Conferencia-clase. Autos, motores y Física. Ponentes: M. en A. M. del Carmen Maldonado Susano M. en I. Armando Maldonado Susano.

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Marcos Páez Parra
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Armando Maldonado Susano Física Ciencia que estudia las

1 Conferencia-clase Autos, motores y Física Ponentes: M. en A. M. del Carmen Maldonado Susano M. en I. Armando Maldonado Susano Física Ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía y las relaciones entre ambas. 1

2 Automóvil Que se mueve por si mismo. Dicho principalmente de los vehículos que pueden ser guiados para marchar por una vía ordinaria sin necesidad de carriles y llevan un motor, generalmente de combustión interna o eléctrico que los propulsa Motor Máquina destinada a producir movimiento a expensas de otra fuente de energía. 2

3 Motor de Combustión Interna Máquina que transforma la energía química del combustible en calor y de éste a energía mecánica. Máquina de Nicolas Joseph Cugnot (1769) Daimler en 1885 construyó la primera motocicleta del mundo dotada de uno de sus motores. 3

Funcionamiento del motor encendido por chispa

4 Funcionamiento del motor encendido por chispa Motores encendido por Chispa Estos motores utilizan el ciclo Otto como principio de operación pueden utilizar gasolina, gas LP, gas natural, alcohol (metanol y etanol) mezclas gasolina alcohol (gashol) M85 y E85 entre otros. 4

5 Ciclo de 4 tiempos Admisión Compresión Combustión Expansión o carrera de Potencia Rechazo de calor Escape Va Ve ADMISIÓN Pistón PMS-PMI, Va Abierta, Ve cerrada, Entrada de la mezcla aire combustible PMS PMI 5

6 COMPRESIÓN: Pistón PMI-PMS, Va cerrada, Ve cerrada, Compresión de la mezcla aire combustible PMS PMI COMBUSTIÓN: Pistón PMS-PMS, Va Cerrada, Ve cerrada. Encendido de la mezcla aire combustible por medio de una chispa PMS PMI 6

potencia PMI RECHAZO DE CALOR: Pistón PMI-PMI, PMS Va

7 EXPANSIÓN O CARRERA DE POTENCIA: PMS Pistón PMS-PMI, Va Cerrada, Ve cerrada, El pistón se desplaza generando potencia PMI RECHAZO DE CALOR: Pistón PMI-PMI, PMS Va Cerrada, Ve cerrada Se enfrían los gases PMI producto de la combustión 7

8 ESCAPE: Pistón: PMI-PMS, Va Cerrada, Ve Abierta, Salida de los gases productos de la combustión PMS PMI ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPANSIÓN ESCAPE 8

de volumen: litros, centímetros cúbicos o pulgadas cúbicas, A mayor

9 Va Ve DESPLAZAMIENTO V 2 PMS V D = V 1 -V 2 V 1 V 1 Volumen del cilindro V 2 Volumen de la cámara de combustión PMI El desplazamiento se mide en unidades de volumen: litros, centímetros cúbicos o pulgadas cúbicas, A mayor desplazamiento, más potencia generada y por lo tanto mayor consumo de combustible 9

10 Va Ve V 2 PMS V 1 PMI EFICIENCIA DEL MOTOR Va Ve Mientras mayor sea la relación de compresión más eficiente es el vehículo n = 1.3 (índice politrópico) 6 < R c < 11.5 PMS PMI V 2 V 1 10

11 El movimiento alternativo del pistón se transforma en movimiento de rotación en el cigüeñal, el cual es enviado a la transmisión, después al diferencial (transeje) y finalmente a las ruedas Sistema de Combustible 11

12 SISTEMA Sistema DE COMBUSTIBLE de Combustible Objetivo: Proporcionar la mezcla adecuada de aire y combustible al motor para diferentes condiciones de operación (carga y velocidad) Favorecer el mezclado entre el combustible y el aire Sistema de Inyección multipuntos 12

13 Acciones que afectan negativamente al motor ACCIONES QUE AFECTAN NEGATIVAMENTE AL MOTOR (POR EL SISTEMA DE COMBUSTIBLE) 1.- Tener bajo nivel de combustible en el tanque (menos de 1/4) 2.- Contaminación del combustible (con agua) 3.- Utilizar aditivos no compatibles con los combustibles 4.- Modificar las propiedades de los combustibles 5.- Quitar el filtro de aire 13

14 6.- Acelerar el motor antes de apagarlo 7.- Acelerar el motor para arrancarlo 8.- Acelerar el motor para calentarlo 9.- Desarmar partes del sistema 10.- Alargar los periodos de cambio del filtro de combustible 11.- No purgar los tanques de diésel 12.- No usar el tapón del tanque original Fuerza Elemento que produce un movimiento tiene: magnitud (tamaño) dirección (vertical horizontal) sentido (izquierda-derecha) 14

15 Aplicación de la fuerza F d F Fuerza (newtons) d Distancia (metros) 15

16 Newton Fuerza necesaria para mover una masa de 1 kg provocando una aceleración de 1 m/s 2 1 Newton 1 kg 1 kg a = 1m/s 2 Trabajo La fuerza multiplicada por la distancia, es el trabajo realizado por dicha fuerza y se mide en Newton-metro F = 10 N F = 10 N d = 5 m W = 10 x 5 = 50 Nm d = 5 m 16

17 Torque o par motor: Fuerza multiplicada por la distancia (brazo de palanca) se mide en Nm y produce un movimiento de rotación d F Torque o par motor: Del torque depende la capacidad de carga del vehículo A mayor torque más capacidad pero menos velocidad del vehículo F d 17

18 Si se aumenta la fuerza o el brazo de palanca aplicado, se aumenta el torque F F F Potencia Es el trabajo realizado entre el tiempo y se mide en Watts o en HP Trabajo Potencia = Tiempo 1 HP = 746 Watts

Conducción Técnica Económica 1 m 1 seg 1 HP es la energía necesaria para levantar un cuerpo de 76 kg un metro en un segundo 76 kg Consumo Específico de

19 Conducción Técnica Económica 1 m 1 seg 1 HP es la energía necesaria para levantar un cuerpo de 76 kg un metro en un segundo 76 kg Consumo Específico de combustible Consumo específico de combustible (BSFC) Cantidad de combustible consumido por unidad de potencia demandada en un tiempo determinado BSFC = gr BHP hr 19

Consumo de combustible El consumo de combustible depende de: Potencia demandada al motor Tiempo de operación Velocidad con la que se mueve el vehículo Las

20 Consumo de combustible El consumo de combustible depende de: Potencia demandada al motor Tiempo de operación Velocidad con la que se mueve el vehículo Las revoluciones de giro del motor 25-30% Escape 100% 25-30% Enfriamiento 40-50% 10-20% Auxiliares 5-10% Transmisión 30-40% 20-35% Llantas Distribución del combustible Motor 20

Elementos Elementos que intervienen en la

Alta velocidad de las unidades Sobrecarga de los

21 Elementos Elementos que intervienen en la velocidad de un vehículo Motor Transmisión Diferencial o transeje Llanta Causas que provocan sobreconsumo de combustible. Alta velocidad de las unidades Sobrecarga de los vehículos Abuso del vehículo (sobre-revolución del motor) Falta de mantenimiento 21

22 Causas que provocan sobreconsumo de combustible Fallas mecánicas Elementos climáticos (baja o alta temperatura, etc.) Falta de capacitación del operador en el manejo de las unidades Otras causas que provocan sobreconsumo de combustible Actitud del operador Estrés en la actividad Tráfico intenso Manifestaciones Condiciones del camino (baches, topes, etc.) Presión de los neumáticos Condiciones de alineación y balanceo 22

23 Causas que afectan el consumo de combustible en la operación del vehículo Velocidad en el manejo de la unidad Arranque y paro del vehículo Periodo de calentamiento del motor Cambio de velocidades Revoluciones del motor Cortesía en el manejo Manejo a la defensiva Velocidad VELOCIDAD de DE manejo MANEJO DE de LA UNIDAD la unidad Si manejo a 100 km/h, contra 90 km/h usa de un 10 a 20% mas de combustible. Tiene mayor desgaste de llantas (de un 10 a un 25% más) y de motor (25% más). La posibilidad de tener un accidente se incrementa 23

24 ARRANQUE Y PARO DE LA UNIDAD Arranque y paro de la unidad Al arrancar su vehículo no lo acelere para calentarlo ésto puede provocar: Mayor desgaste de los cilindros y anillos. Dilución de la película de aceite provocando mayor desgaste. Paso de combustible al convertidor catalítico y dañarlo. ARRANQUE Y PARO DE LA UNIDAD Arranque y paro de la unidad Al parar su vehículo no apague el motor inmediatamente porque puede provocar: La película protectora de aceite lubricante estará muy caliente y puede dañar las superficies con las que tiene contacto La cabeza del cilindro y el múltiple de escape pueden dañarse El turbocargador puede dañarse 24

25 La marcha mínima (Ralentí) El operar un motor en marcha mínima o ralentí es una práctica innecesaria y costosa Una hora de operación en marcha mínima equivale a manejar 3 o 4 horas a velocidad crucero en carretera Puede provocar la carbonización de las cabezas de los pistones, inyectores, válvulas y reducir la potencia de salida Reglas de manejo Técnico Económico Realice los cambios cortos de velocidad. Trate de manejar en las últimas relaciones de caja. No mantenga una relación de caja demasiado tiempo. Acelere de manera progresiva. Al hacer cambios de velocidad no pise a fondo el acelerador. Trate de mantener una velocidad constante. 25

26 Reglas de manejo Técnico Económico Al subir una cuesta escoja la mejor relación de caja y acelere de manera progresiva. Mantenga su distancia del vehículo de adelante. Deje de acelerar para bajar su velocidad. Aproveche la inercia de su vehículo. Opere en el rango óptimo de revoluciones de su motor o a las velocidades legalmente permitidas. Cómo debe pasar corriente: + _ Descargada + Cargada _ No debe haber contacto físico entre ellos Ambos vehículos deben estar apagados Conectar ambos polos positivos de las dos baterías 26

Cómo debe pasar corriente: + _ Descargada + Cargada _ Conectar el polo negativo de la batería cargada a alguna parte metálica del motor (monoblock) Encender el motor del vehículo con la batería

27 Cómo debe pasar corriente: + _ Descargada + Cargada _ Conectar el polo negativo de la batería cargada a alguna parte metálica del motor (monoblock) Encender el motor del vehículo con la batería descargada (no más de 15 seg.) Cómo debe pasar corriente: + _ Descargada Desconectar los cables en orden inverso Primero el negativo + Cargada _ Después el positivo Mantener encendido el motor durante 20 minutos (el vehículo puede desplazarse en este tiempo) 27

28 La aplicación de la Física está en todas las Ingenierías Muchas gracias por su atención! M en I Armando Maldonado Susano armando.maldonado@conuee.gob.mx 28

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