Reacondicionamiento del banco de pruebas para motores VAZ

Resumen

Este trabajo se realizó por la necesidad de comprobar los motores reparados en la Empresa Integral de Servicios Automotores (EISA) Pinar del Río antes de exponerlos al cliente, diseñando y seleccionando algunas mejoras mecánicas en el banco de pruebas, obteniendo como resultado un bajo índice de rechazos externos de la empresa.

PALABRAS CLAVES:

Banco de pruebas y mejoras mecánicas.

SUMMARY

This work is realized out of necessity for checking the motors repaired in the Company of Integral Automotive Services (EISA) Pinal del Río before exposing them to the client, designing and building some mechanics improvements in the testing bench obtaining as stood out transducer that is able to measure the load of the motors in the bank of the brakes, obtaining as stood out, an index of external rejections of the company.

KEY WORDS:

Testing bench and mechanics improvements.

Introducción

La Empresa Integral de Servicios Automotores "EISA" de Pinar del Río, tiene en la reparación de motores VAZ en sus diferentes modelos, que utilizan los muy populares vehículos Lada y Niva, uno de sus objetos sociales más importantes, en la actualidad se reacondicionan entre 10 y 15 motores mensuales, pero es propósito de la entidad aumentar esta cifra hasta llegar a 30 motores reparados para el 2do. Semestre del año en curso.

Para acompañar este salto en el número de motores reparados, se pretende también aumentar la calidad de los servicios prestados por ese concepto, y para ello se requiere reacondicionar el banco de pruebas que poseen, de forma tal que permita no solo detectar los defectos que surjan producto de la reparación efectuada, sino también determinar si el motor reparado es capaz de entregar las magnitudes previstas de potencia, par motor y consumo de combustible y lograr con esto la satisfacción plena de los clientes al disminuir significativamente los rechazos de la producción terminada

Como resultado de un esfuerzo en conjunto entre la Empresa "EISA" Pinar del Río y el Departamento de Ingeniería Mecánica de la UPR se desarrolló este proyecto de fin año, proponer para el Banco de Pruebas actual, la adaptación de los siguientes elementos:

• un freno dinamométrico (que permitirá medir el Par Motor y con este la Potencia entregada).

• un analizador de gases de escape (que contribuirá a disminuir el consumo de combustible).

• un tanque graduado.

El Banco de Pruebas existente solo permite medir los siguientes parámetros:

• La temperatura del líquido refrigerante

• La presión del aceite y,

• La frecuencia de giro del Motor

Como se observa estas magnitudes por si solas no cumplen con los objetivos que se propone EISA para el futuro próximo.

Diseño de Investigación

Problema: El bajo nivel de información que proporciona el banco de prueba del Taller de Reciclaje de Motores la EISA limita la obtención de los distintos parámetros de funcionamiento del motor como la potencia, el torque, la composición de los gases de escape y el consumo de combustible.

Objeto: El banco de prueba del Taller de Reciclaje de Motores de la EISA.

Campo de acción: Metodologías de selección y diseño de los dispositivos que permitan la mejora al banco de prueba para motor de combustión Interna de gasolina del auto LADA.

Objetivo: Proponer los diseños y las selecciones del freno de fricción, analizador de gases de escape y tanque graduado para el banco de prueba del Taller de Reciclaje de Motores de la EISA.

Hipótesis: Si seleccionan y se diseñan adecuadamente los dispositivos de mejoras, tales como el freno de fricción, el analizador de gases de escape y el tanque graduado se podrá dar solución al bajo nivel de información que proporciona el banco de prueba del Taller de Reciclaje de Motores de la EISA.

Resultados

1. Diseño de un sistema de frenado por freno de disco perforado.

2. Diseño del transductor.

3. Selección del analizador de gases de escape.

4. Selección del tanque graduado.

Tareas:

1. Revisión Bibliografía sobre el tema.

2. Diseño de un sistema de frenado por freno de disco ventilado.

3. Diseño de un transductor hidráulico.

3. Selección del analizador de gases de escape.

4. Selección de un tanque de 20 litros graduado en centilitros.

CAPITULO I

Revisión bibliográfica

Por las dificultades de obtener un banco de frenado para el cumplimiento de los objetivos de la empresa EISA, se ha decidido hacer algunas mejoras mecánicas al de banco de frenado, el cual trajo consigo una investigación y estudio del problema.

El banco de prueba de la empresa EISA cuenta:

• Una bancada

• Una transmisión que permita la conexión freno-motor

• Una pizarra

• Sistema de refrigeración del motor: radiador

• Sistema de evacuación de los gases de escape.

Figura 1.1: Vista lateral del banco de prueba del Taller de Reciclaje de Motores

Figura 1.2: Vista frontal del banco de prueba del Taller de Reciclaje de Motores

Debido al bajo nivel de información que proporciona el banco de prueba de la empresa EISA en el Taller de Reciclaje de Motores se ha decidido:

• Diseñar un sistema de frenado por freno de disco perforado.

• Diseñar un transductor hidráulico para poder medir la potencia que proporciona los motores.

• Seleccionar un analizador de gases de escape para conocer la composición de los gases de escape.

• Seleccionar un tanque graduado para obtener el consumo del combustible.

1.1 Interpretación del torque y la potencia del motor.

El torque y la potencia del motor son conceptos que vemos con frecuencia en las tablas de especificaciones del motor de un automóvil o camión. Pero, ¿qué significan?, ¿Cómo los interpretamos? Se verán expuestos a continuación.

1.1.1 Torque del motor.

El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede trabajar.

El torque es la fuerza que producen los cuerpos en rotación, recordemos que el motor produce fuerza en un eje que se encuentra girando. Para medirlo, los ingenieros utilizan un banco o freno dinamométrico que no es más que una instalación en la que el motor puede girar a toda su capacidad conectada mediante un eje a un freno o balanza que lo frena en forma gradual y mide la fuerza con que se está frenando.

Se llama Torque máximo a la mayor cantidad de fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto número de revoluciones. Siguiendo el ejemplo de la Gráfica 1: Un motor con un torque máximo de 125 Nm a 2500rpm.

Significa que el motor es capaz de producir una fuerza de giro (Técnicamente conocido como "momento" o "par" torsional) de hasta 125 Nm cuando está acelerado al máximo y gira a 2500 rpm. Recuerde que el motor está acelerado al máximo y no gira a las máximas revoluciones ya que se encuentra frenado por el freno dinamométrico.

Gráfico 1. Curva de torque y potencia.

Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte es este. Esto es interesante al momento de comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo, el sistema de encendido o el de inyección, un motor tendrá más fuerza que otro cuando su torque máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores con el mayor en todas las revoluciones y principalmente al arrancar.

Este efecto se conoce como "motor plano".

1.1.2 Potencia del motor.

La potencia indica la rapidez con que puede trabajar el motor. La potencia máxima es el mayor número obtenido de multiplicar el torque del motor por la velocidad de giro en que lo genera. En el caso de la gráfica 1, el motor tiene una potencia máxima de 38 KW. a 3000 rpm.

Veamos las unidades:

En el sistema internacional el torque se expresa en Nm (Newton metro).La potencia se expresa en W (Vatios). Debido a que los motores usados en la industria automotriz, tienen muchos vatios se acostumbra usar el Kw. (Kilovatio) 1kW = 1000W.

1.1.3 Relaciones útiles.

1kW= 1,34 hp (Horsepower ó caballo de potencia). El PS es el caballo en el sistema métrico. 1kW = 1,359 PS

1Nm = 0,73756 lb. ft

1.2 Frenos dinamométricos.

Todos los motores reparados son sometidos a una larga serie de mediciones alternadas con severas pruebas de durabilidad y de carga, que se repiten hasta que tras una precisa puesta a punto, se alcanzan los resultados previstos.

Las pruebas principales son las que sirven para obtener los valores relativos al par motor, la presión media efectiva, la potencia desarrollada, el consumo específico de combustible, los diferentes rendimientos así como la composición de los gases de escape.

Los frenos dinamométricos son los encargados de crear un par resistente que es el que proporciona la "carga" al motor. Esta carga ha de ser variable para ensayar distintas condiciones operativas del motor.

1.2.1 Tipos de frenos.

Se han desarrollado varios tipos de frenos basados en distintos principios. Los más difundidos son:

• Frenos de fricción.

• Frenos hidráulicos.

• Frenos eléctricos.

• Frenos de corriente continua.

• Frenos de corriente alterna.

• Frenos de corrientes de Foucault.

El banco de ensayo va disponer de un sistema de frenado de un freno disco ventilado.

1.2.2 Sistema de frenado de disco ventilado

Elementos del sistema: está conformado por el pedal, la bomba, el depósito de líquido, la tubería, las mangueras, los cilindros de rueda, los discos y los elementos de fricción (pastillas y bandas).

Figura 1.3: Esquema de un sistema de frenado

Cómo funciona el sistema: al pisar el pedal del freno, un pistón ubicado dentro del cilindro maestro se desplaza ejerciendo presión sobre el líquido. Este, a su vez, transmite dicha fuerza hasta los cilindros de rueda, cuyos pistones se encargan de empujar las pastillas y las bandas contra los discos y campanas, respectivamente. Cuando se suelta el pedal del freno baja la presión del líquido y los resortes de las zapatas pierden tensión, volviendo todo a su posición normal.

Tipos de Frenos:

Los frenos desarrollan una fuerza opuesta a la de desplazamiento mediante rozamiento de un elemento frenante contra un elemento móvil

• En los frenos de tambor, el elemento frenante son las zapatas y la móvil el tambor.

• En los frenos de disco, el elemento frenante son las pastillas y la móvil el disco de la rueda.

El freno de disco es adoptado en la mayoría de los vehículos de turismo, tiene la ventaja sobre el freno de tambor de que su acción se frenado es más enérgica, obteniendo, por tanto, un menor tiempo de frenado. Ello es debido a que elementos de fricción van montados al aire, al disponer de una mejor refrigeración, la absorción de energía y transformación en calor se puede realizar más rápidamente.

Figura 1.4: Freno de disco

Otra de las ventajas de estos frenos es que en ellos no aparece el fenómeno de "fading" que suele presentarse en los frenos de tambor. Este efecto se produce cuando por un frenado enérgico o frenados sucesivos, el tambor no tiene tiempo de evacuar el calor absorbido en la transformación de energía. En estas condiciones, el tambor se dilata alejando la superficie de adherencia del contacto con las zapatas, quedando momentáneamente el vehículo sin frenos.En los frenos de disco al mejorar la evacuación del calor no existe calentamiento crítico y por tanto dilatación, pero en caso de haberla el disco se aproximaría más a las pastillas de freno, lo cual favorecería la presión y efecto de frenado.

 ConstituciónEl freno de disco está formado por un disco que se une al buje de la rueda o forma parte de él, girando con la rueda y constituyendo el elemento móvil de frenado. Sobre este disco, abarcando aproximadamente la quinta parte de la superficie del mismo, va montada una mordaza sujeta al puente o mangueta en cuyo interior se forman los cilindros por los que se desplazan los pistones. A estos pistones se unen las pastillas de freno de un material similar a los ferodos de las zapatas utilizadas en los frenos de tambor.

Figura1.6: Esquema de un sistema de frenos de disco

Por el interior de la mordaza (2) van situados los conductos por donde se comunica el líquido de freno a los cilindros (3), acoplando en (A) el latiguillo de freno y en (B) el purgador. El líquido a presión, procedente del circuito de frenos y que entra por (A), desplaza a los pistones (4) hacia el interior, aplicando las pastillas de freno (5) sobre el disco (1), las cuales, por fricción, detienen el giro del mismo.

La acción de frenado se realiza por medio de dos o cuatro pistones de doble acción, desplazables, que se ajustan a cada una de las caras del disco. En este tipo de pinzas, cada pistón se encuentra en cada mitad de la mordaza. Durante el proceso de frenado, actúa una presión hidráulica sobre los dos pistones y cada pistón aprieta la pastilla contra el disco.

Los frenos de pinza fija contra el disco de freno son muy sólidos, por lo que se emplea en vehículos rápidos y pesados.

Figura 1.7: Esquema de un freno de disco con mordaza fija

1.3 Tipos de ensayos.

Existen dos tipos de ensayos de los motores de combustión interna: ensayos de investigación y desarrollo y ensayos de producción.

Todos los motores reparados deben ser sometidos a una larga serie de pruebas experimentales, hasta alcanzar las presiones previstas.

Los ensayos de producción son aquellos que se realizan a los motores ya reparados, y que sirven para controlar que sus características corresponden a las de los prototipos y al mismo tiempo efectuar un período de rodaje o asentamiento del motor. Por tanto la instrumentación necesaria es relativamente simple.

1.4 Banco de pruebas.

Para ensayar un motor es necesario instalarlo en un banco de pruebas o de ensayos. Este consta básicamente de los siguientes elementos:

1) Una cimentación que absorba las vibraciones que se producen debido a la existencia en el motor de fuerzas de inercia no equilibradas y de los correspondientes momentos resultantes.

2) Bancada, cuya misión es soportar el motor.

3) Soportes para montar y fijar el motor en la bancada, así como regular la altura y alinear el motor con el freno.

4) Freno dinamométrico que absorba la potencia desarrollada por el motor, ofreciendo una resistencia al giro de éste, y que esté provisto de un dispositivo para medir el par motor.

5) Transmisión que permita la conexión freno-motor con una cierta elasticidad y capacidad de absorber desalineaciones.

6 Sistema de alimentación de combustible al motor con instrumentos de medición de consumo.

7) Sistema de refrigeración del motor:

– Si los motores son refrigerados por agua, normalmente se mantiene la bomba de agua del propio motor. Esta impulsa el agua a través del motor hacia un cambiador de calor (agua/agua o aire/aire), en general con regulación termostática por medio de válvulas motorizadas. En instalaciones más económicas se suele recurrir a un depósito de mezcla en donde se añade una pequeña cantidad de agua fría a la caliente, que proviene del motor.

– Si los motores son refrigerados por aire se suele utilizar una soplante dirigida hacia las aletas del motor.

8) Sistema de refrigeración de aceite.

En ocasiones también se refrigera el aceite del motor, ya que al no existir una corriente de aire al cárter, éste tiende a sobrecalentarse. El sistema consta de un intercambiador aceite/agua y en ocasiones una bomba auxiliar.

9) Red de agua.

Los frenos dinamométricos transforman toda la energía mecánica que reciben del motor en calor. Este calor es eliminado por el sistema de refrigeración del freno que suele ser mediante un abastecimiento continuo de agua.

10) Sistema de evacuación de los gases de escape.

Los gases de escape son enviados tras pasar por un silenciador a la atmósfera.

11) Sistema de ventilación de la sala. Debe evitar el sobrecalentamiento del local por la radiación de calor del motor. Se efectúa mediante ventiladores axiales o centrífugos de impulsión y extracción.

Cuando el banco se instala en una habitación o cámara cerrada y aislada se habla de una celda o cabina de ensayo de motores. En este caso existe un pupitre de instrumentos en el exterior de la celda con los órganos de puesta en marcha y de gobierno del motor y freno, así como los instrumentos de control y registro.

Figura 1.8: Pupitre de instrumentos

Figura 1.9 : Banco de pruebas

1.5 Transductor.

A un banco de frenado para su funcionamiento, le es imprescindible un transductor ya que este es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida. El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa), aunque no necesariamente la dirección de la misma. Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc. Para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen algo de energía por lo que la señal medida resulta debilitada.

1.6 Analizador de gases de escape.

El analizador de gases de escape es un aparato capaz de medir, generalmente en porcentaje, determinados compuestos químicos contenidos en la masa de los productos, gaseosos o no, emitidos por el escape de un motor de combustión interna. El analizador puede ser de lectura directa o estar acoplado a un registrador, magnético o de otro tipo. La necesidad de analizar los gases de escape de los motores de combustión interna deriva del hecho que, sobre todo en los motores alternativos, la combustión de los hidrocarburos nunca es perfecta, razón por la cual los gases de escape no son solamente anhídrico carbónico (CO2), agua (H2O), oxígeno (O2) y nitrógeno (N). La combustión real da lugar también a la formación de productos sin quemar y otros residuos. Puesto que en la combustión influyen varios factores, algunos de tipo mecánico y otros dependientes de las características del combustible, mediante el análisis de los gases es posible determinar el tipo de combustible y la influencia que sobre aquélla tienen los factores indicados.Otro fin del análisis de los gases de escape es el localizar la presencia de algunos componentes considerados como la causa de la contaminación del aire. Debe tenerse en cuenta que, en los motores Diesel, en el campo de la lucha contra la contaminación, de momento no se le da mucha importancia a la composición química de los gases de escape, sino a la cantidad de partículas sólidas presentes en los mismos (principalmente carbonilla). En otras palabras, se controla simplemente la opacidad de los gases de escape mediante aparatos llamados opacímetros. Al contrario,en los motores de combustión interna con encendido por chispa es muy importante la composición química de los gases de escape. En varios países existe una legislación especial que pone límites a la presencia de los compuestos nocivos en los gases de escape. Los gases considerados nocivos son monóxido de carbono (CO), hidrocarburos sin quemar (convencionalmente indicados por HC) y óxidos de nitrógeno (convencionalmente indicados por NOX).

Según la precisión de la investigación que se desea realizar, el análisis puede limitarse a la localización de uno o de varios productos perjudiciales citados, o bien ampliarse hasta la determinación de otros componentes, como, por ejemplo, anhídrido carbónico (CO2) y oxigeno (O2). Existe una extensa gama de analizadores de los gases de escape, desde los más simples hasta los más complicados, desde los portátiles a los fijos.Funcionan generalmente según uno de los siguientes principios:

• Cambio de color

• Variación de la conductibilidad

• Rayos infrarrojos

• Rayos ultravioletas

• Luminiscencia química

• Ionización de la llama

1.7 Consumo de combustible.

El uso racional de los recursos energéticos es una tarea de vital importancia en nuestros días para cualquier sector de la economía, dado el agotamiento de las reservas de petróleo, la principal fuente de suministro. Esto se acompaña de medidas proteccionistas por los países productores, que elevan los precios de los derivados del petróleo y contribuyen al encarecimiento de las producciones industriales y de los costos de explotación.

En la actualidad una parte del producto social global del país está destinado a la compra de hidrocarburos, por lo que la disminución del consumo de combustible constituye la primera y más importante directiva de trabajo tanto en las labores agrícolas como de transportación.

El consumo específico es la cantidad de combustible que necesita un motor para suministrar una determinada unidad de potencia por unidad de tiempo. El consumo específico es una forma de expresar el rendimiento del motor, en el sentido que relaciona consumo con prestaciones. Cuanto menor sea el consumo específico de un motor, mejor es su rendimiento.

En el consumo de combustible inciden numerosos factores: las características constructivas del vehículo, el régimen de carga y velocidad, el tipo de vía, su estado, la pendiente, las intersecciones e interferencias al movimiento, las curvas, los parámetros medioambientales, la velocidad del viento y el propio conductor y su experiencia y pericia, entre otros.

CAPITULO II:

Materiales y métodos

2.1 Sistema de frenado por freno de disco perforado

Para el sistema de frenado del banco de prueba vamos a utilizar el freno de disco perforado.

Dicho sistema de frenado se va acoplar detrás de la polea del banco de prueba a partir del disco. La polea está conectada al árbol transmisor freno-motor.

Después de instalar el motor en el banco de prueba, conectar al árbol transmisor freno-motor y ponerlo en marcha, cuando el operador pisa el pedal del freno, el disco de freno ejerce una fuerza sobre la polea que a su vez ejerce una presión sobre el árbol transmisor freno-motor que permite para el motor

DINÁMICA DE LA FRENADA

• Conversión de energía.

Es bien conocido que el sistema de frenos convierte la energía cinética de un cuerpo en movimiento en energía térmica, más comúnmente conocida como calor. De la física básica sabemos que la energía cinética de un cuerpo en movimiento es definida de la siguiente forma:

Idealmente consideraremos que esta energía es completamente absorbida por el sistema de frenos y convertida íntegramente en energía térmica de la siguiente manera:

• Pedal de freno

El pedal de freno sirve para multiplicar la fuerza ejercida por el pie del conductor. De la estática elemental podemos comprobar como el incremento de la fuerza será igual a la fuerza aplicada por el conductor multiplicado por la relación del pedal de freno:

Figura 2.3: Configuración del sistema del pedal de freno

• Bomba de freno

La principal responsabilidad de la bomba de freno es transformar la fuerza aplicada por el conductor en el pedal de freno al sistema hidráulico en forma de presión. Si asumimos la condición de incompresibilidad de los líquidos y rigidez infinita en los conductos hidráulicos, la presión generada por la bomba de freno será igual :

• Pinza de freno

La principal función de la pinza de freno es transformar la presión hidráulica transmitida a través de los conductos en una fuerza mecánica lineal.

• Líquido de frenos, conductos y manguitos.

La principal responsabilidad del líquido de frenos, conductos y manguitos es la de transmitir la presión hidráulica desde la bomba de freno a las pinzas de freno localizadas en cada una de las ruedas del vehículo. Debemos decir que los conductos utilizados en el sistema son de material flexible, a pesar de ello, de nuevo asumiendo incompresibilidad del líquido e infinita rigidez de los conductos, en estas condiciones la presión transmitida a las pinzas de freno será igual a:

• Pastillas de freno.

Su responsabilidad es generar una fuerza de fricción en oposición a la rotación del disco de freno. Esta fuerza de fricción se relaciona con la fuerza de mordaza creada por la pinza de freno de la siguiente forma:

• Disco de freno.

Como hemos visto, el disco de freno constituye el principal disipador de calor del sistema de frenos. Pero además una de sus principales responsabilidades es la de generar un esfuerzo de torsión en función de la fuerza de fricción creada en las superficie de las pastillas de freno. Este esfuerzo está relacionado con la fuerza de fricción a través de la siguiente expresión:

2.2 Transductores hidráulicos.

En estos transductores existe un pistón o diafragma que recibe la acción de la fuerza, y esta se equilibra con una presión que actúa por la otra cara. Para los del tipo hidráulico la idea primaria es emplear un pistón y un cilindro, pero la existencia de fricción en las paredes hace impredecible su comportamiento. Por esa razón se prefiere emplear un pistón flotante y un diafragma de neopreno con una anilla en cada lado de corcho que sella la cavidad donde se unen las tapas.

El pistón no hace contacto con las paredes del cilindro y por la holgura existente no hay fugas de presión, también existen topes mecánicos para el desplazamiento del pistón, de forma tal que no se afecte el diafragma. Se prevé un transductor secundario para medir la presión, generalmente un manómetro de Bordón. Se requieren muy pequeñas cantidades del fluido, se alcanzan capacidades de hasta 20 MN con precisiones del 1/2 %. Son sensibles a la variación de la temperatura durante la medición, por lo que se deben tomar las precauciones debidas, generalmente con una calibración previa.

2.2.1 Método de diseño del transductor.

Debido a los problemas existentes en la empresa EISA a la hora de comprobar la rectificación de los motores de combustión interna, se decidió, diseñar un transductor hidráulico.

También se tuvo en cuenta para el diseño las características del banco existente y la gama de motores que se probarían en él.

2.3 Analizador de gases de escape

El analizador de gases de escape seleccionado es un analizador portátil que usa el método de detección por variación de la conductibilidad. En este método de detección se lleva a cabo generalmente mediante resistencias eléctricas colocadas según el puente de Wheatstone. Dos resistencias se hallan encerradas en celdas de referencia que contienen aire ambiente o un gas de muestra, y las otras dos se encuentran en celdas a través de las cuales se hace pasar una corriente del gas en examen.

La distinta conductibilidad térmica del gas que se analiza, respecto del aire o del gas de muestra, enfría las resistencias de manera diferente. Esto produce la variación de la temperatura de los conductores, a lo que sigue una variación de la resistencia eléctrica, cuya medida indica la cantidad de gases en examen.

2.4 Consumo de combustible

El consumo horario de combustible del motor se va determinar usando un tanque graduado en centilitros de una capacidad de 20 litros, un cronometro y las formulas estudiadas en la asignatura de "Máquinas Automotrices".

Ahora bien, para calcular esta magnitud hay que partir del consumo horario del motor primario de la máquina. El consumo horario viene dado por la expresión siguiente:

Los valores de velocidad que se registran en los velocímetros de los vehículos, en la mayoría de los casos pueden diferenciarse de los reales en un 10-20%. Por tanto, en la mayoría de los ensayos experimentales es beneficioso determinar los valores de velocidad por la siguiente expresión:

CAPITULO III:

Análisis de los resultados

En los siguientes apartados se hará un recorrido por de los elementos que constituyen el conjunto de mejoras mecánicas al banco de pruebas como solución en el presente proyecto, donde se presentará de forma esquemática la información de mayor relevancia en cada caso.

3.1 Sistema de frenado por freno de disco perforado

3.1.1 Pedal de freno

3.1.2 Bomba de freno

La principal responsabilidad de la bomba de freno es transformar la fuerza aplicada por el conductor en el pedal de freno al sistema hidráulico en forma de presión.

3.1.3 Líquido de frenos, conductos y manguitos.

La principal responsabilidad del líquido de frenos, conductos y manguitos es la de transmitir la presión hidráulica desde la bomba de freno a las pinzas de freno Debemos decir que los conductos utilizados en el sistema son de material flexible, a pesar de ello, de nuevo asumiendo incompresibilidad del líquido e infinita rigidez de los conductos, en estas condiciones la presión transmitida a las pinzas de freno será igual a:

3.1.4 Pinza del freno

La principal función de la pinza de freno es transformar la presión hidráulica transmitida a través de los conductos en una fuerza mecánica lineal.

3.1.5 Pastillas de freno.

Su responsabilidad es generar una fuerza de fricción en oposición a la rotación del disco de freno. Esta fuerza de fricción se relaciona con la fuerza de mordaza creada por la pinza de freno de la siguiente forma:

3.1.6 Disco de freno

Como hemos visto, el disco de freno constituye el principal disipador de calor del sistema de frenos. Pero además una de sus principales responsabilidades es la de generar un esfuerzo de torsión en función de la fuerza de fricción creada en las superficie de las pastillas de freno. Este esfuerzo está relacionado con la fuerza de fricción a través de la siguiente expresión:

Generalmente los motores VAZ para vehículos NAVA y LADA alcanzan un momento torsor máximo de 116 N.m a 3400 RPM por lo tanto podemos decir que el sistema de frenado diseñado resiste.

3.2 Transductor hidráulico

A la hora del diseño del transductor se tuvieron en cuenta los cálculos realizados con las expresiones (2.10, 2.11 y 2.12) de las cuales obtuvimos los resultados siguientes:

Después de realizar los cálculos se confirmó que la soldadura soportaría la fuerza provocada por el torque y la potencia del motor sobre el transductor que a su vez se reflejaría sobre la base del mismo.

3.3 Analizador de gases de escape.

La evaluación de la contaminación producida por los gases de escape es uno de los principales índices de evaluación de la calidad de la gestión en los motores.

La medición se va efectuar con un analizador de gases de escape digital con tacómetro WD5.

El Analizador de Gases de Escape con Tacómetro WD5 le ofrece una forma rápida y sencilla de medir los gases de escape de cualquier motor de combustión interna, tanto para motores Nafteros como para motores Diesel o motores alimentados a Gas Natural Comprimido (GNC).

3.4 Consumo de combustible.

El consumo horario de combustible se puede calcular midiendo el combustible usado después de un intervalo de tiempo. Por eso necesitaremos de un tanque de 20 litros graduado en centilitro y de un cronometro.

Con el valor leído y aplicando la expresión 2.13 se halla el consumo horario y luego aplicando la expresión 2.14 se halla el consumo por recorrido.

CAPITULO IV:

Impacto medio ambiental y valoración económica

Para cualquier proyecto o trabajo, además de lograr su objetivo debe tener como meta un buen impacto medio ambiental y una buena contribución económica para el país, por lo cual se tratan los siguientes temas:

4.1 Impacto medio ambiental.

Hoy en día la fuente fundamental de contaminación del medio ambiente es la industria mecánica, y con ella viene aparejada la fabricación de vehículos, los cuales elevan considerablemente las concentraciones de dióxido y monóxidos de carbono en la atmósfera reduciendo de forma considerable la calidad del aire, esto sucede tanto en países desarrollado como subdesarrollados. Un mal funcionamiento del motor aumentaría considerablemente los daños medio ambientales que éste provoca. Justo aquí es que radica la importancia de la puesta a punto del banco de frenado, puesto que influirá en la posterior comprobación de la calidad de la reparación de los motores.

El diseño y construcción del transductor hidráulico con el cual se puso en funcionamiento el banco de frenado de la empresa EISA permitió revisar la potencia y puesta a punto del motor (evitando averías), lo cual redundará, de forma favorable, a la disminución de la contaminación ambiental. Un motor eficientemente reparado contribuirá a reducir:

• La contaminación de la atmósfera, provocada por la emanación de gases tóxicos como son el monóxido y el dióxido de carbono perjudicial para la vida del hombre, de la flora y de la fauna, los cuales provocan el efecto de invernadero que trae consigo el calentamiento global.

• La emisión de altos niveles de ruido a la atmósfera los cuales disminuyen el rendimiento de los trabajadores y ocasiona molestias en sentido general.

• Consumo del oxígeno que contiene el aire atmosférico.

• Agotamiento de materias primas no renovables consumidas durante el funcionamiento de los Motores de Combustión Interna.

• Consumo de agua potable.

• Daños físicos a conductores y pasajeros producto de la accidentalidad.

4.1.1 Elementos contaminantes.

Con la puesta en marcha de un motor existen numerosos elementos contaminantes que son el resultado de este funcionamiento a continuación se brinda una breve explicación de los fundamentales elementos contaminantes de la atmósfera.

• Dióxido de azufre.

Se encuentra en el petróleo y en sus derivados, por lo que una ciudad con una alta motorización individual puede alcanzar niveles considerables de SO2, debido fundamentalmente al transporte automotor. Hay indicios de que el SO2 reduce la capacidad de ventilación de los conductos bronquiales, y por ende, los hace más susceptibles a la infección por polvo.

• Monóxido de carbono.

Es un contaminante muy generalizado producido fundamentalmente por los procesos de combustión en los vehículos automotores. Su fuente fundamental es los motores de gasolina, ya que este componente aparece cuando el proceso de combustión ocurre con deficiencia de oxígeno. Es decir cuando combustiona una mezcla rica =1.Aquí no todos los átomos de carbono reaccionan con dos moléculas de oxígeno produciéndose el monóxido de carbono. Los vehículos cuyos motores son de ciclo Otto trabajan frecuentemente en estas condiciones sobre todo dentro el circuito urbano. Para las características de la ciudad de Pinar del Río donde las calles son estrechas y existe en horas picos una gran densidad de tráfico (aunque no se ha realizado un estudio al respeto) existen grandes emanaciones de monóxido de carbono. Este gas puede ser expulsado en cantidades de hasta un 15% del volumen de los gases de escape de los autos de gasolina, y hasta un 5 % de los motores

diesel, aunque estos últimos trabajan siempre con mezclas pobres, pero la propia naturaleza del proceso de combustión (combustión difusa) hace que existan estas emanaciones de monóxido de carbono.

Cuando el hombre inhala este gas incoloro e inodoro reduce en él la capacidad de absorción de oxígeno, cuando se realiza en grandes cantidades puede ocurrir la aparición de un tipo de leucemia mortal para el hombre.

• Dióxido de carbono.

Lo produce la combustión de derivados del petróleo. No es tóxico, pero al elevarse a los altos niveles de la atmósfera crean el llamado efecto invernadero, el cual al producir un aumento sostenido de la temperatura en la superficie terrestre puede causar una situación catastrófica a largo plazo, por la vía de elevación del nivel del mar y el cambio de la atmósfera en las distintas zonas del planeta.

• Óxido de Nitrógeno (NOx).