Modelamiento energético de motores Diesel Caterpillar C7.1 para determinar su consumo específico de combustible a diferentes regímenes de velocidad

Abstract

El presente estudio tuvo como objetivo desarrollar el modelamiento energético del motor Diesel Caterpillar C7.1 para determinar su consumo específico de combustible en función de diferentes regímenes de velocidad operativa; donde la metodología fue de enfoque cuantitativo, tipo aplicado, nivel descriptivo y diseño experimental, utilizando como muestra 4 motores correspondientes a diferentes series, evaluados en 3 regímenes de velocidad: 1000 rpm, 1600 rpm y 2200 rpm, generando 12 condiciones de análisis; para la recolección de datos se emplearon sensores de flujo de combustible, tacómetro digital, especificaciones técnicas del fabricante y simulación computacional mediante el software ANSYS, complementado con el procesamiento en Microsoft Excel; ante esto, los resultados evidenciaron que el consumo específico de combustible presentó valores aproximados de 228 g/kWh a 1000 rpm, 214 g/kWh a 1600 rpm y 236 g/kWh a 2200 rpm, identificándose el menor consumo en el régimen intermedio de 1600 rpm; además, la eficiencia térmica alcanzó valores cercanos a 0.30, mientras que la potencia nominal del motor se mantuvo dentro del rango de 172 a 302 HP a 2200 rpm; y en conclusión, el modelamiento energético permitió determinar con precisión el consumo específico del motor Caterpillar C7.1, estableciendo que el régimen de 1600 rpm representa la condición más eficiente de operación, al registrar el menor consumo específico de combustible y un mejor aprovechamiento energético del motor.

The objective of this study was to develop an energy model of the Caterpillar C7.1 diesel engine to determine its specific fuel consumption at different operating speeds. The methodology employed a quantitative, applied, descriptive, and experimental design. Four engines from different series were used as a sample, evaluated at three speeds: 1000 rpm, 1600 rpm, and 2200 rpm, generating 12 analysis conditions. Data collection utilized fuel flow sensors, a digital tachometer, manufacturer's technical specifications, and computational simulation using ANSYS software, complemented by processing in Microsoft Excel. The results showed that the specific fuel consumption was approximately 228 g/kWh at 1000 rpm, 214 g/kWh at 1600 rpm, and 236 g/kWh at 2200 rpm, with the lowest consumption observed at the intermediate speed of 1600 rpm. Furthermore, the thermal efficiency reached values close to 0.30, while the nominal power of the engine remained within the range of 172 to 302 HP at 2200 rpm; and in conclusion, the energy modeling allowed to accurately determine the specific consumption of the Caterpillar C7.1 engine, establishing that the 1600 rpm regime represents the most efficient operating condition, registering the lowest specific fuel consumption and a better energy utilization of the engine.