tema 2 conceptos mecanicos
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UNIVERSIDAD MAYOR
DE SAN SIMON
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COCHABAMBA BOLIVIA
INTRODUCCION A MOTORES
TEMA 2
CONCEPTOS MECANICOS
BASICOS
ING. ROGER REINALDO MONTECINOS R.
CALOR Resulta muy dificultoso definir el calor en sí mismo.
Sin embargo frecuentemente todos lo percibimos, ya sea por
exceso o por falta de él.
CALOR
Es una de las formas más comunes de energía, se manifiesta en
forma indirecta a través de sus efectos, como ser el que nosotros
habitualmente percibimos, la temperatura.
TRANSMISIÓN DE
CALOR
RADIACION
CONDUCCION
CONVECCION
El calor es en realidad una forma de energía transferida a las moléculas de
un cuerpo, que se acumula en forma de vibración de estas, y se transmite
de tres formas diferentes:
CALOR Por conducción cuando la energía se transmite
directamente de una molécula a otra en sólidos, líquidos o
gases.
CALOR Por conducción al sostener un extremo de una varilla de
hierro sobre fuego finalmente el calor alcanzara a transmitirse a
la mano por conducción.
CALOR Por conducción En el motor el calor de la combustión se
transfiere a través del pistón de cilindro y del bloque al líquido
refrigerante del motor.
CALOR Por convección el calor se transfiere mediante el
movimiento de un fluido.
CALOR Por convección mediante un movimiento natural,
debido a cambios en la densidad, de las partículas en líquidos o
gases por el cual las que tienen mayor temperatura tienden a
subir (la estufa por convección, el termo tanque).
CALOR Por radiación la energía se transporta de un cuerpo a
otro mediante ondas electromagnéticas sin que haya
movimiento de material (la radiación infrarroja cuando estamos
expuestos al sol o a una estufa de cuarzo).
Q = m * c * (t2-t1) Siendo: Q el calor transmitido en kcal,
(t2-t1) la diferencia de temperaturas entre tanque superior e inferior
del agua,
c el calor especifico del agua 4,19 (kj/kg * K) m = v * i ; v es volumen de la instalación de refrigeración, i # de
veces que circula
CALCULO DE LA REFRIGERACIÓN DE UN MOTOR
Un automóvil lleva de 10 litros de agua en el circuito de refrigeración y la
diferencias de temperatura en el radiador es de 10 o C. Calcular la cantidad
de calor cedida por hora si el numero de veces que pasa el agua por el
radiador es de 240 l/hr.
Q = m * c * (t2-t1) Q = v * i * c (t2-t1)
si (t2-t1) = 10 ( o C)
c = 4,19 m = v * i = 10 (l) * 240 (l/hr) = 2400 litros
Q = 2400 * 4,19 * (85 o – 75 o)
Q = 100560 (kj/hr)
CALCULO DE LA REFRIGERACIÓN DE UN MOTOR
ÁREA
El área es una medida de la extensión de una superficie,
expresada en unidades de medida denominadas superficiales.
Área del rectángulo
Área del circulo
Si sabemos A= π x r2 = (π x d2)/4
A= (π x 82)/4
A= 50,26 (cm2)
Calcular el área de la cabeza del pistón si tiene un diámetro de
pistón de 80 mm
d
PRESIÓN
Magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que
actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de
superficie.
Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza
normal F de manera uniforme, la presión P viene dada por:
PRESIÓN
PRESIÓN
Donde:
P es la presión de la combustión
F es la sumatoria de las fuerzas generadas por la
presión de la combustión
A es el área de la cabeza del pistón
F
Si sabemos A= (π *d2)/4 = (π x 82)/4= 50,26 (cm2)
Entonces la presión es de P= 29,98 (Kg/ cm2)
Si la fuerza ejercida por la combustión es de
1507 kg, el diámetro de pistón de 80 mm,
Calcular la presión generada en la combustión
sobre el pistón, si sabemos que:
P=F/A
FUERZA
Se define como la acción de un cuerpo sobre otro
o simplemente como la acción entre cuerpos
TRABAJO
La física define como trabajo, el desplazamiento de
un cuerpo por efecto de una fuerza.
TRABAJO
Matemáticamente
W=Fxd
Donde
W trabajo en joules
F fuerza en kg
d distancia en m
ENERGÍA
Definir la energía no es algo precisamente sencillo.
Todos intuimos que significa, e inclusive solemos usar frecuentemente el término “energía”.
ENERGÍA
Es la capacidad de producir trabajo.
La mejor forma de explicar el concepto de energía es a través de sus diferentes formas o manifestaciones.
El combustible en un motor libera al quemarse en la cámara
de combustión del cilindro energía mediante una reacción
química, y lo hace en forma de calor (una forma de energía).
TIPOS DE ENERGÍA
ENERGÍA QUÍMICA La Energía química es la que se
produce en las reacciones químicas. (son transformaciones
químicas, generalmente transformándose en Calor) por ejemplo
la combustión de la gasolina, el gasoil, el gas y el carbón del
asado, explosivos, pilas eléctricas y baterías, Etc.
TIPOS DE ENERGÍA
ENERGÍA POTENCIAL: Depende de la posición del objeto.
La altura de la maceta sobre su cabeza, el resorte, la presión
dentro de un recipiente o una tubería, un dique con agua.
ENERGÍA POTENCIAL
Es la energía almacenada que posee un cuerpo en virtud de su
posición o condición
Matemáticamente se expresa
Ep =mgh
Donde
Ep es energía potencia
m es masa en kg
g es la aceleración de la gravedad 9,81 m/seg2
h es altura en metros
ENERGÍA CINÉTICA: Propia de los cuerpos en
movimiento. La que abolla el guardabarros, la que conforma
una pieza forjada, el golpe de karate.
ENERGÍA CINÉTICA: Cuando un cuerpo está en movimiento
posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo
tanto, producir un trabajo.
Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento, es decir,
para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto
mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la
velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.
Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo.
Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia
nosotros a una velocidad de 2 km/h no se hará ningún esfuerzo por
esquivarla. Sin embargo, si con esa misma velocidad avanza hacia nosotros
un camión, no se podrá evitar la colisión.
La fórmula que representa la Energía Cinética es la siguiente:
E c = 1 / 2 • m • v 2
E c = Energía cinética
m = masa
v = velocidad
ENERGÍA ELÉCTRICA: Convivimos con ella diariamente
en múltiples manifestaciones. Se aplica para generar
movimiento (motores), calor (resistencias)
ENERGÍA SOLAR La energía que procede del sol es fuente directa o indirecta de casi toda la
energía que usamos.
Los combustibles fósiles existen gracias a la fotosíntesis que convirtió la
radiación solar en las plantas y animales de las que se formaron el carbón,
gas y petróleo
ENERGÍA GEOTÉRMICA
ENERGÍA GEOTÉRMICA
La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el
aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.
El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que caben
destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc
ENERGÍA GEOTÉRMICA
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Planta geotérmica de Nesjavellir en Islandia. Esta central energética da
servicio a las necesidades de agua caliente del área metropolitana del Gran
Reykjavík.
ENERGÍA EÓLICA
Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética
generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras
formas útiles para las actividades humanas.
ENERGÍA EÓLICA
ENERGÍA NUCLEAR
La energía nuclear procede de reacciones de fisión o fusión de átomos en
las que se liberan gigantescas cantidades de energía que se usan para
producir electricidad.
En 1956 se puso en marcha, en Inglaterra, la primera planta
nuclear generadora de electricidad para uso comercial.
En 1990 había 420 reactores nucleares comerciales en 25 países
que producían el 17% de la electricidad del mundo.
ENERGÍA NUCLEAR
POTENCIA
Matemáticamente
P = W/t
Donde
P potencia en watts
W trabajo en joules
t tiempo en segundos
POTENCIA
Es trabajo mecánico que incorpora en su valor el parámetro
tiempo.
Es decir, la potencia, se expresa con un número que cuantifica
el trabajo efectuado durante un lapso de tiempo.
Mientras más rápido se realiza el trabajo, la potencia que se
desarrolla es mayor.
POTENCIA
Se expresa en caballos de potencia o PS (Pferdestärke), y
proviene del sistema métrico alemán.
1 PS equivale a levantar 75 kilógramos a 1 metro de altura en
1 segundo, (75 kg x metro / segundo).
Su equivalencia en el sistema de medida inglés, es el HP
(Horsepower). El valor de un PS se diferencia levemente del
HP: 1 PS = 0.9858 HP.
1 HP es igual a levantar 1 libra a 550 pies de altura en 1
segundo.
En un motor de pistones la capacidad de ejercer potencia, al
igual que el torque, es limitada.
Depende de la fuerza de expansión que logran los gases en el
cilindro.
La potencia máxima se consigue cuando el rendimiento
volumétrico(% de llenado de los cilindros) es máximo.
La potencia en términos generales, expresa la capacidad para
ejecutar un trabajo en el menor tiempo posible. Una fuente de
energía, que puede mover 1 kg de peso por una distancia de 1
metro en un sólo segundo de tiempo, se considera más potente
que otra capaz de desplazar el mismo peso en 2 segundos.
La medida Caballo de Potencia la propuso para expresar la
potencia que podía desarrollar la novedosa, en su época, máquina
de vapor con referencia a la potencia que desarrollaban los
caballos.
La medida Caballo de Potencia la propuso para expresar la
potencia que podía desarrollar la novedosa, en su época, máquina
de vapor con referencia a la potencia que desarrollaban los
caballos.
Los caballos eran la natural y conocidas fuentes de potencia que
se usaban ampliamente para mover molinos, levantar pesos,
mover carruajes y otras aplicaciones.
FUERZA DE TORSIÓN
Torque es la fuerza para girar un objeto.
El torque de un motor crea la fuerza (fuerza de impulsión de
tracción) para girar las ruedas motrices cuando el vehículo es
impulsado y empujado hacia adelante.
Cuando se gira un perno con una llave, la fuerza considerada
necesaria para girar el perno es el torque. En este caso, el torque
es la fuerza aplicada multiplicada por la distancia desde el centro
del perno al punto donde se aplica la fuerza.
Si queremos aumentar el torque, utilizamos una llave más grande, o
aplicamos una mayor fuerza a la llave
En el caso de un motor, la fuerza aplicada a la llave
corresponde a la fuerza de combustión aplicada en los pistones.
El radio de la llave corresponde a la longitud del brazo del
cigüeñal (1/2 de la carrera del pistón)
El torque de un motor varía dependiendo de la velocidad del mismo,
pero dentro de este rango el torque máximo se genera cuando la
válvula de obturación está completamente abierta.
PAR DE TORSIÓN
El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión.
Se expresa en kilos x metros. Es decir, si tiramos un brazo de 1 metro de largo con la fuerza de 1 kilo, el torque o par será de 1 kilo x metro
(1 kilográmetro).
En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsión es limitada.
Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el cilindro.
PAR DE TORSIÓN
El par motor también depende del largo
del brazo del cigüeñal
Los motores de mayor tamaño están
equipados con cigüeñal de brazo más
largo. Esto les da la posibilidad de
ejercer mayor par de torsión.
SIMBOLOGIA EN EL MOTOR
Punto muerto superior (PMS) Punto muerto inferior (PMI):
SIMBOLOGIA EN EL MOTOR
CILINDRADA
V es el volumen del cilindro
v es el volumen de la cámara de combustión
La relación de compresión (Rc) es un dato que nos lo da el fabricante.
La Rc para motores gasolina es de 10/1.
La Rc para motores diesel es de 20/1.
RELACIÓN DE COMPRESIÓN (Rc)
volumen de la cámara de combustión
volumen del cilindro
V
v
Es la relación que existe entre el volumen que ocupa la mezcla en el cilindro antes y después de la compresión. Generalmente, cuento mayor es esta relación, mayor es la potencia que desarrolla el motor
RELACIÓN DE COMPRESIÓN (Rc)
ÁNGULOS CARACTERÍSTICOS EN EL MOTOR
biela-manivela, es el que forma el brazo del cigüeñal
con la vertical del eje del cilindro, llamado α en la
figura.
α=0 en el punto muerto superior (PMS)
α=180º (o π) en el punto muerto inferior (PMI)
α=360º (vale, también 2π) en PMS
