relacion biela manivela informe 04

12
1 FACULTAD DE INGENIERÍA INFORME DE LABORATORIO Nº 04 RELACIÓN BIELA- MANIVELA PROFESOR : Serapio Quillos Agapito GRUPO PRÁCTICAS : B HORARIO : Martes 10am-12am INTEGRANTES : CHAVEZ HUINGO, Mariano Antonio BLAS ESPINOZA, Neysser Eduardo QUINCHO CABRERA, Wilmer RONDON TERRONES, Manuel OCAÑA SANCHEZ, Encarnación CICLO : VII-SEMESTRE 2015-I NUEVO CHIMBOTE- 2015 AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓNCURSO: MÁQUINAS TERMICAS I ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INEGENIERÍA MECÁNICA

Upload: -

Post on 18-Dec-2015

145 views

Category:

Documents


9 download

DESCRIPTION

ola

TRANSCRIPT

  • 1

    FACULTAD DE INGENIERA

    INFORME DE LABORATORIO N 04

    RELACIN BIELA- MANIVELA

    PROFESOR : Serapio Quillos Agapito

    GRUPO PRCTICAS : B

    HORARIO : Martes 10am-12am

    INTEGRANTES : CHAVEZ HUINGO, Mariano Antonio

    BLAS ESPINOZA, Neysser Eduardo

    QUINCHO CABRERA, Wilmer

    RONDON TERRONES, Manuel

    OCAA SANCHEZ, Encarnacin

    CICLO : VII-SEMESTRE 2015-I

    NUEVO CHIMBOTE- 2015

    AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA Y DEL

    FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIN

    CURSO:

    MQUINAS TERMICAS I

    ESCUELA ACADMICA PROFESIONAL

    DE INEGENIERA MECNICA

  • 2

    1. Introduccin En este informe se dar conocer el conjunto de la biela manivela como introduccin se denotara que este tipo de mecanismo trata de transformar movimientos y as por medio de este mtodo poder llegar transformar en trabajo, adems se tomara en consideracin los problemas cinemticos de este mtodo y algunas aplicaciones que tiene el mecanismo biela

    manivela en diferente rubros a nivel industrial, presentando una recopilacin de informacin extrada de diversasfuentes, ordenada para entender los efectos de la relacin biela-manivela sobre losrendimientos y esfuerzos de un motor alternativo de combustin interna de dos tiempos. A continuacin se har un anlisis del mecanismo involucrado, nombrando los aspectos de la cinemtica y la dinmica ms importantes. Luego se utilizaran algunos resultados del anterior anlisis para determinar la influencia de la relacin biela-carrera sobre la eficiencia volumtrica y trmica.

  • 3

    2. Objetivos Objetivo general: Calcular la relacin Biela-Manivela

    Objetivos especficos: Comprender la relacin estrecha entre biela-manivela. Determinar un rango de valores para el cual la relacin biela-manivela es correcta. Aprender las aplicaciones de este sistema bsico en diferentes lugares de la industria.

    3. Fundamento Terico 3.1. SISTEMA BIELA MANIVELA Se trata de un mecanismo capaz de transformar el movimiento circular en movimiento alternativo Dicho sistema est formado por un elemento giratorio denominado manivela que va conectado con una barra rgida llamada biela, de tal forma que al girar la manivela la biela se ve obligada a retroceder y avanzar, produciendo un movimiento alternativo. Es un sistema reversible mediante el cual girando la manivela se puede hacer desplazar la biela, y viceversa. Si la biela produce el movimiento de entrada (como en el caso de un "pistn" en el motor de un automvil), la manivela se ve obligada a girar 3.1.1-Funcionamiento El sistema funciona de la siguiente forma: El eje dispone de un movimiento giratorio que transmite a la manivela. La manivela (o la excntrica) convierte el movimiento giratorio del eje en uno circular

    en su empuadura (eje excntrico). La cabeza de la biela est unida a la empuadura de la manivela (eje excntrico) y, por

    tanto, est dotada de un movimiento circular. En su movimiento circular, la cabeza de la biela arrastra el pie de biela, que sigue un

    movimiento lineal alternativo. La trayectoria seguida por el pie de biela es lineal alternativa, pero la orientacin del

    cuerpo de la biela cambia en todo momento. Esto presenta un pequeo inconveniente que puede solventarse aadiendo otros operadores (por ejemplo un mbolo)

  • 4

    3.1.2-Utilidad: Ambos sistemas (biela-manivela y excntrica-biela) permiten convertir el movimiento giratorio continuo de un eje en uno lineal alternativo en el pie de la biela. Tambin permite el proceso contrario: transformar un movimiento lineal alternativo del pie de biela en uno en giratorio continuo en el eje al que est conectada la excntrica o la manivela (aunque para esto tienen que introducirse ligeras modificaciones que permitan aumentar la inercia de giro). Este mecanismo es el punto de partida de los sistemas que aprovechan el movimiento giratorio de un eje o de un rbol para obtener movimientos lineales alternativos o angulares; pero tambin es imprescindible para lo contrario: producir giros a partir de movimientos lineales alternativos u oscilantes. En la realidad no se usan mecanismos que empleen solamente la manivela (o la excntrica) y la biela, pues la utilidad prctica exige aadirle algn operador ms como la palanca o el mbolo, siendo estas aadiduras las que permiten funcionar correctamente a mquinas tan cotidianas como: motor de automvil, limpiaparabrisas, rueda de afilar, mquina de coser, compresor de pistn, sierras automticas... 3.1.3-Caractersticas para el diseo: A la hora de disear estos mecanismos tenemos que tener en cuenta que: La longitud del brazo de la manivela determina el movimiento del pie de la biela (carrera), por tanto, hemos de disear la manivela con longitud mucho ms corta que la biela.

    Para que el sistema funcione adecuadamente se se deben emplear bielas cuya longitud sea, al menos, 4 veces el radio de giro de la manivela a la que est acoplada. Cuando tenemos que transformar movimiento giratorio en alternativo, el eje de la manivela es el elemento motriz y el pie de biela se conecta al elemento resistente (potencia til). Esto hace que la fuerza aplicada al eje se reduzca en proporcin inversa a la longitud de la manivela, por lo que cuanto mayor sea la manivela menor ser la fuerza que aparece en su empuadura y consecuentemente en el pie de la biela. Las cabezas de las bielas deben de estar centradas en la empuadura sobre la que giran, por lo que puede ser necesario aumentar su anchura (colocacin de un casquillo).

  • 5

    3.2 DINAMICA DEL MECANISMO BIELA-MANIVELA Las fuerzas y torques que actan sobre los componentes del mecanismo son unacomposicin de las fuerzas y torques generadas por las masas y momentos de inerciapropios de los elementos, y de la fuerza del gas en la cmara de combustin. El par de torsin total sobre la manivela es la suma del par generado por el gas, ms elpar que generan las fuerzas de inercia:

    Diagramas de cuerpo libre de los elementos del mecanismo y las respectivas fuerzas y momentos actuantes.

  • 6

    3.3 INFLUENCIA DE LA RELACION BIELA-MANIVELA 3.3.1- Sobre la dinmica A continuacin se da una descripcin del mecanismo biela manivela de un motor de combustin interna, con el fin de analizar su comportamiento dinmico respecto de larelacin =R/L. Donde R es la longitud de la manivela y L la de la biela. La fuerza resultante F sobre el pistn (suma de la fuerza alternativa de inercia Fa y de la originada por la presin de los gases Fg) est equilibrada por las reacciones de la biela y de la pared. 3.3.2-Sobre la Eficiencia Trmica Evaluando un diagrama presin volumen de un ciclo Otto ideal, se ve que la combustinse realiza a volumen constante. Uno podra pensar que la mejor manera de aumentar laeficiencia trmica de un motor real es tratando de acercarse a ese ciclo.

  • 7

    Recordando el efecto de la longitud de la biela en el desplazamiento del pistn en unmotor, podemos afirmar que un motor con una relacin r/l pequea estara acercndoseal ciclo ideal, ya que la velocidad reducida del pistn alrededor del PMS propicia uncambio de volumen mnimo de la cmara de combustin. Recientemente ingenieros de Honda llevaron a cabo un interesante estudio con un motor experimental, el cual podanmodificar de manera de obtener relaciones r/l que variaban desde 0.4 hasta 0.125. Elexperimento se llev a cabo colocando en el banco de pruebas un motor patrn conuna relacin r/l de 0.3 para conocer los valores de potencia, perdidas de calor yconsumo especfico. Luego ensayaron un motor con una relacin r/l de 0.125 yposteriormente el que tena una relacin r/l de 0.4.

  • 8

    4. Parte experimental Materiales y mtodos:

    Materiales: *Un motor de dos tiempos (motor de motosierra) *Un pie de Rey *Una jeringa (medidor de volumen muerto) *Juego de llaves, desarmadores, dados Procedimiento

    *Desmontar el motor 2T y analizar la relacin de movimiento biela-manivela.

  • 9

    PISTON EN EL PUNTO MUERTO SUPERIOR (PMS)

    BIELA A 90 DE ROTACION DEL PUNTO MUERTO SUPERIOR

    PISTON EN EL PUNTO MUERTO INFERIOR (PMI)

    BIELA A 270 DEL PUNTO MUERTO SUPERIOR

  • 10

    *Tomar medidas necesarias en el sistema biela-manivela

    Clculo y Anlisis

    La mayora de los mecanismos de manivela-corredera tendrn esta relacin (l) entre 1/3 y 1/5 para un funcionamiento uniforme. Si en la ecuacin se sustituye este lmite superior prctico de r/l = 1/3, se obtiene:

  • 11

    Es posible eliminar todos los trminos despus del segundo con un error mnimo. Si se sustituye esta expresin aproximada para el radical de la ecuacin......, se obtiene una expresin aproximada para el desplazamiento del pistn con slo una fraccin de uno por ciento de error.

    Cuando est en el punto muerto superior:

    Cuando a recorrido 90 durante el proceso de Explosin-Escape:

    Cuando a recorrido 180 ,est en el punto muerto inferior:

    Cuando a recorrido 270 durante el proceso de compresin:

  • 12

    V. Conclusiones

    Como ha quedado demostrado el movimiento de rotacin de una manivela provoca el movimiento rectilneo, alternativo, de un pistn o mbolo. Una biela sirve para unir las dos piezas. Con la ayuda de un empujn inicial o un volante de inercia, el movimiento alternativo del pistn se convierte en movimiento circular de la manivela. El movimiento rectilneo es posible gracias a una gua o un cilindro, en el cual se mueve. Adems se ha dado a conocer las aplicaciones que utilizan este mtodo el cual es tan importante como lo es el mecanismo biela manivela

    Luego de presentar los efectos de la relacin Biela-Manivela sobre la performance y los elementos del motor, llegamos a la conclusin de que la seleccin de este parmetro debe ser cuidadosa y se debe tener en cuenta la aplicacin especfica del motor. Si se busca durabilidad de los elementos se deber optar por una relacin Biela-Manivela alta (~ 8) para asegurarse bajos niveles de exigencia y fricciones sacrificando algo de eficiencia trmica o no dependiendo del sistema de alimentacin de combustible disponible. Si se busca una mediana durabilidad con una buena performance se deber optar por una relacin intermedia (~ 3,5). El tamao del motor queda asociado al valor de la relacin biela-manivela, esto puede apreciarse en las figuras 3.3.9, 3.3.10 y 3.3.11 donde se muestra un motor de aeromodelismo (relacin pequea), un motor de barco (alta relacin) y un motor de automvil (relacin de valor medio), respectivamente.

    Resultados experimentales mostraron que para poder visualizar cambios en la performance de los motores las variaciones de la relacin Biela-Manivela debe ser mayor al 5%, por esta razn es que las relaciones utilizadas en la mayora de los motores para una misma aplicacin son muy similares o iguales.

    VI. Bibliografa

    - Vehicular Engine Design (Kevin L. Hoag), SAE 2006

    - Internal Combustion Engine Fundamentals (John B. Heywood), McGraw Hill 1988

    - Machinery Design (Peter Norton), McGraw Hill 2005

    - Motores del automovil- Jobaj

    - Motores de combustion interna y aplicaciones -Obert

    -Eficiencia (Suzuki, Lijima, Maehara, Moriyoshi), SAE paper 2006