Graficamos 10 eventos (desacelerando de 120 a 70 Km/hr) para incrementar la temperatura del disco de acuerdo al procedimiento de evaluación, se obtienen los siguientes resultados.
Tabla 4.3 Temperatura del disco y variación de torque de frenado.
Comportamiento de Frenado. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 0 2 4 6 8 10 12 Eventos T e m p e ra tu ra D is c o / T o rq u e d e F re n a d o 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 M u Temperatura Disco *C BTV N-m Mu
Figura 4.5 Gráfica de en función de la temperatura del disco.
Podemos notar la dependencia del coeficiente de fricción con el incremento de temperatura en el disco así como la variación del torque de frenado al disminuir el
Evaluando virtualmente la frecuencia natural del mismo disco con ventilas radiales rectas (SRV), tenemos los siguientes resultados. A una temperatura inferior de 300 oC,
se puede observar que los impulsos en el nudillo de la suspensión son del orden de 0.2 g's de aceleración. Lo que significa que el disco no se deforma e incrementa su espesor por el efecto térmico.
Figura 4.6 Frecuencia natural del discoSRV en función de la temperatura < 300 oC.
Sin embargo, evaluando virtualmente la frecuencia natural del mismo disco con ventilas radiales rectas (SRV) después de 10 eventos, incrementando su temperatura superior a 300 oC, se puede observar que los impulsos en el nudillo de la suspensión son del orden de 0.9 g's de aceleración. Lo que significa que el disco se deforma e incrementa su espesor por el efecto térmico. Transmitiendo estos impulsos a los componentes de la suspensión y por consecuencia al sistema de dirección.
Figura 4.7 Gráfica SRV en función de la temperatura > 300 oC.
De acuerdo a los análisis virtuales realizados por medio del software Fluent, se puede simular los comportamientos a diferentes temperaturas en el disco, evidenciando el incremento de temperatura a lo largo del tiempo y por consecuencia el cambio en su diámetro nodal por la saturación térmica que se somete el disco, induciendo cambios de torque de frenado y por consecuencia impulsos a lo largo de la estructura del vehiculo.
Siguiendo los impulsos generados por la deformación del disco a los componentes de la suspensión a una temperatura mayor de 300 o C, podemos apreciar como son
reflejados en el volante a un orden de 8 g's de aceleración, lo que causa que el volante del vehículo oscile, siendo este el problema reportado por el conductor.
Figura 4.8 Gráfica SRV en el Volante en función de la temperatura > 300 oC.
Este trabajo pretende hacer un estudio numérico sobre el coeficiente de convección, usando la ley de enfriamiento de Newton, incrementando básicamente el flujo de aire a lo largo de las ventilas debido al cambio de su viscosidad e Inercia por el gradiente de temperatura (Número de Reynolds), Induciendo a convección forzada el flujo del fluido en la succión del disco (Número de Nusselt), y en la disminución de la capa límite (Número de Prandtl) para aumentar la transferencia de calor por convección.
El efecto en la geometría del disco es de gran importancia en el flujo de aire que pasa sobre el, ya que ahí se realiza la transferencia de calor por convección a diferentes configuraciones y velocidades.
A continuación se estudiaran virtualmente seis propuestas de configuración de ventilas para incrementar el flujo de aire y por consecuencia la disipación por convección, SRV (Ventila Radial Recta), TRV (Ventila Radial Delgada), MTRV (Ventila Radial Delgada Modificada), CP (Pilares Circulares), DP (Pilares Diagonales), MDP (Pilares Diagonales Modificados).
La Geometría del Disco en la entrada y salida de la ventila fueron seleccionadas de igual manera para todas las configuraciones, para evaluar solamente el desempeño de las configuraciones de ventilas con respecto al flujo de aire, sin dejar de mencionar que la geometría en la entrada y salida es de vital importancia para generar el gradiente de presión (Succión) debido a la velocidad centrifuga e incrementar el flujo a lo largo del disco.
La figura 4.9 muestra los diferentes tipos de configuraciones evaluadas virtualmente en los discos.
Utilizando los mismos valores anteriormente calculados para la ecuación 4.17, simplemente cambiando el área para cada configuración, podemos simular virtualmente el coeficiente de convección, obteniendo los valores de la tabla 4.3
Tabla 4.4 Coeficiente de convección promedio para cada configuración de disco.
De esta manera, simularemos virtualmente la configuración MTRV (Ventila Radial Delgada Modificada) en lugar de la actual SRV (Ventila Radial Recta) por tener el coeficiente de convección mayor, obteniendo los siguientes resultados. A una temperatura inferior de 300 oC, podemos observar que los impulsos en el nudillo de la suspensión son del orden de 0.1 g de aceleración en el primer orden. Lo que significa que el disco no se deforma ni incrementa su espesor por el efecto térmico.
Figura 4.11 Gráfica MTRV en función de la temperatura < 300 oC.
De igual manera, simulando virtualmente la configuración MTRV (Ventila Radial Delgada Modificada) en lugar de la SRV (Ventila Radial Recta) después de 10 eventos para incrementar su temperatura superior a los 300 oC, se puede observar que los impulsos en el nudillo de la suspensión son del orden de 0.25 g's de aceleración. Lo que significa que el disco no se deforma ni incrementa su espesor por el efecto térmico.
Figura 4.12 Gráfica MTRV en función de la temperatura > 300 oC.
De acuerdo a la figura 4.12 podemos notar que la transferencia de calor por convección en la configuración MRTV es mayor, por lo tanto, disipa calor mucho mas rápido al haber incrementado su coeficiente de convección de 49.39 a 57.69 W/m2 K.
Siguiendo los impulsos generados a una temperatura mayor de 300 o C por la configuración MTRV a los componentes de la suspensión y por último en el volante, en un orden de 0.5 g's de aceleración.
Figura 4.13 Gráfica MTRV en el volante en función de la temperatura > 300 oC.
De acuerdo a la figura 4.13, podemos apreciar como los impulsos en el volante disminuyen drásticamente hasta un valor de 0.5 g's de aceleración con respecto a 8 g's de aceleración para la configuración SRV. Lo que resuelve el problema de causa raíz en las vibraciones del disco transmitidas a la suspensión y estructura del vehiculo.