UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL

PROYECTO FIN DE CARRERA

ADAPTACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE UN MOTOR DE ENCENDIDO PROVOCADO PARA LA FÓRMULA SAE

CARLOS LEIRADO OUTÓN MADRID, Junio 2007

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

ADAPTACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE UN MOTOR DE ENCENDIDO PROVOCADO PARA LA FÓRMULA SAE. Autor: Leirado Outón, Carlos. Director: Puente Orench, Isabel. Prieto Mozo, Cayetano José. Entidad colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas.

RESUMEN DEL PROYECTO

La Universidad Pontificia Comillas, en su afán de afrontar nuevos retos, y con la intención de ofrecer a sus alumnos un gran abanico de posibilidades a la hora de realizar un proyecto de fin de carrera, decidió, hace dos años, comenzar su andadura en la Fórmula SAE. Para ello se crea cada año un equipo de estudiantes y coordinadores para lograr alcanzar unos objetivos en este nuevo proyecto. Este proyecto forma parte de los desarrollados por el equipo de la universidad para dicha competición. El proyecto consiste en adaptar el motor del monoplaza a un banco de ensayo con el fin de optimizar las prestaciones de este. La realización de este proyecto ha partido de los proyectos de FSAE anteriores, en los cuales, ya se tenía definido el motor del monoplaza y los elementos constructivos. Además, se ha considerado como banco de ensayo, el disponible en la universidad para poder realizar los ensayos. Por lo tanto, y partiendo de esta base, se ha comenzado con la realización de dos estudios: el estudio del motor disponible y el estudio del banco de ensayo. En el estudio del motor se han obtenido las curvas de prestaciones (par y potencia), se ha hecho un análisis de la caja de cambios que incorpora, ya que a la hora de adaptar el motor al dinamómetro esta será fundamental para estar dentro de los límites de funcionamiento del dinamómetro, se han estudiado los sensores que presenta el motor viendo cuales son necesarios para su ensayo y cuales se pueden inhibir y por último se han calculado otros parámetros como son el peso y las dimensiones principales para su adaptación a la estructura del banco de ensayo.

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En el estudio del banco de ensayo disponible, el principal aspecto considerado ha sido la configuración necesaria del conjunto para poder ensayar el motor con el dinamómetro disponible en el banco: el tipo de dinamómetro, requerimientos del acoplamiento y límites de funcionamiento. Por otro lado también se ha prestado mucho interés en la instrumentación disponible en el banco: sensores disponibles, medida de consumo de combustible, medida de ruidos, medida de humos y medida de caudal de aire. Una vez finalizados estos dos estudios, se ha procedido a la adaptación entre motor y banco de ensayo. Para esto se ha tenido en cuenta que el dinamómetro disponible estaba destinado al ensayo de un motor de automóvil, sin embargo el motor para la competición es un motor de motocicleta de 600cc, lo que supone un régimen máximo de giro mucho mayor (15.000rpm). Por lo tanto se ha analizado la manera de ensayar el motor con este dinamómetro, comparando las curvas de par y de potencia del motor con las admisibles por el dinamómetro. A continuación se ha procedido a realizar el estudio de la instalación del motor en el banco, este punto se ha dividido en dos partes: la instalación mecánica y la instalación eléctrica. En la instalación mecánica se ha buscado la optimización de los soportes necesarios para el motor en pos de lograr una reducción de peso para el monoplaza. También se ha estudiado la adaptación del banco de ensayo disponible a las dimensiones y peso del motor. Se ha realizado un cálculo para la elección de los antivibradores necesarios para el banco. Por último en la instalación mecánica se ha seleccionado el tipo de acoplamiento entre motor y dinamómetro. En la instalación eléctrica se han estudiado las señales del motor que deben inhibirse, se han evaluado los sensores que se deben conectar al motor, se ha realizado un estudio de la unidad de control y la posible toma de datos y manipulación de ésta. Por último se ha estudiado la instalación de sensores para la medida de ruidos. Finalizado todo lo anterior, se ha dedicado un mayor esfuerzo al estudio más a fondo de la unidad de control. Se ha seleccionado una unidad complementaria y un software para la toma de datos y la optimización de los parámetros del motor cumpliendo con la reglamentación de la competición. El software y la unidad

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complementaria permiten la modificación del encendido, la inyección de combustible y el régimen. Por último se ha analizado qué ensayos se deberían realizar una vez esté el motor instalado en el banco de ensayo. Estos ensayos se llevarán a cabo con el objetivo de obtener las máximas puntuaciones en las pruebas que se desarrollarán en la competición de la Fórmula SAE.

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ADAPTATION AND OPTIMIZATION OF A SPARK IGNITION ENGINE FOR THE FORMULA SAE. Autor: Leirado Outón, Carlos. Director: Puente Orench, Isabel. Prieto Mozo, Cayetano José. Entidad colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas.

ABSTRACT

The Pontifical University Comillas, in its eagerness to confront new challenges, and with the intention to offer to its students a range of possibilities to implement their final project concerning (motor?) races, decided, two years ago to participate in the competition of Formula SAE. For this purpose, a team of students and coordinators is created every year to obtain good results in the project. This project is one of the works created by the students for the purpose of the competition. It consists of adapting a motor of a single-seater vehicle to an engine test cell with the purpose of optimizing its performance. The accomplishment of this project used the results of the previous FSAE-projects, in which a constructive motor of the single-seater and its elements had been defined. For the purpose of conducting tests, an engine test cell was made available by the university. On the basis of the equipment available, two studies have been conducted: the study of the motor available and the study of the engine test cell. During the research, the motor’s curves of performance (torque and power) have been obtained. Furthermore, an analysis of the gear box that incorporates the engine has been conducted. These parameters have to conform to the dynamometer’s limits of operation. A study of the motor sensors has been done to find out which of them are fundamental for the single-seater vehicle and which of them can be inhibited. Finally other main parameters and dimensions, e.g. weight have been calculated in order to adapt the engine to the structure of the engine test cell.

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In the study of the engine test cell, the main aspect considered has been the parameter configuration necessary for the compatibility of engine and dynamometer: the type of dynamometer, requirements of the connection and limits of the operation. On the other hand, much emphasis has been put on the equipment available in the cell: the sensors, the measurement of fuel consumption, noises and air volume. Once these two studies had been completed, the next focus was the adaptation of the engine to the cell. The dynamometer available was proper for testing of automobile engines, the engine tested was the type of motorcycle of 600cc, which achieves 15.000 revolutions per minute. Therefore a way to test the engine with this dynamometer has been found, comparing the curves of torque and engine power with the permissible ones by the dynamometer. Next, the implementation of the engine in the cell has been carried out. This point was divided in two parts: the mechanical installation and the electrical system. In the mechanical installation it has been looked for the optimization of the necessary supports for the engine after obtaining a reduction of weight for the single-seater vehicle. The adaptation of the test cell to the dimensions and weight of the engine was carried out. A calculation and selection of the necessary silentblocks for the cell has been done. Finally, during the mechanical installation the type of connection between engine and dynamometer has been selected. In the electrical system the signals of the engine that must be inhibited have been studied, the sensors that are due to connect to the engine have been evaluated and a study of the control unit, its possible data intake and manipulation has been conducted. Finally the installation of sensors for the measurement of noises has been studied. Having completed all the previous points, a most thorough study of the control unit has been furthered. A complementary unit and software for the data intake has been selected and the optimization of the parameters of the engine has been adapted to the requirements of the competition. As a result, software and the complementary unit allow for the modification of the ignition, the fuel injection and the revolutions.

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Finally it has been analyzed what tests have to be conducted, once the engine has been installed in the engine test cell. These tests will be carried out with the objective to obtain the maximum scores in the tests developed in the competition of the Formula SAE.

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DOCUMENTO Nº 1, MEMORIA ÍNDICE GENERAL 1.1.-MEMORIA DESCRIPTIVA..............................................................................2 1.2.- CÁLCULOS......................................................................................................89 1.3.- ANEXOS .........................................................................................................107

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1.1.-MEMORIA DESCRIPTIVA

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MEMORIA DESCRIPTIVA

ÍNDICE GENERAL 1.1.1.- INTRODUCCIÓN.......................................................................................5 1.1.1.1.- INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS (MCIA) ...............................................................5 1.1.1.2.- INTRODUCCIÓN A LA FÓRMULA SAE ..........................................7 1.1.1.3.- INTRODUCCIÓN A LOS BANCOS DE ENSAYO. .........................10 1.1.1.3.1.- INTRODUCCIÓN A LOS DINAMÓMETROS ..........................13 1.1.1.4.- CONDICIONES DE PARTIDA ..........................................................24 1.1.2.- OBJETIVOS DEL PROYECTO .............................................................26 1.1.3.- ESTUDIO DEL BANCO MOTOR..........................................................28 1.1.3.1.- ESTUDIO DE LA BANCADA DISPONIBLE ...................................28 1.1.3.2.- ESTUDIO DEL DINAMÓMETRO DISPONIBLE. ...........................31 1.1.3.2.1.- TIPO DE DINAMÓMETRO DISPONIBLE. ...............................31 1.1.3.2.2.- LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO............................................36 1.1.3.3.- INSTRUMENTACIÓN DISPONIBLE EN EL BANCO ....................38 1.1.4.- INSTALACIÓN DEL MOTOR EN EL BANCO...................................42 1.1.4.1.- INSTALACIÓN MECÁNICA.............................................................42 1.1.4.1.1.- ADAPTACIÓN DEL MOTOR AL DINAMÓMETRO ...............44 1.1.4.1.2.- ESTUDIO DE LA BANCADA DEL MOTOR ............................49 1.1.4.1.2.1.- SOPORTES DEL MOTOR....................................................57 1.1.4.1.2.1.- SILENTBLOCKS ..................................................................59 1.1.4.1.3.- MEDIDOR DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE .....................68

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1.1.4.1.4.- MEDIDOR DE CAUDAL DE AIRE............................................72 1.1.4.1.5.- SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ..............................................76 1.1.4.2.- INSTALACIÓN ELÉCTRICA ............................................................78 1.1.4.2.1.- ESTUDIO DE SENSORES DEL MOTOR ..................................79 1.1.5.- UNIDAD DE CONTROL .........................................................................81 1.1.5.1.- TOMA DE PARÁMETROS DE LA UNIDAD DE CONTROL ........82 1.1.5.2.- MODIFICACIÓN DE LA UNIDAD DE CONTROL.........................83 1.1.6.- ENSAYOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL MOTOR .....................84

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1.1.1.- INTRODUCCIÓN 1.1.1.1.- INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS (MCIA) ¿Qué es un motor de combustión interna alternativo? Los motores de combustión interna alternativos, vulgarmente conocidos como motores de explosión (gasolina) y motores diesel, son motores térmicos en los que los gases resultantes de un proceso de combustión empujan un émbolo o pistón, desplazándolo en el interior de un cilindro y haciendo girar un cigüeñal, obteniendo finalmente un movimiento de rotación.

Clasificación de los MCIA Se pueden emplear diversos criterios para la clasificación de los MCIA. Estos criterios son: -Según el combustible empleado: -Motores de gas

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-Motores de gasolina -Motores de aceites pesados (gasóleo o fueloil) -Según la forma en que se realiza la combustión: -Motores de explosión.- Son aquellos en los que la combustión se realiza gracias a una chispa que inflama el combustible comprimido. -Motores diesel.- Son aquellos en los que la combustión se realiza por medio de la compresión del combustible. -Según la relación explosiones-giro del cigüeñal: -Motores de dos tiempos.- Este motor, realiza las cuatro etapas de un ciclo termodinámico (admisión, compresión, expansión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). -Motores de cuatro tiempos.- Este motor, realiza las cuatro etapas de un ciclo termodinámico en cuatro movimientos lineales del pistón (dos vueltas del cigüeñal). -Según el número de cilindros: -Monocilíndricos. -Policilíndricos.

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1.1.1.2.- INTRODUCCIÓN A LA FÓRMULA SAE ¿Qué es la Fórmula SAE? La fórmula SAE es una competición entre universidades que inició en Estados Unidos, consiste en el diseño, construcción y competición de un monoplaza tipo fórmula. Debido a la gran acogida que tuvo esta competición en todo el mundo, se han ido creando otras competiciones, sujetas a la misma normativa, en otros lugares del mundo. Así ahora se puede encontrar la Fórmula Student en el Reino Unido, la Fórmula SAE Australasia, Fórmula SAE Japón y Fórmula SAE Italia. La normativa de la competición la establece la SAE (Society of Automotive Engineers) para conseguir una competición equilibrada y creativa, ya que se puntúan diversos aspectos de los monoplazas. Estos aspectos sobre los que se evalúan los fórmulas se pueden clasificar en dos grupos: análisis estáticos y dinámicos. Análisis estáticos

Análisis dinámicos

Presentación

Aceleración

Diseño de ingeniería

Derrapaje

Análisis de coste

Autocross Consumo de combustible Resistencia

Esta competición supone un gran reto para los alumnos y las universidades participantes. La normativa existente para la competición busca el desarrollo tecnológico y la creatividad de los participantes. La competición se realiza anualmente, debiendo ser modificados los monoplazas de un año a otro, por lo tanto,

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para la competición se crean equipos de estudiantes para la realización del monoplaza. Los estudiantes deben realizar los proyectos de ingeniería y también deben proceder a la fabricación del monoplaza.

Motivos de participación en la Fórmula SAE La Universidad Pontificia Comillas es una institución docente en la que, además de poseer un prestigio conocido por la calidad de la docencia, se inculcan una serie de valores muy importantes a los estudiantes, como pueden ser el trabajo en equipo, el esfuerzo, la constancia, la ayuda, el compañerismo…y con la participación en esta competición se puede conseguir esto más eficazmente. Esto es así ya que los alumnos que constituyen el equipo de Fórmula SAE, están un año entero trabajando para llevar a buen puerto el fruto de su dedicación, el monoplaza. Por ello, un año de trabajo en equipo, convivencia y esfuerzo, ayuda a la formación de los alumnos y a su aprendizaje para colaborar con los demás, aspecto fundamental en la vida.

También hay que tener muy presente, que en España está surgiendo un gran seguimiento hacia el automovilismo. Son multitud de alumnos los que desearían en su futuro poder dedicarse enteramente al mundo del automovilismo, y que mejor manera de empezar, que formando parte de un equipo de competición de la Fórmula SAE.

También hay que destacar, que este año es el segundo en el que la Universidad Pontifica Comillas se está esforzando para conseguir realizar un buen papel en la

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competición. Los pasos que se están dando, y el avance constante y rotundo, están consiguiendo que los alumnos logren desarrollar ideas innovadoras para el equipo de FSAE. Con este trabajo continuo, se pone de manifiesto una vez más la exigencia académica de la Universidad Pontifica Comillas, formando de manera inmejorable a unos alumnos como profesionales y como personas.

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1.1.1.3.- INTRODUCCIÓN A LOS BANCOS DE ENSAYO. Todos los motores de nueva construcción son sometidos a una larga serie de mediciones alternadas con severas pruebas de durabilidad y de carga, que se repiten hasta que tras una precisa puesta a punto, se alcanzan los resultados previstos en el proyecto. 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. Existen dos tipos de ensayos de los motores de combustión interna: ensayos de investigación y desarrollo, y ensayos de producción. Los primeros se efectúan en naves especialmente equipadas (celdas de ensayos), siendo su objetivo el desarrollo de un motor o de alguno de sus componentes, o bien el análisis de alguno de los procesos que tienen lugar en el mismo, por lo que en general se precisa una instrumentación sofisticada. Las principales pruebas experimentales son aquellas que sirven para determinar los valores de: -

Par motor.

-

Potencia.

-

Presión media efectiva.

-

Potencia absorbida por rozamiento.

-

Consumo de combustible.

-

Rendimientos.

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También se efectúan otras pruebas con el objeto de investigar el desarrollo de los fenómenos físicos y químicos, determinando por ejemplo: -

Evolución de las presiones en el cilindro.

-

Composición de los gases de escape.

-

Pérdidas de calor.

Todos los motores de nuevo proyecto (prototipos) son sometidos a una larga serie de pruebas experimentales hasta alcanzar las presiones previstas.

Los ensayos de producción son aquellos que se realizan a los motores ya fabricados en serie, y que sirven para comprobar que sus características corresponden a las de los prototipos y al mismo tiempo efectuar un periodo de rodaje o asentamiento del motor. Por tanto la instrumentación necesaria es relativamente simple. Pero para ensayar un motor es necesario instalarlo en un banco de pruebas o de ensayos. Este consta básicamente de los siguientes elementos: 1. Una cimentación que absorba las vibraciones que se producen debido a la existencia en el motor de fuerzas de inercia no equilibradas y de los correspondientes momentos resultantes. 2. Bancada, cuya misión es soportar el motor. 3. Soportes para montar y fijar el motor en la bancada, así como regular la altura y alinear el motor con el freno.

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4. Freno dinamométrico que absorba la potencia desarrollada por el motor, ofreciendo una resistencia al giro de éste, y que esté provisto de un dispositivo para medir el par motor. 5. Transmisión que permita la conexión freno motor con una cierta elasticidad y capacidad de absorber desalineaciones. 6. Sistema de alimentación de combustible al motor con instrumentos de medición de consumo. 7. Sistema de refrigeración del motor. Si los motores son refrigerados por agua, normalmente se mantiene la bomba de agua del propio motor. Esta impulsa el agua a través del motor hacia un intercambiador de calor, en general con regulación termostática por medio de válvulas motorizadas. En las instalaciones más económicas se suele recurrir a un depósito de mezcla en donde se añade una pequeña cantidad de agua fría a la caliente, que proviene del motor. Si los motores son refrigerados por aire, se suele utilizar un soplante dirigido hacia las aletas del motor. 8. Sistema de refrigeración de aceite. En ocasiones también se refrigera el aceite del motor, ya que al no existir una corriente de aire al cárter, éste tiende a sobrecalentarse. El sistema consta de un intercambiador aceite/agua y en ocasiones de una bomba auxiliar. 9. Red de agua. Los frenos dinamométricos transforman toda la energía mecánica que reciben del motor en calor. Este calor es eliminado por el sistema de refrigeración del freno que suele ser mediante un abastecimiento continuo de agua. En los frenos hidráulicos se debe mantener la presión de agua dentro de unos límites, ya que por ser el agua el elemento frenante,

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cualquier variación de presión provocaría una variación en el par resistente y por tanto una variación en la medida. El agua se calienta a su paso por el freno, y en algunos casos se suele emplear un circuito cerrado, enfriándose el agua en una torre de refrigeración. 10. Sistema de evacuación de los gases de escape. Los gases de escape son enviados a la atmósfera tras pasar por un silenciador. 11. Sistema de ventilación de la sala. Debe evitar el sobrecalentamiento del local por la radiación de calor del motor. Se efectúa mediante ventiladores axiales o centrífugos de impulsión y extracción. Cuando el banco se instala en una habitación o cámara cerrada y aislada se habla de una celda o cabina de ensayo de motores. En este caso existe un pupitre de instrumentos en el exterior de la celda con los órganos de puesta en marcha y de gobierno del motor y freno, así como los instrumentos de control y registro.

A continuación se va a realizar un estudio más detallado de los dinamómetros en los bancos de ensayo.

1.1.1.3.1.- INTRODUCCIÓN A LOS DINAMÓMETROS En ingeniería mecánica, la determinación de la potencia se realiza a través de la medida de dos magnitudes elementales (el par y la velocidad angular) aplicando después la siguiente expresión: N = M ×ω

Donde: N
Potencia (kW)

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M
Par (Nm) ω
Velocidad angular (rad/s)

Así pues el estudio de la medida de potencia se va a dividir en dos partes; la medida de par y la medida de velocidad angular. Para la medida de par se utilizan distintos aparatos según se trate de determinar el par en máquinas generadoras o receptoras de energía. Los aparatos más comunes para este fin son los dinamómetros y los torsiómetros. Para medir el par en las máquinas generadoras se utilizan los dinamómetros de absorción, y para máquinas receptoras los dinamómetros motores. Los torsiómetros sirven indistintamente para ambos.

Los dinamómetros utilizan el principio de acción y reacción, de tal manera que cuando un elemento de una máquina gira desarrollando un par (de acción), las partes fijas de la máquina han de desarrollar un par (de reacción) igual y contrario (dinamómetros motores); y si se trata de un elemento que gira absorbiendo par pero sin comunicarlo a ningún agente exterior a la máquina, también las partes fijas de la máquina han de desarrollar un par igual y contrario (dinamómetro de absorción). En los dinamómetros el elemento que gira se suele llamar rotor, y el elemento que permanece fijo se denomina estator o carcasa.

En cualquier máquina normal con elementos sometidos a giro, la carcasa está anclada a la bancada o forma parte de ella, transmitiéndose el par de reacción al suelo o a ciertas partes inmóviles que se encarguen de anularlo.

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En los dinamómetros, la carcasa se apoya sobre la bancada pero pudiendo girar libremente, entonces el par de reacción tiende a hacer girar la carcasa, pero se impide aplicando un par igual y contrario sobre dicha carcasa. Este par que se aplica es igual al de reacción (y por tanto igual al de acción), par que se consigue poniendo un brazo de cierta longitud (a) solidario a la carcasa y sobre éste se aplica una fuerza (F). Ambas magnitudes longitud y fuerza pueden ser conocidas, luego ya se puede medir el par que se desea conocer.

Dinamómetros motores

Estos dinamómetros se utilizan para medir la potencia absorbida por las máquinas receptoras, comunicando el dinamómetro a la máquina el par necesario, al mismo tiempo que lo mide. El dinamómetro ha de ser capaz de desarrollar los pares y velocidades que la máquina a ensayar exija en cada instante. Como dinamómetro motor puede utilizarse cualquier motor cuya carcasa se halle liberada y permitida la medida de par de reacción. Dada la escasa rigidez de los cables para el suministro de energía eléctrica, son los dinamómetros eléctricos los más utilizados como dinamómetros motores.

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Normalmente se construyen con la intención de que puedan funcionar como dinamómetros motores o de absorción, introduciendo alguna ligera variante en sus elementos.

Dinamómetros de absorción

Como se ha dicho anteriormente, los dinamómetros de absorción se utilizan para medir la potencia desarrollada por máquinas generadoras oponiendo un par variable a voluntad. Según el procedimiento empleado para producir el par resistente, los dinamómetros de absorción pueden ser: mecánicos, hidráulicos y eléctricos.

Características de los dinamómetros Las más importantes son: -

La constante del dinamómetro.

-

El área de absorción o de medida.

-

El procedimiento para disipar la energía en los dinamómetros de absorción.

-

El sistema de regulación de carga.

La constante del dinamómetro

Como se ha dicho anteriormente, la expresión utilizada para determinar la potencia del dinamómetro es: N = M × ω , esta expresión puesta en función de las magnitudes a leer queda:

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N=

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L×n K

Donde: N
Potencia (kW) L
Lectura de la balanza (fuerza) n
Velocidad de giro K
Constante del dinamómetro En el valor de K se engloba la longitud del brazo y todas las demás constantes numéricas.

Área de absorción o de medida del dinamómetro

Es el área encerrada por los valores máximos y mínimos que puede medir el dinamómetro, dibujados en coordenadas potencia-rpm o par-rpm. Determina la capacidad de medida del dinamómetro. Su forma depende del tipo de dinamómetro y suele estar formada por varios tramos perfectamente definidos por los siguientes factores: -Velocidad máxima - Capacidad para disipar el calor o desarrollar potencia -Par máximo por resistencia mecánica del eje. -Par máximo desarrollable o absorbible según el sistema utilizado.

Disipación de energía en dinamómetros de absorción

En los dinamómetros mecánicos e hidráulicos la refrigeración natural no es suficiente (salvo para potencias muy pequeñas), debiendo recurrir a la refrigeración forzada. El

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medio refrigerante normal es agua, que introducida en el dinamómetro evacua el calor producido. Existen dinamómetros hidráulicos que el mismo agua utilizada para producir la carga es el agua de refrigeración, otros llevan circuitos independientes, disipando el calor mediante un intercambiador como los dinamómetros mecánicos. En los eléctricos los hay que también utilizan el agua como medio refrigerante y otros que la energía absorbida la transforman en corriente eléctrica, que cargan sobre unas resistencias sin refrigeración especial.

Dinamómetros de absorción Se va a proceder a estudiar un poco más en profundidad estos dinamómetros, ya que el utilizado en el proyecto es uno de este tipo. Dinamómetros mecánicos Son los primeros dinamómetros de absorción que se usaron. Los hay de dos tipos fundamentales: -

De cuerda

-

De zapata

Los dinamómetros de cuerda, ya en desuso, son muy similares a los de zapata, pero utilizando como elemento de frenado una cuerda enrollada en un tambor conectado al motor primario cuya potencia se quiere medir. Los dinamómetros de zapata, también llamados de Prony, constan de unas zapatas que actúan sobre el tambor, todas las zapatas están unidas al mismo cuerpo, la carcasa, que puede oscilar y sobre la que está aplicado el procedimiento de medida de fuerza.

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La fuerza con la que las zapatas se aprietan contra el tambor puede ser regulada, siendo resortes, aire comprimido o aceite a presión los procedimientos más normales para conseguir esta regulación. Toda la energía absorbida por el dinamómetro se transforma en calor en las zapatas, de donde ha de ser disipado. La disipación de este calor se realiza con agua que circula por el interior de dichas zapatas. A pesar de ser un procedimiento antiguo, se usa en la actualidad con bastante frecuencia, pero para pequeñas potencias, ya que con el aumento de esta, el problema de la refrigeración se agrava. Es raro usarlos para más de 200 C.V. Dado que la fuerza de frenado es independiente de la velocidad de giro, el área de absorción tiene la siguiente forma:

Por esta razón son especialmente aptos para medir el par de arranque de un motor. Su sensibilidad suele ser bastante buena, tanto con grandes cargas de frenado como con pequeñas, siendo su regulación bastante fácil.

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Dinamómetros eléctricos La gran ventaja que tienen estos dinamómetros es la posibilidad que presentan bastantes de ellos de ser reversibles, es decir, que pueden trabajar como motores o de absorción; existen modelos que sólo son de absorción y otros que sólo son motores. Los dinamómetros eléctricos en cuanto a precisión son semejantes a los hidráulicos, pero la regulación de la carga es mucho más cómoda y precisa, pudiendo en algunos tipos realizarse de forma automática, para mantener por ejemplo la velocidad constante. Los dinamómetros eléctricos de absorción suelen ser de dos tipos: -

Generadores de corriente que se carga sobre unas resistencias. Pueden ser de corriente continua o de corriente alterna.

-

De corrientes de remolino o de Foucault.

Los dinamómetros motores son simples motores, de corriente continua los más normales y algunos (en raras ocasiones) de corriente alterna. Los dinamómetros reversibles son todos de corriente continua.

Dinamómetros hidráulicos Son los dinamómetros de absorción más empleados en la actualidad para el ensayo de motores térmicos. En esencia constan de un rotor o rodete que contiene una gran cantidad de cavidades; envolviendo al rodete se halla la carcasa que presenta al rodete sus caras también llenas de cavidades. Entre las caras del rotor y estator queda una separación.

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Al introducir una cierta cantidad de agua y girar el rodete (arrastrado por el motor a ensayar) se crean torbellinos entre rodete y carcasa que absorben la energía desarrollada por el motor y dan lugar a un par de reacción sobre la carcasa, que al ser oscilante, se transmite su fuerza a la balanza que determina el par. Los dinamómetros hidráulicos pueden ser de dos tipos: -

De circuito abierto.

-

De circuito cerrado.

En los dinamómetros de circuito abierto, el agua que hay entre el rodete y carcasa es renovada constantemente, disipando ella misma el calor desarrollado. La regulación se efectúa actuando sobre el caudal de entrada, con lo cual como la salida del fluido se hace por gravedad, varía el nivel y por tanto la cantidad de fluido en el interior del dinamómetro. En los de circuito cerrado, la energía desarrollada es disipada en un intercambiador de calor. La regulación se efectúa actuando sobre dos válvulas de entrada y salida que regulan la cantidad de agua contenida entre rodete y carcasa.

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En algunos modelos se modifican las superficies de rodete y carcasa capaces de crear torbellinos mediante la interposición entre ambas de unas chapas lisas. Regulando la profundidad que en sentido radial se introducen las chapas, se regula la carga del dinamómetro.

Los dinamómetros de circuito abierto presentan el inconveniente de producir variaciones en la carga si varía el caudal por fluctuaciones de la presión de suministro; para evitar este inconveniente se debe instalar antes del dinamómetro un regulador de presión. Es necesario cuidar que los flujos de agua de entrada y salida tengan direcciones radiales respecto al eje de giro, con objeto de que el flujo de agua no introduzca ningún par adicional falseando las lecturas del par producido por el motor. Los dinamómetros de circuito cerrado no presentan los inconvenientes anteriores, pero en cambio requieren un intercambiador que los hace más caros y voluminosos.

Áreas de absorción

En estos dinamómetros la turbulencia creada depende de la velocidad de giro y por tanto los dinamómetros hidráulicos dan lugar a un par muy pequeño al girar a bajas

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revoluciones. Aproximadamente el par máximo ofrecido es función cuadrática de las revoluciones. En la siguiente figura se puede observar el área de absorción típica de un dinamómetro hidráulico, la cual está formada por los siguientes tramos:

C

D

B

F A

E

A

AB.- Par máximo limitado por la imposibilidad de obtener mayor par resistente. BC.- Par máximo limitado por la resistencia mecánica del eje. CD.- Potencia máxima condicionada por la capacidad de disipar el calor producido en el dinamómetro. DE.- Velocidad máxima limitada por las tensiones originadas por las altas velocidades periféricas en el rotor, o por peligro de alcanzar la velocidad crítica. EF.- Par mínimo condicionado por la inestabilidad propia a las pequeñas cantidades de agua que se requieren. Si es de tipo de compuertas el par mínimo es el que tendrá lugar con las compuertas totalmente cerradas.

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1.1.1.4.- CONDICIONES DE PARTIDA En este apartado se pretende mostrar el punto de partida para la realización del proyecto, entendiendo por punto de partida, a la cantidad de elementos del proyecto que nos vienen impuestos o que nos pueden aportar una ayuda. Este apartado es de gran relevancia debido a que puntos estratégicos del proyecto como el motor o el banco de ensayo, son unos determinados que no pueden cambiarse.

Motor

En primer lugar, el elemento fundamental de partida para la realización del proyecto es el motor del monoplaza. Este es un motor de motocicleta, de una Honda CBR 600 RR. Es un motor de 599 cc, es un motor de 4 cilindros en línea, 4T. El motor tiene 4 válvulas por cilindro. Tiene una potencia máxima de 117 C.V. a 13000 rpm, y un par máximo de 6,7 kgm a 11000 rpm. Esta condición de partida influye mucho en la realización del monoplaza, ya que condiciona numerosos aspectos como los puntos de anclaje del motor al chasis, el tipo de distribución, la potencia máxima disponible, etc.

Banco de ensayo

Este elemento también es fundamental a la hora de realizar el proyecto, ya que se parte de un banco de ensayo diseñado para ensayo de motores de automóvil. Por lo tanto es importante constatar la posibilidad de utilización de este banco para el ensayo del motor del monoplaza, ya que difiere en gran medida de uno de automóvil en dimensiones, peso, potencia, régimen de funcionamiento, etc.

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Otro aspecto que va a determinar la posibilidad de utilización del banco es el dinamómetro disponible en este. Al tratarse como se ha comentado de un banco inicialmente destinado al ensayo de motores de coche, el dinamómetro disponible es un dinamómetro de absorción que no está preparado para alcanzar los regímenes de giro del motor del monoplaza, por lo que habrá que tratar de adaptarlo. Más adelante se realizará un estudio detallada para la adaptación del dinamómetro al motor.

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1.1.2.- OBJETIVOS DEL PROYECTO Lo primero que se debe tener claro es que este año es el segundo en el que la Universidad Pontifica Comillas decide dedicar parte de su tiempo, de su capacidad y de sus conocimientos a la Fórmula SAE. Teniendo esto en cuenta, el principal objetivo de este proyecto es que sirva de base para la participación en años sucesivos en la competición. Con este proyecto se trata de optimizar una parte fundamental del fórmula, como es el motor del monoplaza, para lograr que el primer año que acuda a la competición la Universidad, obtenga un meritorio resultado.

Como ya se ha comentado anteriormente, existen varias competiciones de Formula SAE repartidas en diferentes partes del mundo. La más prestigiosa es la Formula SAE de EE.UU., pero en el caso de la Universidad Pontificia Comillas, el objetivo sería acudir a la Fórmula Student.

Otro dato de vital importancia para comprender correctamente la magnitud del proyecto que ha adoptado la universidad, es que en España sólo hay una universidad que ha participado y continúa haciéndolo en esta competición, esta es la Universidad Politécnica de Madrid.

El reto al que se está enfrentando la Universidad por medio de los alumnos, profesores y directores que colaboran en la Fórmula SAE es el más complicado al que se van a enfrentar en todo la andadura por la competición ya que supone un esfuerzo enorme el inicio, compitiendo con universidades que llevan más de 15

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participaciones. Todo esto ayuda a comprender mejor la importancia de los proyectos que están ayudando a la Universidad para tener un buen comienzo en la competición. Por todo lo anteriormente dicho, ha que señalar que aunque este año no se vaya a participar en la competición, ya que no se ha podido optimizar todos los puntos del monoplaza, este proyecto es un pilar fundamental, ya que busca la optimización de uno de los cimientos del monoplaza, el motor; y para lograr la optimización de este, se tratará de adaptarlo a un banco de ensayo y tratar de sacarle las máximas prestaciones para la competición.

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1.1.3.- ESTUDIO DEL BANCO MOTOR Como ya se ha destacado anteriormente, el banco motor es un punto de partida, o lo que es lo mismo, es uno determinado que se podemos seleccionar. Por este motivo hay que realizar un estudio del banco para ver las posibilidades que ofrece, analizando su validez para la utilización con el motor del monoplaza. También habrá que tratar de optimizar el banco, seleccionando los medidores de combustible, aire, ruido…más apropiados para el desarrollo del motor bajo la normativa de la Fórmula SAE.

1.1.3.1.- ESTUDIO DE LA BANCADA DISPONIBLE La bancada disponible para el banco de ensayo consta de, en primer lugar una bancada de inercia. Sobre esta bancada de inercia están colocados unos perfiles UPN 80 enfrentados entre sí dos a dos formando guías para poder variar la colocación del motor. Sobre estos perfiles iniciales, se colocan otros de forma perpendicular a los anteriores, y también enfrentados dos a dos. Sobre estos perfiles se sitúan unos soportes (4) regulables en altura, que son los que permitirán que el motor y el dinamómetro se sitúen a la misma altura. Por último, estos soportes están unidos de dos en dos por un perfil UPN 80.

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A parte de esta bancada disponible, el motor del monoplaza ya posee una estructura soporte que tratará de conservarse a la hora de su instalación en el banco de ensayo. Esta es la estructura que soporta el motor actualmente. Está compuesta por tubos de acero de sección cuadrada # 40.3, y perfiles angular LF 40.3. Esta estructura está diseñada para que el motor se sitúe en su posición de diseño (la que tiene para su funcionamiento habitual en la moto).

Por lo tanto, tratando de conservar la estructura de soporte del motor, e intentando utilizar la bancada del banco de ensayo disponible, la instalación del motor quedará de la manera siguiente:

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1.1.3.2.- ESTUDIO DEL DINAMÓMETRO DISPONIBLE. Otro punto fundamental de partida, como se ha visto anteriormente es el dinamómetro disponible.

1.1.3.2.1.- TIPO DE DINAMÓMETRO DISPONIBLE. El dinamómetro disponible para el banco de ensayo para la FSAE es un dinamómetro de absorción hidráulico. Es un dinamómetro de la marca CLAYTON MANUFACTURING COMPANY, modelo 8-200 ENGINE DINAMOMETER.

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Requerimientos en la instalación del dinamómetro 1.- Suministro de agua de refrigeración Calidad del agua.- El agua varía en gran medida de unas partes del mundo a otras, presentando diferentes cantidades de sólidos disueltos. En áreas donde la calidad del

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agua es mala, es decir, el agua contiene grandes cantidades de sólidos disueltos que precipitarán en el sistema cuando aumente la temperatura, el intercambiador de calor se obstruirá y perderá eficacia rápidamente a menos que se le aplique un tratamiento al agua. El dinamómetro está diseñado para mantener una temperatura media de salida del agua de refrigeración de entre 60 ºC y 62 ºC. Esto es así para una temperatura de entrada del agua de 26,7 ºC o menor, y una calidad de agua de refrigeración media. Para disminuir la temperatura de salida del agua de refrigeración se deberá reducir la cantidad de sólidos que precipitan. El ideal de agua para el correcto funcionamiento del dinamómetro debe tener un pH 7. El agua debe ser limpia. El dinamómetro posee un filtro que elimina las partículas que pueda tener el agua. La limpieza del filtro dependerá del suministro de agua de refrigeración. Cantidad y presión.- El dinamómetro ha sido diseñado para un consumo de agua óptimo. El consumo del dinamómetro se debe exclusivamente al agua de refrigeración.

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1.1.3.2.2.- LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO. Ya se citó anteriormente que este dinamómetro estaba destinado para el ensayo de motores de automóvil, cuyo régimen de giro poco tiene que ver con el motor utilizado para la FSAE. Curvas del dinamómetro 160

900

140

800 700 600

100

500 80 400 60

Potencia máxima Potencia minima Par

300

40

200

20

100

11 25 15 00 18 75 22 50 26 25 30 00 33 75 37 50 41 25 45 00 48 75

75 0

0 37 5

0 0

Par (Nm)

Potencia (kW)

120

RPM

La potencia mínima que muestra la gráfica, está condicionada por la inestabilidad propia a las pequeñas cantidades de agua que se requieren. La curva de potencia máxima, tiene una primera parte que está limitada por la imposibilidad de obtener un par resistencia mayor, una segunda parte en el que el límite lo pone la resistencia mecánica del eje, y una tercera parte en la que el límite lo pone la capacidad de disipar calor. El valor de potencia máxima es de 148,47 kW. También hay que destacar un punto muy importante que es el régimen máximo de funcionamiento del dinamómetro. Este puede trabajar a un régimen de hasta 5000 rpm. Esto puede ser un problema ya que el motor entrega su potencia máxima a 13.000 rpm. La curva de par admisible por el dinamómetro también cobra gran importancia, ya que debido a la diferencia de regímenes de giro máximos entre dinamómetro y motor, se tendrá que

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realizar un acoplamiento que reduzca las revoluciones de giro del motor al llegar al dinamómetro, esta reducción deberá ser de aproximadamente 3:1, ya que se desea que el punto de potencia máxima del motor 117 C.V. a 13.000 rpm, esté dentro de los límites de funcionamiento del motor. Al realizar una reducción de la velocidad de giro, se producirá un aumento del par motor, por lo que es de gran importancia tener la curva de par máximo admisible por el dinamómetro.

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1.1.3.3.- INSTRUMENTACIÓN DISPONIBLE EN EL BANCO El banco actual disponible presenta los siguientes sensores para su utilización: El banco actual en el que se va a colocar el motor de la FSAE, presenta un cuadro que tiene la posibilidad de utilizar 9 sensores o termopares. Adicionalmente a estos 9, el banco actual tiene alguno más que no está situado en esta caja. De los 9 posibles sólo se utilizan 7 actualmente. Función y situación de cada uno de los sensores disponibles del banco: - El primero de todos los sensores está situado en el conducto de admisión, detrás del filtro del aire, y su función es la de medir la temperatura del aire de admisión.

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-El segundo de los colectores está situado después de los colectores de escape, tras la brida que une los colectores de escape a un tubo flexible de salida de gases de escape. La función de este sensor es medir la temperatura de los gases de escape.

Sensor situado tras los colectores de escape para medir la temperatura de los gases del escape.

-El tercero de los sensores está situado en la entrada de agua de refrigeración, y su finalidad es medir la temperatura del agua.

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-El cuarto de los sensores está situado en la salida del agua de refrigeración, y su función es la de medir la temperatura de esta.

-El quinto de los termopares es para medir las condiciones atmosféricas de la sala. Lo único que es necesario con este sensor es comprobar su correcto funcionamiento. -El sexto de los termopares está situado en el cárter del motor, y su función es la de medir la temperatura del aceite de este.

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41

-El séptimo de los termopares está situado en la alimentación del combustible al motor.

7º

6º

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1.1.4.- INSTALACIÓN DEL MOTOR EN EL BANCO La instalación del motor en el banco es un proceso complejo y largo, para el que se debe haber realizado un estudio detallado del motor y del dinamómetro. Esta instalación se puede dividir en dos partes: la instalación mecánica y la instalación eléctrica. En la instalación mecánica se tratará de calcular soportes del motor, acoplamientos para transmitir potencia, posición de las partes móviles de la bancada…Por otro lado, en la instalación eléctrica se tratará de realizar un estudio para ver cuales de todos los sensores del motor deben inhibirse y cuales se colocaran en el banco.

1.1.4.1.- INSTALACIÓN MECÁNICA Dentro de la instalación mecánica, se va a realizar en primer lugar un estudio teórico para la adaptación del motor al dinamómetro disponible. Esto se realiza para lograr optimizar el funcionamiento del motor dentro de los límites del dinamómetro. El acoplamiento entre el motor y el dinamómetro se va a efectuar con una transmisión piñón-corona. Se ha seleccionado este tipo de transmisión ya que, aunque el banco actual presenta una junta de transmisión cardam, esta no se puede conservar ya que el piñón de ataque del motor queda por el lado opuesto al dinamómetro, con lo que es físicamente imposible realizar el acoplamiento mediante una junta cardam. Por el contrario si que se puede realizar el acoplamiento con un piñón y una corona, ya que permite un gran margen de movimientos (ya que el piñón y la corona no deben necesariamente estar a la misma altura). Entonces la corona girará en un eje solidario

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al eje del dinamómetro, y estará unida por medio de una cadena al piñón de ataque del motor. De esta manera solucionamos el problema que se presentaba, ya que la admisión y el escape del banco y del motor obligaban a colocar este de forma que el piñón de ataque quedara al lado contrario del dinamómetro, pero con el acoplamiento piñón-corona solucionamos esto.

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1.1.4.1.1.- ADAPTACIÓN DEL MOTOR AL DINAMÓMETRO Datos del dinamómetro Curvas del dinamómetro 160

900

140

800 700 600

100

500 80 400 60

Potencia máxima Potencia minima Par

300

40

200

20

100

75 0 11 25 15 00 18 75 22 50 26 25 30 00 33 75 37 50 41 25 45 00 48 75

0 37 5

0 0

Par (Nm)

Potencia (kW)

120

RPM

rp m 0 125 250 375 500 625 750 875 1000 1125 1250 1375 1500 1625 1750 1875 2000 2125 2250 2375 2500 2625 2750 2875 3000 3125 3250 3375 3500 3625 3750 3875 4000 4125 4250 4375 4500 4625 4750 4875 5000

kW 0 ,7 4 2 4 2 ,9 6 9 4 6 ,6 8 1 2 1 1 ,8 7 8 2 0 ,7 8 6 3 3 ,4 0 6 5 4 ,9 3 4 7 1 ,2 6 6 8 0 ,1 7 4 8 9 ,0 8 2 9 6 ,5 0 6 1 0 5 ,4 1 1 1 5 ,0 6 1 2 3 ,9 7 1 3 2 ,8 8 1 4 1 ,7 9 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7 1 4 8 ,4 7

P a r (N m ) 2 2 6 ,8 4 5 4 5 2 5 5 ,2 0 1 1 3 2 3 0 2 ,4 6 0 6 3 9 6 ,9 7 9 5 3 8 5 1 0 ,4 0 2 2 6 3 6 9 9 ,4 4 0 1 3 8 7 7 7 ,7 5 5 8 2 9 7 6 5 ,6 0 3 3 9 5 7 5 6 ,1 5 1 5 0 1 7 3 7 ,2 4 7 7 1 3 7 3 2 ,0 9 2 1 3 5 7 3 2 ,5 2 1 7 6 6 7 2 8 ,5 2 2 8 8 8 7 2 5 ,0 9 5 2 7 8 7 2 2 ,1 2 4 6 8 3 7 0 8 ,8 9 2 0 3 2 6 6 7 ,1 9 2 5 0 1 6 3 0 ,1 2 6 2 5 1 5 9 6 ,9 6 1 7 1 1 5 6 7 ,1 1 3 6 2 6 5 4 0 ,1 0 8 2 1 5 5 1 5 ,5 5 7 8 4 1 4 9 3 ,1 4 2 2 8 3 4 7 2 ,5 9 4 6 8 8 4 5 3 ,6 9 0 9 4 3 6 ,2 4 1 2 5 4 2 0 ,0 8 4 1 6 7 4 0 5 ,0 8 1 1 6 1 3 9 1 ,1 1 2 8 4 5 3 7 8 ,0 7 5 7 5 3 6 5 ,8 7 9 7 5 8 3 5 4 ,4 4 6 0 1 6 3 4 3 ,7 0 5 2 2 8 3 3 3 ,5 9 6 2 5 3 2 4 ,0 6 4 9 2 9 3 1 5 ,0 6 3 1 2 5 3 0 6 ,5 4 7 9 0 6 2 9 8 ,4 8 0 8 5 6 2 9 0 ,8 2 7 5 2 8 3 ,5 5 6 8 1 3

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Ahora hay que analizar como solucionar el problema del régimen de giro del motor y del dinamómetro. Para esto se va a estudiar si es posible, utilizando la caja de cambios incorporada en el motor, variar la potencia, el par y el régimen de giro para el correcto acoplamiento motor dinamómetro. Para ello se sabe que: P (kW) = Pmotor (kW) – Perdidas (kW) Par (Nm) = Parmotor (Nm) * wmotor / wsalida Para el cálculo de las curvas del motor, se parte de dos puntos de estas (punto de potencia máxima y punto de par máximo). Punto de potencia máxima P(CV) = 117 85,99 kW Régimen (rpm) = 13000 Par (Nm) = 63,169 Nm

Punto de par máximo Par (kgm) = 6,7 65,727 Nm Régimen (rpm) = 11000 P (kW) = 75,712 kW 103,009 CV

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46

Potencia (C.V.)

140

8 7 6 5 4 3 2 1 0

120 100 80 60 40 20 0 0

11000

Par (kgm)

Curvas del motor

Potencia Par

13000

rpm

Cálculo de las curvas en función de la marcha engranada Ahora después de obtenerlas curvas de potencia y de par, se va a ver la relación de marchas y se calculará estos dos puntos (par máximo y potencia máxima) en cada marcha. Para ello la potencia la multiplicaremos por el rendimiento de la caja de cambios (suponemos un rendimiento de transmisión del 95 %).Y según la relación de transmisión se calculará el par y las revoluciones. Relación de giro motor/piñón en cada marcha: Marchas 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª

2,66666667 1,9375 1,61111111 1,40909091 1,26086957 1,16666667

Ahora con esta relación de marchas, y con los dos puntos de trabajo (potencia y par máximo), vamos a ver como varía el par y el régimen de giro en función de cada marcha.

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Potencia max piñon de ataque 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª

C.V.

Par max piñon de ataque 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª

Nm

47

rpm 105,3 4.875,00 105,3 6.709,68 105,3 8.068,97 105,3 9.225,81 105,3 10.310,34 105,3 11.142,86

157,74 114,61 95,30 83,35 74,59 69,01

Par Nm 151,6046326 110,1502409 91,59446552 80,10926609 71,68262519 66,32702676

rpm Potencia (C.V.) 4125 92,70865566 5677,4194 92,70865566 6827,5862 92,70865566 7806,4516 92,70865566 8724,1379 92,70865566 9428,5714 92,70865566

En esta tabla se puede observar los puntos de potencia máxima y par máximo para cada velocidad (tienen el mismo color), se ve como la potencia máxima en el piñón de ataque en primera velocidad la da a menos de 5000 rpm (par máximo de dinamómetro) lo que en principio muestra la posibilidad de utilización. Ahora hay que comprobar que el par que da el motor está dentro de los límites del dinamómetro, para ello, en el par máximo en el piñón de ataque en primera velocidad se obtiene 157,74 Nm a 4125 rpm mientras que el dinamómetro admite un par máximo de 343,7 Nm lo que definitivamente muestra la validez del ensayo del motor en primera velocidad.

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Par según marcha 200 Par1ª Par (Nm)

150

Par2ª Par3ª

100

Par4ª Par5ª

50

Par6ª 0 0

2000

4000

6000

8000

10000 12000

rpm

Comparación de par 1000

Par (Nm)

800 600

Par motor

400

Par dinamómetro

200 0 0

2000

4000

6000

RPM

Potencia (kW)

Comparación potencias 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Potencia motor Potencia dinamómetro

0

2000

4000

6000

RPM

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49

Otra solución posible sería la utilización de una corona más grande que el piñón de ataque, con lo que también se conseguiría una segunda reducción del régimen de giro, pero no es necesario ya que con el juego que permite la caja de cambios, puede realizarse perfectamente el ensayo del motor en el banco de pruebas.

1.1.4.1.2.- ESTUDIO DE LA BANCADA DEL MOTOR El dinamómetro está instalado, y su eje está situado a 0,7658 m de la bancada de inercia.

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MEMORIA

50

76,58

Unidades en cm

Ahora hay que ver si con la bancada disponible podemos situar el motor a la altura necesaria para su acoplamiento: 1. En primer lugar están situados los perfiles UPN 80 soldados sobre la bancada de inercia, estos perfiles tienen una altura de 0,08 m.

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

51

2. A continuación se encuentran otros perfiles UPN 80 situados en posición perpendicular a los anteriores.

Las dos piezas ensambladas quedan de la siguiente manera:

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

52

3. Sobre estos perfiles UPN que forman guías, van montados los siguientes soportes:

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

53

Estas piezas, se pueden regular en altura, si se gira la rosca superior, la plataforma se puede subir o bajar. Con esta pieza se obtendría una gran cantidad de posibilidades para regular la posición de nuestro motor. La posición actual de esa plataforma es de 21,5 cm sobre el perfil en U inferior. Tiene un margen de movimiento en altura entre 5 cm y 43 cm.

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54

Los elementos anteriores ensamblados quedan de la siguiente manera:

4. Por último existen otros perfiles UPN 80 situados sobre los soportes regulables en altura.

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MEMORIA

55

Esta es la parte de la bancada disponible que se puede conservar para el motor del monoplaza. Por otro lado, el motor está colocado en una estructura que se diseño el año pasado para soportarlo. Se va a tratar de conservar esta estructura y adaptarlo al banco del ensayo.

El motor está situado de la siguiente manera:

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

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56

Esta estructura se puede utilizar en el banco de ensayo, quedando el conjunto dispuesto de la siguiente manera:

Este es el aspecto que presenta la bancada definitiva para el ensayo del motor. Pero, teniendo en cuenta el carácter competitivo de la Fórmula SAE, las restricciones en la admisión que se estipulan y la similitud entre los distintos fórmulas, se va a pretender optimizar el peso del monoplaza. Para esto, se va a realizar un cálculo de la sustentación necesaria para el correcto funcionamiento del motor, esto es así porque el motor de fabrica posee varios puntos de anclaje (5), pero se va a realizar un cálculo para optimizar los puntos de anclaje, y que estos sean los mínimos necesarios para así lograr aligerar el monoplaza.

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

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57

1.1.4.1.2.1.- SOPORTES DEL MOTOR Para la realización de este cálculo hay que tener en cuenta dos puntos, en primer lugar el peso del motor y de todos los fluidos que este posee, y en segundo lugar los esfuerzos que genera el motor durante su funcionamiento, es decir, el par que el motor transmite a la bancada por medio de los soportes.

EJE 1

EJE 3

EJE 2

Estos son los ejes que van a soportar el peso del motor. Entonces de acuerdo con lo que se ha dicho anteriormente, para el cálculo se tiene: Datos de partida: Peso del motor en seco
58,3 kg. Capacidad de aceite
3,5 litros Capacidad de refrigerante
3,2 litros

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

58

Por lo tanto tomaremos como peso del conjunto: Peso total aproximado = 65 kg.

Par motor máximo M

+

M

Peso motor

Con este cálculo se busca la optimización de un parámetro importantísimo para la competición como es el peso del monoplaza. Los diámetros obtenidos para los tres ejes son: Eje 1.- Ø = 8,61 x 10-3 m Eje 2.- Ø = 1,021 x 10-2 m Eje 3.- Ø = 1,021 x 10-2 m

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

59

1.1.4.1.2.1.- SILENTBLOCKS En primer lugar hay que señalar el tipo de bancada en el que se va a realizar la instalación y ensayo del motor. Esta bancada es una bancada de inercia. Una bancada de inercia es aquella en la que se realiza una base para el motor. Esta base se ancla al suelo por medio de muelles metálicos. La finalidad principal de la bancada de inercia es la de añadir la mayor masa posible al equipo que se trata de aislar, con el fin de limitar su desplazamiento, esto es de suma importancia en el caso de que se tengan conexiones exteriores tales como tuberías o conductos de aire. La bancada de inercia solo influye directamente en el posible desplazamiento del equipo, pero no elimina por si sola la vibración, esto se consigue única y exclusivamente mediante los antivibradores sobre los que se instala la bancada.

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MEMORIA

60

Partes de una bancada de inercia

A
Soporte KROON B
Limitadores de balance con amortiguadores BIELASTIC KROON (para grandes equipos con fuerzas descompensadas) C
Bastidor metálico KROON D
Malla de acero para reparto de tensiones

Tipos de antivibradores Existen diversos tipos de antivibradores en función del material del que estos estén fabricados.

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Antivibradores metálicos Fabricación.-

Se parte de bobinas de hilo de acero “cuerda de piano” del diámetro requerido. El hilo se hace pasar por una máquina de rodillos que en frío le da la forma deseada. Para aliviar las tensiones que aparecen en la parte interior y exterior del mueble, se introducen éstos en un horno de recocido. Por último se aplanan las caras con una rectificadora doble.

Protección y vida del muelle.-

Lo más importante en estos muelles es el acabado de la superficie del muelle, puesto que aquí es donde más sufre debido a que las tensiones que soporta bajo carga concentran aquí. Un granallado con bolas para compactar la superficie,

se

un cincado

seguido de deshidrogenado y una capa de poliéster aseguran la vida prácticamente ilimitada del muelle.

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Características del muelle.-

Se emplea acero al carbono (0,022) con una resistencia a la tracción de 1.800N/mm2. Los ciclos de fatiga teórica son de 7.000.000 pasando por el punto de relajación de tensiones, lo cual nos da en el trabajo normal de estos muelles, una fatiga prácticamente nula.

Ventajas del antivibrador del muelle.-

La principal ventaja es la gran deflexión y baja frecuencia natural que ofrece, y que permite aislar bajas frecuencias. El antivibrador de muelle tiene muy poca histéresis y baja fatiga.

Antivibradores de caucho Fabricación.-

El caucho crudo es un material pastoso y poco elástico. Para su utilización, ha de seguir un proceso de vulcanización.

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Caucho natural.-

Es el caucho que mejor soporta los esfuerzos físicos. Tiene una

elevada resilencia

y un % de amortiguación. La dureza máxima para un amortiguador es de 60º SHORE. El caucho está compuesto por largas cadenas de macromoléculas

que

enredadas entre ellas y con algunos puntos de unión, forman una masa elástica. La resilencia viene dada por la elasticidad de las macromoléculas; la histéresis o amortiguación y el rozamiento entre ellas.

Ventajas del caucho.-

Una de las principales ventajas es la elevada resilencia que presenta. Por otro

lado

también presenta una ventaja económica, ya que es más barato un antivibrador

de

caucho que uno metálico. También poseen una buena amortiguación interna e impedancia acústica. Absorben muy bien los golpes y resonancias transitorias. Y poseen un muy buen comportamiento en acústica. Para la instalación del motor de la FSAE en el banco de ensayo se han seleccionado los antivibradores de caucho, ya que se adaptan mejor a las necesidades presentes.

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Colocación de los antivibradores

Colocación de los antivibradores

Bancada de inercia

Los antivibradores se situarán en la parte señalada, en la unión de los elementos reguladores de la altura de la bancada y los elementos para el soporte y apoyo del motor (perfiles en U). Para el cálculo de los silentblocks se debe calcular el peso que van a soportar, por ello es importante elegir correctamente en que posición se van a situar.

Cálculo de los antivibradores

En primer lugar se muestran unas curvas para una mejor comprensión del cálculo.

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Sólo se obtiene aislamiento a partir de

Entre

2≥

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fp ≥ 2 fn

fp 1 ≥ , Se produce resonancia o amplificación máxima, zona de fn 2

trabajo muy peligrosa.

Para valores de

fp ≥ 3 , El aislamiento puede considerarse bueno. fn

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En donde: fp
Frecuencia perturbadora.- Es la originada en las partes móviles de la máquina. Se suele tomar la velocidad de giro más baja, si hubiese varias. Se mide en hz.

fn
Frecuencia natural.- Es la frecuencia propia o de resonancia del sistema formado por las máquina montada sobre los antivibradores. Se obtiene teóricamente de la fórmula:

fn =

15,7 d

d
Deflexión.- Es la deformación elástica que bajo una determinada carga, sufre el antivibrador. Se mide en mm.

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Por lo tanto, teniendo en cuenta todo lo anterior se procede al cálculo de los elementos antivibradores.

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Resultados PARA LOGRAR UN 90 % DE AISLAMIENTO NECESITAMOS UN ANTIVIBRADOR QUE CON 25,102 kg. SE APLASTE COMO MÍNIMO 2,116 mm.EL BA -30 (ANEXO I).

1.1.4.1.3.- MEDIDOR DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE Para la medida de combustible consumido por el motor, se va a necesitar un medidor de caudal, por lo que se va ha explicar que tipos de medidores hay y cual se ha seleccionado para el proyecto. Los medidores de caudal se pueden agrupar en tres grupos: directos o primarios, indirectos o secundarios y complejos. Los medidores directos o primarios son aquellos en los que se miden por separado las dos magnitudes fundamentales que determinan el caudal: peso o volumen, y tiempo. En función de que lo que midan sea peso o volumen se llaman gravimétricos o volumétricos. Dentro de los medidores volumétricos existen dos tipos diferentes: estáticos y dinámicos. Los estáticos son depósitos de cubicaje conocido. En el caso de líquidos pueden ser abiertos, mientras que para gases deben estar sellados y se precisa de la medida de presión y temperatura del gas. Se adaptan mejor a caudales pequeños. Por otro lado, los medidores dinámicos son motores hidráulicos de desplazamiento positivo, que toman del fluido la potencia necesaria para vencer los rozamientos y mover el sistema contador. Se utilizan para medida de caudales intermedios en líquidos y gases.

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Los medidores indirectos o secundarios son aquellos en los que se mide una magnitud de la cual el caudal es función. Según la magnitud que se mide (variable) reciben el nombre, pudiendo ser de velocidad, de presión variable, de área variable, de área y presión variable, térmicos y ultrasónicos. Los medidores complejos son aquellos equipos que engloban a un medidor indirecto y el equipo de medida de la variable en cuestión, el cual está especialmente adaptado para la lectura de caudales. Para la realización de la medida de consumo de combustible en este proyecto se ha seleccionado un medidor volumétrico estático, ya que reúne las características que se buscan, sencillez, rapidez en la instalación y precisión.

Principio de medida

Miden el volumen de fluido que durante un cierto tiempo pasa por el lugar de medida. Las variables a medir son: volumen y tiempo. A la hora de realizar un ensayo, esta medida se puede hacer de dos maneras distintas: midiendo el volumen que pasa en un cierto tiempo o midiendo el tiempo que tarda en pasar un determinado volumen a través de la sección de control. La ecuación de medida es: Q=

V t

Donde: V
Volumen (m3) t
Tiempo (s)

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La variación de volumen se obtiene por la medida de la variación de altura de la superficie libre del líquido. Por realizarse la medida bajo presión atmosférica se situará el medidor normalmente al principio (medida en aspiración) o al final (medida en descarga) del proceso.

Q=

V ∆h × S = t t

Donde: ∆h
Variación de altura (m) S
Superficie libre de líquido (m2) Esta forma de medida presenta un problema, si la sección es constante, el error relativo de la medida del volumen es igual al error relativo en la medida de la altura. Para reducir este error, se recurre a la construcción de depósitos como los de la figura.

∆hA ∆hA+B ∆hB

∆hA+B+C

∆hB+C

∆hC

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En este procedimiento se establece constante el valor del volumen a medir y en las limitaciones de las marcas que delimitan el volumen, se reduce considerablemente la sección, consiguiendo así que un error en la medida de la altura provoque un error mínimo en la medida del volumen.

Q=

V V1 + ∆h × S = t t

Donde: V1
Es constante Por lo tanto, haciendo V1 >> ∆h · S, los posibles errores en la lectura de ∆h serán despreciables frente a V1 que puede ser conocido con bastante exactitud. Con objeto de que el tiempo de medida (t), tenga un valor lógico (normalmente superior a 100s) y no excesivo (no superior a 300 s), en el equipo de la figura anterior puede elegirse V1 entre los siguientes valores:

V1
A, B, C, A+B, B+C, A+B+C.

Gracias a esta gran cantidad de posibilidades de elección, se puede seleccionar un V1 diferente para cada tipo de ensayo del motor. Así para realizar un ensayo a plena carga y régimen máximo, se elegirá el mayor V1 (A+B+C), ya que este punto de funcionamiento del motor es el de mayor consumo. Por el contrario, si el ensayo que se va a realizar es un ensayo sin carga, o con poca carga y a un régimen bajo, se optará por la elección de un volumen V1 menor que el anterior, ya que en este ensayo el consumo de combustible del motor será muy inferior.

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Errores en la medida

Como en todo tipo de medidas, puede haber dos tipos de errores: errores del observador y errores de los aparatos. -

Errores del observador.- En este caso el observador puede cometer dos errores, el primero es un error en la lectura del momento en que se alcanza el límite del ∆h, y el segundo es un error en la puesta en marcha y paro del cronómetro. Este error reduce grandemente su importancia si el observador se encuentra en el mismo lugar durante la puesta en marcha y paro, y si además se halla este perfectamente entrenado como para actuar de forma refleja. Otra forma de reducir en gran medida este error, es con la automatización del proceso.

-

Errores de los aparatos.- Aquí nos encontramos con el problema de la precisión del cronómetro, pero este problema tiene fácil solución ya que es sencillo encontrar cronómetros de gran precisión (0,01s).

1.1.4.1.4.- MEDIDOR DE CAUDAL DE AIRE Dentro de todos los tipos de medidores de caudal, que ya se han comentado en la medida de consumo de combustible, se ha seleccionado un medidor de caudal indirecto o secundario para medir el consumo de aire. Este medidor es un medidor de presión variable no lineal, tipo venturi. Este medidor consta de dos partes, la primera es un elemento obstructor (órgano deprimógeno) y la segunda es un elemento medidor (manómetro diferencial).

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Se ha optado por esta elección debido, en gran medida, a que la normativa de la FSAE impone las siguientes restricciones: La instalación de un filtro de aire, a continuación la colocación de una válvula de entrada y por último una estrangulación en la admisión de 20mm. Este estrangulador que se va a colocar será del tipo venturi (tobera convergente-divergente) de manera que se consiga maximizar el gasto a través de la misma. Por lo tanto se optará por la colocación de un sistema de medida de caudal en la admisión del banco, no en la del motor, ya que así se podrá reutilizar. Cierto es que así se aumenta la pérdida de carga del aire a la entrada del sistema, pero no se debe modificar la admisión del motor si se puede en su lugar modificar la del banco de ensayo.

Características del Venturi

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7º < fi < 15º 1: sección cónica convergente E. 2: cuello cilíndrico C. 3: sección cónica convergente B. 4: cilindro de entrada A. b: dirección del flujo.

El tubo de venturi clásico está integrado por un cilindro de entrada A conectado a una sección cónica convergente B, a un cuello cilíndrico C y a una sección cónica divergente E. La superficie interna del dispositivo es cilíndrica y concéntrica con el eje del conducto. La coaxiabilidad de la sección convergente y del cuello cilíndrico se evalúa por inspección visual. La longitud mínima del cilindro, medida desde el plano conteniendo la intersección del cono truncado B con el cilindro A, puede variar como resultado del proceso de fabricación. Sin embargo, se recomienda que se elija igual a D. Ningún diámetro, a lo largo del cilindro de entrada, debe diferenciarse en más de 0.4% del valor del diámetro medio. Este requisito se satisface cuando la diferencia en longitud de cualquiera de los diámetros medidos cumple con el requisito dicho con respecto a la media de los diámetros medidos. La longitud total medida de la sección convergente B, paralela al eje del tubo venturi es por tanto aproximadamente igual a: 2,7 × (D-d)

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El cuello C debe ser cilíndrico con un diámetro d (en nuestro caso: d=20mm). Aguas arriba está limitado por el plano comprendido entre la intersección del cono truncado B con el cuello C, y aguas abajo por el plano comprendido entre la intersección del cuello C con el cono truncado E. La longitud del cuello C, es decir, la distancia entre esos dos planos, debe ser igual a d ± 0,03 d , cualquiera que sea el tipo de tubo venturi clásico. La longitud mínima del cilindro de entrada A debe ser igual al más pequeño de los siguientes dos valores: - D, o - 0.25*D + 250mm.

R1 = 1,375 x D ± 275 x D R2 = 3,625 x d ± 0,125 x d

La longitud de la parte cilíndrica del cuello no debe ser menor de d/3. R3 = 5 x d ÷ 15 x d. Se recomienda un valor próximo de d ×10

Medidor no lineal tipo venturi La pérdida de presión provocada por la obstrucción en este medidor es una función cuadrática del caudal. Responde a la siguiente fórmula:

Q = K × A × 2 × g × ∆p

Donde: Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

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A
Área (m2) K
Coeficiente experimental El diseño de estos aparatos está muy normalizado. Las normas europeas DIN 1952 desglosan el coeficiente K en dos, que denominan: α - coeficiente de paso ε – coeficiente de expansión

1.1.4.1.5.- SISTEMA DE REFRIGERACIÓN A la hora de diseñar el sistema de refrigeración del motor para el banco de ensayo, se puede optar, principalmente, por dos posibilidades: un circuito de refrigeración cerrado, y un circuito de refrigeración abierto. El circuito de refrigeración que posee el motor de serie es:

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Como puede observarse es un circuito cerrado, con un radiador y un ventilador. Este sistema de refrigeración está diseñado teniendo en cuenta la refrigeración por convección que supone el aire con el movimiento de la moto. Bomba

Intercambiador

MOTOR

Si se opta por un sistema de refrigeración cerrado para el banco de ensayo, se podría realizar de dos maneras diferentes: la primera es mantener el sistema de refrigeración original del motor, incluyendo un ventilador mayor que “simule” el efecto del aire a las diferentes velocidades de la moto, y la segunda es que en lugar de refrigerar el radiador por medio de aire, se ponga un intercambiador de calor, y para refrigerar el fluido refrigerante se utilice agua. Si por el contrario se opta por un sistema de refrigeración abierto, simplemente se utilizaría el agua de la red para refrigerar el motor, el agua caliente se devolvería a su depósito y se cogería agua fría continuamente. Esto puede presentar un inconveniente, y es que el motor está diseñado para funcionar en un rango de temperaturas, y por lo tanto con el refrigerante a unas temperaturas determinadas. Si se utiliza agua de la red o de un depósito suficientemente grande, existe el problema de que no se puede controlar perfectamente la temperatura del agua, y a parte también existe otro problema que es que el fluido refrigerante en lugar de estar a unos 80-100 ºC, se encontrará a 10-20 ºC (agua de la red), por lo tanto la refrigeración no se realizará dentro de las condiciones de diseño.

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Red (agua fría) MOTOR

Por todo lo anterior, se ha optado por la elección de un sistema de refrigeración cerrado, el original de la moto, y para suplir el efecto de la refrigeración por convección debido al aire a altas velocidades, se instalará un intercambiador de calor agua-agua para mantener el motor en unas condiciones de temperatura óptimas. Con la colocación de un termostato se variará el caudal de agua de la red en función de la temperatura que muestre el termostato. Se ha optado por esta solución ya que es la solución más parecida al funcionamiento que va a presentar en el monoplaza, e incluso podría tratarse de adaptar posteriormente al monoplaza.

1.1.4.2.- INSTALACIÓN ELÉCTRICA La instalación eléctrica del motor en el banco es un punto de vital importancia, ya que de esto en gran medida va a depender que pueda ensayarse o no. Como ya se ha estudiado el banco de ensayo disponible, viendo las distintas posibilidades que presenta para la instalación de sensores o termopares, ahora hay que estudiar los sensores que tiene el motor, y de todos ellos, aquellos que se van a poder inhibir debido a que no van a ser útiles para el banco y el monoplaza, y también aquellos que se deberán conservar para un correcto funcionamiento.

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1.1.4.2.1.- ESTUDIO DE SENSORES DEL MOTOR

Sensor Bank Angle sensor Sensor de inclinación

Localización

Funcionamiento Se trata de un sensor que mide la inclinación de la motocicleta, para que, en caso de caida, se corte el suministro de gasolina. Este sensor no va a tener gran utilidad para el monoplaza.

ECT sensor Exhaust cooling temperature

Se trata de un sensor que mide la temperatura en la salida del circuito de refrigeración y mide la temperatura del refrigerante. Este sensor va a ser de gran importancia ya que como se va a instalar un intercambiador agua-agua con caudal variable en función de la temperatura, se necesitará saber la temperatura del refrigerante.

Fuel level sensor Sensor del nivel de combustible

Se trata de un sensor que mide el nivel de gasolina que hay en el depósito. Este sensor tiene un indicador del nivel en el cuadro de mandos. Dependiendo del número de sensores que se inhiban, este se podrá conservar o no, ya que es útil pero no es indispensable.

IAT sensor Sensor de temperatura en la entrada de aire.

Se trata de un sensor que mide la temperatura del aire de admisión. Por lo tanto este sensor es de gran importancia y utilidad, por lo que se conservará en la instalación del motor en el banco.

MAP sensor

Este sensor es para corregir la inyección en función de la presión atmosférica. Por lo tanto sensor también es de gran utilidad y se utilizará en el banco de ensayos.

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Vehicle speed sensor Sensor de velocidad

Se trata de un sensor que mide la velocidad de la moto. Este sensor se utilizará para en los ensayos que se realicen en el banco de ensayo.

Thermostat Termostato

Se trata de un termostato que nos indica la temperatura del liquido de refrigeración.

Oil presure switch Sensor de presión de aceite

Este sensor se encarga de medir la presión de aceite. Cobra gran importancia este sensor ya que de el depende la detección de un fallo en el sistema de lubricación que pueda dañar el motor.

Sensor del acelerador

Este sensor se encarga de medir la posición del acelerador. Se conservará en la instalación en el banco ya que es un sensor indispensable para la modificación de parámetros de la unidad de control.

Neutral switch conector

Se trata de un sensor que indica cuando el motor se encuentra en punto muerto.

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1.1.5.- UNIDAD DE CONTROL En primer lugar hay que señalar que la finalidad para la que se fabrican los motores de vehículos corrientes, es diferente que la de los vehículos de competición. Los vehículos corrientes van destinado a un público que desea utilizarlo diariamente, que no desea realizar un gran mantenimiento y que no necesita las máximas prestaciones. Bien diferente es el caso de los vehículos destinados a la competición, ya que estos se diseñan para la obtención del máximo rendimiento en un periodo corto de tiempo, sin importar que se necesite un gran mantenimiento. Por todo lo anterior se puede comprender que el rendimiento del motor que tenemos disponible para el monoplaza está limitado por los compromisos que toma Honda a la hora de venderlo. Durante la fabricación se tiene en cuenta la posible utilización de aceites y combustibles de peor calidad, así como la posibilidad de que no se realicen puestas a punto muy a menudo. Otro factor importante que puede ayudar a comprender que el motor de fábrica está limitado, es que la fábrica, si realizas el mantenimiento que se indica en el manual, y el motor falla, debe cubrir el arreglo por la garantía, por eso las fábricas siempre se cubren las espaldas y limitan los parámetros del motor por medio de la unidad de control. Las fábricas de motos son muy reacias a dar ninguna información sobre la unidad de control y los parámetros que en ella se recogen pero existen softwares que si que te permiten modificar los parámetros disponibles. Con estos programas se puede mejorar el rendimiento de la mayoría de automóviles modernos, ya sean atmosféricos, turbo, turbo diesel…La centralita de un motor realiza un seguimiento del motor durante su funcionamiento, controla la

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temporización de encendido, el régimen de giro y la entrada de combustible en las condiciones de conducción.

1.1.5.1.- TOMA DE PARÁMETROS DE LA UNIDAD DE CONTROL Para realizar la toma de parámetros de la unidad de control que posee el motor del monoplaza se necesitan dos cosas: en primer lugar se necesita la centralita Rapid Bike 3, que es una centralita en la que se puede modificar el régimen de giro, el encendido y la inyección de combustible; y en segundo lugar el software de programación, que se instala en un ordenador y recoge toda la información del motor durante su funcionamiento.

Centralita Rapid Bike 3

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Software para Rapid Bike3

Para la toma de parámetros de la unidad de control, una vez instalado el motor en el banco de pruebas y comprobado que todo funciona correctamente, se ha de realizar un ensayo del motor para obtener el mapa motor completo (curvas de potencia, curvas de par, consumos de combustible, emisiones…). Una vez se ha realizado este trabajo, se debe realizar un estudio para ver como adaptar y optimizar el motor a las necesidades que presenta la competición de la Fórmula SAE.

1.1.5.2.- MODIFICACIÓN DE LA UNIDAD DE CONTROL Tras la obtención de parámetros de la unidad de control, y la realización del estudio de los parámetros a modificar, se procederá a la modificación de estos. Una vez hayan sido modificados, se deberá volver a ensayar el motor y volver a obtener todo el mapa motor para comprobar que realmente se han optimizado las prestaciones del motor. Con estas modificaciones se va a buscar la obtención de unas curvas de

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potencia y de par adaptadas a nuestras necesidades (se buscará una mayor entrega de potencia y de par en regímenes de funcionamiento más bajos). También se buscará la optimización del consumo de combustible ya que uno de los aspectos puntuables para la competición es la autonomía del vehículo.

1.1.6.- ENSAYOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL MOTOR La realización de los ensayos en primer lugar va destinada a la obtención de todas las curvas y parámetros necesarios para, posteriormente, poder optimizar el motor. Para ello se obtendrán las curvas características de la siguiente manera:

Curvas características de grado de carga constante.

Para la obtención en el banco de ensayos de las curvas características de grado de carga constante, se fija el elemento regulador de carga del motor (cremallera de los M E C y válvula de mariposa en los M E P) en la posición que se desee ensayar, y actuando sobre la regulación de la carga resistente del freno se barre escalonadamente todo el campo de regímenes admisible.

Curvas de potencia y par.

Las curvas más características en el ensayo de un motor son las de potencia y par a plena carga. Estas curvas se obtienen ensayando el motor en las condiciones de máxima apertura del elemento regulador de carga del motor.

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Los regímenes de giro y los valores de los puntos A y B dependen de infinidad de características y parámetros del motor y tienen un campo de variación muy amplio para diferentes motores. En la mayoría de los motores Diesel (excepto los extrarrápidos) el punto B no llega a alcanzarse dentro del rango de regímenes de giro permisible, por actuar antes el regulador de máxima de la bomba de inyección.

En ocasiones se completa el ensayo de un motor obteniendo curvas de potencia y par a cargas parciales.

Potencia corregida.

El estado atmosférico de referencia para la determinación de la potencia de un motor viene fijado por cada Norma.

En condiciones de prueba diferentes a las del estado de referencia en motores de aspiración natural, debe multiplicarse la potencia medida del motor por el factor de corrección k que indique la Norma.

En España se utiliza la norma UNE 10-050 que se corresponde con la Norma Internacional ISO 2534 (74) y DIN 70020.

Curva de presión media efectiva.

Obsérvese que la forma de estas curvas es igual a las de par motor.

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Curvas de consumo específico.

Estas curvas representan el consumo específico de combustible para un determinado grado de carga en función del régimen de giro, y dan una idea del rendimiento del motor.

Tras la realización de estos ensayos se llevarán a cabo unas pruebas más específicas para la competición. Uno de los puntos valorables en la competición es el ahorro de combustible de los vehículos. Para optimizar este aspecto se deberá: o Obtener las curvas de consumo específico en función de la presión media efectiva. Estas curvas serán curvas en concha, obteniendo el mínimo consumo específico cerca de la zona de par máximo. o Después de la obtención de estas curvas habrá que realizar un perfil de velocidades para realizar el ensayo del motor. Este consistirá en definir el régimen de giro de este en un tiempo determinado e ir variando este. o Después se medirá el consumo de combustible durante todo el ensayo. o Se tratará de optimizar el consumo. Para ello se ensayará el motor sometiéndolo a diferentes estilos de conducción, viendo cual puede resultar más apropiado para la prueba de ahorro de combustible.

Otro punto a tener en cuenta a la hora de realizar los ensayos es la prueba de resistencia. En esta prueba se analizará la fiabilidad de los monoplazas, por lo que habrá el motor deberá estar perfectamente puesto a punto. Un problema que se

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presenta a la hora de realizar los ensayos necesarios en el motor es que, normalmente los motores de ensayos son utilizados sólo y exclusivamente para ensayos. Por el contrario, el motor disponible para la realización del proyecto es el mismo que se instalará en el monoplaza, por lo que se deberá prestar vital importancia a la fiabilidad y durabilidad del motor.

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Valoración total de la ejecución del proyecto

El presupuesto general para la ejecución de este proyecto asciende a 34.525,51 €.

Carlos Leirado Outón Madrid, junio 2007

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1.2.- CÁLCULOS

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CÁLCULOS ÍNDICE GENERAL 1.2.1.- CÁLCULOS DEL MOTOR.....................................................................91 1.2.2.- CÁLCULOS DEL BANCO MOTOR .....................................................95 1.2.2.1.- CÁLCULO DE LOS SOPORTES DEL MOTOR ...............................95 1.2.2.2.- CÁLCULO DE LOS SILENTBLOCKS............................................105

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1.2.1.- CÁLCULOS DEL MOTOR

Se va a realizar el cálculo de la variación de la curva del par del motor en función de la caja de cambios. Para ello se sabe que: P (kW) = Pmotor (kW) – Perdidas (kW) Par (Nm) = Parmotor (Nm) * wmotor / wsalida Para el cálculo de las curvas del motor, se parte de dos puntos de estas (punto de potencia máxima y punto de par máximo). Punto de potencia máxima P(CV) = 117 85,99 kW Régimen (rpm) = 13000 Calculamos el par Par (Nm) = 85995 / (13000*2*π/60) = 63,169 Nm

Punto de par máximo Par (kgm) = 6,7 65,727 Nm Régimen (rpm) = 11000 Calculamos la potencia P (kW) = 65,727 * 11000 * 2 * π /60 = 75,712 kW 103,009 CV

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Potencia (C.V.)

140

8 7 6 5 4 3 2 1 0

120 100 80 60 40 20 0 0

11000

Par (kgm)

Curvas del motor

Potencia Par

13000

rpm

También se conoce que la relación de transmisión de la caja de cambios es la siguiente: Marchas 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª

ne/ns 2,66666667 1,9375 1,61111111 1,40909091 1,26086957 1,16666667

Se va a trabajar con un rendimiento en la transmisión de un 95%. Por lo tanto se tiene que en el punto de Potencia máxima: P= Pmax x η = 85,995 x 0,95 = 77,396 kW 77,396 / 0,735 CV = 105,3 CV n (rpm) = n (Punto de Pmax) / (ne/ns) Primera velocidad


n (rpm) = 13000 / 2,67 = 4875 rpm

Segunda velocidad


n (rpm) = 13000 / 1,94 = 6709,68 rpm

Tercera velocidad


n (rpm) = 13000 / 1,61 = 8068,97 rpm

Cuarta velocidad


n (rpm) = 13000 / 1,41 = 9225,81 rpm

Quinta velocidad


n (rpm) = 13000 / 1,26 = 10310,34 rpm

Sexta velocidad


n (rpm) = 13000 / 1,17 = 11142,86 rpm

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Par (Nm) = P (kW) / n (rad/s) = P (CV) x 0,735 / (n(rpm) x 2 π /60) 1ª velocidad
Par (Nm) = 77,396 / (4875 x 2 π /60) = 151,6 Nm 2ª velocidad
Par (Nm) = 77,396 / (6709,68 x 2 π /60) = 110,15 Nm 3ª velocidad
Par (Nm) = 77,396 / (8068,97 x 2 π /60) = 91,59Nm 4ª velocidad
Par (Nm) = 77,396 / (9225,81 x 2 π /60) = 80,11Nm 5ª velocidad
Par (Nm) = 77,396 / (10310,34x 2 π /60) = 71,68Nm 6ª velocidad
Par (Nm) = 77,396 / (11142,86x 2 π /60) = 66,33Nm

Para el punto de Par máximo se tiene: Par (Nm) = Parmax (Nm) x η x (ne/ns) 1ª velocidad
Par (Nm) = 65,727 x 0,95 x 2,67 = 157,74 Nm 2ª velocidad
Par (Nm) = 65,727 x 0,95 x 1,94 = 114,61 Nm 3ª velocidad
Par (Nm) = 65,727 x 0,95 x 1,61 = 95,3 Nm 4ª velocidad
Par (Nm) = 65,727 x 0,95 x 1,41 = 83,35 Nm 5ª velocidad
Par (Nm) = 65,727 x 0,95 x 1,26 = 74,59 Nm 6ª velocidad
Par (Nm) = 65,727 x 0,95 x 1,17 = 69,01 Nm

n (rpm) = n (Punto de Parmax) / (ne/ns) Primera velocidad


n (rpm) = 11000 / 2,67 = 4125 rpm

Segunda velocidad


n (rpm) = 11000 / 1,94 = 5677,42 rpm

Tercera velocidad


n (rpm) = 11000 / 1,61 = 6827,59 rpm

Cuarta velocidad


n (rpm) = 11000 / 1,41 = 7806,45 rpm

Quinta velocidad


n (rpm) = 11000 / 1,26 = 8724,14 rpm

Sexta velocidad


n (rpm) = 11000 / 1,17 = 9428,57 rpm

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

93

MEMORIA

94

P(kW) = Par (Nm) x n (rad/s) = 68,14 kW 92,71 CV

Tabla resumen Potencia max piñon de ataque 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª Par max piñon de ataque 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª

C.V.

kW 105,3 105,3 105,3 105,3 105,3 105,3

Nm 157,74 114,61 95,30 83,35 74,59 69,01

rpm 77,3955 4.875,00 77,3955 6.709,68 77,3955 8.068,97 77,3955 9.225,81 77,3955 10.310,34 77,3955 11.142,86

Par Nm 151,6046326 110,1502409 91,59446552 80,10926609 71,68262519 66,32702676

rpm Potencia (kW) Potencia (C.V.) 4125,00 68,14086191 92,70865566 5677,42 68,14 92,70865566 6827,59 68,14 92,70865566 7806,45 68,14 92,70865566 8724,14 68,14 92,70865566 9428,57 68,14 92,70865566

Par según marcha 200 Par1ª Par (Nm)

150

Par2ª Par3ª

100

Par4ª Par5ª

50

Par6ª 0 0

2000

4000

6000

8000

10000 12000

rpm

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

95

1.2.2.- CÁLCULOS DEL BANCO MOTOR Se han realizado una serie de cálculos para el banco motor buscando la optimización de este. Para ello los cálculos se han enfocado en tres vertientes: en primer lugar un cálculo para los soportes del motor a la estructura del banco, en segundo lugar un cálculo de los silentblocks necesarios en el banco, y en tercer lugar un cálculo del venturi necesario para la medida de aire.

1.2.2.1.- CÁLCULO DE LOS SOPORTES DEL MOTOR Se va a calcular la sección necesaria de las barras que deben soportar el peso y el par motor. Para ello, se va a tratar de soportar el motor en tres puntos de anclaje. EJE 1

EJE 3

EJE 2

Estos son los ejes que van a soportar el peso del motor. Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

96

Para el cálculo del diámetro necesario, se parte del supuesto que el peso se reparte de manera uniforme sobre los tres ejes.

Datos de partida: Peso del motor en seco
58,3 kg. Capacidad de aceite
3,5 litros Capacidad de refrigerante
3,2 litros Por lo tanto se obtiene como peso del conjunto: Peso total estimado = 65 kg.

Par motor máximo M

+ M

Peso motor

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

97

EJE 1

La separación entre las dos barras del soporte es de 25,5 cm. A continuación se va a calcular los esfuerzos que provoca el peso sobre el eje, y los que provoca el par máximo motor.

PESO Por lo tanto se tiene:

q

q L/2

q L/2

De donde se sabe que: q=

65 × g = 12,503 × 10 2 Nm 2 × 25,5

q×L = 159,4125 N
Son las reacciones que aparecen en los extremos del eje. 2

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

98

Diagramas de esfuerzo cortante y momento flector:

T (N)

Cortante 200 150 100 50 0 -50 0 -100 -150 -200

Cortante 0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

Longitud (m)

Momento flector

Momento (Nm)

12 10 8 6

Momento flector

4 2 0 0

0,1

0,2

0,3

Longitud (m)

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

99

PAR MOTOR El par motor máximo es de 6,7 kgm. Este par motor genera los siguientes esfuerzos en los apoyos:

EJE 1

EJE 2

Por lo tanto se tendrá una carga en el eje1 como se indica:

q L/2

q L/2

Este par en el cigüeñal crea un esfuerzo en el eje1 de: (PM/2) / d = 18,62 kg q=

18,62 × g = 7,163 × 10 2 Nm 25,5

q×L = 91,331 N 2

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

100

Cortante 150 100 T (N)

50 0 -50

Cortante 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

-100 -150 Longitud (m)

Momento flector

Momento (Nm)

6 5 4 3

Momento flector

2 1 0 0

0,1

0,2

0,3

Longitud (m)

Se va a calcular el caso mas desfavorable, que es aquel en el que el sentido de giro del motor crea unos esfuerzos sobre el eje que van en el mismo sentido que los creados por el peso. Así se tiene un cortante máximo = 159,4125 + 91,331 = 250,7435 N Momento flector máximo = 15,985 Nm

σ max =

Mf 15,985 D 15,985 ×r = × = 32 × < 2600 Kg./cm2 2,5506*108 N/m2 4 3 Io 2 π ×D π ×D 64

D = 8,61*10-3 m

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

101

EJE2

Se va a calcular el esfuerzo aplicado en el eje2 debido al peso del motor.

EJE2

EJE3

MOTOR

Por lo tanto los esfuerzos en este eje serán:

q En donde:

M M = q L1 (L-L1/2) L1 = Longitud de carga aplicada (0,03 m)

q L1

L = longitud total del eje (0,08m) q=

32,5 × g = 106,275 × 10 2 Nm 3

q L1 = 318,825 N

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

102

Ahora se va a calcular los esfuerzos debidos al par motor:

EJE 2

EJE 1

De donde se obtiene: En donde:

q2

M2 = q2 L1 (L-L1/2) L1 = Longitud de carga aplicada (0,03 m)

M2

L = longitud total del eje (0,08m)

q2 L1

q2 =

9,31 × g = 30,443 × 10 2 Nm 3

q2 L1 = 91,331 N

Por lo tanto, los esfuerzos totales sobre el eje2 son la suma de los esfuerzos provocados por el peso del motor, más los esfuerzos provocados por el par motor.

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

103

Se Obtiene:

qT

En donde: MT = qT L1 (L-L1/2)

MT

L1 = Longitud de carga aplicada (0,03 m) L = longitud total del eje (0,08m)

qT L1

qT =

41,81 × g = 136.719 × 10 2 Nm 3

qT L1 = 410,156 N

Los diagramas de esfuerzos son:

Cortante 500 Cortante (N)

400 300 Cortante 200 100 0 0

0,02

0,04

0,06

0,08

Longitud

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

104

Momento Flector (Nm)

Momento Flector 30 25 20 15

Momento Flector

10 5 0 0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

Longitud

Los valores de esfuerzo cortante máximo y momento flector máximo son: Cortante máximo = 410,156 N Momento Flector máximo = 26,66 Nm

σ max =

Mf 26,66 D 26,66 ×r = × = 32 × < 2600 Kg./cm2 2,5506*108 N/m2 4 3 Io 2 π ×D π ×D 64

d = 1,021*10-2 m

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

105

1.2.2.2.- CÁLCULO DE LOS SILENTBLOCKS Se va a proceder al cálculo de los antivibradores necesarios:

Datos: Peso total -Peso motor --------------------------------------------------------------------- 65 kg. -Peso estructura 1 (2,4 m perfiles UPN 80
8,64 kg./m)---------- 20,016 kg. -Peso estructura 2 (4,15 m tubo secc. cuadrada (# 40.3
3,24 kg./m) + 1,1 m angular (LF 40.3
1,77 kg./m )---------------------------------------15,393 kg.

Peso total ----------------------------------------------------------------------------100,409 kg. Velocidad motor (mínima) ---------------------------------------------------------800 r.p.m. Puntos de apoyo---------------------------------------------------------------------------------4 Carga por apoyo----------------------------------------------------------------------25,102kg.

Aislamiento mínimo 90%

Fp.- 800 r.p.m. 13,333 Hz

90% = 100 1 −

1 2

 13,333    −1  Fn 


Fn = 10,792 Hz

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

fn =

15,7 d

106


d = 2,116 mm

PARA LOGRAR UN 90 % DE AISLAMIENTO NECESITAMOS UN ANTIVIBRADOR QUE CON 25,102 kg. SE APLASTE COMO MÍNIMO 2,116 mm. EL BA -30. (Anexo I )

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

1.3.- ANEXOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

107

MEMORIA

108

ÍNDICE ANEXO I .............................................................................................................109 ANEXO II............................................................................................................116

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

MEMORIA

ANEXO I Catálogo silentblocks

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

109

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

110

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

111

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

112

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

113

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

114

MEMORIA

Catálogo cadena

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

115

MEMORIA

ANEXO II Manual dinamómetro

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

116

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

117

MEMORIA

Manual Motor

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

118

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

119

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

120

MEMORIA

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

121

PLANOS

1

DOCUMENTO Nº 2, PLANOS ÍNDICE GENERAL 2.1.- LISTA DE PLANOS ..........................................................................................2 2.2.- PLANOS..............................................................................................................4

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

PLANOS

2.1.- LISTA DE PLANOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

2

PLANOS

LISTA DE PLANOS PLANO Nº 1.- Conjunto bancada PLANO Nº 2.- Bancada de inercia PLANO Nº 3.- Guía transversal PLANO Nº 4.- Soporte regulable PLANO Nº 5.- Estructura motor

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

3

PLANOS

2.2.- PLANOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

4

PLANOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

5

PLANOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

6

PLANOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

7

PLANOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

8

PLANOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

9

PRESUPUESTO

1

DOCUMENTO Nº 3, PRESUPUESTO ÍNDICE GENERAL 3.1.-MEDICIONES.....................................................................................................2 3.2.-PRECIOS UNITARIOS .....................................................................................5 3.3.-SUMAS PARCIALES.........................................................................................8 3.4.- PRESUPUESTO GENERAL ..........................................................................10

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

PRESUPUESTO

3.1.-MEDICIONES

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

2

PRESUPUESTO

3

MEDICIONES Ref.

Concepto

1. Grupo motor 1.01 Ejes para soportar el motor en la estructura de los diámetros calculados de Ø1 = 0,00861m --> 0,01m Ø2 = 0,01021m --> 0,012m Y Ø3 = 0,01021m --> 0,012m de acero. 1.02 Fabricación de la admisión del motor según la normativa de la FSAE. 1.03 Colectores de escape del motor. 2. Bancada 2.01 Corona de aluminio Marca IRIS para la transmisión de movimiento del motor al dinamómetro. El número de dientes de esta será de trece, el mismo que el del piñón de ataque del motor. 2.02 Cadena de distribución de casquillos Marca YUK. 2.03 Antivibradores de caucho KROON BA 30 para limitar las vibraciones en la bancada. 2.04 Eje de acero para la transmisión de potencia entre la corona y el dinamómetro de Ø = 0,06 m.

Cantidad Unidades 1,5

kg.

1

ud.

1

ud.

1

ud.

1

ud.

4

ud.

23

kg.

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

PRESUPUESTO

4

3. Instrumentación banco de 3.01 Medidor volumétrico estático para la medida de consumo de combustible. 3.02 Medidor de ruido - sonómetro. 3.03 Sensores para el banco de ensayo

para

medida

temperaturas. 3.04 Calibrador acústico para recalibración del sonómetro.

1

ud.

1 5

ud. ud.

1

ud.

1

ud.

1

ud.

312

h.

80

h.

de la

4. Unidad de control 4.01 Centralita Rapid BIKE 3 con control de los sistemas de inyección, encendido y R.P.M. del motor. 4.02 Software de Rapid Bike para la variación de los parámetros del motor y la optimización de estos.

5. Mano de obra 5.01 Realización del proyecto de instalación y optimización del motor en el banco por parte de un Ingeniero Industrial. 5.02 Instalación del motor en el banco por parte de un operario.

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

PRESUPUESTO

3.2.-PRECIOS UNITARIOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

5

PRESUPUESTO

6

PRECIOS UNITARIOS CODIGO

RESUMEN

1 GRUPO MOTOR 1.1 Ejes soporte Barra de acero de diámetro de 0,01 m, y de longitud 40 cm para el soporte del motor. Barra de acero de diámetro 0,012 m y de longitud igual a 30 cm para el soporte del motor. 1.2 Admisión Fabricación del sistema de admisión del motor adaptado a la normativa de la Fórmula SAE, introduciendo las restricciones necesarias en este (mariposa, estrangulador, filtro…) 1.3 Escape Fabricación y adaptación de los colectores de escape del motor al banco de ensayo para optimizar el escape, y conseguir las limitaciones de ruido introducidas por la FSAE. SUMAS PARCIALES BANCADA 2 2.1 Corona de aluminio IRIS Corona de aluminio IRIS de 13 dientes (los mismos que posee el piñon de ataque del motor) para la transmisión de potencia entre el motor y el dinamómetro. 2.2 Cadena de distribución Cadena de rodillos simples de distribución de la marca YUK serie B, para la transmisión de potencia entre el piñón de ataque del motor y la corona. 2.3 Antivibradores KROON Conjunto de antivibradores KROON BA-30 para la absorción de vibraciones del conjunto motor en la bancada disponible. 2.5 Eje de acero Eje de acero de 0,06 m de diámetro y 1m de longitud para la transmisión de potencia entre la corona y el eje del dinamómetro instalado. SUMAS PARCIALES

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

Prec. Unit. 0,82 €

476,06 €

217,34 €

694,22 €

37,00 €

24,00 €

35,00 €

0,82 €

24,82 €

PRESUPUESTO

3 INSTRUMENTACIÓN BANCO DE ENSAYO 3.1 Medidor de consumo de combustible Realización de un medidor volúmetrico estático para la medida del consumo de combustible en el banco de ensayo MARCA Alcaiceria. 3.2 Sonómetro Instalación de un sonómetro PCE 322A para la medida de ruido en el banco de ensayo. 3.3 Termopares Compra de los termopares necesarios para las medidas en el banco de ensayo, Marca HANNA tipo K. 3.4 Calibrador acústico Calibrador acústico PCE SC 41 para recalibración continua del sonómetro. SUMAS PARCIALES 4 UNIDAD DE CONTROL 4.1 Unidad de control Rapid Bike 3 Unidad adicional de control Rapid Bike 3 para la optimización del motor variando los parámetros del sistema de inyección, encendido y R.P.M. del motor. 4.2 Software Rapid Bike para la modificación de parámetros Software Rapid Bike para la modificación de parámetros que permite la variación de estos in situ y que aporta una documentación para la elección de la configuración óptima de los parámetros. SUMAS PARCIALES

7

48,95 €

175,00 €

47,88 €

179,00 €

450,83 €

514,35 €

330,00 €

844,35 €

5 MANO DE OBRA 5.1 Gastos de ingeniería Coste que supone la realización del proyecto de optimización y adaptación de un motor a un banco de ensayo por parte de un Ingeniero Industrial.

€/h 65,00 €

5.2 Mano de obra de montaje Coste que supone la instalación del motor en el banco de ensayo, así como la adaptación del banco de ensayo disponible a este motor. También se incluye la comprobación del correcto funcionamiento una vez instalado. SUMAS PARCIALES

40,00 €

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

105,00 €

PRESUPUESTO

3.3.-SUMAS PARCIALES

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

8

PRESUPUESTO

SUMAS PARCIALES CODIGO RESUMEN 1. GRUPO MOTOR 1.1 EJES SOPORTE

9

Prec. Unit. 0,82 €

unid. 1,5

Prec. Total 1,23 €

1.2 ADMISIÓN

476,06 €

1

476,06 €

1.3 ESCAPE

217,34 €

1

217,34 € 694,63 €

suma parcial 2. BANCADA 2.1 CORONA DE ALUMINIO

37,00 €

1

37,00 €

2.2 CADENA DE DISTRIBUCIÓN

24,00 €

1

24,00 €

2.3 ANTIVIBRADORES KROON

35,00 €

4

140,00 €

0,82 €

23

18,86 € 219,86 €

48,95 €

1

48,95 €

3.2 SONÓMETRO

175,00 €

1

175,00 €

3.3 TERMOPARES

47,88 €

5

239,40 €

179,00 €

1

179,00 € 642,35 €

4.1 UNIDAD DE CONTROL RAPID BIKE 3

514,35 €

1

514,35 €

4.2 SOFTWARE PARA LA UNIDAD RAPID BIKE 3parcial suma

330,00 €

1

330,00 €

2.4 EJE DE ACERO suma parcial

3.

INSTRUMENTACIÓN BANCO DE ESAYO 3.1 MEDIDOR CONSUMO DE COMBUSTIBLE

3.4 CALIBRADOR ACÚSTICO suma parcial

4.

UNIDAD DE CONTROL

5. MANO DE OBRA 5.1 GASTOS DE INGENIERÍA 5.2 MANO DE OBRA DE MONTAJE suma parcial

844,35 €

65,00 €

312

20.280,00 €

40,00 €

80

3.200,00 € 23.480,00 €

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

PRESUPUESTO

3.4.- PRESUPUESTO GENERAL

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

10

PRESUPUESTO

11

PRESUPUESTO GENERAL 1 2 3 4 5

GRUPO MOTOR BANCADA INSTRUMENTACIÓN BANCO UNIDAD DE CONTROL MANO DE OBRA TOTAL PRESUPUESTO DE EJECUCIÓN

694,63 € 219,86 € 642,35 € 844,35 € 23.480,00 € 25.881,19 €

GASTOS GENERALES (15%)

3.882,18 €

SUMA

29.763,37 €

I.V.A. (16%)

4.762,14 €

TOTAL PRESUPUESTO DE EJECUCIÓN

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

34.525,51 €

PLANOS

Adaptación y optimización de un motor de encendido provocado para la Fómula SAE

1