Motores De Combustion Interna

SESIÓN Nº 7 MOTORES COMBUSTION INTERNA

ICM557-2

“Ensayo de un Grupo Electrógeno”

Alumnos : Maximiliano Guerra

German Tapia

Fecha : 09/12/2013

Objetivos

Analizar el comportamiento de un motor de combustión interna en aplicación grupo electrógeno.

Determinar el costo del kwh generado.

Determinar el punto de funcionamiento óptimo.

Trabajo a desarrollar

Esquema de la instalación.

Revisión de las bases teóricas y objetivos planteados.

Cálculo de los diferentes parámetros:

Potencia efectiva Pe.

Potencia eléctrica en los bornes del alternador Pel.

Consumo especifico motor be.

Consumo específico grupo (en los bornes del alternador) bel.

Costo del kwh generado Ckwh.

Reconocimiento de la instalación.

Asignar los puestos de medición

Desarrollar el ensayo.

Procedimiento del ensayo:

Identificación del motor:

Marca: Bedford (GM Inglesa).

Modelo: 300D Argentino.

Año:

EC, 4T, AN, enfriado por agua.

Cilindrada: 4928[cm3]

Nº de cilindros: 6

Diámetro: 98,43[mm]

Carrera: 107,95[mm]

Potencia máx.: 98,4[CV] @ 2800 [r.p.m.].

Torque máx.: 30 [kpm] @ 1400 [r.p.m.].

Identificación de la transmisión:

Por correas en V.

8 correas.

Relación de transmisión motor alternador aprox: 1,5 a 1.

Identificación alternador.

Marca: AEG

Autoexigido con rectificador de estado sólido (2° generación).

Potencia aparente: [kVA]

Potencia: [kW]

Preparar la tabla de valores.

Poner en marcha el motor y llevarlo a la velocidad de 52 [Hz].

Poner la resistencia hidráulica a fondo.

Conectar la carga.

Verificar frecuencia y reajustar alrededor de los 52 [Hz] si esta bajo 48 [Hz]. Continuar con este criterio durante todo el ensayo.

Tomar la primera serie de valores de acuerdo a la tabla. Los valores de lectura instantánea, tomarlo una vez que se haya consumido la mitad del combustible de la probeta en uso.

Terminada la medición de tiempo de consumo, rellenar probeta e inmediatamente iniciar la segunda lectura con el incremento de carga que se lograra en forma automática por la disminución de la resistencia por aumento de la temperatura del agua. Consumida la mitad de la probeta leer valores instantáneos.

Seguir con procedimiento análogo al descrito hasta que se llegue a plena carga o la ebullición del agua en la resistencia hidráulica sea muy violenta.

Tabla de Valores Medidos.

N° Frec Vcomb Tcomb I1 I2 I3 V1 V2 V3

[-] [Hz] [cm3] [m:ss) [A] [A] [A] [V] [V] [V]

1 52,5 375 02:10,1 25 24,1 23,2 395 380 393

2 52 375 02:36,7 27,7 26,1 25,8 309,4 391,3 400,3

3 51,7 375 02:31,6 24,5 27,9 27,8 393,2 390,8 399,7

4 51,5 375 02:27,2 32 30,2 30,1 390,2 386,8 398,3

5 51,25 375 02:23,3 34,3 32,3 32,2 389,4 392,9 397

6 51 375 02:18,2 36,9 34,6 34,7 382 382 394,2

7 50,75 375 02:13,2 39,4 37,1 37 385 385 393

8 50,5 375 02:08,9 42,2 39,8 39,7 383 383 391,6

9 50 375 02:04,2 44,5 42,2 42,2 382,5 382,5 390,8

10 49,75 375 02:00,0 47,7 45 44,8 380,1 380,1 388,1

11 48,5 375 01:55,3 50,4 43,5 47,5 377,1 375 385

12 49 375 01:50,8 53 50,1 50,7 376 374 383

13 48,5 375 01:46,1 55,4 52,3 52,4 373 372 380,7

14 48,25 375 01:41,1 58,4 55 55,2 370,9 369 378

15 52 375 01:11,6 70,3 66,4 67 398 400,3 409,5

16 51,5 375 01:08,1 72,7 68,3 69,2 398 398 409,1

Desarrollo literal de cálculos.

Corriente media.

I_m= (I_1+I_2+I_3)/3 [A]

Tensión media.

V_m= (V_1+V_2+V_3)/3 [V]

Potencia eléctrica.

Pel=0,00173×Vm×Im [kW]

Potencia efectiva.

Pe=1,63×Pel [CV]

Consumo especifico en bornes del alternador.

bel=0,844×Vc/((Pel x tcomb)) [ g/kWh]

Consumo especifico motor.

be=0,62×bel [ g/CVh]

Costo del kWh generado.

C_kWh=(c×bel)/844 [ $/kWh]

Tabla de valores calculados

N° Vc Im Vm Pel Pe b el be C kwh

[-] [cm3/h] [A] [V] [Kw] [CV] [g/Kwh] [g/CVh] [$/Kwh]

1 10377,6 24,1 389,3 16,2 26,5 539,6 334,5 393,8

2 8615,8 26,5 367,0 16,8 27,5 431,7 267,6 315,0

3 8905,7 26,7 394,6 18,2 29,7 411,9 255,4 300,6

4 9171,9 30,8 391,8 20,9 34,0 371,2 230,2 270,9

5 9421,6 32,9 393,1 22,4 36,5 355,0 220,1 259,1

6 8604,9 35,4 386,1 23,6 38,5 307,2 190,4 224,2

7 10136,0 37,8 387,7 25,4 41,4 337,2 209,0 246,1

8 10474,2 40,6 385,9 27,1 44,1 326,4 202,4 238,3

9 10870,6 43,0 385,3 28,6 46,7 320,4 198,6 233,8

10 11251,1 45,8 382,8 30,4 49,5 312,9 194,0 228,4

11 11708,6 47,1 379,0 30,9 50,4 319,7 198,2 233,4

12 12184,1 51,3 377,7 33,5 54,6 307,0 190,3 224,1

13 12723,8 53,4 375,2 34,6 56,5 310,0 192,2 226,2

14 13353,1 56,2 372,6 36,2 59,1 311,1 192,9 227,0

15 18854,7 67,9 402,6 47,3 77,1 336,5 208,6 245,6

16 19823,8 70,1 401,7 48,7 79,4 343,6 213,0 250,8

Gráficos y sus análisis

8.2 Trazar las curvas de consumo especifico del motor y del grupo en función de la carga (corriente).

Podemos apreciar que a medida que va aumentando la corriente ambas curvas primero tienden a disminuir para luego aumentar levemente sus valores.

8.3 Trazar la curva de costo del kWh generado en función de la carga.

A medida que va aumentando la corriente el costo del Kw/h generado disminuye notablemente hasta estabilisarse en 250 ($/Kwh) entre una corriente de 60 y 70 (A).

8.4 Determine el punto de funcionamiento óptimo

El punto de funcionamiento óptimo viene dado cuando el costo del kWh se encuentra en el punto más bajo de la curva. En nuestro ensayo y grafico es de 225 $/kWh aprox y además coincide con el punto de menor consumo de combustible

8.5 Comparar y comentar el costo del kWh generado en el punto optimo con respecto a la mejor tarifa industrial de Chilquinta.

8.6 Discutir a cuánto podría bajar el costo del kWh generado si se ocupara un grupo electrógeno de la misma potencia pero de última generación

Actualmente se esmera por conseguir mejores eficiencia en las maquinas, donde los grupos electrógenos no son la excepción. El aumento de eficiencia de los grupos electrógenos de última generación se ve reflejado por dos razones, una de esta es la ausencia de transmisión entre el motor de combustión interna y el alternador, por tanto están acoplados a un mismo eje, lo cual conlleva aun mejor rendimiento ya que no hay pérdidas en transmisión. Por otro lado el alternador utiliza una tecnología más avanzada, que es el uso de un excitador sin escobillas, este requiere mucho menos mantenimiento que los de anillos rozantes y escobillas, duran más en el tiempo y ocupan menos espacio, además de entregar mejor eficiencia que sus antecesores.

Si considerando estas 2 razones, se puede estimar cuanto podría disminuir el coste de producir la energía eléctrica. Tomando como ejemplo el punto óptimo, la potencia efectiva generada por el MCI es de 56,18 [CV], luego considerando un rendimiento del alternador de un 95% y sin rendimiento de transmisión, la potencia eléctrica generada sería aproximadamente de 55,056 [CV] la cual es mayor que la potencia eléctrica con nuestro grupo electrógeno (46,87[CV]) para la misma potencia generada por el MCI. Por último el costo del KWh generado, esta ligado al consumo específico en los bornes del alternador el cual va depender del caudal volumétrico y la potencia eléctrica generada, ahora bien el caudal volumétrico es el mismo por tanto el consumo especifico depende solo de la potencia eléctrica generada (40,49[KW]), luego el consumo especifico en los bornes del alternador sería 274,25[gr/kWh] lo cual refleja que el costo generado por el grupo electrógeno de última generación sería de 208,61[$/kWh], muy por debajo al costo generado por el grupo electrógeno ensayado (232,71[$/kWh]).

Entonces el ahorro que significaría tener un grupo electrógeno de última generación sería de: 232,71-208,61= 24,1[$/kWh], lo cual arroja un ahorro total aproximadamente del 10,36%, esto refleja lo importante que es tener un grupo electrógeno adecuado para la instalación, ya que se puede ahorrar bastante con una inversión inicial tal vez mayor, pero se puede tener un mayor ahorro en el transcurso del tiempo.

8.7 Analizar y discutir valores y curvas obtenidas

Para los valores medidos se puede apreciar que el consumo de combustible aumenta conforme se va creciendo la demanda de carga, lo cual es lógico, en cuanto a la carga, ésta aumenta progresivamente, ya que a mayor temperatura del agua mayor es la conductividad, por tanto aumenta la corriente, lo cual se ve reflejado en el aumento de la potencia eléctrica medida en los bornes del alternador. Sin embargo, existen puntos óptimos de energía eléctrica generada, donde el consumo es mínimo y es cuando el MCI trabaja a su capacidad nominal y la corriente es cercana a los 40-50(A), bajo esta corriente el consumo de combustible por energía entregada es menor. Dado que el consumo específico de energía en los bornes es directamente proporcional al costo del KWh generado, sus curvas tienen una forma similar. En cuanto a las curvas del al consumo específico del motor y los bornes son similares, con la salvedad que los rendimientos tanto de transmisión como en el alternador van variando, eso genera la diferencia entre las dos curvas, donde las perdidas en conjunto por transmisión y en el alternador son mínimas la medición/cálculo N°12, ya que la diferencia de consumo específico entre ambas es de tan solo 48 unidades, mediciones cercanas a ésta las pérdidas de transmisión y del alternador son similares, para valores de corriente menores las pérdidas son mayores.

Por ultimo cabe mencionar que la frecuencia fue disminuyendo, conforme se desarrollo el ensayo debido al aumento de corriente eléctrica, donde algunos valores fueron fluctuantes, ya que existió un ajuste en la frecuencia entre la medición N°14 y 15, el cual se ve reflejado en un aumento brusco tanto en la corriente como en el voltaje, que hasta ese entonces se encontraba disminuyendo paulatinamente.

Bibliografía.

K“Internal Combustión Engines Fundamentals” Jhon B Heywood.

“Manual de la Técnica del Automovil” o “Automotive Handbook”, ambos de la Bosch.

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