Construccin de vehculos I Clculo del motor de un vehculo automotriz Ing. HUGO L. AGUERO ALVA El diseador debe tener en cuenta las siguientes variables cuando disea un motor. -Especificaciones de desempeo del vehculo -Esfuerzos a que est sometido-Materiales a emplear-Procesos de fabricacin -Control de calidad -Velocidad mxima -Capacidad de Mxima pendiente -Autonoma -Peso bruto vehicular (Peso seco + carga) Ing. HUGO L. AGUERO ALVA El motor debe ser capaz de entregar la potencia necesaria para que el vehculo pueda cumplir, como mnimo,con las especificaciones de desempeo, proyectadas. -Euro 4 y Euro 5 (Emisiones contaminantes) -Euro NCAP, NHTSA (Pruebas de seguridad)-SAE, ISO (Materiales) -ASTM (Ensayo de materiales) Ing. HUGO L. AGUERO ALVA Normas relacionadas a la fabricacin de vehculos Normas La dinmica de un vehculo Para cumplir con las prestaciones del conjunto motriz de un vehculo, se requiere el clculo previo de las resistencias posibles que se le van a oponer en su avance en cualquier situacin. Las resistencias son las siguientes, que pueden o no coexistir al mismo tiempo:,Resistencia por rodadura,Resistencia por pendiente,Resistencia por el aire,Resistencia por inerciarpajRRRRLa fuerza motriz en el vehculo que llega al eje de la rueda, debe ser capaz de vencer a todas las fuerzas que originan las resistencias que se presentan en forma simultnea. . .,0,80......0,85r m tr mN F v N N N qq= = =Las fuerzas que se oponen al movimiento del vehculo est dado por: ;,Resistencia por rodadura,Resistencia por pendiente,Resistencia por el aire,Resistencia por inerciaEntonces:T r p a iirpajTR R R R R RdondeRRRRF R= = + + +>La resistencia a la rodadura Tiene su origen en la deformacin del neumtico y el suelo.La resistencia por rodadura es independiente de que la rueda sea portadora (soporta peso)o motriz (soporta peso y transmite par motor).El valor del coeficiente de resistencia a la rodadura es fijado por el fabricante de neumaticospara una carga "P" y presin determinada. rRTomando momentos con respecto a "o":. .En terreno plano: . .En terreno inclinado:cos. cos . cos . .,coeficiente de resistencia a la rodadurarrr rN d RrN Pd dR N Pr rN Pd d d dR N P R N Pr r r rdfroo o=== === = = ==1. Rueda portante Tomando momentos con respecto a "o">( ). . . ;En terreno plano: . .En terreno inclinado:cos. cos . cosrrrF R r N d F rN Pd dR N Pr rN Pd dR N Pr roo o + === === =2. Rueda portante y motriz VALORES CARACTERSTICOS DEL COEFICIENTE A LA RODADURA (f) FIRMEf Neumticos de turismos sobre: Adoquines grandes y pequeos0,013 Hormign, asfalto0,011 Camino de tierra0,05 Suelo arado0,1 a 0,35 Neumticos de vehculos industriales sobre:Hormign, asfalto0,006 a 0,01 Ruedas todo terreno sobre:Suelo arado y arena0,14 a 0,24 Tractor oruga sobre:Suelo arado0,07 a 0,12 Rueda sobre carril 0,001 a 0,002 Ref: Bosh: Manual de la tcnica del automvil.4ta Edicin Determinacin de las relaciones de velocidad Potencia absorbida por la resistencia a la rodadura, segn la frmula de Andreu La resistencia debida a la pendientedonde:Para pendientes pequenos el sen y tg resultan =s.,altura en ml, longitud = 100 mppR PsenhR PLho ==pRLa resistencia por inercia 2 1122 2Se origina por incremento de la velocidad del vehculo...donde:,masa del vehculo,aceleracin del vehculo = ,velocidad inicial,velocidad final,tiempo de pasar de a ConjPjR MjgMV VjtVVt V V= =2 P en toneladas y tomando para g el valor de 10m/s1000. .100. . , en kg10jPjR Pj = =jRLa resistencia debida al aire Detodaslasresistenciasqueseoponenalamarchadeun vehculo, la resistencia debida al aire es la ms estudiada, no solo porque tiene que ver con el consumo de combustible sino que tambin porque tiene que ver con la esttica. Paraelclculodelaresistenciadebidaalaireseemplean frmulasempricasobtenidasdeensayosentnelesde viento. Intervienen:carrocera,presin,temperatura,seccin transversalmximadelvehculoyfundamentalmentela velocidad. aRTiene su fundamento tcnico en la siguiente Ley de Newton: Laresistenciaejercidaporelairesobreuncuerpoen movimiento es proporcional a la masa volumtrica del aire que desplaza, a la superficie frontal del cuerpo y al cuadrado de la velocidad de avance La resistencia al aire puede admitir tres componentes: -Componente longitudinal, que se opone al avance -Componentetransversal,originadaporelvientoquese mueve en direccin no paralela al vehculo. -Componenteverticaloempuje,quepuedeestardirigida hacia arriba o hacia abajo, segn la forma de la carrocera. Paracalcularestaresistenciaseasumequeelvehculose desplazaenaireencalma,esdecirloscomponentes transversales y verticales se desprecian. La masa del aire (m) es. . .......................(1)donde:,rea de la superficie frontal del mvil,densidad del aire,velocidad del mvil La energa cintica que lleva el mvil ser:1.2m S vSvW m==23. ....................(2)Reemplazamos (1) en (2):1. . . ....................(3)2vW S v =23Habr que afectar de un coeficiente de forma Cx1De (2). . . . ....................(4) 21Siendo:1, 225 kg/ma 15o C y 76 cm de Hg,es aprox: 2 1, 6Resulta que la energa cintica o potencia quxW CS v ==32e consume la resistencia del aire:. . ....................(5) 16La fuerza necesaria para producir esta potencia es: W/vEntonces la resistencia aal aire es:. . ....................(6) 16xaxaCW N S vCR S vS= ==2,en m ,v en m/s, Ra, resulta en kgsVALORES CARACTERSTICOS DEL COEFICIENTE DE FORMA (Cx) TIPO DE VEHICULOCx Autos turismosCabriolet0,33 - 0,50 Todo terreno0,35 - 0,50 Sedan0,26 -0,35 Station wagon0,30 -0,34 Forma aerodinmica0,15 - 0,20 Motocicletas0,6 - 0,7 Camiones0,8 - 1,5 Autobuses0,6 a 0,7 Autobuses en forma aerodinmica0,3 a 0,4 Ref: Bosh: Manual de la tcnica del automvil.4ta Edicin La superficie frontal del vehculo se calcula con la siguiente frmula:S 0, 8. .Donde:,es el ancho de la seccin,es la altural hlh=Dimensionamiento del motor La potencia que entrega el motor al sistema de transmisin, debe permitir vencer las potencias que originan las fuerzas que se oponen al avance del vehculo. ( ).rm iNN R vq= > Curva de utilizacin Determinacin de las relaciones de velocidad Resistencia al avance: diagrama de Resistencias VS velocidad Curva de potencia Determinacin de las relaciones de velocidad Curva de utilizacin de un vehculo en toma directa (E, excedente de potencia en horizontal)