UTP FIMAAS Curso: Mecanismos del Automóvil Sesión Nº 1 : 1.Análisis de las fuerzas internas que se originan en el MCI. 2.Análisis de las fuerzas externas.

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1 UTP FIMAAS Curso: Mecanismos del Automóvil Sesión Nº 1 : 1.Análisis de las fuerzas internas que se originan en el MCI. 2.Análisis de las fuerzas externas que se oponen al avance del vehículo. Profesor: Carlos Alvarado de la Portilla

2 EL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA http://www.todomotores.cl/mecanica/el_m otor.htm EXPANSION FUERZA DE EMPUJE DEL MOTOR http://www.todomotores.cl/mecanica/fuerz a_motor.htm PAR DEL MOTOR http://www.todomotores.cl/mecanica/ par_motor.htm

3 El calor que se genera en la cámara de combustión cuando se quema la mezcla produce fuerza de expansión en los gases presentes. Esta característica expansiva de los gases es lo que ejerce la fuerza para generar el movimiento del motor. Expansión: Fuerza de Empuje del motor

4 Presión Media Efectiva, corresponde a la presión promedio que ejercen los gases durante la carrera de expansión en un motor. Comparando dos motores iguales, aquél que es capaz de quemar apropiadamente mayor cantidad de combustible, dispone de mayor presión de expansión para impulsar los pistones.

5 Rendimiento Volumétrico Como el tiempo de admisión es demasiado breve, los gases de mezcla fresca dentro del cilindro nunca alcanzan el valor de la presión atmosférica. Comparando dos motores iguales, el que sea capaz de llenar en mejor forma sus cilindros será el más eficiente.

6 Se denomina rendimiento volumétrico al porcentaje de presión de llenado de un cilindro. Por ejemplo, si la presión barométrica es de 1.000 milibares, el motor tendrá un 80% de rendimiento volumétrico cuando los gases en sus cilindros alcanzan una presión de 800 milibares, antes de comenzar la carrera de compresión. Entre dos motores iguales, el que tiene mayor rendimiento volumétrico genera más potencia puesto que dispone de mayor número de moléculas de oxígeno que le permiten quemar mayor cantidad de combustible.

7 Los sistemas de admisión de motores para vehículos de turismo, se diseñan de manera que el rendimiento volumétrico máximo se alcance a velocidades medias de alrededor de 3.000 a 4.000 RPM. Cuando el llenado de los cilindros es máximo entonces el torque es máximo. Esto último no significa que su potencia sea máxima.

8 El torque o par del motor. El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión. Para que la torsión exista se requieren 2 fuerzas (par), que se ejercen en sentido opuesto. Ver la figura

9 El valor del par depende del radio de acción de la fuerza (brazo). La mayor o menor torsión que genera una fuerza, depende de la distancia al punto de pivote. A mayor brazo mayor par.

10 Par de Torsión. El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión. Se expresa en kilos x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un brazo de 1 metro el torque o par será de 1 kilo x metro (1 kilográmetro).

11 En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsión es limitada. Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico es máximo y por lo tanto, se dispone de mayor temperatura para expandir los gases.

12 Los motores de mayor tamaño están equipados con cigüeñal de brazo más largo. Esto les da la posibilidad de ejercer igual par de torsión con menos fuerza de expansión de los gases. El par motor también depende del largo del brazo del cigüeñal

13 Donde: G: peso (F 1 +F2). F A : res. del aire. F R : fza. rodadura. F: fza. de tracción. N: Reacción 2

14 Para analizar las fuerzas existentes sobre un cuerpo situado sobre un plano inclinado, hay que tener en cuenta la existencia de varios orígenes en las mismas. En primer lugar se debe considerar la existencia de una fuerza de gravedad, también conocida como peso, que es consecuencia de la masa (M) que posee el cuerpo apoyado en el plano inclinado y tiene una magnitud de M.g con una dirección vertical y representada en la figura por la letra G. Análisis de las fuerzas externas

15 Existe además una fuerza normal (N), también conocida como la fuerza de reacción ejercida sobre el cuerpo por el plano como consecuencia de la tercera ley de Newton, se encuentra en una dirección perpendicular al plano y tiene una magnitud igual a la fuerza ejercida por el plano sobre el cuerpo. En la figura aparece representada por N y tiene la misma magnitud que F2= M.g.cosα y sentido opuesto a la misma.

16 Existe igualmente una fuerza de rodamiento, similar al rozamiento, también conocida como fuerza de fricción (FR), que siempre se opone al sentido del movimiento del cuerpo respecto a la superficie, su magnitud depende tanto del peso como de las características superficiales del plano inclinado y la superficie en contacto del cuerpo que proporcionan un coeficiente de rozamiento.

17 Esta fuerza debe tener un valor igual a F1 = M.g.senα para que el cuerpo se mantenga en equilibrio. En el caso en que F1 fuese mayor que la fuerza de rozamiento el cuerpo se deslizaría hacia abajo por el plano inclinado. Por tanto para subir el cuerpo se debe realizar una fuerza con una magnitud que iguale o supere la suma de F1 + FR+ FA

18 Ejemplo Imaginemos que queremos desplazar el peso G desde una altura 1 hasta una altura 2; siendo las posiciones 1 y 2 a las que nos referimos, las del centro de gravedad del bloque representado en la figura. El peso del bloque, que es una magnitud vectorial (vertical y hacia abajo), puede descomponerse en dos componentes, F1 y F2, paralelo y perpendicular al plano inclinado respectivamente, siendo: F1 = G sen(α) F2 = G cos(α)

19 Fuerzas externas que se oponen al avance del vehículo. FRFR F 1 2 FAFA

20 Además, la superficie del plano inclinado genera una fuerza de rozamiento F R que también deberemos vencer para poder desplazarlo. Esta fuerza es: F R = μ F2 = μ G cos(α), siendo μ el coeficiente de rozamiento. También debemos de considerar la resistencia que opone el aire al desplazamiento del vehículo; representada por F A en la figura.

21 Analizando la figura, es evidente que para conseguir desplazar el vehículo, la fuerza (F) que deberemos aplicar, será: F = F1 + F R + F A = G sen(α) + μ G cos(α) + F A F = G [sen(α) + μ cos(α)] + F A Donde: G: peso del vehículo. μ : coeficiente de fricción (rodadura) (α): ángulo de inclinación del camino. FA: Resistencia del aire. F : Fuerza necesaria para que el vehículo se desplace.

22 Si en vez del utilizar el plano inclinado, tratáramos de levantar el bloque verticalmente, la fuerza (G) que tendríamos que aplicar sería la del peso del bloque debido a la fuerza de la gravedad, es decir: G = P

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30 Utilización del Calor La gasolina es la fuente de energía primaria de un motor. Quemarla significa generar la fuerza suficiente para mover partes móviles y además entregar un excedente para fuerza de giro

31 Eficiencia Térmica de Motor Un motor de pistones, alimentado con gasolina, no es capaz de alcanzar 100% de eficiencia térmica. Es decir, no puede aprovechar todo el calor generado por la combustión para transformarlo en fuerza motriz. Los motores de combustión interna a gasolina son derrochadores, su eficiencia térmica es bastante pobre. Alrededor de 30% de la energía calórica que disponen, la transforman en movimiento y la otra parte la disipan (pérdida), hacia la atmósfera. Su popularidad se basa en la agilidad de aceleración que presentan, a diferencia de otros tipos como el diesel, que arrojan mejor eficiencia térmica pero son más lentos.

32 Rendimiento Calórico No todos desperdician igual cantidad de calor durante su funcionamiento. Comparando motores de características iguales, se considera más eficiente a aquel que utilice mejor porcentaje de calor para producir fuerza motriz. Variadas son las razones por la cual un motor puede cambiar su eficiencia térmica. Como ejemplo podemos mencionar un motor que está siendo refrigerado en exceso. Es decir, su sistema de refrigeración no es el apropiado ya que retira mayor calor que el adecuado. Como consecuencia de esto el conjunto opera a temperaturas menores y su fuerza motriz decae.

33 Compresión de Motor La relación de compresión es el término con que se denomina a la fracción matemática que define la proporción entre el volumen de admisión y el volumen de compresión.

34 Fórmula para Calcular la Relación de Compresión Teórica V1 + V2 V1 V1 = Capacidad en centímetros cúbicos de la cámara de combustión de la culata. V2 = Capacidad del cilindro, con el pistón en su punto muerto inferior.

35 El vehículo automotriz y su relación con el medio ambiente. Fuente http://www.gepec.org/3E/Eficiencia/Material/E studisTecnics/ACV%20automobil.pdf

36 1. INTRODUCCIÓN. El conocimiento de las herramientas y enfoques de la gestión del ciclo de vida está creciendo entre las industrias europeas y americanas del automóvil. Esto ha originado la proliferación de estudios y proyectos encaminados a analizar los impactos del ciclo de vida de diferentes materiales, procesos, y productos en el mencionado sector.

37 Un breve análisis del ciclo de vida del automóvil permite comprobar cuáles son los principales elementos del medio ambiente afectados por el sector [Keoleian et al, 1997]. Una visión clásica de las etapas del ciclo de vida de un automóvil es la que se muestra en la figura 1.

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39 2. IMPACTO AMBIENTAL DEL AUTOMÓVIL EN SU CICLO DE VIDA. Seguidamente se analiza el ciclo de vida de un automóvil, con la finalidad de detectar los impactos medioambientales que se producen en cada una de las etapas del mismo. Los impactos y las consideraciones medioambientales que se derivan de la obtención y tratamiento de recursos naturales que sirven de entrada para el material del automóvil incluyen el consumo de recursos (material y energía).

40 Además, se consumen grandes cantidades de energía en el calentamiento, enfriamiento/refrigeración, y producción de millones de toneladas de acero, aluminio, plástico y vidrio. Procesar estos materiales implica la utilización de una variedad de metales pesados, compuestos químicos tóxicos y disolventes clorados.

41 Los impactos ambientales en la etapa de retiro consisten en residuos generados durante diferentes procesos de desmantelamiento y eliminación de los vehículos desechados, así como del consumo de energía empleado en estas actividades. El impacto es fuertemente dependiente de la composición del material de los vehículos.

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43 A modo de resumen, la tabla 1 muestra que los principales impactos de un automóvil se producen en la extracción y procesamiento de las materias primas y en la fase de uso. Los impactos medioambientales creados por el conjunto de la infraestructura necesaria para mantener el transporte por carretera son considerables y muy visibles en el paisaje. Un análisis de este tipo debería guiar a los fabricantes de automóviles en la búsqueda de oportunidades de mejora medioambiental.

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45 FIN