ASÍ FUNCIONA EL MOTOR DE GASOLINA

PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR DE GASOLINA

Desde el punto de vista estructural, el cuerpo de un motor de explosión o de gasolina se compone de tres secciones principales:

1)Culata

2)Bloque

3)Cárter

LA CULATA

La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va colocada encima del bloque del motor. Su función es sellar la parte superior de los cilindros para evitar pérdidas de compresión y salida inapropiada de los gases de escape.

En la culata se encuentran situadas las válvulas de admisión y de escape, así como las bujías. Posee, además, dos conductos internos: uno conectado al múltiple de admisión (para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en la cámara de combustión del cilindro) y otro conectado al múltiple de escape (para permitir que los gases producidos por la combustión sean expulsados al medio ambiente). Posee, además, otros conductos que permiten la circulación de agua para su refresco..

La culata está firmemente unida al bloque del motor por medio de tornillos. Para garantizar un sellaje hermético con el bloque, se coloca entre ambas piezas metálicas una “junta de culata”, constituida por una lámina de material de amianto o cualquier otro material flexible que sea capaz de soportar, sin deteriorarse, las altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del motor.

EL BLOQUE

En el bloque están ubicados los cilindros con sus respectivas camisas, que son barrenos o cavidades practicadas en el mismo, por cuyo interior se desplazan los pistones. Estos últimos se consideran el corazón del motor.

La cantidad de cilindros que puede contener un motor es variable, así como la forma de su disposición en el bloque. Existen motores de uno o de varios cilindros, aunque la mayoría de los coches o automóviles utilizan motores con bloques de cuatro, cinco, seis, ocho y doce cilindros, incluyendo algunos coches pequeños que emplean sólo tres.

El bloque del motor debe poseer rigidez, poco peso y poca dimensión, de acuerdo con la potencia que desarrolle.


Las disposiciones más frecuentes que podemos encontrar de los cilindros en los bloques de los motores de gasolina son las siguientes:

1)En línea
2)En “V”
3)Planos con los cilindros opuestos

Diferente disposición de los cilindros en el bloque de los motores de gasolina: 1.- En línea. 2.- En "V". 3.- Plano de cilindros opuestos.

Los bloques en línea pueden contener 3, 4, 5 ó 6 cilindros. Los motores con bloques en “V” tienen los cilindros dispuestos en doble hilera en forma de “V”. Los más comunes que se pueden encontrar son: “V-6”, “V-8”, “V-10” y “V-12”. Los bloques planos son poco utilizados en los motores de gasolina, aunque se pueden encontrar de 4, 6 y hasta de 12 cilindros en unas pocas marcas de coches.

A la izquierda se puede ver el bloque de un motor de cuatro cilindros en línea, visto por la parte de arriba.

Existen además otras disposiciones de los pistones en un bloque, como por ejemplo los radiales o de estrella (ilustración de la derecha), estructura esta que se empleó durante muchos años en la fabricación de motores de gasolina para aviones.

El cárter es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que permite lubricar el cigüeñal, los pistones, el árbol de levas y otros mecanismos móviles del motor.

Durante el tiempo de funcionamiento del motor una bomba de aceite extrae el lubricante del cárter y lo envía a los mecanismos que requieren lubricación.

Existen también algunos tipos de motores que en lugar de una bomba de aceite emplean el propio cigüeñal, sumergido parcialmente dentro del aceite del cárter, para lubricar “por salpicadura” el mismo cigüeñal, los pistones y el árbol de levas.

Este es un video muy interesante de lo que es un engranaje
http://www.youtube.com/watch?v=_5Cnl2QwwCI&feature=related

Caja de velocidades:


En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad de giro e incremento del torque.

Los dientes de los engranajes de las cajas de cambio son helicoidales y sus bordes están redondeados para no producir ruido o rechazo cuando se cambia de velocidad. La fabricación de los dientes de los engranajes es muy cuidada para que sean de gran duración. Los ejes del cambio están soportados por rodamientos de bolas y todo el mecanismo está sumergido en aceite denso para mantenerse continuamente lubricado.

Reductores de velocidad



El problema básico de las máquinas es reducir la alta velocidad de los motores a una velocidad utilizable por los equipos de las máquinas. Además de reducir se deben contemplar las posiciones de los ejes de entrada y salida y la potencia mecánica a transmitir.

Para potencias bajas se utilizan moto-reductores que son equipos formados por un motor eléctrico y un conjunto reductor integrado.

Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de diámetros, de esta forma el engrane de menor diámetro debe dar muchas vueltas para que el de diámetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro. Para obtener grandes reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a continuación del otro.

El reductor básico está formado por mecanismo de tornillo sin fin y corona. En este tipo de mecanismo el efecto del rozamiento en los flancos del diente hace que estos engranajes tengan los rendimientos más bajos de todas las transmisiones; dicho rendimiento se sitúa entre un 40 y un 90% aproximadamente, dependiendo de las características del reductor y del trabajo al que está sometido. Factores que elevan el rendimiento:

* Ángulos de avance elevados en el tornillo.
* Rozamiento bajo (buena lubricación) del equipo.
* Potencia transmitida elevada.
* Relación de transmisión baja (factor más determinante).

Existen otras disposiciones para los engranages en los reductores de velocidad, estas se denominan conforme a la disposición del eje de salida (eje lento) en comparación con el eje de entrada (eje rápido). Así pues serían los llamados reductores de velocidad de engranajes coaxiales, paralelos, ortogonales y mixtos (paralelos + sin fin corona). En los trenes coaxiales, paralelos y ortogonales se considera un rendimiento aproximado del 97-98%, en los mixtos se estima entre un 70% y un 90% de rendimiento.

Además, existen los llamados reductores de velocidad de disposicíon epicicloidal, técnicamente son de ejes coaxiales y se distinguen por su formato compacto, alta capacidad de trasmisión de par y su extrema sensibilidad a la temperatura.

Las cajas reductoras suelen fabricarse en fundición gris dotándola de retenes para que no salga el aceite del interior de la caja.

Características de los reductores

* Potencia, en Kw o en Hp, de entrada y de salida.
* Velocidad, en RPM, de entrada y de salida.
* Velocidad a la salida.(RPM)
* Relación de transmisión[22]
* Factor de seguridad o de servicio (Fs)
* Par transmitido (Mn1- Eje rápido) (Mn2-Eje lento)

Mecanismo diferencial:
El mecanismo diferencial tiene por objeto permitir que cuando el vehículo dé una curva sus ruedas propulsoras puedan describir sus respectivas trayectorias sin patinar sobre el suelo. La necesidad de este dispositivo se explica por el hecho de que al dar una curva el coche, las ruedas interiores a la misma recorren un espacio menor que las situadas en el lado exterior, puesto que las primeras describen una circunferencia de menor radio que las segundas.

El mecanismo diferencial está constituido por una serie de engranajes dispuestos de tal forma que permite a las dos ruedas motrices de los vehículos girar a velocidad distinta cuando circulan por una curva. Así si el vehículo toma una curva a la derecha, las ruedas interiores giran más despacio que las exteriores, y los satélites encuentran mayor dificultad en mover los planetarios de los semiejes de la derecha porque empiezan a rotar alrededor de su eje haciendo girar los planetarios de la izquierda a una velocidad ligeramente superior. De esta forma provocan una rotación más rápida del semieje y de la rueda motriz izquierda.

El mecanismo diferencial está constituido por dos piñones cónicos llamados planetarios, unidos a extremos de los palieres de las ruedas y otros dos piñones cónicos llamados satélites montados en los extremos de sus eje porta satélites y que se engranan con los planetarios.

Una variante del diferencial convencional está constituida por el diferencial autoblocante que se instala opcionalmente en los vehículos todo-terreno para viajar sobre hielo o nieve o para tomar las curvas a gran velocidad en caso de los automóviles de competición.

Mecanismo Piñon-Cadena:
El mecanismo piñón cadena es un método de transmisión muy utilizado porque permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, que estén bastante separados. Es el mecanismo de transmisión que utilizan las bicicletas, motos, y en muchas máquinas e instalaciones industriales. También se emplea en sustitución de los reductores de velocidad por poleas cuando lo importante sea evitar el deslizamiento entre la rueda conductora y el mecanismo de transmisión (en este caso una cadena).

El mecanismo consta de una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido.
Juego de piñones de bicicleta.

Las cadenas empleadas en esta transmisión suelen tener libertad de movimiento solo en una dirección y tienen que engranar de manera muy precisa con los dientes de los piñones. Las partes básicas de las cadenas son: placa lateral, rodillo y pasador. Las ruedas dentadas suelen ser una placa de acero sin cubo (aunque también las hay de materiales plásticos).

Para la relación de transmisión valen las ecuaciones de las ruedas dentadas

Ventajas e inconvenientes

Este sistema aporta beneficios sustanciales respecto al sistema correa-polea, pues al emplear cadenas que engranan en los dientes de los piñones se evita el deslizamiento que se producía entre la correa y la polea. Presenta la gran ventaja de mantener la relación de transmisión constante (pues no existe deslizamiento) incluso transmitiendo grandes potencias entre los ejes (caso de motos y bicicletas), lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor rendimiento). Además, las cadenas no necesitan estar tan tensas como las correas, lo que se traduce en menores averías en los rodamientos de los piñones.

Presenta el inconveniente de ser más costoso, más ruidoso y de funcionamiento menos flexible, al no permitir la inversión del sentido de giro ni la transmisión entre ejes cruzados; además necesita una lubricación (engrase) adecuada.

Tornillo sin fin:
Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cruzan a 90º.

Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, sobre todo en grandes relaciones de transmisión y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero templado con el fin de reducir el rozamiento. Si este mecanismo transmite grandes esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado para matizar los desgastes por fricción.

El número de entradas de un tornillo sin fin suele ser de una a ocho. Los datos de cálculo de estos engranajes están en prontuarios de mecanizado.

Tornillo sin fin y corona glóbicos
Tornillo sin fin y corona glóbica.

Con el fin de convertir el punto de contacto en una línea de contacto y así distribuir mejor la fuerza a transmitir, se suelen fabricar tornillos sin fin que engranan con una corona glóbica.

Otra forma de distribuir la fuerza a transmitir es utilizar como corona una rueda helicoidal y hacer el tornillo sin fin glóbico, de esta manera se consigue aumentar el número de dientes que están en contacto.

Finalmente también se produce otra forma de acoplamiento donde tanto el tornillo sin fin como la corona tienen forma glóbica consiguiendo mejor contacto entre las superficies.

Mecanizado de coronas y tornillos sin fin

El mecanizado de las coronas de engranaje de tornillo sin fin se puede realizar por medio de fresas normales o por fresas madre. El diámetro de la fresa debe coincidir con el diámetro primitivo del tornillo sin fin con la que engrane si se desea que el contacto sea lineal. El mecanizado del tornillo sin fin se puede hacer por medio de fresas biocónicas o fresas frontales. También se pueden mecanizar en el torno de forma similar al roscado de un tornillo.

Para el mecanizado de tornillos sin fin glóbicos se utiliza el procedimiento de generación que tienen las máquinas Fellows.

ANÁLISIS DE FUERZAS INTERNAS

ANÁLISIS DE FUERZAS INTERNAS

Fuerzas Internas

Introducción
Hasta ahora se ha estudiado la parte del análisis estructural denominada mecánica donde se determina la
resultante y se averigua si esta en equilibrio o no. Si la resultante es nula el cuerpo esta en equilibrio estático,
condición general de las estructuras; si la resultante es diferente de cero, se suman las fuerzas inerciales para obtener
un equilibrio dinámico.
Por otra parte la rama denominada resistencia de materiales, establece las relaciones entre las cargas
aplicadas y los efectos en el interior de los elementos estructurales1 partiendo de los principios de la mecánica.

Definición
Para estudiar los efectos de las cargas aplicadas, es necesario conocer la magnitud de las fuerzas internas. Las
fuerzas internas son las que están en el interior de los elementos y son las que mantienen unidas todas las partes del
cuerpo (Beer y Johnston, 1979; Singer y Pytel, 1982,).

Formas de estudio
La forma de obtener las fuerzas internas representa de forma global el procedimiento típico del análisis
estructural, importante tener siempre en cuenta para cualquier estudio de un sistema estructural.
Primero se aísla el elemento o miembro de una disposición particular de elementos estructurales. Sobre este se
indica todas las fuerzas aplicadas y reacciones que actúan sobre él2. Esta indicación de fuerzas se denomina
diagrama de cuerpo libre del elemento.

Figura 1. Plano de corte perpendicular (Nota: Según Resistencia de materiales. (p. 2), por Singer, F. y Pytel, A.
1982. México, D.F., México: Harla, s.a. de c.v.)

En el punto en que se desee la magnitud del esfuerzo se hace pasar un plano de corte perpendicular al eje del
cuerpo, y parte de éste, a uno u otro lado de la sección, se separa completamente (véase Figura 1).
En la sección que se investiga se determina el sistema de fuerzas internas necesario para mantener en
equilibrio la parte aislada del elemento.
Una vez resuelto en forma apropiada el sistema de fuerzas que actúa en la sección, las fórmulas establecidas
permitirán determinar los esfuerzos en la sección considerada.
Si se sabe la magnitud del esfuerzo máximo en una sección, se podrá especificar el material apropiado para
ella; o, recíprocamente, si se conocen las propiedades físicas de un material, es posible seleccionar un elemento del
tamaño adecuado.

En algunos otros problemas, el conocimiento de la deformación en una sección arbitraria de un elemento,
originada por las fuerzas internas, permitirá predecir la deformación de la estructura en conjunto y, por tanto, si fuera
necesario, diseñar elementos que no se flexionen o comben excesivamente. (Popov, 1996)

Planos de estudio
El efecto interno depende de la elección y orientación de la sección a estudiar. En general se estudia el plano
XY donde desaparecen tres componentes y queda P, V, M.
Si se orienta un plano de forma tal que se elimine el corte y la resultante sea perpendicular al plano, el efecto
de tensión obtenido es el máximo; esta fuerza es la que en resistencia de materiales se estudia para que la estructura
resista los efectos internos máximos a cualquier combinación de cargas. Conseguir esta orientación del plano es
difícil de lograr, por lo tanto se analizan en planos colocados en la perpendicular al eje del elemento en cualquier
sección (Singer y Pytel, 1982).

Notación y componentes
El primer subíndice indica el plano sobre la que actúa la fuerza y el segundo la dirección de cada una.

Figura 2. Componentes de fuerzas internas (Nota: Según Resistencia de materiales. (p. 3), por Singer, F. y
Pytel, A. 1982. México, D.F., México: Harla, S.A. de C.V.)


Las componentes según el esquema de la Figura 2 son:
Fuerza Axial (Pxx): realiza la acción de tirar y se representa por la fuerza de tracción (tendencia al
alargamiento) y de compresión (tendencia a acortarlo). Se simboliza por P (véase Figura 2).

Valores máximos y mínimos del Efecto Coriolis.

Valores máximos y mínimos del Efecto Coriolis.

Los físicos han definido el valor y la dirección de la aceleración a que se ve sometido un cuerpo que se se mueve respecto a un sistema de referencia que gira. Esta aceleración da lugar a una fuerza ( F= m·a) que, como no surge de una interacción, es una fuerza virtual (como la que aparece sobre un pasajero cuando el autobús (sistema de referencia móvil) acelera o frena (fuerzas inerciales).

La fórmula para calcular la a usa el producto vectorial de W ^ V y es a = 2W^V donde W es el vector de rotación de la Tierra y V la velocidad del objeto respecto a la Tierra. Este producto tiene unas reglas diferentes de la multiplicación normal y dan al resultado no sólo un valor para a, sino también una dirección. El valor viene dado por a = 2·w·v sen q , siendo q el ángulo que forman W y V. Si un objeto se mueve en la misma dirección que el vector que se asigna al giro de la Tierra q= 0, y se sen q= 0.

Veamos algunos casos de cuerpos que se mueven en la superficie de la Tierra.
(recuerda que W es el vector rotación de la Tierra y V la velocidad del objeto).






a) Si un objeto cae hacia la superficie en el Polo de la Tierra, su dirección coincide con la dirección del vector rotación de la Tierra y la aceleración sobre él es cero.


Al caer en el Ecuador su aceleración es máxima y su dirección perpendicular a W y V y hacia la derecha de la dirección de caída. Tiene una componente máxima de desviación hacia la derecha.


b)Un objeto que se mueve horizontalmente sobre la Tierra sufre, según el lugar en que lo haga, diferentes aceleraciones de Coriolis.
Si el viento se mueve en el plano horizonte sobre la superficie de la Tierra:
Para un viento en el Polo Norte, con un movimiento inicial en cualquier dirección, comprobamos que ésta siempre es perpendicular a w. Por lo tanto estará sometido a una aceleración de Coriolis máxima con una dirección perpendicular a W y V y sentido que lo curva hacia la derecha (regla del sacacorchos: abatir w sobre v).

En el Ecuador, salvo que se muevan en la dirección norte-sur, o sur-norte, en cuyo caso a es cero, en los demás casos el valor del aceleración es máximo, pero como está dirigida perpendicular a W y V, desviará el viento en el plano vertical.
Por lo tanto en el Ecuador la aceleración de Coriolis no desvía, ni a la derecha ni a la izquierda, el movimiento del viento en el plano horizontal .
En este sentido el valor de la aceleración de Coriolis que actúa en la desviación del viento en el Hemisferio Norte a la derecha se hace cero en el Ecuador.

Cómo influye la rotación de la Tierra en los vientos: E.Coriolis

Cómo influye la rotación de la Tierra en los vientos: E.Coriolis


La rotación de la Tierra ejerce un efecto sobre los objetos que se mueven sobre su superficie que se llama "Efecto Coriolis".
En el Hemisferio Norte este efecto curva su dirección de movimiento hacia la derecha.

Cuando un objeto inicia un movimiento apuntando en una dirección en el Hemisferio Norte, sea cual sea esa dirección, la trayectoria real resulta curvada hacia la derecha respecto a la dirección inicial. Esto es debido a que la Tierra gira de Oeste a Este.
Cuando se dispara con un cañón de largo alcance, en el momento de apuntar, hay que tener en cuenta este efecto. Con un cañón que alcance 40 km, el punto de impacto se desviará a la derecha de la dirección en que apuntamos. Sin ningún tipo de viento que desvíe la bala, caerá unos cuantos metros a la derecha debido a la rotación de la Tierra.





Dicen los libros que cuando se vacía el lavabo, recipiente ancho y con poco fondo, el agua se desplaza hacia el sumidero central horizontalmente y que, debido al efecto Coriolis, el agua gira en sentido contrario a las agujas del reloj en el Hemisferio Norte y justo en sentido contrario en el Sur. Compruébalo. La experiencia es difícil de realizar porque puede venir influida por rotaciones iniciales inducidas por agitación. A lo mejor compruebas que en tu lavabo no gira en ningún sentido. ¿Se deberá a que el agua se vacía muy rápido y no da tiempo a que la aceleración de Coriolis la haga rotar? ¿Se observaría el efecto con un orificio de salida menor? Investiga siempre que puedas con tus propias experiencia lo que te dicen. Busca información en la RED.

Un objeto que se mueve horizontalmente en cualquier dirección y sobre la superficie terrestre en la zona del Polo, lo hace en una dirección siempre perpendicular a la velocidad angular de la Tierra. En consecuencia, la aceleración de Coriolis (a = 2w^V) que se ejerce sobre él tiene un valor máximo a = 2W·Vsen Q, su dirección es perpendicular a V y su sentido hacia la derecha del avance del cuerpo (tiende a torcer la dirección de avance hacia la derecha). A medida que nos alejamos del Polo hacia el Ecuador la dirección y el valor de a cambia por formar el plano del horizonte y W distintos ángulos.
En el Ecuador el valor de la componente de la aceleración de Coriolis, que desvía los movimientos en la superficie hacia la derecha de su sentido de avance, es cero (para movimientos en el plano horizontal). Esto ocurre cualquiera que sea la dirección del movimiento (sólo deja de cumplirse en una dirección). En cuanto nos alejamos del Ecuador hacia el Polo Norte aparece una componente de giro hacia la derecha que va aumentando a medida que nos acercamos al Polo.

El efecto de Coriolis

El efecto de Coriolis

-La fuerza de Coriolis o efecto de Coriolis, fue descrita por el científico francés Gaspard-Gustave Coriolis, en 1835.

-Se trata de la fuerza producida por la rotación de la Tierra en el espacio, que tiende a desviar la trayectoria de los objetos que se desplazan sobre la superficie terrestre; a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda, en el sur.

-Esta fuerza no sólo aparece durante la rotación de la Tierra sino, en general, para cualquier objeto con masa que se desplaza a una determinada velocidad sobre otro objeto en rotación.

-La fuerza de Coriolis tiene un importante papel en los patrones metereológicos, donde afecta predominantemente a los vientos y al sentido de rotación de las tormentas, así como a la dirección de las corrientes oceánicas.

-El efecto Coriolis debe ser considerado en astronomía y en dinámica estelar, donde afecta a fenómenos tales como el sentido de la rotación de las manchas solares.

-Las trayectorias de aviones, proyectiles de artillería y misiles también deben considerar el efecto Coriolis bajo riesgo de cometer significativos errores.

-Es común ver descrita la fuerza de Coriolis como “parece como si una fuerza está actuando sobre el objeto, pero realmente no hay ninguna fuerza real actuando sobre el objeto”.