instituto tecnolÓgico de pachuca · biela de un motor de combustiÓn interna encendido por chispa...

INSTITUTO TECNOLOacuteGICO DE PACHUCA

ANAacuteLISIS POR SOBRECALENTAMIENTO DE LA

BIELA DE UN MOTOR DE COMBUSTIOacuteN INTERNA

ENCENDIDO POR CHISPA

TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRO EN INGENIERIacuteA MECAacuteNICA

PRESENTA ING ARTURO SERRANO SERRANO

DIRECTOR DE TESIS DR CELERINO RESEacuteNDIZ ROSAS

SINODALES DR ABDIEL GOacuteMEZ MERCADO

DR LUIS MANUEL PALACIOS PINEDA

102 Paacuteginas

Pachuca de Soto Hidalgo noviembre de 2018

Anaacutelisis por sobrecalentamiento de la biela de un motor de combustioacuten interna encendido por chispa

I

DEDICATORIAS

Dedico el presente trabajo con todo mi carintildeo a la memoria de mis padres Elena y Merced pues la

mejor herencia percibida se plasma en la formacioacuten profesional legado de la visioacuten que siempre

tuvieron que el mejor camino para el logro de nuestras metas es la educacioacuten Tambieacuten en memoria

de mi hermana Margarita por la dedicacioacuten e iacutempetu incondicional por parte de ella Y toda mi

familia por estar siempre presentes

Ademaacutes a todas las personas que de manera directa o indirectamente contribuyeron a el logro de

esta meta profesional y personal


II

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a la Fundacioacuten Telmex por darme la oportunidad de formar parte de tan distinguida

organizacioacuten y por el apoyo recibido durante el periodo de permanencia del programa de posgrado

de maestriacutea

Asiacute mismo reconozco el apoyo recibido por medio del Instituto Tecnoloacutegico de Pachuca y por ende

del Tecnoloacutegico Nacional de Meacutexico y al Consejo de Posgrado por su paciencia y dedicacioacuten en

especial al Dr Celerino por su comprensioacuten y amistad incondicional


III

IacuteNDICE DE CONTENIDO

DEDICATORIAS I

AGRADECIMIENTOS II

IacuteNDICE DE CONTENIDO III

IacuteNDICE DE FIGURAS VI

IacuteNDICE DE TABLAS VII

RESUMEN VIII

ABSTRACT IX

INTRODUCCIOacuteN 1

1 Planteamiento del problema 1

1 Propoacutesito de la investigacioacuten 2

2 Justificacioacuten de la investigacioacuten 3

3 Objetivos 4

31 Objetivo general 4

32 Objetivos especiacuteficos 4

4 Alcances 4

5 Organizacioacuten del estudio 5

CAPIacuteTULO 1 ESTADO DEL ARTE 6

CAPIacuteTULO 2 MARCO TEOacuteRICO 10

21 Conceptualizacioacuten del motor 10

22 Clasificacioacuten de motores 11

221 Motores eleacutectricos 11

222 Motores teacutermicos 12

223 Motores hiacutebridos 12

224 Motores de combustioacuten externa 13

23 Motores de combustioacuten interna 14

231 Clasificacioacuten de los motores de combustioacuten interna 15

232 Elementos de un motor de combustioacuten interna 16

24 Conceptualizacioacuten de la biela 16

241 Elementos de una biela 17

242 Caracteriacutesticas de los metales de una biela 18

243 Fallas en las bielas del motor 19


IV

25 Conceptualizacioacuten del pistoacuten 19

26 Conceptualizacioacuten del ciguumlentildeal 21

27 Conceptualizacioacuten de Cojinetes 22

271 Clasificacioacuten de los cojinetes 23

28 Motor encendido por chispa de cuatro tiempos 25

281 Ciclo Otto de cuatro tiempos 25

29 Sistema de encendido 27

291 Funcionamiento de la inyeccioacuten directa 27

292 Ventajas de la inyeccioacuten directa 28

293 Desventajas de la inyeccioacuten directa 28

294 Descripcioacuten del proceso de encendido 29

495 Componentes del sistema de encendido 30

210 Sobrecalentamiento 30

2101 Anaacutelisis cinemaacutetico del motor 32

2102 Anaacutelisis cineacutetico del motor 33

2103 Anaacutelisis por transferencia de calor 33

211 Simulacioacuten y disentildeo mecaacutenico 34

CAPIacuteTULO 3 METODOLOGIacuteA 36

31 Enfoque de la investigacioacuten 36

32 Alcance de la investigacioacuten 37

33 Formulacioacuten de la hipoacutetesis 38

34 Disentildeo de la investigacioacuten 39

35 Seleccioacuten de la muestra 40

36 Recoleccioacuten de datos 41

37 Procesamiento y anaacutelisis de los datos 42

CAPIacuteTULO 4 ANAacuteLISIS E INTERPRETACIOacuteN DE RESULTADOS 43

41 Generalidades 43

42 Motor VW Golf MK4 GTI 18T 44

421 Aplicaciones del 18T 44

43 Anaacutelisis de datos 45

431 Anaacutelisis cinemaacutetico 45

432 Anaacutelisis cineacutetico 48

433 Anaacutelisis termodinaacutemico 50


V

434 Temperatura real de combustioacuten 59

435 Anaacutelisis de transferencia de calor por conveccioacuten 64

44 Simulacioacuten 66

CAPIacuteTULO 5 ANAacuteLISIS Y DISCUSIOacuteN 70

51 Conclusiones relativas a los objetivos 70

52 Aportaciones originales 72

53 Recomendaciones para futuros estudios 72

REFERENCIAS 74

ANEXOS 80

PRODUCTOS ACADEacuteMICOS 91


VI

IacuteNDICE DE FIGURAS

Figura 1Estado del arte 9

Figura 2 Motor eleacutectrico 11

Figura3 Motor hiacutebrido 12

Figura 4 Motor de combustioacuten externa (turbina de gas) 13

Figura 5 Motor de combustioacuten interna 14

Figura 6Biela 17

Figura 7 Partes de la biela 18

Figura8 Pistoacuten 19

Figura9Unioacuten pistoacuten y biela 20

Figura 10Ciguentildeal 21

Figura 11Unioacuten de biela pistoacuten y ciguumlentildeal 22

Figura 12Cojinetes 22

Figura 13Cojinetes de friccioacuten 24

Figura 14Cojinetes de rodamiento 24

Figura 15Motor de cuatro tiempos 25

Figura 16 Funcionamiento de un motor de 4 tiempos 26

Figura 17Componentes de un sistema de inyeccioacuten directa 27

Figura18 Sistema de encendido 29

Figura 19Metodologiacutea de la investigacioacuten del presente trabajo 36

Figura 20Diagrama de bloques de un motor de combustioacuten interna 43

Figura 21VW Golf 44

Figura 22 Nomenclatura 45

Figura 23 Desplazamiento 46

Figura 24Velocidad del pistoacuten 47

Figura 25Aceleracioacuten del pistoacuten 47

Figura 26Fuerzas alternativas 48

Figura 27 Fuerzas en la biela 49

Figura 28Diagrama par-motor 49

Figura 29Par-motor de explosioacuten 50

Figura 30 Ciclo termodinaacutemico Otto presioacuten-volumen 51

Figura 31 Eficiencia teacutermica 53

Figura 32 Caacutemara de combustioacuten del motor 55

Figura 33Modelo de malla 66

Figura 34Distribucioacuten de temperatura 67

Figura 35Flujo transitorio y estaacutetico estructural 67

Figura 36Importacioacuten de la temperatura de la biela 68

Figura 37 Estado final de esfuerzos de la biela 68

Figura 38 Anaacutelisis por sobrecalentamiento de la biela 69


VII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Conceptualizacioacuten de variable 39

Tabla 2 Caracteriacutesticas del motor 40

Tabla 3 Porcentaje de composicioacuten quiacutemica del acero usado 41

Tabla 4 Tratamiento teacutermico y propiedades mecaacutenicas 41

Tabla 5 Valores de entalpiacuteas para mezcla teoacuterica 56

Tabla 6 Valores de entalpiacutea para mezcla pobre 57

Tabla 7 Entalpiacutea de formacioacuten y entalpiacutea en el estado de referencia de 298 degK Mezcla rica 57

Tabla 8 Valores de entalpiacutea para mezcla rica 58

Tabla 9 Entalpiacutea de formacioacuten y entalpiacutea en el estado de referencia de 298 degK Mezcla teoacuterica real 60

Tabla 10 Valores de entalpiacuteas para mezcla teoacuterica real 61

Tabla 11 entalpia de formacioacuten y entalpiacutea en el estado de referencia de 298 degK Mezcla pobre real 62

Tabla 12 Valores de entalpiacuteas para mezcla pobre real 62

Tabla 13 Entalpiacutea de formacioacuten y entalpiacutea en el estado de referencia de 298 degK Mezcla rica real 64

Tabla 14 Valores de entalpiacuteas para mezcla rica real 64


VIII

RESUMEN

Esta investigacioacuten es de tipo y alcance exploratorio descriptivo correlacional y explicativo con un

enfoque mecaacutenico y cuantitativo Que tiene la finalidad de identificar las fallas en una biela que es

una parte moacutevil de un motor de combustioacuten interna de cuatro tiempos y cuatro cilindros encendido

por chispa (ECH) accionado con octano Mediante el anaacutelisis del comportamiento teacutermico y

estructural del objeto de estudio de esta investigacioacuten con base en los tres posibles diagramas para

mezclas de aire combustible estequiomeacutetrica rica y pobre y mediante el anaacutelisis de transferencia

de calor por conveccioacuten se determina el coeficiente correspondiente para cuando la biela es

sometida a sobrecalentamiento Subsecuentemente se realizaron los anaacutelisis cineacutetico y cinemaacutetico

con base caracteriacutesticas del motor VW Golf MK4 Gti 18T utilizando el software de MATLAB

Posteriormente se generoacute la geometriacutea de la biela con dimensiones reales en el software

SOLIDWORKS por uacuteltimo se simulo el comportamiento y reaccioacuten la biela tanto para un flujo

teacutermico transitorio como estructural en ANSYS Los resultados obtenidos muestran que los

esfuerzos y deformaciones en la biela en comparacioacuten con los liacutemites de cedencia del material se

encuentran dentro de los liacutemites permisibles ademaacutes de la identificacioacuten de los puntos vulnerables

a una posible falla o fractura

Palabras clave biela motor de combustioacuten interna sobrecalentamiento termo-estaacutetico


IX

ABSTRACT

This research is of type and scope exploratory descriptive correlational and explanatory with

a mechanical and quantitative approach Which has the purpose of identifying the faults in a

connecting rod that is a moving part of a four-stroke internal combustion engine and four cylinders

ignition by spark powered by octane When analyzing the thermal and structural behavior of the

object of study of this research based on the three possible diagrams for combustible air mixtures

stoichiometric rich and poor and by analysis of heat transfer by convection the corresponding

coefficient is determined for when the connecting rod is subjected to overheating Subsequently

kinetic and kinematic analyzes were performed based on the characteristics of the VW Golf MK4

Gti 18T engine using the MATLAB software Following the geometry of the connecting rod with

real dimensions was generated in the SOLIDWORKS software Finally the behavior and reaction

of the connecting rod were simulated both for transient and structural thermal flow in ANSYS

The results obtained show that the efforts and the deformations in the connecting rod in

comparison with the performance limits of the material are within the permissible limits in

addition to the identification of the vulnerable points before a possible failure or fracture

Keywords connecting rod internal combustion engine overheating thermo-static


1

INTRODUCCIOacuteN

Los motores de combustioacuten interna son los maacutes usados en los automoacuteviles los cuales en

ocasiones presentan fallas mecaacutenicas tan diversas como la cantidad de componentes del motor

Diferentes autores han determinado dentro de la diversidad de problemas relacionados con la biela

del motor los siguientes la fatiga el pasador que conecta a la biela del pistoacuten el cual recibe una

gran cantidad de desgaste el motor revolucionado el agua que ingresa al cilindro del motor en el

momento de la chispa la cual puede ocasionar que la biela se doble y deformaciones de la biela por

sobrecalentamiento por ello es importante que el sistema de lubricacioacuten se encuentre en buen

estado Asociado a esto es importante que se verifique el tratamiento teacutermico de los ciguumlentildeales de

tal forma que se tenga una resistencia adecuada Que en caso de presentarse alguno de estos

problemas la reparacioacuten del motor implica no solo la reposicioacuten de la biela sino de todas las piezas

afectas e incluso el cambio o restitucioacuten completa del motor

1 Planteamiento del problema

Preferentemente cuando se realiza la reparacioacuten de un motor de auto se debe comprobar el

estado de todas las piezas moacuteviles y fijas antes de la realizacioacuten de un trabajo de verificacioacuten pero

en la mayoriacutea de ocasiones los brazos de biela son reutilizados sin una previa revisioacuten de su estado

Una biela es un elemento fundamental en el funcionamiento de un motor ya que trasforma la

energiacutea quiacutemica generada por la combustioacuten en una energiacutea cineacutetica siendo el enlace entre la

absorcioacuten de la energiacutea mecaacutenica por lo que la biela es el elemento maacutes tensionado de un motor

y su correcto disentildeo y fabricacioacuten son muy importantes Por lo anterior la biela es robusta en su

disentildeo pero a la vez debe ser lo maacutes ligera posible para reducir la inercia y soportar los esfuerzos

mecaacutenicos a los que se encuentra sometida [1]

La biela soporta los continuos empujes del pistoacuten hacia abajo y los constantes esfuerzos del

ciguumlentildeal hacia arriba un trabajo realmente duro el que realiza la biela Se construye de acero

forjado con una teacutecnica denominada estampacioacuten que permite al material aguantar ese inmenso

trabajo y consiste en golpear un trozo de metal repetidas veces hasta conseguir la forma de la biela

[2]


2

Asociado a esto al no tener un adecuado sistema de lubricacioacuten en las partes moacuteviles se

presentan desgastes excesivos y prematuros los cuales pueden ocasionar una falla es por esto

importante considerar un buen sistema de lubricacioacuten durante el funcionamiento del motor La

temperatura en la caacutemara de combustioacuten debe ser superior a los 2000 degK siendo eacutesta una

temperatura instantaacutenea pues disminuye durante el tiempo de expansioacuten y escape de gases Es por

lo tanto necesario disipar el calor producido en la explosioacuten y si el sistema no funciona

correctamente la resistencia mecaacutenica de la biela se veraacute afectada teniendo como consecuencia

deformaciones importantes por sobrecalentamiento [3]

Una biela arqueada o retorcida sobre su eje provoca un ruido en el motor y este arqueamiento es

ocasionado por un diaacutemetro excesivo en el pie o cabeza de la biela o por un peso inadecuado del

elemento [4] En la rectificacioacuten de un motor de combustioacuten interna se rectifican 21 brazos de biela

en un mes lo que significa que estos elementos no son cambiados ya que los brazos de biela estaacuten

disentildeados para tener una vida infinita y estaacute sometido a millones de repeticiones de ciclos de carga

[5]

Es pertinente mencionar que con relacioacuten a las fallas mecaacutenicas de los motores relacionadas a la

biela de un motor se han encontrado investigaciones realizadas en diversos paiacuteses como Ecuador

Brasil Argentina Espantildea e incluso Meacutexico las cuales se detallan en apartados posteriores Que

conjuntamente a la constante evolucioacuten tecnoloacutegica de la ingenieriacutea en general y el disentildeo

mecaacutenico en particular se decidioacute analizar cuaacuteles son los factores que influyen en el

comportamiento de una biela en un motor de combustioacuten interna encendido por chispa (ECH) Se

plantea entonces el siguiente problema de investigacioacuten

iquestCuaacuteles son los elementos que causan las fallas de una biela de un motor de VW1 Golf MK4 Gti

18 T

1 Propoacutesito de la investigacioacuten

El propoacutesito de la presente investigacioacuten consiste en estudiar y analizar el comportamiento

termo-estaacutetico de una biela en un motor de combustioacuten interna encendido por chispa (ECH) que

1 VW Agencia de Autos VolksWagen


3

es accionado con gasolina como combustible y 100 aire teoacuterico La finalidad es identificar las

fallas de una biela de un motor de combustioacuten interna de cuatro tiempos y cuatro cilindros

encendido por chispa accionado por gasolina que sirva de apoyo para el buen funcionamiento de

la misma y que contribuya a incrementar su vida uacutetil

2 Justificacioacuten de la investigacioacuten

Frecuentemente la reparacioacuten de un auto depende del cuidado y buen mantenimiento que se deacute

al vehiacuteculo caso contrario esto va influir en el desgaste anticipado de los elementos fijos y moacuteviles

de un motor Ademaacutes en muchas ocasiones los brazos de biela son reutilizados sin una previa

revisioacuten de su estado o de un anaacutelisis de sus propiedades mecaacutenicas Por tales razones la

justificacioacuten de la presente investigacioacuten estaacute basado en diferentes aspectos los cuales se describen

a continuacioacuten

Conveniencia Reparar el motor tiene varias fases y las fallas tienen diferentes consecuencias

por lo cual hay que hacer un buen diagnoacutestico en cada una de sus piezas principalmente en las

bielas sin embargo no se conoce especiacuteficamente cuales son los problemas que origina la

falla de esta pieza El resultado esperado para la presente investigacioacuten seraacute realizar un anaacutelisis

termo-estaacutetico que permitiraacute identificar los esfuerzos y deformaciones para tomar decisiones

acertadas y precauciones de riesgo que puede generar el sobrecalentamiento del motor

Implicacioacuten praacutectica El analizar el comportamiento termo - estaacutetico de una biela en un

motor de combustioacuten interna de cuatro tiempos y cuatro cilindros encendido por chispa

permitiraacute determinar la fuerza axial para posteriormente identificar la temperatura de

combustioacuten adiabaacutetica Con estos datos junto con la simulacioacuten de la geometriacutea estaacutetica y

estructural de la biela permitiraacuten identificar posibles deformaciones Los resultados podraacuten

confirmar su aplicabilidad ya que ayudaraacuten a tomar precauciones importantes para que el

motor tenga un excelente funcionamiento evitando riesgos fatales que pueden extenderse a la

destruccioacuten total del motor Se evidenciaraacute la necesidad de maacutes investigaciones destacaacutendose

los beneficios de la simulacioacuten poniendo en evidencia su relevancia social y su practicidad

Finalmente este estudio participa en el avance positivo en el campo de la ingenieriacutea mecaacutenica

Relevancia Social Al tener una posible solucioacuten aproximada mediante el anaacutelisis del

elemento finito el anaacutelisis estructural de la fuerza sobre la biela y la realizacioacuten de la


4

simulacioacuten para esfuerzos y deformaciones se podraacuten tener productos de calidad a menor

costo mejorar los procesos existentes y tambieacuten estudiar fallos de un componente estructural

o un equipo teniendo un impacto positivo debido a que permitiraacute que el motor de combustioacuten

interna tenga menos dantildeos

Valor Teoacuterico La elaboracioacuten del trabajo de investigacioacuten traeraacute como beneficio

herramientas metodoloacutegicas para estudios relacionados con las ciencias exactas

contribuyendo con aportes significativos a la aplicacioacuten de la teoriacutea de motores de combustioacuten

interna lo que permitiraacute el enriquecimiento de la ingenieriacutea mecaacutenica

3 Objetivos

31 Objetivo general

Analizar cuaacuteles son los elementos que causan las fallas de una biela de un motor VW Golf MK4

Gti 18T

32 Objetivos especiacuteficos

Identificar el comportamiento termo - estaacutetico de la biela en un motor de combustioacuten interna

de 4 tiempos y 4 cilindros encendido por chispa

Determinacioacuten de la fuerza axial que actuacutea en una biela en un motor VW Golf MK4 Gti 18T

Obtener la temperatura de combustioacuten adiabaacutetica para una reaccioacuten de combustioacuten

estequiomeacutetrica

Identificar posibles deformaciones de la biela con base en la simulacioacuten de su geometriacutea

estaacutetica y estructural

Elaborar un anaacutelisis de las posibles fallas de la biela de un motor VW Golf MK4 Gti 18T

4 Alcances

La investigacioacuten se realizoacute en una biela de un motor de combustioacuten interna de cuatro tiempos

y cuatro cilindros encendido por chispa

Se trabajaron las etapas de anaacutelisis termo - estaacutetico y determinacioacuten de la temperatura de

combustioacuten adiabaacutetica dentro de la caacutemara del cilindro


5

Para la realizacioacuten de estas etapas se utilizoacute el software SolidWorks para generar la geometriacutea

real de la biela Se utilizoacute asiacute mismo ANSYS para la simulacioacuten estaacutetica estructural para

identificar esfuerzos y deformaciones de la biela

5 Organizacioacuten del estudio

El desarrollo de esta investigacioacuten comprende cinco capiacutetulos los cuales se describen a

continuacioacuten

Capiacutetulo 1 Estado del Arte la descripcioacuten de las investigaciones relacioacuten a las fallas

mecaacutenicas de los motores relacionadas a la biela de un motor relacionadas en diversos paiacuteses

como Ecuador Brasil Argentina Espantildea e incluso Meacutexico

Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico se desarrolla inicialmente el marco conceptual sobre las bielas los

componentes de las bielas anaacutelisis estaacutetico y teacutermico motor de combustioacuten haciendo eacutenfasis en

el disentildeo mecaacutenico de una biela

Capiacutetulo 3 Metodologiacutea se abordan los aspectos metodoloacutegicos de la investigacioacuten como son

enfoque alcance formulacioacuten de hipoacutetesis disentildeo seleccioacuten de la muestra recoleccioacuten de datos

y el procesamiento y anaacutelisis de datos

Capiacutetulo 4 Anaacutelisis e interpretacioacuten de Resultados se analizan e interpretan los resultados

obtenidos en las pruebas de simulacioacuten

Capiacutetulo 5 Conclusiones y Recomendaciones se presentan las conclusiones

recomendaciones y aportaciones de la experiencia adquirida durante la investigacioacuten realizada


6

CAPIacuteTULO 1 ESTADO DEL ARTE

Como ya se mencionoacute anteriormente el propoacutesito de la presente investigacioacuten consiste en estudiar

y analizar el comportamiento termo-estaacutetico de una biela en un motor de combustioacuten interna

encendido por chispa (ECH) que es accionado con gasolina como combustible y 100 aire teoacuterico

Y con la finalidad de identificar las fallas de la biela y que estos resultados sirvan de apoyo para el

buen funcionamiento de la misma y que contribuya a incrementar su vida uacutetil

Resultado de la buacutesqueda sobre las investigaciones relacionadas con el propoacutesito de esta

investigacioacuten Se encontroacute que en Ecuador Reyes Cantildeizares y Villacres [6] realizaron un estudio

el cual consistioacute en analizar un brazo de biela de un motor que ha alcanzado el kilometraje

necesario para una reparacioacuten y no presenta ninguna falla en su estructura y comparar los

resultados con el brazo de una biela nueva Para desarrollar este anaacutelisis realizaron un ensayo de

traccioacuten bajo la norma ASTM con el fin de obtener los valores del liacutemite de fluencia y la resistencia

a la traccioacuten del material del que estaacute hecho el elemento A partir de los resultados obtenidos los

valores praacutecticos de las propiedades mecaacutenicas de los brazos de biela cumplen con los datos

teoacutericos del tipo de material del cual estaacuten fabricadas A su vez se demostroacute que el brazo de biela

de un vehiacuteculo con un recorrido de 1197599 km mejoroacute su estructura y sus propiedades

mecaacutenicas debido a la temperatura de los ciclos de trabajo del motor que van entre los 800 y 950

degC Los resultados mostraron que las propiedades mecaacutenicas del elemento mejoraron con el tiempo

y con la temperatura de funcionamiento del motor debido al tratamiento teacutermico de normalizacioacuten

A partir de los anaacutelisis realizados se determinoacute que el brazo de biela usado se encuentra en

condiciones oacuteptimas para ser utilizado en una reparacioacuten de motor asegurando asiacute el adecuado

funcionamiento y evitando el reemplazo del elemento lo que dio como resultado un ahorro

econoacutemico

Estudios elaborados en Brasil por Valdeacutez et al [7] indican que los motores de combustioacuten

interna son los maacutes usuales en los automoacuteviles y sirven para producir fuerza Entre los problemas

que se han encontrado son las fallas de las bielas relacionadas con otras fallas y especiacuteficamente

de los ciguumlentildeales los cuales fueron analizados dando un incorrecto rectificado de los muntildeones

produciendo alta generacioacuten de calor sobre las superficies en contacto originando pequentildeas fisuras

por fatiga teacutermica El valor de dureza promedio obtenido del nuacutecleo del ciguumlentildeal fue de 26 puntos

en la escala Rockwell C que equivale aproximadamente a 255 puntos en la escala Brinell y a una


7

resistencia de 85 kgmm2 Se concluye que el tratamiento teacutermico de bonificado realizado sobre el

ciguumlentildeal se desarrolloacute fuera de las normas obtenieacutendose una resistencia menor al liacutemite miacutenimo

recomendado De los resultados del anaacutelisis metalograacutefico se pudo identificar la presencia de

austenita retenida cuya proporcioacuten afecta inversamente la dureza y la resistencia final En los

resultados que se obtuvieron los autores mencionan que es necesario realizar un tratamiento

teacutermico de endurecimiento superficial como la nitruracioacuten Tambieacuten recomiendan estudiar la

bitaacutecora del tratamiento teacutermico utilizado en la produccioacuten del ciguumlentildeal con el fin de identificar

la etapa del tratamiento teacutermico que presenta el problema [8]

De igual forma indagaciones elaboradas en Argentina por Cravino et Al [9] mencionan que

existen diversos problemas cuando llegan a tener fallas las bielas de un motor por lo que los

autores mencionan que analizaron las dificultades desde el punto de vista dimensional metaluacutergico

y mecaacutenico a fin de determinar las causas probables de dichas fallas Seguacuten los resultados

obtenidos el material de la biela corresponde a un acero del tipo SAE 1141 que no concuerda con

el requerido por el fabricante No se encontraron defectos microestructurales o superficiales en el

material asociados con la falla La superficie de fractura presenta un comienzo deacutebil que finaliza

con las caracteriacutesticas fibrosas de un proceso duacutectil La causa probable de la falla del componente

se atribuye a una sobrecarga que produjo superacioacuten en el liacutemite elaacutestico del material y que

posteriormente dio lugar al pandeo plaacutestico del componente variando su geometriacutea y

fracturaacutendose totalmente Esta falla se debioacute a que el elemento estuvo sometido a un esfuerzo

mayor al que corresponderiacutea en condiciones normales de funcionamiento

Estudios realizados en Espantildea por Gonzaacutelez [10] mencionan que la naturaleza de las fuerzas que

afectan a la biela son fundamentalmente de dos tipos las de combustioacuten y las de inercia En la

investigacioacuten sobre el disentildeo de una biela el autor utilizoacute el software de aplicacioacuten Working Model

que ayudoacute para el anaacutelisis cinemaacutetico y dinaacutemico mediante la simulacioacuten La finalidad fue calcular

las fuerzas aplicadas en la cabeza y el pie de la biela para posteriormente hacer un anaacutelisis de

elementos finitos que definieran los esfuerzos En los resultados obtenidos se logroacute disminuir la

longitud de la biela la cual permitioacute compactar maacutes el motor y reducir su peso De esta forma el

consumo y las emisiones del motor seraacuten menores que es uno de los grandes objetivos actualmente

de la industria automoviliacutestica Al realizar la simulacioacuten para el pandeo de la biela se aplicoacute un


8

valor de α2=2 obteniendo una carga criacutetica de pandeo de 3799522 N por lo que la carga para

evitar el fenoacutemeno de pandeo es σpandeo3 = 15663 MPa Con estos datos el autor afirma que la

biela no va a sufrir pandeo en ninguacuten caso considerando ademaacutes que el cuerpo estaacute

sobredimensionado

Aunado a lo anterior investigaciones realizadas en Meacutexico por Espinoza indican que las fallas

de los autos se deben al kilometraje recorrido de los cuales causan desgastes inevitables para el

motor provocando todo tipo de fallas incluyendo los de las bielas Los propietarios de los

vehiacuteculos necesitan por lo tanto recurrir a expertos que reparen los vehiacuteculos y garanticen su

funcionamiento [11] En el Estado de Meacutexico en especial en la zona de Texcoco se cuenta con

talleres que se encargan de la reparacioacuten de vehiacuteculos en general Eacutestos aun cuando ofrecen el

servicio de reparacioacuten de motores no trabajan directamente con este tipo de especiacutefico de

reparacioacuten sino que acuden a talleres especializados en rectificacioacuten para remediar los dantildeos

internos en los mismos Muchas veces no se dedican a la reparacioacuten de fallas de bielas debido a

que existen muchos factores que influyen en este tipo de descompostura En los motores la

principal fuente de energiacutea es la gasolina que es el combustible empleado con mayor frecuencia

por lo tanto es importante la calidad de ella para el oacuteptimo funcionamiento [12]

De igual forma Riesco et al [13] en estudios realizados en Hidalgo para comparar los modelos

de transferencia de calor y duracioacuten de la combustioacuten en el comportamiento de los ciclos

termodinaacutemicos de los motores de combustioacuten interna alternativos Dentro de los resultados

obtenidos los autores mencionan que los ciclos de aire estaacutendar con leyes de quemado permiten

tener resultados maacutes aproximados a los reales que los ciclos teoacutericos de aire estaacutendar Esto se debe

principalmente a que con los meacutetodos de simulacioacuten se toman en cuenta las peacuterdidas de energiacutea

por refrigeracioacuten y no se supone que la adicioacuten de calor se realice a presioacuten o volumen constante

sino que su velocidad se controla mediante expresiones empiacutericas Los resultados muestran que la

eleccioacuten tanto del modelo de transferencia de calor como el de la duracioacuten de la combustioacuten es

muy subjetiva y debido a que los sistemas de los motores se cambian contantemente se deberaacuten

ajustar las constantes que aparecen en dichos modelos para cada motor en particular

2 Desplazamiento angular de la manivela respecto a la posicioacuten correspondiente a PMS 3 Inestabilidad elaacutestica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos y que se manifiesta por la aparicioacuten de

desplazamientos importantes transversales a la direccioacuten principal e compresioacuten


9

Figura 1Estado del arte


10

CAPIacuteTULO 2 MARCO TEOacuteRICO

Un auto estaacute compuesto por diferentes piezas entre las cuales se encuentran filtro de aire

carburador distribuidor bomba de gasolina bobina de encendido filtro de aceite bomba de aceite

caacuterter aceite lubricante toma de aceite cables de alta tensioacuten de bujiacuteas bujiacutea balanciacuten muelle de

vaacutelvula vaacutelvula de escape vaacutelvula de admisioacuten lumbrera de admisioacuten caacutemara de combustioacuten

varilla empujadora aacuterbol de levas aros de pistoacuten pistoacuten biela buloacuten ciguumlentildeal muacuteltiple de escape

refrigeracioacuten del motor varilla medidora de aceite volante y motor de arranque

21 Conceptualizacioacuten del motor

La palabra motor proviene del latiacuten motoris que significa mover y en lo que se refiere a

automoacuteviles estos se encuentran disentildeados por varios elementos entre los cuales se encuentran los

motores el cual da vida a un auto sin eacutel no hay movimiento Un automoacutevil utiliza una fuente de

energiacutea mecaacutenica para poder moverse la cual se obtiene mediante una transformacioacuten de otros tipos

de energiacutea dentro del motor como la eleacutectrica de combustioacuten o la combinacioacuten de ambas

Seguacuten Renzo [14] el motor de un auto es un motor de combustioacuten interna el cual obtiene energiacutea

mecaacutenica desde la energiacutea quiacutemica que se genera cuando explota el combustible en el interior El

motor estaacute formado por un conjunto de caacutemaras de combustioacuten llamadas cilindros dentro de las

cuales se producen sus cuatro tiempos de funcionamiento admisioacuten compresioacuten explosioacuten y

escape

Para Fersainz [15] un motor es una maacutequina que convierte el calor producido por la explosioacuten

(en el caso de los de gasolina) o la combustioacuten (en el caso de dieacutesel) del combustible en un

movimiento con suficiente fuerza para que las ruedas giren y el vehiacuteculo pueda desplazarse El

autor menciona que en los motores convencionales los autos se ponen en movimiento debido a

una chispa que se genera en la mezcla de vapor de combustible y aire comprimido dentro de un

cilindro sellado haciendo que la mezcla se queme raacutepidamente y proporciona energiacutea

Se puede concluir que un motor es una maacutequina compuesta por varios elementos el cual puede

proporcionar energiacutea utilizando alguacuten tipo de combustible para que tenga un funcionamiento

adecuado


11

22 Clasificacioacuten de motores

Existen diferentes tipos de motores entre los cuales se encuentran los eleacutectricos los teacutermicos

eacutestos se subdividen en motores de combustioacuten externa e interna y los hiacutebridos Los cuales se

describen a continuacioacuten

221 Motores eleacutectricos

En este tipo de autos el combustible utilizado es la electricidad Eacutesta se convierte en energiacutea

mecaacutenica mediante una interaccioacuten entre campos magneacuteticos opuestos generados por imanes y un

conductor de electricidad Debido a una constante atraccioacuten y repulsioacuten magneacutetica entre ellos se

produce una rotacioacuten continua dentro del motor generando energiacutea necesaria para el movimiento

del vehiacuteculo [16] La figura 2 muestra un motor eleacutectrico

Para Enriquez [17] los motores eleacutectricos representan los caballos de batalla de la industria y

del movimiento en general Su uso se da ademaacutes en hospitales escuelas edificios de oficinas y

centros comerciales en donde se usan para aplicaciones en suministro de agua calefaccioacuten

enfriamiento y muchas otras rutinas de trabajo Estos motores son usados en los automoacuteviles

modernos aunque son maacutes complejos que el simple cableado eleacutectrico y se usan en casi todos los

aspectos operativos del automoacutevil [18]

Un motor eleacutectrico transforma la energiacutea eleacutectrica en energiacutea mecaacutenica para impulsar el

funcionamiento de una maacutequina [19]

Figura 2 Motor eleacutectrico


12

Se puede concluir que un motor eleacutectrico es una maacutequina que tiene la capacidad de transformar

energiacutea eleacutectrica en mecaacutenica de tal forma que permita el movimiento de un vehiacuteculo Su tamantildeo

y su volumen es reducido y su potencia puede ser alta

222 Motores teacutermicos

Los motores teacutermicos son maacutequinas que tienen por objeto transformar energiacutea caloriacutefica en

energiacutea mecaacutenica directamente utilizable [20] Eacutestos se clasifican en motores de combustioacuten

externa y motores de combustioacuten interna los cuales se describen en las secciones 224 y 23

respectivamente

223 Motores hiacutebridos

Un sistema hiacutebrido se basa en una fuente de combustioacuten interna de gasolina combinado con un

motor eleacutectrico para propulsar el vehiacuteculo tal como se visualiza en la figura 3

Este tipo de motor reduce las emisiones y aumenta la eficiencia de combustible Los vehiacuteculos

hiacutebridos utilizan la energiacutea mucho maacutes eficientemente que los sistemas de gasolina convencionales

[19] Se denomina motor hiacutebrido a un vehiacuteculo en el cual la energiacutea eleacutectrica que lo impulsa

proviene de bateriacuteas y de un motor de combustioacuten interna que mueve un generador Entre sus

ventajas se encuentran 1) su autonomiacutea ya que eacutesta depende del combustible almacenado en el

tanque 2) tiene un alto y uniforme rendimiento incluso a bajas temperaturas 3) el motor de

combustioacuten interna funciona bajo un estrecho margen de carga y velocidad lo que incrementa su

eficiencia [21]

Figura3 Motor hiacutebrido


13

Para Chang [22] un motor hiacutebrido es aquel que combina un motor de combustioacuten interna y un

motor eleacutectrico los cuales tienen una mayor eficiencia energeacutetica y esto se debe a que este tipo de

motores son maacutes pequentildeos y por lo tanto consumen poca energiacutea

Por lo expuesto anteriormente se puede decir que un motor hiacutebrido es aquel que tiene una

combinacioacuten de un motor de combustioacuten interna y un motor eleacutectrico Esta combinacioacuten optimiza

su funcionamiento para un mejor rendimiento

224 Motores de combustioacuten externa

En la figura 4 se muestra un ejemplo de motor de combustioacuten externa Al igual que los motores

de combustioacuten interna son motores teacutermicos en los cuales el motor alcanza un estado teacutermico

mayor mediante la transmisioacuten de energiacutea teacutermica [23]

Su principal funcioacuten es hacer trabajo mecaacutenico a expensas de la expansioacuten y contraccioacuten de un

gas en un recinto cerrado El motor cuenta con un desplazador que hace que el gas pase de la zona

friacutea a la zona caliente y luego a la zona friacutea nuevamente producieacutendose consecuentemente su

tendencia a la expansioacuten y su posterior contraccioacuten [24]

Figura 4 Motor de combustioacuten externa (turbina de gas)


14

Los motores de combustioacuten externa seguacuten Meza [24] son maacutequinas que realizan una conversioacuten

de energiacutea caloriacutefica en energiacutea mecaacutenica El rendimiento teacutermico de estos los motores se ve

limitado por varios factores principalmente por la peacuterdida de energiacutea por la friccioacuten y la

refrigeracioacuten

23 Motores de combustioacuten interna

Un motor de combustioacuten interna es un motor teacutermico en el cual se produce una combustioacuten del

fluido del motor transformando la energiacutea quiacutemica en teacutermica a partir de la cual se obtiene energiacutea

mecaacutenica Un ejemplo de este tipo de motor se aprecia en la figura 5

Estos motores tienen como principal fuente de energiacutea la gasolina Eacuteste es el combustible

empleado con mayor frecuencia por lo que es importante su calidad para un oacuteptimo

funcionamiento Un buen combustible debe tener un octanage aceptable ya que la gasolina debe

explotar dentro del cilindro para generar el movimiento del pistoacuten [26]

Este tipo de motores transforma el calor generado por el combustible ya sea dieacutesel o gasolina

en movimiento mecaacutenico del automoacutevil Durante este proceso el oxiacutegeno del aire se mezcla con el

combustible y hace que este uacuteltimo explote (en el caso de la gasolina) generando gases cuya fuerza

de expansioacuten teacutermica acciona sobre el pistoacuten que a su vez empuja el ciguumlentildeal y hace que eacuteste

ponga en movimiento las ruedas del automoacutevil [28]

Figura 5 Motor de combustioacuten interna


15

Seguacuten Creus [29] un motor de combustioacuten interna utiliza la energiacutea interna del combustible para

que el motor realice un trabajo Dichos motores son ampliamente utilizados como fuentes de

alimentacioacuten en lugares de difiacutecil acceso Sin embargo los motores de combustioacuten interna de

dieacutesel tienen un rango de fallo por cada antildeo de explotacioacuten de entre 25 a 50

Se conoce como motores de combustioacuten interna (o endoteacutermicos) alternativos a cualquier tipo de

maacutequinas que a partir de energiacutea quiacutemica sean capaces de convertirla y obtener energiacutea mecaacutenica

para su uso El arranque de los motores se lleva a cabo en su caacutemara interna y sucede al momento

de ser encendido [20]

El motor de combustioacuten interna es la unidad energeacutetica y motriz de los medios de transporte

maacutequinas y equipos que se utilizan en actividades de diversas ramas de la economiacutea [30]

Se puede decir que un motor de combustioacuten interna es aquel que es capaz de convertir la energiacutea

quiacutemica en mecaacutenica para que se pueda utilizar de manera oacuteptima

231 Clasificacioacuten de los motores de combustioacuten interna

La clasificacioacuten de los motores puede ser extensa esto debido al disentildeo y mecanismos

mecaacutenicos A continuacioacuten se describen algunas clasificaciones

Respecto a la forma de los cilindros Su distribucioacuten puede ser en ldquoVrdquo o ldquoen liacuteneardquo esto

depende de la cantidad de cilindros existentes los cuales van en funcioacuten de la potencia del

motor Normalmente los motores de automoacuteviles son de 4 o 6 cilindros distribuidos en ldquoVrdquo

Referente a la forma de refrigeracioacuten Pueden ser refrigerados por liacutequido que normalmente

es agua donde el calor es evacuado al radiador del auto Tambieacuten pueden ser refrigerados por

aire donde se necesita de un ventilador que ayude a circular el aire alrededor del motor

Concerniente a las caras de los pistones Los motores convencionales utilizan una cara activa

de los pistones que se conocen como pistones de simple efecto Son aquellos que se

encuentran en contacto con el fluido activo y recibe el impacto de la energiacutea quiacutemica De igual

forma existen motores que utilizan los pistones de doble efecto los cuales funcionan en dos

direcciones y usan dos cilindros con dos pistones y dos bielas conectados a su respectivo

ciguumlentildeal


16

Respecto a la presioacuten del aire a la caacutemara de combustioacuten En las maacutequinas convencionales

el aire de la atmoacutesfera entra directamente a la caacutemara y la presioacuten es la atmosfeacuterica Dichos

motores usan un comprensor que se encargan de comprimir el fluido antes de conducirlo al

interior del motor

Referente a la introduccioacuten de combustible a la caacutemara interna Se clasifican en motores

de inyeccioacuten y carburacioacuten en estos uacuteltimos se mezclan los fluidos operantes para

posteriormente introducirlo a la caacutemara por medio de una vaacutelvula reguladora

Concerniente al ciclo operativo Se refiere a la cantidad de operaciones que el fluido activo

ejecuta en el cilindro La duracioacuten del ciclo la mide el pistoacuten

Respecto al tipo de encendido Esta clasificacioacuten radica en el modo de encendido con el ciclo

termodinaacutemico con el que opera la maacutequina [28]

232 Elementos de un motor de combustioacuten interna

Los elementos de un motor de combustioacuten interna son biela pistoacuten y ciguumlentildeal los cuales se

describen en los siguientes apartados

24 Conceptualizacioacuten de la biela

La biela es el elemento del motor encargado de transmitir al ciguumlentildeal la presioacuten de los gases que

actuacutea sobre el pistoacuten Es un elemento de difiacutecil lubricacioacuten y es una parte criacutetica del motor por lo

que su disentildeo y fabricacioacuten son muy importantes [31] Por lo general las bielas se fabrican de acero

templado aunque en motores de altas prestaciones se suelen utilizar bielas de aluminio o de titanio

[32] tal como se muestra en la figura 6

Para Morillo Ibaquingo amp Benavides [33] una biela es un elemento mecaacutenico que conecta el

pistoacuten al ciguumlentildeal Sirve ademaacutes para transmitir al ciguumlentildeal la fuerza recibida del pistoacuten

transformando esta fuerza de lineal a rotativa


17

Figura 6Biela

Para Alzalluacute [34] por o tro lado la biela se encuentra intercalada entre el pistoacuten y el ciguumlentildeal

Soporta los continuos empujes del pistoacuten hacia abajo y los constantes esfuerzos del ciguumlentildeal hacia

arriba Se construyen de acero forjado con una teacutecnica denominada estampacioacuten que permite al

material aguantar ese inmenso trabajo y consiste en golpear un trozo de metal repetidas veces hasta

conseguir la forma de la biela Su cuerpo adopta una forma de ldquodoble Trdquo

Las bielas estaacuten sometidas en su trabajo a esfuerzos de compresioacuten traccioacuten y tambieacuten de flexioacuten

muy grandes y por ello se fabrican con materiales resistentes pero a la vez han de ser lo maacutes

ligeros posibles Generalmente estaacuten fabricadas de acero con silicio manganeso y cromo Son

perforadas es decir se les crea un conducto por donde circula el aceite bajo presioacuten desde la

cabeza hasta el pasador con el fin de lograr una buena lubricacioacuten [27]

241 Elementos de una biela

En la figura 7 como puede apreciarse estaacute conformada por el pie que es el extremo que va

unido al buloacuten que a su vez va enganchado en el ciguumlentildeal Este es el extremo maacutes pequentildeo de la

biela El Cuerpo es la zona central de la biela que debe soportar la mayor parte de los esfuerzos

pero al estar en continuo movimiento tambieacuten debe de ser ligero por ello se suele construir con

forma de doble T

La Cabeza igual que el Pie y Cuerpo es la parte que va unida al ciguumlentildeal A diferencia del pie la

cabeza va dividida en dos mitades una de ellas unida al cuerpo y la otra (sombrerete) separada de

eacuteste requirieacutendose dos tornillos para unirse a eacutel Estaacuten tambieacuten el casquillo o cojinete Tornillos

de dilatacioacuten y vaacutestago de biela Por lo general las bielas se fabrican de acero templado aunque

en motores de altas prestaciones se suelen utilizar bielas de aluminio o de titanio [35]


18

Figura 7 Partes de la biela

La biela es la pieza que estaacute encargada de transmitir al ciguumlentildeal la fuerza recibida del pistoacuten

242 Caracteriacutesticas de los metales de una biela

Los metales de los que estaacuten hechas las bielas deben reunir diversas caracteriacutesticas las cuales se


Resistencia a la fatiga La firmeza que recubre a la biela debe ser mayor que la presioacuten de la

carga dinaacutemica en la peliacutecula del aceite mayor de las cargas de explosiones en la caacutemara de

combustioacuten y mayor que las cargas por inercia de las masas rotantes

Conformidad El casquillo del metal de la biela debe tener la geometriacutea exacta para mantener

el aceite en un nivel consistente con la resistencia a la fatiga de la aleacioacuten

Compatibilidad Es la resistencia que tiene el material de las diferentes aacutereas de unioacuten

Resistencia a la corrosioacuten El lubricante debe tener un determinado grado de acidez que

corroeraacute la superficie del material por lo que el metal de la biela debe ser capaz de resistir lo

mejor posible este efecto

Incrustabilidad En el aceite de los motores se encuentran partiacuteculas de basura que la

superficie del metal de la biela debe ser capaz de aceptar con el menor dantildeo posible [36]


19

243 Fallas en las bielas del motor

Existen diferentes circunstancias por las que puede fallar una biela en un motor entre las cuales se

encuentran

Fatiga Es una falla de las bielas rotas y aunque la estructura de las bielas de motor estaacute hecha

para resistir las altas fatigas producto de las altas revoluciones en el motor esto no duraraacute para

siempre

Pasador El pasador que conecta la biela al pistoacuten recibe una gran cantidad de desgaste Si

este pasador suelta la varilla de conexioacuten ya no estaraacute conectada al motor lo que resulta en un

problema para eacutel

Motor revolucionado Un motor revolucionado es la principal causa de falla de las varillas

de conexioacuten de los motores nuevos y de alto rendimiento

Agua en el motor Si entra mucha agua en el cilindro en el momento de la chispa la biela se

puede doblar o romper [37]

25 Conceptualizacioacuten del pistoacuten

El pistoacuten es el encargado de darle la fuerza generada por la explosioacuten a la biela para que ella

haga el resto y debido a los esfuerzos tanto de friccioacuten como de calor a los que estaacute sometido el

pistoacuten se fabrica con materiales muy resistentes al calor y al esfuerzo fiacutesico pero siempre

empleando materiales ligeros para aumentar su velocidad faacutecilmente y poder alcanzar regiacutemenes

de rotacioacuten elevados [38] Los pistones se fabrican de aluminio silicio niacutequel y magnesio [39] un

ejemplo de pistoacuten se muestra en la figura 8

Figura8 Pistoacuten


20

Seguacuten Gontildei amp Rojas [40] se denomina pistoacuten a uno de los elementos baacutesicos del motor de

combustioacuten interna Se trata de una pieza que se ajusta al interior de las paredes del cilindro

mediante aros flexibles llamados anillos Efectuacutea movimientos obligando al fluido que ocupa el

cilindro a modificar su presioacuten y volumen

Un pistoacuten estaacute constituido por partes cabeza arcos y cubos del perno La funcioacuten del pistoacuten es

cerrar y obturar la caacutemara de combustioacuten interna asiacute como recibir la fuerza causa en la combustioacuten

a traveacutes de la biela y transmitirla al ciguumlentildeal como fuerza de torsioacuten tambieacuten transmite el calor

producido por los gases de combustioacuten hacia las paredes del cilindro para que sean refrigeradas por

el lubricante El pistoacuten se desplaza raacutepidamente por el interior de los cilindros el cual tiene

segmentos los cuales consiguen la estanquidad necesaria entre el pistoacuten y las paredes del cilindro

De este modo se evita que parte del gas comprimido se escape hacia la parte inferior del motor Por

ese motivo el pistoacuten debe estar fabricado de un material ligero y resistente a la vez Atravesando el

pistoacuten se observa un orificio pasante A traveacutes de este orificio el pistoacuten se une a la biela por

mediacioacuten de un buloacuten de acero [41]

El pie de la biela es el que la une al pistoacuten por medio del buloacuten el cuerpo por su parte asegura la

rigidez de la pieza y la cabeza gira sobre el codo del ciguumlentildeal como puede apreciarse en la figura

9

Los pistones del motor mantienen un movimiento constante hacia arriba y hacia abajo mientras

que el ciguumlentildeal genera un movimiento circular de modo que el auto puede avanzar Los pistones

de un motor se mueven arriba y abajo por el ciguumlentildeal dentro de los cilindros en el motor Las

explosiones que ocurren en estos cilindros de empuje contra los pistones permiten llevarlos de

vuelta y comenzar el ciclo otra vez Los pistones estaacuten conectados al ciguumlentildeal para asegurar que se

mueva con ellos y mantener sus movimientos regulados [42]

Figura9Unioacuten pistoacuten y biela


21

26 Conceptualizacioacuten del ciguumlentildeal

En la figura 10 se aprecia el ciguumlentildeal encargado de transformar el movimiento de la biela en

movimiento rotatorio o circular Junto con el pistoacuten y la biela se considera la pieza maacutes importante

del motor Es una pieza que ha de soportar grandes esfuerzos por eso se construye de materiales

muy resistentes para que puedan aguantar cualquier movimiento sin romperse

El ciguumlentildeal es un aacuterbol de transmisioacuten que junto con las bielas transforma el movimiento

alternativo en circular o viceversa Consiste en un conjunto de manivelas una de ellas llamada

muntildeequilla y dos brazos que acaban en el eje giratorio del ciguumlentildeal Los ciguumlentildeales se utilizan en

los motores de combustioacuten de los automoacuteviles donde el movimiento lineal de los pistones dentro

de los cilindros se trasmite a las bielas y se transforma en un movimiento rotatorio del ciguumlentildeal

que a su vez se transmite a las ruedas y otros elementos como un volante de inercia El ciguumlentildeal

es un elemento estructural del motor [43]

Para Aacutelvarez [42] el ciguumlentildeal estaacute situado en el motor de un vehiacuteculo y convierte la fuerza creada

por los pistones del motor El ciguumlentildeal estaacute conectado a todos los pistones en el motor y el volante

En la figura 11 se puede observar la articulacioacuten de la biela el pistoacuten y el ciguumlentildeal donde el

movimiento es rotativo para su adecuado funcionamiento Estos tres elementos no pueden

funcionar en forma separada

Figura 10Ciguentildeal


22

Figura 11Unioacuten de biela pistoacuten y ciguumlentildeal

Debido a los impulsos provocados por los pistones se presentan diferentes vibraciones

determinadas por el nuacutemero de revoluciones las cuales pueden provocar la rotura del ciguumlentildeal y

ruido excesivo en el motor Su funcioacuten es impulsar la fuerza de cada uno de los cilindros a traveacutes

del mecanismo de las bielas Estaacuten fabricados con materiales de acero cementado templado y con

aleaciones de niacutequel y cromo Estos materiales permiten tener un tratamiento teacutermico

27 Conceptualizacioacuten de Cojinetes

Desde hace tiempo la ingenieriacutea automotriz se ha enfocado en el disentildeo y la fabricacioacuten de

superficies que permitan reducir la friccioacuten principalmente en los cojinetes [364546]

Los cojinetes son los encargados de unir la biela con el ciguumlentildeal para evitar que haya rozamiento

entre ellos y evitar peacuterdidas de potencia y averiacuteos Tienen forma de media luna tal como se aprecia

en la figura 12 y se colocan entre el ciguumlentildeal y la cabeza de las bielas Estos deben ser construidos

con gran precisioacuten pues cualquier mala elaboracioacuten puede impactar en el funcionamiento del

motor

Figura 12Cojinetes


23

Seguacuten Suaacuterez [47] los cojinetes son punto de apoyo de ejes para sostener su peso guiarlos en su

rotacioacuten y evitar deslizamientos Van colocados directamente en el bastidor de la pieza y los

cojinetes trabajan en forma conjunta con la biela y el ciguumlentildeal

De acuerdo con Suaacuterez Toro amp Veacutelez [48] los cojinetes son que piezas de metal que descansan

y giran en cualquier eje de un motor Son dispositivos que se colocan entre la porcioacuten fija y la

porcioacuten giratoria de un motor y sirven para reducir al miacutenimo la friccioacuten entre ambas Los cojinetes

se fabrican con pequentildeas esferas metaacutelicas sin embargo no garantizan una vida uacutetil extensa El

rendimiento de los cojinetes es afectado por las condiciones de velocidad materiales en contacto

temperatura lubricacioacuten tipo de carga entre otros

271 Clasificacioacuten de los cojinetes

Los cojinetes se clasifican por friccioacuten o deslizamiento y de rodamiento Eacutestos se explican a

continuacioacuten

Cojinetes de friccioacuten o deslizamiento El cojinete de friccioacuten estaacute compuesto por dos pistas

una interior y otra exterior Eacutestas tienen contacto directo por medio de deslizamiento o friccioacuten

La reduccioacuten del rozamiento se realiza seguacuten la seleccioacuten de materiales y lubricantes Los

lubricantes tienen la funcioacuten de crear una peliacutecula deslizante que separe los dos materiales o

evite el contacto directo Para Veacutelez [49] los cojinetes de friccioacuten son aquellas piezas que

entre mayor es la friccioacuten es maacutes difiacutecil el movimiento entre los dos objetos En el caso de

maacutequinas la friccioacuten ocasiona el desgaste de las piezas

Seguacuten Arias [50] los cojinetes de friccioacuten son puntos de apoyo de ejes y aacuterboles para sostener

su peso guiarlos en su rotacioacuten y evitar deslizamientos Van montados en soportes para

facilitar su montaje tal como se aprecia en la figura13 Mientras que para Espitia [51] es el

elemento mecaacutenico capaz de soportar los gorrones de los ejes giratorios que se caracteriza por

un reducido coeficiente de rozamiento asiacute como por la posibilidad de ser lubricado

constantemente Otra caracteriacutestica importante reside en el hecho de que el material del

cojinete debe ser maacutes blando que el eje para evitar el deterioro de eacuteste en el caso de una

lubricacioacuten defectuosa


24

Figura 13Cojinetes de friccioacuten

Cojinetes de rodamiento Es un elemento mecaacutenico que reduce la friccioacuten entre un eje y las

piezas conectadas a eacuteste por medio de rodadura el cual sirve de apoyo y facilita su

desplazamiento Los elementos de rodadura pueden ser bolas o rodillos son piezas que

requieren facilitar la ejecucioacuten de rigurosos tratamientos teacutermicos para obtener piezas de gran

resistencia al desgaste y a la fatiga Se caracterizan por ser de escaso rozamiento sobre todo

en el arranque por tener mayor velocidad admisible y un menor consumo de lubricante Para

Meacuterida [52] los cojinetes de rodamiento son elementos mecaacutenicos que aseguran un enlace

moacutevil entre dos elementos de un mecanismo uno de los cuales se encuentra en rotacioacuten con

respecto al otro Su funcioacuten principal es la rotacioacuten relativa de dichos elementos bajo carga

con precisioacuten y con un rozamiento miacutenimo

Seguacuten Galicia [53] estos tipos de cojinetes estaacuten constituidos por dos anillos rodantes

separados entre siacute por unos cuerpos tambieacuten rodantes interpuestos entre eacutestos cuya forma

variacutea seguacuten su uso pudiendo ser de diferentes formas bolas rodillos ciliacutendricos agujas etc

En ellos el gorroacuten del aacuterbol y la superficie de rodadura del soporte estaacuten separados por

elementos rodantes de forma que con el giro del gorroacuten o del cojinete se genera un

movimiento de rodadura y no de deslizamiento tal como se muestra en la figura 14

Figura 14Cojinetes de rodamiento


25

Seguacuten Jaramillo [54] cerca de 40 de la energiacutea total transformada por un motor de combustioacuten

interna de un automoacutevil se disipa como trabajo de las fuerzas de friccioacuten La disminucioacuten de las

peacuterdidas por friccioacuten es un factor clave para lograr un mejor uso de los combustibles y la proteccioacuten

del medio ambiente El sistema anillo-pistoacuten-camisa responde por peacuterdidas equivalentes a 50 o

60 del total de las peacuterdidas por friccioacuten en un motor de estos

28 Motor encendido por chispa de cuatro tiempos

En la figura 15 se puede observar la estructura baacutesica de un motor de cuatro tiempos el cuaacutel es

conocido por motor OTTO [55] Se usa como maacutequina motriz en automoacuteviles comerciales consta

de un ciclo de cuatro procesos los cuales se describen a continuacioacuten

281 Ciclo Otto de cuatro tiempos

Como se mencionoacute anteriormente el ciclo consta de cuatro tiempos El primer tiempo

corresponde al de admisioacuten que es el momento que el pistoacuten estaacute en el punto maacutes alto conocido

como Punto Muerto Superior (PMS) Posteriormente la vaacutelvula de admisioacuten se abre y el propio

pistoacuten por el vaciacuteo que se crea dentro del cilindro aspira la mezcla (aire y combustible) hasta llegar

al punto maacutes bajo del cilindro del Punto Muerto Inferior (PMI)

El segundo tiempo se refiere a la compresioacuten donde el pistoacuten se encuentra en el punto maacutes bajo

(PMI) En este momento la vaacutelvula de admisioacuten se cierra y el pistoacuten empieza a ascender

comprimiendo la mezcla hasta llegar al punto maacutes alto del cilindro (PMS)

Figura 15Motor de cuatro tiempos


26

Respecto al tercer tiempo que concierne a la expansioacuten una vez que se ha comprimido la mezcla

la bujiacutea hace saltar una chispa y enciende la mezcla aumentando la presioacuten en el cilindro y

haciendo descender el pistoacuten hacia el punto maacutes bajo (PMI)

En el cuarto tiempo que corresponde al escape de gases es cuando el pistoacuten llega al punto maacutes

bajo (PMI) se abre la vaacutelvula de escape y el pistoacuten empieza a ascender empujando los gases

quemados hacia el exterior En el momento que llega al punto maacutes alto (PMS) la vaacutelvula de escape

se cierra En la figura 16 se muestra el funcionamiento de un motor de combustioacuten interna

encendido por chispa basado en el ciclo Otto de cuatro tiempos o fases importantes admisioacuten

compresioacuten explosioacuten y escape [56]

Otto propuso cuatro principios del motor de cuatro tiempos que son maacuteximo volumen del

cilindro con miacutenima superficie de paredes maacutexima velocidad de trabajo posible maacutexima relacioacuten

de expansioacuten posible y maacutexima presioacuten posible al comienzo de la expansioacuten

En los motores de cuatro tiempos el pistoacuten sube y baja cuatro veces en el interior del cilindro

para realizar el ciclo completo La distribucioacuten se compone de vaacutelvulas que se abren y cierran

totalmente sincronizadas con el movimiento del pistoacuten Cuando el pistoacuten desciende el cilindro se

llena de aire y gasolina para lo cual la vaacutelvula de admisioacuten permanece abierta Posteriormente

despueacutes de producirse la explosioacuten en el interior del cilindro la vaacutelvula de escape se abre para que

los humos procedentes de la explosioacuten puedan salir hacia el tubo de escape del automoacutevil En este

tipo de motores se requiere de dos vaacutelvulas por cada cilindro

Figura 16 Funcionamiento de un motor de 4 tiempos


27

29 Sistema de encendido

El sistema de encendido es el encargado de encender la mezcla de aire y de combustible en el

momento que se requiera Para esta investigacioacuten el sistema de encendido es por inyeccioacuten directa

de gasolina o por chispa que son aquellos que inyectan la gasolina directamente dentro del cilindro

Este sistema permite un mayor control de la mezcla y por tanto del comportamiento del motor En

los motores de gasolina la mezcla se enciende gracias a la bujiacutea que proporciona una chispa lo

suficientemente potente como para comenzar la reaccioacuten El propio sistema de encendido tiene que

controlar el momento en el que la chispa ha de saltar para que se encienda la mezcla y sea lo maacutes

eficaz y factible posible La combustioacuten se realiza en el momento en que el pistoacuten estaacute en el punto

maacutes alto (PMS) de esta manera la mezcla se empieza a encender

291 Funcionamiento de la inyeccioacuten directa

La caracteriacutestica principal de la inyeccioacuten directa de gasolina es que la mezcla se produce dentro

de la caacutemara de combustioacuten Durante la admisioacuten soacutelo entra aire por la (s) vaacutelvula (s) de admisioacuten

la gasolina es inyectada directamente en la caacutemara de combustioacuten por inyectores de alta presioacuten

[57] tal como se aprecia en la figura 17

Figura 17Componentes de un sistema de inyeccioacuten directa


28

292 Ventajas de la inyeccioacuten directa

Existen ventajas cuando se usa el encendido por chispa las cuales se describen a continuacioacuten

La gasolina se evapora directamente dentro del cilindro absorbiendo el calor del aire contenido

en eacuteste reduciendo la temperatura de la mezcla en la caacutemara de combustioacuten lo que disminuye

el riesgo de autoencendido e incrementa el rendimiento y la potencia

Ayuda a aumentar el rendimiento inyectando la gasolina directamente en el cilindro

Con respecto a la prevencioacuten del autoencendido la mayor contribucioacuten de la inyeccioacuten directa

de gasolina es cuando el motor trabaja en carga estratificada y por tanto no inflamable lo que

evita el autoencendido

Eficiencia en el periodo de admisioacuten debido a que soacutelo entra aire al cilindro inyectando la

gasolina despueacutes

Disminucioacuten del consumo de gasolina si se tiene poca gasolina el motor puede llegar a

funcionar esto permite que el motor aporte la energiacutea requerida con un aporte de gasolina

sustancialmente menor Esta disminucioacuten del consumo de gasolina disminuye tambieacuten de

emisiones de 1198621198742 Este contaminante es un producto del proceso de combustioacuten que soacutelo puede

reducirse disminuyendo el consumo de gasolina

Mejor rendimiento del motor debido a que la mezcla que se encuentra cerca de las paredes es

escasa y la temperatura de los gases de combustioacuten es mucho menor por lo que las peacuterdidas

por calor cedido a las paredes del cilindro tambieacuten se ven reducidas [58]

293 Desventajas de la inyeccioacuten directa

Estos motores de encendido por chispa o inyeccioacuten directa tienen tambieacuten algunas desventajas

las cuales son

Se requiere de una bomba de alta presioacuten para proveer la gasolina a los inyectores con la

presioacuten requerida Eacutesta bomba toma la gasolina del depoacutesito y la alimenta regulando su presioacuten

de salida

Los inyectores deben ser aptos para resistir las altas presiones para inyectar gasolina

directamente en el cilindro y tambieacuten deben soportar las condiciones de la caacutemara de

combustioacuten tanto las altas temperaturas como las altas presiones derivadas de la combustioacuten


29

El sistema de encendido debe ser capaz de suministrar maacutes energiacutea debido a que el chorro de

gasolina puede impactar directamente con la bujiacutea mojaacutendola o la chispa apagarse debido a las

fuertes corrientes de aire y necesitar una segunda chispa

Se requiere de una sonda lambda de banda ancha que permita medir las variaciones en la carga

estratificada

Se necesita que la Unidad de Control de Motor (ECU) tenga mayor potencia de caacutelculo para

administrar las sentildeales que recibe y las salidas de control pues el motor tiene distintos modos

de operacioacuten y la ECU debe ser capaz de administrar las sentildeales que recibe para cada uno de

ellos y procesar las oacuterdenes en consecuencia

La cabeza del pistoacuten tiene que ser redisentildeada para que cuando el motor trabaja con carga

estratificada dirija la nube de mezcla rica en gasolina correctamente hacia la bujiacutea [59]

294 Descripcioacuten del proceso de encendido

Para encender el motor de gasolina se necesita una chispa entre los dos electrodos de la bujiacutea

para producir la temperatura necesaria para que la mezcla encienda para lo cual se requieren

tensiones muy altas En la figura 18 se aprecia que en el momento en que se pone en contacto la

llave de arranque se cierra el circuito y la bateriacutea comienza a entregar voltaje el cual es muy bajo

ya que corresponde a 12 voltios Para incrementarlo entre los electrodos de las bujiacuteas la bobina

con ayuda del ruptor consigue cambiar a 30000 voltios Esta tensioacuten es enviada al delco donde

se encuentra el distribuidor giratorio que reparte la tensioacuten a la bujiacutea correspondiente [60]

Figura18 Sistema de encendido


30

495 Componentes del sistema de encendido

El sistema de encendido en motores de gasolina tiene los elementos que se describen a

continuacioacuten

Alternador es un dispositivo que se acciona directamente por el motor que se encarga de

generar corriente para cargar bateriacutea Al estar directamente accionado por el motor si se suben

las revoluciones del motor tambieacuten aumenta la corriente generada

Bateriacutea Es la encargada de suministrar la energiacutea eleacutectrica para que circule hacia la bujiacutea

Dicha energiacutea viene dada por la reaccioacuten quiacutemica del plomo y aacutecido sulfuacuterico

Bobina Se encarga de transformar la baja tensioacuten que proviene de la bateriacutea en una tensioacuten

alta para hacer saltar la chispa entre los electrodos de la bujiacutea la cual consta de dos filamentos

enrollados Cuando el primero recibe la corriente de la bateriacutea el ruptor interrumpe la corriente

que pasa por eacuteste entonces al filamento secundario se le induce una corriente maacutes alta capaz

de hacer saltar la chispa entre los electrodos de la bujiacutea y encender la mezcla

Ruptor Se encuentra situado dentro del distribuidor y se encarga de interrumpir

perioacutedicamente la corriente en el filamento primario de la bobina para que la corriente sea

inducida en el secundario Esta interrupcioacuten es en base a la apertura de dos contactos los cuales

son comandados por una leva accionado por y a la misma velocidad que el aacuterbol de levas

Distribuidor Es el encargado de repartir la alta tensioacuten a la bujiacutea en cada momento Va

centrado en el delco donde tambieacuten se situacutea el ruptor y los reguladores de encendido

Bujiacutea Es el elemento que se encarga de hacer saltar la chispa para que encienda la mezcla de

aire y gasolina Estaacute recubierta de un aislante para disipar el calor generado en la caacutemara de

combustioacuten ya que estaacute lsquoen contacto directo con las explosiones

210 Sobrecalentamiento

El sobrecalentamiento del motor es la condicioacuten en la cual la temperatura del motor se eleva a

valores maacutes altos de lo normal y si se mantiene mucho tiempo llega a producir dantildeos graves en el

motor como torceduras y roturas de vaacutelvulas brazos de biela soplado de empaques torceduras de

culatas roturas de pistones etc

El tiempo de calentamiento de los motores modernos es prolongado sobre todo cuando las

condiciones ambientales son desfavorables y cuando la calefaccioacuten del motor se enciende Durante


31

el calentamiento del motor la vaporizacioacuten del combustible se dificulta y el catalizador no funciona

a plenitud por esto la reduccioacuten del tiempo de calentamiento del motor es esencial Para lo cual es

necesario reducir el volumen de refrigerante la masa del motor mejorar el aislamiento del motor

emplear sistemas calentadores adicionales emplear una unidad electroacutenica de control para

manipular la termodinaacutemica del motor y de esta misma manera controlar el desempentildeo teacutermico

todas estas medidas serviraacuten para reducir el tiempo del calentamiento y ayudaraacuten a un mejor

funcionamiento del motor [61]

El sobrecalentamiento del motor puede ser causado por cualquier cosa que disminuya la

capacidad del sistema de refrigeracioacuten para absorber transportar y disipar el calor Por lo tanto

los motores pueden sobrecalentarse por una variedad de razones Algunas se deben a que el

termostato se encuentre en mal estado debido a que es una vaacutelvula que abre y cierra conforme se

encuentre la temperatura del motor Es decir el refrigerante del motor caliente pasa a traveacutes del

radiador cuando el termostato estaacute en posicioacuten abierta Cuando se encuentra en posicioacuten cerrada el

refrigerante se queda en el motor y raacutepidamente se calienta ocasionando un sobrecalentamiento

del motor

De igual forma el tener un radiador con fugas u obstrucciones conduce a elevadas temperaturas

del motor y sobrecalentamiento del mismo Asiacute como el tener mangueras con agujeros hace que se

produzcan fugas o se interrumpa el flujo del refrigerante Tambieacuten un ventilador con oscilacioacuten

libre y teniendo un aspa rota no puede mantener una velocidad adecuada lo que origina

sobrecalentamiento del motor

En los motores de combustioacuten interna modernos soacutelo una tercera aparte de la energiacutea interna se

convierte en trabajo uacutetil Las dos terceras partes restantes de la energiacutea se transforman en calor a

peacuterdida evacuadas por el sistema de escape el sistema de enfriamiento y calor radiado y rechazado

por conveccioacuten a traveacutes de las partes soacutelidas del motor El sobrecalentamiento durante el ciclo

completo del motor genera una distribucioacuten de energiacutea dentro de la caacutemara de combustioacuten En

general el calor se transporta hacia la culata la camisa los puertos de escape y el pistoacuten el cual

estaacute ligado a la biela la cual si tiene defectos acabaraacute por destruir el motor [61]


32

Es por tanto importante estar pendiente de la temperatura a la cual estaacute trabajando el motor

debido a que un sobrecalentamiento puede provocar dantildeos serios empezando por la ruptura del

empaque la deformacioacuten de los cilindros y desgaste en los anillos Estaacuten tambieacuten los dantildeos en los

codos del ciguumlentildeal y la biela Esta uacuteltima ya que se encuentra sometida a fuerzas axiales de

compresioacuten convirtieacutendola en el elemento maacutes tensionado dentro del motor Estaacute ademaacutes expuesta

a cargas producto de la presioacuten generada en la caacutemara de combustioacuten y por la alta friccioacuten entre

los elementos deslizantes Al no tener un adecuado sistema de lubricacioacuten en las partes moacuteviles se

presentaraacuten desgastes excesivos y prematuros que pueden ocasionar una falla Si este sistema no

funciona correctamente la resistencia mecaacutenica de la biela se veraacute afectada teniendo como

consecuencia deformaciones importantes por sobrecalentamiento [62]

2101 Anaacutelisis cinemaacutetico del motor

La cinemaacutetica proviene del griego κινεω kineo que significa movimiento Estudia las leyes del

movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo originan y se limita esencialmente al

estudio de la trayectoria en funcioacuten del tiempo [63] La cinemaacutetica se ocupa de aspectos del

movimiento aparte de considerar masa y fuerza Un anaacutelisis cinemaacutetico simula el movimiento de

mecanismos por lo que cumple los requisitos de los perfiles de los motores cinemaacuteticos y de

cualquier conexioacuten de unioacuten por leva en ranura o por engranajes Este tipo de anaacutelisis se usa para

obtener informacioacuten sobre la posicioacuten velocidad y aceleracioacuten de entidades geomeacutetricas y

conexiones interferencia entre componentes las curvas trazadas del movimiento del mecanismo y

los envolventes de movimiento que capturan el movimiento del mecanismo como una pieza

Seguacuten Forno [64] la cinemaacutetica analiza los factores de tiempo y espacio del movimiento de un

sistema es decir describe el movimiento de los cuerpos en teacuterminos de tiempo desplazamiento

velocidad aceleracioacuten y tiempo de desplazamiento

Para Suaacuterez [65] el anaacutelisis cinemaacutetico se utiliza para evaluar el movimiento del mecanismo

gobernado por motores cinemaacuteticos Se puede utilizar cualquier motor cinemaacutetico de eje de

movimiento con un perfil lo que produciraacute una aceleracioacuten finita

Las fuerzas que afectan a la biela son fundamentalmente de dos tipos las de combustioacuten y las de

inercia Una vez conocidas las fuerzas de combustioacuten en el pistoacuten se usa software especializado


33

que ayuda en el calculoacute del anaacutelisis cinemaacutetico y dinaacutemico integrando las fuerzas de inercia

debidas a la masa de cada componente del mecanismo biela-manivela [66]

Para realizar este anaacutelisis es necesario considerar las masas de cada una de las piezas asiacute como

el reacutegimen de giro Esto permitiraacute realizar la simulacioacuten y calcular las fuerzas aplicadas en la cabeza

y el pie de la biela para poder luego hacer un anaacutelisis de elementos finitos que definan los

esfuerzos En el capiacutetulo III se describen la pieza construida a traveacutes del Software de aplicacioacuten

SOLIDWORKS

2102 Anaacutelisis cineacutetico del motor

El anaacutelisis cineacutetico estudia las fuerzas que provocan que un sistema se mueva es decir que

produzcan o cambien el movimiento de un objeto El estudio de las fuerzas que inducen el

movimiento parte desde un movimiento lineal o angular El anaacutelisis cineacutetico puede ser de tipo lineal

o angular El primero involucra la descripcioacuten de un movimiento en liacutenea recta Por otro lado la

cinemaacutetica angular se refiere a la descripcioacuten de un movimiento alrededor de un aacutengulo fijo [64]

El anaacutelisis cineacutetico es cuando un cuerpo estaacute en reposo para acelerarlo hasta una cierta velocidad

y se necesita un determinado trabajo [67] Esa energiacutea que se obtiene en la aceleracioacuten es

conservada por el cuerpo como energiacutea cineacutetica hasta que modifique su velocidad

Concretamente se llama cineacutetica o cinemaacutetica a la especialidad de la fiacutesica centrada en el anaacutelisis

del movimiento dejando de lado el estudio de las fuerzas que lo originan La cineacutetica en este

marco suele estudiar la trayectoria de un cuerpo en movimiento en funcioacuten del tiempo [68]

2103 Anaacutelisis por transferencia de calor

La parte de la fiacutesica que estudia estos procesos se llama transferencia de calor la cual se produce

siempre que existe un gradiente teacutermico o cuando dos sistemas con diferentes temperaturas se

ponen en contacto hasta alcanzar el equilibrio teacutermico es decir hasta que se igualan las

temperaturas


34

Para el desarrollo de esta investigacioacuten se usoacute en el software ANSYS el cual permitioacute realizar el

anaacutelisis teacutermico que consiste en la aplicacioacuten del meacutetodo de elementos finitos para calcular la

distribucioacuten de temperatura en una estructura soacutelida en este caso la biela de un motor de

combustioacuten interna Con dicho anaacutelisis se resolvioacute el problema de la transferencia teacutermica

conjugada que involucra el caacutelculo de la simulacioacuten de la conduccioacuten conveccioacuten e irradiacioacuten

teacutermica [66]

Los procesos de los motores de combustioacuten interna son complejos para poder realizar un anaacutelisis

completo de los mismos por lo que se requiere el usoacute de procesos teoacutericos para realizar caacutelculos

Eacutestos son denominados modelos matemaacuteticos para los cuales se usa simulacioacuten herramienta de

gran apoyo para estudiar el comportamiento de los motores de combustioacuten interna desde el punto

de vista termodinaacutemico Con estos softwares de apoyo es posible estudiar la influencia de

determinados paraacutemetros como son la geometriacutea operacioacuten y combustioacuten en las prestaciones de

un motor [69]

211 Simulacioacuten y disentildeo mecaacutenico

La simulacioacuten permite examinar el comportamiento del modelo en condiciones de operacioacuten

reales Ayuda a evaluar las caracteriacutesticas estructurales y el perfil teacutermico proporciona tambieacuten

potentes herramientas para examinar el rendimiento de los mecanismos Sirve para reflejar las

fuerzas materiales y condiciones de liacutemite a las que se veraacute sometido el modelo real para adaptarlo

mejor a criterios de disentildeo especiacuteficos

Existen diversos Softwares de aplicacioacuten para diferentes fines como es el caso de CAD que

sirve para disentildear modelos en tercera dimensioacuten (3D) que posteriormente se analizan por el

meacutetodo de elementos finitos Tal es el caso del software CATIA que es uno de los maacutes utilizados

actualmente en la industria para encontrar paraacutemetros como las dimensiones de diaacutemetro del pistoacuten

longitud de la biela ancho de biela diaacutemetros interiores de cabeza y pie espesores de cabeza y

pie ancho y alto de la seccioacuten tipo I y diaacutemetro de los tornillos de fijacioacuten Tanto el CAD y CATIA

son simuladores que permiten determinar lo antes mencionado

Tambieacuten existe el Software ANSYS que sirve para disentildear analizar y simular partes de piezas

sometidas a fenoacutemenos fiacutesicos usadas en ingenieriacutea y disentildeo mecaacutenico Ayuda a resolver


35

problemas fiacutesicos como problemas de esfuerzos teacutermicos fluidos vibracioacuten y otras Dentro de este

software se encuentra la seccioacuten de Anaacutelisis Mecaacutenico que sirve para resolver situaciones muy

particulares en disentildeo mecaacutenico como elementos estructurales lineales no lineales y anaacutelisis

dinaacutemico Con este moacutedulo se puede evaluar el comportamiento asignar materiales y resolver

ecuaciones elaborar anaacutelisis teacutermicos acoplamientos fiacutesicos que involucren acuacutestica elementos

piezoeleacutectricos e interaccioacuten teacutermica con eleacutectrica El software ANSYS se usoacute para este proyecto

Asiacute mismo es necesario sentildealar que para el anaacutelisis cinemaacutetico y cineacutetico del motor se utilizoacute el

software MATLAB herramienta matemaacutetica que ayudoacute en el desarrollo de la investigacioacuten para

la representacioacuten de datos matriciales funciones y simulacioacuten del sistema del motor Los resultados

de MATLAB junto con el Software ANSYS permiten predecir coacutemo se comporta y reacciona la

biela en su entorno real Posteriormente se importa la geometriacutea de la biela con dimensiones reales

y se realizan el anaacutelisis estaacutetico y teacutermico por medio de la simulacioacuten

De igual forma se emplea para esta investigacioacuten el software SOLIDWORKS que se usa para

el disentildeo mecaacutenico con el que se crea geometriacutea en tercera dimensioacuten (3D) usando paraacutemetros

soacutelidos


36

CAPIacuteTULO 3 METODOLOGIacuteA

La metodologiacutea de la investigacioacuten se define como la disciplina que se encarga del estudio criacutetico

de los procedimientos y medios aplicados por los seres humanos que permiten alcanzar y crear el

conocimiento en el campo de la investigacioacuten cientiacutefica Representa la forma en la que se va a

organizar el proceso de la investigacioacuten de examinar los resultados y de presentar posibles

soluciones al problema Toda investigacioacuten a desarrollar debe llevar un orden loacutegico La

metodologiacutea de la presente investigacioacuten estaacute basada en la propuesta de los autores Hernaacutendez

Fernaacutendez y Baptista [70] ya que tiene un enfoque bastante amplio y flexible que se puede adaptar

de manera general a los requerimientos y alcances del estudio cubriendo los puntos esenciales que

guiacutean el disentildeo y elaboracioacuten de la investigacioacuten Los pasos seguidos se muestran en la figura19

31 Enfoque de la investigacioacuten

Existen dos enfoques dentro de la investigacioacuten el cuantitativo y el cualitativo Hernaacutendez [70]

define a la investigacioacuten cuantitativa como aquella investigacioacuten que utiliza la recoleccioacuten de datos

para comprobar una hipoacutetesis con base a una medicioacuten numeacuterica para establecer un anaacutelisis

estadiacutestico con el propoacutesito de conocer la tendencia del comportamiento y la aprobacioacuten de teoriacuteas

El desarrollo de esta investigacioacuten tuvo un enfoque cuantitativo el cual seguacuten Fernaacutendez [71] se

fundamenta en un esquema deductivo y loacutegico que busca formular preguntas de investigacioacuten e

hipoacutetesis para posteriormente probarlas

Figura 19Metodologiacutea de la investigacioacuten del presente trabajo


37

Esta investigacioacuten parte del enfoque mecaacutenico propuesto por diferentes autores que hacen

referencia a los diferentes motores que existen asiacute como los elementos que lo conforman La

finalidad es identificar el comportamiento termo - estaacutetico de una biela en un motor de combustioacuten

interna de cuatro tiempos y cuatro cilindros encendido por chispa asiacute como determinar la fuerza

axial de la biela Tambieacuten obtener la temperatura de combustioacuten adiabaacutetica para una reaccioacuten de

combustioacuten estequiomeacutetrica y simular la geometriacutea estaacutetica y estructural de la biela para identificar

posibles deformaciones y posteriormente realizar el anaacutelisis cinemaacutetico del motor

32 Alcance de la investigacioacuten

El alcance de esta investigacioacuten es exploratoria correlacional descriptiva y explicativa Al

respecto Fernaacutendez et [71] al se establece que ldquolos estudios exploratorios se realizan cuando el

objetivo consiste en examinar un tema poco estudiadordquo en este caso los factores que influyen en

el sobrecalentamiento de una biela

El alcance correlacional tiene como finalidad establecer una relacioacuten entre dos o maacutes variables

[70] y referente a esta investigacioacuten se llevoacute a cabo la correlacioacuten de variables del calor liberado

en la caacutemara de combustioacuten y el sobrecalentamiento del motor Esta correlacioacuten implica una

relacioacuten causal entre dichas variables ya sea de forma positiva o en forma negativa y una relacioacuten

causal implica que un evento es consecuencia de otro que le antecede y que sin eacuteste el uacuteltimo no

se presentaraacute

La investigacioacuten tambieacuten es descriptiva puesto que se describen los fenoacutemenos alcanzados en el

transcurso de todo el proceso Busca especificar propiedades caracteriacutesticas y rasgos importantes

de cualquier fenoacutemeno que se analice [71] en este caso la relacioacuten de compresioacuten presioacuten

atmosfeacuterica aacuterea del pistoacuten presioacuten atmosfeacuterica dentro de la caacutemara de combustioacuten presioacuten que

detona la mezcla dentro de la caacutemara de combustioacuten fuerza temperatura de combustioacuten adiabaacutetica

y geometriacutea de la biela En este sentido en esta investigacioacuten se describieron las variables antes

mencionadas mismas que se especifican en el capiacutetulo cuatro detallando sus propiedades y

caracteriacutesticas

De igual forma la investigacioacuten tiene un alcance explicativo derivado de que seguacuten Hernaacutendez

Fernaacutendez amp Bautista mencionan que estaacute orientada a la comprobacioacuten de hipoacutetesis las cuales


38

sirven para el anaacutelisis de variables [71] que se expresan con hechos verificables para que el

investigador tenga la capacidad de anaacutelisis y siacutentesis para su interpretacioacuten En el desarrollo de este

trabajo la hipoacutetesis establecida se encuentra en el apartado 33 del presente capiacutetulo y los resultados

obtenidos se explican en el capiacutetulo cuatro donde se explican los fenoacutemenos hallados entre

variables describiendo por queacute ocurrieron dichos eventos y en queacute condiciones se manifestaron

33 Formulacioacuten de la hipoacutetesis

En toda investigacioacuten es importante plantear variables ya que eacutestas permiten relacionar algunos

conceptos que hacen referencia a las caracteriacutesticas que se van a estudiar Para Hernaacutendez

Fernaacutendez amp Baptista [70] una variable es una propiedad que puede fluctuar y cuya variacioacuten es

susceptible de medirse u observarse Las variables adquieren valor para la investigacioacuten cientiacutefica

cuando llegan a relacionarse con otras variables es decir si forman parte de una hipoacutetesis o una

teoriacutea Y una variable independiente se refiere a ldquoaquella donde el investigador puede manipular

ciertos efectos en otras palabras supone la causa del fenoacutemeno estudiadordquo Y la variable

dependiente implica ldquoel efecto producido por la variable independiente es decir representa lo que

se quiere determinar en forma directa en la investigacioacutenrdquo

La hipoacutetesis planteada en este trabajo es una hipoacutetesis correlacional donde si alguna de las

variables sufre alguna modificacioacuten esto afectaraacute a otras variables correspondientes A

continuacioacuten se muestra la hipoacutetesis de la presente investigacioacuten

Hipoacutetesis nula

H01 El calor liberado en la caacutemara de combustioacuten influye en el sobrecalentamiento

de un motor de combustioacuten interna

Variables

Variables independientes Calor liberado en la caacutemara de

Combustioacuten

Variable dependiente Sobrecalentamiento del motor

Ya identificadas las variables es necesario establecer la operacionalidad de las mismas y

con base a lo anterior se observa en la tabla 1 la clasificacioacuten de las mismas


39

TABLA 1 CONCEPTUALIZACIOacuteN DE VARIABLE

Variable Definicioacuten Conceptual Indicadores

Calor liberado en la

caacutemara de

combustioacuten

Se refiere a la quema de combustible

suministrados por el motor de

combustioacuten interna de tal manera

que el aire se expanda y acelere para

proporcionar una corriente de gas

uniformemente calentada en todas las

condiciones requeridas por el motor

de combustioacuten interna Esta tarea

debe realizarse con la miacutenima peacuterdida

de presioacuten y con la maacutexima liberacioacuten

de calor para el limitado espacio

disponible [31]

Reaccioacuten quiacutemica de la

combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor

Es la condicioacuten en la cual la

temperatura del motor se eleva a

valores maacutes altos de lo normal y llega

a producir dantildeos graves en el motor

como torceduras y roturas de

vaacutelvulas brazos de biela soplado de

empaques torceduras de culatas y

roturas de pistones [41]

Lubricacioacuten deficiente

Fallo en sistema de

enfriamiento

Hipoacutetesis alterna

HA1 El calor liberado en la caacutemara de combustioacuten no influye en el

sobrecalentamiento de un motor de combustioacuten interna

34 Disentildeo de la investigacioacuten

El tipo de disentildeo que se usoacute fue el no experimental donde la investigacioacuten que se realiza se hace

sin la manipulacioacuten deliberada de las variables y donde se observan los fenoacutemenos para

posteriormente analizarlos en este caso el calor liberado en la caacutemara de combustioacuten y el

sobrecalentamiento del motor donde dichas variables estaacuten relacionadas con diferentes elementos

que son la combustioacuten estequiomeacutetrica presioacuten atmosfeacuterica fuerza de la biela y geometriacutea de la

biela Estos elementos sirvieron para poder realizar el anaacutelisis cineacutetico cinemaacutetico y teacutermico por

transferencia de calor motivo de la presente investigacioacuten

A su vez es una investigacioacuten transaccional donde se recolectaron los datos en un momento y

tiempo uacutenico permitieacutendose describir las variables anteriormente mencionadas El propoacutesito fue

describir las variables y analizar su incidencia e interrelacioacuten en un momento dado


40

Por otra parte este trabajo se basoacute en un disentildeo no experimental con la informacioacuten derivada

basada en datos primarios obtenidos directamente de la realidad En el desarrollo de la presente

investigacioacuten la informacioacuten se obtuvo mediante el modelado mecaacutenico el cual ayudoacute a predecir

el comportamiento y reaccioacuten de la biela en su entorno real

35 Seleccioacuten de la muestra

El desarrollo de esta investigacioacuten se realizoacute tomando como objeto de estudio a un motor VW

Golf MK4 Gti 18T En la tabla 2 se muestran las especificaciones de este motor

Se utilizoacute un acero SAE 4340 de medio carbono aleado con Cr-Ni-Mo debido a que posee buena

resistencia a la fatiga alta templabilidad excelente tenacidad regular maquinabilidad y baja

soldabilidad Es apto para piezas y herramientas de grandes exigencias mecaacutenicas Se usa para los

maacutes altos esfuerzos estaacuteticos y dinaacutemicos en piezas como ciguumlentildeales bielas cardanes pintildeones

pernos y tornillos de alta resistencia engranajes para maacutequinas discos de freno barras de torsioacuten

y aacuterboles de transmisioacuten [72] En la tabla 3 se muestran las composiciones quiacutemicas

TABLA 2 CARACTERIacuteSTICAS DEL MOTOR

Variable Definicioacuten Conceptual

Motor V 4

Combustible Gasolina

Alimentacioacuten MPI

Situacioacuten Transversal

Cilindrada 1781 cm3

Diaacutemetro por carrera 810 x 864 mm

Vaacutelvulas 16 vaacutelvulas

Sobrealimentacioacuten Turbo + Intercooler

Relacioacuten de Comprensioacuten 95

Potencia 210 PS or 207 bhp o 154 kw 5700 rmp

Par maacuteximo 300 Nm o 221 lbft 2700 rpm

Caja de cambios 6 velocidades manual


41

TABLA 3 PORCENTAJE DE COMPOSICIOacuteN QUIacuteMICA DEL ACERO USADO

De igual forma en la tabla 4 se pueden apreciar las caracteriacutesticas del tratamiento teacutermico y las

propiedades mecaacutenicas que se deben tener para cumplir con lo establecido para el procedimiento

36 Recoleccioacuten de datos

Para el anaacutelisis estaacutetico y teacutermico se emplea la simulacioacuten con ANSYS y poder predecir coacutemo

se comporta y reacciona la biela en su entorno real El software SOLIDWORKS se emplea para

incorporar la geometriacutea de la biela con dimensiones reales

TABLA 4 TRATAMIENTO TEacuteRMICO Y PROPIEDADES MECAacuteNICAS

Tratamiento teacutermico

(Valores en 0C)

Propiedades mecaacutenicas

Forjado 850 - 1100 Bonificado

Normalizado 870 - 900 Resistencia a la

traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2

Revenido 530 - 670 Liacutemite de fluencia 60 ndash 74 kgfmm2

Recocido 750 - 850 Dureza (HB) 280 - 340

Templado Aceite 840 - 880 Elongacioacuten 10 ndash 18

Composicioacuten quiacutemica ()

C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42

37 Procesamiento y anaacutelisis de los datos

Para el anaacutelisis cinemaacutetico y cineacutetico del motor se utilizoacute el software de MATLAB herramienta

matemaacutetica que ayudoacute en el desarrollo de la investigacioacuten para la representacioacuten de datos

matriciales funciones y simulacioacuten del sistema del motor El objetivo de dicho anaacutelisis fue

identificar la falla de una biela de un motor de combustioacuten interna de cuatro tiempos y cuatro

cilindros encendido por chispa accionado por gasolina cuando por diversas causas alcanza

temperaturas elevadas generando esfuerzos y deformaciones superiores a los liacutemites de cedencia

del material Para este anaacutelisis se determinoacute la fuerza axial generadora del maacuteximo torque aplicado

al ciguumlentildeal del motor Como se trata de un motor alternativo el movimiento parte desde el punto

muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI) recorriendo el pistoacuten una longitud de

carrera C=2r por cada vuelta del ciguumlentildeal Ya que se trata de un motor de cuatro tiempos el

ciguumlentildeal daraacute dos vueltas por ciclo termodinaacutemico [73] En este caso se consideroacute solamente un

punto donde la biela es normal a la manivela que es donde se produce el maacuteximo toque Se hizo el

anaacutelisis el elemento finito (FEA por su siglas en ingles Finite Element Analysis ) para obtener una

solucioacuten aproximada a este problema de ingenieriacutea para obtener un producto de calidad a menor

costo mejorando asiacute procesos existentes o para estudiar fallos de eacuteste componente estructural El

anaacutelisis teacutermico por transferencia de calor cineacutetico y cinemaacutetico se describe en el capiacutetulo 4 del

presente trabajo


43

CAPIacuteTULO 4 ANAacuteLISIS E INTERPRETACIOacuteN DE RESULTADOS

41 Generalidades

Los motores de los autos principalmente los de combustioacuten interna (MCI) son motores donde

los gases generados en la reaccioacuten exoteacutermica resultan de un proceso de combustioacuten que empuja

al pistoacuten desplazaacutendolo en el interior de un cilindro y haciendo girar al ciguumlentildeal El funcionamiento

ciacuteclico de estos motores suele tener fallas constantes debido a muacuteltiples factores entre los cuales

destacan problemas con los cojinetes fallas en las bielas pistoacuten ciguumlentildeal entre otros

El arranque de los motores de combustioacuten se lleva a cabo en su caacutemara interna en donde se forma

el fluido activo Esta caacutemara forma parte de un cilindro dentro del cual se mueve un pistoacuten mismo

que forma parte del mecanismo en forma conjunta con la biela y el ciguumlentildeal Y para que un motor

tenga un buen funcionamiento es necesario tener una buena lubricacioacuten refrigeracioacuten y suministro

de energiacutea eleacutectrica tal como se aprecia en la figura 20

La lubricacioacuten debe mantener engrasados los mecanismos moacuteviles tambieacuten sirve como

refrigerante al absorber el calor disipado Su principal funcioacuten radica en la aplicacioacuten de un manto

superficial de aceite recubriendo asiacute los elementos moacuteviles El sistema refrigerante es el que

mantiene una temperatura constante del motor durante su funcionamiento y lo hace mediante la

eliminacioacuten de exceso de calor que se pudiera generar en su funcionamiento Gracias a la energiacutea

eleacutectrica funcionan los dispositivos tales como las bombas hidraacuteulicas agua refrigerante los

cuales provocan el flujo que hace posible la circulacioacuten de los fluidos a lo largo de los ductos

correspondientes

Figura 20Diagrama de bloques de un motor de combustioacuten interna


44

42 Motor VW Golf MK4 GTI 18T

Para el desarrollo de esta investigacioacuten se consideroacute el auto VW Golf [74] tal como se aprecia

en la figura 21

Este auto tiene un motor MK4 GTI 18T de cuatro cilindros con turbocompresor formalmente

conocido como el 18 20VT R4 e informalmente conocido simplemente como el 18T Se ha

utilizado en casi todas las aplicaciones de cuatro cilindros de VW Utiliza un bloque de motor de

hierro fundido y culata de aluminio con doble aacuterbol de levas y cinco vaacutelvulas por cilindro Parte

de la fuerza inherente de este motor viene del uso de un ciguumlentildeal de acero forjado a troque dividido

en bielas forjadas y pistones forjados Su potencia es de 150 caballos de fuerza a 5800 rpm Su

principal caracteriacutestica es su sistema de turbo y de induccioacuten Utiliza un turbocompresor de VW

de origen algo equivalente a un Garrett T30

421 Aplicaciones del 18T

El 18T se ha utilizado en casi todos los autos que tienen cuatro cilindros de VW como son VW

Polo GTI Golf MkIV Bora Jetta New Beetle S Passat B5 y Sagitar Desde Audi que es la marca

de lujo de VW el motor tambieacuten se ha trasladado a los modelos en esa divisioacuten incluyendo la A3

A4 A6 y TT Quattro Sport Otros fabricantes de automoacuteviles en utilizar el 18T han sido el

fabricante espantildeol SEAT (en el Leon Mk1 Cupra R y Toledo) y Skoda para su edicioacuten limitada

Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45

El 18T utiliza un bloque de motor de hierro fundido y una culata de aluminio con doble aacuterbol de

levas y cinco vaacutelvulas por cilindro Parte de la fuerza inherente de este motor se debe al uso de un

ciguumlentildeal de acero forjado a troquel bielas ldquoSplit forjadordquo y pistones Mahle forjado El 18T ha

llegado en docenas de diferentes configuraciones desde que se ofrecioacute por primera vez con

potencias que van desde 150 caballos de fuerza a 5800 rpm (en la mayoriacutea de los polos Golf

hoteles escarabajos y Passat) hasta 236 caballos de fuerza a 5700 rpm para el Audi TT Quattro

Sports

En lo que respecta a la induccioacuten aparte de su cabeza la principal caracteriacutestica del 18T es su

sistema turbo e induccioacuten El turbo alimenta uno de los pocos verdaderos colectores de admisioacuten

de longitud variable en el mercado de hoy A bajas revoluciones el aire fluye a traveacutes de un

conjunto de tubos de colada la ingesta de largas y delgadas para mejorar el par a bajo reacutegimen y

la facilidad de conduccioacuten A altas revoluciones una solapa se abre para conectar gran espacio

abierto del colector de admisioacuten (plenum) casi directamente a la culata sin pasar por los tubos y

aumentar el poder de gama alta

43 Anaacutelisis de datos

431 Anaacutelisis cinemaacutetico

El movimiento alterno del pistoacuten se transforma en movimiento circular continuo del eje mediante

el sistema biela-manivela Para efectos de caacutelculo el movimiento circular de la manivela se

considera uniforme sin error apreciable En la figura 22 se muestra la nomenclatura que se utilizoacute

en este anaacutelisis [73]

Figura 22 Nomenclatura


46

Donde

L=Longitud de la biela

r=Radio de la manivela

C=Carrera del pistoacuten

x=Deslizamiento del pistoacuten referido al PMS

α=Desplazamiento angular de la manivela respecto a la posicioacuten correspondiente al PMS

β= Aacutengulo que forma el eje de la biela con el del cilindro

I Desplazamiento

De acuerdo a la geometriacutea del motor y como muestra la figura 22 se obtiene la ecuacioacuten para el

desplazamiento (x) correspondiente entre el PMS y PMI donde λ es un paraacutemetro de la relacioacuten

del radio a la longitud de la biela (Ver Anexo I) la cual es

119909 = 119903 ((1 minus cos prop) + 119871(1 minus radic1 minus 12058221199041198901198992 prop))

Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886

Si la biela fuera de longitud infinita (λ=0) se desplazariacutea mantenieacutendose siempre paralela a siacute

misma por lo que tendriacuteamos la expresioacuten simplificada

119909 = 119903(1 minus cos prop)

Se utilizoacute el software MATLAB para graficar coacutemo se comporta el sistema del punto muerto

superior al punto muerto inferior correspondiente a los 360 grados del movimiento de la Manivela

Se obtiene la figura 23 misma que se muestra a continuacioacuten

Figura 23 Desplazamiento

Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s

Angulo de manivela en grados


47

II Velocidad

Para obtener la ecuacioacuten de la velocidad se derivoacute la ecuacioacuten de desplazamiento (ver Anexo II)

guardaacutendola en una nueva variable (V) lo que se puede apreciar en la figura 24

Figura 24Velocidad del pistoacuten

III Aceleracioacuten

Para obtener la ecuacioacuten de la aceleracioacuten se derivoacute la ecuacioacuten de velocidad (Ver Anexo III)

asignando su valor a una nueva variable (A) la cual se muestra en la figura 25

Figura 25Aceleracioacuten del pistoacuten

Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48

432 Anaacutelisis cineacutetico

I Fuerzas alternativas de inercia

Conociendo las leyes que regulan el movimiento del conjunto biela manivela resulta faacutecil

obtener una relacioacuten de las fuerzas que generan dicho movimiento En efecto las partes dotadas de

movimiento alternativo estaacuten sometidas a fuerzas de inercia calculadas por medio de la segunda

ley de Newton que expresada en funcioacuten de la segunda derivada del desplazamiento dan como

resultado

119865 = minus119898 lowast 1205962 lowast 119903 (cos 120572 + 120582 lowast cos 2120572)

La primera y segunda parte de la ecuacioacuten representan respectivamente las fuerzas alternativas

de primero y segundo orden (ver Anexo IV) En la ecuacioacuten anterior ldquomrdquo corresponde a la masa de

la biela que para la muestra seleccionada tiene un valor de 066 kg se muestra en la figura 26

Figura 26Fuerzas alternativas

La fuerza axial que actuacutea sobre la biela variacutea de acuerdo a la posicioacuten cinemaacutetica En la figura 27

se puede observar el movimiento al considerar las fuerzas debidas a la presioacuten del gas durante el

proceso de expansioacuten De este resultado se obtiene la fuerza maacutexima para posteriormente

considerarla en el anaacutelisis estaacutetico de la simulacioacuten en el software de ANSYS Los resultados se

encuentran en el Anexo V y en la figura 27 se aprecia la representacioacuten graacutefica del anaacutelisis de la

biela Este anaacutelisis se hizo mediante el software de MATLAB

Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49

Figura 27 Fuerzas en la biela

II Diagrama par-motor

La fuerza resultante que actuacutea sobre el pistoacuten corresponde a la suma de las fuerzas alternativas

de inercia y de la correspondiente a la presioacuten del gas durante la explosioacuten Eacutesta equilibrada por la

fuerza de reaccioacuten en la biela y variacutea en cada posicioacuten del movimiento La figura 28 muestra el

diagrama par motor que se utiliza para este anaacutelisis La nomenclatura es la misma que se utilizoacute en

el anaacutelisis cinemaacutetico con la inclusioacuten de las fuerzas [73]

Figura 28Diagrama par-motor


Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50

Figura 29Par-motor de explosioacuten

Nuevamente mediante el software MATLAB se realiza el anaacutelisis de movimiento durante el

proceso de expansioacuten de 360deg a 540deg debido a que se trata de un motor de 4 tiempos lo que implica

que el ciguumlentildeal gire dos vueltas correspondieacutendole a la primera vuelta la admisioacuten y compresioacuten

(Ver Anexo VI) lo cual se aprecia en la figura 29

El punto maacuteximo de esta graacutefica representa un par-motor de 311 N-m que se aproxima al par

motor que el fabricante ofrece para este motor seleccionado como muestra Es importante

considerar que a este punto le corresponde un aacutengulo de 388deg equivalente a 28deg a partir del punto

muerto superior y seraacute considerado para obtener la fuerza axial en la biela de su correspondiente

graacutefica

433 Anaacutelisis termodinaacutemico

I Eficiencia del ciclo Otto ideal

La figura 30 muestra el ciclo en un diagrama P-v La eficiencia o rendimiento del ciclo es la

relacioacuten entre el trabajo neto y la cantidad de calor que entra al sistema [75]

Par

-mo

tor

(N

m)



51

Figura 30 Ciclo termodinaacutemico Otto presioacuten-volumen

Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905

Por primera ley de la termodinaacutemica

119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

Considerando calores especiacuteficos constantes

119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)

Para el proceso 1-2 compresioacuten isentroacutepica la ecuacioacuten de proceso es

11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896

Doacutende r= la relacioacuten de compresioacuten definida como 119903 =1199071

1199072

Para el mismo proceso la ecuacioacuten de los gases ideales es

11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52

Realizando la igualacioacuten se obtiene la temperatura para el estado dos del ciclo

1198792 = 1198791119903119896minus1

De manera similar para el proceso 3-4 de expansioacuten isentroacutepica la ecuacioacuten de proceso es

11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896

Y la ecuacioacuten correspondiente de los gases ideales es

11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896

Realizando la igualacioacuten correspondiente se obtiene la temperatura para el estado 3 del ciclo

1198793 = 1198794119903119896minus1

Con las relaciones de temperatura para los estados 2 y 3 se obtiene la eficiencia del ciclo Otto

en funcioacuten de la relacioacuten de compresioacuten

119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791

1198794119903119896minus1 minus 1198791119903119896minus1= 1 minus

1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1

Para el anaacutelisis de la muestra seleccionada le corresponde una relacioacuten de compresioacuten de r=95

obtenieacutendose una eficiencia teacutermica del 60

119890 = 1 minus1

9514minus1= 06

En la figura 31 se muestra un referente de la eficiencia teacutermica en funcioacuten de la relacioacuten de

compresioacuten para un motor Otto y Diesel [75]


53

Figura 31 Eficiencia teacutermica

II Temperatura de combustioacuten adiabaacutetica

Cuanto maacutes pequentildea es la perdida de calor tanto mayor resulta el aumento de la temperatura En

el caso liacutemite que no haya peacuterdida de calor hacia los alrededores (Q=0) la temperatura de los

productos alcanzaraacute un maacuteximo conocido como temperatura de flama adiabaacutetica o combustioacuten

adiabaacutetica

La temperatura de flama adiabaacutetica de un proceso de combustioacuten de flujo estacionario se

determina aplicando la primera ley de la termodinaacutemica considerando la caacutemara de combustioacuten

como un volumen de control totalmente aislado (adiabaacutetico) con la siguiente ecuacioacuten

119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905

sum 119873119901(ℎ119891 + ℎ minus ℎdeg) = sum 119873119903(ℎ119891 + ℎ minus ℎdeg)

Doacutende Np= nuacutemero de moles de los productos

Nr = nuacutemero de moles de los reactivos

ℎ119891= entalpiacutea de formacioacuten

ℎ minus ℎdeg= variacioacuten de entalpiacutea

Una vez que se especifican los reactivos y los estados resulta faacutecil determinar las entalpiacuteas de

los reactivos Sin embargo debido a que la temperatura de los productos no se conoce antes de los

caacutelculos el caacutelculo de la entalpia de los productos no es directa Por consiguiente la determinacioacuten


54

de la temperatura de flama adiabaacutetica requiere el uso de una teacutecnica iterativa a menos que se

disponga de ecuaciones para los cambios de entalpiacutea sensible de los productos de combustioacuten

La temperatura de flama adiabaacutetica se determina luego a partir de estos dos resultados mediante

interpolacioacuten Cuando el oxidante es aire los gases producto se componen principalmente de N2 y

una buena primera suposicioacuten para la temperatura de flama adiabaacutetica se obtiene tratando todos

los gases productos como N2 En las caacutemaras de combustioacuten la temperatura maacutexima a la que se

puede llegar esta limitada por condiciones metaluacutergicas [75] Se analizaron los tres tipos de mezcla

para motores encendidos por chispa que corresponden a una mezcla teoacuterica o estequiomeacutetrica

mezcla pobre y mezcla rica

II1 Mezcla teoacuterica (100 de aire)

El modelo utilizado para los tres tipos de mezcla es una caacutemara de combustioacuten en la cual se

simula la inyeccioacuten de combustible octano 119862811986718 con las cantidades de aire suministrado siendo la

composicioacuten quiacutemica del aire de 1198742 + 3761198732 lo que equivale a 79 de N2 y 21 de O2 Tanto el

combustible como el aire se consideran como los reactivos y los gases de escape como productos

tal como se aprecia en la figura 32

La ecuacioacuten teoacuterica para este caso es

119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732

Doacutende W X Y Z representan los coeficientes estequiomeacutetricos determinaacutendose por balanceo

de los elementos quiacutemicos de la ecuacioacuten

119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47

Se obtiene asiacute la ecuacioacuten estequiomeacutetrica balanceada

119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55

Figura 32 Caacutemara de combustioacuten del motor

Aplicando Primera Ley de la Termodinaacutemica para sistemas reactivos y considerando un proceso

adiabaacutetico se obtiene la ecuacioacuten para los tres tipos de mezcla

Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde

ℎ119891298= Entalpiacutea de deformacioacuten durante la reaccioacuten

∆ℎ= Variacioacuten de la entalpiacutea con respecto al estado de referencia

Los valores de entalpiacuteas para esta reaccioacuten se obtienen de las tablas A-18 A-19 A-20 A-23 y

A-26 [75] Para este caso resulta

8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9324] + 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]

+47[0 + ℎ1198732minus 8669] = 1[minus249950 + 0] minus 125[0 + 0] minus 47[0 + 0]

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081

La solucioacuten de esta ecuacioacuten se realiza iterativamente proponiendo como inicio que toda la

energiacutea es absorbida por el N2 ya que es el elemento que posee el mayor nuacutemero de moles

64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897

De la tabla A-18 [75] se obtiene el valor de temperatura aproximado de

119879 = 2650deg119870

Y tabulando la entalpiacutea de la sustancia con su correspondiente temperatura se obtienen los valores

que se muestran en la tabla 5


56

TABLA 5 VALORES DE ENTALPIacuteAS PARA MEZCLA TEOacuteRICA

Temperatura T=2600degK T=2450degK T=2200degK

Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852

Interpolando los valores obtenidos de las entalpiacuteas entre los valores de 2450degK y 2200degK se

obtiene la temperatura 119879 = 239424deg119870

II2 Mezcla pobre (110 de aire)

La ecuacioacuten teoacuterica es

119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732

Ecuacioacuten real (10 exceso de aire) es

119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732

Aplicando Primera Ley de la Termodinaacutemica para sistemas reactivos

Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)

Sustituyendo los valores de las tablas A-18 A-19 A-20 A-23 y A-26 [75] se obtiene

8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897

Considerando como primer anaacutelisis que todo es Nitroacutegeno

6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57

TABLA 6 VALORES DE ENTALPIacuteA PARA MEZCLA POBRE

Temperatura T=2400degK T=2450degK T=2200degK T=2250degK

Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145

De la tabla A-18 [75] se obtiene el valor de la temperatura

119879 = 2500deg119870

Nuevamente tabulando la entalpiacutea de la sustancia con su correspondiente temperatura se obtienen

los valores que se muestran en la tabla 6

Realizando la interpolacioacuten de los valores obtenidos de las entalpiacuteas entre los valores de 2200degK

y 2250degK se obtiene la temperatura 119879 = 2248144deg119870

II3 Mezcla rica (85 de aire)

La ecuacioacuten teoacuterica es la siguiente

119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732

La ecuacioacuten real (85 de aire) es

119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732

Aplicando la primera ley de la termodinaacutemica para sistemas reactivos y adiabaacutetico se obtiene

Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)

TABLA 7 ENTALPIacuteA DE FORMACIOacuteN Y ENTALPIacuteA EN EL ESTADO DE REFERENCIA DE 298 degK MEZCLA RICA

Sustancia hf h 298 degk

KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58

Posteriormente tabulando la entalpiacutea de la sustancia con su correspondiente temperatura se

obtienen los valores que se muestran en la tabla 7

Y sustituyendo los valores en la foacutermula antes mencionada se obtienen los resultados siguientes

425 (minus393520 + ℎ119862119874₂ minus 9364) + 375 (minus110530 + ℎ119862119874 minus 8669) + (minus 241820

+ ℎ119867₂119874 minus 9904) + 3995 (0 + ℎ119873₂ minus 8669) ndash 1(minus 249950

+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458

Considerando como primer anaacutelisis que todo es Nitroacutegeno 5695 ℎ119873₂ = 45211458

ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol

De la tabla A-18 [75] de propiedades del nitroacutegeno se obtiene el valor de la temperatura

119879 = 2400deg119870

Tabulando los valores correspondientes de la entalpiacutea a la temperatura indicada se muestran en

la tabla 8

Interpolando entre los valores de 2300degK y 2200degK se obtiene la temperatura para esta

mezcla 119879 = 2223305deg119870

TABLA 8 VALORES DE ENTALPIacuteA PARA MEZCLA RICA

Temperatura T=2400 T=2300 T=2200

Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59

434 Temperatura real de combustioacuten

Las temperaturas de combustioacuten adiabaacutetica obtenidas en el apartado que aborda el tema de la

temperatura de combustioacuten adiabaacutetica para los tres tipos de mezclas reflejan un paraacutemetro

cuantitativo sin embargo no es posible que el motor alcance dichos valores Esto es debido a la

Segunda Ley de la Termodinaacutemica en su postulado de Kelvin Plank refirieacutendose precisamente al

rendimiento del motor que de acuerdo a la relacioacuten de compresioacuten establecida se determinoacute que

es de 60 Este valor equivale al maacuteximo rendimiento posible con el cual se determinaraacute la

temperatura real del motor para los tres tipos de mezclas Eacutesta temperatura seraacute considerada para

el anaacutelisis de transferencia de calor en la biela

I Mezcla teoacuterica (100 de aire)

El poder caloriacutefico del combustible representa la cantidad de calor liberado cuando se quema por

completo en un proceso de flujo estacionario En este anaacutelisis se considera el poder caloriacutefico

inferior debido a que el agua en los productos se considera en fase de vapor correspondieacutendole un

valor de 44430 kJkmol [75]

Involucrando una eficiencia de 60 se determina la cantidad de calor real utilizado en los tres

diagramas y mediante el anaacutelisis de estequiometria se obtiene la temperatura real correspondiente

al maacuteximo valor del ciclo en el proceso de explosioacuten

El anaacutelisis parte de la ecuacioacuten teoacuterica (100 de aire) para los tres tipos de mezclas que se

analizan en este apartado

De acuerdo con la primera ley de la Termodinaacutemica para esta reaccioacuten de combustioacuten la

ecuacioacuten de la cantidad de calor liberado es

minus 119876119903119890119886119897 = sum 119873119901( ℎ119891deg + ℎ minus ℎdeg)- sum 119873119903( ℎ119891deg + ℎ minus ℎdeg)

El valor de 119876119903119890119886119897 se determina al involucrar el rendimiento de 60 del poder caloriacutefico del

combustible y a la vez multiplicaacutendolo por la masa molar del combustible de 114231 kgkmol

obteniendo un valor de 3045170119896119869

119896119898119900119897

Los valores de ℎ119891deg y ℎ de los componentes a 298degK son los que se muestran en la tabla 9 [75]


60

TABLA 9 ENTALPIacuteA DE FORMACIOacuteN Y ENTALPIacuteA EN EL ESTADO DE REFERENCIA DE 298 degK MEZCLA TEOacuteRICA REAL

Sustancia 119945 119943deg kJkmol 120784120791120790deg119948

kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904

Sustituyendo en la ecuacioacuten anterior se obtiene

minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732

minus 1(minus249950) kJ

kmol119862811986718

Lo que genera la siguiente ecuacioacuten en funcioacuten de las entalpiacuteas de los elementos de los

productos que se resuelve por el meacutetodo iterativo

8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol

Una primera suposicioacuten se obtiene al dividir el lado derecho de la ecuacioacuten por el nuacutemero total

de moles lo que produce 2600911 119896119869

(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol

Ya que el 1198732 tiene el mayor nuacutemero de moles se busca en la tabla correspondiente la entalpia que

se aproxime al valor obtenido correspondieacutendole un valor de T=131374degK A partir de este valor

se proponen valores inferiores y posteriormente realizar una interpolacioacuten lineal como se muestra

en la tabla 10 [75]


61

TABLA 10 VALORES DE ENTALPIacuteAS PARA MEZCLA TEOacuteRICA REAL


Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364

Interpolando entre las temperaturas de 1200degK y 1220degK se obtiene que la temperatura real de

combustioacuten es T = 1217347 degK

II Mezcla pobre (110 aire)

La ecuacioacuten real de combustioacuten con 10 de exceso de aire es

119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732

La ecuacioacuten de combustioacuten de acuerdo con la primera ley de la Termodinaacutemica

minus119876119903119890119886119897 = sum 119873119901( ℎ119891deg + ℎ minus ℎdeg)- sum 119873119903( ℎ119891deg + ℎ minus ℎdeg)

Los valores de las entalpiacuteas ℎ119891deg + ℎ de las sustancias a T= 298degK son los que se muestran en la

tabla 11 [75]

Sustituyendo valores correspondientes en la ecuacioacuten se obtiene

minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62

TABLA 11 ENTALPIA DE FORMACIOacuteN Y ENTALPIacuteA EN EL ESTADO DE REFERENCIA DE 298 degK MEZCLA POBRE REAL

Sustancia 119943deg kJkmol 120784120791120790deg119948 kJkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904

Lo que genera la siguiente ecuacioacuten

8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ

Una primera suposicioacuten se obtiene al dividir el lado derecho de la ecuacioacuten por el nuacutemero de

moles lo que produce

26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol


se aproxime al valor obtenido siendo T=1240degK Nuevamente se propondraacuten valores inferiores a

la temperatura obtenida para obtener la entalpiacutea correspondiente a cada sustancia por

interpolacioacuten lineal obtener el resultado correcto Se muestran los valores de la tabla 12 [75]

La interpolacioacuten entre las temperaturas de 1160degK y 1140degK da el resultado de la temperatura

real para esta mezcla 119879 = 11515385deg119870

TABLA 12 VALORES DE ENTALPIacuteAS PARA MEZCLA POBRE REAL


Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63

III Mezcla rica (85 de aire)

La ecuacioacuten real de combustioacuten incompleta genera la aparicioacuten de monoacutexido de carbono (CO)

en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732

De la primera ley de la Termodinaacutemica

minus119876119903119890119886119897 = sum 119873119901( ℎ119891deg + ℎ minus ℎdeg)- sum 119873119903( ℎ119891deg)

Los valores de ℎ119891deg + ℎ de los componentes a la temperatura de 298degK son los que se muestran

en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol

Eacutesta debe resolverse por iteraciones sucesivas Una primera suposicioacuten se obtiene al dividir el

lado derecho de la ecuacioacuten por el nuacutemero de moles obtenieacutendose 14759758 kJ

(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol

Ya que el 1198732 tiene el mayor nuacutemero de moles se busca en la tabla correspondiente a esta entalpia

la temperatura aproximada siendo T=870degK Realizando un procedimiento similar a las mezclas

anteriores se obtiene la tabla 14 [75]


64

TABLA 13 ENTALPIacuteA DE FORMACIOacuteN Y ENTALPIacuteA EN EL ESTADO DE REFERENCIA DE 298 degK MEZCLA RICA REAL


119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904

TABLA 14 VALORES DE ENTALPIacuteAS PARA MEZCLA RICA REAL

Temperatura T=860degK T=850degK T=840degK T=830degK T=820degK

Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315

Interpolando entre las temperaturas de 830degK y 820degK se obtiene una temperatura de

combustioacuten para esta mezcla de 119879 = 8264deg119870

435 Anaacutelisis de transferencia de calor por conveccioacuten

En el apartado 433 se determinoacute una cantidad de calor liberado por la reaccioacuten quiacutemica de

combustioacuten de Q = 3045170 kJkmol = 26658 kJkg Esta energiacutea en forma de calor se tomaraacute en

cuenta para calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten

Para este anaacutelisis se considera un modo de transferencia de calor por conveccioacuten entre un soacutelido

y un gas adyacente Seguacuten Cengel entre maacutes raacutepido es el movimiento de un fluido mayor es la

transferencia de calor por conveccioacuten [76]

De acuerdo con la ley de Newton del enfriamiento esta forma de transferencia de calor se expresa

mediante la ecuacioacuten honoriacutefica de este autor

119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende

h = coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten

As = aacuterea superficial a traveacutes de la cual tiene lugar la

transferencia de calor

Ts = temperatura de la superficie

Tinfin = temperatura de los gases de combustioacuten

Para determinar el aacuterea superficial a traveacutes de la cual tiene lugar la conveccioacuten se considera un

cilindro con las dimensiones de la muestra seleccionada con un tamantildeo de 81 mm de diaacutemetro por

864 mm de carrera entonces

As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2

Es necesario determinar la rapidez o tasa de transferencia de calor para lo cual se determina la

relacioacuten aire combustible para una mezcla con 85 de aire

119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende

Na Nc corresponden al nuacutemero de moles del aire y el combustible respectivamente

Ma Mc son la masa molar del aire y la mezcla respectivamente

Desplazamiento por cilindro = V1 ndash V2 = 1800 cm34 = 450 cm3

Relacioacuten de compresioacuten r = 95 =V1V2

Resolviendo se obtiene un volumen inicial V1 = 502941 cm3

Utilizando condiciones iniciales presioacuten de 100 kPa y temperatura de 298degK Mediante la

ecuacioacuten de estado se determina la masa de aire

ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66

Con la relacioacuten aire combustible se determina la masa del combustible

119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892

El calor total liberado durante la combustioacuten es

119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869

El flujo de calor por cilindro para una velocidad del motor de 2700 rpm es

119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882

Esta es la cantidad de flujo de calor que se considera para determinar el coeficiente de

transferencia de calor por conveccioacuten de la siguiente forma

ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten

Durante el presente anaacutelisis la geometriacutea de la biela fue elaborada en Solid Works para

posteriormente importarla al software de ANSYS en la simulacioacuten correspondiente Se selecciona

un modelo de malla refinado tal como se muestra en la figura 33 para una solucioacuten precisa y con

resultados confiables en el anaacutelisis teacutermico - transitorio y estructural

Figura 33Modelo de malla


67

Se inicia con un anaacutelisis teacutermico transitorio tomando en cuenta los datos de la muestra del motor

seleccionado asiacute como tambieacuten los resultados obtenidos en el anaacutelisis teacutermico de combustioacuten y por

transferencia de calor El tiempo transitorio se determina con la velocidad de rotacioacuten de 2700 rpm

tomando en cuenta que el ciguumlentildeal gira 2 revoluciones por ciclo termodinaacutemico resultando ser de

004444 segundos El primer resultado muestra la distribucioacuten de temperatura mediante la

transferencia de calor por conveccioacuten tal como se visualiza en la figura 34

Figura 34Distribucioacuten de temperatura

El segundo anaacutelisis es una simulacioacuten estaacutetica estructural vinculada con el anaacutelisis teacutermico

transitorio como se aprecia en la figura 35

Figura 35Flujo transitorio y estaacutetico estructural


68

Para el anaacutelisis estaacutetico estructural es necesario saber la fuerza axial que actuacutea sobre la biela para

lo cual durante el anaacutelisis cineacutetico realizado en el software de Matlab se obtuvieron resultados del

par-motor durante el movimiento de la biela del PMS al PMI El par maacuteximo o torque se obtiene a

los 28deg a parir del PMS punto en el cual la fuerza axial en la biela resulta ser de 15380 N Es

importante mencionar que el fabricante estima un par maacuteximo de 300 Nm a 2700 rpm y el

software de Matlab arroja un resultado de 310 Nm La distribucioacuten de temperatura es importada

para el anaacutelisis teacutermico estructural tal como se aprecia en la figura 36

Figura 36Importacioacuten de la temperatura de la biela

Mediante simulacioacuten final del anaacutelisis de flujo teacutermico-transitorio y estaacutetico-estructural se

obtienen resultados de los esfuerzos principales de Von Mises tal como se visualiza en la figura

37

Figura 37 Estado final de esfuerzos de la biela


69

Un paraacutemetro comparativo es la resistencia a la cedencia del material recomendado para la

fabricacioacuten de la biela Se utilizoacute para este caso un acero 4140 con una resistencia de 470 MPa

(recosido) y de 862 MPa (normalizado) Durante este tiempo la biela resiste con toda seguridad

el impacto de carga y temperatura Sin embargo la realidad es que normalmente el motor se

mantiene acelerado por maacutes tiempo Por ejemplo considerando que el motor trabaje durante un

minuto a la velocidad de 2700 rpm la solucioacuten que se obtiene mediante ANSYS resulta muy

considerable ya que el sobrecalentamiento se genera por estas causas La solucioacuten obtenida se

muestra en la figura 38

Definitivamente el esfuerzo maacuteximo rebasa el liacutemite de cedencia del material esto implica que

en alguacuten momento la parte maacutes vulnerable de la biela estaraacute propensa a sufrir alguna fractura lo

que comuacutenmente se conoce como ldquodesbielarrdquo el motor Esto es lo que genera mantener un motor

revolucionado aunque tambieacuten existen otras causas que contribuyen al sobrecalentamiento como

un sistema deficiente de lubricacioacuten y enfriamiento que en otro caso pueden considerarse motivo

de una investigacioacuten especiacutefica

Figura 38 Anaacutelisis por sobrecalentamiento de la biela


70

CAPIacuteTULO 5 ANAacuteLISIS Y DISCUSIOacuteN

51 Conclusiones relativas a los objetivos

Cumplimiento del Objetivo general ldquoAnalizar cuaacuteles son los elementos que causan las fallas

de una biela de un motor de combustioacuten interna de cuatro y cuatro cilindros encendido por chispardquo

A partir de los nuevos conocimientos obtenidos en esta investigacioacuten se puede dar por cumplido

el objetivo general teniendo en cuenta los siguientes elementos

Se realizoacute el anaacutelisis de los elementos que ocasionan la falla en un motor de cuatro tiempos

esto mediante el anaacutelisis cinemaacutetico donde se consideroacute el desplazamiento conforme a la

geometriacutea del motor y la velocidad tomando en cuenta el desplazamiento De igual forma se

tomoacute en cuenta la aceleracioacuten y se realzoacute el anaacutelisis cineacutetico

Cumplimiento del objetivo especiacutefico ldquoIdentificar el comportamiento termo estaacutetico de una

biela en un motor de combustioacuten interna de cuatro tiempos y cuatro cilindros encendido por

chispardquo

A eacuteste respecto se identificoacute el comportamiento termo estaacutetico mediante las leyes de la

termodinaacutemica para la eficiencia de un motor Otto ideal asiacute como la comprensioacuten isentroacuteprica

la relacioacuten de comprensioacuten y gases obtenieacutendose la eficiencia teacutermica del ciclo Otto

correspondiente al 60

Cumplimiento del objetivo especiacutefico ldquoDeterminar la fuerza axial de una biela en un motor de

combustioacuten interna de cuatro tiempos y cuatro cilindros encendido por chispardquo

Mediante el anaacutelisis cineacutetico y de las fuerzas alternativas de inercia se da por cumplido el

objetivo especiacutefico La fuerza axial que actuacutea sobre la biela variacutea de acuerdo a la posicioacuten

cinemaacutetica Tambieacuten es necesario considerar las fuerzas debidas a la presioacuten del gas durante

el proceso de expansioacuten pues de este resultado se obtiene la fuerza maacutexima que actuacutea sobre el

pistoacuten


71

Cumplimiento del objetivo especiacutefico ldquoObtener la temperatura de combustioacuten adiabaacutetica para

una reaccioacuten de combustioacuten estequiometricardquo

Mediante el anaacutelisis teacutermico y transferencia de calor se obtuvo la temperatura de flama

adiabaacutetica a partir de los resultados mediante interpolacioacuten Se analizaron los tres tipos de

mezcla para motores encendidos por chispa que corresponden a una mezcla estequiomeacutetrica

una mezcla pobre y una mezcla rica En el caso de la mezcla al 100 de aire se obtuvo una

estequiomeacutetrica balanceada donde se hizo la tabulacioacuten de la entalpiacutea con su correspondiente

sustancia al igual que la mezcla pobre obtenieacutendose una temperatura de 119879 = 2248144deg119870

Referente a la mezcla rica se realizoacute la interpolacioacuten entre los valores de 2300degK y 2200degK

resultando una temperatura para esta mezcla de 119879 = 2223305deg119870 por lo que se da por

cumplido este objetivo especiacutefico

Cumplimiento del objetivo especiacutefico ldquoSimular la geometriacutea estaacutetica y estructural de la biela

para identificar posibles deformacionesrdquo

Se realizoacute la simulacioacuten con un modelo de malla refinado en el Software de Aplicacioacuten Solid

Works donde posteriormente se importoacute al software ANSYS Se inicioacute con el anaacutelisis teacutermico

transitorio El tiempo transitorio se determina con una velocidad de rotacioacuten de 2700 rpm

Tomando en cuenta que el ciguumlentildeal gira dos revoluciones por ciclo termodinaacutemico este tiempo

resulta ser de 004444 segundos El primer resultado mostroacute la distribucioacuten de temperatura

mediante la transferencia de calor por conveccioacuten

Para el anaacutelisis estaacutetico estructural se usoacute el software de MATLAB El par maacuteximo

corresponde a 28deg a partir del PMS punto en el cual la fuerza axial en la biela resulta ser de

15380 N Es importante mencionar que el fabricante estimoacute un par maacuteximo de 300 Nm a 2700

rpm mientras que el software de MATLAB arrojoacute un resultado de 310 Nm Por lo que se da

por cumplido el objetivo especiacutefico

Cumplimiento del objetivo especiacutefico ldquoElaborar un anaacutelisis de las posibles fallas de la biela de

un motor de combustioacuten interna de cuatro tiempos y cuatro cilindros encendido por chispardquo


72

Respecto al anaacutelisis cineacutetico y cinemaacutetico se encontroacute que para la fabricacioacuten de la biela es

recomendable la resistencia de la cedencia es decir un acero 4140 con una resistencia de 470

MPa (recosido) y de 862 MPa (normalizado) Con estos paraacutemetros la biela resistiraacute con toda

seguridad el impacto de carga y temperatura

52 Aportaciones originales

La presente investigacioacuten tiene cuatro aportaciones las cuales se describen a continuacioacuten

Un primer aporte de esta investigacioacuten consistioacute en haber realizado un anaacutelisis cinemaacutetico

considerando el desplazamiento la velocidad y aceleracioacuten lo cual fue el objeto de estudio

para producir cambios en la biela de un motor VW Golf MK4 GTI 18T Respecto a la revisioacuten

de las fuentes primarias se encontraron los fundamentos teoacutericos necesarios para la

elaboracioacuten de dicha investigacioacuten que al ser analizado y aplicado dio un diagnoacutestico de la

situacioacuten actual de las fallas de una biela

Una segunda aportacioacuten fue el haber realizado el anaacutelisis estaacutetico estructural para saber la

fuerza axial que actuacutea sobre la biela Para esto durante el anaacutelisis cineacutetico se utilizoacute el software

de MATLAB con el que se obtuvieron resultados del par-motor durante el movimiento de la

biela del PMS al PMI

La tercera aportacioacuten de esta investigacioacuten consistioacute en realizar un anaacutelisis teacutermico por

transferencia de calor para poder identificar la temperatura de combustioacuten adiabaacutetica

considerando tres tipos de mezcla que son 100 de aire mezcla pobre y mezcla rica Asiacute como

la determinacioacuten de la temperatura real de combustioacuten y sus mezclas correspondientes para

obtener la temperatura de combustioacuten adiabaacutetica para una reaccioacuten de combustioacuten

estequiometrica

La cuarta aportacioacuten de esta investigacioacuten fue la generacioacuten de la geometriacutea de la biela usando

el software en Solid Works posteriormente importada al software de ANSYS la obtencioacuten de

una solucioacuten precisa y con resultados confiables en el anaacutelisis teacutermico transitorio y estructural

|

53 Recomendaciones para futuros estudios

Se recomienda para futuros estudios profundizar en la temaacutetica de mecaacutenica Los problemas que

deja abiertos esta investigacioacuten para futuros estudios son los siguientes


73

Se evidencia la necesidad de que las empresas dedicadas a la fabricacioacuten de piezas mecaacutenicas

establezcan paraacutemetros y realicen simulaciones adecuadas de las piezas que conforman los

autos para que no tengan fallas en un futuro

Se recomienda realizar investigaciones en el aacuterea de mecaacutenica que deacute seguimiento a las liacuteneas

de investigacioacuten de termo fluidos y disentildeo implementando un laboratorio de pruebas de

motores de combustioacuten interna que aunado a la simulacioacuten los resultados seriacutean maacutes eficientes

Difusioacuten de los resultados de esta investigacioacuten con la presentacioacuten de los mismo en congresos

y revistas

Finalmente se recomienda realizar investigaciones correspondientes a las fallas mecaacutenicas

diferentes a las abordadas en este estudio en relacioacuten con los motores de combustioacuten interna y

los factores que inciden negativamente


74

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80

ANEXOS

ANEXO I

Para el anaacutelisis cinemaacutetico y utilizando la nomenclatura de la figura 22 se determinaron el

desplazamiento velocidad y aceleracioacuten correspondientes por medio del software de MATLAB

El anaacutelisis completo corresponde al movimiento alternativo durante un ciclo termodinaacutemico

DESPLAZAMIENTO DEL PISTOacuteN

Programa para determinar el desplazamiento ldquoxrdquo del pistoacuten durante un movimiento angular de

360 grados


81

ANEXO II

VELOCIDAD DEL PISTOacuteN

Programa para determinar la velocidad ldquovrdquo del pistoacuten durante un movimiento angular de 360

grados


82

ANEXO III

ACELERACIOacuteN DEL PISTOacuteN

Programa para determinar la aceleracioacuten ldquoardquo del pistoacuten durante un movimiento angular de 360

grados


83

ANEXO IV

FUERZAS ALTERNATIVAS

En el anaacutelisis cineacutetico las fuerzas alternativas representan parte de la carga que actuacutea en el

pistoacuten considerando la aceleracioacuten del mismo en la segunda ley de Newton Se utilizoacute el

software de MATLAB durante este anaacutelisis

Programa para determinar las fuerzas alternativas de primer orden y segundo orden durante un

movimiento alternativo del pistoacuten


84

LA PROGRAMACIOacuteN EN EL SOFTWARE DE MATLAB PARA EL DESPLAZAMIENTO

LA VELOCIDAD LA ACELERACIOacuteN Y FUERZAS ALTERNATIVAS DE INERCIA ES

syms x

Longitud de la Biela

L=144

Radio De La Manivela

r=0432

Carrera Del Piston

C=2r

Angulo entre eje de la biela con Cilindro (beta)

b=0

lamda=rL

________DESPLAZAMIENTO DEL PISTOacuteN EN FUNCIOacuteN DE AacuteNGULO DE

MANIVELA_________

Deslizamiento angular de la Manivela (alpha)

a = 0pi184pi

Desplazamineto del Piston

x=r(1-cos(a))+L((1-(lamda^2)(sin(a))^2))^12

x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)

ylabel(Desplazamiento Del Piston (m))

xlabel(aacutengulo de la Manivela)

grid on

________VELOCIDAD DEL PISTOacuteN EN FUNCIOacuteN DE AacuteNGULO DE

MANIVELA_________

Velocidad del Piston

V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)

ylabel(Velocidad Del Piston (ms))


grid on

________ACELERACIOacuteN DEL PISTOacuteN EN FUNCIOacuteN DE AacuteNGULO DE

MANIVELA_________

Aceleracioacuten del Piston

A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)

ylabel(Aceleracioacuten Del Piston (ms^2))

xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660

Revoluciones Por Minuto

n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL

________FUERZA ALTERNA INERCIA DE PRIMER ORDEN_________

F1=m(W^2)rcos(a)biela de longitud infinita

________FUERZA ALTERNA INERCIA DE SEGUNDO ORDEN_________

F2=m(W^2)rlamdacos(2a)biela de longitud infinita


86

F2=m(W^2)r(cos(a)+lamdacos(2a))biela de longitud finita

y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)

ylabel(Fuerzas Alternativos (N))

xlabel(GRADOS)

legend(Fza Inercia 1deg Orden Fza Inercia 2deg Orden)

grid on


87

ANEXO V

ANAacuteLISIS DE LA FUERZA EN LA BIELA

Programa para determinar la fuerza durante el movimiento alternativo del pistoacuten

LA PROGRAMACIOacuteN EN EL SOFTWARE DE MATLAB PARA LA FUERZA EN LA

BIELA ES

Diagrama Par-Motor

function[F]=Fbexplosion

alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)

x=(r(1-cos(alphar)))+L(1-(sqrt((1-((lambda)^2)(sin(alphar))^2))))

V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)

Fa=-Ma(omega^2)r((cos(alphar))+((lambda)(cos(2alphar))))

F=Fx-Fa

Fb=F(1-(lambda^2)(sin(alphar))^2)^05

plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))

ylabel(Fuerza en la Biela N))

title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR

Programa para determinar el par-motor durante el movimiento alternativo del pistoacuten


90

LA PROGRAMACIOacuteN EN EL SOFTWARE DE MATLAB PARA EL PAR-MOTOR ES

Diagrama Par-Motor

function[Mt1]=ParMotorExplosion

alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa

Mt1=Fr(sin(alphar))+(((lambdasin(alphar)))cos(alphar))(sqrt(1-

lambda^2((sin(alphar))^2)))

plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))

ylabel(Par Motor(Nm))

title(Par Motor Explosion)

end


91

PRODUCTOS ACADEacuteMICOS


92


I

DEDICATORIAS

Dedico el presente trabajo con todo mi carintildeo a la memoria de mis padres Elena y Merced pues la

mejor herencia percibida se plasma en la formacioacuten profesional legado de la visioacuten que siempre

tuvieron que el mejor camino para el logro de nuestras metas es la educacioacuten Tambieacuten en memoria

de mi hermana Margarita por la dedicacioacuten e iacutempetu incondicional por parte de ella Y toda mi

familia por estar siempre presentes

Ademaacutes a todas las personas que de manera directa o indirectamente contribuyeron a el logro de

esta meta profesional y personal


II

AGRADECIMIENTOS



de maestriacutea





III


DEDICATORIAS I

AGRADECIMIENTOS II




RESUMEN VIII

ABSTRACT IX

INTRODUCCIOacuteN 1




3 Objetivos 4



4 Alcances 4


















IV



























41 Generalidades 43








V








REFERENCIAS 74

ANEXOS 80



VI







Figura 6Biela 17















Figura 21VW Golf 44



















VII

















VIII

RESUMEN


















IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


II

AGRADECIMIENTOS



de maestriacutea





III


DEDICATORIAS I

AGRADECIMIENTOS II




RESUMEN VIII

ABSTRACT IX

INTRODUCCIOacuteN 1




3 Objetivos 4



4 Alcances 4


















IV



























41 Generalidades 43








V








REFERENCIAS 74

ANEXOS 80



VI







Figura 6Biela 17















Figura 21VW Golf 44



















VII

















VIII

RESUMEN


















IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


III


DEDICATORIAS I

AGRADECIMIENTOS II




RESUMEN VIII

ABSTRACT IX

INTRODUCCIOacuteN 1




3 Objetivos 4



4 Alcances 4


















IV



























41 Generalidades 43








V








REFERENCIAS 74

ANEXOS 80



VI







Figura 6Biela 17















Figura 21VW Golf 44



















VII

















VIII

RESUMEN


















IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


IV



























41 Generalidades 43








V








REFERENCIAS 74

ANEXOS 80



VI







Figura 6Biela 17















Figura 21VW Golf 44



















VII

















VIII

RESUMEN


















IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


V








REFERENCIAS 74

ANEXOS 80



VI







Figura 6Biela 17















Figura 21VW Golf 44



















VII

















VIII

RESUMEN


















IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


VI







Figura 6Biela 17















Figura 21VW Golf 44



















VII

















VIII

RESUMEN


















IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


VII

















VIII

RESUMEN


















IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


VIII

RESUMEN


















IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


IX

ABSTRACT

















1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



92


1

INTRODUCCIOacuteN


























[2]


2














[5]









18 T






3











a continuacioacuten




















4









3 Objetivos

31 Objetivo general


Gti 18T










4 Alcances






5






continuacioacuten















6























econoacutemico









7































8




sobredimensionado



























9



10


















escape









adecuado


11





















12








respectivamente











eficiencia [21]



13

















14




refrigeracioacuten
















15



























ciguumlentildeal


16




interior del motor





















17

Figura 6Biela
















forma de doble T







18


















19



encuentran



siempre















Figura8 Pistoacuten


20

















9









21




















22














motor

Figura 12Cojinetes


23












continuacioacuten

















24




















25





















26






















27


















28






















las cuales son



de salida





29





estratificada

















30



continuacioacuten




























31















del motor














32






























33







SOLIDWORKS

















temperaturas


34






teacutermica [66]







un motor [69]

















35















soacutelidos


36





















37


















se presentaraacute












38



















Hipoacutetesis nula



Variables


Combustioacuten





39




caacutemara de

combustioacuten












disponible [31]


combustioacuten

Sobrecalentamiento

del motor










Fallo en sistema de

enfriamiento
















40
















Motor V 4




Cilindrada 1781 cm3









41










(Valores en 0C)




traccioacuten

95 ndash 105 kgfmm2





C 038 ndash 043

Mn 060 ndash 080

Si 015 ndash 035

P 0035 Maacutex

S 004 Maacutex

Cr 070 ndash 090

Ni 165 ndash 200

Mo 020 ndash 030


42


















presente trabajo


43


41 Generalidades


















correspondientes



44



en la figura 21















Octavia VRS

Figura 21VW Golf


45







Sports
















46

Donde







I Desplazamiento





Donde λ =119903

119871 119902119906119890 119903119890119901119903119890119904119890119899119905119886 119906119899119886 119903119890119897119886119888119894oacute119899 119886119897119890119886119905119900119903119894119886



119909 = 119903(1 minus cos prop)





Des

pla

zam

ien

to d

el p

istoacute

n e

n m

etro

s



47

II Velocidad








Vel

oci

dad

del

pis

toacuten

(m

s)


Ace

lera

cioacute

n d

el p

istoacute

n (

ms

2)



48







resultado












Fu

erza

s al

tern

ativ

as (

N)



49










Fu

erza

en

la

bie

la (

N)


50










graacutefica





Par

-mo

tor

(N

m)



51


Es decir

119890119900119905119905119900 =119882119899119890119905119900

119902119890119899119905


119882119899119890119905119900 = 119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897


119890119900119905119905119900 =119902119890119899119905 minus 119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119902119904119886119897

119902119890119899119905= 1 minus

119862119907(1198794 minus 1198791)

119862119907(1198793 minus 1198792)= 1 minus

(1198794 minus 1198791)

(1198793 minus 1198792)


11987511198811119896 = 11987521198812

119896 there41198752

1198751= (

1199071

1199072)

119896

= 119903119896


1199072


11987511199071

1198791=

11987521199072

1198792 there4

1198752

1198751=

1199072

1199071∙

1198792

1198791= 119903

1198792

1198791= 119903119896


52


1198792 = 1198791119903119896minus1


11987531198813119896 = 11987541198814

119896 there41198753

1198754= (

1199074

1199073)

119896

= 119903119896


11987531199073

1198793=

11987541199074

1198794there4

1198753

1198754=

1199074

1199073∙

1198793

1198794= 119903

1198793

1198794= 119903119896


1198793 = 1198794119903119896minus1



119890119900119905119905119900 = 1 minus1198794 minus 1198791


1198794 minus 1198791

119903119896minus1(1198794 minus 1198791)

119890 = 1 minus1

119903119896minus1



119890 = 1 minus1

9514minus1= 06




53






adiabaacutetica




119867119901119903119900119889 = 119867119903119890119886119888119905










54

















119862811986718 + 119908(1198742 + 3761198732) rarr 1198831198621198742 + 1198841198672119874 + 1198851198732



119862 8 = 119883

119867 18 = 2119884 there4 119884 = 9

119874 2119882 = 2119883 + 119884 there4 119882 = 125

119873 376(2)119882 = 2119885 there4 119885 = 47


119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


55




Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298 + ∆ℎ)

Donde







8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 47ℎ1198732

= 5646081



64ℎ1198732= 5646081

ℎ1198732= 88220015

119896119869

119896119898119900119897


119879 = 2650deg119870




56



Sustancia h(kJkmol)

8CO2 1099592 1025752 903512

9H2O 1028457 955647 836460

47N2 4072550 3814003 3385880

6130599 5795402 5125852





119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 1251198742 + 5171198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)


8[minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364]

kJ

kmol1198621198742

+ 9[minus241820 + ℎ1198672119874 minus 9904]kJ

kmol1198671198742

+125[0 + ℎ1198732minus 8682]

kJ

kmol1198742

+ 517[0 + ℎ1198732minus 8669]

kJ

kmol1198732

= 1[minus249950 + 0]kJ

kmol119862811986718

8ℎ1198621198742+ 9ℎ1198672119874 + 125ℎ1198742

517ℎ1198732= 56976778119896119869119896119898119900119897


6995ℎ1198732= 56976778

ℎ1198732= 8145357827

119870119869

119870119898119900119897


57



Sustancia h(kJkmol)

8 CO2 1001216 1025752 903512 927872

9 H2O 931572 955647 836460 860058

125 02 1039675 106390 94355 9674625

517 N2 4100844 41954033 3724468 38183552

61376055 62831923 5558795 570303145


119879 = 2500deg119870







119862811986718 + 125(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 91198672119874 + 471198732


119862811986718 + 10625(1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 91198672119874 + 375119862119874 + 39951198732


Σ119901119903119900119889119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ) = Σ119903119890119886119888119905119873119894(ℎ119891298deg + ∆ℎ)



KJKmol

C₈H₁₈ -249950 -----

O₂ 0 8682

N₂ 0 8669

H₂O -241820 9904

CO₂ -393520 9364

CO -110530 8669


58






+ 0) ndash 10625 (0 + 0) ndash 3995 (0 + 0) = 0

425 ℎ119862119874₂ + 375 ℎ119862119874 + 9 ℎ119867₂119874 + 3995 ℎ119873₂ = 45211458


ℎ119873₂ = 7938798 = 79388 kJkmol


119879 = 2400deg119870


la tabla 8


mezcla 119879 = 2223305deg119870



Sustancia h(KJKmol)

425 Co₂ 531896 50589875 47999075

375 Co₂ 30005625 28629375 272580

9 H₂O 931572 883791 836460

3995 N₂ 3168834 30232562 2877998

sum 493235825 46992397 446702875


59


























119896119898119900119897



60



kjkmol

119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119925120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 47(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718



8ℎ 1198621198742

+ 9 ℎ1198671198742+47ℎ1198732

=2600911 kJkmol



(8 + 9 + 47) 119896119898119900119897= 4063923

kJ

kmol




en la tabla 10 [75]


61



Sustancia h(KJKmol)

120790 119914119926120784 421792 430784 439816

120791 119919120784119926 391581 399420 407304

120786120789 119925120784 1696888 1728519 1760244

Total 2510261 2558723 2607364





119862811986718 + 1375(1198742 + 3761198732) rarr 81198621198742 + 1251198742 + 91198672119874 + 5171198732




tabla 11 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 8(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 125(0 + ℎ1198742minus 8682)

kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 517(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718


62



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 -

119925120784 0 -

119914119926120784 -393520 9364

119926120784 0 8669

119919120784119926 -241820 9904


8ℎ1198621198742+125 ℎ1198742

+ 9 ℎ1198671198742+517ℎ1198732

=26525078 kJ



26525078 119896119869

(8 + 125 + 9 + 517) 119896119898119900119897= 379200543

kJ

kmol









Sustancia h(kJkmol)

120790119914119926120784 430784 412816 403872 394952

120783 120784120787119926120784 4805875 4627875 453925 445075

120791119919120784119926 399420 383778 376020 327384

120787120783 120789119925120784 19013709 1831731 1797092 17625564

Total 277963365 267460375 26223765 25293999


63



en los productos

119862811986718 + 10625 (1198742 + 3761198732) rarr 4251198621198742 + 375119862119900 + 91198672119874 + 39951198732




en la tabla 13 [75]


minus3045170119896119869

119896119898119900119897

= 425(minus393520 + ℎ1198621198742minus 9364)

kJ

kmol1198621198742

+ 375(minus110530 + ℎ119862119900 minus 8669)kJ

kmol1198742

+ 9(minus241820 + ℎ1198671198742minus 9904)

kJ

kmol1198671198742

+ 3995(0 + ℎ1198732minus 8669)

kJ

kmol1198732


kmol119862811986718

425ℎ1198621198742+375 ℎ119862119900 + 9 ℎ1198671198742+3995ℎ1198732

=14759758 kJkmol



(425 + 375 + 9 + 3995) 119896119898119900119897= 25917

kJ

kmol





64



119914120790119919120783120790 -249950 -

119926120784 0 8682

119925120784 0 8669

119914119926120784 -393520 9364

Co -110530 8669

119919120784119926 -241820 9904



Sustancia h(KJKmol)

120786 120784120787119914119926120784 150008 14778525 14556675 1433525 141151

120785 120789120787119914119926 96630 954225 94215 9301125 9181125

120791119919120784119926 272160 268614 265086 261558 258048

120785120791 120791120787119925120784 10231195 10104154 9977113 9850871 9724629

Total 15419175 152223715 150257905 148300885 146347315












119888119900119899119907 = ℎ119860119904( 119879119904 minus 119879infin )


65

Doacutende









As = πDL = π(81 cm)(864 cm) = 2198612cm2 = 2198612x10-4 m2



119903119886119888frasl =

119898119886

119898119888=

119873119886

119873119888

119872119886

119872119888=

(10625)(426)(2897)

114231= 115

119896119892119886119894119903119890

119896119892119888119900119898119887

Doacutende








ma = 11987511198811119872

1198771199061198791

= (100)(5029411990910minus4)(2897)

(8314)(298)= 0000588 k119892


66


119898119888 = 119898119886

119903119886119888=

0000588

115= 000005113 k119892


119876 = 119902119898119888 = 26658119896119869

119896119892(000005113 119896119892) = 1363035 119896119869


119876 = 1363035119870119869 (1

2119888119894119888119897119900119904

119903119890119907

) (2700119903119890119907

119898119894119899) (1

119898119894119899

60 119904 ) = 306682 119896119882



ℎ = 119888119900119899119907

119860119904 ( 119879119904minus119879infin )=

306682 119882

(219861211990910minus41198982)(25minus5533)deg119862= 26398355 119882

1198982deg119862frasl

44 Simulacioacuten







67












68











37



69

















70













chispardquo











pistoacuten


71




























72






















estequiometrica




|





73








y revistas





74

REFERENCIAS














204




5 p 05616 2003










de CV Obtenido de


monampauthCount=1


75












electricas9789681861544851507





















76




mmonampauthCount=1









Teacutecnicas



Obtenido de


ummonampauthCount=1
















77


Press
































78





con193604htm















335-342



Issue4 (2014) 21-28






vol 1 1-15




79





















monampauthCount=1




Edition-(210)html





80

ANEXOS

ANEXO I






360 grados


81

ANEXO II



grados


82

ANEXO III



grados


83

ANEXO IV








84



syms x


L=144


r=0432

Carrera Del Piston

C=2r


b=0

lamda=rL


MANIVELA_________


a = 0pi184pi



x=r(1-cos(a))

y=010720

subplot(221)

plot(yx)



grid on


MANIVELA_________


V=diff (x)

y=010710

subplot(222)


85

plot(yV)



grid on


MANIVELA_________


A=diff (V)

y=010700

subplot(223)

plot(yA)


xlabel(GRADOS)

grid on

Masa

m=660


n=2700

Velocidad Angular

W=(2pin)60

lamda=rL






86


y=010720

subplot(224)

plot(yF1r-yF2b-)


xlabel(GRADOS)


grid on


87

ANEXO V




BIELA ES

Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00432

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000


88

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa


plot(alphaFb)

grid on

xlabel(Grados(deg))


title(Fb Explosion)

end


89

ANEXO VI

DIAGRAMA PAR-MOTOR



90


Diagrama Par-Motor


alpha=3602540

alphar=alpha(pi180)

r=00437

L=0144

Ma=66

dmm=87

dm=dmm1000

lambda=rL

omega=2700((2pi)60)


V=(pidm^2)(x+01)

Px=91807(V^14)

Fx=Px(pidm^2)


F=Fx-Fa



plot(alphaMt1)

grid on

xlabel(Grados(deg))



end


91



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instituto tecnolÓgico de pachuca · biela de un motor de combustiÓn interna encendido por chispa...

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