tfc - ciclo indicado otto

Universidad de SalamancaE.T.S. de Ingeniera Industrial

PUESTA A PUNTO DE UN MOTOR TRMICO ALTERNATIVO DE ENCENDIDO PROVOCADO Y VISUALIZACIN DEL CICLO INDICADO EN EL INTERIOR DEL CILINDROTrabajo fin de carrera realizado por ngel Botn Muoz y Enrique Martn Barrientos Para optar al ttulo de Ingeniero Tcnico Industrial Tutor Juan Ramn Muoz Rico Bjar, julio de 2006

Juan Ramn Muoz Rico, profesor del rea de Ingeniera Mecnica de la Universidad de Salamanca, adscrito a la E.T.S. de Ingeniera Industrial: CERTIFICA que el presente trabajo de fin de carrera, titulado Puesta a punto de un motor trmico alternativo de encendido provocado y visualizacin del ciclo indicado en el interior del cilindro, ha sido realizado bajo su direccin, en la E.T.S. de Ingeniera Industrial de Bjar, por ngel Botn Muoz, para optar al ttulo de ingeniero tcnico industrial, especialidad mecnica (construccin de maquinaria), y Enrique Martn Barrientos, para optar al ttulo de ingeniero tcnico industrial, especialidad mecnica (estructuras e instalaciones) Considerando dicho trabajo fin de carrera finalizado, autoriza su presentacin y defensa. Para que as conste, firma en Bjar a 10 de Julio de 2006.

Fdo: Juan Ramn Muoz Rico

INDICE1.-INTRODUCCIN 1.1.-Objeto 1.2.-Antecedentes 1.3.-Objetivos 1.4.-Presentacin de la memoria 2.-CICLO OTTO 2.1.-Introduccin 2.2.-Caractersticas 2.3.-Motor Otto de cuatro tiempos 2.4.-Ciclos terico y real. 2.4.1.-Ciclo Otto terico 2.4.2.-Diferencias entre los ciclos terico y real. 2.5.-Diagrama de presiones en funcin del ngulo de la manivela. 3.-REPARACIN Y PUESTA A PUNTO 3.1.-Diario de reparacin y puesta a punto. 3.1.1.-Tabla de horarios 3.1.2.-Trabajos realizados 3.1.3.-Incidencias reseables 3.2.-Informacin y datos tcnicos 3.2.1.-Datos de identificacin y caractersticas tcnicas del motor 3.2.2.-Datos tcnicos del sensor de presin 3.3.-Detalles de aparatos y conexiones 3.4.-Previsualizacin de seales 3.5.-Sincronizacin de las seales 3.5.1.-Combustin en los motores de encendido por chispa. 3.5.2.-Mtodo de sincronizacin 4.-VISUALIZACIN DEL CICLO 4.1.-Visualizacin 4.2.-Valoracin del ciclo visualizado 42 42 17 17 18 21 23 23 29 30 34 37 37 40 7 7 7 10 11 11 14 2 3 4 5

5.-METODO DE OBTENCION DE DIAGRAMAS P-V 5.1.-Introduccin 5.2.-Metodologa 5.2.1.-Obtencin de valores de presin 5.2.2.-Obtencin de valores de volumen 5.2.2.1.-Caracterizacin de la posicin en el plano mediante nmeros complejos. 5.2.2.2.-Ecuacin de cierre del mecanismo. 5.2.2.3.-Posicin del pistn en funcin del Angulo 2 . 5.2.2.4.-Volumen barrido por el pistn. 5.2.2.5.-Volumen total en funcin de 2 5.2.2.6.- V ( 2 ) para el motor E6J 5.3.-Construccin grafica del diagrama P-V 6.-GRAFICAS EN AutoCAD 6.1.-Instantneas obtenidas con el osciloscopio digital 6.2.-Construcciones graficas 6.3.-Curva de potencia indicada 7.-CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA 55 59 67 69 71 45 45 45 46 46 47 48 49 50 51 53

1.-INTRODUCCIN

Puesta a punto de un motor trmico alternativo de encendido provocado y visualizacin del ciclo indicado en el interior del cilindro

1.1.- OBJETO.La presente memoria constituye el trabajo fin de carrera cuya realizacin contempla el plan de estudios de 1990 como requisito indispensable, una vez superada su defensa, para optar al ttulo de Ingeniero Tcnico Industrial.

Introduccin

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1.2.-ANTECEDENTES.En el rea de Ingeniera Mecnica ya se haba planteado la posibilidad de contar con un indicador de ciclo para poder experimentar in-situ con un motor de 4 tiempos (Renault E6J 700) del que dispone la E.T.S. de Ingeniera Industrial de Bjar, visualizando su ciclo indicado. El inters particular de contar con ese indicador de ciclo es el de poder observar como se comporta el motor respecto a diferentes variables como pueden ser rgimen de giro, carga ,avance de encendido, etc. Por otro lado, la intencin de este proyecto no es dar una visin cuantitativa de los procesos termodinmicos (a pesar de que se har una estimacin aproximada de ciertos valores) sino ofrecer una visin cualitativa de los mismos, dotando as a la Escuela de una herramienta con la que poder seguir realizando estudios sobre ese tipo de motores.

Introduccin

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1.3.-OBJETIVOS.El primer objetivo de este proyecto es la visualizacin del ciclo indicado de un motor endotrmico de ciclo Otto. Dicha visualizacin se har mediante la composicin de dos seales elctricas representativas de la presin y el volumen en la pantalla de un osciloscopio. El segundo objetivo es la valoracin la visualizacin. Para ello ser indispensable realizar anteriormente una reparacin y puesta a punto del motor, bsqueda de informacin sobre los aparatos de medida y conexin de los mismos. Posteriormente se proceder a la valoracin de los datos obtenidos mediante la realizacin de las mediciones oportunas.

Introduccin

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1.4-PRESENTACIN DE LA MEMORIALa memoria esta estructurada en siete bloques como se refleja en el indice, de los que explicaremos su contenido brevemente: El primer bloque corresponde a la introduccin del proyecto. En el segundo bloque se dan los conceptos bsicos y necesarios para entender el ciclo de potencia termodinmico de Otto para un motor endotrmico de cuatro tiempos. Tambin se explica el funcionamiento del motor de cuatro tiempos y se describe en que consiste el diagrama indicador de estos motores. En el tercer bloque se explican los trabajos realizados para la reparacin y puesta a punto del motor, se incluye la informacin y datos tcnicos del motor y los aparatos de medida, as como el mtodo utilizado para la correcta visualizacin del ciclo. El cuarto bloque comprende a la visualizacin y valoracin de la misma. En el quinto se presenta la metodologa seguida para la obtencin de los datos usados en el proceso de muestreo necesario para la elaboracin grafica de los diagramas P-V. En el sexto bloque se desarrolla todo el estudio grafico mediante AutoCAD. El sptimo bloque es un compendio de conclusiones obtenidas durante la realizacin del estudio.

Introduccin

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2.-CICLO OTTO


2.1.- INTRODUCCINEn este capitulo se pretende introducir a la teora termodinmica del motor endotrmico de ciclo Otto de cuatro tiempos. Para ello en el apartado 2.2. Caractersticas se describen las caractersticas generales del motor trmico, en el apartado 2.3. Motor Otto de cuatro tiempos se describe este ciclo termodinmico, en 2.4. Ciclos tericos y reales se describe cada uno de los ciclos y sus diferencias, en 2.5. Diagrama de presiones en funcin del ngulo de la manivela se explica el diagrama obtenido y las caractersticas de este.

2.2.- CARACTERSTICASLos motores trmicos son mquinas que tienen por objeto transformar la energa calorfica en energa mecnica directamente utilizable. S la combustin del fluido operante (combustible) se verifica dentro de este, el motor es de combustin interna endotrmicos. La energa calorfica puede provenir de diversas fuentes primarias, pero en el caso de los motores endotrmicos, es obtenida de la combustin de combustibles lquidos o, ms raramente gaseosos. Se puede, por tanto, decir que los motores endotrmicos transforman en energa mecnica la energa qumica del combustible. El ciclo Otto de cuatro tiempos, es un ciclo termodinmico. Este ciclo nos dar la presin ejercida sobre el pistn en cada momento, producida por la explosin de los gases dentro del cilindro, y por tanto, la fuerza externa aplicada sobre el pistn. Todo queda listo entonces para repetir el ciclo con otra carrera de admisin.

2.3.- MOTOR OTTO DE CUATRO TIEMPOSNos centraremos en el motor monocilindrico. Este motor consta bsicamente de: Manivela (barra 2). Esta pieza en la practica se une rgidamente a un eje llamado cigeal y a los contrapesos necesarios que actan como volantes de inercia y contrapesos para equilibrar el mecanismo. Todo esto forma una pieza que se denomina cigeal. Todo esto se puede observar en la figura 2.1 que pertenece al despiece completo de un cigeal.

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Fig.2.1 despiece de un cigeal

La biela (barra 3) es la pieza que enlaza la manivela (cigeal) con el pistn. Su forma suele ser ms voluminosa en la parte donde se enlaza con la manivela y ms delgada en la unin con el pistn Se pueden ver distintas bielas en la figura 2.2.

Fig.2.2.Bielas

El pistn (barra 4) es la pieza encargada de transmitir la fuerza de la explosin de los gases al resto del mecanismo. Est encerrado en un cilindro y se utilizan unos aros o segmentos para la estanqueidad del sistema en el momento de la explosin. En la figura 2.3 se pueden observar pistones con sus respectivos segmentos.

Fig.2.3.pistones y segmentos

El motor Otto de cuatro tiempos requiere cuatro carreras completas del pistn para efectuar un ciclo. Una carrera (o tiempo) del pistn se define corno su recorrido desde el PMS (punto muerto superior) hasta el PMI (punto muerto inferior) o viceversa. Por lo tanto, se tienen dos carreras por revolucin (360) del cigeal y se requieren as 720 de rotacin de este eje para realizar el ciclo de cuatro tiempos. Ciclo Otto 8


Este motor requiere por lo menos dos vlvulas por cilindro, una para la admisin y la otra para el escape de los gases y su forma se puede observar en la figura 2.4.

Fig.2.4.Vlvulas

Para su anlisis podemos empezar el ciclo en cualquier punto, ya que se repite cada dos revoluciones de la manivela. La carrera de admisin empieza con el pistn en el PMS. Una mezcla de vapor de gasolina y aire es atrada al cilindro desde el sistema de combustible (carburador) en la medida que el pistn desciende al PMI, y aumenta as el espacio libre en el interior del cilindro y crea con ello una pequea depresin, que induce la admisin por la vlvula de entrada abierta. Obsrvese la figura 2.5 Durante la carrera de compresin, todas las vlvulas estn. cerradas y la mezcla de gas es comprimida cuando el pistn va del PMI al PMS. Poco antes de llegar al PMS, se enciende la mezcla con una chispa elctrica para originar la explosin del gas comprimido. La creciente presin de esa combustin y expansin de los gases empuja el pistn hacia abajo, desde el PMS hasta el PMI durante la carrera de fuerza o de potencia. La vlvula de salida se abre y luego la carrera de escape del pistn, del PMI al PMS hace salir los gases producto de la combustin por la vlvula de escape y a travs del tubo de escape, al exterior.

Fig.2.5.Tiempos del motor

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Fig.2.6.Despiece de un motor de 4 cilindros

2.4.- CICLOS TERICO Y REALEl fluido operante, durante su paso por el motor, es sometido a una serie de transformaciones qumicas y fsicas que constituyen el ciclo del motor. El examen cuantitativo de estos fenmenos, teniendo en cuenta todas las numerosas variables, representa un problema muy complejo. Por ello, corrientemente se simplifica recurriendo a sucesivas aproximaciones tericas, cada una de las cuales estn basadas en diferentes suposiciones simplificativas, que tienen una aproximacin gradualmente creciente. Para los ciclos tericos, las aproximaciones comnmente empleadas en orden de aproximacin a las, condiciones reales son tres: ciclo ideal, ciclo de aire y ciclo airecombustible. En los ciclos ideales se supone que el fluido operante est constituido por aire y que ste se comporta como un gas perfecto. Por ello, los valores de los calores especficos se consideran constantes e iguales al del aire a las condiciones tipo de 15 de temperatura y 1 atmsfera de presin:

c p = 1.0088 KJ/kg K c v = 0.720 KJ/kg K

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De donde resulta el exponente k, denominado razn de calores especficos: cp k= = 1.4 cv Suponemos, adems, que las frases de introduccin y sustraccin de calor tienen una duracin bien determinada, dependiente del tipo de ciclo, y que en las otras fases no hay prdidas de calor. Es natural que, con estas hiptesis, los valores mximos de temperatura y presin, as como, en consecuencia, el trabajo y el rendimiento trmico calculados para el ciclo ideal, sean ms elevados que los correspondientes a otros tipos de ciclo. 2.4.1.- CICLO OTTO TERICO Estos ciclos tericos se comparan en la prctica los ciclos reales, que se obtienen experimentalmente por medio de los indicadores, descritos en el apartado 2.5. Por esta razn, el ciclo real se llama tambin ciclo indicado. El ciclo Otto terico es el ciclo ideal del motor de encendido por chispa y las transformaciones termodinmicas que se verifican durante el ciclo, como puede observarse en la figura 2.7, son: 1 - 2. Adiabtica e isentrpica (sin intercambio de calor con el exterior): compresin del fluido activo y el correspondiente trabajo realizado por el pistn. 2 - 3. A volumen constante: introduccin instantnea del calor suministrado Q1 3 - 4. Adiabtica: expansin y correspondiente trabajo producido por el fluido activo. 4 - l. A volumen constante: sustraccin instantnea del calor Q2 .

Fig.2.7.Ciclo terico Otto

2.4.2.- DIFERENCIAS ENTRE LOS CICLOS TERICO Y REAL Entre el ciclo indicado y el ciclo terico correspondiente existen diferencias sustanciales tanto en la forma del diagrama como en los valores de temperaturas y presiones. La diferencia de forma consiste en un perfil distinto en las curvas de expansin y compresin, en la sustitucin de los trazos curvos y el redondeamiento de los ngulos agudos. Ciclo Otto 11


Las causas de tales diferencias se fundan en las siguientes razones: a) Prdidas de calor. En el ciclo terico son nulas, pero bastante sensibles, por el contrario, en el ciclo real. Como el cilindro est refrigerado para asegurar el funcionamiento del pistn, una cierta parte de calor del fluido se transmite a las paredes. Las lneas de compresin y expansin no son, por consiguiente, adiabticas, sino poli trpicas, con exponente, diferente de k. Como el fluido experimenta una prdida de calor se tiene evidentemente: para la expansin, n > k, y para la compresin, n < k, siendo n la constante para un proceso politrpico ( PV n = cte). Se produce, por tanto, una prdida de trabajo til. b) Combustin no instantnea. En el ciclo terico, se supone que la combustin se realiza a volumen constante. Es, por tanto, instantnea. En el ciclo real, por el contrario, la combustin dura un cierto tiempo. S el encendido tuviese lugar justamente en el PMS, la combustin ocurrira mientras el pistn se aleja de dicho punto, y el valor de la presin sera inferior al previsto, con la correspondiente prdida de trabajo. Por ello es necesario anticipar el encendido de forma que la combustin puede tener lugar, en su mayor parte, cuando el pistn se encuentra en la proximidad de PMS. Esto produce un redondeamiento de la lnea terica 2-3 de introduccin del calor y, por tanto, una prdida de trabajo til. Pero esta prdida resulta de cuanta bastante menor de la que se tendra sin adelantar el encendido. c) Tiempo de abertura de la vlvula de escape. En el ciclo terico tambin habamos supuesto que la sustraccin de calor ocurra instantneamente en el PMI. En el ciclo real la sustraccin de calor tiene lugar en un tiempo relativamente largo. La vlvula de escape tiene que abrirse con anticipacin para dar tiempo a que una parte de los gases salgan del cilindro antes de que el pistn alcance el PMI de manera que su presin descienda cerca del valor de la presin exterior al comienzo de la carrera de expulsin. Este hecho provoca una prdida de trabajo til, prdida que es, sin. embargo menor que la que se tendra sin el adelanto de la abertura de la vlvula de escape. Las causas de las diferencias en los valores de la presin y temperatura mxima son: a) Aumento de los calores especificas del fluido con la temperatura. Tanto el calor especfico a presin constante c p como el correspondiente a volumen constante

c v de un gas real, crecen con la temperatura, pero de forma que su diferencia permanece constante, es decir, c p - c v = R, por consiguiente, al aumentar la temperatura disminuye.De lo cual se deduce que los valores de la presin y cv temperatura mximas resultan siempre inferiores a las que se alcanzaran en el caso en que los calores especficos permanecieron constantes al variar la temperatura. Este hecho se toma en consideracin tambin al trazar el ciclo terico de aire, pero, en el caso real, los productos de la combustin tienen calores especficos mayores que el aire, y, por tanto, los valores de la presin y de la temperatura mxima son, en el ciclo real, inferiores a los correspondientes al ciclo terico. Por esta razn, la superficie y el rendimiento trmico resultan disminuidos. Ciclo Otto 12 el valor de la relacin k =

cp


b) Disociacin en la combustin. Los productos de la combustin son esencialmente CO2 y H 2 O , adems de otros compuestos. La disociacin de estos productos es una reaccin que se lleva a cabo con absorcin de calor, la temperatura mxima alcanzable es menor y se pierde una cierta cantidad de trabajo. Pero, dado que la temperatura disminuye durante la expansin, se produce un retroceso en la reaccin de disociacin. En consecuencia, sobreviene en esta fase una parcial reasociacin con desarrollo de calor. Desciende el valor del exponente de la politrpica de expansin -el cual debera ser mayor que k por las prdidas de calor a travs de las paredes del cilindro- y se aproxima al de la politrpica de compresin. Por ello, se consigue una parcial recuperacin del trabajo antes perdido.

Fig.2.8.Diferencias entre ciclo terico y real

El ciclo real presenta, por ltimo, otra diferencia importante al compararlo con el ciclo terico. Durante la carrera de aspiracin, la presin en el cilindro es inferior a la que se tiene durante la carrera de escape. Salvo casos particulares, en la aspiracin, la presin resulta inferior a la atmosfrica, mientras que durante el escape es superior, Se crea, por tanto, en el diagrama indicado una superficie negativa (D, en la figura), que corresponde al trabajo perdido. El esfuerzo realizado por el motor para efectuar la aspiracin y el escape se llama trabajo de bombeo y est, por 10 general, comprendido en el trabajo perdido por rozamientos.

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2.5.-DIAGRAMA DE PRESIONES EN FUNCION DEL NGULO DE LA MANIVELA

Fig.2.9.Presin vs Angulo

a) Admisin. Al comienzo de la carrera de aspiracin, puntos 1-2 de la figura 2.9, el interior del cilindro se encuentra a una presin ligeramente superior a la atmosfrica por no haber terminado todava la fase de escape. Cuando el pistn se halla en el punto 2, en su carrera hacia el PMI, aspira cierta cantidad de aire o mezcla gaseosa a travs de la vlvula de aspiracin, abierta oportunamente. Como ya hemos visto, durante casi toda esta fase existe una presin menor que la exterior, a causa de la resistencia que encuentra el gas en los conductos. Ello origina la llamada depresin en la aspiracin, la cual resulta tanto ms intensa cuanto mayor es la velocidad del gas, por la mayor resistencia que encuentra el gas en los conductos. Como es evidente, esta fase representa trabajo pasivo. Cuando en el punto 3 el pistn inicia su carrera de retorno, el ambiente en el cilindro se encuentra todava en depresin. Por este motivo, y a pesar del movimiento contrario del pistn, contina la introduccin del fluido hasta 4, punto donde se igualan la presin interna y la atmosfrica. En este punto se debe cerrar la vlvula de aspiracin. Si el conducto de admisin es largo, se puede utilizar el efecto de inercia de la columna gaseosa, para continuar la admisin despus del punto 4 retardando, para ello, el cierre d e la vlvula. En el punto 4 se inicia, pues, la verdadera compresin. b) Compresin. La compresin de la carga se produce como consecuencia del movimiento del pistn en la fase 4-6. Teniendo en cuenta que la combustin requiere un cierto tiempo para realizarse, a fin de conseguir el mejor desarrollo de la fase til se efecta el encendido antes del PMS. El punto 6 nos da el valor mximo de la presin sin encendido. c) Combustin y expansin. Con el encendido en el punto 5, un poco antes de terminar la fase de compresin se inicia la combustin, la cual origina una repentina. elevacin de temperatura y de presin que alcanza su valor mximo en el punto 7. La combustin finaliza cuando el pistn ha recorrido ya una parte de la carrera. Ciclo Otto 14


Terminada la combustin, sobreviene la expansin. El volumen aumenta y la presin experimenta un rpido descenso, ocasionada tambin, en parte, por la transmisin de calor a las paredes del cilindro. La expansin debera prolongarse cuanto fuera posible para aprovechar al mximo la fase til, es decir, hasta la proximidad, del PMI, pero, en la prctica, para facilitar la expulsin de los gases, se interrumpe sta con la abertura de la vlvula de escape en el punto 8. d) Escape. Los gases, que en el momento de la abertura de la vlvula de escape se encuentran a presin superior a la atmosfrica, se descargan con violencia al exterior, En este primer perodo de la fase, que discurre casi a volumen constante, la presin desciende con rapidez, y en el punto 9, cuando se inicia la carrera de escape, es poco superior a la atmosfrica, con tendencia a descender an ms durante la primera parte de esta carrera. Puede ocurrir, si los conductos de escape son largos, que, por efecto de la inercia de la columna gaseosa, se produzca en 10 una intensa depresin. En 11 se inicia el segundo perodo de la fase: el pistn expulsa los gases que ocupan todava el cilindro. Este perodo transcurre con presin ligeramente superior a la atmosfrica por la resistencia que han de vencer los gases al atravesar la vlvula y los conductos de escape, y representa, trabajo positivo. El pistn no puede expulsar todos los gases, porque una parte de ellos ocupa la cmara de combustin. En 1, al final de la carrera de escape, la presin tiene todava un valor ligeramente superior a la atmosfrica. Por tal motivo se prolonga la fase hasta el punto 2. Mientras tanto ha comenzado la abertura en 12 de la vlvula de admisin, de tal suerte que en 2 se encuentra ya totalmente abierta, y ofrece en este punto la seccin mxima de paso para la nueva fase de aspiracin. Comienza as un nuevo ciclo, que se repetir con regularidad. En la figura 2.9, la superficie rayada representa el trabajo til, mientras que la sealada con rayado doble indica trabajo pasivo, y la lnea de trazos, la presin cuando no hay combustin.

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3.-REPARACIN Y PUESTA A PUNTO


3.1.-DIARIO DE REPARACIN Y PUESTA A PUNTOEn este apartado se pretende dejar constancia de los trabajos que han sido necesarios para la reparacin y puesta a punto del motor, as como para la conexin de los aparatos de medida. Se estructura en tres subapartados, de la siguiente manera: Tabla de horarios. Los nmeros de la primera columna hacen referencia a las actividades. Trabajos realizados en cada actividad. Incidencias reseables en cada actividad. 3.1.1.-TABLA DE HORARIOSHora de entrada Hora de salida Tiempo (en horas) Suma y sigue Person as Gasto Suma y sigue

N

Da

Mes

Ao

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

17 8 21 16 17 22 23 24 28 29 5 9 13 14 20 21 11 8 10 14 24 3 6 15 22 23 24 25 26

5 6 6 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4

2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2005 2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006

16:00 18:22 16:30 16:30 17:00 17:00 17:00 12:00 17:00 17:00 16:00 17:00 16:00 16:00 16:00 16:00 17:00 17:00 17:00 17:00 15:00 9:00 9:00 17:00 15:00 17:00 15:15 18:00 12:00

19:00 18:28 16:36 18:15 20:00 18:30 19:30 14:20 19:30 19:30 19:00 20:30 20:00 20:00 20:00 20:00 19:30 19:00 18:00 18:00 18:00 12:00 12:00 18:00 17:00 20:00 18:30 20:00 14:00

3,00 0,10 0,10 1,75 3,00 1,50 2,50 2,33 2,50 2,50 3,00 3,50 4,00 4,00 4,00 4,00 2,50 2,00 1,00 1,00 3,00 3,00 3,00 1,00 2,00 3,00 3,25 2,00 2,00

3,00 3,10 3,20 4,95 7,95 9,45 11,95 14,28 16,78 19,28 22,28 25,78 29,78 33,78 37,78 41,78 44,28 46,28 47,28 48,28 51,28 54,28 57,28 58,28 60,28 63,28 66,53 68,53 70,53

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3

5,5 3

2

1 3 5 3,2

5

5

0,00 0,00 0,00 5,50 8,50 8,50 8,50 10,50 10,50 10,50 11,50 11,50 14,50 14,50 19,50 22,70 22,70 22,70 22,70 22,70 22,70 22,70 22,70 27,70 27,70 27,70 27,70 27,70 32,70

Reparacin y Puesta a Punto

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3.1.2.-TRABAJOS REALIZADOS 1.-Revisin del tubo de escape. Limpieza circuito de refrigeracin. Engrase del cableado (acelerador y starter).Vaciado y limpieza del deposito de gasolina .Comprobacin de bujas, filtro de aire y nivel de aceite. 2.-Recogida de batera para su recarga 3.-Nueva batera, nuevo intento de recarga 4.-Se le echan 5 de gasolina de 98 octanos, aplicacin de cinta aislante (0,50) en positivo abrasado, intento de arranque con nueva batera, revisin de niveles y rellenado. Se toma nota del contador de horas del motor 5 horas. 5.-Conexin de batera tras limpieza de sus bornes, revisin de fusibles, compra de 2m de manguito (3) retorno del carburador al depsito y su instalacin, intento de arranque exitoso: tras varios segundos arrancado el motor se cala bsqueda en Internet de un despiece general del carburador 6.-Intento de desmontar el carburador sin plano de despiece por no existir planos disponibles en Internet del modelo weber 32tldr 7d, similitudes con weber 32tldm 7.-Nuevo intento de desmontar, nueva bsqueda en internet, conseguimos destornillador grande, desbloqueo de tornillos, limpieza interna de residuos dentro del depsito de nivel constante y boya, soplado de chiclets, 8.-Nuevo desmonte de carburador, observamos una pequea desviacin de uno de los brazos del flotador, es enderezado, nuevo montaje sellado de caja del filtro con silicona (2) alargamiento del escape para expulsar bien los humos por la ventana del laboratorio e intento de arranque. 9.-Desmontaje del cuadro de mandos, revisin ocular, sustitucin de pilas termmetro, desenfundado de todo el cableado para reparar cortocircuitos 10.-Bsqueda de informacin sobre posibles causas, bsqueda de cableado apropiado, consulta en varias tiendas de Bjar sobre el precio de un cable que nos de garantas (recambios Bjar, Talleres Cuadrado,etc...)11 +IVA/m, busqueda en Internet de posibles antecedentes de esta avera 11.-Bsqueda de cableado apropiado en el desguace de materiales Revilla, tras examinar varios coches e intentar la extraccin de dicho cable se descubre que son de similares caractersticas en cuanto a seccin pero necesitamos una mayor distancia aproximadamente 2m,se decide buscar una manguera, encontramos de la distancia apropiada con 4 conductores de una seccin un poco mayor a la que tenia nuestro motor, abrimos la manguera y preparamos un par de cables para su unin en paralelo, compramos 3 terminales para el ampermetro y alternador(1euro),enfundamos en dos tramos pues hay que conectar el ampermetro en medio, comenzamos a colocar los terminales.


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12.-Visita a talleres cuadrado, nos regala los terminales, los ponemos, desmontamos el cuadro de mandos, conectamos al ampermetro y al alternador y arrancamos de nuevo el motor y lo hacemos funcionar durante el tiempo suficiente para que coja temperatura, llega el momento problemtico se conectan los ventiladores del radiador 13.-Se va un poco el manguito que va desde la bomba de la gasolina hasta el carburador, se compra uno y se sustituye, se compra un tensor de cables y un par de tuercas a la medida y se improvisa una nueva sujecin del cable de embrague problemtico. Nuevo arranque hasta calentar todo el conjunto, se espera hasta que se recarga la batera tras el arranque de ventiladores, sellado de fuga en depsito sistema refrigeracin, toma de medidas para nuevo soporte sensores 1 y 2 marchas. 14.-Toma de contacto con los aparatos de medida, primera vez en la vida en la que nos enfrentamos a un osciloscopio, bsqueda en Internet de posibles parecidos o similitudes con otros trabajos fin de carrera bsqueda de informacin acerca del sensor de presin, bsqueda del P.M.S. del pistn mas cercano al alternador y posterior marcado, arranque de motor y conexin del osciloscopio. 15.-Bsqueda Internet de proyectos similares, actualmente se utilizan sistemas de deteccin de posicin fotoelctrica, se pregunta en biblioteca por antiguo proyecto que uso estos aparatos, imposible encontrar informacin sobre aparatos, se seguir buscando. Tareas de revisin sistemas de refrigeracin, arranque para recarga de batera peridica. Se aaden 5 de gasolina, se intenta acoplar el indicador de presin, encontramos mucha dificultad ante la imposibilidad de introducir una llave, buja normal y buja indicadora de distinta medida. 16.-Habr que improvisar una llave y tambin que amolar para agrandar orificio de buja, se intenta meter a mano todo lo posible pero al arrancar se observan fugas, imposibilidad pues de probar el indicador, se monta la buja normal se conecta el osciloscopio, se arranca el motor y probamos osciloscopio solo con datos de posicin(volumen) en el eje x. Hay que buscar una forma de sincronizar la onda que produce el alternador con el movimiento sinusoidal del pistn. Se intenta amolar el agujero por el que se introduce la llave de bujas con un minitaladro, trabajo de chinos demasiado material a rebajar. A pesar de que esta vez si hemos conseguido meter el indicador hasta el fondo no podemos apretarlo. 17.-Se compra un conjunto de piedras de amolar(5)Se rebaja el orificio de la buja lo justo para poder introducir cmodamente el sensor, va a ser imposible utilizar llave grande, posibilidad de abrir una va en el escape. Se aprieta a mano todo lo posible y se termina con un ligero golpe con la punta del destornillador en el sentido de giro de apriete. Conectamos los aparatos y ya tenemos una seal del transductor de presin en el osciloscopio, si bien aun no sabemos que funcin realizan exactamente, es posible que dichos mdulos sean tan solo un amplificador de seal y un acondicionador de seal para poder sincronizar con la seal proveniente del alternador. Se realiza una consulta va email al fabricante acerca de toda la posible informacin, esperamos respuesta. 18.-Continua la bsqueda de informacin en Internet, encontramos informacin del sensor piezoelctrico pero seguimos sin tener informacin de los aparatos, vamos a arrancar el motor y algn gracioso nos ha mangado la clavija de conexin de la regleta, Reparacin y Puesta a Punto 19


no podemos enchufar nada, se busca otra y se conecta todo, arrancamos el motor y se comprueba que el conducto de la buja no este atascado, detectamos una seal con uno de los aparatos y en una de las entradas, se intenta averiguar si puede ser una seal de presin dbil 19.-Es posible que sea ruido tiene que haber alguna interferencia pues no esta dentro del rango de frecuencias de la onda que buscamos, probamos otras entradas y no obtenemos ninguna seal distinta, posible conmutador estropeado, bsqueda de informacin en biblioteca 20.-Certificamos que no es la nica interferencia que existe, y que obviamente no es la seal de presin ninguna de ellas,conexiones defectuosas?...la electrnica es lo que tiene Probamos todo de nuevo, revisamos absolutamente todo lo que esta en nuestras manos, desesperados decidimos dejarlo para consultar a Juan Ramn 21.-Probamos todo de nuevo, revisamos absolutamente todo lo que esta en nuestras manos, desesperados decidimos dejarlo para consultar a Juan Ramn 22.-Prueba por ensima vez de distintas entradas y salidas obtenemos por primera vez la seal de presin, se estudia el modo de sincronizar la seal de presin con la del alternador, no ya el medio a utilizar sino en que momento se sincronizan las 2seales 23.-Madrugamos hoy, entre clase y clase de Juan Ramn nos hemos puesto a realizar conexiones y volvemos a tener seal, se la mostramos y nos comenta que hay que sincronizarla bien, tiene la apariencia de una onda de explosin pero parece tener demasiado bajn en el escape, probamos a variar la conexin flexible del alternador que nos da la posicin del pistn pero no conseguimos que quede bien, adems nos sale el ciclo invertido, bastara con cambiar la polaridad del alternador 24.-Se aade gasolina de nuevo, otros 5 caramba como traga, arrancamos y volvemos a intentar sincronizar, no lo conseguimos pues nos queda cruzado parte del lazo, hay algo en el escape o en algn lado que impide que salga bien la seal, baja demasiado la presin en el escape, 25.-Se prueba en fri y la seal parece mas ntida, aun as seguimos sin poder sincronizar bien las dos seales, no ya porque no sepamos como hacerlo sino porque la seal de presin no debe ser la correcta ese bajn en el momento del escape nos desdibuja todo el ciclo...habr que informarse mas aun 26.-Tarde de pruebas, comprobacin de lquidos, por cierto necesitaramos un deposito de liquido refrigerante nuevo pues tiene fugas a diario, la escuela no desembolsa nada pues es preferible rellenar de vez en cuando, cambiamos la batera por otra batera pues no es suficiente la carga para arrancar, tenemos otra menos mal que ya somos mas precavidos. Todo sigue igual


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27.-Se nos avera el amplificador, ya no amplifica en ningn canal, comprobamos que hay seal pero sin amplificador imposible demasiado dbil, habr que buscar ayuda por nuestra cuenta, en fin alguien que pueda repararlo 28.-Acompaados de lvaro. Subimos al laboratorio de electrnica a comprobar posibles fallos del amplificador, se detectan fallos en las clavijas de conexin (demasiada holgura y contacto dbil o inexistente)la aguja que indica si la salida es correcta se traba, posible circuito integrado estropeado, la razn por la que se acude al laboratorio es para poder trabajar durante un tiempo apropiado con un generador de funciones, trataremos de conseguir que amplifique una seal que tenga mas o menos las mismas caractersticas 29.-Se aaden 5 de gasolina y se realiza la conexin del amplificador pero fuera del cuadro de mandos para anular interferencias posibles de vibraciones y Perfecto, se sincroniza adecuadamente la seal y ya esta, por fin, esa es la seal.

3.1.3.-INCIDENCIAS RESEABLES 1.-Ausencia de lquidos y obstrucciones en el tubo de escape. Circuito de refrigeracin sucio: presencia de costras, xidos y grumos. Gasolina sobrante en mal estado. Positivo de batera abrasado. Sensor-indicador de 2 y 4 marchas roto. 2.-Batera en mal estado, tras varias horas recargando imposible recargar.. 3.-Tras nueve horas la batera segua sin coger carga alguna 4.-Insuficiente carga en batera para arrancar, niveles del circuito de refrigeracin bajos 5.-Goteo sensible de gasolina desde el carburador, posibles causas: atascamiento de la boya o el sistema de cierre. Tras comprobar que al desabastecer el carburador de combustible conseguamos arrancar el motor una vez que el nivel de gasolina en el carburador tomaba un valor aceptable, se toma la decisin de desmontar el carburador, se necesita un plano de despiece. 6.-Tornillos de sujecin al tubo de admisin bloqueados 7.-No tenemos herramienta apropiada,2 destornilladores estropeados por ser demasiado pequeos-dbiles, seguimos teniendo problemas 8.-Arranca y por fin permanece estable, sin ratoneos, ni parones. Tras un rato arrancado empezamos a ver una pequea cortina de humo procedente del alternador, posible causa: positivo del alternador a batera cortocircuitado, inmediatamente apagamos el motor. 9.-Hay muchos cables pegados, algunos estn cortocircuitados, el cable que va desde el alternador a la batera se encuentra abrasado en todo su recorrido 10.-Decidimos buscar un cable nuevo y aislarlo enfundado aparte del resto del cableado Reparacin y Puesta a Punto 21


11.-Terminales estrechos pero por motivos de espacio han de ser as decidimos poner uno por cable as que necesitaremos comprar otros 3 terminales 12.-Al conectarse los dos ventiladores del radiador la corriente que circulaba por ese cable pasaba de 6.5 amperios a unos 26.5---30 amperios, posiblemente en el pasado no se considero que el radiador permanecera aislado de todo tipo de corriente de aire que lo refrigerara y no se pens que esos ventiladores iban a estar mas tiempo encendidos de lo normal y al exigrsele a una batera pequea una carga tan grande se hacia trabajar demasiado al alternador y al cable que abasteca tanto a la batera como a los ventiladores. Probamos a usar el motor utilizando varias marchas y hacerle trabajar a distintos regimenes y nos fallo el sistema de sujeccin del cable de embrague, este ya haba sido visto como una fuente de problemas, se estudiara una posible solucin 13.-Solucionadas fugas de gasolina, solucionado problema embrague, se observa un buen tacto, aun es posible una fuga parcial del sistema de refrigeracin, se mantendr en observacin especialmente su deposito 14.-Vamos comprendiendo el funcionamiento del osciloscopio, hay que conseguir que la onda que aparece en el osciloscopio represente el desplazamiento del pistn, mas tarde introduciremos adems la medicin del sensor de presin para la obtencin del ciclo completo, seria interesante obtener las relaciones existentes entre la presin en el interior del cilindro y la intensidad creada en el sensor, creemos que es un material piezoelctrico, se buscara informacin. El indicador de tiempo del motor sobrepasa ya las 7 horas. Posiblemente haya que comprar ms gasolina. 16.-Habr que comprar una piedra de amolar apropiada a ese dimetro y utilizar un taladro de mayor potencia para no eternizarse y construirse una llave. 17.-Quien utilizo anteriormente estos aparatos tambin se encontr con estas dificultades, no hay ms que observar las muescas que tiene la superficie de la tuerca de la buja, sntoma de haber sido golpeada. 25.-Muy bueno el libro de Jovaj, unas cuantas horas se le han echado ya. 27.-El periodo vacacional el amplificador se lo llevo lvaro.para echarle un vistazo de ah el parn. 28.-Se cambia el circuito integrado, conseguimos que amplifique pero parece insuficiente, le dejamos el amplificador a lvaro para que vuelva a echarle un vistazo en casa con tranquilidad y con ayuda de soporte informtico 29.-Ya solo queda fotografiar ciclo para que quede constancia y realizar memoria.


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3.2.-INFORMACIN Y DATOS TCNICOS3.2.1.-DATOS DE IDENTIFICACIN Y CARACTERSTICAS TCNICAS DEL MOTOR

LECTURA DE CHAPA DE IDENTIFICACIN DEL MOTOR EN ESTUDIO: E6J A 7/OO 000704


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Motores Renault

Incluye informacin completa de todos los modelos de motores Renault utilizados en los ltimos 15-20 aos. Descripcin detallada de los tipos de motores. Informacin tcnica como por ej. potencia y torque. Modelos de Renault en los que fueron usados

Primera letra (Tipo de motor) B Block de fundicin, rbol de levas lateral, cadena de distribucin, tres bancadas C Motor Cleon Block de fundicin, rbol de levas lateral, cadena de distribucin, cinco bancadas D Block de fundicin, rbol de levas a la cabeza, correa dentada de distribucin E Motor Energy Block de fundicin, rbol de levas a la cabeza, correa dentada de distribucin F Block de fundicin, rbol de levas a la cabeza, correa dentada de distribucin J Block de aluminio, rbol de levas a la cabeza, correa dentada de distribucin K Block de aluminio, rbol de levas a la cabeza, correa dentada de distribucin N Motores Volvo 2.0 16V y 2.5 20V

Tercera letra (Capacidad - Cilindrada) A 0 - 800 B 801 - 900 C 901 - 975 2 Vlvulas en fila D 976 - 1050 Carburador o Inyeccin Monopunto E 1051 - 1125 F 1126 - 1200 3 Vlvulas en fila G 1201 - 1275 Inyeccin mono o multipunto H 1276 - 1350 4 16 vlvulas J 1351 - 1425 Inyeccin multipunto K 1 426 - 1500 L 1501 - 1575 5 Inyeccin directa de combustible IDE M 1576 - 1650 N 1651 - 1750 6 Carburador de doble boca P 1 751 - 1850 Q 1851 - 1950 R 1951 - 2050 7 Cmaras de combustin hemisfricas T 2051 - 2300 Inyeccin mono o multipunto U 2301 - 2500 8 Motor Diesel V 2501 - 2700 W 2701 - 2900 X 2901 - 3000 Los motores estn identificados por una pequea placa metlica fijada en algn lugar del compartimiento del motor.

Nomenclatura Segunda letra (Tipo de Tapa de Cilindros) 1 Carburador simple

Cdigo de Motor B1A B1B C1C D7D D4D C1E E7F D7F D4F C1G C2G C3G C1J C1J-788 C2J C3J

capacidad [cm] 782 845 956 999 999 1108 1171 1149 1149 1239 1239 1239 1397 1397 1397 1390

Vlvulas 8V 8V 8V 8V 16V 8V 8V 8V 16V 8V 8V 8V 8V 8V 8V 8V

Motores Renault desde los 80 hasta la actualidad Tipo de Inyeccin Potencia [Hp] Torque [Nm] carb carb carb MPI MPI carb SPI MPI MPI carb carb SPI carb carb carb SPI 34 36 44 55 60 48 55 60 75 42 64 55 60 115 72 58 52 56 63 85 96 79 83 93 105 82 94 90 100 165 104 101

Usado en R4, R5 R4, R5 R4, R5 Twingo, Clio B Twingo R5 Clio RC / RL / RN / Aliz Twingo, Clio RC / RL / RN / Aliz Twingo, Clio 2 R5, Rapid, R19 R5 TS Twingo R5, R19 R5, R9, R11 (Turbo) R5, R19 R5, R19


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Puesta a punto de un motor trmico alternativo de encendido provocado y visualizacin del ciclo indicado en el interior del cilindroE6J E7J K4J C3L A5L-727 K7M K7M K4M A2M A6M F2N F3N-L740 F3N-L741 F7P F3P F3P F4P N7Q J5R J6R J7R-750 J7R-752 J7R-720 F3R F6R F4R F5R F7R F4R-370 J7T J7T-720 1390 1390 1390 1565 1565 1598 1598 1598 1647 1647 1721 1721 1721 1764 1794 1794 1783 1948 1998 1995 1995 1995 1995 1998 1998 1998 1998 1998 1998 2165 2165 8V 8V 16V 8V 8V 8V 8V 16V 8V 8V 8V 8V 8V 16V 8V 8V 16V 16V 8V 8V 8V 8V 12V 8V 8V 16V 16V 16V 16V 8V 12V carb SPI MPI SPI carb MPI MPI MPI carb carb carb SPI MPI MPI SPI MPI MPI MPI carb carb MPI MPI MPI MPI carb MPI IDE MPI MPI MPI MPI 80 75 98 75 125 75 90 107 73 96 87 73 90 135 90 110 120 140 80 109 115 174 134 115 110 139 147 150 174 107 137 107 127 131 181 130 137 148 123 125 132 127 140 158 142 160 165 182 123 167 275 174 168 163 188 195 186 200 170 182 Clio, R19 Clio RL / RN / Baccara / S / Aliz , R19, Megane 1+ 2 Megane 2 Clio RL / RN / RT (Argentina) R18 Turbo, Fuego Turbo Megane Megane, Clio 2 Clio 2, Megane 2, Laguna 2 R18 GTL, Fuego, R20 R18 GTS, Fuego, R20 R19 R19, R21 R19, R21 Clio 16V , R19 Clio S / RT / Baccara, R19, Laguna Clio RSi, R19 Laguna 2 Laguna, Safrane (Motor Volvo) Master R21, R25, Fuego R21, R25 R21 Turbo R21 Laguna, Megane, Espace R21, R25 Scenic, Espace Megane 2 Clio Williams, Spider, Megane Clio 2 Sport 2.0 R21, R25, Safrane, Espace Safrane

Nota:Los motores Turbo no tienen un cdigo especfico.

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Con estos datos se obtiene el siguiente diagrama de distribucin:

6

3

Admisin Escape

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43

Diagrama de distribucin del motor E6J 700

Quedando las fases definidas de la siguiente manera:63

Admisin Compresin Explosin Escape

44

43

Diagrama de fases del motor E6J 700


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3.2.2.-DATOS TCNICOS DEL SENSOR DE PRESIN Para conseguir la seal de presin se utiliz un sensor piezoelctrico de la marca PCB PIEZOTRONICS, INC.,exactamente el modelo 111A24, cuyas caractersticas se detallan a continuacin:

Model 111A24 General purpose IROT pressure probe, 1000 psi, 3 mV/psi, 0,218 dia. diaphragm, accel. Comp. Measurement Range: (for 3V output) 1000 psi (6895 kPa) Sensitivity: ( 0.5mV/psi) 3.0 mV/psi (0.435 mV/kPa) Low Frequency Response: (-5%) 0.005 Hz Resonant Frequency: >=400 kHz Electrical Connector: 10-32 Coaxial Jack Weight: 0.21 oz (6gm)


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3.3.-DETALLES DE APARATOS Y CONEXIONES

Motor y equipo de medicin

Buja-sensor


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Conexin aparatos seal de presin

Sensor piezoelctrico en la buja


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Detalle conexiones amplificador

Conexin entrada placas verticales


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Alternador acoplado al cigeal

Conexin entrada placas horizontales


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3.4.-PREVISUALIZACIN DE SEALESLo que se pretende es obtener la composicin de un ciclo utilizando dos seales: La primera de ellas es la de presin. Dicha seal es la amplificacin de la seal emitida por el sensor piezoelctrico. La segunda es la que ha de darnos la posicin del pistn en cada momento. Para generar dicha seal se utiliza un alternador, que mientras este acoplado al cigeal, produce una onda que tiene la misma frecuencia que el giro del motor. La composicin de dichas seales se realiza mediante un osciloscopio, asignando cada seal a un eje distinto, de la manera que se detalla en la siguiente figura:


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Una vez conectados todos los aparatos y visualizando cada seal en un canal del osciloscopio se obtienen la siguientes imgenes:

Seal del alternador

Seal de presin


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Si se conecta la seal de posicin para su visualizacin en el eje x se obtiene la siguiente composicin:

Como se puede observar ambas seales no estn sincronizadas.


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3.5.-SINCRONIZACIN DE LAS SEALESPara la comprensin del mtodo utilizado en la sincronizacin de las dos seales (posicin y presin) antes es necesario explicar el proceso de combustin en un motor de 4 tiempos de combustin interna (encendido por chispa) 3.5.1.-COMBUSTIN EN LOS MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA Siendo normal el proceso de funcionamiento de los motores de encendido por chispa, la mezcla de combustible evaporado, aire y gases residuales lo suficiente homognea se enciende por la chispa elctrica y se quema en el proceso de propagacin a lo largo de toda la carga del frente de la llama turbulenta. Este proceso se puede dividir en tres fases: la I -llamada inicial, durante la cual un pequeo foco de combustin que surge en la zona de altas temperaturas entre los electrodos de la buja (en la vena de la chispa la temperatura sobrepasa los 10 000 C) progresivamente se transforma en un amplio frente de la llama turbulenta; la II -o fase principal- en la que ocurre la rpida propagacin de la llama turbulenta a travs de la mayor parte de la cmara de combustin, siendo prcticamente constante el volumen de esta ltima, puesto que el mbolo se encuentra cerca del P.M. S; la III -fase de combustin residual de la mezcla detrs del frente de la llama, en las capas cercanas a las paredes y en los huelgos entre la culata y la cara del pistn, esta fase abarca parte de la carrera de expansin.

Carcter de la llama turbulenta en la cmara de combustin con vlvulas laterales en un motor de carburador. A-frente de llama; B-zona encendida; C-mezcla no quemada

Para tener una clara idea sobre el carcter de la propagacin de la llama se muestran algunas fotografas tomadas durante una filmacin a alta velocidad a travs de una mirilla transparente (de cuarzo) (fig. superior) instalada en la culata. En la fig. siguiente se ilustran los esquemas de propagacin de la llama en un motor a gasolina al variar el carcter del movimiento turbulento de la mezcla de trabajo en la cmara de combustin. Conociendo los intervalos de tiempo entre las posiciones consecutivas del frente de la llama puede determinarse la velocidad de su propagacin en cualquier sector. Al principio, mientras el foco de combustin es pequeo, la velocidad de la llama es relativamente baja, ya que sobre. ella influyen solamente pulsaciones turbulentas de pequeas dimensiones. En este perodo la velocidad de combustin preponderantemente se determina por las propiedades fsico-qumicas de la mezcla carburante. Reparacin y Puesta a Punto 37


Esquemas de las posiciones instantneas consecutivas del frente de llama en la cmara de combustin de un motor que funciona con combustible ligero, a iguales intervalos de tiempo caracterizados por el ngulo de rotacin del cigeal desde el P.M.S. (n = 600 rpm; = 1): a - sin .movimiento de torbellino orientado de la carga en el cilindro; b- con movimiento de torbellino orientado de la carga en el cilindro

A medida que crecen las dimensiones del foco inicial de la llama, con mayor grado se reflejar la accin positiva de las pulsaciones turbulentas mayores sobre la velocidad de combustin. En la fase principal la velocidad de propagacin de la llama es aproximadamente proporcional a la intensidad que, a su vez, crece proporcionalmente con la frecuencia de rotacin del cigeal. En consecuencia, la duracin de la fase principal de la combustin, expresada en grados de rotacin del cigeal, a igualdad de las dems condiciones, casi no depende del rgimen de velocidad del motor. En la fig.anterior se indican los valores medios de las velocidades visibles de propagacin de la llama u t en algunos sectores. Si la frecuencia .de rotacin es ms elevada, estas velocidades considerablemente se incrementan y en los motores rpidos modernos a gasolina ellas alcanzan en la parte central de la cmara de combustin de 60 a 80 mIs. Al acercarse el frente de llama a las paredes la velocidad de su propagacin disminuye, lo que se explica por la menor intensidad de la turbulencia en las capas cercanas a dichas paredes. Cuando 1a llama alcanza las paredes en la mayor parte de la cmara, la velocidad de combustin decrece tambin como consecuencia de la disminucin de la superficie del frente de la llama, pero la combustin, sin embargo, aqu no termina. Durante un tiempo an suficientemente prolongado continan los procesos de combustin residual en las capas cercanas a las paredes y detrs del frente de la llama turbulenta. La velocidad de la combustin residual, de la misma manera que el proceso en su fase inicial, en mayor medida depende de las propiedades fsico-qumicas de la mezcla de trabajo que la velocidad en la fase principal.


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Diagrama indicado de un motor de carburador que corresponde al esquema de propagacion de la llama (fig.anterior a)

Trazar lmites bien definidos entre las diferentes fases del proceso de combustin en los motores no es posible, ya que el carcter y las velocidades de combustin varan gradualmente. Como instante de culminacin de la primera fase de combustin y el comienzo de la fase principal en los motores de encendido por chispa, generalmente se adopta el punto de separacin de la lnea de combustin respecto a la lnea de compresin en el diagrama indicado, es decir, el instante en que comienza el brusco incremento de la presin como resultado de la combustin . La fase inicial dura desde el instante en que salta la chispa entre los electrodos de la buja hasta el punto de separacin. Por analoga con los motores Diesel a veces este lapso convencionalmente se denomina perodo de retraso de la inflamacin, o perodo de induccin, lo que en principio no es cierto. Siendo el encendido por chispa, el retraso de la inflamacin prcticamente no existe, cerca de los electrodos de la buja inmediatamente surge el foco de combustin, pero hay un perodo, durante el cual el frente de la llama desde este foco se propaga en forma relativamente lenta y la fraccin de mezcla quemada es todava tan pequea que el incremento de la presin en el diagrama indicado no se registra. El lmite de separacin entre las fases principal y final de la combustin en los motores que funcionan con combustible ligero, convencionalmente, por lo general, se adopta el instante en que se alcanza la presin mxima en el diagrama indicado . La efectividad del proceso de trabajo en el cilindro del motor se determina tanto por la plenitud total de la combustin, como por su velocidad, es decir, depende de la oportunidad con que se realiza el desprendimiento del calor, para asegurar una relacin de expansin de los productos de combustin cercana a la relacin de compresin geomtrica. El trabajo mximo del ciclo, y por lo tanto las mximas potencia y economa del motor que funciona con combustible ligero, a igualdad de las dems condiciones, se logra organizando el proceso de combustin de tal manera que los puntos del comienzo y final de la fase principal estn aproximada y simtricamente dispuestos con respecto al P.M.S.


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Esto se puede obtener instalando en el lugar correspondiente el instante de la ignicin. El ngulo, en grados de rotacin del cigeal, desde el instante en que salta la chispa en la buja hasta el P.M.S. se denomina ngulo de avance al encendido e. El ngulo de avance al encendido debe ser tanto mayor, cuanto mayor sea la duracin de la fase inicial de la combustin I , as como tambin cuanto ms lentamente se desarrolle la combustin en la fase principal. En los motores rpidos modernos de combustible ligero con relaciones de compresin = 8 . . . 9, la potencia mxima generalmente corresponde al instante cuando la mxima presin se alcanza a los 12-15 despus del P.M.S.; adems, la duracin de la fase principal de la combustin es II = 25 . . . 30. 3.5.2.-MTODO DE SINCRONIZACIN Asi pues una buena sincronizacin se logra colocando el punto que representa el P.M.S. de la seal de posicin de tal manera que los puntos del comienzo y final de la fase principal estn aproximada y simtricamente dispuestos con respecto al P.M.S Esto se logra variando la posicin relativa de las espiras del alternador con respecto a la posicin del cigeal provocando la variacin del desfase entre las seales de presin y posicin cuando las visualizamos en la pantalla del osciloscopio. Esto se consigue mediante un acople que permite el giro relativo entre el alternador y el cigeal(ver imagen siguiente)


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4.-VISUALIZACIN DEL CICLO


4.1.-VISUALIZACINTras la sincronizacin de las seales se obtienen la siguiente imagen:

4.2.-VALORACIN DEL CICLO VISUALIZADOLa valoracin no puede ser cuantitativa puesto que no se pueden hacer mediciones directas sobre el, debido a: La inestabilidad de la imagen sobre la pantalla del osciloscopio. La variacin de tensin en la seal procedente del alternador en funcin de la frecuencia de giro (imposibilidad de fijar una referencia para el volumen). El movimiento del pistn no es exactamente una funcin senoidal que dependa solo de una frecuencia de giro, sino la composicin del movimiento del mecanismo biela-manivela, el cual depende de dos frecuencias de rotacin:

Posicin del pistn en funcin del ngulo

Visualizacin del Ciclo

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Sin embargo cualitativamente la visualizacin es perfectamente valida como herramienta para la comprensin de los procesos termodinmicos que se producen en el cilindro, siempre que se mantenga el motor a un rgimen de giro tal que permita la visualizacin completa del ciclo dentro de la pantalla del osciloscopio. Para poder hacer una valoracin cuantitativa habra que corregir los tres puntos anteriores. A continuacin se desarrolla un mtodo que hace posible la toma de mediciones.

Visualizacin del Ciclo

43

5.-MTODO DE OBTENCION DE DIAGRAMAS P-V


5.1.-INTRODUCCINLa utilizacin de sensores piezoelctricos permite registrar grandes variaciones de presin en cortos intervalos de tiempo, pero para ello es necesario congelar un intervalo determinado a modo de instantnea. Los actuales osciloscopios digitales no slo ofrecen esa posibilidad sino que adems permiten imprimir dichas instantneas. Estas impresiones posibilitan la toma de datos para la creacin de una funcin que represente valores de la presin en funcin del ngulo de giro del cigeal. Consiguiendo lo mismo con el volumen, es decir, creando otra funcin que represente el volumen en funcin del ngulo se puede se puede llegar a realizar un diagrama P-V sin ms que representar los valores de la presin en el eje Y y los del volumen en el eje X.

5.2.-METODOLOGA5.2.1.-OBTENCIN DE VALORES DE PRESIN Sobre una de las impresiones antes mencionadas se pueden tomar puntos siempre y cuando se conozcan los puntos inicial y final del ciclo, situando el P.M.S. tal y como se explic en 3.5.1.

0 P.M.S.

180

360

540

720

Mtodo de obtencin de diagramas P-V

45


Conociendo la escala de tensiones del canal en el que se visualiza la seal procedente del piezoelctrico y su correspondencia en presiones se puede obtener la presin de cada punto. Para los puntos anteriores: P 1 1,172 0 2 1,606 24 3 1,172 48 4 0,121 83 5 -0,23 156 6 -0,09 252 7 0,021 360 8 -0,16 408 9 0,028 583 10 0,322 684

Presiones en Mpa

5.2.2.-OBTENCIN DE VALORES DE VOLUMEN Para obtener el volumen es necesario antes conocer la posicin del pistn en funcin del ngulo.

5.2.2.1.-CARACTERIZACIN DE LA POSICIN EN EL PLANO MEDIANTE NUMEROS COMPLEJOSLos vectores pueden representarse mediante nmeros complejos de la siguiente forma:

Posicin en el plano mediante nmeros complejos

A la componente X = R A cos se denomina parte real, y a la componente en Y= iR A cos , parte imaginaria. Una ventaja de utilizar esta notacin de nmeros complejos es la de poder utilizar la identidad de Euler.

e j = cos isen

De esta forma cualquier vector referido a dos dimensiones se puede representar mediante:R A = X + Yi = R A Cos + iR A Sen = R A (Cos + iSen )


46


5.2.2.2.-ECUACIN DE CIERRE DEL MECANISMOLa ecuacin de cierre es un expresin matemtica (lgebra vectorial) muy importante porque es la base del estudio cinemtica de un mecanismo (posicin, velocidad y aceleracin).Expresa el hecho de que el mecanismo forma un circuito cerrado y por tanto el polgono constituido por los vectores de diferencia de posicin que pasan por las articulaciones y los eslabones sucesivos, debe mantenerse cerrado cuando el mecanismo se mueve. Las longitudes constantes de estos vectores aseguran que los centros de articulacin permanezcan separados a distancias constantes, que es el requisito de los eslabones rgidos. Las rotaciones relativas entre vectores sucesivos indican los movimientos dentro de las articulaciones de pasador, en tanto que la rotacin de cada vector de diferencia de posicin individual manifiesta el movimiento de rotacin de un eslabn en particular. Por tanto, la forma de la ecuacin de cierre del circuito depende del tipo de eslabonamiento de que se trate. Para nuestro caso se ha elegido la siguiente ecuacin de cierre:

R1 + R2 + R3 = 0R1 = vector de posicin del pistn en el eje x, variable en moduloR2 = vector de la manivela

R3 = vector de la biela

3

a

r2

2

r r

l3

1

d

s

a+l

Representacin esquemtica del mecanismo biela-manivela

La eleccin del sentido de los vectores es arbitraria pero una vez elegida una, es siempre fija para todo el resto del estudio del mecanismo.


47


Como hemos visto anteriormente un vector se puede escribir mediante su forma de nmero complejo o lgebra compleja. De modo que la ecuacin de cierre antes descrita se puede expresar en forma compleja de la siguiente forma:

de i 1 + ae i 2 + le i 3 = 0

Siendo a ,l y d los mdulos o longitudes de los vectores R1 , R2 respectivamente.

y R3

5.2.2.3.-POSICIN DEL PISTN EN FUNCIN DEL NGULO 2Para calcular la posicin del pistn en funcin del ngulo 2 , utilizaremos el lgebra compleja para expresar la ecuacin de cierre y as poder despejar fcilmente la magnitud d que nos dar la posicin del pistn para cualquier ngulo 2 de la manivela. Aplicando la identidad de Euler a:

de i 1 + ae i 2 + le i 3 = 0d (Cos1 + iSen1 ) + a (Cos 2 + iSen 2 ) + l (Cos 3 + iSen 3 ) =0

De donde separando en parte real e imaginaria: d Cos1 + a Cos 2 + l Cos 3 = 0 d iSen1 + a iSen 2 + l iSen 3 = 0 Sabiendo que 1 =180 ya que el pistn solo se mueve sobre el eje X: d = a Cos 2 + l Cos 3 a Sen 2 = l Sen 3 De la parte imaginaria sacamos que el Angulo 3 en funcin de 2 vale:

3 ( 2 ) = Arcsen

a sen 2 l


48


Con esta ecuacin y la parte real obtenemos la expresin que nos da la posicin del pistn para cualquier Angulo 2 de la manivela:

a d ( 2 ) = a Cos 2 + lCos Arcsen sen 2 l

5.2.2.4.-VOLUMEN BARRIDO POR EL PISTN

Una vez calculado el desplazamiento realizado por el pistn, calcular el volumen barrido no resulta difcil pues no hay ms que multiplicar por la superficie de este y ya lo tendremos:SP = D2 = Superficie del pistn 4

Ahora bien, el valor reflejado para 2 =0 sita el pistn en lo ms alto del recorrido, con lo que si deseamos saber el volumen barrido interesa ms el valor de s o lo que es lo mismo:s = (a + l ) d ( 2 )

Vase la siguiente figura:

3

a

r2

2

r r

l3

1

d

s

a+l


49


El volumen barrido ser:D 2 VB = S p s = ((a + l ) d ( 2 )) 4

5.2.2.5.-VOLUMEN TOTAL EN FUNCIN DE 2

Cuando el pistn se encuentra en el PMS (punto muerto superior) aun sigue albergando una cierta cantidad de volumen, es el volumen de la cmara de combustin, mayor cuando menor sea relacin de compresin del motor. Qu es la relacin de compresin?: Se define la relacin de compresin como el cociente entre el volumen que encierra el cilindro en el PMI (punto muerto inferior) y el encerrado cuando el pistn se encuentra en el PMS de donde se deduce la siguiente relacin:rc = V PMI + VC VC

VT = V PMI + VC = volumen total V PMI = volumen barrido cuando el pistn se encuentra en el PMI VC = volumen de la cmara de combustin

Despejando en la anterior ecuacin:

(rc VC ) VCO lo que es lo mismo:

= V PMI

(rc 1) VCY por lo tanto:VC =

= V PMI

V PMI (rc 1)


50


Con lo que ya podemos poner V = V ( 2 )

V ( 2 ) = V B + VC =

V D 2 ((a + l ) d ( 2 )) + PMI (rc 1) 4

5.2.2.6.- V ( 2 ) PARA EL MOTOR E6Ja=38.5mm l=124mm D=75.8mm (dimetro) C=77mm (carrera) V PMI = ( D 2 / 4 ) C = 347,741cm 3 rc = 9,5

V PMS = Vc = 40,878cm 3 Con todos estos datos obtenemos un volumen en cm 3 de: 38.5 Sen 2 + 40878 4512,615 162,5 38.5 Cos ( 2 ) + 124 Cos Arcsen 124 V ( 2 ) = 1000

De donde se obtienen los siguientes valores para los puntos: V 1 40,878 0 2 60,4 24 3 113 48 4 221 83 5 378 156 6 293 252 cm 3 7 40,878 360 8 113 408 9 354 583 10 83,5 684

Volmenes en


51


Con las medidas reales de nuestro motor tambin se puede construir grficamente el desplazamiento del pistn:

Mtodo grfico de obtencin de la posicin del pistn.


52


5.3.-CONSTRUCCIN GRFICA DEL DIAGRAMA P-VUsando el programa AutoCAD se pueden representar estos puntos en un diagrama P-V. Una vez decididas las dimensiones del diagrama solo har falta escalar adecuadamente cada eje, para poder cuantificar las medidas de rea. En nuestro caso los diagramas fueron realizados con las siguientes medidas y correspondencias: La distancia entre punto muerto superior y punto muerto inferior es de 10mm, correspondindole as a cada milmetro un volumen de 34,7471363 cm 3 . Por su parte en el eje de presiones a cada milmetro le corresponden 0,4 MPa .

P(MPa)

4 3 22 1 3

1 010 4 7 6 9

8

5

El comando spline de AutoCAD permite unir los puntos con la particularidad de que se pueden igualar las tangentes entre los intervalos a interpolar consiguiendo la continuidad en el ciclo dibujado. Este programa tambin permite calcular reas. El rea rayada en la figura siguiente representa el trabajo entregado en el ciclo indicado. Con la escala asignada a cada eje de coordenadas se obtiene la correspondencia superficietrabajo. En nuestro caso un milmetro cuadrado equivale a 13.89884 J.P(MPa) 4 3 22 1 3

110

0

4 7 6 9

8

5

388.350

40.878

V(cm )

3


388.350

40.878

V(cm )

3

53

6.-GRFICAS EN AutoCAD


6.1.-INSTANTANEAS OBTENIDAS CON EL OSCILOSCOPIO DIGITAL

1232 RPM

1976 RPM

Grficas en AutoCAD

55


2459 RPM

2944 RPM

Grficas en AutoCAD

56


3641 RPM

4249 RPM

Grficas en AutoCAD

57


4975 RPM

5576 RPM

Grficas en AutoCAD

58


6.2.-CONSTRUCCIONES GRFICAS

P(MPa)

4 3 22

1 0

1

3

4 10 7 9

8

6 5

1 P V ng.0,827 40,878 02

21,19 67,2 28

30,827 139 57

40,2758 199 76

5-0,248 373,99 152

60,069 346 228

70 40,878 360

388.350

40.878

V(cm )

3

8-0,11 139 417

90 388,35 540

100.2758 88 682

1mm =13,89884J 2 REA=7,7368mm Wciclo=107,532J 1232 r.p.m. (10,30 Hz) POTENCIA UNITARIA=1,507 CV POTENCIA MOTOR=6,027 CV

Grficas en AutoCAD

59


P(MPa)

4 3 22 1 3

110

0

4 7 6 9

8

5

1 P V ng.1,172 40,878 02

21,606 60,4 24

31,172 113 48

40,121 221 83

5-0,227 378 156

6-0,089 293 252

70,021 40,878 360

388.350

40.878

V(cm )

3

8-0,156 113 408

90,028 354 583

100,322 83,5 684


Grficas en AutoCAD

60


P(MPa)

4 3 22 1 3

14

0

7

10

6

9

8

5

1 P V ng.1,124 40,878 0

21,696 65,4 27

31,124 119 50

40,324 239 89

5-0,089

60

70,068 70,9 360

388.350

40.878

V(cm )

3

8-0,117 148 420

90 388,35 540

100,179 105 675

388,35 242,27 180 270


2

Grficas en AutoCAD

61


P(MPa)

4 3 21

2

3

14

0

10 7 8 6 9 5

1 P V ng.1,492 40,878 0

21,926 52 18

31,492 103 44

40,459 211 80

5-0,125 382 198

6-0,025 202 283

388.350

40.878

V(cm )

3

70,009 40,878 360

8-0,125 63,7 386

90,004 375 513

100,203 167 654


2

Grficas en AutoCAD

62


P(MPa)

4 32

2

1

3

110 4 7 9 6 8 5

0

1 P V ng.2,068 40,878 0

22,643 57,3 22

32,068 81,242 35

40,276 248 92

5-0,115 388,35 180

60 248 268

388.350

40.878

V(cm )

3

70,115 40,878 360

8-0,115 128 413

90,068 388,35 540

100,460 103 676


2

Grficas en AutoCAD

63


P(MPa)

4 3 21

2

3

14 10

0

7

6

9

8

5

1 P V ng.2,068 40,878 02

22,873 63,7 26

32,068 105 45

4

5

60 62 335

388.350

40.878

V(cm )

3

70,089 43,1 368

8-0,172 122 411

90 388,35 540

100,710 63,7 694

0,6895 -0,172 202 77 377 205


Grficas en AutoCAD

64


P(MPa)

42

31 3

2

1 07 10

4

6

9

8

5

1 P V ng.2,351 40,878 0

23,447 57,3 22

32,351 88 38

40,919 186 72

5-0,172 385 194

60 205 282

388.350

40.878

V(cm )

3

70,090 44,3 370

8-0,172

90

100,227 119 670

90,381 388,35 399 540


2

Grficas en AutoCAD

65


P(MPa)

4 31

2

3

24

110

0

7 6 9

8

5

40.878

1 P V ng.2,706 40,878 02

23,906 54,5 20

32,706 70,9 30

41,493 122 51

5-0,058 379 203

60,003 186 288

388.350

V(cm )

3

70,114 44,3 370

80,05

90,045

100,341 122 669

154,486 388,35 422 540


Grficas en AutoCAD

66


6.3.-CURVA DE POTENCIA INDICADA

cv77,865

68,608

52,981

32,528

21,995 18,341 11,153 6,027

3641

1232

2944

Potencia indicada vs r.p.m.

Grficas en AutoCAD

1976

2459

4249

4975

5576

r.p.m.

67

7.-CONCLUSIONES


-CONCLUSIONESLos objetivos de este proyecto, si los recordamos, eran bsicamente el de conseguir la visualizacin del ciclo indicado en un motor trmico alternativo de encendido provocado y la posterior valoracin del mismo. Para ello previamente hubo que reparar y poner a punto el motor. Los resultados de esta fase fueron plenamente satisfactorios teniendo en cuenta las condiciones y medios disponibles (presupuesto nulo, falta de material, falta de herramienta apropiada). La visualizacin tambin se consigui con xito. No obstante, y como ya se esperaba, su valoracin fue positiva solo en trminos cualitativos puesto que aunque permita la apreciacin de los distintos procesos termodinmicos en el interior del cilindro no permita la toma de mediciones directas. En el intento por salvar este escollo se buscaron soluciones hasta llegar a desarrollar un mtodo grafico de representacin del ciclo que por fin permita valoraciones cuantitativas. Si bien es necesario aclarar que dichas valoraciones se producen en las condiciones siguientes: Las mediciones de presin se hacen a mano y sobre una grfica impresa en papel. El valor de los datos obtenidos ser distinto al que se obtiene en un banco de potencia pues en este ltimo las mediciones se hacen en condiciones de carga. Sin embargo el desarrollo de este mtodo es perfectamente vlido para medir las consecuencias de futuras modificaciones sobre el motor, constituyendo as una herramienta de estudio para la comprensin de cmo distintas variables pueden afectar al comportamiento de este. Por todo esto consideramos que los objetivos iniciales de este proyecto no solo se han alcanzado sino que han sido superados.

Conclusiones

69

BIBLIOGRAFA


-BIBLIOGRAFA-Motores de Automvil, M.S:Jvaj, Editorial Mir, 1982. -Teora de mquinas y mecanismos, Joseph Edward Shigley, John Joseph Uicker Jr. , 1995. -Apuntes de termodinmica tcnica y mquinas trmicas, Juan Ramn Muoz Rico, editorial Revide, 1993. -Anlisis de mecanismos mediante diversas herramientas informticas: motor de combustin interna, Ricardo Rodrguez Luis, Julio 2001 -Manual de reparacin Renault-Motores de gasolina, Abril 1997.

Bibliografa

71

ngel Botn Muoz y Enrique Martn Barrientos como autores del trabajo fin de carrera titulado Puesta a punto de un motor trmico alternativo de encendido provocado y visualizacin del ciclo indicado en el interior del cilindro,autorizan que la informacin y documentacin contenida en esta memoria pueda ser utilizada para la realizacin de otros trabajos fin de carrera y otras actividades docentes.

Fdo: ngel Botn Muoz

Fdo: Enrique Martn Barrientos

tfc - ciclo indicado otto

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