Rendimiento Mecánico de motor Honda C-105 Biz

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA Facultad Ingeniería Rendimiento Mecánico de motor Honda C-105 Biz Proyecto de Motores Integrantes: Escapa Juan Pedro Nº 54927/6 Fontenla Nicolás Nº 57213/0 Idiarte Luis Nº 57195/6 Pesaresi Emmanuel Nº 54562/6

2 Índice 1.- Introducción Pág Motor Honda C-105..Pág Rendimiento Mecánico Pág Conclusión.....Pág Bibliografía.... Pág. 10 1

3 1.- Introducción En el siguiente informe se hará un análisis sobre los diferentes parámetros que afectan al rendimiento mecánico de un motor Honda C-105. Mediante la recopilación de datos de diferentes fuentes, se propondrán mejoras de los parámetros para obtener un aumento del rendimiento. El Honda C-105 es un motor de cuatro tiempos monocilíndrico de baja potencia. El mismo cuenta con sistema de admisión por carburador, refrigeración por aire, lubricación por aceite (carter húmedo), encendido electrónico por chispa, un doble embrague (de placas y centrifugo) para el cambio de marca. Su relativa simplicidad, confiabilidad, bajo consumo de combustible y bajo costo lo ha convertido en un motor muy popular en estos días. 2.- Motor Honda C Ficha técnica Motor Tipo: Monocilíndrico de 4 tiempos, refrigerado por aire. Cilindrada: 101 cm3 Relación de compresión: 8,8:1 Alimentación: Carburador, válvula a pistón. Encendido: CDI (ignición por descarga capacitiva) con avance electrónico. Arranque: A patada 2

4 2.2.- Componentes En las siguientes figuras se muestran algunos componentes del manual de despiece, donde se pueden visualizar los elementos que van a ser estudiados en este trabajo. Ilustración 1 - Cilindro Ilustración 2 - Culata de cilindro 3

5 Ilustración 3 - Cigüeñal - biela - pistón 3.- Rendimiento Mecánico Definición El rendimiento mecánico (η m ) es la razón entre el trabajo útil (L u ) medido en el eje a la salida del motor y el trabajo indicado (L i ). Tiene en cuenta el trabajo absorbido por el rozamiento de los órganos del conjunto Biela-manivela (pistón, aros, pasadores) y por los órganos auxiliares propios del motor, y el trabajo absorbido por bombeo (aspiración y descarga o escape) Parámetros dominantes Lubricación Objeto de la lubricación Si dos cuerpos metálicos rozan uno con el otro se calientan y sus moléculas tienden a soldarse dando origen a un fenómeno llamado "agarre". La lubricación del motor tiene por objeto evitar el agarre y disminuir el trabajo perdido por roce, esto se logra interponiendo entre dos cuerpos una película de 4

6 fluido lubricante, donde el rozamiento interno de este fluido es muy inferior al de los metales y produce menor cantidad de calor. Los objetivos de la lubricación son: 1) Impedir el contacto entre dos metales. 2) Refrigerar las partes lubricadas. 3) Ayudar a la estanqueidad del sistema. Los motores de 4 tiempos utilizados en motos de baja potencia tienden que funcionar a muy alta temperatura, esto genera la oxidación del aceite que podría provocar: espesamiento del aceite, bloqueo de los conductos, falta de aceite en el arranque, rápido desgaste y pérdida de potencia. Para reducir este problema se requiere la utilización de aceites con el agregado de aditivos inhibidores de la oxidación. Materiales Aros: En el pasado se utilizaban primariamente aleaciones de fundición gris o nodular como material para fabricar aros de pistón, de motores nafteros y diesel. Hoy en día los diseñadores de motores utilizan acero y se están incursionando en el uso de de cerámicos para la fabricación de los mismos. En los motores modernos un menor espesor axial en los anillos de acero permite posicionar estos mucho más cerca de la cabeza del pistón y de este modo se logra así alcanzar una disminución en la emisión de gases residuales y a su vez se logra una menor área de contacto, lo cual disminuye el roce contra las paredes del cilindro. Los anillos de acero garantizan una larga vida útil y una reducción del desgaste de las ranuras del pistón. 5

7 Ilustración 4 - Desgaste de los flancos En este motor ya fue aplicada esta tecnología y por lo tanto se tiene un buen desarrollo este aspecto. Pistón: El tipo de material con que se fabrican los pistones es determinante para su correcto funcionamiento, a la hora de elegir el material utilizado se debe tener en cuenta una serie de características: Resistencia a los choques térmicos. Resistencia al desgaste, entre pistón/ cilindro y entre pistón/aros. Elevada conductividad térmica. Fácilmente mecanizadle. Densidad reducida para reducir el peso del pistón. Coeficiente de dilatación reducido. Posibilidad de aplicar tratamientos térmicos especiales. Los pistones se realizan en aleaciones de aluminio-silicio. Los efectos del silicio son importantes, a medida que aumentan su proporción en la aleación (desde 9 a 20%). Las mejoras son: La densidad disminuye. El coeficiente de dilatación disminuye. La conductividad térmica mejora. Aumento de la dureza. Geometría Aros: Los tamaños típicos de aros son de 1,2 mm para el aro de compresión superior, 1,5 mm para el segundo aro, y 3,0 mm para el aro de aceite. Algunos son aún 6

8 más delgados. Los fabricantes de motores fueron usando aros más delgados para mejorar la economía de combustible debido a que los aros representan hasta el 40 por ciento de las pérdidas por fricción en el motor. Aros finos, producen menos fricción y roce con las paredes del cilindro. Pero el inconveniente es que también reducen la transferencia de calor entre el pistón y el cilindro debido a la menor área de contacto entre los dos. En consecuencia, los pistones con aros finos, se calientan más que los pistones con aros más grandes. Los aros finos, también presentan otro problema. Son menos capaces de afrontar la distorsión. Para maximizar la compresión, el cilindro debe ser lo más redondo posible. Esto a menudo requiere del uso de una placa de par de torsión para simular la distorsión que se produce al apretar la culata. Pistón: Los cambios a realizar en la geometría del pistón para mejorar su capacidad de sobrevivir a temperaturas más altas son: el diámetro del pistón en la superficie superior debe ser más pequeño para permitir la expansión térmica y disminuir cualquier tipo de contacto. También deben ser más cortos y livianos, parte de la reducción de peso se logra mediante la reducción de la altura y el uso de polleras cortas. La distancia desde el centro del perno, a la parte superior del pistón (llamado, altura de compresión) es menor, el cambio del perno más arriba en el pistón permite también el uso de bielas más largas, que mejoran el par y hacen más durables los cojinetes. Ilustración 5 - Pistones de pollera corta 7

9 Presión media efectiva Rendimiento mecánico expresado en función de las potencias. N e : Potencia efectiva (útil). N i : Potencia indicada. P me : Presión media efectiva por cilindro. A: Área del pistón. L: Carrera de pistón. t: Tiempo. Para tener un valor alto de rendimiento mecánico y por lo tanto un bajo valor de perdidas, la potencia efectiva se debe aproximar a la potencia indicada, es decir la presión media efectiva debe ser un valor cercano a la presión media indicada. Velocidad de giro La potencia efectiva es proporcional a la velocidad de giro del motor, es de suponer que un motor que gira a altas revoluciones por minuto (rpm), tiene un valor de potencia efectiva alto y por lo tanto un alto rendimiento mecánico. 8

10 4.- Conclusión Dependiendo de qué parámetro se quiere mejorar, el rendimiento mecánico puede aumentar, mantenerse o disminuir en el peor de los casos, ya que la modificación de un parámetro puede afectar de manera positiva o negativa el comportamiento de otro parámetro, es por esto que se debe tener en cuenta la forma en la que varían los demás, a continuación se detallaran comportamientos según la modificación que se realice. El rendimiento mecánico empeora al aumentar la velocidad de giro del motor, a igualdad de velocidad, al disminuir la carga; empeora además al disminuir la cilindrada unitaria de cada cilindro. Se puede aumentar el rendimiento por medio de un aumento de la presión media efectiva, pero esta condición significa someter a todas las partes integrantes del motor a exigencias más severas, forzándolas a trabajar bajo mayores solicitaciones de carga, con consecuencias como reducción de la vida útil. Cuando aumentamos el rendimiento a través del aumento de las rpm, se produce una mayor interacción de las partes, en especial de los aros con las paredes del cilindro, acelerando su desgaste y produciendo las consecuencias que con ello trae aparejadas (mal sellado, caída de la potencia, etc.) La lubricación es muy importante debido a que reduce las perdidas y aumenta la vida útil del motor, esto se logra con la utilización de aceite sintético multigrado y aditivo para reducir el roce y aumentar la lubricación. Mejorando el diseño de los aros se logra un mejor sellado y una reducción del coeficiente de roce, pero esto genera problemas de transferencia de calor debido a la poca área de contacto entre el aro y la pared del cilindro haciendo que el aro y el pistón se cocinen. Con polleras más cortas se logra un aumento del rendimiento debido a la reducción del área de contacto, pero como esta actúa como guía longitudinal, se produce un mayor cabeceo. El diámetro del pistón en la parte superior debe ser más pequeño para permitir la expansión térmica y disminuir cualquier tipo de contacto aumentando el rendimiento, pero esto genera un mal sellado cuando el motor todavía no entro en régimen de funcionamiento normal. 9

11 5.- Bibliografía Motores Endotérmicos. Dr. Ing. Dante Giacosa. Ediciones Omega. Motores alternativos de combustión interna. Jesus Andres Alvarez Florez. Universidad Politec. De Catalunya. 10