computadora y tierra

física, según las emisiones contaminantes, variará una señal cuadrada en el cable

de monitoreo [32].

Figura 14.Sensor de oxigeno de sonda lambda [35].



Sensor de mariposa de Aceleración

Este es un potenciómetro es conectado mecánicamente a la mariposa de

Aceleración del motor, con la finalidad que la computadora tenga los grados de

apertura de la mariposa de aceleración sabiendo así la cantidad de aire que

ingresa al motor [29]. En la figura 15 se muestra el sensor de mariposa de

aceleración.

Figura15: Potenciómetros [29]. Interruptor de presión de aceite Este interruptor es normalmente cerrado, cambia su posición a normalmente

abierto cuando le llega presión de aceite por una vena de lubricación, que viene

directamente de la bomba de aceite. En caso de no llegar esta presión requerida

para vencer el interruptor, la computadora no mandará a interrumpir, la

alimentación del foco de aviso de baja presión de lubricación en el sistema

mecánico, este interruptor se muestra en la figura 16 [2].

Figura16: Interruptores de aceite [35].



Válvula EGR Esta válvula tipo solenoide, se controla y monitorea por la computadora de la

unidad, para regular los gases de aceite generados por el movimiento del motor,

para que estos sean quemados por el motor en las cámaras de combustión, este

tipo de válvula se muestra en la figura 17 [29] .

Figura 17: Válvula EGR [28].

Canister Es un tanque pequeño de almacenamiento de gases que provienen del tanque de

combustible, generados por el movimiento de la unidad. Este tiene una válvula tipo

solenoide, controlada por la computadora, que permite el paso de gases a la

cámara de combustión, para ser quemados cuando el motor se encuentra en

marcha mínima, en la figura 18 se muestra el canister y su interior [29].

Figura 18: Elementos internos del canister [36].



Inyectores electrónicos Es una electro válvula controlada por la computadora de la unidad, permitiendo la

pulverización del combustible, cuando el pistón se encuentra en el PMS para

general la explosión, donde en las figuras 19 se muestran los inyectores

mecánicos, y el diagrama eléctrico de la inyección diesel [29].

Figura19: Tipos de inyectores para motores diesel [28, 37].



PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actual mente en México los motores de uso agropecuario cuentan con una baja

eficiencia ya que no son equipados con ningún sensor y controlador que pueda

mejorar su eficiencia debido a su bajo costo de adquisición.

Esta baja eficiencia genera mayores emisiones contaminantes y aumento de

consumo de combustible, por lo cual el costo monetario al usar este motor

aumenta considerablemente.

En la escuela ESIME ZAC del IPN se adquirió un motor de ciclo diesel Kama 170

de uso agropecuario con la finalidad de mejorar las condiciones de operación a un

bajo costo en este tipo de motores ya que dicho motor es completamente austero

de arranque manual que no cuanta con ningún sensor que permita realizar

mediciones de las variables con las que cuenta el motor, así como tampoco

controlador que pueda compensar las perturbaciones que tienen a diferentes

condiciones de trabajo.

Debido a esto, en este trabajo se llevo a cabo la instrumentación del motor con la

finalidad de evaluar su comportamiento en el estado transitorio para poder

implementar un controlador que mejore la eficiencia.

Instrumentación del Motor Kama 170


SUMARIO

En el capítulo 1 se presentó la investigación más relevante sobre los motores de

ciclo diesel existentes y su funcionamiento en conjunto con todos los sistemas que

conforma un motor, así como las características y diferencias del combustible

diesel y del biodiesel en México y en el mundo.

Los motores de ciclo diesel producen movimiento torsional en el sistema mecánico

cuando el combustible diesel es quemado en la cámara de compresión a una

temperatura aproximado de 93 °C, dependiendo de las características de cada

motor. Cuando se usa combustible biodiesel existen perturbaciones y deficiencias

en el motor, ya que presenta una disminución en la flecha de salida debido a que

la temperatura de explosión de combustible biodiesel oscila entre los 97 y 100 °C,

dependiendo de la semilla con la que se elaboró.

Una vez comprendido el funcionamiento del motor diesel y las perturbaciones que

existen al usar combustible biodiesel, se procede a analizar el motor Kama de

ciclo diesel con el fin de realizar pruebas experimentales para evaluar su

funcionamiento a diferentes condiciones de trabajo, en el capítulo ll se menciona la

descripción y el funcionamiento en conjunto de los sistemas de un motor ciclo

diesel Kama modelo 170 con el objetivo de analizar las variables de los sistemas

que se requieren instrumentar.



CAPÍTULO ll

“SISTEMAS DEL MOTOR KAMA”



2.1 DESCRIPCIÓN DEL MOTOR DIESEL KAMA MOD 170 Para llevar a cabo la instrumentación, se requiere del conocimiento de los

sistemas que comprenden al motor.

El motor utilizado en las pruebas experimentales con combustible diesel, es un

Motor Kama Modelo 170, que consta de un cilindro de 211 centímetros cúbicos de

volumen, de tecnología japonesa, ensamblado en España.

El motor Kama modelo 170 se usa generalmente para la industria agrícola, como

es el caso de labradoras, peladoras de caña, bombas de agua, compresor y

revolvedor; las características principales del Motor Kama son las siguientes:

El Motor Kama cuenta con un cilindro de 4 tiempos (admisión, compresión,

explosión y escape), con 211 cm3 de volumen, 7.0 cm de diámetro y 5.5 cm de

carrera del pistón, alimentado por un inyector mecánico con una presión de 650

psi generadas por una bomba rotatoria integrada al cigüeñal del motor [38].

El Motor Kama pesa de 29 a 31 kilogramos dependiendo la cantidad de

combustible y aceite que éste contenga, las dimensiones son de 324 mm de

ancho, 384 mm de largo y 416 mm de alto, con una capacidad de 250 ml en el

depósito de combustible y 75 ml en el depósito de aceite de lubricación [38].

Este motor tiene un consumo de combustible de 280 g/km*h, con una relación de

compresión de 1 a 20 cuando desarrolla una velocidad entre 3000 y 3600 RPM;

proporciona una potencia máxima de 2.8 - 3.1 Kw/rpm y una potencia nominal de

2.5 - 2.8 Kw/rpm [38].

El sistema de arranque del motor Kama 170 es de tipo manual auto-envolvente, el

cual consta de un balero loco, resorte y una correa acoplados a la turbina de

enfriamiento del motor [38].El motor Kama 170 se muestra en la figura 20



Figura 20: Motor Kama modelo 170 [39].

2.2 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR KAMA 170

Para que pueda estar en condiciones de operar el motor, la válvula de paso que

se encuentra en el tanque de combustible, tendrá que estar en posición “ON” y

ajustar la válvula reguladora de aceleración, para jalar la correa del sistema de

arranque y generar un movimiento de torsión, con lo cual la bomba rotatoria envié

el flujo de combustible al riel del inyector [38].

El motor diesel funciona mediante la ignición del combustible al ser inyectado en

una cámara de combustión, que contiene aire a una temperatura superior a la

temperatura de auto combustión, sin necesidad de chispa. La temperatura que

inicia la combustión, procede de la elevación de la presión en el cilindro provocada

en el segundo tiempo del motor, debido al calentamiento de las moléculas por una

reducción de volumen en el cilindro.

El combustible se introduce por medio del inyector en la parte superior de la

cámara de compresión, a una presión de 550 libras/pie generadas por la bomba

rotatoria, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y

presión [39].

Esta combustión, ocasiona que el pistón acoplado a la biela se impulse hacia su

PMI. La biela transmite este movimiento al cigüeñal al que hace girar,

transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación que se

transmite a la flecha de salida.



2.3 SUBSISTEMAS DEL MOTOR KAMA 170

En el diagrama de la figura 21, se muestra la distribución del motor Kama modelo

170 y de los subsistemas que está conformado.

Figura 21: Sistemas del Motor Kama 170.

2.3.1 Sistema de combustible

La mezcla diesel, se almacena en el tanque de combustible y se lleva la cámara

de combustión del motor, cuando la bomba rotatoria de alta presión acoplada al

cigüeñal empieza a funcionar por el movimiento de torsión del motor, trasladando

el combustible a una elevada presión mediante el riel del inyector, venciendo el

diafragma mecánico del inyector y generando una pulverización dentro del motor,

en el cual se quema a una alta temperatura debido a la compresión del aire que

produce el pistón cuando se encuentra en el PMS [39]. En la figura 22 muestran

las partes mecánicas del sistema de combustible.



Las transformaciones del combustible en el interior del motor, se realizan de

acuerdo a que el ciclo es cerrado, utiliza aire a presión atmosférica y la inyección

del combustible que se enciende por la alta temperatura del aire lograda después

de la compresión, el sistema de combustible se muestra en la figura 22 [39].

Figura 22: Sistema de combustible [38].

2.3.2 Sistema Mecánico

En el sistema mecánico, el pistón acoplado al cigüeñal empieza su carrera

descendente. Cuando se jala el cordón del sistema de arranque, la válvula de

admisión se abre por medio del árbol de levas acoplado y sincronizado al cigüeñal

por medio de una cadena de distribución. Esta operación permite que el aire

atmosférico ingrese a la cámara de combustión, mientras el pistón inicia su

movimiento ascendente, y las válvulas de admisión y escape se cierran

comprimiendo el aire, en este momento el pistón alcanza el punto muerto superior,

la cámara de combustión se encuentra a una elevada temperatura, y se inyecta

una cierta cantidad de combustible líquido pulverizada, que a medida que ingresa,

se enciende y produce una combustión. Finalmente el pistón empieza su

movimiento descendente, en cuyo transcurso entrega trabajo y posteriormente en

la carrera ascendente, la válvula de escape se abre y se eliminan los gases de la

combustión y el ciclo se inicia nuevamente [38].



En la figura 23 se muestra el ensamble mecánico de los cilindros y del cigüeñal

con cremallera que comprenden al sistema.

Figura 23 Ensamble de bloque de Cilindros y cigüeñal [39].

En la figura 24 se muestra el ensamble de árbol de levas, pistón y culata de

cilindro, con válvulas de admisión, escape y pistón que conforman el sistema

mecánico.

|Árbol de levas culata de cilindro pistón

Figura 24: árbol de levas, culata de cilindro y pistón [38].



2.3.3 Sistema de Lubricación

El motor cuenta con una bomba interna de lubricación, que funciona cuando el

motor empieza su movimiento de rotación. En la figura 25 se muestran las piezas

del sistema; el aceite alojado en el cárter se traslada hacia todas las cavidades y

extremos del motor, por medio de venas o conductos a una presión adecuada,

donde fluye el aceite con el fin de lubricar todas las piezas que se encuentran en

movimiento [38].La figura 25 muestras las partes mecánicas del sistema de

lubricación

Figura 25: Sistema de Lubricación [39].

2.3.4 Sistema de Admisión

Este sistema contiene, un múltiple con un conducto para llevar la mezcla de

aire-combustible al cilindro. El sistema de admisión provee al motor de aire limpio

a una temperatura y restricción razonables, removiendo del aire los materiales

finos como el polvo, arenas, u otras impurezas (figura 26) [38].

Figura26: Ensamble de filtro de aire [39].



2.3.5 Sistema de Escape

Cuando el pistón se encuentra en su movimiento ascendente, en la fase de

escape, la válvula de escape se encuentra abierta, permitiendo la liberación de

todos los vapores de la combustión, pasando al múltiple de escape, donde se

filtran las emisiones contaminantes y el ruido por medio de un catalizador; en la

figura 30 se muestra el múltiple de escape del sistema [39].

Figura:27 Múltiple de Escape [39].

2.3.6 Sistema de enfriamiento

El motor se enfría a través del aire comprimido de una turbina que se encuentra

acoplada al cigüeñal del motor; en la figura 31 se muestra la turbina de

enfriamiento [38].

Figura 28: Turbina de enfriamiento [39].



SUMARIO

En el capítulo II se abordó la descripción del motor Kama 170 y el funcionamiento

de los sistemas que lo comprenden, el motor cuenta con un cilindro de ciclo diesel

de 4 tiempos con una capacidad en el depósito de combustible de 2.5L y 0.9 L en

el depósito de aceite, así como un consumo de combustible de 280 g/km*h, a una

relación de compresión de 20, aun cuando desarrolla una velocidad entre 3000 y

3600 RPM proporcionando una potencia máxima de 2.8 - 3.1 Kw/rpm y una

potencia nominal de 2.5 - 2.8 Kw/rpm.

Los sistemas con los que el motor funciona en conjunto para generar un

movimiento torsional son: admisión, escape, combustible, mecánico, lubricación y

enfriamiento. Una vez realizado el análisis de las perturbaciones que existe en un

motor de ciclo diesel, se puede observar que existe una disminución en la flecha

de salida debida al punto de explosión elevado del diesel y a la temperatura de

arranque; por ello se realizó en el capítulo ll un análisis de los sistemas del motor

Kama contemplando sus dimensiones y funcionamiento de todas sus piezas. con

el objetivo de realizar una instrumentación eficiente, que permita evaluar el

funcionamiento real del motor.

En el capítulo lll se muestra el análisis de pertinencias de la instrumentación

realizada al motor Kama, evaluando tres instrumentos para cada variable a

instrumentar donde las variables son, velocidad en la flecha de salida, temperatura

instantánea del motor, apertura de la mariposa de aceleración y gases de escape.



CAPÍTULO

III

“INSTRUMENTACIÓN DEL MOTOR KAMA 170”



3.1 INSTRUMENTACIÓN DEL MOTOR KAMA 170

En este capítulo se analiza el trabajo de instrumentación realizado al Motor diesel

Kama 170, con la finalidad de monitorear las principales variables que intervienen

en su operación. Estas variables son velocidad, temperatura instantánea,

porcentaje de oxígeno en los gases de escape y porcentaje de apertura en la

mariposa de aceleración del motor. El diagrama tipico de instrumentacion

realizado se muestra en la figura 29.

Figura29: Diagrama de instrumentación del motor Kama 170

3.2 INSTRUMENTACIÓN DE LA FLECHA DE SALIDA (VELOCIDAD) Uno de los instrumentos más comunes para la medición de la velocidad en la flecha

de salida, es el tacómetro. Por lo cual se realiza la selección de tres tipos de

tacómetros, donde son:

a) TACÓMETRO DIGITAL CDT-2000

El tacómetro de contacto-óptico digital modelo CDT- 2000, puede monitorear los

cambios que existen en la flecha de salida.



Este instrumento es capaz de medir directa e indirectamente la velocidad en RPM.

Para medir la velocidad en forma directa se coloca en contacto directo con la flecha

de salida del motor. Para la medición indirecta, el sensor cuenta con una luz roja

visible, que interactúa con el eje motriz de salida del motor.

El instrumento se muestra en la figura 30 y cuenta con las siguientes características

técnicas [40]:

Resolución ±0.02%.

Precisión 0.01 RPM.

Rango 1 RPM - 99,000 RPM.

Detecta sin tener contacto directo por medio de una luz roja visible.

Contiene una memoria.

Costo USD$ 285.00.

Figura 30: Tacómetro digital modelo CDT-2000[41][40].

.

Este instrumento presenta como desventaja su costo elevado y en las pruebas, el

instrumento tendría que estar fuera del tablero de instrumentación, ya que es portátil.

b) TACÓMETRO MECÁNICO MT-200

El tacómetro mecánico MT-200 mide velocidades rotatorias y de superficies con

precisión. La construcción robusta y portabilidad del tacómetro MT-200 lo hace una

opción ideal para el personal de mantenimiento. Este tacómetro análogo no requiere

pilas, por lo tanto es el instrumento ideal para el personal que presta servicio de



campo [42]. Este instrumento que se muestra en la figura 31, cuenta con las

siguientes características técnicas:

Rango es de 16 RPM a 50,000 RPM.

Resolución ±0.5%.

Mide en pies por minuto (FPM) para velocidad lineal.

Costo USD$ 269.00.

No contiene memoria.

Figura31: Tacómetro modelo MT-200 [42].

c) TACÓMETRO DIGITAL MODELO DHC6J-Z

El tacómetro DHC es una carátula de 10 cm de ancho y 5 cm de alto con display de 6

caracteres dentro de su carcasa, el cual recibe la señal de un sensor inductivo PNP,

por medio de pulsos que identifica el sensor inductivo PNP, el tacómetro DHC6J-Z

puede dar una lectura en RPM y RPS [43]. Este instrumento que se muestra en figura

32, cuenta con las siguientes características técnicas:

Rango de velocidad 6 RPM – 6000 RPM.

Fuente de Alimentación 110 – 240 VCD.

Resolución ± 0.06%.

Auxiliado de sensor PNP.

Cuenta con display



Costo USD$ 115.00.

No cuenta con memoria.

Figura 32: Tacómetro modelo DHC6J-Z [43].

.

Para la elección del tacómetro, se tomó en cuenta la resolución, el rango de

operación y el costo. En la figura 33 se pueden observar estas características para

los tres modelos de tacómetros.

Figura 33: Comparación de tres diferentes tipos de medidores de velocidad.

De acuerdo con los resultados mostrados en la figura 33, se determinó que el

indicador de velocidad más adecuado es el DHC6J-Z debido a que tiene los

requerimientos técnicos y el menor costo.



3.3 SENSOR INDUCTIVO AUXILIAR Una vez seleccionado el instrumento de velocidad, el siguiente paso es instalar el

tacómetro DHC, éste tiene como característica, que trabaja en conjunto con un

sensor inductivo ya sea PNP o NPN, y se necesita elegir el más adecuado.

A continuación se describen tres modelos diferentes para seleccionar el que se ajuste

mejor a los requerimientos

a) MODELO 871 CC PNP

Este tipo de sensor inductivo es NPN, es un generador de pulsos, cada que detecta

una parte ferrosa a cierta distancia genera un pulso, la distancia la marca el

fabricante. Cuenta con 3 hilos, dos son de alimentación y el tercero para la toma de

señal [44]. El instrumento que se muestra en la figura 34, cuenta con las siguientes

características técnicas:

Rango de detección de 12 mm.

Voltaje de Trabajo de 10 – 30 VCC

Temperatura de trabajo de -40 º C a +70 º C

Su costo es de US$ 55.20

Figura 34: Sensor Inductivo PNP modelo 871 CC [44].

El sensor tiene las características que se requieren para el tacómetro digital, pero su

costo es elevado y por lo tanto no puede ser una alternativa.



b) MODELO E2A-M08 NPN

Otro instrumento propuesto, es el Modelo E2A-M08, el sensor es NPN al igual que el

otro, genera pulsos, cuenta con 3 hilos, 2 para su alimentación y uno para señal de

salida [45].Este instrumento se muestra en la figura 35, cuenta con las siguientes


Rango de detección de 2mm.

Alimentación 12 a 24 VCD

Temperatura de trabajo de -40 º C a +70 º C


Figura 35: Sensor inductivo NPN modelo E2A - M08 [45].

c) MODELO EL1204-PP0SS TIPO PNP

Este instrumento se propuso ya que en el manual del fabricante, se menciona que es

idóneo para trabajar en conjunto con el tacómetro. Este tipo de sensor cuenta con

una carcasa de acero inoxidable y con una protección de corto circuito [46]. Este

instrumento que se muestra en la figura 36, cuenta con las siguientes características

técnicas:

Rango de detección de 1- 4 mm.

Alimentación 12-36 VCD

Temperatura de trabajo -25 ° C hasta +70 ° C


Corriente 200 mA.

Protección contra cambios de polaridad



Diámetro del sensor 1 cm.

Led indicador de prendido

Cable aislador de temperaturas altas

Figura 36: Sensor Inductivo PNP modelo EL1202-PPOSS [46].

En la figura 37, se muestra la gráfica de tres características similares para cada

modelo, que son, rango de lectura, temperatura de trabajo y costo, de esta manera, la

gráfica ayuda a la selección del instrumento.

Figura 37: Comparación de instrumentos para el Sensor Inductivo.



De acuerdo con los resultados mostrados en la figura 37, se determinó que el sensor

inductivo PNP modelo EL1202-PPOSS debido a que cumple los requerimientos

técnicos y tiene el menor costo.

El sensor modelo EL1204-PP0SS, se instaló enfrente de la polea del motor Kama

170, para detectar las revoluciones por minuto, como se muestra en la figura 38.

Figura 38: Instalación de sensor inductivo modelo EL1204.PP0SS.

3.4 INSTRUMENTACIÓN PARA EL ANALISIS DE LOS GASES DE ESCAPE

Dentro del proceso se generan gases que salen al exterior, algunos perjudican al

medio ambiente y otros perjudican a la salud. El sensor de oxígeno permite verificar

si la combustión del motor es buena; para que la combustión del motor sea buena, es

necesario que todas las moléculas de oxígeno que entren a la cámara de combustión

sean quemadas junto con el aire.

El objetivo del sensor es medir la cantidad de oxígeno sobrante, además de saber si

la mezcla fue rica o pobre en la cámara de combustión.

La mezcla de un motor de combustión interna de ciclo diesel es rica, cuando el

sensor de oxígeno no detecta partículas de oxígeno, debido a que todo el aire

admitido fue quemado con toda o una parte del combustible. De forma inversa se le



llama mezcla pobre cuando el sensor detecta partículas de oxígeno, debido a que el

aire admitido no fue quemado en su totalidad en la fase de combustión por la falta de

combustible [5].

a) ANALIZADOR DE OXÍGENO O2 AMATEK

Este sensor detecta la cantidad de oxígeno sobrante en una combustion y es de

fácil instalación [47]. El instrumento que se muestra en la figura 39, cuenta con las

siguientes características técnicas:

Temperatura de trabajo 350 °C a 450 °C.

Salida 0 a 20 mA

Disponibilidad al usuario de un dia.

Costo US$120

Figura 39: Analizador de O2 AMATEK [47].

Este sensor de oxígeno tiene como desventaja su costo elevado y su dificil

instalación en el motor.



b) ANALIZADOR DE OXíGENO O2 PORTATIL

Este sensor detecta la cantidad de oxígeno en cualquier proceso, cuenta con un

indicador manual de varilla [48].Este instrumento se muestra en la figura 40,cuenta

con las siguientes características técnicas:

Temperatura de trabajo -10°C a 45°C

Salida 0 a 50 mV

Costo USD$250

Disponibilidad al usuario un día

Figura 40: Analizador de O2, con indicador manual de varilla [48].

El sensor de oxígeno tiene como desventaja, su elevado costo y su dificultad para

instalarlo debido a que es de uso manual.

C) SENSOR DE OXÍGENO DE SONDA LAMBDA DE ZIRCONIO

El sensor detecta la cantidad de oxígeno que existe en los gases de escape, de un

motor de combustión interna, generando una diferencia de potencial como indicador

[49].

Este instrumento cuenta con las siguientes características técnicas:

Temperatura de trabajo 80°C a °350°C

Resistencia de calentamiento 80°C a 350 °C

Salida 0 a 1000 mV.

Disponibilidad al usuario al instante

Costo US$ 160.



En la figura 41, se pueden observar las características de costo, rango de

temperatura y disponibilidad al usuario de los tres modelos de sensores de

oxígeno.

Figura 41: Comparación de los modelos de instrumentos para el Sensor de oxigeno


sensor de oxígeno mas adecuado, es el de sonda lamda, debido a que tiene los

requerimientos técnicos y es de menor costo.

El sensor de oxigeno se muestra instalado en la figura 42.

Figura 42: Instalación de sensor de oxigeno sonda lamba.



3.5 INSTRUMENTACIÓN DEL ACELERADOR Para realizar la medición en el porcentaje de aceleración, un potenciómetro, es el

instrumento más adecuado. La cantidad de ohms (Ω) del potenciómetro, es

proporcional a la cantidad de apertura de la mariposa de aceleración en el motor

Kama 170.

A continuación se describen tres modelos para seleccionar el que se ajuste mejor a

sus requerimientos

A) POTENCIÓMETRO STEREN DE CARBON CON SWITCH

El potenciómetro cuenta con un switch, con un intervalo de 100 kΩ a 108 kΩ y una

potencia de 5 watts (W) [50].

El instrumento que se muestra en la figura 43, cuenta con las siguientes


Costo de MN$ 55

Rango de 0 a 20kΩ.

Potencia 5 W.

Figura 43: Potenciómetro de carbón con Switch [50].

Este potenciómetro no fue seleccionado, debido a que su estructura es muy

compleja de instalar al regulador de paso de combustible, ya que su resistencia

variable es rotatoria y tiene baja resolución.



B) POTENCIÓMETRO STEREN DE ALAMBRE SIN SWITCH

El potenciómetro no cuenta con switch, tiene un intervalo de 126 Ω a 1 kΩ y una

potencia de 5W.


Costo de MN$ 45.

Rango de 0 a 30kΩ.

Potencia de 5W.

El potenciómetro no fue utilizado debido a que, su diseño no es apropiado para la

instalación en el regulador del paso de combustible y su resistencia variable es de

baja resolución, sin embargo el precio es accesible, pero su resolución es baja y es

una característica importante que se busca [51].

C) POTENCIÓMETRO LINEAL SL60VB20K

El potenciómetro lineal SL60VB20K de cuatro terminales, tiene dimensiones de 1

cm de ancho por 8 cm de largo, es una resistencia variable con un rango de 0 a 50 k

Ω, que se controla por medio de una palanca que esta acoplada al regulador del

motor.

Este sensor fue utilizado debido a su alta resolución y la linealidad ideal para la

carrera de la palanca del regulador del combustible [50].


Costo MN$ 40

Rango de 0 a 50 kΩ.

Potencia de 5W.



En la figura 44 se pueden observar las características de rango, potencia y costo

para los tres modelos de tacómetros.

Figura 44: Comparación de tres modelos para el potenciómetro.


potenciómentro, más adecuado es el modelo SL60VB20K, debido a que cumple con

los requerimientos técnicos y un modelo ideal para su instalación.

En la figura 45, se muestra la instalación del potenciómetro lineal.

Figura45: Instalación del Potenciómetro Lineal.



3.6 INSTRUMENTACIÓN EN LA TEMPERATURA INSTANTÁNEA DEL MOTOR

A) Indicador de temperatura Modelo A20 y A25.

El Indicador de Temperatura modelo A20 Y A25 son instrumentos que trabajan por

medio de un diafragma, este sirve para interrumpir la acción de una alarma o

dispositivos eléctricos. Este instrumento tiene un bulbo sensible para que detecte la

temperatura de los gases, sirve como un interruptor On – Off [52].

El instrumento de la figura 46, cuenta con las siguientes características técnicas:

Contiene dos escalas: ºF y ºC

Tiene un rango de configuración de 66ºC a 150ºC

Resistente a la corrosión ya que el bulbo tiene policarbonato

Costo US$ 80.

Figura 46: Indicador de temperatura modelo A25 serie T [52].

El tipo de instalación que requiere el instrumento de la figura 46, no es el adecuado

según las necesidades del Motor Diesel Kama 170, debido a que tiene un tamaño

robusto, y no es ideal para el tamaño de la tapa en la culata de cilindro donde se

pretende instalar.



B) Termopar tipo “K” Modelo 80pkK-25.

El termopar tipo “K” modelo 80pkK-25 es diseñado para ser utilizado en los

líquidos [53].


Rango de temperatura de -40 °C a 350 °C.

Precisión de ± 2.2 °C.

Sensibilidad de 40.50 µV / °C.

Costo de US$ 198.

Escala en ºC Y ºF.

Figura 47: Termopar tipo "K" modelo 60 PK-25 [53].

El termopar tipo K, no cumple con las características demandadas por el motor

Diesel Kama 170, debido a que su rango de operación, en su temperatura máxima

sobrepasa el rango de operación, lo cual lo vuelve un instrumento de costo

elevado.

C) Termopar tipo “J” universal

El termopar es un dispositivo que está formado por la unión de dos metales

distintos que producen una FEM, donde La FEM es función de la diferencia de

temperatura entre uno de los extremos, denominado “punto caliente” o de medida

y el otro denominado “punto frío” o de referencia. El termopar se utiliza como

sensores de temperatura, son económicos, intercambiables, tienen conectores

estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas [52].




Rango de temperatura de -40°C a 760ºC.

Sensibilidad de ~52 µV/°C.

Sensible a la corrosión.

Costo US$ 100

Escala en ºC Y ºF.

Figura48: Termopar tipo J universal [52].

En la figura 49, se muestra las gráficas de las diferentes características de los

instrumentos propuestos.

Figura 49: Comparación de los modelos de termopar.


termopar más adecuado es el tipo J, debido a que cumple con los requerimientos

técnicos para su instalación en la tapa de culata de cilindros.



SUMARIO

En el capítulo lll, se mostró la instrumentación realizada al motor Kama 170, donde

se instalo una base y un tablero de mediciones, con el objetivo de obtener una

lectura ergonómica y segura al operador. Se analizaron tres instrumentos a

seleccionar para cada variable, donde los instrumentos que se instalaron son:

Indicador de velocidad DHC6-Z, alimentado a 110 o 220 VCA, cuenta con una

carátula de 6 caracteres que puede proporcionar una lectura en RPM ó RPS con

un intervalo de 6 a 6000 RPM.

Sensor Inductivo Auxiliar, modelo 1204-pposs tipo PNP, alimentado 12-36 VCD

con un rango de detección de 1-4mm.

Sensor de oxígeno de sonda lambda, alimentado a 12 VCD que genera una

diferencia de potencial de 0 a 1000 mV, de CD cuando detecta partículas de

oxígeno en los gases de escape.

Potenciómetro lineal SL60VB20K, con un intervalo de 0 a 50 K Ω, generando una

resistencia variable, al haber una apertura en la mariposa de aceleración del

motor.

Una vez realizada la instrumentación eficiente en el capítulo lll, en el capítulo 4 se

realizan las pruebas experimentales a diferentes condiciones de trabajo, en donde

se evaluará el funcionamiento real del motor Kama 170, en el estado transitorio

que es el tiempo en el que tarda el motor en llegar a su temperatura nominal de

trabajo con combustible diesel.



CAPÍTULO IV

“PRUEBAS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS”



4.1 DESCRPCION DE LA PANTALLA DE MONITOREO DEL MOTOR KAMA

Estudios realizados por universidad de Cartagena en España en conjunto con una

empresa del sector productivo desarrollaron experimentos en un motor diesel

modelo Agrale de un cilindro donde demostraron múltiples perturbaciones, se

presentan en el estado transitorio, uno de estos casos es la disminución de la

velocidad de la flecha de salida [1].

Actualmente el uso de programas computacionales facilitan el control de procesos

industriales, por lo general se pueden realizar un gran número de tareas. Con

esta premisa se utilizo un software de 4º generación integrada a un ambiente

grafico con la finalidad de reducir tiempos de programación y generar un interfaz

hombre- máquina de fácil acceso.

Visual Basic 6.0 es un programa basado en objetos, aunque no orientado a

objetos como C++ y Java. Está dirigido a la realización de programas para

Windows, logra incorporar todos los elementos de este entorno informático:

ventanas, botones, cuadros de dialogo y de texto, botones de opción y de

selección, barras de desplazamiento, gráficos, menús, etc.

Prácticamente todos los elementos de interacción con el usuario de los que

dispone Windows pueden ser programados en Visual Basic 6.0 de un modo muy

sencillo. En ocasiones bastan unas cuantas operaciones con el ratón y la

introducción a través del teclado de algunas sentencias para disponer de

aplicaciones con todas las características de Windows.

Visual Basic 6.0 es una excelente herramienta de programación que permite crear

aplicaciones propias (programas) para Windows. Con ella se puede crear desde

una simple calculadora hasta una hoja de cálculo de la talla de Excel (en sus

primeras versiones), pasando por un procesador de textos o cualquier otra

aplicación que se le ocurra al programador. Sus aplicaciones en ingeniería son

casi ilimitadas: representación de movimientos mecánicos o de funciones



matemáticas, gráficas termodinámicas, simulación de circuitos, etc. Este programa

permite crear ventanas, botones, menús y cualquier otro elemento de Windows de

una forma fácil e intuitiva.

Un programa (en sentido informático) está constituido por variables que contienen

datos con los que se trabaja y por algoritmos que son las sentencias que operan

sobre estos datos. La plataforma de control del motor Kama incorpora elementos

del entrono informático como son: ventanas, botones, cuadros de dialogo y de

texto, botones de opción y de selección, barras de desplazamiento, gráficos,

menús, etc.

La pantalla de monitoreo se encuentra dividida por las siguientes áreas como se

muestra en la figura 50.

a) Arranque y paro del programa

b) Indicador de apertura en la mariposa de aceleración.

c) Indicadores de los sensores de temperatura instantánea, moléculas de oxigeno,

y velocidad.

d) Temporizador.

Figura 50: Pantalla de monitoreo en visual basic.



En la sección b) se visualiza los indicadores de la posición de aceleración en

donde cada vez que se realiza una prueba la primera operación que se debe de

realizar es la selección de la apertura de la mariposa en la barra que se muestra

en el inciso b) de la figura 50. Una vez seleccionado la apertura de aceleración

con la cual operara el motor se procede a arrancar el motor y encender el

programa con el botón ON, como se muestra en la sección a).

Una vez que el motor comienza su movimiento torsional, los sensores comienzan

a detectar el valor de cada variable correspondiente mostrando sus valores en la

sección c), cuando se requiere detener el programa para realizar una nueva

prueba se procede con el botón de OFF mostrado en la sección a). La pantalla

cuenta con un temporizador que proporciona la duración de cada prueba con el

objetivo de visualizar el tiempo en el cual el motor termina a su estado transitorio

que es el tiempo en el que el motor llega a su temperatura nominal de trabajo.

4.1.2 SISTEMAS EMBEBIDOS

Los sistemas embebidos son dispositivos usados para controlar equipos,

operación de maquinarias o plantas industriales completas. El término "embebido"

(también se lo conoce como "incrustado" o "embutido") y se pueden agrupar de las

siguientes maneras:

A) Microprocesadores individuales:

Pueden encontrarse en dispositivos como sensores de temperatura, detectores de

humo y gas, interruptores de circuitos, etc. Es poco probable que sean sensibles a

fechas, pero requieren de pruebas para su verificación.



B) Conjuntos de microprocesadores sin funciones de reloj:

Controladores de flujo, amplificadores de señal, sensores de posición ,

servomecanismos de válvula. Es poco probable que estos sean afectados, sin

embargo su operatoria interna puede depender de un reloj provisto por un

dispositivo de tiempo que puede no ser compatible

C) Conjuntos de microprocesadores con funciones de reloj:

Equipos médicos de monitoreo, controladores, centrales telefónicas, sistemas de

adquisición de datos (SCADA), sistemas de diagnostico y tiempo real.

D) Sistemas computarizados usados en control de procesos e industrias:

Son computadoras conectadas a equipamiento para controlarla, En estos casos la

computadora se utiliza para el control y monitoreo del sistema.

El sistema embebido utilizado para el desarrollo de la interface hombre-máquina

del motor KAMA es una tarjeta “ Phidget interfece kit” la cual se muestra en la

siguiente figura 51.

Figura51: Phidget interfece kit [54].



La tarjeta de adquisición de datos Phidget mostrada en la figura 51 es compatible

con los sistemas operativos: Windows 2000/XP/Vista, Windows CE, Linux, y Mac

OS X. Y puede ser programada con leguajes de alto nivel como : VB6, VB.NET,

C#.NET, C++, Flash 9, Flex, Java, LabVIEW. La tarjeta se encuentra dividida en

las siguientes partes como se muestra en la figura 52:

A) 8 entradas digitales. Se emplean para conectar botones pulsadores,

interruptores, relevadores, etc.

B) 8 entradas analógicas. Se emplean para conectar sensores de temperatura,

posición, presión, etc.

C) 8 salidas digitales. Se utilizan para conectar relevadores de estado solidó,

leds, transistores, o cualquier otro dispositivo.

D) Alimentación de la tarjeta.

E) Conector para cable USB de internas con la PC

F) Conector para cable USB de comunicación para agregar otra tarjeta de

adquisición de datos phidget o cualquier otra.

Figura52: Tarjeta Phidget [54].



En la tabla 4.1 se presentan las aplicaciones de cada uno de los dispositivos de la

familia “Phidget interfece kit” [54].

TABLA 4.1: APLICACIONES DE LA FAMILIA PHIDGET.

DISPOSITIVO APLICACIÓN PhidgetEncoder Detecta cambios en la posición de un encoder

absoluto o incremental. PhidgetInterfaceKit Provee una combinación de salidas digitales,

entradas digitales y entradas analógicas. PhidgetServo Coloca un servo motor en una posición deseada,

dentro del rango de 0° a 180°. PhidgetRFID Lee las etiquetas de identificación de radio

frecuencia PhidgetTextLCD Despliega texto en un modulo LCD. PhidgetLED Controla la intensidad y el estado de un LED PhidgetTextLED Despliega texto y números en módulos de LED,

también se puede controlar la intensidad del modulo.

PhidgetAccelerometer Mide la fuerza en función de la gravedad y puede medir la aceleración dinámica y estática.

PhidgetWeightSensor Registra el peso de un objeto. PhidgetTemperatureSensor Registra la temperatura de un termocople y

notifica sobre cambios de temperatura. PhidgetMotorControl Controla el arranque y paro de un motor de

corriente directa, así como la velocidad de giro. PhidgetStepper Controla la posición, velocidad y aceleración de

un motor a pasos. PhidgetAdvancedServo Controla la posición velocidad y aceleración de

un servo motor en un rango de 0 a 180°.

En la figura 53 se presenta un diagrama esquemático de la forma cómo se lleva a

cabo la interfaz hombre-máquina, en donde el operario monitorea el

funcionamiento del motor directamente en la PC sin necesidad de ubicarse en

lugar de la maquina, si algún valor de las variables se encuentra fuera de su rango

de operación el operador lo podrá visualizar mediante la PC.



Figura53: Diagrama de interacción hombre-máquina.

A) Operador. Persona que monitorea el comportamiento del motor mediante la

computadora

B) Computadora. Instrumento que permite monitorear los valores del motor en

tiempo real al operador

C) Motor de proceso. Maquina térmica que desarrolla un trabajo con el objetivo

de cumplir las necesidades del proceso.

D) Elemento final de control. Resistencia de calentamiento de combustible para

riel de inyectores

E) Elemento primario de medición. Instrumento capaz de medir la variable del

proceso, para este caso se trata de la temperatura instantánea del motor.

F) Phidget. Tarjeta de adquisición de datos que contiene las variables de

operación del motor.

G) Cable de comunicación USB. Comunica el phidget con la PC.



4.2 PRUEBAS EXPERIMENTALES

De acuerdo con estudios realizados por distintas universidades del mundo, es

necesario monitorear el funcionamiento de los motores a velocidades altas,

medias y bajas en el estado transitorio [1], que corresponde desde la temperatura

inicial de arranque hasta su temperatura nominal de trabajo, con el objetivo de

implementar un dispositivo que mejore la eficiencia del motor. En la escuela

ESIMEZ se realizaron las pruebas experimentales con un motor diesel Kama 170

en el estado transitorio, donde los resultados de las variables monitoreadas se

obtienen bajo las siguientes unidades.

Para la temperatura instantánea del motor: Grados Celsius (ºC).

Para la velocidad: Revoluciones por Minuto (RPM).

Para la cantidad de oxígeno a la salida: Porcentaje (%).

Para la apertura de la mariposa de aceleración: Porcentaje (%).

De acuerdo con el principio de la termodinámica de los motores diesel, se necesita

mayor suministro de aire y de combustible cuando se encuentra en su estado

transitorio, para poder mantener la misma velocidad en la flecha de salida, como si

estuviera en su temperatura nominal de trabajo [55].

Al realizar las pruebas en el motor Kama 170 con el combustible diesel, en su

estado transitorio a una aceleración constante, la velocidad de la flecha de salida

aumenta conforme el motor se acerca a su temperatura nominal de trabajo.

Es importante monitorear la apertura de la mariposa de aceleración estableciendo

un punto inicial, esto se estipula según el porcentaje de apertura donde la finalidad

es controlar el flujo y la cantidad de combustible que es dirigida hacia la cámara

de combustión y conocer el comportamiento de las variables ya instrumentadas.



Un porcentaje de aceleración del 100% no es recomendable, por seguridad del

motor y del personal que realiza la prueba, ya que si el motor trabaja a su máxima

capacidad sin carga, puede sufrir daños mecánicos y presentar un estado

inseguro para el medio donde se realiza la prueba [56].

Cada variable monitoreada del motor tiene un objetivo fundamental ya que para

visualizar el funcionamiento es necesario realizar pruebas a diferentes condiciones

de trabajo, debido a que los motores de combustión interna presentan diferentes

comportamientos en cada condición de operación donde estas dependen de

factores como: temperatura ambiente, localización, hora, fecha, altitud, carga

sometida al motor, etc. Por ende en el motor Kama se procedió a realizar las

pruebas en una sola localidad de la ciudad de México, con una altitud aproximada

de 2240 metros sobre el nivel del mar en la época de invierno durante el mes de

diciembre con un horario de 6 a 13 horas sin someterle carga con aceleraciones

bajas, medias y altas, donde la localización de los componentes para la puesta en

marcha se muestran en la figura 54, de acuerdo a los pasos que se muestran a

continuación.

1) Verifique que en la polea del motor, no se encuentre ningún material que pueda

obstruir el libre movimiento del motor.

2) Retire el tapón de combustible del tanque y verifique que el nivel se

encuentre superior al nivel del filtro de combustible.

3) Verifique que la palanca de paso de combustible de color blanca, que se

encuentra debajo del tanque de combustible, se encuentre señalando hacia la

parte inferior del motor.

4) Ajuste la apertura del acelerador deseada para el motor, por medio de la

palanca que se encuentra en la parte superior del motor.



5) Presione hacia abajo la palanca del embrague, que se encuentra ubicada a un

costado del termopar, en la parte superior derecha de la culata de cilindro, al

mismo tiempo girar la polea del motor, con la mano hasta que se enclave la

palanca.

6) Jale el cordón hasta que el motor arranque.

Figura 54: Diagrama de localización de componentes para puesta en marcha.

Con base a lo mencionado anteriormente se establece el protocolo a las pruebas

en sus diferentes porcentajes de apertura de aceleración, de acuerdo con los

datos obtenidos por la tarjeta phiget se obtuvo que:

La prueba No. 1, se realizó con combustible diesel al 25 % de apertura en la

mariposa de aceleración durante 19 minutos con el siguiente comportamiento:

Inge

En laacel

niería en C

6

6

6

6

7

7

7

VELOCIDAD (R

PM)

V

a figura 55eración.

Control y Au

690

690

680

685

690

695

700

705

710

1 2

TABL

VELOCIDAD (RPM)

690

690

691

692

692

692

696

696

697

697

699

700

701

702

702

702 704

704

704

5 se presen

FIGUR

Instrumen

utomatizac

691 692

692

692

3 4 5 6

VELO

LA 4.2: VELOCID

TEMPERA2

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

99

9

9

nta la gráfic

RA 55: Gráfica al

ntación del M

ción

692

696

696 697

6 7 8 9

TIEMP

OCIDAD

VELOCIDAD

DAD (RPM) AL 25

ATURA Cº 23

23

28

34

38

43

48

53

58

64

69

74

79

84

89

91 96

96

96

ca de velo

25 % de aceler

otor Kama 17

697 699 700 701

10 11 12 13

PO (min)

(RPM)

D (RPM)

5% ACELERACIÓ

CANTIDADOXÍGENO (

0

80

105

90

105

110

150

380

310

353

358

290

350

300

270

220 380

240

250

cidad al 25

ración.

70

701 702

702

702

3 14 15 16

ÓN.

D DE (mV) TIEM

5 % de ape

P

704

704

704

17 18 19

MPO (min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ertura de

ágina 82



En la figura 57, se presenta la gráfica donde se observa el aumento de la

velocidad en la flecha de salida conforme aumenta la temperatura instantánea del

motor, ya que el motor tiene una mejor eficiencia cuando alcanza su temperatura

nominal de trabajo, en este caso el motor, comenzó a trabajar con su mínima

apertura de aceleración, lo que originó que hasta el minuto 17, se alcanzara su

máximo régimen de revoluciones por minuto, debido a que a menor aceleración, el

motor tarda más en llegar a su temperatura nominal.

La prueba No.2, se realizó con combustible diesel al 35% de apertura en la

mariposa de aceleración, durante el mismo periodo de tiempo con el

comportamiento siguiente:

TABLA 4. 3: VELOCIDAD (RPM) AL 35% DE ACELERACIÓN.

VELOCIDAD (RPM) TEMPERATURA Cº

CANTIDAD DE OXÍGENO (mV) TIEMPO (min)

999 22 50 1

1000 28 80 2

1008 38 105 3

1010 49 150 4

1010 58 280 5

1010 69 216 6

1012 70 280 7

1014 80 240 8

1015 84 310 9

1015 88 353 10

1015 91 358 11

1015 92 360 12

1015 93 350 13

1015 95 370 14

1015 95 270 15

1015 96 220 16

1014 96 240 17

1014 96 240 18

1014 96 210 19

Inge

En l

acel

traba

origi

nom

el m

debi

La p

mari

com

niería en C

VELOCIDAD (R

PM)

la figura 5

eración, do

ajo, debid

nando un

minal de tra

minuto 16,

do a que e

prueba No

iposa de

portamient

Control y Au

999

1000

990

995

1000

1005

1010

1015

1020

1 2

56 se pre

onde se o

do a que la

aumento

abajo en m

posterior

el sistema

FIGURA

o.3, se rea

acelerac

to siguient

Instrumen

utomatizac

1000

1008 1010

1010

2 3 4 5

VELO

esenta la g

bserva el

a apertura

en el trab

menor tiemp

a este m

de enfriam

56: Gráfica al 3

alizó con

ción duran

te:

ntación del M

ción

1010 1012 1014

1015

6 7 8 9

TIEM

OCIDAD

VELOCIDAD

gráfica de

tiempo en

de la mar

bajo del m

po, lo cual

minuto se

miento del m

35 % de acelera

combustib

nte el m

otor Kama 17

1015

1015

1015

1015

10 11 12 13

MPO (min)

D (RPM)

D (RPM)

e velocidad

n que alca

riposa de

motor y és

l se observ

observa q

motor es d

ación.

ble diesel

mismo pe

70

1015

1015

1015

1015

1014

3 14 15 16 1

d al 35 %

anza su m

aceleració

ste alcanc

va desde

que la vel

deficiente.

al 50% d

riodo de

P

1014

1014

1014

17 18 19

% de aper

áximo rég

ón es más

ce su temp

el arranqu

locidad dis

de apertur

tiempo

ágina 84

rtura de

imen de

grande,

peratura

ue hasta

sminuye

ra de la

con el

Inge

En lacel

VE

niería en C

a figura 57eración.

ELOCIDAD (RPM) 1299

1300

1304

1309

1314

1312

1313

1316

1316

1316

1315

1315

1314

1313

1313

1313

1313

1313

Control y Au

1290

1295

1300

1305

1310

1315

1320

VELOCIDAD (R

PM)

7 se presen

TEMPERA23

30

39

50

59

71

79

88

93

94

95

95

96

96

96

97

96

96

Instrumen

utomatizac

1299

1300 13

0413

09

0

5

0

5

0

5

0

1 2 3 4

VEL

nta la gráfi

FIGURA 57:

TURA Cº 3

0

9

0

9

9

8

3

4

5

5

6

6

6

7

6

6

ntación del M

ción

130913

1413

1213

13 1316

1316

5 6 7 8 9

TIEMP

LOCIDAD

VELOCIDA

ica de velo

Gráfica al 50%

CANTIDAD OXÍGENO (m

105

98

155

140

190

380

420

350

190

290

350

300

350

300

270

290

330

310

otor Kama 17

1316

1316

1315

1315

1314

9 10 11 1213

PO (min)

D (RPM)

AD (RPM)

ocidad al 5

% de aceleración

DE mV)

70

1313

1313

1313

1313

1313

14 15161718

)

0 % de ap

n.

TIEMPO (min1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

P

1313

1313

8 19

TAVE(RDEACN.

ertura de

n)

ágina 85

ABLA 4.4: ELOCIDAD

RPM) AL 50% E CELERACIÓ



En la figura 57, se presenta la gráfica correspondiente a este analisis donde la

velocidad del motor alcanza su máximo régimen de trabajo a un menor tiempo,

como se observa hasta el minuto 8 de su arranque, posterior al minuto 12, la

velocidad disminuye ya que el motor sobrepasa la temperatura ideal necesaria

para desarrollar su máxima velocidad debido a que el motor se encuentra

acelerado al 50 % de su capacidad.

La prueba No.4, se realizó con el combustible diesel al 85 % de apertura de la

mariposa de aceleración durante el mismo periodo de tiempo con el

comportamiento siguiente:

TABLA 4.5: VELOCIDAD (RPM) DE ACELERACIÓN.

VELOCIDAD (RPM) TEMPERATURA Cº

CANTIDAD DE OXÍGENO (mV) TIEMPO (min)

1884 23 105 1 1890 33 98 2 1893 45 155 3 1895 55 210 4 1896 67 190 5 1899 78 380 6 1900 85 420 7 1900 94 350 8 1897 95 190 9 1897 96 290 10 1897 96 350 11 1897 96 310 12 1897 95 350 13 1897 96 310 14 1897 96 270 15 1897 96 280 16 1897 96 330 17 1897 96 310 18 1897 96 390 19

Inge

En lacel

En l

veloc

85%

por

temp

De a

siste

acel

cual

niería en C

la figura 5eración.

la figura 6

cidad máx

% de su ac

minuto, p

peratura no

acuerdo a

emas emb

eración, el

genera qu

Control y Au

1884

1875

1880

1885

1890

1895

1900

1905

1

VELOCIDAD (R

PM)

58 se pre

60, es pos

xima de tr

celeración,

posterior

ominal de

a las prueb

ebidos, se

l tiempo tra

ue la tempe

Instrumen

utomatizac

1884

1890 18

93 1895

1896

1 2 3 4 5

VELO

esenta la g

FIGURA 58:

sible aprec

rabajo, deb

generand

al minuto

trabajo, ya

bas realiza

e observó

ansitorio e

eratura au

ntación del M

ción

1899

1900

1900

1897

6 7 8 9

TIEMP

OCIDAD

VELOCIDAD

gráfica de

Gráfica al 85 %

ciar que e

bido a que

do que el m

o 10, se

a que mant

adas en e

en las gr

s menor d

mente en

otor Kama 17

1897

1897

1897

1897

1897

10 11 12 13 1

PO (min)

(RPM)

(RPM)

e velocidad

% de aceleración

en el minu

e el motor

motor trab

observa

tiene su ve

el punto a

raficas 57,

ebido a qu

menor tiem

70

1897

1897

1897

1897

1897

14 15 16 17 18

d al 35 %

n.

uto 7, el

r se encue

aje a may

que el m

elocidad co

nterior y c

58, 59 y

ue existe u

mpo.

P

1897

1897

8 19

% de aper

motor alca

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yores revol

motor alca

onstante.

con ayuda

y 60 que a

n mayor tr

ágina 87

rtura de

anza su

rando al

luciones

anza su

a de los

a mayor

rabajo lo



4.3 MEJORAMIENTO DE LA VELOCIDAD DE LA FLECHA DE SALIDA DEL MOTOR

De acuerdo con los resultados experimentales obtenidos en las tablas y gráficas,

se observo que existe una disminución de la velocidad en la flecha de salida

durante el estado transitorio del motor, debido a la baja temperatura del mismo

cuando se encuentra en el arranque. Por ello se procede a proponer un sistema

de control de lazo cerrado para compensar la perturbación originada en el estado

transitorio del motor.

Un sistema de control es el conjunto de dispositivos que interactúan para lograr un

objetivo de control, para lo que se emplean sistemas de control de lazo cerrado o

lazo abierto y los elementos que los conforman son los siguientes:

-Planta o sistema a controlar.

-Controlador.

-Elemento primario de medición.

-Elemento final de control.

En los sistemas de lazo abierto la salida no afecta la acción de control y no se

mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada. En cualquier

sistema de control en lazo abierto la salida no se compara con la entrada de

referencia, por tanto a cada entrada de referencia le corresponde una condición

operativa fija; como resultado, la precisión del sistema depende de la calibración.

Ante la presencia de perturbaciones un sistema de control en lazo abierto no

realiza la tarea deseada. En la práctica, el control en lazo abierto sólo se utiliza si

se conoce la relación entre la entrada y la salida y si no hay perturbaciones

internas ni externas, donde sus elementos básicos son:

1. Elemento de control: Este elemento determina qué acción se va a tomar, dada

una entrada al sistema de control.



2. Elemento de corrección: Este elemento responde a la entrada que viene del

elemento de control e inicia la acción para producir el cambio en la variable

controlada al valor requerido.

3. Proceso: El proceso o planta en el sistema en el que se va a controlar la

variable.

En la figura 59 se muestra el diagrama de bloques de un sistema de lazo abierto.

. FIGURA 59: Diagrama de bloques lazo abierto [57].

En un sistema de control en lazo cerrado, se retroalimenta al controlador la señal

de error de actuación, que es la diferencia entre la señal de entrada y la salida

(que puede ser la señal de salida misma o una función de la señal de salida y sus

derivadas o integrales), a fin de reducir el error y llevar la salida del sistema a un

valor conveniente. El término control en lazo cerrado siempre implica el uso de

una acción de control realimentando para reducir el error del sistema. Los

elementos de un control de lazo cerrado se muestran a continuación.

1. Elemento de comparación: Este elemento compara el valor requerido o de

referencia de la variable por controlar con el valor medido de lo que se obtiene a la



salida, produce una señal de error la cual indica la diferencia del valor obtenido a

la salida y el valor requerido.

2. Elemento de control: Este elemento decide que acción tomar cuando se recibe

una señal de error.

3. Elemento de corrección: Este elemento se utiliza para producir un cambio en

el proceso al eliminar el error.

4. Elemento de proceso: El proceso o planta, es el sistema dónde se va a

controlar la variable.

5. Elemento de medición: Este elemento produce una señal relacionada con la

condición de la variable controlada, proporciona la señal de realimentación al

elemento de comparación para determinar si hay o no error. En la figura 60 se

muestra el diagrama a bloques de un sistema de control de lazo cerrado.

FIGURA 60 Diagrama de bloques lazo abierto Cerrado[57] .



Para compensar la perturbación de la disminución de la velocidad como se

muestra en las tablas 4.2, 4.3, 4.4 y 4.5 en los primeros minutos de las pruebas,

del motor se instaló un sistema de control lazo cerrado en donde se planteo

calentar la temperatura del combustible en el riel de inyector de acuerdo al

diagrama de la figura 61.

FIGURA 61: DIAGRAMA TIPICO DE INSTRUMENTACIÓN.



En el diagrama de la figura 61, se presenta la forma de cómo se realiza la

implementación de control de temperatura, el cual manipula una resistencia en el

riel del inyector, cuando la temperatura instantánea del motor es baja.

La pantalla de monitoreo y control desarrollado en visual basic queda de la

siguiente manera (figura 62).

.

FIGURA 62: PANTALLA VISUAL BASIC DE MONITOREO Y CONTROL CON RELEVADOR ENCENDIDO.

De acuerdo a lo descrito en el capítulo anterior y con ayuda del diagrama de flujo

presentado en la figura 62 se desarrolla la plataforma de control de temperatura, la

cual está formada por las siguientes partes:

a) Representación de relevador de estado sólido en posición ON. (luz

indicadora color verde). Esta permanece encendida mientras la temperatura

instantánea es inferior a los “52 c°”.

b) Indicador de temperatura instantánea del motor. El valor cambia conforme

aumenta o disminuye la temperatura instantánea.



En la figura 63 se presenta la plataforma de control de temperatura en posición off

donde está formada por las siguientes partes:

a) Representación de relevador de estado sólido en posición OFF. (luz

indicadora color rojo). Esta permanece encendida mientras la temperatura

instantánea es superior a los “52 c°”.

b) Indicador de temperatura instantánea del motor. El valor cambia conforme

aumenta o disminuye la temperatura instantánea.

FIGURA 63: PANTALA VISUAL BASIC DE MONITOREO Y CONTROL CON RELEVADOR APAGADO.



El diagrama de flujo de la figura 64 se utilizó para desarrollar la rutina de

sentencias y arreglos de la plataforma de control que describe la interfaz hombre-

máquina.

El cuerpo principal del programa lo conforma la estructura de programación

necesaria para definir el aspecto de la pantalla, donde se monitorean el valor de

las variables a medir o controlar. Cuando el programa termina de cargar los

valores, pregunta por el estado actual de los mismos y de esta forma hace la

redirección del flujo de programa hacia la rutina correspondiente.

Figura 64: Diagrama de flujo de rutina.

Dentro del diagrama de flujo de la Figura 64 se observa una serie de subrutinas

para el manejo de constantes, inicialización de variables y de comunicación con la

tarjeta de phidget, de la cual destacan las subrutinas de selección de temperatura

y la subrutina que actualiza la posición del calentador.



En la tabla 4.6 se presenta la comparación de dos pruebas realizadas al 50% de

aceleración, donde el color azul (izquierda) representa los valores obtenidos sin

utilizar la implementación del control de temperatura y el color rosa (derecha)

presenta los valores obtenidos con la implementación del control.

TABLA 4.6: VELOCIDAD (RPM) DE ACELERACIÓN.

En la tabla 4.6 se observa como la implementación del control aumenta la

velocidad y la temperatura en un menor tiempo, debido a que el calentamiento del

combustible ayuda a incrementar la temperatura de combustión que se realiza en

el motor.

VELOCIDAD (RPM)

TEMPERATURA C°

OXIGENO (%) VELOCIDAD (RPM)

TEMPERATURA C°

OXIGENO (%)

TIEMPO (MIN)

1299 23 105 1255 20 105 1

1300 30 96 1305 35 100 2

1304 39 155 1312 45 150 3

1309 50 200 1325 53 140 4

1314 59 300 1340 64 190 5

1312 71 359 1355 75 200 6

1313 79 190 1371 82 150 7

1316 88 290 1400 95 300 8

1316 93 350 1450 98 200 9

1316 94 190 1470 98 50 10

1315 95 290 1470 98 40 11

1315 95 350 1470 102 30 12

1314 96 300 1475 99 20 13

1313 96 350 1480 99 50 14

1313 96 300 1475 99 100 15

1313 96 270 1475 102 150 16

1313 97 290 1480 100 200 171313 96 330 1480 100 190 18

1313 96 310 1480 100 120 19



En la figura 65 se presenta la gráfica de la variación de velocidad con respecto al

tiempo que muestra la tabla 4.6, la cual indica la velocidad que desarrolla el motor

cuando opera con y sin control de temperatura (líneas rojo y azul

respectivamente).

Figura 65: Grafica de velocidad con y sin control.

La gráfica de la figura 65 se presenta las velocidades en la flecha de salida

donde el calentamiento del combustible que ingresa a una mayor temperatura en

la cámara de combustión mejora la explosión. Así como también se observar una

mezcla aire combustible más eficiente (mezcla rica), debido a que las moléculas

de oxigeno que ingresan a la cámara de combustión son quemadas entre un 80%

y 90%, a diferencia de las pruebas realizadas sin la implementación de control,

como se muestra en la tabla 4.6.

1100

1150

1200

1250

1300

1350

1400

1450

1500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

VELOCIDAD(RPM) SIN CONTROL

VELOCIDAD (RPM) CON CONTROL



En la figura 66 se presenta la gráfica de la variación de la temperatura con

respecto al tiempo, de los valores que muestra la tabla 4.6, que indica la

velocidad que desarrolla el motor cuando opera con y sin el control de

temperatura de combustible (líneas rojo y azul respectivamente).

Figura 66: Gráfica De temperatura con y sin control.

La figura 66 presenta los resultados de la prueba realizada con control de

temperatura (representada por la línea roja), el cual llego a su temperatura

nominal de trabajo en el minuto 10, a diferencia de la prueba realizada sin control

(representada por la línea azul) que llega a su temperatura nominal de trabajo

después del minuto 19.

La disminución del tiempo transitorio mejora la eficiencia del motor debido a que

cuando opera a temperaturas inferiores existe un mayor consumo de combustible

y aumentan las emisiones contaminantes, ya que cada fabricante diseña los

motores para que sean operados a su temperatura nominal de trabajo.

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

TEMPERATURA (C°) SIN CONTROL

TEMPERATURA (C°) CON CONTROL



En la figura 67 se presenta la gráfica de diferencia de moléculas de oxigeno

sobrantes en el múltiple de las pruebas realizadas con control de temperatura

(línea de color rojo) y sin control de temperatura (línea de color azul) que

corresponden a los valores de la tabla 4.6.

Figura 67: Gráfica de moléculas de oxigeno sobrantes en los gases de escape.

En la figura 67 se presenta en la gráfica una disminución en la moléculas de

oxigeno en el múltiple de escape debido a que existe una mezcla rica en la

cámara de combustión del motor, como se analizó en el capítulo 1 por el autor

Edward. F Obert. El cual menciona que un motor de combustión interna realiza

una mezcla rica cuando existe el mismo número de moléculas de oxigeno y de

combustible (mezcla estequiometria) y una mezcla pobre cuando existen mayor

numero de moléculas de oxigeno en los gases de escape [41]. Para el caso del

motor

Kama en el estado transitorio disminuye las moléculas de oxigeno al usar el

control de temperatura, como se muestra en la figura 68 y en la tabla 4.6

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

OXIGENO(%) SIN CONTROL

OXIGENO(%)CON CONTROL



SUMARIO.

En el capítulo 4 se mostro la implementación de una tarjeta de adquisición de

datos Phidget intefece kit que cuenta con 8 salidas digitales, 8 entradas analógicas

y 8 entradas digitales la cual se conecta mediante el puerto USB. La tarjeta y la

programación en lenguaje Visual Basic, permite realizar la interacción entre el

operador y el motor Kama por medio de la computadora, donde se puede

monitorear el comportamiento de las variables del motor que fueron

instrumentadas en el capítulo 3. Por medio de la pantalla de visualización en la

PC, sin necesidad que el operador se encuentre en el motor, se pueden manipular

las variables involucradas en las prueba de eficiencia y almacenarlas en la PC.

Una vez obtenido el funcionamiento real del motor en la PC, se procedió a

implementar un dispositivo para mejorar la velocidad de la flecha de salida en el

estado transitorio, destacando el uso del control de una resistencia de

calentamiento acoplada al riel del inyector, esta es activada por un relevador de

estado solido controlado por la tarjeta phidget provocando como resultado un

aumento notable en la velocidad de la flecha de salida, disminuyendo el tiempo

transitorio y las moléculas de oxigeno en los gases de escape.



CONCLUSIONES

A partir de la problemática de la escasez del petróleo en el mundo, se plantea el

mejoramiento de los motores de ciclo diesel, por lo cual, diferentes universidades

del mundo han realizado estudios. En México solo el Tecnológico de Monterrey y

la Universidad de Vasconcelos Oaxaca, son las que han desarrollado estos

trabajos; en ESIME Unidad Zacatenco, se está dando con este proyecto, el primer

paso para el mejoramiento de la eficiencia de los motores de ciclo diesel,

evaluando el motor diesel Kama 170 en su estado transitorio.

En el estado del arte se presento una investigación sobre las características

generales de los combustibles con los que puede funcionar los motores de ciclo

Diesel como es el caso del diesel de origen fósil y biodiesel de origen biológico

donde éste se ha comercializado en todo el mundo, obteniendo una gran

desventaja debido a que se incrementa su costo de fabricación entre un 30% y

50% dependiendo del método de fabricación y de la semilla a utilizar, ya que

previamente se requiere un cultivo.

En Europa y Centro América realizaron estudios al usar biodiesel como

combustible, demostrando múltiples perturbaciones y problemas como la

disminución de la potencia y velocidad de la flecha de salida, ocasionada por

puntos de explosión y densidad mayores, generando a largo plazo una obstrucción

por residuos de polímeros al realizarse la combustión en los sistemas de

inyección; por ende a estas problemáticas se planteo la mejora del funcionamiento

del motor Kama 170 con combustible diesel ya que este motor no contiene

sensores o controles que mejore su operación bajo cualquier condición de trabajo,

generando una baja optimización en el consumo de combustible y elevadas

emisiones contaminantes, debido a que es de uso agropecuario y de bajo costo de

adquisición.



Derivado de los análisis de los sistemas de lubricación, mecánico, admisión,

escape, combustible y enfriamiento, se obtuvieron áreas de trabajo y puntos

específicos, donde fueron colocados sensores e instrumentos de medición que

permitieron la recopilación de las variables de interés.

Se obtuvo la correcta selección de instrumentos al realizar un estudio a tres

diferentes instrumentos por variable a medir, donde se analizaron características

como rango de operación, costo, precisión y disponibilidad, generando una

adquisición de variables eficiente.

En la revisión bibliográfica mostrada en esta disertación, se estableció que los

motores de ciclo diesel presentan una notable disminución de las revoluciones por

minuto, durante el tiempo en el que el que éstos tardan en llegar a su temperatura

nominal de trabajo, así mismo, las pruebas experimentales realizadas bajo

diferentes condiciones de operación del motor kama modelo 170 demostraron

dicha premisa, planteada al inicio de la investigación.

Se realizo la correcta instalación de los sensores y controles para la medición de

variables como: temperatura, cantidad de oxigeno sobrante en el múltiple de

escape, apertura de la mariposa de aceleración, temperatura instantánea del

motor y velocidad en la flecha de salida, con lo que se consiguió conocer las

perturbaciones en las etapas de arranque y temperatura nominal de trabajo.

Los instrumentos implementados, mencionados en el Capítulo III, permitieron

monitorear las variables del motor Kama 170. En las gráficas de las figuras 61 a

64, se observa que el motor, mientras tenga mayor apertura de aceleración,

alcanza más rápido su máxima velocidad, teniendo como temperatura instantánea

de 81 a 94 °C. Así mismo, entre mayor sea la temperatura, el tiempo transitorio

será menor.



Por otro lado, en el estudio experimental se utilizó combustible diesel, tabulando

el comportamiento bajo las siguientes condiciones de trabajo: Ubicación

geográfica, temperatura ambiente, temperatura del motor y altitud. Se concluye

que el mejoramiento de la eficiencia del motor en el estado transitorio, se logra al

implementar una resistencia para el calentamiento del combustible en el riel del

inyector. Está siendo energizada por un relevador de estado sólido, así mismo,

controlada mediante la tarjeta de adquisición de datos y programada mediante

una computadora, utilizando paquetería computacional especializada orientada a

objetos.

Final mente mediante esta investigación, se logró incrementar la velocidad de la

flecha de salida así como la disminución de la emisiones contaminantes y el

tiempo del estado transitorio del motor kama 170 como se muestra en las gráficas

de las figuras 67, 68 y 69 que comprenden a la tabla 4.6, basándose en los datos

recopilados de la literatura especializada y los resultados obtenidos de forma

experimental, mediante las instrumentación ya establecida y a su vez,

comprobando los experimentos que le anteceden al autor Macarena Carolina [ ].

Los resultados obtenidos en este trabajo, en cuanto a la implementación de

instrumentos que mejoraron el funcionamiento del motor Kama 170 pueden ser

extrapolados a cualquier motor de ciclo Diesel debido a que todos los motores

trabajan bajo el mismo principio de operación de termodinámica, lo cual el Instituto

Politécnico Nacional da el primer paso para el mejoramiento de operación de los

motores de combustión interna que utilizan diesel como combustible generando,

un panorama mayor para estudios posteriores.



REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS

[1] J. A. M. C. Villamar Linares*, S. Fygueroa Salgado, "MODELO TERMODINÁMICO DEL CICLO DE TRABAJO DE LOS MOTORES DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN," in 8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA, Venezuela, 2007.

[2] Edward.F.Obert, MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ANALISIS Y APLICACION.

[3] Y. J. Ejaz M. Shadid, "A review of biodiesel as vehicular fuel," Renewable & Sustainable Energy Reviews, vol. 12, 2008.

[4] E. Bernard, "Biodiesel, Los aspectos Mecanicos en los vehiculos," p. 4, 2001. [5] A. R. Macarena Carolina, "Emisiones de Materia Particulado en Motores de

Combustión Interna Ciclo Diesel," pp. 61-71, 2001. [6] V. N. LUKANIN, MOTORES DE COMBUSTION INTERNA 1ed. vol. 214, 1998. [7] J.Pourbaix, MOTORES DIESEL. [8] W. y. Snyder, MOTOR DIESEL OPERACION , PRUEBA Y EVALUACIÓN. [9] N. R. M. Miguel A. Leiva y Nuncio, "Diesel Fuel Oils," vol. Niper-207, pp. 1-5,

1998. [10] A. Flores, "Los aleoquimicos y sus derivados como materiales generadores de

combustible," pp. 27-35, 2004. [11] J. Cuello, "El biodiesel," pp. 32-36, 2000. [12] L. A. Gonzales, "Combustibles alternativos convenientes para Mexico " p. 2, 2004. [13] J. Stratta, "Biocombustibles:los aceites vegetales como constituyentes principales

del biodiesel.," pp. 3-7, 2000. [14] L. R. Gallo, "Perspectivas para el biodiesel en centroamerica," pp. 40-55, 2007. [15] "Conae", "Direcion de ahorro de energia en el transporte," pp. 1-12, 2007. [16] M. M. Rodriguez, "Bioetanol y Biodiesel Tecnología Energética," pp. 2-8. [17] P. B. Alirio Benavides, "El biodiesel de aceite de higuerilla como combustible

alternativo para motores diesel.," vol. 74 pp. 142-145, 2007. [18] O. M. Javier Aguillón, "Estimación del recurso y prospectiva tecnologica de la

biomasa como energetico renovable de mexico.," pp. 112-116, 2005. [19] M. G. Javier Coello, "El Biodiesel," pp. 32-36, 2000. [20] O. Adamns, Motores Diesel vol. 3: Gustavo Gills, 1995. [21] "http://www.uamerica.edu.co/motores/images/pre_camara.jpg, ," 2009. [22] "http://elhuyar-blogak.org/teknoskopioa/motores/files/2007/10/4tiempos.gif." [23] Virsor.B.A, Manual de motores diesel para tractor vol. 1: Mir Moscu, 1981. [24] J.Pourbaix, REPARACION Y PUESTA A PUNTO DE MOTORES DIESEL. [25] A. Porras, "Ciclo teorico de motores diesel," pp. 1-14. [26] J. A. POLSON, INTERNAL COMBUSTION ENGINES 2002. [27] J. M. .Alonzo, TECNICAS DEL AUTOMOVIL. [28] "http://www.mecanicavirtual.org/images-inyecc-direc/ventaja3.jpg," 2009. [29] J. M. Alons, SISTEMAS AUXILIARES DEL MOTOR, ELECTROMECANICA DE

VEHICULOS. [30] J. M. EDITORIAL, El motor de explosion [31] " http://www.cdxetextbook.com/images/350px-Dieselcombustion.jpg," 2009. [32] H. Martines, MANUAL PRACTICO DEL AUTOMOVIL REPARACION Y

MANTENIMIENTO.



[33] "http://imagenes.solostocks.com.mx/computadora-para-camion-kodiak-99360z0.jpg," 2009.

[34] "www.directindustry.es/prod/proxistor-tt-electronics_sensor_velocidad_efecto_hall_39," 2009.

[35] "www.solokombis.com.ar/.../BulboOil.htm ", 2009. [36] "www.croa.com.ar/ipb2/index.php?showtopic=2019.," 2009. [37] "www.expertoscoches.com/.../ELECTRICIDAD.htm," 2009. [38] E. kipor, "Manual de especificaciones del motor Kama 170," vol. 1-2. [39] E. kipor, "Catalog Air Coled Diesel Engine Kama 170," pp. 2-3, 2000. [40] A. Industrial, "Manual de especificaciones del modelo CDT-2000," p. 4. [41] "Mecanica para motores Diesel.," tomo 1. [42] A. Industrial, "Manual de especificaciones del Modelo MT-200," p. 2. [43] L. E. Company, "Manual de especificaciones del Modelo Digital Panel Meter

DHC.," p. 6. [44] A. Bradley, "Catalogo numero C114-CA001 del modelo 871 CC PNP " pp. 2-31. [45] Omron, "Catalogo E2A, Sensor de proximidad inductivo," p. 10. [46] C. Gavazzi, "Catalog EL1204-PP0SS TYPE PNP " p. 23. [47] Amatek, "Catalogo de anailizador de oxigeno," pp. 2-3. [48] V. Versand, "Catalogo de sensores de oxigeno," p. 1, 2007. [49] A. GM, "SENSORES DE OXIGENO SERIE VORTEC," vol. 1, p. 33, 2009. [50] Swichgage, "Manual de especificaciones de series A20 ,A25 Y AT95026B-SP," p.

12. [51] Steren, "Catalogo steren resistencias variables," p. 2, 2008. [52] Merchan, "Electronica y componentes," p. 8. [53] fluke, "Catalogo de medidores de temperaatura e indicadores," p. 4, 2007. [54] "http://www.phidgets.com/products.php?category=18&product_id=2005," 2009. [55] R. Suarez, "Puesta en marcha de motores diesel," pp. 55-58. [56] E. kipor, "Manual de funcionamiento de motores Kama 170, 210 240E," pp. 40-42,

2000. [57] "http://es.wikipedia.org/wiki/Proporcional_integral_derivativo," 2009.



ANEXOS



ANEXO I

INSTRUCTIVO PARA PUESTA EN MARCHA Y TOMA DE MEDICIONES 1 Verifique que en la polea del motor, no se encuentre ningún material que pueda obstruir el libre movimiento del motor.

. 2 Retire el tapón de combustible del tanque y verifique que el nivel se encuentre superior al nivel del filtro de combustible.

. 3 Verifique que la palanca de paso de combustible de color blanca, que se encuentra debajo del tanque de combustible, se encuentre señalando hacia la parte inferior del motor.



4 Coloque una diferencia de potencial de 12 V, en el par de bornes superiores izquierdos ubicados en el tablero azul de mediciones del motor, durante 5 min, para poder calentar la resistencia de caldeo del sensor de oxígeno y tomar la lectura adecuada cuando el motor se encuentre funcionando. 5 Coloque las dos puntas del voltmetro en los bornes que se encuentra al costado derecho de los bornes de alimentación, para medir el porcentaje de oxígeno en los gases de escape. 6 Ajuste la apertura del acelerador deseada para el motor, por medio de la palanca que se encuentra en la parte superior del motor, para saber el porcentaje de aceleración del motor coloque un óhmetro en los bornes superiores centrales del motor, ubicados en el tablero de mediciones del motor, tomando en cuenta que 42 KΩ equivalen al 100 % aceleración y 2.2 KΩ al 0 % de aceleración del motor.



7 Conecte el tacómetro DHC a una fuente de 127 VCA como se muestra en la siguiente figura. 7 Coloque el voltmetro o pirómetro en los bornes centrales inferiores en el tablero de mediciones del motor, para medir la temperatura instantánea del motor. 8 Presione hacia abajo la palanca del embrague, que se encuentra ubicada a un costado del termopar, en la parte superior derecha de la culata de cilindro, al mismo tiempo gire la polea del motor, con la mano hasta que se enclave la palanca.

8 Para poner en marcha el motor, jale el cordón de arranque que se muestra en la siguiente figura, tenga cuidado de que el motor no se jale hacia usted.



9 Tome la lectura de cada instrumento mencionado, como se muestra en la siguiente figura. 10 Tome lectura de las RPM´s del motor, por medio de la carátula DHC de color blanca ubicada en el tablero de instrumentos del motor.



ANEXO II

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR KAMA



PARTES DEL MOTOR (SISTEMAS DESGLOSADOS POR PARTES)



ANEXO III

Pruebas que se realizaron al 25% de apertura de aceleración del motor Kama en diferentes días.

VELOCIDAD (RPM)

TEMPERATURACANTIDAD

DE OXÍGENO

(mV)

TIEMPO (min)

INSTANTÁNEA DEL MOTOR

(°C)

690 23 0 1

690 23 80 2

691 28 105 3

692 34 90 4

692 38 105 5

692 43 110 6

696 48 150 7

696 53 380 8

697 58 310 9

697 64 353 10

699 69 358 11

700 74 290 12

701 79 350 13

702 84 300 14

702 89 270 15

702 91 220 16

704 96 380 17

704 96 243 18

704 96 250 19

a)

Media Aritmética 697.421053 62.421053 228.63158

Moda 692 96 105

Mediana 697 64 250

b)

Tabla 1. (a) Análisis de pruebas realizadas al 25% de apertura de aceleración, día 1.

(b) Media Aritmética, Moda y Mediana.



VELOCIDAD (RPM)

TEMPERATURACANTIDAD

DE OXÍGENO

(mV)

TIEMPO (min) INSTANTÁNEA

DEL MOTOR

(°C) 689 21 45 1 690 21 77 2 692 27 142 3 692 31 140 4 692 38 120 5 692 42 196 6 692 47 186 7 695 51 229 8 695 58 238 9 695 59 290 10 698 65 378 11 699 69 345 12 700 79 337 13 700 83 347 14 700 88 360 15 703 93 390 16 704 97 312 17 704 97 290 18 705 97 332 19

a)


Moda 692 97 290

Mediana 695 59 290

b)





VELOCIDAD (RPM)

TEMPERATURA

CANTIDAD DE OXÍGENO

(mV) TIEMPO

(min) INSTANTÁNEA DEL MOTOR

(°C) 692 24 20 1 691 25 110 2 693 29 106 3 693 36 110 4 693 41 133 5 694 45 157 6 697 49 152 7 697 56 222 8 699 62 384 9 699 66 310 10 702 71 340 11 702 76 348 12 703 82 297 13 703 85 374 14 704 89 321 15 704 89 283 16 704 95 259 17 704 96 331 18 705 96 348 19

a)


Moda 704 89 110

Mediana 699 66 283

Tabla 3. (a) Análisis de pruebas realizadas al 25% de apertura de aceleración, día 3. (b) Media Aritmética, Moda y Mediana.



Pruebas que se realizaron a un 35% de apertura de aceleración del motor Kama

en diferentes días.

VELOCIDAD

(RPM)

TEMPERATURACANTIDAD

DE OXÍGENO

(mV)

TIEMPO (min)

INSTANTÁNEA

DEL MOTOR

(°C)

999 22 50 1

1000 28 80 2

1008 38 105 3

1010 49 150 4

1010 58 280 5

1010 69 216 6

1012 70 280 7

1014 80 240 8

1015 84 310 9

1015 88 353 10

1015 91 358 11

1015 92 360 12

1015 93 350 13

1015 95 370 14

1015 95 270 15

1015 96 220 16

1014 96 240 17

1014 96 240 18

1014 96 210 19

a)

Media Aritmética: 1011.8421 75.57894 246.42105

Moda: 1015 96 240 Mediana: 1014 86 255

b)





VELOCIDAD (RPM)

TEMPERATURACANTIDAD

DE OXÍGENO

(mV)


DEL MOTOR

(°C)

997 21 45 1

999 22 66 2

999 27 123 3

1003 36 167 4

1005 45 212 5

1008 57 237 6

1010 68 268 7

1012 73 285 8

1014 79 232 9

1015 83 343 10

1014 87 382 11

1014 92 350 12

1015 92 376 13

1015 93 334 14

1015 94 278 15

1015 95 398 16

1015 96 358 17

1014 96 285 18

1014 96 275 19

a)


Moda: 1015 96 285 Mediana: 1014 81 281.5

b)

Tabla 5. (a) Análisis de pruebas realizadas al 35% de apertura de aceleración, día 2. (b) Media Aritmética, Moda y Mediana. [email protected]



VELOCIDAD (RPM)

TEMPERATURACANTIDAD

DE OXÍGENO

(mV)


DEL MOTOR

(°C)

1002 24 70 1

1003 25 90 2

1005 29 158 3

1010 37 136 4

1011 46 186 5

1013 57 234 6

1013 69 278 7

1014 74 234 8

1015 86 289 9

1016 93 340 10

1016 94 312 11

1016 94 396 12

1015 95 405 13

1015 95 380 14

1015 96 320 15

1014 96 321 16

1014 96 335 17

1014 95 297 18

1014 96 303 19

a)


Moda: 1014 96 234 Mediana: 1014 89.5 296

b)





VELOCIDAD (RPM)

TEMPERATURA INSTANTÁNEA

DEL MOTOR

CANTIDAD DE

OXÍGENO (mV)

TIEMPO (min)

(°C)

1299 23 105 1

1300 30 98 2

1304 39 155 3

1309 50 140 4

1314 59 190 5

1312 71 380 6

1313 79 420 7

1316 88 350 8

1316 93 190 9

1316 94 290 10

1315 95 350 11

1315 95 300 12

1314 96 350 13

1313 96 300 14

1313 96 270 15

1313 97 290 16

1313 96 330 17

1313 96 310 18

1313 96 310 19

a)


Moda: 1313 96 350 Mediana: 1313 94 300

b)





VELOCIDAD (RPM)


DEL MOTOR

CANTIDAD DE

OXÍGENO (mV)

TIEMPO (min)

(°C)

1298 20 60 1

1301 27 80 2

1304 36 150 3

1309 47 189 4

1312 59 233 5

1313 68 354 6

1313 78 389 7

1315 88 412 8

1316 95 234 9

1315 95 198 10

1316 96 325 11

1315 96 378 12

1315 96 289 13

1314 97 278 14

1314 96 296 15

1313 96 357 16

1313 96 324 17

1314 96 374 18

1314 96 374 19

a)


Moda: 1313 96 374 Mediana: 1314 95 296

b)





VELOCIDAD (RPM)


DEL MOTOR

CANTIDAD DE

OXÍGENO (mV)

TIEMPO (min)

(°C)

1300 25 54 1

1302 31 99 2

1306 40 88 3

1310 53 167 4

1313 61 212 5

1314 75 332 6

1315 85 189 7

1317 90 213 8

1317 95 323 9

1318 96 298 10

1316 95 256 11

1316 95 234 12

1317 95 289 13

1315 96 268 14

1315 95 278 15

1313 97 347 16

1314 97 321 17

1315 96 290 18

1315 96 290 19

a)


Moda: 1315 95 290 Mediana: 1315 95 268

b)






VELOCIDAD (RPM)


DEL MOTOR

CANTIDAD DE

OXÍGENO (mV)

TIEMPO (min)

(°C)

1884 23 105 1

1890 33 98 2

1893 45 155 3

1895 55 210 4

1896 67 190 5

1899 78 380 6

1900 85 420 7

1900 94 350 8

1897 95 190 9

1897 96 290 10

1897 96 350 11

1897 96 310 12

1897 95 350 13

1897 96 310 14

1897 96 270 15

1897 96 280 16

1897 96 330 17

1897 96 310 18

1897 96 390 19

a)

Media Aritmética: 1896 80.736842 278.31579

Moda: 1897 96 350 Mediana: 1897 95 310

b)




VELOCIDAD (RPM)


DEL MOTOR

CANTIDAD DE

OXÍGENO (mV)

TIEMPO (min)

(°C)

1883 22 88 1

1890 33 99 2

1893 44 109 3

1896 58 134 4

1897 69 213 5

1899 79 268 6

1902 88 345 7

1902 88 453 8

1900 89 389 9

1900 94 415 10

1897 95 389 11

1896 95 418 12

1896 95 305 13

1897 95 324 14

1896 96 289 15

1896 96 234 16

1897 96 324 17

1897 96 312 18

1897 96 320 19

a)


Moda: 1897 96 389 Mediana: 1897 94 312

b)




VELOCIDAD (RPM)


DEL MOTOR

CANTIDAD DE

OXÍGENO (mV)

TIEMPO (min)

(°C)

1885 23 110 1

1891 33 145 2

1895 44 134 3

1895 55 98 4

1896 68 225 5

1900 78 277 6

1900 88 325 7

1900 95 398 8

1898 95 435 9

1897 96 401 10

1898 96 190 11

1897 97 350 12

1897 97 298 13

1896 97 308 14

1896 97 430 15

1896 97 298 16

1896 97 296 17

1897 97 344 18

1897 97 312 19

a)


Moda: 1896 97 298 Mediana: 1897 96 298

b)




ANEXO IV

Documents

T E S I S - DSpace Hometesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/5567/1/... · motor de ciclo Diesel, también mencionan que al utilizar biodiesel como combustible, hay una disminución