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Universidad de Matanzas
Facultad de Ciencias Técnicas.
PROPUESTA DE DISEÑO DE UN BANCO DE PRUEBAS DE
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
Trabajo de Diploma para optar por el título de Ingeniero Mecánico
Autor: José Leonardo Grandales Fernández
Tutor: Ing. Kobany Reyes Cruz
Dr.C. Ramón Quiza Sardiñas.
Matanzas, 2016
i
DECLARACIÓN DE AUTORIDAD
Por medio de la presente declaro que soy el único autor de este trabajo de diploma y, en
calidad de tal, autorizo a la Universidad de Matanzas a darle el uso que estime más
conveniente.
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NOTA DE ACEPTACIÓN
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Miembros del Tribunal:
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Presidente Secretario Vocal
iii
RESUMEN
La disponibilidad de bancos de prueba es un requisito importante en los talleres
dedicados a la reparación de motores de combustión interna, ya que permiten verificar los
parámetros del motor con el objetivo de garantizar la calidad del proceso. Sin embargo,
las condiciones financieras de los talleres hacen difícil importar los caros bancos de
pruebas disponibles en el mercado mundial. Este trabajo propone el diseño mecánico de
un banco de pruebas para motores de combustión interna. El banco de prueba fue
diseñado para reutilizar una estructura previa existente en el taller de EISA Matanzas. Se
propone un diseño conceptual teniendo en cuenta las características deseadas del banco
de prueba. Los componentes críticos fueron diseñados utilizando el método de elementos
finitos, con el propósito de verificar el cumplimiento de las condiciones de diseño desde
el punto de vista de la resistencia mecánica. También fue analizada y verificada la
resistencia a la fatiga para garantizas la vida útil del banco.
Palabras claves: Banco de pruebas; Motor de combustión interna; Método de elementos
finitos.
iv
ABSTRACT
Availability of testbeds is an important requirement in any workshop devoted to repairing
internal combustion engines, because they allow verifying the motor parameters in order
to guaranty the quality of the process. Nevertheless, the financial conditions of the Cuban
workshops make difficult to import the expensive testbeds available in the international
market. This work proposes the mechanical design of a testbed for internal combustion
engines. The testbed was designed by reusing a previous structure existing in the EISA
Matanzas workshop. A general conceptual design was proposed, taking in to account the
desired features of the testbed. The critical components were designed by using the finite
element method in order to verify the fulfillment of the design conditions from the
mechanical strength point of view. Also, the strength to fatigue was analyzed and
verified, for guarantying the testbed work life.
Keywords: Testbed; Internal combustion engine; Mechanical design; Finite element
method.
v
AGRADECIMIENTO
Este trabajo ha sido parte del proyecto «Diseño de un banco de pruebas para motores de
combustión interna con sistema de monitoreo inteligente», financiado por la UEB EISA
Matanzas, a la cual quiero dejar constancia de mi agradecimiento por su apoyo durante
todo el trabajo.
vi
TABLA DE CONTENIDO
Introducción ........................................................................................................................ 1 Capitulo1 Marco teórico .................................................................................................... 3
1.1 Motores de combustión interna ............................................................................ 3 1.1.1 Generalidades ..................................................................................................... 3 1.1.2 Clasificación de los motores de combustión interna: ........................................ 5
1.1.2 Ciclo de trabajo de los motores diésel ............................................................... 5 1.1.3 Funcionamiento del motor ................................................................................. 7
1.1.4 Características .................................................................................................... 8 1.2 Banco de pruebas para motores de combustión interna: ......................................... 13
1.2.1 Clasificación de los bancos de prueba de motores de combustión interna ...... 14 1.3 Sistemas de sensores. ............................................................................................. 16
1.3.1 Aplicación en los automóviles ......................................................................... 16
1.3.2 Sensores EDC .................................................................................................. 17 1.3.4 Dinamómetro ................................................................................................... 21
Capitulo2: Diseño conceptual del banco de prueba .......................................................... 23 2.1 Importancia del proyecto ........................................................................................ 23
2.2 Definición del proyecto........................................................................................... 23 2.3 Parámetros a medir en los motores que se van a probar en el banco de pruebas .... 24
2.4 Base conceptual ...................................................................................................... 24 2.4.1 Bancada del motor ........................................................................................... 24
2.4.2 Cimentación ..................................................................................................... 26 2.4.3 Aislamiento de vibraciones. ............................................................................ 27 2.4.4 Esquema de sensores del banco de pruebas. .................................................... 28
2.5 Sistema mecánico.................................................................................................... 30 2.5.1 Descripción general del sistema mecánico ...................................................... 30
2.5.2 Soportes del motor ........................................................................................... 30 2.5.3 Sistema de alimentación .................................................................................. 32 2.5.4 Sistema de refrigeración .................................................................................. 33
2.5.5 Sistema de gases de escape. ............................................................................. 36
2.6 Sistema de freno del motor ..................................................................................... 37 2.6.1 Descripción del sistema ................................................................................... 37
Capítulo3: Diseño mecánico ............................................................................................. 39 3.1 Diseño de los soportes ............................................................................................ 39
3.1.1 Cargas y sujeciones .......................................................................................... 39 3.1.2 Fuerzas de conector .......................................................................................... 41
3.2 Análisis de los resultados. ....................................................................................... 44
3.2.1 Fuerzas resultantes ........................................................................................... 44 3.2.2 Resultados del estudio...................................................................................... 44
Conclusiones ..................................................................................................................... 52 Anexos .............................................................................................................................. 56
Anexo 1 Modelación de la pieza. .................................................................................. 56 Anexo 2 Información de contacto ................................................................................. 59
1
INTRODUCCIÓN
Dentro del proceso de reacondicionamiento en motores de combustión interna se
perciben fallas posreacondicionamiento después de haber trabajado el tiempo de vida útil,
cuestión que se observa en cierto porcentaje de los trabajos efectuados en la empresa
EISA de Matanzas. Este tipo de problemas pudiera evitarse (o, al menos, disminuirse
sensiblemente) si se contara con un banco de pruebas para realizar las verificaciones
necesarias.
Todo lo anterior, puede resumirse en la siguiente situación problémica: necesidad de
contar con un banco de pruebas para garantizar la calidad de las reparaciones
realizadas en los talleres automotores cubanos.
Desafortunadamente, los precios de este tipo de equipamiento suele ser muy alto
(especialmente, si se tiene en cuenta la relación entre el precio y la calidad), lo que
dificulta su adquisición en las condiciones financieras de las empresas cubanas. Por lo
tanto, se ha considerado como problema tecnológico, el diseño y la construcción de un
banco de pruebas para motores de combustión interna, utilizando los recursos y
capacidades de la propia entidad. Desde luego, para ser una alternativa válida, este
banco de pruebas deberá reunir requisitos similares a las ofertas del mercado y a un
precio marcadamente inferior.
Para dar solución a esta situación problémica, se propone como objetivo general del
trabajo realizar el diseño conceptual de un banco de prueba para medir los principales
parámetros de los motores de combustión interna después de su reacondicionamiento en
la empresa EISA Matanzas, y el diseño mecánico de sus componentes críticos, desde el
punto de vista del estado tensorial.
Para dar cumplimiento a este objetivo general, se proponen los siguientes objetivos
específicos:
1. Realizar el diseño conceptual del banco de pruebas, indicando sus principales
componentes estructurales y el sistema de sensores a utilizar.
2. Seleccionar los elementos críticos del banco de pruebas desde el punto de vista del
estado tensorial.
2
3. Evaluar la resistencia de los elementos críticos, desde el punto de vista mecánico,
mediante simulaciones utilizando el método de elementos finitos.
4. Evaluar la vida útil de los elementos críticos, teniendo en cuenta su resistencia a la
fatiga mecánica.
5. Elaborar la documentación técnica de diseño del banco de pruebas.
.
3
CAPITULO1 MARCO TEÓRICO
1.1 Motores de combustión interna
1.1.1 Generalidades
Se llama motor de combustión interna a una máquina para transformar la energía química
del combustible empleado, mediante un ciclo térmico de trabajo, donde la combustión
ocurre dentro del motor, en energía mecánica que proporciona movimiento rotativo a su
eje. Los motores de combustión interna, aunque tienen numerosos usos, son
especialmente empleados en el transporte.
Es un motor térmico que transforma que transforma la energía química en energía
mecánica para obtener movimiento un proceso térmico de funcionamiento. El
combustible es mezclado con el aire en proporción conveniente, se comprime en un
cilindro mediante un pistón o émbolo y se hace explosionar la mezcla y se hace
explosionar la mezcla por medio de una chispa proporcionada por un sistema de
encendido. La enorme fuerza explosiva es recibida por el pistón y se convierte en energía
mecánica por el mecanismo clásico de biela-manivela. La manivela está formada por dos
brazos del cigüeñal y la muñequilla que une los mismos.
Están dotados, además, de un sistema de refrigeración que rebaja las altas temperaturas
que se produce, y de un sistema de alimentación que proporciona el combustible en
condiciones ideales.
Desde 1930 los motores diésel, también llamados de aceite pesado, han tenido una
aplicación cada vez mayor en el automovilismo. Aunque inicialmente fueron empleados
en vehículos industriales y hasta mediados de la década de los 60 no apareció el primer
turismo con motor diésel, hoy en día su uso se ha generalizado.
La organización de sus elementos es la misma que en los motores de explosión, pero en
los de combustión, hay algunas diferencias sensibles en su funcionamiento.
4
Para que el gasoil entre en el cilindro, inyectado en el aire tan fuertemente comprimido y
caliente, es necesario que a su vez se envié a una presión elevada, en forma de un
pequeñísimo chorro para cada carrera de combustión; esto se consigue con in equipo de
inyección compuesto por una bomba que: dosifica, da presión y envía el gasoil al cilindro
correspondiente, y un inyector que le da entrada a la cámara de combustión.
Cuando el acelerador esta suelto se inyecta solamente el gasoil necesario para la marcha
en vacío y del motor al ralentí; cuando se pisa a fondo pasa a quemarse la máxima
cantidad de combustible que, puede hacerlo con el aire que cabe en el cilindro,
aproximadamente en la proporción de 1 gramo por 18 a 20 de aire (un litro de gasoil
necesita unos 15 000 litros de aire, un 30 por 100 más que la gasolina); pero obsérvese
que el aire aspirado por el motor puede ser el máximo y el gasoil, a diferencia de la
gasolina, no disminuye en la energía que proporciona aunque se queme en exceso de aire,
sin los inconvenientes de lo que en los motores de explosión se llama mezcla pobre, y
que aquí no existe. (Isermann 2014).
Aunque el gasoil llegue a costar tanto como la gasolina, los motores diesel seguirán
siendo más económicos no solo porque el consumo es menor con los de respecto a la
explosión para una misma potencia, sino porque su rendimiento es superior a la de estos
últimos, de los que ya se dijo que la salida del cigüeñal solo se disponía de un 24 por 100
de la energía latente en el combustible. En los diésel se llega al 34 por 100, porque no se
pierde tanto en los gases de escape y en el sistema de refrigeración.
No obstante los motores de diésel son más difíciles de adquirir. En primer lugar, porque
el motor ha de ser mucho más robusto por la fuerte compresión y mayores presiones de
trabajo. En segundo lugar, como la combustión es completa se consigue gracias al exceso
de aire con el que es constantemente funcionan los diésel, resulta que los cilindros son en
proporciones mayores; y en tercer lugar, la bomba de gasoil es un aparato complicado
que requiere gran precisión y mucho más caro que un carburador.
Las dificultades que existen para poder inyectar el gasoil a grandes velocidades, se
añaden a las dos grandes razones primeras para los que el diesel tenga que ser más lentos
que los motores de gasolina.
5
1.1.2 Clasificación de los motores de combustión interna:
Los MCI se pueden clasificar según diversos criterios:
a) por el ciclo térmico en: Otto o Diésel;
b) por la disposición y el número de cilindros en: rotativo (radial), en línea, en V, u
opuestos;
c) por la posición de las válvulas: en la culata, lumbreras o rotativos;
d) por el tipo de arranque: por batería; por aire comprimido y con motor auxiliar;
e) por el tipo de enfriamiento: con líquido (agua+glicol), con aire; con aceite de
lubricación;
f) por la alimentación de aire: aspiración natural, sobrealimentado (turbocargado), o
accionado por engranajes;
g) por el combustible empleado: gas, gasolina o aceites pesados (gasóleo o fueloil).
1.1.2 Ciclo de trabajo de los motores diésel
El ciclo de un motor de cuatro tiempos diésel está formado de la siguiente manera
(Fig. 1.1):
Primera media vuelta: Admisión se abre la válvula A de entrada de aire del cilindro; el
pistón al bajar lo aspira a través del filtro del colector de admisión, sin mariposa que
gradué la cantidad (que debe ser siempre la máxima posible), de modo que el cilindro
queda lleno de aire puro.
Segunda media vuelta: Compresión al subir el embolo comprime el aire hasta dejarlo
reducido a un volumen de 12 a 24 veces menor, con lo alcanza una temperatura de
600 °C que permitirá la autoinflamación del combustible, a una presión de 36 a 45 kg/cm,
mientras que en los motores de gasolina la presión efectiva a la que llega la mezcla no
pasa de los 15 kilos.
6
Tercera media vuelta: Combustión por el inyector B penetra en el cilindro el pequeño
chorro de gasoil cuya inyección controlada por el pedal del acelerador, dura más o menos
tiempo según la mayor o menor cantidad necesaria.
Dada la gran presión a que entra y la forma del inyector, el gasoil se pulveriza en forma
de finísimas partículas (niebla), cuyas primeras gotas en contacto con el aire a una
temperatura muy elevada, se vaporizan e inflaman, comunicándose el fuego al resto del
gasoil a medida de que entra. El calor desarrollado dilata los gases y eleva la presión de
trabajo hasta 50 a 90 kilogramos según la forma de la culata (el doble que en los motores
de explosión)
Cuarta media vuelta: Escape se abre la válvula C y por ella son expulsados al exterior los
gases residuales de la combustión.
Figura 1.1 Ciclo de trabajo de los motores diésel del manual del automóvil (Arias Paz
2004, Fig. 8.1, p.361).
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1.1.3 Funcionamiento del motor
Según se acaba de explicar, en el tiempo de admisión el cilindro aspira aire puro a través
de un colector cuya boca (figura 8.2) está el filtro de aire. Cada cilindro lleva las válvulas
de admisión y escape, en general colocadas en cabeza y mandadas por balancines. El
combustible es aspirado por el depósito por la tubería A mediante la bomba con el filtro
de entrada que lo envía al filtro general, de donde sale por la parte inferior a la bomba de
inyección que por medio de los cuerpos de bomba (uno por cilindro), lo manda a presión
por los tubos B a los inyectores, colocados en los cilindros, como las bujías en los
motores de explosión.
El gasoil que rebosa los inyectores regresa por los tubos C y D al depósito general; por
este último también vuelve el que sobra en el filtro por no ser consumido por la bomba de
inyección.
La bomba recibe movimiento desde los engranajes de distribución por el árbol E, y el
mando del acelerador actúa sobre la bomba por la palanca F, como se verá más adelante.
El pistón comprime el aire aspirado en el primer tiempo hasta que la presión se eleva a 35
a 40 kg/cm2. El gasoil introducido en los inyectores al final de la compresión, se inflama
al entrar en contacto con el aire, quemándose a medida que entra. Para que el combustible
se pulverice al ser inyectado se necesita que lo haga a una gran presión que llega a
300 kg/cm2
en algunos motores. Durante el tiempo de combustión, la presión máxima es
como el doble de la explosión en los motores de gasolina.
En cada cilindro se obtiene, como en los motores de gasolina, una carrera motriz en cada
dos vueltas del cigüeñal.
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Figura 1.2 Motor Diesel (Arias Paz 2004, Fig. 8.2, p.362).
1.1.4 Características
De todos estos datos se deducen las siguientes características en un motor diésel:
- La elevada compresión es causa de su buen rendimiento, pero repercute en las
grandes presiones que sufren cilindro, pistón, biela, etc., que obliga a construir
órganos más robustos y pesados.
- El golpeo es más fuerte que en los motores de gasolina, dando sobre todo en ralentí
un sonido característico.
- La velocidad de inflamación del diésel es casi del doble que en los motores de
gasolina (en realidad es una detonación), aunque el combustible no se quema
rápidamente por no estar introducido todo en el cilindro en el momento de iniciarse la
inflamación sino que arde a medida que va entrando.
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- Las fuertes presiones y la mayor robustez y peso de las piezas en movimiento son
limitadores de la velocidad de rotación. Gracias a los progresos de la metalurgia se
construyen hoy motores diésel ligeros de 4000 rpm, aunque los corrientes en
camiones giran a un máximo poco de 2000 rpm; pero de ningún modo deben
embalarse estos motores, razón por la cual casi todos están dotados de los reguladores
que se describen más adelante.
- Para conseguir una combustión completa del gasoil y que no salgan humos negros y
malolientes por el escape, es necesaria una proporción de aire superior a la requerida
para un motor de gasolina.
- Las bombas de inyección llevan un reglaje que no se debe variar, pues aunque
parezca que aumentado la proporción del gasoil se obtiene mayor potencia, es a costa
de producir humos en el escape y sobre todo la carbonilla en los cilindro y en las
válvulas, estropear rápidamente el aceite del engrase, anular su economía de
funcionamiento y causar un esfuerzo suplementario en los órganos del motor que
enseguida los deteriora. Los diésel funcionan con mucha precisión y no admiten
variaciones en su reglaje,
- Dado el exceso de aire con que se lleva a cabo la combustión, los gases de escape no
tienen prácticamente el venenoso oxido de carbono que producen los motores de
gasolina; y otra diferencia, es que el gasoil no produce vapores inflamables a la
temperatura ambiente, por lo que se elimina el peligro de incendio en caso de
accidente. (Martyr, A.J.; Plint, M.A. 2012).
De las condiciones de trabajo expuestas se deduce la robustez que caracteriza a estos
motores, lo cual implica una gran precisión en el mecanizado, así como una buena
calidad de los materiales. Ambas cualidades van parejas con la resistencia que todos los
órganos deben tener para trabajar con esfuerzos muy superiores a los del ciclo de
gasolina.
Básicamente la arquitectura es semejante a las de los motores de gasolina, aunque con un
reforzamiento de diferentes elementos, ya que las presiones internas que soportarán son
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mucho más elevadas, siendo sus componentes principales los mismos: cigüeñal,
cilindros, pistones, culata y distribución. La diferencia principal radica en la forma que se
prepara e inicia el quemado de combustible.
Los cilindros forman casi siempre un solo bloque, pero si este es de gran tamaño la culata
se divide en dos. El material del bloque es de fundición o aleación ligera de aluminio
fuertemente reforzada; los cilindros son casi siempre amovibles, del tipo de camisa
húmeda o de forro seco, con objeto de hacer sus paredes más resistentes (acero, fundición
centrifugada, nitrurada, etc.,),que si estuviesen mecanizados directamente en el bloque.
El cigüeñal está apoyado en cojinetes intercalados entre codo y codo, siete en los seis
cilindros y cinco en los cuatro cilindros. A causa de los importantes esfuerzos que sufren
todos los órganos del motor, en particular el cigüeñal, es indispensable asegurar a este
una gran rigidez y resistencia, y de aquí la gran interposición de un gran número de
apoyos, generalmente igual al número de muñequillas de biela más uno.
Dada la alta compresión con que se trabaja, el sellado o cierre que hagan los segmentos
debe ser muy hermético, y por ello se ponen más que en los motores de gasolina; casi
siempre, con cuatro segmentos de compresión A y varios de engrase, como el rascador B
bajo los de compresión y dos más C en la falda.
Los émbolos generalmente se hacían de fundición, pero modernamente se realizan en
aleaciones de aluminio, teniendo que soportar esfuerzos de 70 a 140 kg/cm2; se
caracterizan por ser más largos y completos.
En la cabeza suelen llevar hendiduras o huecos D, bien para que al abrirse las válvulas no
tropiecen con el émbolo estando este en su punto muerto superior, dejando muy poco
espacio para comprimir fuertemente el aire, o bien adquiera el movimiento de torbellino
conveniente para la mejor combustión del gasoil.
El bulón suele ir sujeto con un clip E, en su alojamiento, y desde este al fondo hay una
distancia apreciable (émbolos de cabeza larga), que da idea de lo bien guiado que ha de
resultar el pistón dentro del cilindro. (Chaskalovic, J. 2008; Kaveh, A. 2014; Rust, W.
2015).
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Figura 1.3 Sistema de biela manivela (Arias Paz 2004, Fig. 8.3, p.365).
En el detalle 2 de la figura 8.3 se muestra otro pistón con sus cuatro anillos de
compresión A y dos rascadores de aceite B, uno siempre en la falda, con el bulón sujeto
por el clip E. La cabeza de biela a veces se cierra con dos dobles espárragos F, abrazando
a la muñequilla del cigüeñal mediante unos casquillos finos de acero recubiertos con
antifricción o, lo que es ahora más frecuente con tejuelos de bronce plomado, más
resistente que el babbit, por lo menos el G de la parte superior, que es el que sufre mayor
esfuerzo de la carrera motriz, pudiendo ser H de antifricción, pero en capa fina sobre los
casquillos de acero.
Para que pueda sacarse el pistón con la biela, por debajo del cilindro, sin desmontar el
bloque ni quitar el cigüeñal, en varias marcas se hacen las cabezas con sombrerete J
(detalle 3) en diagonal; en este caso el casquillo de abrazadera esta todo recubierto de
bronce plomado K. Esta figura muestra una biela con salida de aceite L para lubricar por
salpicadura la pared del cilindro, y con tubo interior M para engrase a presión del pie de
biela, en su articulación al bulón. En los detalles 2 y3 se marcan en N unas finas hojillas
metálicas para retirarlas por parejas a medida que se necesita corregir la holgura por
desgaste.
12
Los pistones tienen diferentes formas en la cabeza dependiendo del tipo de inyección y de
los fabricantes.
Realizada en fundición o de aleación ligera, la culata es el elemento más característico
del motor diésel debido a:
- La forma y disposición de la cámara de combustión.
- La situación del inyector.
- La ubicación del colector de admisión.
Las cámaras o precámaras son fabricadas en la misma culata o bien adaptadas
posteriormente.
Los motores diésel suelen llevar las válvulas en cabeza, mandadas casi siempre por
balancines, con el árbol de levas algo elevado en el cárter superior para que no sean tan
largos los empujadores; el eje de leva lleva varios apoyos y está movido por un engranaje
de varios piñones o por cadena. Con esta última suele mandarse cuando va colocado el
árbol en la culata y abre directamente las válvulas, donde la cadena que va contenida
entre varias guías que le impiden oscilar o vibrar, mueve a la vez el árbol de leva en la
culata y la bomba de inyección. La holgura es corregida por un tensor de rueda dentada
aplicado por un resorte.
Las válvulas son análogas a las de los motores de gasolina. En algunos de los casos las de
escape están huecas y rellenas con sodio para trasmitir mejor el calor. Las de admisión a
veces tienen un deflector en la parte interna de la seta con objeto de imprimir al aire un
movimiento giratorio para que durante la compresión se convierta en torbellino sobre el
que se pulverice y esparza el gasoil inyectado. En este caso, la válvula no debe poder
girar, para ello tiene a lo largo de la cola un rebaje plano; en la guía de la válvula hay una
escotadura por la que se asoma la chaveta que, al apoyarse y flotar sobre el citado rebaje
plano, impide que la válvula gire dentro de la guía.
Como los cilindros de los motores diésel suelen ser de grandes dimensiones, comparados
con los de gasolina, y las válvulas, en proporción, resultarían mayores de lo conveniente
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para la rigidez de su seta, a veces se instalan válvulas dobles, dos de admisión y dos de
escape, en cada cilindro.( Moris, A.; A. Rahman 2008)
Para facilitar el arranque, descargando al motor eléctrico del esfuerzo inicial que tiene
que realizar para vencer la fuerte compresión a la vez que despega los segmentos,
algunos motores llevan un dispositivo que permite abrir ligeramente las válvulas de
escape.
Cuando el motor inicia los primeros giros de en el arranque, se suelta el descompresor y,
como aquel ya está lanzado, el arrancador mantiene estabilizado el giro del motor.
1.2 Banco de pruebas para motores de combustión interna:
Un banco de pruebas es un equipo industrial, una plataforma para experimentar con
prototipos, máquinas o sistemas complejos. Un banco de pruebas tiene varias
aplicaciones favorables para el fabricante, preparador y para el usuario. También lo
utilizan comúnmente talleres que se dedican a la reparación y reconstrucción de motores
de combustión interna, haciendo pruebas para verificar un correcto funcionamiento del
motor antes de ser instalado en el nuevo vehículo. Así los bancos de prueba es una útil
herramienta para los fabricantes de vehículos, para generar un control de calidad en sus
plantas ensambladoras.
Los motores de combustión interna nuevos o después de su reacondicionamiento son
sometidos a una larga serie de mediciones, alternadas con severas pruebas de durabilidad
y de carga, que se repiten hasta alcanzar su óptimo desempeño y se alcancen los
resultados previstos por el constructor. En el caso de un motor reacondicionado, es
posible comprobar su potencia es similar a la del equipo original. En motores deportivos
de alto desempeño, resulta indispensable para alcanzar una puesta óptima, ya que permite
una corrección en vivo de parámetros de carburación y puesta de encendido. Con esto se
consigue obtener la máxima eficiencia permisible.
También es útil al momento de adquirir un motor usado, ya que se puede conocer su
verdadero estado, efectuando una prueba de torque y potencia que serán comparadas con
las especificaciones originales del fabricante del motor.
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Las pruebas principales son las que sirven para obtener los valores relativos al par motor,
la presión media efectiva, la potencia desarrollada, el consumo específico de combustible,
los diferentes rendimientos así como la composición de los gases de escape. (Lamara, A.;
Lanusse, P.; Charlet, A.; Nelson Gruel, D.; Colin, G.; Lesobre, A.; Oustaloup, A.;
Chamaillard, Y. 2014).
1.2.1 Clasificación de los bancos de prueba de motores de combustión interna
Los bancos de prueba para los motores de combustión interna de vehículos más comunes
en el mercado, pueden ser calificados desde dos puntos de vista básicos, según el lugar
donde se mide la potencia y torque, y según el principio de medición de dichos
parámetros.
Según el lugar de medición los bancos de pruebas se pueden clasificar:
- Banco de pruebas de chasis: Su principio de funcionamiento está basado en la
medición de potencia y torque en las ruedas del vehículo, es decir, el lugar en donde
el vehículo como un todo convierte la potencia y el torque provista por el motor en
aceleración y movimiento del mismo.
Para realizar la medición, comúnmente se utiliza una plataforma de tipo de puente
con rodillos móviles en donde se hacen las mediciones de torque. El vehículo entra a
la plataforma y se estaciona de forma tal que las ruedas que trasmiten potencia
queden sobre los rodillos. Una vez ubicado el vehículo, se le colocan amarres de
seguridad para evitar que en un momento dado el mismo pueda salir accidentalmente
de la plataforma. Se enciende el vehículo y se acelera de forma tal que las ruedas
hagan mover los rodillos, y luego por medio de una trasmisión se lleva la potencia
desde los rodillos hasta el freno dinamométrico, dispositivo encargado de disipar la
potencia. Luego por medio de una serie de sensores ubicados en el freno
dinamométrico y en otros lugares específicos del vehículo, como escape, se obtienen
la data que va a dar los valores característicos de los motores y del tren de potencia
(Pérez 1999).
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Se recomienda que en el diseño se utilice una trasmisión no deslizante, por ejemplo
de correas, para obtener mayor exactitud en los resultados. Entre las ruedas del
vehículo y los rodillos debe existir una condición de rodadura sin deslizamiento para
evitar las pérdidas de potencia por fricción, las cuales implican datos errados en la
medición.
Es importante mencionar que para poder llevar la potencia producida por el motor
hasta las ruedas del vehículo es necesario un sistema de trasmisión, en donde se
pueden encontrar reducciones o ampliaciones de torque aunque son indispensables,
producen una serie de pérdidas debido a fricción, deformación de componentes,
movimiento de fluidos y lubricantes. Esto se traduce en una menor potencia de salida
de las ruedas en comparación con la potencia prevista del motor. Por tanto, medir la
potencia en las ruedas tiene la ventaja de que la data obtenida se traduce en el
desempeño real efectivo del vehículo.
- Banco de pruebas de motor acoplado directamente al eje: Su principio de
funcionamiento, está basado en la medición de potencia y torque en el eje de salida
del motor, evitando todas las pérdidas de potencia debido a las trasmisiones en el tipo
anterior.
Dicho dispositivo en una base en donde se monta el motor para luego ser probado.
Los apoyos de dicha base deben ser capaces de resistir y disipar las vibraciones
mecánicas producidas por el funcionamiento del motor. Estas bases pueden ser
universales o no, es decir, pueden estar diseñadas para un solo tipo de motor o ser
ajustables para distintos tipos de motor. La potencia se trasmite desde el eje del
motor hasta el freno dinamométrico por medio de un acoplamiento flexible para
evitar problemas de alineación y vibraciones de dicho dispositivo.
Debido a que en este caso el motor está fuera del vehículo, es importante proveerle al
mismo una serie de recursos necesarios para su funcionamiento, tales como un
sistema de refrigeración, un sistema de escape, un sistema de control en caso de
motores de inyección electrónica, un sistema de admisión de combustible, un sistema
de encendido, entre otros. Lo cual hace más complejo el montaje del motor y la
16
preparación del equipo para la prueba. La gran ventaja de este dispositivo, es el libre
acceso que el operario tiene hacia el motor, lo cual hace más sencillo hacer ajustes al
mismo durante el transcurso de la prueba.
Según el principio de medición de potencia y torque:
- Inercial: Consiste en acoplar el eje de potencia a un volante de gran inercia, y medir
la variación de la velocidad de giro en función del tiempo, esta prueba se hace en un
régimen transitorio entre la velocidad mínima y la velocidad máxima permisible del
motor. A partir de esta medición es posible obtener la curva de aceleración angular en
función de la velocidad de giro, y por medio del momento de inercia del volante es
posible obtener el torque y la potencia del motor en función de la velocidad de giro.
- De absorción: Consiste en acoplar el eje de potencia del motor o trasmisión a un
dispositivo cuya función es disipar la potencia. El torque y la potencia al freno se
miden en función de la energía disipada por el freno el cual puede estar basado en
distintos principios como hidráulico, de fricción, eléctrico con corrientes parásitas,
neumático, etc. Por medio de este dispositivo es posible mantener el motor
funcionando en régimen permanente a cualquier condición de torque y potencia.
1.3 Sistemas de sensores.
Los sensores y trasmisores de valor teórico detectan los estados de servicio. Estos
transforman las magnitudes físicas en señales eléctricas. La materialización de todos los
controles y regulaciones de los modernos sistemas en vehículos motorizados es posible
únicamente con sensores que reaccionan con exactitud y rapidez.
1.3.1 Aplicación en los automóviles
Los sensores y actuadores forman la interfaz entre el vehículo con sus funciones
complejas de accionamiento, frenado, tren de doblaje, carrocería y las unidades
electrónicas de control como unidades de procesamiento. Por regla general hay en el
sensor un circuito de adaptación que imparte a las señales una forma idónea para ser
procesada por la unidad de control. Los sensores llevan frecuentemente una vida retirada
17
porque suelen estar montados en lugares escondidos del motor o vehículo, sin saltar a la
vista a causa de sus dimensiones cada vez menores. Además se comprueba hoy día, una
tendencia que se encamina a esconder los sensores en los módulos, para dar mayor valor
al componente mediante su función sensorial, reduciéndose a su vez el costo total. Unos
ejemplos de ello son el módulo de pedal acelerador con sensor de pedal integrado, el
módulo estanqueizante de cigüeñal con sensor de revoluciones o el módulo de aspiración
con medidor de masa de aire de película caliente.
En contraposición se exige que los sensores cumplan exigencias crecientes en lo que a
función y los costes se refieren. Se necesitan unos sensores cada vez más exactos, ya que
sus señales de salida influyen directamente en la potencia y el par del motor, en las
emisiones y en el comportamiento de marcha así como la seguridad del vehículo.
Para cumplir con estas exigencias de tolerancia, los sensores del futuro se vuelven más
inteligentes, se les integran, en su electrónica, algoritmos de evaluación y procesos de
cálculos, funciones más refinadas de calibración y autocalibración siempre que resulte
posible.
1.3.2 Sensores EDC
A continuación se describen los sensores utilizados actualmente para el control del motor
diésel.
Pero en el futuro cercano se integraran en el sistema sensores nuevos que a:
Cumplir las disposiciones sobre gases de escape cada vez más severas.
Suministrar informaciones a un sistema de diagnóstico en funcionamiento
permanente.
Estos van a ser sensores de gases de escape, entre ellos también la sonda Lambda del
motor de gasolina así como los sensores de la presión y la temperatura de los gases de
escape.
18
Sensor de temperatura del motor: Está montado en el circuito del líquido refrigerante,
con el fin de determinar la temperatura del motor a partir de la temperatura del líquido
refrigerante. Así es posible que el control del motor se adapte exactamente a la
temperatura de servicio del motor. El margen de temperaturas se sitúa en -40…+120°C.
Estructura y funcionamiento. Los sensores de temperatura se ofrecen en diversas formas
constructivas, según el campo de aplicación previsto. En un cuerpo está montada una
resistencia de medición dependiente a la temperatura. Está cuenta con un coeficiente de
temperatura negativo o positivo (NTC, Negative Temperature Coefficent; PTC, Positive
TC), o sea que su resistencia eléctrica disminuye o aumenta al subir la temperatura.
La resistencia de medición forma parte de un circuito divisor de tensión que es abastecido
con 5 V. la tensión que se mide en esta resistencia es, por tanto, dependiente de la
temperatura. La misma se inscribe en un convertidor analógico- digital y representa una
medida de la temperatura en el sensor. En la unidad de control del motor esta almacenada
en memoria una curva característica que indica la temperatura correspondiente a cada
valor de tensión.
Sensor de presión de aceite: Los sensores de presión de aceite están montados en el filtro
de aceite y miden la presión absoluta del aceite para que se pueda averiguar la carga del
motor para la indicación de servicio. Su margen de presiones se sitúa en 50…1000 kPa o
0,5…10 bar.
Debido a su alta resistencia a los fluidos, la célula del sensor se aplica también a las
mediciones de presión de combustible.
El componente esencial de presión micromécanico es el elemento del sensor con la célula
de sensor. Ella consta de un chip de silicio micromécanico que lleva grabada una delgada
membrana. Sobre la membrana hay dispuestas cuatro resistencias, cuya resistencia
eléctrica varía bajo tensión mecánica:
El sensor de presión puede estar integrado adicionalmente uno de temperatura que se
puede evaluar independientemente. Esto significa que hay que montar un solo sensor para
medir la temperatura y la presión.
19
Según cual sea la magnitud de presión se curva diferentemente la membrana de la célula
del sensor. Las cuatro resistencias de medición sobre la membrana modifican su
resistencia eléctrica bajo las tensiones mecánicas producidas (efecto piezorresistivo).
Las resistencias de medición están dispuestas sobre el chip de silicio de tal forma que al
deformarse la membrana aumenta la resistencia de dos de las resistencias de medición, a
la vez que disminuye la misma en las dos restantes. Las resistencias de medición están
dispuestas en puente Wheatstone. Debido al cambio de las resistencias se va modificando
también la relación de las tensiones eléctricas en las resistencias de medición. Debido a
ello se modifica la tensión UA. La tensión de medición es, pues, una medida para la
presión de la membrana.
Mediante el puente resulta una tensión de medición más alta que al evaluarse solamente
una resistencia individual. El puente Wheatstone permite obtener así una alta
sensibilidad.
El lado de la membrana que no queda sometido a la presión de la medición se encuentra
expuesto a un vacío de referencia, de modo que el sensor mide el valor absoluto de la
presión.
El sistema electrónico evaluador completo está integrado en el chip y tiene la misión de
amplificar la tensión del puente, de compensar influencias de temperatura y de linealizar
la curva característica de presión. La tensión de salida es del orden de 0…5 V y se
suministra una unidad de control de motor a través de conexiones eléctricas.
Sensores inductivos de revoluciones y ángulo de giro. Los sensores de revoluciones se
aplican para la detención: de la posición del cigüeñal (posición de los pistones del motor);
o de la posición del émbolo en bombas de inyección distribuidoras controladas por
electroválvula.
Mediante la frecuencia de las señales del sensor de revoluciones se calcula el número de
revoluciones. La señal del sensor de revoluciones es una de las magnitudes más
importantes del control electrónico del motor.
20
El sensor se monta, separado mediante un entrehierro, directamente al frente de una rueda
trasmisora ferromagnética (figura 8.170). Este contiene un núcleo de hierro dulce (espiga
polar) (4) que está rodeado por un devanado (5). La espiga polar comunica además con
un imán permanente (1). Hay un campo magnético que se extiende sobre la espiga polar y
penetra en la rueda trasmisora (8). El flujo magnético a través de la bobina depende de si
delante del sensor se encuentra un hueco o un diente de la rueda trasmisora. Un diente
concentra el flujo de dispersión del imán. Se produce una intensificación del flujo útil a
través de la bobina. Un hueco, en cambio debilita este flujo magnético. Si la rueda
trasmisora está girando, estos cambios de flujo magnético inducen en la bobina una
tensión de salida sinusoide, proporcional a la velocidad de cambio.
La amplitud de la tensión alterna crece fuertemente al aumentar el número de
revoluciones. Existe una amplitud suficiente a partir de un número de revoluciones
mínimo de 30 vueltas por minuto.
El número de los dientes de la rueda trasmisora depende de la aplicación. En los sistemas
modernos de gestión de motores se utilizan generalmente ruedas trasmisoras con división
60, habiéndose saltado dos dientes (8). Quiere decir que la rueda trasmisora tiene 60-
2=58 dientes. El hueco entre dientes especialmente grande es una marca de referencia y
está en correspondencia con una posición definida del cigüeñal. Sirve para la
sincronización de la unidad de control.
El diente y la geometría polar tienen que estar adaptados entre sí. El circuito evaluador en
la unidad de control convierte la tensión sinusoide de amplitud muy variable a una
tensión rectangular con amplitud constante. Esta señal es evaluada en el microcontrolador
de la unidad de control.
21
Figura 1.4 y 1.5 Sensor de revoluciones del manual de automóviles Arias Paz.
(Arias Paz 2004, Fig. 8.172 y 8.173, p.518).
1.3.4 Dinamómetro
El dinamómetro es una herramienta de uso cada vez más extendido, que ocupa un lugar
de preferencia en el equipamiento de un banco pruebas. El dinamómetro es el nombre
que recibe el dispositivo que mide el torque que proporciona el motor en su pleno uso. Es
una herramienta de uso moderno que usan los talleres automotrices mejor equipados para
conocer el estado del motor, para optimizar su rendimiento, su fuerza y su velocidad.
Para conocer el estado del motor después de su reacondicionamiento se le hace una
prueba de fuerza (cuantos caballos de fuerza proporciona el motor).
Los dinamómetros se clasifican por su principio de funcionamiento de lo cual se obtienen
seis grupos que son:
22
Dinamómetros de fricción.
Dinamómetros hidráulicos.
Dinamómetros eléctricos.
Dinamómetros oleo hidráulicos.
Dinamómetros de polvo magnético.
Otros: Frenos aerodinámicos, frenos de inercia y frenos de rodillos.
23
CAPITULO2: DISEÑO CONCEPTUAL DEL BANCO DE PRUEBA
2.1 Importancia del proyecto
Los motores reconstruidos deben realizar sus tareas designadas en óptimas condiciones
por esos es necesario someterlos a una serie de rigurosas y largas pruebas de durabilidad
y de carga que se repiten hasta que se alcancen los resultados deseados por el operador
del banco de pruebas. Para certificar que el motor está listo para opera en sus condiciones
óptimas.
Un banco de pruebas es una instalación donde se realizan mediciones de los parámetros
mediantes pruebas los parámetros más importante para el óptimo funcionamiento de un
motor de combustión interna es la temperatura, presión de aceite, consumo de
combustible, medición del voltaje de la batería.
Están las pruebas secundarias como son la medición de la potencia, los valores relativos
al par de motor, la presión media efectiva, la composición de los gases de escape y la
eficiencia del motor.
2.2 Definición del proyecto
Los motores de combustión interna, cumplen diferentes funciones pero los de este
proyecto están destinados a la remotorización de vehículos ligeros, camiones y guaguas.
Por lo que es importante que cuando el motor salga de la fábrica quede en condiciones
óptimas para efectuar la tarea que este destinado a ejecutar.
Los motores reparados deben proporcionar los mismos parámetros de potencia y par de
motor que los de la fábrica, por lo tanto las reparaciones deben hacerse de manera
adecuada como lo indica la técnica de reparación de motores de combustión interna. Para
lograr los mismos parámetros que cuando salieron al mercado.
24
2.3 Parámetros a medir en los motores que se van a probar en el banco de
pruebas
Los motores para probar en el banco de prueba son los siguientes HYUNDAY- H100
(coreano) y el motor YUNCHAY (chino), en la siguiente tabla los parámetros a medir en
el banco de pruebas (ISO 3046-3:2006).
Tabla 2.1 Características de los motores a medir en el banco de prueba
Modelo del motor # de cilindros Relación de
compresión
[bar]
Potencia [hp] Torque [N·m]
HYUNDAY H100 4 21 72 216-1700
YUNCHAY 6 17 150 1600- 1900
2.4 Base conceptual
2.4.1 Bancada del motor
Sobre la bancada deben ir montados todos los elementos del banco y por tanto su diseño
resulta de gran importancia para el funcionamiento de este.
La bancada está compuesta por cuatro piezas de hierro fundido. Formada en dos partes la
parte de sujeción al suelo es rectangular y se conecta a través de pernos a la otra pieza en
forma de pirámide truncada donde se puede ajustar la altura y el ancho para diferentes
tipos de motores de combustión interna.
25
Figura 2.1 Modelación de la bancada del motor
El banco de pruebas utilizará la base existente en la empresa (1), a la cual se le acoplarán
cuatro soportes (2) para fijar los calzos del motor. Dichos soportes se diseñarán de forma
tal que puedan adaptarse a las diferentes posiciones de los calzos. También se incluirán
soportes para la caja de velocidades (4), el dinamómetro de frenado (5) y el radiador (6).
Finalmente, se incorporará un tanque para el combustible.
26
Figura 2.2 Diseño conceptual del banco de pruebas.
2.4.2 Cimentación
La correcta cimentación de los equipos, es uno de los aspectos fundamentales para la
operación eficiente de él mismo banco de prueba.
El cimiento o base, como generalmente lo llaman, no es más que una estructura sólida de
hormigón, lo suficientemente pesada para que proporcione un soporte rígido permanente
a toda el área o la base del asiento de este, además absorber cualquier esfuerzo,
imprevisto o vibraciones normales.
El cimiento que generalmente se usa, sobre todo en casos donde el silencio no es
necesario, es un bloque de concreto en la proporción debida con el respecto tamaño del
motor, correctamente nivelado y anclado para resistir el funcionamiento del motor.
27
Las proporciones de estos cimientos dependen en gran parte del tipo de motor, su
velocidad de giro, propiedades de la superficie o el suelo en donde se va a construir el
cimiento, el método empleado para trasmitir la fuerza.
Figura 2.3 Cimentación del banco de prueba en el taller de remotorización de la
empresa EISA de Matanzas.
2.4.3 Aislamiento de vibraciones.
Los sistemas de aislamiento de vibraciones, están integrados por sistemas mecánicos de
masa constante y que funcionan en régimen permanente. El objetivo es controlar las
vibraciones mecánicas generadas estén dentro de los parámetros aceptables y aislar para
evitar su trasmisión al entorno.
28
Los actuales sistemas anti-vibratorios utilizados por estos equipos, están constituidos por
piezas de caucho de elevada dureza y en algunos casos armados mediante componentes
metálicos para mejorar sus propiedades mecánicas y favorecer su fijación al resto de los
elementos de la instalación. Sus diseños no son específicos para este tipo de instalaciones
sino son más bien adaptaciones de diseños realizados para otro tipo de maquinarias, y
especialmente para motores de vehículos en los cuales los objetivos fundamentales son
aminorar la amplitud de las vibraciones, garantizar el funcionamiento correcto de los
equipos y alargar su vida útil. En consecuencia, la utilización de aisladores de caucho
como el neopreno, disminuyen significativamente aun las pequeñas vibraciones que se
generan por el funcionamiento del motor.
2.4.4 Esquema de sensores del banco de pruebas.
El banco contará con el siguiente sistema de sensores:
Figura 2.4 Sistema de sensores.
1. Medición de la velocidad del árbol cigüeñal (N): Se realizará a través de un
contador magnético situado sobre una de las ruedas dentadas acopladas al árbol.
29
2. Medición del torque a la salida de la caja de velocidades (M): Se realizará a través
de un dinamómetro de frenado extensométrico, que se diseñará ex profeso.
3. Medición de la presión de compresión en los cilindros (P): Se realizará con un
sensor de presión acoplable al cilindro a través del inyector.
4. Medición de la temperatura del agua en el radiador (T1) y dentro del motor (T2).
Se realizará a través de Sansores térmicos. De ser posible, se aprovecharán los
disponibles en el motor.
5. Medición del consumo de combustible (G) [opcional]. Se realizará con un
flujómetro electromagnético acoplado en el conductor de suministro.
En la tabla siguiente se muestra ofertas de los sensores y demás equipamiento electrónico
que será necesario importar.
Tabla 2.2 Características de los sensores
Fabricante Referencia Descripción Cantidad Precio
unitario*
Precio
total
Siemens 7MF1565-
3CD01-
5FA
Transmisor de presión
relativa SITRANS
P200, salida 4-20 mA,
rango de 0-25 bar,
conexión a proceso ¼"-
18 NPT interior.
1 + 2
repuestos
USD
200.00*
USD
600.00
Siemens 7MC1008
-6DA14
Termorresistencia de
rosca de alta presión con
transmisor incorporado
en la cabeza, rango de
medición -50 a
600ºC, conexión a
proceso G1; junta
idónea 33 x 39, similar a
forma C o D, DIN 7603
2 + 2
repuestos
USD
200.00
USD
800.00
Honeywell LCZ260 Contador de
revoluciones de acero
inoxidable, rango de
1 + 2
repuestos
$150.00 USD
450.00
30
alimentación de 4.5 a 26
VDC, rango de
medición de 0 a 15KHz.
Siemens 7ME6110-
1MA10-
1LA2
Flujómetro
electromagnético sensor
MAG 1100 con
transmisor integrado
modelo MAG 5000 con
alimentación 115 … 230
V AC
1 + 1
repuesto
USD 2
800.00*
USD
5 600.00
*Los precios en libras esterlinas (GBP) se convirtieron a USD utilizando la taza 1 GBP =
1.44 EUR
2.5 Sistema mecánico
2.5.1 Descripción general del sistema mecánico
El banco de prueba cuenta con sistemas indispensables para el funcionamiento de este ya
que el motor va montado sobre este como es el sistema de alimentación de combustible,
el sistema de refrigeración, sistema de los gases de escape, acoplamiento de la caja de
transmisiones con el freno dinamométrico de fricción mediante el dispositivo de
acoplamiento.
2.5.2 Soportes del motor
Para el diseño de los diferentes elementos que componen la estructura de los soportes,
primero se procede a calcular las fuerzas y momentos que están actuando sobre estos
elementos en posición y ciclo de trabajo crítico.
Para obtener resultados que permitan realizar el análisis de la estructura se utilizó el
programa SolidWork para las diferentes cargas a que está sometida la estructura. Este
programa permite realizar simulaciones de carga lineal y no lineal, estáticas y dinámicas,
análisis y diseño de estructuras tridimensionales; por lo tanto es una herramienta muy
importante para determinar el comportamiento de la estructura cuando el motor este en
pleno funcionamiento. Como se muestra en la figura 4 a continuación.
31
Figura 2.5 Soportes del motor. (Modelo experimental)
Para el estudio de los soportes se tomó en cuenta las propiedades de los materiales. Se
probó con un acero estructural (AISI 1020).
Características del material utilizado para el soporte:
AISI 1020
Propiedades mecánicas:
Dureza 111 HB
Maquinabilidad 72%
Propiedades físicas:
Densidad 7.87 g/cm3
Propiedades químicas:
0.18 – 0.23 % C
0.30 – 0.60 % Mn
0.04 % P máx.
0.05 % S máx.
32
Material AISI 1020, tipo de modelo- isotrópico elástico lineal, criterio de error
predeterminado- Tensión máxima de Von Mises, límite elástico 351 MPa, límite de
tracción 420 MPa, módulo elástico-2e+011 N/m^2, coeficiente de Poisson-0.29,
densidad-7 900 kg/m3, modulo cortante-7.7e+010 N/m^2, coeficiente de dilatación
térmica-1,5·10–5
K–1
.
2.5.3 Sistema de alimentación
Condiciones que necesita el sistema de alimentación de combustible para trabajar en
condiciones óptimas.
1. Proveer al motor con combustible limpio. El combustible puede tener
desperdicios sólidos. Los mismos pueden obstruir y hasta averiar algunos de los
componentes del sistema de combustible del motor. Para evitar estos daños y
garantizar la operatividad, las líneas de alimentación para cada uno de los
sistemas estarán provistas de un filtro adecuado.
2. Contar con una línea resistente a las condiciones de operación y a los
combustibles usados. Los combustibles son solventes capaces de corroer y
disolver ciertos materiales. Además de esto, algunos casos es necesario mantener
el combustible a presión. Para garantizar una operación segura la línea debe estar
compuesta de materiales indicados para el transporte de estos combustibles y ser
capaces de resistir las condiciones de temperatura y presión.
3. Contar con reservorios capaces de almacenar combustible en condiciones seguras.
El sistema deberá contar con distintos tanques que almacenarán y suministrará el
combustible durante la prueba. Debido a su contenido, estos tanques deben ser
resistentes a la corrosión producida por el combustible y deben estar dispuestos de
forma segura.
4. Contar con una línea de retorno para el combustible expulsado por el motor. El
combustible expulsado debe contar con una línea segura capaz de resistir la
presión y la temperatura para cuando el combustible regrese al tanque llegue en
condiciones óptimas para volver ser utilizado.
33
5. Capacidad de medir la presión de combustible en la línea de alimentación. Es
importante monitorear la presión de la línea de combustible para garantizar que la
misma se mantiene uniforme. Presiones diferentes a las especificadas por el
fabricante para el motor puede comprometer su funcionamiento.
El sistema de alimentación de los motores diésel, el principio de funcionamiento de
sistema de alimentación de combustible empieza por la bomba de combustible que crea
un vacío el cual succiona el combustible desde la línea hasta el motor.
Figura 2.6 Sistema de alimentación.
2.5.4 Sistema de refrigeración
El sistema de refrigeración es el encargado de disipar el calor extraído por el líquido
refrigerante. El calor es extraído por un intercambiador de calor de flujo cruzado o
radiador. Este dispositivo consta con una serie de tubos a través de los cuales el líquido
refrigerante, por el exterior de los mismos pasa una corriente de aire de flujo cruzado.
Para aumentar la eficiencia de transferencia de calor de la superficie el radiador está
provisto de aletas.
34
2.5.4.1 Especificaciones del diseño
Capacidad de funcionar el refrigerante con la bomba original del motor. El flujo
de refrigerante será originado únicamente por la acción de dicha bomba. La
válvula de temperatura o termostato original del motor regulará el caudal
circulante por el sistema con el objetivo de mantener la temperatura ideal del
refrigerante.
Contar con dos líneas para retirar el refrigerante caliente y realimentar con el
refrigerante frío cualquier motor de la flota. Las líneas de refrigerante entre el
motor y el radiador han de tener suficiente versatilidad para adaptarse a las
distintas localizaciones y tamaños de las entradas y salidas de refrigerante de los
motores de la flota.
Capacidad para enfriar el refrigerante de todos los motores de la flota. El sistema
ha de contar con un intercambiador de calor cuya capacidad, en cuanto a
transferencia de calor, iguale o exceda la de los intercambiadores de calor
originales especificados para cada uno de los motores de la flota. Este sistema no
debe imponer una resistencia hidráulica al paso del refrigerante mayor a la del
sistema original ya que esta descompensación pude inducir un recalentamiento del
refrigerante en el motor.
El sistema debe ser capaz de trabajar bajo presión. Para aumentar la temperatura
de ebullición del fluido refrigerante y así aprovechar más su capacidad de
absorción de calor el sistema debe ser capaz de trabajar a una presión mayor que
la atmosférica. Para esto es necesario contar con un dispositivo para regular la
presión del sistema.
2.5.4.2 Funcionamiento del sistema
Al abrir el termostato del motor, comienza al fluir refrigerante a través del sistema. El
fluido refrigerante caliente sale del motor pasando por una línea compuesta de un arreglo
de mangueras de goma y codos de aluminio. El objetivo de este arreglo es tener mayor
versatilidad de adaptación a las geometrías de los distintos motores, evitando
estrangulamientos en las mangueras debido a la incapacidad de doblarse a radios
35
pequeños. La unión entre estas mangueras y los codos al igual que la unión entre las
mangueras y el radiador y motor, se realizará por medio de abrazaderas industriales.
Luego el fluido caliente entra en el radiador, donde intercambia calor con un flujo de aire
ambiental producido por un ventilador provisto en el motor. El flujo del ventilador es de
tiro inducido. Se realiza de esta forma para garantizar que el flujo de aire a través del
radiador sea lo más uniforme posible. Una transición transforma la sección rectangular
del radiador en la sección circular del ventilador.
El fluido refrigerante enfriado por el radiador, retorna del motor por una línea fría cuyas
características son similares a la de la línea de refrigerante caliente mencionada
anteriormente.
Con el objetivo de aumentar la capacidad de extracción de calor del fluido refrigerante, el
sistema trabaja a una presión mayor que la atmosférica. Una válvula (tapa del radiador),
es la encargada de regular está presión. El depósito de compensación recibe el
refrigerante recibe refrigerante en los momentos de mayor temperatura y lo regresa en
cuanto baja la temperatura de refrigerante en el sistema, el objetivo de este depósito es
evitar que en un momento determinado entre aire al sistema. Este fenómeno se debe que a
presión constante, el volumen de la masa de refrigerante tiende aumentar con la
temperatura. La válvula de presión está concebida para regular los intercambios entre el
sistema y el depósito de compensación.
Figura 2.7 Sistema de refrigeración.
36
2.5.5 Sistema de gases de escape.
2.5.5.1 Descripción
El sistema de escape es que se encarga de transportar los gases producidos por la
combustión desde el múltiple de escape hasta el medio ambiente. Una manguera flexible
transporta los gases desde el motor hasta la tubería de escape. Para el control de ruido, el
sistema cuenta con un silenciador instalado al final de la tubería de escape. Luego el
silenciador se encuentra la chimenea que finalmente descarga los gases al medio
ambiente en un lugar adecuado.
2.5.5.2 Especificaciones del diseño
Capacidad de transportar los gases de combustión hasta un lugar adecuado para su
descarga al medio ambiente. Estos gases son nocivos para la salud de las personas y por
tal motivo deben ser transportados debidamente a un lugar alejado de las áreas comunes.
En el sitio de prueba se encuentran personas que deben ser protegidas de la inhalación de
estos gases.
Capacidad de reducir el ruido del motor en los gases de combustión interna. El sistema
debe ser capaz de reducir el ruido proveniente del motor. Para ello el sistema debe estar
completamente sellado hasta la boca de la chimenea y contar con un dispositivo
silenciador en la línea de escape.
2.5.5.3 Funcionamiento del sistema de escape
Los gases de escape producto de la combustión sale al motor a través del múltiple de
escape. Donde la manguera flexible se une con la tubería de acero inoxidable. El objetivo
de la manguera flexible es tener la facilidad de adaptarse a los diferentes tipos de escape
de los motores de la flota. Estos gases son transportados desde la tubería de acero
inoxidable hasta el silenciador, donde se disipa el ruido transportado por los gases. Por
último, al salir del silenciador, los gases llegan a la chimenea donde son expulsados de
forma segura al medio ambiente.
37
2.5.5.4 Especificaciones del sistema
Para el sistema propuesto, se indican las siguientes especificaciones:
- La tubería: El diámetro de la tubería a seleccionar debe ser al menos igual al
mayor diámetro encontrado en las distintas líneas de los sistemas de escape
originales de los vehículos de la flota. También debe resistir altas temperaturas ya
que los gases salen a altas temperaturas del motor. Tiene que tener alto grado de
resistencia a la corrosión ya que los gases de escape son altamente corrosivos por
su composición química.
- La manguera flexible: la manguera flexible tiene que tener las mismas
propiedades mecánicas que la tubería. Debe tener el radio de doblez permisible de
la manguera, debe ser el menor posible para tener la mayor flexibilidad y
universalidad de aplicaciones. La capacidad de acoplarse a los múltiples de escape
a los motores esto se logrará por medio de una serie de accesorios adaptables a
distintos diámetros.
- El silenciador: Debe ser capaz de tener alto grado de resistencia a la corrosión,
soportar grandes temperaturas y las presiones a que está sometido el mismo.
- La chimenea: Es la última parte de la línea de escape y está construida a base del
mismo tubo utilizado en el resto de la línea. Para su diseño se tuvo la siguiente
consideración. Evitar a través de la chimenea entre agua de lluvia. Al estar esta
descarga fuera del área de trabajo es probable que el agua de lluvia penetre. Por
eso la descarga debe estar dispuesta en forma curveada tipo sifón con la salida
opuesta a la dirección de la caída de la lluvia, o se debe agregar al final de la
tubería un techo protector de tipo hongo.
2.6 Sistema de freno del motor
2.6.1 Descripción del sistema
El sistema debe ser de capaz de frenar el motor totalmente para que trabaje
eficientemente por eso está provisto de un sistema de freno de emergencia de un camión
38
ZIL-130 acoplado a través del árbol de trasmisión de dicho capaz de soportar las fuerzas
y el momento de inercia generado por los motores a la salida de la trasmisión de estos. El
sistema de emergencia está conformado por una zapata que se regula manualmente el
freno ya que es un freno de fricción.
39
CAPÍTULO3: DISEÑO MECÁNICO
3.1 Diseño de los soportes
Para el diseño de los soportes se tuvieron varias consideraciones de carga ya que estos
fueron diseñados para que se puedan montar tres tipos de motores en el banco de prueba.
Para las pruebas de resistencia se tomó el motor más pesado ya que si los soportes,
resisten la carga ejercida por este motor, también lo harán los demás componentes.
En la Fig. 3.1 se muestran las suposiciones que se tuvieron en cuenta acerca de las
fuerzas ejercidas sobre el soporte, para esto se tomó en cuenta restringir el soporte por la
parte de abajo como si fuera un apoyo fijo que los desplazamientos son cero, para se
colocó la fuerza a 45 grados porque es el ángulo de posición en que se coloca el motor
con el calzo de goma de este. Para hallar la fuerza se multiplico el peso del motor por la
constante de la gravedad y se dividió entre cuatro ya que son cuatro soportes del motor
dos delantero y dos traseros.
Figura 3.1 Fuerzas que se ejercen sobre el soporte.
3.1.1 Cargas y sujeciones
Como está explicado en el epígrafe anterior dada la suposición de las fuerzas que actúan
sobre el soporte en la siguiente tabla se muestran las cargas y sujeciones a que está
sometido el soporte.
40
Tabla 3.1 Reacciones en las ligaduras
Nombre de sujeción
Imagen de sujeción Detalles de sujeción
Fijo-1
Entidades: 1 cara(s) Tipo: Geometría fija
Fuerzas resultantes
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de reacción(N) 3.88333e-006 3.18198 3.18198 4.5
Momento de
reacción(N.m) 0 0 0 0
Al soporte también se le realizó un estudio de fatiga para comprobar su resistencia a la
fatiga para saber el comportamiento del soporte cuando está sometido a la carga de
trabajo que exigen las pruebas realizadas en el banco de pruebas en la siguiente tabla se
muestra las cargas que surgen de estas pruebas. Donde se hicieron dos comprobaciones
para saber el comportamiento de la pieza. Con una relación de carga de 0.5.
Tabla 3.2 Análisis de fatiga
Nombre del evento
Nº de ciclos Tipo de carga Asociación de estudios
Suceso-1 10000000 Relación de carga :
0.5
Nombre de
estudio
Factor de
escala Paso
Soporte 1 1
Suceso-2 1000000 Completamente invertida (LR=-1)
Nombre de
estudio
Factor de
escala Paso
Soporte 1 1
41
3.1.2 Fuerzas de conector
En la siguiente tabla se muestra las fuerzas a que están sometidos los pernos ya que estos
son los que se le aplican las mayores fuerzas ya que contienen fuerzas axiales.
Referencia de modelo Detalles de resistencia
B18.2.3.2M - Formed hex screw, M10 x 1.5 x 30 --30WN - 1
Fuerzas del conector
Tipo Componente X Componente Y Componente Z Componente Z
Fuerza axial (N) -0.052062 2050 -9.3123 2050
Fuerza cortante (N) -12.33 0.03992 8.8568 15.181
Momento flector (N.m) 0.32383 0.0089095 1.9595 1.9861
Referencia de modelo Detalles de resistencia
B18.2.3.2M - Formed hex screw, M10 x 1.5 x 30 --30WN - 1
Fuerzas del conector
Tipo Componente X Componente Y Componente Z Componente Z
Fuerza axial (N) 0.14531 2071 -9.3999 2071
Fuerza cortante (N) 7.1794 0.049846 11.093 13.214
Momento flector (N.m) 0.070823 -0.0066868 -1.4721 1.4739
42
Referencia de modelo Detalles de resistencia
B18.2.3.2M - Formed hex screw, M10 x 1.5 x 30 --30WN - 1
Fuerzas del conector
Tipo Componente X Componente Y Componente Z Componente Z
Fuerza axial (N) -0.13733 2119.2 -9.6051 2119.2
Fuerza cortante (N) -8.7447 0.035708 8.0031 11.854
Momento flector (N.m) 0.23673 0.0083975 1.8493 1.8644
Referencia de modelo Detalles de resistencia
B18.2.3.2M - Formed hex screw, M10 x 1.5 x 30 --30WN - 1
Fuerzas del conector
Tipo Componente X Componente Y Componente Z Componente Z
Fuerza axial (N) 0.028321 2037.6 -9.2508 2037.6
Fuerza cortante (N) 15.007 0.038096 8.4371 17.216
Momento flector (N.m) 0.066197 -0.007236 -1.5936 1.595
43
Referencia de modelo Detalles de resistencia
B18.2.3.2M - Formed hex screw, M10 x 1.5 x 30 --30WN - 1
Fuerzas del conector
Tipo Componente X Componente Y Componente Z Componente Z
Fuerza axial (N) -4.1448 2614.4 -5.0741 2614.4
Fuerza cortante (N) 5.8808 0.017556 4.2422 7.2512
Momento flector (N.m) -0.089837 -0.00036664 -0.11553 0.14635
Referencia de modelo Detalles de resistencia
B18.2.3.2M - Formed hex screw, M10 x 1.5 x 30 --30WN - 1
Fuerzas del conector
Tipo Componente X Componente Y Componente Z Componente Z
Fuerza axial (N) -4.0947 -4.0947 -4.0947 2617.1
Fuerza cortante (N) 1.7893 1.7893 1.7893 5.5803
Momento flector (N.m) -0.15202 -0.15202 -0.15202 0.27546
44
3.2 Análisis de los resultados.
3.2.1 Fuerzas resultantes
En la siguiente tabla se muestran las sumatorias de las fuerzas en cada una de los
componentes del plano d
Donde se analizaron las cargas que actúan sobre el soporte y la resultante total del
soporte así como los momentos de reacción.
Tabla 3.3 Fuerzas de reacción
Conjunto de selecciones
Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante
Todo el modelo
N 3.88333e-006
3.18198 3.18198 4.5
Momentos de reacción
Conjunto de selecciones
Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante
Todo el modelo
N.m 0 0 0 0
3.2.2 Resultados del estudio
Para el análisis de resistencia mediante el método de elementos finitos se utilizó el
software SolidWorks, se tomó el criterio de tensiones de Von- Mises ya que es el más
aproximado a situaciones reales. El método de elementos finitos (finite element method,
FEM) permite calcular numéricamente soluciones aproximadas a sistemas de ecuaciones
diferenciales en derivadas parciales (Moris y Rahman 2008). Ha encontrado múltiples
aplicaciones en las esferas de la mecánica de materiales, la transferencia de calor, la
mecánica de fluidos y el electromagnetismo, entre otras (Rust 2015; Chaskalovic 2008).
Es un método especialmente adecuado para sistemas donde la geometría espacial es
compleja, tal como son la mayor parte de las piezas y componentes mecánicos reales
(Kaveh 2014).
En la siguiente figura se muestra las tensiones de Von-Mises del soporte.
45
Figura 3.1 Tensiones de Von- Mises
Para hacer el análisis de resistencia se comparó el valor de tensiones equivalentes con el
valor de las tensiones admisibles del material con un factor de seguridad de 1.8 y la
tensión admisible dio un valor de 195 MPa. Mucho mayor que las tensiones equivalentes
que se generan en la pieza. Se tomó en cuenta el factor de seguridad 1.8 con el objetivo
de no sobredimensionar la pieza ya que aumentando el factor de seguridad aumentan las
dimensiones de la pieza. Donde la mayor tensión se registró en el nodo270 con una
tensión máxima de 116.7 N/mm2 (MPa)
En la siguiente figura se muestra el desplazamiento que no es más que lo que el material
cede sin que exista una deformación o ruptura del material que ocurre en el soporte
después de aplicadas con las cargas que actúan sobre el soporte.
46
Figura 3.2 Desplazamientos no lineales
El mayor desplazamiento ocurre en la unión donde se une el soporte con el motor donde
ejerce la mayor fuerza y vibraciones del motor ya que esta es la zona donde soporta casi
todo el peso del motor y la mayor área de contacto entre el soporte y el motor. En la
siguiente figura se muestra las deformaciones que ocurren en el soporte, cuando se le
acopla el motor al soporte en el banco de pruebas. Donde se registró el mayor
desplazamiento en el nodo 232 con un desplazamiento máximo de 0.143932mm
En la siguiente figura se muestra el valor de deformaciones que ocurren en el soporte del
motor.
47
Figura 3.3 Deformaciones
En las uniones roscadas se presenta la mayor deformación debido a las fuerzas a que está
sometido el calzo del motor ya que estas son las partes móviles del soporte y son las
zonas que tienen mayores vibraciones. La máxima tensión se registró en el nodo 1137,
con un valor de 129.741 N/mm2 (MPa)
En la siguiente figura se muestra las tensiones que ocurren en los pernos que son los que
más están en constante interacción ya que son los encargados de la unión entre el soporte
y el motor.
48
Figura 3.4 Tensiones de los pernos
En los pernos se presenta la mayor tensión debido a las fuerzas a que está sometido el
calzo del motor ya que estas son las partes móviles del soporte y son las zonas que tienen
mayores vibraciones.
En la siguiente figura se muestra el daño que ocurre en el soporte, que no es más cuanto
puede soportar la estructura a las cargas cíclicas a que está sometida, correspondiente al
estudio de fatiga.
49
Figura 3.5 porcentaje de daño de la estructura
La figura muestra que el daño es mínimo por lo que la estructura soportara las cargas a
que está sometida sin que la estructura se dañe por fatiga.
En la siguiente figura se muestra a la cantidad de ciclos que está sometido el soporte del
calzo del motor.
50
Figura 3.6 Números de ciclos del soporte.
El comportamiento del soporte del motor tiende a realizar un ciclo alternativo. Que se
sacó el número de ciclos del motor por las revoluciones por minuto que son 1500
rev/min. Lo que dio un total de 180000 ciclos por pruebas que el motor está un tiempo de
2 horas de prueba en el banco lo que dio que el soporte va durar 550000 pruebas.
En la siguiente figura se muestra los fallos que pueden ocurrir en la estructura del soporte
del calzo del motor por estar sometido a las cargas que interactúan con el soporte.
51
Figura 3.7 factor de carga.
Los fallos según muestra la figura que pudieran ocurrir en la estructura del soporte es en
la zona de contacto donde se fija el soporte con la bancada del motor ya que recibe todo
el peso del motor y las vibraciones.
52
CONCLUSIONES
A través de la realización del presente trabajo se ha podido arribar a las siguientes
conclusiones:
1. Se llevó a cabo el diseño conceptual de un banco de pruebas para motores de
combustión interna, el cual incluyó el sistema mecánico y el sistema de sensores para
la sujeción.
2. Se diseñaron los soportes de los motores, realizando el análisis de resistencia
mecánica y a la fatiga, obteniendo resultados que garantizan la longevidad de los
componentes diseñados.
53
RECOMENDACIONES
Como desarrollo futuro del presente trabajo, se realizan las siguientes recomendaciones:
1. Elaborar las tecnologías de fabricación de los componentes diseñados, teniendo en
cuenta las posibilidades tecnológicas de la UEB EISA Matanzas.
2. Desarrollar el software necesario para la adquisición y el análisis de los datos del
sistema de medición digital.
3. Utilizar líquido refrigerante para el sistema de refrigeración ya que este evita tupición
del intercambiador de calor (radiador) y el motor trabaja en mejores condiciones y no
se calienta tan rápido como con agua natural.
4. Cambiar las bandas del sistema de freno del motor cuando tenga demasiado desgaste.
54
BIBLIOGRAFÍA
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Chávez Nila, Francisco Javier y Hernández Tovar, Héctor Armando “Banco de Pruebas
de un Motor de Combustión Diésel” Guadalajara 2005, 11 páginas.
Díaz Siza, Diana Patricia y Dugarte Mateus, Elcy Yolanda “Acondicionamiento para la
Automatización de un Banco de Prueba para Motor de Gasolina en el Laboratorio de
Máquinas Térmicas Alternativas” Bucaramanga 2007, 89 páginas.
Gálvez Sandoval, Edgar de Jesús “Diseño de un Banco de Pruebas para Motores de
Combustión Interna” Guatemala 2013, 166 páginas.
Gonzáles León, Alejandro y Tejeda Vivas, Miguel Antonio “Diseño de un Banco de
Pruebas para Motores de Automóviles” Sartenejas 2006, 154 páginas.
Niño, Luis Alfredo “Bancos de Prueba de Motores para el Laboratorio de Máquinas
Térmicas Alternativas, Diseño del Puesto de Trabajo y Propuesta de Modernización del
Laboratorio” Bucaramanga 2006, 229 páginas.
Weinlich GmbH & Co. KG (2016). “Bancos de Prueba de la Potencia de Motores
(Dinamómetro de Freno) SE con Ordenador MP”. Disponible en la web en:
<http://www.weinlich.de>
Lamara, A.; Lanusse, P.; Charlet, A.; Nelson Gruel, D.; Colin, G.; Lesobre, A.;
Oustaloup, A.; Chamaillard, Y. (2014). “High Dynamic Engine-Dynamometer
Identification and Control”, IFAC Proceedings Volumes 47 (3), pp. 5217–5222, doi:
10.3182/20140824-6-ZA-1003.01141
ISO 3046-3:2006. Reciprocating internal combustion engines -- Performance -- Part 3:
Test measurements, Ginebra (Suiza): International Organization for Standardization.
55
Isermann, R. (2014). Engine Modeling and Control. Berlin (Alemania): Springer Berlin
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Martyr, A.J.; Plint, M.A. (2012). Engine Testing: The Design, Building, Modification
and Use of Powertrain Test Facilities (4th ed.). Oxford (UK): Butterworth-Heinemann.
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Moris, A.; A. Rahman (2008). A practical guide to reliable finite element modelling.
Hoboken, NJ (USA): John Wiley & Sons.
Chaskalovic, J. (2008). Finite element methods for engineering sciences: Theoretical
approach and problem solving techniques. Berlín (Alemania): Springer.
Kaveh, A. (2014). Computational Structural Analysis and Finite Element Methods.
Berlín (Alemania): Springer Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-319-02963-46.
Rust, W. (2015). Non-Linear Finite Element Analysis in Structural Mechanics. Berlín
(Alemania): Springer Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-319-13379-9.
56
ANEXOS
Anexo 1 Modelación de la pieza.
Sólidos
Nombre de documento y
referencia Tratado como Propiedades volumétricas
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
57
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
58
Redondeo1
Sólido
Masa:0.00144912 kg
Volumen:1.83433e-007 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:0.0142014 N
Saliente-Extruir1
Sólido
Masa:0.124257 kg
Volumen:1.57288e-005 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:1.21772 N
Saliente-Extruir1
Sólido
Masa:0.124257 kg
Volumen:1.57288e-005 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:1.21772 N
Redondeo2
Sólido
Masa:2.08675 kg
Volumen:0.000264145 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:20.4501 N
Cortar-Extruir1
Sólido
Masa:0.739209 kg
Volumen:9.35708e-005 m^3
Densidad:7900 kg/m^3
Peso:7.24425 N
59
Anexo 2 Información de contacto
Contacto Imagen del contacto Propiedades del contacto
Contacto-1
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 2793.4 0 2793.4
Fuerza de fricción(N) 29.077 -2.755E-015 -100.7 104.82
Contacto-2
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 2836 0 2836
Fuerza de fricción(N) -30.276 -3.9206E-016 -104.91 109.19
60
Contacto-3
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 -1175.1 0 1175.1
Fuerza de fricción(N) 0.11047 2.4134E-016 112.65 112.65
Contacto-4
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 -1401.9 0 1401.9
Fuerza de fricción(N) -1.2477 3.9356E-015 107.96 107.97
61
Contacto-5
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 3020.2 0 3020.2
Fuerza de fricción(N) 30.448 -8.1909E-016 -95.94 100.66
Contacto-6
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 3062.8 0 3062.8
Fuerza de fricción(N) -28.906 1.5438E-015 -100.15 104.24
62
Contacto-7
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 -5373 0 5373
Fuerza de fricción(N) 2.3949 1.3026E-015 -32.982 33.069
Contacto-8
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 -5197.8 0 5197.8
Fuerza de fricción(N) 11.602 -2.0985E-015 -30.74 32.857
63
Contacto-9
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 2203.3 0 2203.3
Fuerza de fricción(N) 3.8084 2.4914E-016 -23.379 23.687
Contacto-10
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 2151.7 0 2151.7
Fuerza de fricción(N) 11.666 1.3232E-015 -25.841 28.353
64
Contacto-11
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 2239.5 0 2239.5
Fuerza de fricción(N) -4.5802 2.9945E-015 -28.779 29.141
Contacto-12
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 2156.9 0 2156.9
Fuerza de fricción(N) -9.5954 1.2269E-015 -25.151 26.919
65
Contacto-13
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 4438.2 0 4438.2
Fuerza de fricción(N) 2.2919 -1.3443E-015 105.92 105.95
Contacto-14
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 4631.3 0 4631.3
Fuerza de fricción(N) -0.99269 1.1317E-015 108.15 108.16
66
Contacto-15
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 -5336.7 0 5336.7
Fuerza de fricción(N) -5.9746 -7.9775E-016 -38.372 38.834
Contacto-16
Tipo: Sin par de contacto de penetración
Entidades: 2 cara(s) Valor de fricción: 0.05
Avanzado: Superficie a superficie
67
Fuerzas de contacto/rozamiento
Componentes X Y Z Resultante
Fuerza de contacto(N) 0 -5192.6 0 5192.6
Fuerza de fricción(N) -9.6338 -2.3779E-015 -30.066 31.572
Información de malla
Tipo de malla Malla sólida
Mallador utilizado: Malla basada en curvatura
Puntos jacobianos 4 Puntos
Tamaño máximo de elemento 0 mm
Tamaño mínimo del elemento 0 mm
Calidad de malla Elementos cuadráticos de alto orden
Regenerar la malla de piezas fallidas con malla incompatible
Desactivar
Información de malla - Detalles
Número total de nodos 8909
Número total de elementos 3770
Cociente máximo de aspecto 15.341
% de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3
69.8
% de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10
0.106
% de elementos distorsionados (Jacobiana) 0
Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): 00:00:04
Nombre de computadora: CASA
68
Figura 1 Imagen del mallado de la pieza.