Reconocimientos de Partes y Parametros Construcctivos de Los Mci Lab n1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

RECONOCIMIENTO DE PARTES Y PARÁMETROS CONSTRUCTIVOS DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALUMNO:

PEREZ MARISCAL MARISCAL JHOSEP RONALD

PROFESOR: CURSO:

ING.PONCE PONCE GALIANO JORGE MN136 C

FECHA DE LA EXPERIENCIA: FECHA DE SUSTENTACIÓN:

10 DE SEPTIEMBRE DEL 2013 17 DE SEPTIEMBRE DEL 2013

Capítulo 1 Resumen En el presente informe de laboratorio trata principalmente sobre el reconocimiento de los componentes que posee un motor que hacen posible su funcionamiento, entre ellos el pistón, el cigüeñal, la biela y el árbol de levas, también identificar el sistema de escape, la bomba de aceite, etc. Para su estudio posterior en los siguientes informes de laboratorios. El cálculo de la cilindrada de un motor es una medida importante para poder cuantificar la capacidad de trabajo que posee un motor, por eso lo calcularemos en este informe, ya que al ser un cálculo simple y ser este informe uno introductorio al curso es necesario conocerlo, así también con este cálculo podremos reconocer los componentes que intervienen en este proceso y con ayuda de este valor calcular la relación de compresión que posee dicho motor para poder reconocer que tipo de motor se trata (ECH o Diesel). También debemos enfocarnos en observar el mecanismo que posee el pistón y la influencia de este mecanismo en el proceso de producción de trabajo, ya que gracias a éste es posible que funcione el motor, no restar importancia a los otros ya que en los próximos laboratorios los estudiaremos.

Capítulo 2 Fundamento teórico Para un mejor entendimiento del motor de combustión interna es necesario conocer sus partes así como los parámetros que rigen para su diseño; razón por lo cual dividiremos en dos partes; la primera será el reconcomiendo reco ncomiendo de las partes de un u n motor de combustión interna y la segunda segu nda será sobre los parámetros constructivos de los motores de combustión interna.

2.1. Reconocimiento de partes en un motor de combustión interna En esta sección revisaremos las partes de un motor de combustión interna de cuatro y dos tiempos.

2.1.1. Estructura del motor de 4 tiempos El motor de combustión interna de cuatro tiempos está compuesto básicamente por los sistemas siguientes: J

Sistema fijo

J

Sistema móvil

J

Sistema de distribución

J

Sistema de alimentación

J

Sistema de encendido

J

Sistema de lubricación

J

Sistema de refrigeración

J

Sistema eléctrico

Sin embargo nuestro interés en este informe se enfocará en los tres primeros, lo cual es importante para el objetivo de este informe, y lo presentaremos de la siguiente manera.

Capítulo 2. Fundamento teórico

J

SISTEMA

J

J

SISTEMA MÓVIL

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

COLECTORES DE ADMISIÓN Y ESCAPE CULATA EMPAQUES O JUNTA DE CULATA

J

MONOBLOCK Y CILINDRO

J

CARTER

J

PISTÓN

J

CIGÜEÑAL

J

BIELA

J

VOLANTE DE INERCIA

J

VÁLVULAS

J

ÁRBOL DE LEVAS

J

ELEMENTOS DE ACIONAMIENTO

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Despiece de un motor de combustión interna de 4 tiempos

7


8

a. Sistema fijo a.1. Colector de admisión. Están diseñados para permitir la mayor cantidad de flujo de aire además se fabrican simétricamente para que puedan tener la misma cantidad de flujo de aire en cada cilindro y la longitud de sus tubos deben ser lo más corto posible para que la mezcla llegue con menores perdidas de carga a cada uno de los cilindros. También en su interior se tiene una superficie rugosa que genera turbulencia del aire y ayuda a una mejor pulverización del combustible y se convierta en un conjunto de gotitas, estas partículas deben penetrar la cámara de combustión por todas partes. Respecto al material antiguamente se hacían de hierro fundido, luego de aluminio, esto para reducir su peso además porque no está expuesto a altas temperaturas, en la actualidad los colectores también son fabricados de plástico.


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a.2. Colector de escape Está diseño para soportar altas temperaturas y conduce los gases de la combustión evitando fugas y por ende perdidas en el motor, también tiene alojado un turbo que aprovechas los gases de escape de alta temperatura para hacer girar su turbina y este a un compresor. Normalmente no sufren desgastes ni roturas pero en ocasiones se generan fisuras y grietas por las altas temperaturas, lo que sí es común es el desgaste de la junta del colector, también los tornillos pierden fuerza y se desalojan. Estas fallas lo podemos notar por el ruido más grave que genera el motor y la fuga de gases por el colector de escape y el olor a gases quemados. Respecto al material se disponen de colectores de escape de fundición de hierro con estructura perlitica.


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a.3. Culata Es la cabeza del motor o la tapa de cilindros, son de varias configuraciones, dependerá del tipo de motor. Si el motor es de encendido por chispa, la culata lleva orificios roscados para colocar la bujía, pero si el motor es de encendido por compresión, la culata lleva solo orificios donde se colocaran los inyectores. Respecto a su material, por lo general es de hierro fundido con cromo-níquel son buenos resistentes a la deformación pero tienen menor capacidad de refrigeración del motor aunque hoy en día hay culatas hecho de aleaciones de aluminio, esto último para disminuir la carga y por poseer mayor capacidad para refrigerar sin embargo su fabricación es más cara y son menos resistentes a las deformaciones.


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En los motores diesel hay culatas que llevan precámaras, generalmente los motores diesel livianos, esto es para evitar las vibraciones y ruido ya que por ser un equipo liviano éste no tiene mayor rigidez, en cambio los motores diesel pesados no llevan pre cámaras, su combustión es directo. En las precámaras están montadas calentadores o bujía incandescente (un resistor), con el fin de calentar el aire y favorecer el arranque del motor, la combustión se da en la precamara. Así mismo también hay motores con cámara de turbulencia con la finalidad de pulverizar al combustible y que sea más fácil la mezcla aire-combustible en un menor tiempo y así tener una combustión completa. Si bien el uso de precámaras y cámaras de turbulencias permiten que el carro marche silenciosamente debido al aumento lento de la presión(los gases toman un tiempo para salir de la precamara) tiene la desventaja de tener una menor potencia, además que consume más combustible y dificultades en el arranque; caso contrario al motor con inyección directa


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a.4. Juntas en el motor o empaquetaduras En todo acoplamiento de elementos fijos se interpone una junta de unión, El material empleado para cada tipo de junta debe ser el adecuado a la función que tiene que cumplir y a la posición que ocupa en el motor, ya que algunas de estas juntas han de soportar elevadas presiones y temperaturas. La junta más importante del motor es la junta culata, por las duras condiciones en las que tiene que trabajar y por su enorme importancia en el normal funcionamiento del motor. Las juntas en general utilizadas en el automóvil están fabricadas en materiales como papel, corcho, caucho, asbestos (en los países desarrollados está prohibido su uso por ser agente cancerígeno sin embargo en el Perú se siguen utilizando), metal o la combinación de alguno de ellos (juntas de acero recubiertas de elastómeros), Según su aplicación, pueden dividirse en juntas de culata, juntas de sellado de cárteres de aceite, de colectores de admisión y escape, bomba de agua, bomba de aceite, etc.

Cuando se rectifique el monoblock o la culata es preciso aumentar el espesor de la junta de culata, para eso se llevara los pistones al PMS, y se medirá el sobre pasamiento.


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Con el valor obtenido se revisará en un manual cual es la junta de culata adecuada. Si bien muchas juntas sus espesores están designadas por el número de muescas o entalladuras, no se debe usar como referencia para el uso de los espesores, ya que el número de muescas o el sistema de marcados no es común para todos los fabricantes.

En conclusión para un mismo número de muescas se puede obtener diferentes espesores dependiendo del fabricante. Como se muestra en el siguiente cuadro.


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a.5. Monoblock Es una parte fundamental del motor pues es la mitad del motor, es la estructura principal quien tendrá alojado a casi todos los demás sistemas del motor; su forma dependerá en mayor medida dela disposición de sus cilindros; estos pueden estar en línea, horizontal o en V. ¿se preguntaran por qué la disposición de esa manera? Supongamos que tenemos un motor de 12 cilindros y lo ponemos en línea, se necesitaría de un eje (cigüeñal) muy largo, pero éste se flexionaría mucho y tendría una flecha muy grande y si quisiéramos evitarlo, tendríamos que hacerlo más robusto al eje, lo cual estaríamos hablando de costos más altos. Así como el cilindro, los apoyos del cigüeñal y la culata que son acogidos por el monoblock, también dispone de canalizaciones de refrigeración y engrase así como soporte para la bomba de agua, bomba de aceite, bomba de gasolina entre otros.

Monoblock refrigerado por agua a través de las canalizaciones llamadas también camisetas de agua


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Monoblock refrigerado por aire esta disposición es generalmente para motores mono cilindros

Los monoblock se fabrican de hierro fundido con estructura perlítica y elementos constituyentes como es el cromo y níquel y esto debido a que ofrecen gran resistencia al desgaste y la corrosión también están fabricados de aluminio-silicio altamente aleados, estos tienen la ventaja de su menor peso y la fácil conductividad del calor(mejora la refrigeración),lo malo es que tienen poca resistencia mecánica; así que el uso de estos materiales dependerá del trabajo en el que este expuesto el motor y con ello el monoblock., Los monoblock se fabrican de una sola pieza para luego ser mandrinado (ver anexo), ésta disposición de ser un solo bloque le da mayor rigidez, simplifica su refrigeración y es más fácil su fabricación.


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Los monoblock tienen sus cilindros incorporados así como cilindros desmontables llamados “camisas” lo último tienen la ventaja de fabricarse de material diferente al monoblock,

permitiendo a que se fabriquen de materiales específicos, así cumplen ciertos requisitos o mejora como la resistencia a la corrosión, grado de porosidad para retener el aceite y lubricarse, etc. Los cilindros desmontables llamados “camisas” pueden clasificarse de dos maneras:

J

Camisas secas.-se

llaman así porque no están en contacto directo con el líquido de refrigeración. (ver fig. de arriba), estas camisas se montan al monoblock a presión (uso de una prensa) para que haya un mejor contacto con el monoblock y así el calor pueda transmitirse al líquido refrigerante; las camisas secas pueden tener o no pestañas de asiento.


J

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se llaman así porque si están en contacto directo con el líquido de refrigeración. (ver fig. de arriba), estas camisas tienen la parte central rebajada, por donde tendrá contacto directo con el líquido refrigerante, también tendrá unas juntas que evitaran que dicho liquido caiga al Carter y se mezcle con el aceite. Camisas húmedas.-

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a.6. Carter Se encuentra en la parte inferior del motor y su función es lubricar y refrigerar los mecanismos que se encuentran en ella, evitando así el desgaste por rozamiento y calentamiento excesivo así como depósito de aceite utilizado por una bomba de aceite para su posterior circuito de refrigeración a través de todo el motor. El Carter es fabricado por estampación en frio (embutido) de chapas de acero y muchas veces de aleaciones de aluminio, lo último por tener una mayor conductividad térmica y así disipar mejor el calor.

Los sistemas de lubricación del Carter lo podemos clasificar por: Salpicaduras y a presión El sistema por salpicaduras consiste en que una bomba extraiga aceite hacia una pequeña bandeja del cual una cuchilla lo pulverizará, formándose una nube de aceite pulverizado, esto mantendrá lubricado los elementos, este método se usaba en motores antiguos

.


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El sistema a presión consiste en el traslado del aceite por una bomba de desplazamiento positivo a todos los elementos a través de canales o conductos. Cuando nos referimos bomba de desplazamiento positivo nos referimos a volumétricos, es decir trabajan a altas presiones, estas bombas pueden ser de engranajes, paletas, lóbulos, etc. así mismo tendrá una válvula de alivio, que limitara la presión del sistema con el fin de salvaguardar, en caso haya una sobrepresión, también se tendrá un filtro quien tendrá la misión de evitar la contaminación del sistema.


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b. Sistema móvil b.1. Pistón Es el elemento móvil que realiza trabajo sobre el cigüeñal por medio de la biela, debido al empuje de los gases de la explosión o combustión, razón por la cual el pistón debe ser resistente para soportar altas presiones y elevadas temperaturas. Un pistón es como un vaso pero invertido y hueco; esto para reducir su peso además debe tener un coeficiente de dilatación térmico muy bajo, imagínese que el pistón es montado en frio, al momento de trabajar éste se dilatará y sufrirá un agarrotamiento, es decir tendrá dificultades para su movimiento, ahora digamos que es montado en caliente, al momento que el motor esté frio el pistón sufrirá un cabeceo que golpeará las paredes del cilindro. Ahora para obtener un material con esas características, lo pistones son fabricados por fundición en coquilla, por forja o por estampación, con materiales de aleación ligeras a base de aluminio y silicio así como elementos constituyentes como el Cu, Ni y Mg.

Al pistón lo podemos dividir en dos partes principales: la cabeza y la falda. J

J

La cabeza.-es la parte superior del pistón, ésta tiene que ser bien robusta debido a los grandes esfuerzos que estará sometido, además tendrá ranuras cuyo uso se definirá más adelante. La falda.-es la parte inferior del pistón, sirve de guía del pistón en su desplazamiento por el cilindro, además tiene el agujero que alojará al bulón.


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Los segmentos o más conocidos como los anillos del pistón, tienen la función de evitar que el aceite penetre a la cámara de combustión y con ello mantienen la presión del cilindro y la combustión a condiciones óptimas. Un pistón como mínimo debe tener 3 anillos, de los cuales dos serán de compresión, estos están destinados al cierre hermético del cilindro y el tercero es de control de la cantidad de aceite en los cilindros; Éstos últimos se pueden distinguir con los de compresión debido a que son más anchos y no tienen elasticidad y siempre están en la parte inferior.


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El bulón es un elemento cilíndrico que nos permite la unión del pistón con la biela, siendo este pin quien recibe los esfuerzos de empuje que serán transmitidos a la biela, por lo cual deben ser robustos y a la vez ligeros para eliminar peso. El material del bulón es de acero cementado. El bulón puede estar unido fijo al pistón a través de un tornillo o estar unido fijo ala biela atreves de un tornillo de cierre o simplemente no estar unido fijamente a ninguno de los dos (bulón flotante) sino estar ajustado a presión y mantenido su posición por unos pequeños anillos; como se muestra en la siguiente figura.


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También se puede hablar de bulón descentrado o desplazado, esto con la finalidad de disminuir los esfuerzos que se presenta en las paredes del cilindro, presentes tanto en la bajada como la subida del pistón, ¿se preguntará que esfuerzo? Pues cuando se da la explosión la fuerza de los gases no transmiten todo su fuerza a la biela sino que ésta se descompone, y una parte de ella se pierde en el rozamiento entre el pistón y el cilindro. (Ver figura).

En la primera figura se muestran las fuerzas que actúan sobre las paredes del cilindro, ahora viendo la figura de abajo se observa que estas fuerzas disminuyen y con ello los esfuerzos, esto al desplazar el eje del bulón quedando descentrado en el lado donde baja la biela. Éste método es utilizado en motores que soportan grandes esfuerzos.


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b.2. Biela La biela se encarga de unir el pistón con el cigüeñal. La función de la biela es transmitir la fuerza recibida por el pistón en la combustión hasta el cigüeñal, se trata de una pieza de suma importancia, tanto para la transmisión de potencia, como para la transformación del movimiento. Durante su funcionamiento está sometida a esfuerzos de tracción, compresión y flexión por pandeo. El material empleado en su fabricación es el acero al carbono aleado con Ni y Cr, con un tratamiento adecuado. Se fabrica por estampación en caliente y se mecanizan las zonas de amarre al émbolo y al cigüeñal, así como los elementos de unión y los pasos de aceite. Las bielas deben tener la condición de que todas deben tener igual peso, paralelismo en sus ejes de simetría y precisión en la distancia entre sus centros, a continuación la figura muestra la biela y las partes que los conforma.


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b.3. cigüeñal El cigüeñal es la pieza que recoge el esfuerzo de la explosión través del pistón y la biela y lo convierte en torque a determinadas revoluciones. Es el encargado de transformar el movimiento alternativo de los pistones en un movimiento rotativo. El cigüeñal también transmite el giro y fuerza motriz a los demás órganos de transmisión acoplados al mismo. El material de fabricación es con aceros especiales de muy alta dureza, si un carro sufre accidente el cigüeñal pueda que este intacta. Tiene muñones por cementación.


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b.4. Volante de inercia El volante de inercia es una pieza circular pesada unida al cigüeñal, cuya misión es almacenar la energía cinética durante la carrera y cederla a la biela-pistón en los demás tiempos del ciclo de funcionamiento, el diseño del volante debe ser calculado, sobre todo su peso, teniendo en cuenta las características del motor, un peso excesivo del volante se opone a una buena aceleración del motor. El volante se fabrica en fundición gris perlítica, que se obtiene por colada en moldes y después se mecaniza en todas sus partes para equilibrar su masa.


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c. Sistema de distribución Se llama distribución al conjunto de piezas que regulan la entrada y salida de gases en el cilindro, este sistema debe estar en perfecto sincronismo con el cigüeñal, para que las aperturas y cierres de las válvulas se produzcan en los momentos adecuados.

c.1.válvulas de admisión y escape Estas válvulas se mueven a alta velocidad, trabajan a temperaturas muy altas (aprox. 700oC) razón por la cual el calor es disipado a través del contacto del vástago y su guía entre el plato y su asiento. Tienen la responsabilidad de cerrar herméticamente la salida de la cámara de combustión. Respecto al material las válvulas están hechas de distintos materiales; las válvulas de escape antes se usaban de acero al tungsteno pero se llegaban agrietarse a altas temperaturas, actualmente se usan acero al cromo y silicio, en muchos motores su vástago de la válvula están huecas, ya que estas en su interior están con sales como el litio y de potasio o sodio metálico, que a temperaturas de funcionamiento estas son liquidas. Las válvulas de admisión son menos costosas y están hechas de acero silicio-manganeso.


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c.2.Árbol de levas El movimiento alternativo de apertura y cierre de las válvulas se realiza por medio de un mecanismo empujador que actúa sobre las válvulas y que se denomina árbol de levas. La apertura y cierre de las válvulas tiene que estar sincronizado, el árbol de levas recibe movimiento del cigüeñal a un número de revoluciones que es la mitad de éste. Se fabrican en una sola pieza de hierro fundido o de acero forjado, se da un tratamiento de templado para esfuerzos de torsión y al desgaste.

La ubicación de árbol de levas en el motor determina los distintos sistemas de distribución, a continuación nombraremos las más importantes: J

El árbol de levas se encuentra en el monoblock y también las válvulas, no requiere de balancines ni de varillas, estos tipos de sistemas se dejaron de fabricar por los años 50, siendo sucedidas por los OHV y SOHC, como dato adicional se dice que el vehículo Ford T usaba este tipo de sistema. Sistema SV.-


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El árbol de levas está en el monoblock, y las válvulas en la culata, la transmisión del movimiento del cigüeñal al árbol de levas se hace directamente por medio de dos piñones o con la interposición de un tercero, también se puede hacer por medio de una cadena de corta longitud.

J

Sistema OHV.-

J

Sistema OHC.-

Se distingue por tener el árbol de levas en la culata lo mismo que las válvulas, es el sistema utilizado hoy en día a diferencia del OHV que se dejó de utilizar al final de la década de los años 80; La ventaja de este sistema es que se reduce el número de elementos entre el árbol de levas y la válvula por lo que la apertura y cierre de las válvulas es más preciso. Este sistema hoy en día lo podemos clasificar de dos sistemas diferentes:  

Sistema SOHC.-Una sola Sistema DOHC.-se usan

leva acciona las válvulas de admisión y escape. dos levas una para admisión y la otra para escape.se dice que este sistema presenta mayor potencia que los SOHC.


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Se habrá notado los diferentes tipos de transmisión en las imágenes, estos pueden ser cadenas con rodillos, ruedas dentadas y correas dentadas.


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La mayor parte de los árboles de levas están diseñados para dividir el cruce de válvulas, es decir, mantener la misma apertura de las válvulas de admisión y de escape en el P.M.S. Si la válvula de admisión está más abierta en el P.M.S. que la de escape, se dice que el árbol de levas esta "adelantado", mientras que si esta última es la que está más abierta que la primera, el árbol de levas esta "retrasado", en ambos casos, la velocidad y los tiempos de apertura y cierre de las válvulas dependen directamente de las dimensiones de la leva; es decir de las características del motor; o sea: cilindrada unitaria, relación de compresión, diámetro de las válvulas, altura de desplazamiento, número de revoluciones y diagrama de distribución.

El desgaste del árbol de levas puede suponer una modificación del diagrama de distribución, lo que puede suponer un bajo rendimiento del motor.


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c.3.Elementos de accionamiento Estos elementos sirven de enlace entre el árbol de levas y las válvulas para realizar la apertura y cierre de las mismas. Su forma y disposición en el motor está en función del sistema de distribución. Estos elementos son empujador, balancín, varillas, resortes o muelles, entre otros.


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2.1.2. Estructura del motor de 2 tiempos Bueno no podríamos describir mucho de sus partes ya que tienen en un gran porcentaje los mismos elementos que un motor de 4 tiempos a excepción de las válvulas de admisión y escape, ya que estos tipos de motores usan lumbreras, lumbreras de admisión y lumbreras de escape, cabe recalcar que la mayor distinción de estos son los procesos de admisión, compresión, combustión y escape que son realizados en 2 carreras del pistón y no en cuatro. Si bien esta característica hace que el motor tenga más potencia tiene la desventaja de consumir más combustible, ya que una parte de mezcla fresca se pierde, además el aceite del Carter también se pierde, éste se quema al mezclarse una parte de ella con la mezcla de combustible, razón por la cual muchas personas mezclan sus combustibles con aceite. Ahora si se quema aceite el humo que desprenda será de color azul, un color característico en la quema de aceite, estos tipos de gases son cancerígenos por lo cual son prohibidos en los países desarrollados, en nuestro país la circulación de estos motores no está prohibida y se permite la venta de éstas.


2.2. Parámetros constructivos de un motor de combustión interna 2.2.1. Punto muerto superior (PMS) Es la posición del pistón más cercana a las válvulas de admisión y escape.

2.2.2. Punto muerto superior (PMI) Es la posición más alejada de las válvulas.

2.2.3. Carrera (s) Distancia entre el punto muerto superior e inferior.

2.2.4. Diámetro o calibre (D) Diámetro interior del cilindro.

34

35


2.2.5. Volumen de desplazamiento, volumen útil de trabajo o cilindrada unitaria. (  ) Volumen barrido por el pistón en su movimiento entre el PMI y el PMS.

        

2.2.6. Volumen muerto o volumen de combustión ( ) El volumen muerto es el espacio no tocado por el pistón en su movimiento, este volumen es el espacio para la combustión, por lo que comúnmente se le llama “volumen de combustión”.



2.2.7 Relación de compresión geométrica. (  ) También llamado solo “relación de compresión”, nos muestra el grado de compresión

de la mezcla aire-combustible respecto al volumen de la cámara de combustión o volumen muerto.

    

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

2.2.8 Relación de compresión real. (  )

       Esta relación varía de la geométrica debido al ángulo de adelanto y de retraso que presentan las válvulas, esto se puede ver el siguiente diagrama indicado

Capítulo 3 Metodología y procedimiento 3.1. Lista de materiales J

Dados maraca STANLEY hexagonal de 12, 17 y 19 mm

J

Una palanca deslizante para los dados

J

Dos extensiones

J

Un nivel de burbuja

J

Un vernier

J

Una Probeta

J

Una jeringa

J

Tres llaves mixtas marca STANLEY de 12,13,14 y 17 mm

J

Una palanca de madera.

Capítulo 3.Metodologia y procedimiento

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3.2. Procedimiento El motor donde trabajaremos es un NISSAN SD22 J

Comenzaremos reconociendo las partes exteriores del motor.

J

Retiramos la tapa de culata

Una vez retirada la tapa de culata, observaremos el mecanismo que hace posible la apertura y cierre de las válvulas, para después retirarlas. J


J

39

Retiramos el eje de balancines y los empujadores para poder retirar la culata del motor.

Medimos el volumen muerto de la cámara de combustión agregando aceite en parte inferior de la culata. J

J

Recolectamos datos como la carrera e identificar los PMI y PMS del pistón.


J

Medimos el espesor del empaque ya que es parte también del volumen muerto.

J

Retiramos el aceite de la culata para después montarlas al motor.

40

Procedemos a marcar la volante un número de dientes proporcional para determinar el ángulo de adelanto y retraso de las válvulas, proporcional al número de dientes. J

Capítulo 4 Resultado y análisis 4.1. Datos Obtenidos J

Carrera del pistón S=100,4 mm.

J

Diámetro del cilindro D = 82.9 mm.

J

Diámetros del agujero del empaque d = 85mm.

J

Espesor del empaque e=1.5 mm

J

Volumen en la cámara de combustión perteneciente a la parte inferior de la culata V1= 2 ml

J

Volumen en la cámara de combustión perteneciente a la cabeza del pistón V2 =4 ml

J

Volumen en la cámara de combustión perteneciente a la precamara de la culata V3= 15.5 ml

J

Numero de dientes del volante de inercia #dientes=98

4.2. Cálculos y resultados Comenzaremos calculando la cilindrada unitaria del motor, para ello tenemos los siguientes datos: Carrera del pistón = 100.4mm. Diámetro del cilindro = 82.9 mm. Volumen útil de trabajo

                   

Calculo de la cilindrada del motor:

           

42

Capítulo 4.Resultado y análisis

Calculando la relación de compresión del motor: Volumen muerto

                       Se sabe que el volumen útil de trabajo es Vh = 541.92 cc

         Relación de compresión geométrica

   Cálculo de la excentricidad

Para el cálculo cinemático del pistón es necesario conocer varios parámetros como el descentrado, razón por la cual hallaremos la excentricidad.

R: radio de la manivela (cigüeñal) L: longitud de la biela e: excentricidad S: carrera

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Del ultimo grafico podemos deducir la siguiente formula.

  √        √      Según datos técnicos y especificaciones del motor NISSAN SD22 (revisar en la hoja de anexos) L=170 mm R=50 mm S=100.4 Hay muchas maneras de cómo hallarlo, puede ser por ley de cosenos en la gráfica anterior o por cálculo de métodos numéricos en la ecuación anterior; pero en nuestro caso haremos uso del software Solidworks

Del grafico

     

44


Cálculo cinemático del pistón Calculando la relación biela – manivela:

R: radio de la manivela L: longitud de la biela

        Calculando del descentrado relativo

e: excentricidad R: radio de la manivela

      Por último calculamos el descentramiento (μ)

      Cálculos de la cinemática del pistón

Usaremos las siguientes fórmulas para el cálculo de la posición (x), velocidad (v) y aceleración (a) del pistón:

   [          ]   

   (      )           

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A una velocidad cíclica de

    CINEMÁTICA DEL PISTÓN

Ángulo φ (°) Ángulo (rad) Posición (mm) Velocidad (m/s) Aceleración (m/s2) 0 0,0000 -0,1082 -1,42362 7265,4325 15 0,2618 0,9883 4,19295 6976,4329 30 0,5236 6,3039 9,27772 5926,3718 45 0,7854 15,2075 13,30405 4307,5302 60 1,0472 26,7252 15,93161 2395,1375 75 1,3090 39,7050 17,04729 484,4282 90 1,5708 52,9935 16,75516 -1173,6649 105 1,8326 65,5869 15,32120 -2421,9587 120 2,0944 76,7252 13,08918 -3219,5708 135 2,3562 85,9181 10,39133 -3632,8664 150 2,6180 92,9064 7,47744 -3798,5882 165 2,8798 97,5809 4,48016 -3870,3506 180 3,1416 99,8918 1,42362 -3963,9840 195 3,4034 99,7800 -1,72994 -4117,2946 210 3,6652 97,1547 -5,01166 -4275,6475 225 3,9270 91,9261 -8,37803 -4307,5302 240 4,1888 84,0834 -11,66556 -4045,8617 255 4,4506 73,7939 -14,58428 -3343,5665 270 4,7124 61,4901 -16,75516 -2127,7835 285 4,9742 47,9120 -17,78421 -437,1796 300 5,2360 34,0834 -17,35523 1568,8465 315 5,4978 21,2155 -15,31735 3632,8664 330 5,7596 10,5522 -11,74350 5449,3125 345 6,0214 3,1874 -6,94317 6729,4888 360 6,2832 -0,1082 -1,42362 7265,4325

120,00

100,00

80,00

) 60,00 m m ( n ó i c i s o P 40,00

20,00

0,00 0

-20,00

50

100

150

200

Ángulo (°)

250

300

350

400

20,00

15,00

10,00

5,00 ) s / m ( d a d i c o l e V

0,00 0

50

100

150

200

-5,00

-10,00

-15,00

-20,00 Ángulo (°)

250

300

350

400

8000,00

6000,00

4000,00

s / 2 2000,00 m c ( n ó i c a r e l 0,00 e Á

0

50

100

150

200

-2000,00

-4000,00

-6000,00

Ángulo (°)

250

300

350

400

Capítulo 5 Análisis y Conclusiones 

La cilindrada de nuestro motor nos resultó igual a 2167.7 cc, su valor es muy aproximado al dato técnico, las especificaciones nos dicen una cilindrada del motor de 2164 cc (revisar anexo) el valor es muy alto en comparación a los autos pequeños, lo cual nos indica de que se trata de un motor bajo trabajo de mucha potencia.

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La relación de compresión de nuestro motor resultó 19, lo cual nos indica que se trata de un motor con encendido por compresión o que sigue el ciclo Diesel, por estar entre los valores de <14,22>, según el manual técnico nuestro motor debería tener una relación de compresión de 20.8; por lo que el margen de error es de 8.65%; se considera este un error de medición.

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Según nuestra tabla de datos las velocidades máximas se obtienes en los ángulos de 80° y 285°, para 85° la velocidad llega a su máximo valor luego de la explosión del combustible(o admisión) para después disminuir su velocidad, llegando al PMI con velocidad 0, después de ello realiza un cambio de dirección resultando para 285° su velocidad máxima, esto cuando se expulsan los gases de escape(o compresión).

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En las mismas posiciones se encontró valores altos de aceleraciones, esto es debido a que al momento de explosionar el combustible entrega una gran cantidad de energía que se transmite al pistón haciéndolo acelerar de manera brusca para después entregar en trabajo mediante la biela al cigüeñal y finalmente al carro.

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Los valores de la excentricidad nos arrojó un valor de 14.48 mm, obteniéndose con ello un descentrado relativo k=0.289; este parámetro esta fuera del intervalo <0-0.15>;(Motores del automóvil, Jovaj). Por lo que se deduce un error de medición de la carrera del pistón que nos resultó un valor de 100.4 mm; además que la ficha técnica nos dice una carrera de 100 mm (ver anexo), por lo que la excentricidad en dicho motor seria cero, e=0; si bien este problema se llegó a detectar, se trabajó como si fuese excéntrico para conocer más sobre dicho caso.

Capítulo 6 Referencias Bibliográficas 

Ariaz Paz. “Manual de Automóviles”,56 Edición. Manual del laboratorio de Motores de combustión interna.

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JOVAJ M.S., “Motores de Automóvil”, Editorial MIR, Moscú 1982.

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Bibliografía complementaria     

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http://www.tallervirtual.com/2012/05/10/el-colector-de-admision-y-el-colector-de-escape/ http://www.angelfire.com/nd/mingopage/gota.htm http://www.slideshare.net/desguacesvehiculos/colector-deescape http://www.sabelotodo.org/automovil/sisescape.html http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_de_asiento#Motores_de_combusti.C3.B3n_int erna http://es.wikipedia.org/wiki/Culata_(motor) http://www.refaccionariaalemana.com.mx/boletines/Como%20seleccionar%20el%20espes or%20de%20la%20junta%20para%20cabeza%20en%20motores%20a%20Diesel.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Bloque_del_motor http://hbaron.com/precamaras.htm http://thedieselworld.blogspot.com/2008/06/camaras-de-turbulencia.html http://es.wikipedia.org/wiki/Inyecci%C3%B3n_de_combustible http://www.auto-seguro.com.mx/funcion-del-monoblock-en-un-auto http://es.wikipedia.org/wiki/Cementaci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Mandrinado http://ww2.tijuiliando.com/noticias/item/643-%C2%A1-cuidado-con-el-c%C3%A1rter http://jeroitim.blogspot.com/2013/01/motores-de-combustion-interna-en_8.html http://mecanicayautomocion.blogspot.com.es/2009/02/engrase-indice-introduccionaceites.html http://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n http://www.ehowenespanol.com/funcionan-anillos-piston-como_92050/ http://seat600.mforos.com/1986924/10860087-posicion-biela-y-pistones/ http://www.youtube.com/watch?v=Lhnz0XbO0u0 http://sistemasdedistribucion.blogspot.com/ http://mejoreslinks.masdelaweb.com/denominacion-y-diferencia-de-los-motores-ohv-ohcsohc-y-dohc/ http://html.rincondelvago.com/motores_5.html http://www.youtube.com/watch?v=KJPE1lkRj2s http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=fIjiUysNySI

Capítulo 7 Anexos J

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MANDRINADO.- Se llama mandrinado a una operación de mecanizado que se realiza en agujeros de piezas ya realizados para obtener mayor precisión dimensional, mayor precisión geométrica o una menor rugosidad superficial, pudiéndose utilizar para agujeros cilíndricos como cónicos, así como para realizar roscas interiores. CEMENTACIÓN.- La cementación es un tratamiento termoquímico que se aplica en piezas de acero. El proceso aporta carbono a la superficie mediante difusión, que se impregna modificando su composición. La cementación tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificar su núcleo, originando una pieza formada por dos materiales: la del núcleo de acero (con bajo índice de carbono) tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie (de acero con mayor concentración de carbono) LA ESTAMPACIÓN.- Es un tipo de proceso de fabricación por el cual se somete un metal a una carga de compresión entre dos moldes. La carga puede ser una presión aplicada progresivamente o una percusión , para lo cual se utilizan prensas y martinetes . Los moldes, son estampas o matrices de acero , una de ellas deslizante a través de una guía (martillo o estampa superior) y la otra fija (yunque o estampa inferior). AGARROTAMIENTO.-Rigidez o dificultad de movimiento, especialmente de un miembro corporal.

DATOS TECNICOS Y ESPECIFICACIONES

Reconocimientos de Partes y Parametros Construcctivos de Los Mci Lab n1

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