Artículo Científico / Scientific Paper
CALCULO DE PARAMETROS GEOMETRICOS , INDICADOS Y EFECTIVOS Jadán Loja Christian Santiago 11
Resumen
Abstract
En este presente documento que se aprecia a continuación, trata acerca de establecer el principio de funcionamiento de los motores Otto a mayor conocimiento, es decir, reconoceremos en este caso los parámetros geométricos, de funcionamiento, indicados y efectivos en un motor de combustión interna alternativos, registrando cada tipo de motor que existe con sus respectivas características y el funcionamiento, por ende realizar los cálculos correspondientes en cada uno de los parámetros mencionados del motor Otto. Esto nos lleva a tener mayor conocimiento y a profundizar el trabajo de los motores de combustión interna, ya que cada tipo de motor que existe tiene sus respectivas características y clasificación, es decir, que se obtendrán medidas para realizar los cálculos, que conlleva que mediante los cálculos se determinará el tipo de motor, además de conocer que tipo es determinaremos el volúmen unitario, la cilindrada, el volumen de la cámara de compresión, la relación de compresión, VT, la potencia y el par motor ya que con cada uno de estos resultados se analizara el origen de pérdidas de potencia.
In this present document seen below, is about establishing the principle of operation of Otto engines greater knowledge, ie, recognize in this case the effective geometrical parameters, operating, indicated and engine reciprocating internal combustion , recording each engine type that exists with their respective characteristics and performance, thus making the corresponding calculations in each of the above parameters Otto engine. This leads us to greater understanding and deepen the work of internal combustion engines, as each type of engine there have their respective characteristics and classification, that measures will be obtained for calculation, which means that by the Calculations engine type is determined, besides knowing that guy is determine the unit volume, the engine, the volume of the compression chamber, compression ratio, VT, power and torque for each of these Results R esults source s ource of losses are analyzed.
Palabras Clave: Árbol de levas, bancada, biela, K eywords: ywords: Camshaft,
cilindro, cigüeñal, válvulas.
1
manivela,
motor,
bench, connecting rod, pistón, cylinder, crankshaft, crank, engine, piston valves.
Estudiante de ingeniería Mecánica Automotriz. Universidad Politécnica Salesiana Autor para correspondencia:
[email protected] [email protected] 1
Artículo Científico / Scientific Paper
1. Introducción Tomando en cuenta las generalidades conocidas del motor asignado, es importante estar al tanto en su descripción, los parámetros geométricos permiten caracterizar geométricamente las dimensiones de los elementos más importantes del motor, es decir comprende las dimensiones del cilindro, al mecanismo de biela manivela y al sistema de renovación de la carga. Mediante el conocimiento teórico y las formulas correspondientes a los cálculos de cada operación a trabajar son necesarios para la apreciación de los parámetros geométricos, ya que para ello nos guiamos tomando las medidas respecto a la siguiente imagen.
Relación de compresión =
+ =
Para obtener una relación de compresión volumétrica efectiva: =
+ = ≤
Sección de paso de válvulas = 4
En donde: = Diámetro de la válvula O referirse al área de cortina, cuya expresión es: = ∗ ∗
= Levantamiento de válvulas 1.2 Parámetros de funcionamiento
Régimen y velocidad lineal media del pistón = 2 ∗ ∗
n= es el número de revoluciones por unidad de tiempo. Grado de carga =
Figura 1. Esquema de un motor de combustión interna
1.1 Parámetros geométricos
Gasto de combustible y poder calorífico = Potencia térmica liberada ̇ = gasto de combustible = poder calorífico del combustible
=2∗
1.3 Parámetros indicados y efectivos 1.3.1 Parámetros indicados
Cilindrada unitaria
= ∗
Trabajo indicado
Potencia indicada
Donde es la sección del pistón que se desliza en el interior del cilindro. = ∗ /4
̇ ̇
= ̇ ∗
Para determinar los parámetros geométricos las ecuaciones correspondientes que se utilizaron son las siguientes: Carrera del pistón
,
Gasto de aire y rendimiento volumétrico ȵ =
alternativa. [1]
Cilindrada total
= ∗
Donde z = número de cilindros. 2
Apellido Autor et al / Titul o del Articulo
Rendimiento indicado
Tabla 1: Elementos faltantes o deteriorados del motor. Elemento faltante
Elemento deteriorado
Estado
Presión media indicada
Trabajo, Potencia y presión media de bombeo
1.3.2 Parámetros efectivos
Par efectivo (Me) Potencia efectiva
Trabajo efectivo
Rendimiento efectivo
Rendimiento mecánico
Cantidad
Pernos del tapa válvulas
1
--------
No existe
Cables de bujías
2
-------
No existen
Banda de distribución
1
Rota
Rota
Pernos del cárter
1
No existe
No existe
2.1 Proceso de desarmado
Analizados todos los elementos faltantes o deteriorados en el puesto de trabajo se procede a retirar todos los componentes externos como en este caso retiramos el motor de arranque con el fin de tener mayor comodidad y acceso a la extracción de los elementos o desarmado del motor asignado.
Figura 2. Proceso de desarmado del motor. Fuente U.P.S.
Presión media efectiva Pme = pmi – pmpm
Consumo específico
1. Desarrollo de la práctica Principalmente con el motor asignado a trabajar, tener en cuenta antes de desarmar, en anotar todas lo elementos faltantes o deteriorados.
Iniciando desde la parte superior del motor se encuentra el tapa válvulas el cual extraemos los respectivos pernos de tal manera que apreciamos las válvulas en este caso este motor tiene dos árboles de levas lo que quiere decir que es un motor DOHC el mismo que tiene un árbol de admisión y otro de escape. Procedemos a extraer a vaciar el cárter y a extraerlo al mismo, un vez extraído procedemos a aflojar el perno de la polea de distribución que va solidario al cigüeñal, esto lo realizamos con el fin de extraer la banda de distribución para extraer fácilmente los árboles de levas en conjunto con los balancines, empujadores junto con su rueda dentada que hace contacto con la banda de distribución, al extraer los pernos de la culata se retira en el cual podemos 3
apreciar los pistones con sus respectivos cilindros es decir el block motor. A continuación se extrae el volante de inercia el mismo que está conectado con el cigüeñal, finalizando así el desarmado completo respecto al block motor, empezamos por el cigüeñal extrayendo primero los pernos del cierre de la biela en el cual debe estar marcado en la posición que se encuentra de los 4 pistones, al extraer todos estos cierres de la biela los pistones salen de manera blanda por lo que están sujetos al cigüeñal.
Esquema de un motor de combustión interna alternativa. [2] Figura 5.
Figura 3. Proceso de desarmado del motor. Fuente U.P.S.
2.2 Medición para cálculos
Una vez analizado el mecanismo de biela manivela realizamos las mediciones con los instrumentos correspondientes del diámetro del pistón, la longitud de la biela, la carrera del pistón, volumen de la cámara de combustión y diámetros de válvula, es decir, los parámetros geométricos, mediadas las cuales necesitamos para obtener la longitud de la manivela, volumen unitario, cilindrada total y la relación de compresión, además de ello los parámetros de funcionamiento y parámetros indicados y efectivos.
DESARROLLO DEL CÁLCULO l= longitud de la manivela del cigüeñal = 39,1 mm
Determinación de la carrera del pistón 1: =2∗
Para determinar el volúmen de la cámara de combustión del motor procedemos a verter aceite sobre una cámara, esto lo realizamos colocando el cabezote con las cámaras de combustión hacia arriba y asentado sobre una superficie plana ya que es un factor muy importante lo ideal es hacerlo con un nivel así no tendremos error alguno respecto a la medición del volúmen.
Figura 4. Proceso de desarmado del motor. Fuente U.P.S
Para los respectivos cálculos nos guiaremos mediante el siguiente esquema:
=> = 2 ∗ (39,1 ) = ,
Obtención del volumen de la cámara de combustión Fuente U.P.S. Figura 6.
En este caso se colocó de volúmen inicial ( ) en la respectiva probeta en la medida de 90 ml este valor debe ser mayor al volúmen de la cámara de combustión, al verter cierto volúmen en la cámara, tener en cuenta que el aceite no rebose los bordes de la cámara pero que tampoco sea insuficiente para no llegar al nivel de los mismos, una vez ya colocado el aceite nos fijamos en la escala 4
Apellido Autor et al / Titul o del Articulo
graduada de la probeta la cual nos da de 45ml ( ) la cual es menor a la cantidad inicial, entonces:
Cilindrada total. = ∗
= +
Donde z = número de cilindros.
Despejando el Volúmen de la cámara de combustión se obtiene el valor de la cámara:
= ∗ = 4 ∗ 349,17 = ,
= − = 90 − 52 = => 38
Para la cilindrada unitaria, entonces: = ∗
2.3 Registro de resultados Tabla 2: Resultados con las formulas correspondientes a cada parámetro.
Diámetro del cilindro (D) =75.4 mm Diámetro del pistón (d) = 74.7 mm Dónde:
Parámetro
= ∗ /4 ∗ (75,4) = 4 = 4465,114223
Diámetro del cilindro Carrera del pistón Relación carreradiámetro Sección del pistón
Reemplazando los datos para la cilindrada unitaria: = ∗ = 4465,114223 ∗ 78,2 = 349171,9322 => => = ,
Cilindrada Unitaria Volumen de la cámara de combustión
Con el valor de la cilindrada untaría realizamos el cálculo correspondiente a la relación de compresión: + = = 349,17 + 38 = 38 = .
Relación de compresión
Para el cálculo de la sección de paso de válvula necesitamos el diámetro de la válvula. Levantamiento de la válvula: = 7,6 mm Diámetro de la válvula (Dv) = 27,5 mm
Diámetro de la válvula Sección de paso de válvula de admisión Cilindrada total velocidad media del pistón
∗ = 4 ∗ 27,5 = 4 = 593,95 ²
5
Fórmula/ Nomenclatura
Magnitud
D
75,4 mm
=2∙
78,2 mm
1.03 mm
∙ = 4
4465,11
= ∙
349,17
38
=
+
10.1 27,5 mm
∙ 2 = 4
593,95 ²
= ∙
1396,68
= 2 ∙ ∙
11,10 m/s
Discusión de pérdidas de potencia del motor y como mejorarlo.
3. Resultados y Discusión Tener en cuenta que las respectivas medidas del pistón, biela, cigüeñal, manivela, carrera del cilindro, etc. Tiene que ser lo más exacto posible para que en la comparación con los resultados teóricos no varíen demasiado, ya que los parámetros de funcionamiento permiten definir el punto o lugar dentro del rango operativo en el que el motor puede trabajar. Es de gran importancia conocer la geometría y forma de los elementos más característicos de un motor para conocer sus características constructivas de diseño ya que son las que condicionan su funcionamiento.
La pérdida de potencia del motor se puede dar en la baja cilindrada, la cual se puede notar en casos cuando el vehículo está expuesto a mucha carga. La pérdida de potencia se daría respecto a la altura en que se encuentra el vehículo ya que la cantidad de oxigeno que debería entrar al cilindro combinado con la gasolina es menor porque a mayor altura menor es la cantidad de oxigeno presente el cual evita que pueda efectuar una combustión normal. Para compensar la disminución de la potencia del vehículo respecto a una condición ambiental se han incorporado al motor elementos que permiten mantener la proporción de la mezcla en sus condiciones de altura, por ejemplo el avance o adelanto del tiempo del salto de la chispa. 5. Conclusiones Revisar los conductos de aire y gasolina ya que Las variaciones de la carrera en el caso que se con un filtro con impurezas disminuye la entrada encuentre un porcentaje muy pequeño de error de aire, de igual manera el filtro de gasolina puede compensarse al momento de introducir el revisarlo. aceite lubricante de esta forma el pistón trabajara 2.4 Proceso de armado normalmente sin cascabelear. Respecto a la altura que se encuentra el vehículo Una vez analizado y resuelto los cálculos se realiza el avance o adelanto del tiempo del salto correspondientes de los respectivos parámetros de la chispa con el fin de evitar la pérdida de indicados procedemos al armado del motor potencia, tener en cuenta o revisar los conductos respectivo empezando introducir los pistones en el de aire así como de gasolina los cuales son muy cilindro correcto que le corresponde seguido por importantes respecto a los filtros que no estén con colocar el cigüeñal de forma correcta sobre la impurezas. parte posterior del block motor en la cual va sujeto la biela junto con su cierre la cual va sujeta al Libros: cigüeñal esto tendremos que hacerlo de manera [1] F. Payri, J. M. Desantes “Motores de que este en lugar adecuado el cierre de la biela. Combustión Interna Alternativos,” A continuación procedemos a colocar el cárter en REVERTE S.A., ISBN, 2011. parte posterior del block y seguido por el volante [2] J. Mm Alonso Pérez, “Técnicas del de inercia, verificando que este de manera correcta automóvil MOTORES” Gerente editorial por la otra cara lateral del motor empezamos a Área Ciclos formativos, Edición 2011. armar la distribución la cual debemos dejarlo de manera correcta o en la que la señalamos para no tener inconveniente alguno de tal forma que el cabezote se coloca en la parte superior del block en conjunto con los dos árboles de levas que le corresponde, una vez colocado la distribución por ende el motor de arranque que se encuentra en la parte externa del motor y por ultimo colocamos el tapa válvulas con sus pernos de sujeción. 6
