1er Lab Motores

Luis Alberto Maldonado Sanchez U.M.S.A

Desarmado y armado Motor de Combustión Interna Nissan Z20

Motores I

Presentación : 27 de Junio

2013

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en si misma DOCENTE:

Lic. MARIO MAMANI INTEGRANTE: 

LUIS ALBERTO MALDONADO SANCHEZ

MATERIA: MOTORES I

TALLER ARMADO Y DESARMADO


Motores I

ÍNDICE

1. Introducción ……………………………………………………………………….……..….3 2. Objetivos…………………………………………………………………………..…..…..…..4 Teórico……………………………………………………………………….5 ………………………………………….5 3. Fundamento Teórico……………………………

4. Formulas a Usar ……………………………………………………………………..…….17 Instrumentos……………………………………………………………….…21 ………………………………………………….…21 5. Equipos e Instrumentos……………

6. Procedimiento

…………………………………………………………………….22

Datos………………………………………………………………………….…….28 ………………………………………….…….28 7. Hoja de Datos………………………………

8. Cálculos ………………………………………………………….…………………………….29 ……………………………………………………………………….. …... 31 9. Tablas y gráficos …………………………………………………………………… Observaciones……………………………………………………….35 10. Conclusiones y Observaciones……………………………………………………….35

11. Bibliografía………………………………………………………………………………..….37


Motores I

ÍNDICE

1. Introducción ……………………………………………………………………….……..….3 2. Objetivos…………………………………………………………………………..…..…..…..4 Teórico……………………………………………………………………….5 ………………………………………….5 3. Fundamento Teórico……………………………

4. Formulas a Usar ……………………………………………………………………..…….17 Instrumentos……………………………………………………………….…21 ………………………………………………….…21 5. Equipos e Instrumentos……………

6. Procedimiento

…………………………………………………………………….22

Datos………………………………………………………………………….…….28 ………………………………………….…….28 7. Hoja de Datos………………………………

8. Cálculos ………………………………………………………….…………………………….29 ……………………………………………………………………….. …... 31 9. Tablas y gráficos …………………………………………………………………… Observaciones……………………………………………………….35 10. Conclusiones y Observaciones……………………………………………………….35

11. Bibliografía………………………………………………………………………………..….37


Motores I

INTRODUCCIÓN

La energía Mecánica es indispensable indispensable para poner en en acción diferentes máquinas y producir energía eléctrica, razón por por la cual los motores de combustión han sido utilizados por la humanidad desde hace muchos años con gran aceptación aunque en un inicio no se trató de mejorar su eficiencia porque los combustibles com bustibles fósiles aparentemente eran inagotables. En el campo automotriz, tipo de motor que prevaleció y prevalece hasta estos días es el motor de combustión interna, el cual ha sido mejorado a lo largo del tiempo, siempre tratando de aumentar tanto la potencia como la eficiencia, pero su principio de funcionamiento es el mismo. Es por eso que es importante estudiarlos y en este informe se hará un análisis del Motor Nissan Z20.


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OBJETIVOS









Identificar las partes principales de un motor de combustión interna de cuatro tiempos de encendido por compresión (Otto) Comprender el principio de funcionamiento de un Motor de Combustión Interna ( motor a gasolina Otto)

Determinar el volumen útil de trabajo, la cilindrada del motor y la relación de compresión, con la ayuda de las dimensiones tomadas en el laboratorio.

Determinar y comprender los ángulos de adelanto y atraso en el momento de la apertura o el cierre de las válvulas de apertura y admisión.


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FUNDAMENTO TEÓRICO

Motor de combustión interna Un motor de combustión interna constituye una máquina termodinámica formada por un conjunto de piezas o mecanismos fijos y móviles, cuya función principal es transformar la energía química que proporciona la combustión producida por una mezcla de aire y combustible en energía mecánica o movimiento. Cuando ocurre esa transformación de energía química en mecánica se puede realizar un trabajo útil como, por ejemplo, mover un vehículo automotor como un coche o automóvil, o cualquier otro mecanismo, como pudiera ser un generador de corriente eléctrica.

Fig. 1 Motor de combustión interna Los motores comerciales se fabrican con varios cilindros, ya que este sistema permite obtener más potencia y ofrece menos problemas que los que plantea un motor provisto de un único cilindro de mayor tamaño. En este dispositivo, la posición de los cilindros se calcula para que, en un momento dado, cada uno se halle en un ciclo distinto, uno en admisión, otro en compresión, otro en explosión y otro en escape. De este modo, se obtiene un funcionamiento más estable, sin vibraciones, y en el que cada cilindro, al hacer explosión, ayuda a los demás a moverse. Los cilindros de un motor pueden estar dispuestos de varias formas, siempre en relación con su número y con las dimensiones del vehículo que deban impulsar. En el motor de los


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automóviles, se colocan generalmente en línea, si van todos paralelos; en y, si la mitad se halla inclinada en un pequeño ángulo con respecto a la otra mitad; y en Boxer o contrapuestos, si unos se encuentran enfrentados a los otros. El motor de combustión interna ha sustituido a la gran mayoría de máquinas de vapor debido a sus considerables ventajas. En primer lugar, el aprovechamiento de la energía es mayor. El origen de la energía se sitúa en el interior del cilindro, y no en el exterior como en la máquina de vapor. Por otra parte, no es necesario cargar con grandes cantidades de agua. Los vapores empleados son los propios del combustible al explosionar. El tamaño del motor se reduce considerablemente y facilita su instalación en vehículos pequeños. Por último, este motor es capaz de realizar en poco tiempo una gran variación de energía, comparado con la máquina de vapor. Un motor de combustión interna ligero puede pasar en pocos segundos de una posición de reposo a otra en la que proporcione la máxima energía, tardando sólo unos minutos en sistemas de grandes dimensiones, como los barcos. Esta característica lo convierte en el mecanismo ideal para aplicaciones con cambios frecuentes de energía, como puede ser el motor de un automóvil, un tren o un barco. Clasificación de motores de combustión interna Existen distintos criterios para clasificar los motores de combustión interna: según el combustible utilizado, el número y la disposición de los Cilindros, el tipo y la colocación de las válvulas o el sistema de enfriamiento empleado. La clasificación más frecuente se basa en el tipo de ciclo, es decir, en el número de tiempos por ciclo (entendiendo por tiempo una carrera hacia arriba o hacia abajo del émbolo a lo largo del cilindro). En el denominado motor de explosión de cuatro tiempos, en cada ciclo de motor (llamado ciclo de Otto) se suceden cuatro tiempos (admisión, compresión, explosión y escape).

Fig. 2 Tiempos del Motor de combustión interna


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Tanto los motores de gasolina como los diesel se pueden emplear para realizar iguales funciones; sin embargo, cuando se requiere desarrollar grandes potencias, como la necesaria para mover una locomotora, un barco o un generador de corriente eléctrica de gran capacidad de generación, se emplean solamente motores de combustión interna diesel.

Esquema de un motor de combustión interna

Fig. 3 Esquema de un motor


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PARTES DE UN MOTOR COMBUSTION INTERNA

1. COLECTOR DE ESCAPE Pieza encargada de recibir del motor los gases resultantes de la combustión. El colector de escape está compuesto por una serie de tubos (uno por cilindro) unidos al bloque motor, que se juntan en uno solo conectado al tubo de escape. Es de fierro fundido para resistir las altas temperaturas, corrosión y altas presione . CONSTRUCCIÓN: Es de fierro fundido.

Fig. 4 Colector de escape

2. VÁLVULAS: Las válvulas de los motores de combustión interna son los elementos encargados de abrir y cerrar los conductos por donde entra la mezcla (válvulas de admisión) y por donde salen los gases de escape (válvulas de escape) del cilindro. Las válvulas de admisión son siempre más grandes que las de escape, porque es más difícil introducir el aire en el cilindro que sacar los gases quemados.

Fig. 5 Válvulas de admisión y escape CONSTRUCCIÓN: En algunos casos, las de escape van huecas y rellenas de sodio para mejorar la refrigeración, ya que pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 800°C. Las válvulas de admisión se hacen de una aleación de acero al cromo-níquel y de tungsteno.


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3. EJE DE LEVAS Consiste en una barra cilíndrica que recorre la longitud del flanco de los cilindros con una serie de levas sobresaliendo de él, una por cada válvula de motor. Es el elemento encargado de abrir y cerrar las válvulas, según el tiempo del motor en cada pistón. Es también llamado Árbol de Levas.

Fig. 6 Ejes de levas CONSTRUCCIÓN: Esta construido de acero de cementación, templado y rectificado. En motores más modernos, es de fundición al níquel-cromo-molibdeno, con excéntricos templados en el momento de la fundición (fundición en coquilla).

4. RESORTE DE VÁLVULAS En motores de competición los resortes de válvulas son piezas cruciales para que el motor mantenga su sincronismo a máximas revoluciones. La fabricación de estos componentes lleva un largo trabajo de investigación previa. CONSTRUCCIÓN El resorte de válvula se construye con aleación de alta tecnología. Debe tener la misma fuerza de recuperación a través de toda su vida útil.


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Fig. 7 Resorte de válvulas

5. COLECTOR DE ADMISIÓN Pieza por donde circula el aire antes de entrar en los conductos de admisión de la culata. La forma y volumen del colector determina la vibración que toma el aire al entrar en el motor, esa frecuencia es más o menos conveniente para cada régimen del motor. CONSTRUCCIÓN: Se fabrica en aleaciones de aluminio e incluso en materiales plásticos

Fig. 8 Colector de admisión

6. LA CULATA Es la parte superior de un motor de combustión interna que permite el cierre de la combustión. Constituye el cierre superior del bloque motor y sobre ella se asientan las válvulas, teniendo orificios para tal fin. La culata presenta una doble pared para


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permitir la circulación del líquido refrigerante. Si el motor de combustión interna es de encendido provocado (motor Otto), lleva orificios roscados donde se sitúan las bujías.

Fig. 9 La culata

CONSTRUCCIÓN Las culatas se construyen tanto de fundición de hierro, como de aleación de aluminio. En los motores más modernos se prefieren generalmente las aleaciones ligeras, debido a la notable ventaja en términos de reducción de peso y a las inmejorables características de fusibilidad y disipación del calor. Los soportes de la distribución se obtienen mediante fusión a presión, que permite realizar piezas con acabados óptimos y de paredes delgadas. La parte inferior de la culata se realiza mediante colada en coquilla o, algunas veces, en arena.

7. LOS CILINDROS Es una cavidad de forma cilíndrica, por la cual se desplazan los pistones en su movimiento alternativo, entre el punto muerto inferior y el punto muerto superior, las paredes interiores son completamente lisas y en algunos casos cromadas para mayor resistencia al desgaste, es una pieza hecha con metal fuerte porque debe soportar a lo largo de su vida útil un trabajo a alta temperatura con explosiones constante de combustible, lo que lo somete a un trabajo excesivo bajo condiciones extremas. CONTSRUCCION: Para los cilindros, el material usual es la fundición gris por su buena resistencia al desgaste (que puede mejorarse mediante la adición de pequeñas cantidades de níquel, cromo y molibdeno) Aparentemente, esta resistencia al desgaste se alcanza por la habilidad del hierro fundido para formar una superficie tersa, durísima, cuando es sometida a fricción por deslizamiento.


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Fig. 10 Cilindro

8. ANILLOS DEL PISTÓN. Son piezas circulares metálicas, autotensadas, que se montan en las ranuras de los pistones para servir de cierre hermético móvil entre la cámara de combustión y el cárter del cigüeñal. Son los encargados de sellar, por lo general están los anillos de compresión que no permiten que haya fugas de compresión, y el anillo inferior, es el controlador del aceite. CONSTRUCCIÓN: Los anillos están hechos de acero; reciben un tratamiento químico y se recubren superficialmente con estaño, cadmio o cromo.

Fig. 11 Anillos

9. EL PISTÓN Tomando el pistón como un elemento de un mecanismo cinemático puede definirse como aquel elemento que tiene como función deslizarse dentro de su guía, que en el caso de un motor es la camisa o cilindro. Hace parte del conjunto biela - manivela y su movimiento no llega a ser un armónico simple pero si se le acerca mucho. La superficie


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lateral de un pistón no es perfectamente cilíndrica, la parte más ancha se encuentra cerca del fondo o parte inferior del pistón y es allí donde se mide el diámetro del mismo. CONSTRUCCIÓN Están construidos de aleaciones de aluminio y magnesio que son materiales ligeros.

Fig. 12 Pistón

10. BULÓN DE BIELA El bulón es un eje de acero con el centro hueco que sirve de unión entre la biela y el pistón, el bulón además puede ser: flotante cuando el bulón gira en los soportes del pistón y la biela, semiflotante este tipo de bulones se usa en las bielas de pie abierto, fijo es cuando el bulón está sujeto a los soportes del pistón por contracción. CONSTRUCCION: Acero

Fig. 13 Bulón de biela

11. BIELA La biela es la pieza que está encargada de transmitir al cigüeñal la fuerza recibida del pistón. Generalmente está fabricada de acero forjado debido a que debe resistir una gran tensión y esfuerzo. La biela permite la transformación del movimiento alternativo en rotativo. La función de las bielas es la de transmitir el movimiento al eje cigüeñal por medio de los bulones o pasadores del pistón. CONSTRUCCIÓN: Las bielas están construidas de acero forjado o de hierro fundido, teniendo una sección de viga en L.


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Fig. 14 Biela

12. MUÑÓN DE BIELA Durante la operación del motor, el muñón de biela soporta cargas de hasta 2 toneladas, de manera que cada muñón de biela resulta individualmente girado o torsionado un poco antes que el resto del eje mientras que la fuerza está siendo aplicada. Por supuesto, la fuerza se aliviana tan pronto como se gasta la potencia, de manera que el cigüeñal flexiona regresando a su posición normal.

Fig. 14 Muñón de biela

13. CIGÜEÑAL El cigüeñal es un eje que a través de la biela recibe la fuerza que actúa sobre el pistón. Las partes del cigüeñal son: Muñones principales: estos se apoyan y giran sobre los cojinetes de bancada. Muñones de biela: estos son los que sujetan las bielas y oscilan en un movimiento circular.


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Contrapesas: equilibran el cigüeñal y están ubicados de acuerdo al número de muñones de biela. Brida: sujeta el volante del motor. CONSTRUCCIÓN El cigüeñal generalmente, está construido de acero forjado, sin embargo, el advenimiento de cigüeñales largos y rígidos en motores multicilindricos con esfuerzos relativamente bajos, permiten emplear el hierro fundido como sustituto, con objeto de reducir costos.

Fig. 15 Cigüeñal

14. CARTER DE ACEITE El cárter es la tapa inferior del motor, está constituido por cárter superior (es la parte inferior del bloque) y cárter inferior que va asegurado al superior también sirve como depósito de aceite. Su función es, además de cerrar el bloque y aislarlo del exterior, es la importantísima misión de albergar el aceite de lubricación del motor. CONSTRUCCION: El cárter inferior está construido de hierro de fundición o aleación de aluminio o magnesio.


Motores I Fig. 16 Carter de aceite

15. MONOBLOCK El bloque es la parte más grande del motor, contiene los cilindros donde los pistones suben y bajan, conductos por donde pasa el líquido refrigerante y otros conductos independientes por donde circula el lubricante. Generalmente el bloque está construido en aleaciones de hierro o aluminio, siendo estas últimas mucho más livianas y permiten mayor rendimiento. FUNCION: Además de alojar los cilindros, donde se mueven los pistones, el bloque del motor soporta la culata del motor en la parte superior y el cárter en la parte inferior . CONSTRUCCION: Los materiales más comunes para la fabricación del monoblock son: hierro, aluminio, fundiciones y aleaciones

Fig. 17 El monoblock

16. COJINETES La función de los cojinetes es mantener en su lugar la pieza que está girando, como lo es el eje cigüeñal y las bielas, a la vez lubricar los muñones. CONSTRUCCIÓN: Los cojinetes principales como los de biela son elementos hechos de acero o de bronce y recubierto con babbitt el cual es un compuesto de los siguientes elementos, cobre-plomo o de aleación de cadmio.


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Fig. 17 Cojinetes

FÓRMULAS A UTILIZAR

Carrera (S) =Distancia entre PMS y PMI (cm) Diámetro del cilindro :Dc (cm) V h

 D



2 c

4

* S

(cm 3 )

Donde: V h : Volumen útil de trabajo

V H



V h

*

i

(cm 3 , l ) Cilindrada del motor

Vcc = Volumen de la cámara de Combustión 

t (Relación de compresión teórica) =

V t V cc



V h

 V cc

V cc



1

V h Vcc

Luis Alberto Maldonado Sanchez U.M.S.A  r

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(Relación de compresión real) =

Donde: V x



 Dc

4

V h

 V x  V cc

V cc



1

V h

 V x

V cc

2

* x

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Una jeringa con líquido (aceite). Un destornillador plano Un destornillador estrella Un vernier (pie de rey) Un micrometro Llaves hexagonales de tipo “dado” Un torquimetro Un extractor de anillas Compresor de anillas Saca bocados Martillo de goma Reloj comparador Gueich Un nivelador


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Llave boca, corona, mixta - Palanca - Dados - vernier

Nivelador -STANLEY

PROCEDIMIENT O

Torquimetro

A. DESMONTAJE DEL MOTOR

   

Se quita la tapa del motor con el destornillador plano. Con la llave de dados sacamos el colector de escape. Retiramos las varillas de los balancines luego el eje de balancines. Con ayuda de la extensión para dados sacamos la culata.


Se saca los pernos de la tapa de la culata con ayuda de la llave mixta

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Retiramos la tapa de la culata

Antes de retirar la culata verificamos si la marca de sincronizamos del motor.

Retiramos la polea de trasmisión y la faja de trasmisión.

B. MEDICIÓN DEL VOLUMEN MUERTO





Teniendo la culata en la mesa de trabajo, se voltea y en la parte inferior se observa el espacio que corresponde al volumen muerto; para encontrarlo usaremos el método de diferencias de volúmenes de aceite que consiste en lo siguiente: Se mide una cierta cantidad de volumen de aceite en la probeta graduada, luego vaciamos una parte del aceite hasta llenar todo el espacio del volumen muerto; entonces la diferencia entre la medida inicial de aceite y lo que sobra en la probeta será el volumen muerto del cilindro.


Sacando los espárragos

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Retirando la culata lo colocamos en la mesa


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Nivelando la culata

Colocando el aceite para la medición del volumen muerto

C. MEDICIÓN DEL DIAMETRO DEL CILINDRO Y BIELA







La longitud de la biela los obtendremos midiendo desde el centro de la cabeza hasta el pie de la biela. Para medir el diámetro del cilindro, utilizaremos el vernier y se tomara media para 2 planos y se promediara. Para obtener la carrera del pistón. Con el vernier medimos desde el PMS y PMI (que es la parte desgastada).


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Giramos el motor, para retirar el Carter.

Retiramos el Carter

Pasamos desajustar el tercer pistón.

Retiramos el pistón, para medir la longitud de la biela.


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Medimos el diámetro de la carrera .

NOTA: una vez, teniendo la hecho las mediciones respectivas, pasamos a colocar los pistones. Para colocar los pistones nos guiaremos marca, una flecha que indica para donde esta volante del motor, y los tornillos lo sujetamos con la ayuda del torqui metro, para obtener un par de ajuste muy exacto .

D. CÁLCULO DE LOS ANGULOS DE CIERRE Y APERTURA DE VÁLVULAS







Cuando movemos la volante, los balancines presionan a los resortes de las válvulas de admisión y escape, esto nos permitirá saber cuándo se adelanta o retrasa la apertura y el cierre de las válvulas. La volante del motor tiene un determinado número de dientes, que corresponderá a una vuelta (360 grados), los ángulos de adelanto y retraso lo calcularemos de manera proporcional a los dientes barridos. Cuando el balancín deja de presionar, lo que haya girado la volante respecto al PMS, será el ángulo de atraso o adelanto respectivamente.




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Al finalizar colocaremos la tapa de la culata, para dar terminada la experiencia.  

HOJA DE DATOS

DATOS DE LAS VALVULAS:

VALVULAS DEL CILINDRO #1: ADMISION Superior Medio Promedio

(mm) 7.95 7.93 7.94

(mm) 7.95 7.93 7.94

ESCAPE Superior Medio Promedio

(mm) 7.94 7.94 7.94

(mm) 7.95 7.95 7.95


(mm) 7.94 7.94 7.94

(mm) 7.95 7.95 7.95

ESCAPE

(mm)

(mm)


(mm) 7.96 7.95 7.955

(mm) 7.96 7.97 7.965

VALVULAS DEL CILINDRO #3: ADMISION (mm)

(mm)


Superior Medio Promedio

7.95 7.94 7.945

7.95 7.94 7.945

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Superior Medio Promedio

7.94 7.94 7.94

7.94 7.94 7.94


(mm) 7.95 7.94 7.94

(mm) 7.95 7.94 7.945


(mm) 7.96 7.95 7.95

Datos del laboratorio:

D h

(mm) 7.95 7.93 7.94

MEDIDAS DEL VOLUMEN DE LOS CILINDROS:

CILINDRO 1(mm) 85.25 86

CILINDRO 2(mm) 85.25 86.5



DATOS DEL VOLUMEN DE CAMARA DE COMBUSTION: 1# CILINDRO 2# CILINDRO 3# CILINDRO 4# CILINDRO

41.5 ml 41 ml 42.5 ml 41 ml

DATOS DEL EMPAQUE: DIAMETRO ALTURA

(mm) 87.30 1.8

DATOS DE LA CABEZA DEL PISTON (Volumen): PISTON # 1 PISTON # 2 PISTON # 3 PISTON # 4

CIGÜEÑAL:

12 ml 12 ml 11.97 ml 11.95 ml

VOLUMEN


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BANCADA STD AX BX AY BY

1 49.96 49.99 50.03 50.00 49.97

2 50.00 49.00 50.09 49.00 50.03

3 50.00 50.01 48.97 48.50 48.58

4 50.00 50.01 50.02 50.00 50.00

5 50.00 50.01 50.02 48.98 50.02

CIGÜEÑAL BIELA STD AX BX AY BY

1 43.50 43.33 43.05 43.40 43.51

2 43.55 43.63 43.50 43.26 43.30

3 43.55 43.44 43.59 43.35 43.35

4 43.54 43.30 43.35 43.40 43.25

           

Entonces:               

Sabemos:   

     

           

Longitud de biela

LB= 117.35 mm

Ángulos de cierre y abertura de las válvulas 

   

      

1.           


Motores I   

2.              

3.                

4.                

HOJA DE CÁLCULOS

    



 

 

    (Vh)  

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     

    (VH)      

  (  ) Volumen de aceite inicial: 46.5 ml Volumen de aceite final: 12 ml

          


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Relación de compresión geométrica

 g 

 g

Vt

Vh



Vcc

 1

 g



Vcc

 1

Vcc

Vh Vcc

302.04 28.5

11.59



Relación de compresión real:

 r 

Vh



Vx



Vcc

Vcc V x

Donde:

V x

 r  1 

 r





 1

 Dc 2

.

4

 7.56 2

4



Vh



9.328

Vx

V cc

x

1.439

526.78  90.67 28.5





64.679

cm

3


TABLA DE RESULTADOS Y GRAFICOS

A. Diagrama circular de los gases de escape

 AVA



13.2

 CVA



67.2

 AVE



26.4

 CVE



49.5

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CONCLUSIONES



El hecho de que el ángulo de retraso del cierre de la válvula de admisión sea muy alto, hace que la relación de compresión real resulte baja, además resulta que el proceso de admisión es el más largo de todos los procesos, al menos en éste motor.



Cuanto más pequeño sea este ángulo menos tiempo tendrá ese motor para llenar de mezcla el cilindro cuando vaya a un régimen alto, y por tanto, más lento será ese motor.

RECOMENDACIONES



Se producen errores en las mediciones, especialmente, en los diámetros ya que dependiendo de la posición que la que se sitúe el vernier, se recomienda medir más de una vez.





Una recomendación que Daria es hacer una tabla de los datos de los motores, fácil de entender sin muchas complicaciones tanto para el Idioma como para las especificaciones.

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