Análisis teórico y práctico de las consecuencias del cepillado del cabezote de un motor inyección electrónica a gasolina modelo 1997 volkswagen vento de 4 cilindros en línea 2.0 cc.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

“ANÁLISIS TEÓRICO Y PRÁCTICO DE LAS

CONSECUENCIAS DEL CEPILLADO DEL CABEZOTE DE UN

MOTOR INYECCIÓN ELECTRÓNICA A GASOLINA MODELO

1997 VOLKSWAGEN VENTO DE 4 CILINDROS EN LÍNEA 2.0

CC.”

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ

FREDDY RAFAEL ESPÍN ESPÍN

DIRECTOR DE TESIS: ING. MILTON REVELO

DECLARACIÓN

Yo Freddy Rafael Espín Espin, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

_________________________

Freddy Rafael Espín Espín

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Análisis teórico y práctico de las consecuencias del cepillado del cabezote de un Motor Inyección Electrónica a Gasolina Modelo 1997 Volkswagen Vento de 4 Cilindros en línea 2.0 CC.”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Freddy Rafael Espín Espín, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.

___________________

Ing. Milton Revelo

DIRECTOR DEL TRABAJO

DEDICATORIA

Esta tesis se la dedico a Dios quién supo guiarme por el buen camino, darme fuerzas para seguir adelante y no desmayar en los problemas que se presentaban, enseñándome a encarar a los problemas sin perder nunca la dignidad ni desfallecer en el intento. Nunca me voy a cansar de agradecer a Dios por haberme permitido tener la familia que tengo, por haberme brindado dos padres en la vida y una maravillosa madre.

A mi familia quienes por ellos soy lo que soy. Para mis padres Joaquín Espín y Josefina Espín por su apoyo, consejos, comprensión, amor, ayuda en los momentos difíciles, y por ayudarme con los recursos necesarios para estudiar. Me han dado todo lo que soy como persona, mis valores, mis principios, mi carácter, mi empeño, mi perseverancia, mi coraje para conseguir mis objetivos.

A mi hermano Ing. Jorge Espín que es mi segundo padre q no me alcanzara la vida para agradecer todo lo que ha hecho por mí ya que gracias a él soy lo q soy. A mis hermanos Sandra Espín y Carlos Espín por estar siempre presentes, acompañándome y brindándome su apoyo para poderme realizarme como persona.

A mis hermanos Fernando Espín y David Cruz que son mis amigos incondicionales que siempre estuvieron ahí en las buenas y en las malas, y que nunca se olviden la promesa que hicimos que si salimos uno salimos todos.

A mi novia la cual me ayudo a culminar la tesis con su apoyo y ganas de salir adelante.

AGRADECIMIENTO

El presente trabajo de tesis primeramente me gustaría agradecerte a Dios por bendecirme, para llegar a alcanzar una de mis metas que tenía proyectada y realizar un sueño anhelado.

A la UNIVERSIDAD Tecnológica Equinoccial por darme la oportunidad de estudiar y ser un profesional. A mi director de tesis, Ing. Milton Revelo por su esfuerzo y dedicación, quien con sus conocimientos, su experiencia, su paciencia y su motivación ha logrado un buen trabajo ya que en conjunto hemos logrado terminar esta tesis y culminar mis estudios con éxito.

También me gustaría agradecer a mis profesores durante toda mi carrera profesional porque gracias a ellos por su esfuerzo, paciencia y su vocación de enseñar sus conocimientos, han aportado con un granito de arena a mi formación profesional.

En fin son muchas las personas que han formado parte de mi vida profesional a las que les encantaría agradecerles por su amistad, consejos, apoyo, ánimo para salir adelante en la vida. A todas estas personas quiero darles las gracias por formar parte de mí carrera, por todo lo que me han brindado y por todas sus bendiciones.

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN ... xi

ABSTRACT ... xii

1. INTRODUCCIÓN ... 1

2. MARCO TEORICO ... 3

2.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS ... 3

2.2 MOTOR CICLO OTTO ... 4

2.3 LINEA DE VEHICULOS VOLKSWAGEN ... 6

2.3.1 HISTORIA ... 6

2.3.2 MOTORES DE VOLKSWAGEN... 10

2.3.3 MOTOR A GASOLINA VOLKSWAGEN 2000AP. ... 12

2.3.3.1 Sensores del motor Ap2000 ... 14

2.4.1 ESPECIFICACIONES GENERALES ... 16

2.4.2 ESPECIFICACIONES DE CONDUCCIÓN... 17

2.4.3 ESPECIFICACIONES DEL COMBUSTIBLE DEL MOTOR ... 17

2.4.4 ESPECIFICACIONES DEL RENDIMIENTO ... 18

2.4.5 ESPECIFICACIONES DEL CHASIS ... 19

2.4.6 ESPECIFICACIONES DE TRANSMISIÓN ... 19

2.4.7 ESPECIFICACIONES DE PESOS ... 20

2.4.8 ESPECIFICACIONES DE EQUIPAJE / CARGO ... 21

2.4.9 ESPECIFICACIONES DEL EXTERIOR TAMAÑOS ... 21

2.5 REGLAJE DEL MOTOR A GASOLINA ... 22

2.5.1 RELACIÓN DE COMPRESIÓN (RC) ... 23

2.5.2 VELOCIDAD DEL PISTÓN ... 25

2.5.3 TIPO DE MOTOR EN MEDIDA DE CARRERA Y DIÁMETRO 26 2.5.4 POTENCIA DEL MOTOR... 28

2.5.5 PAR MOTOR ... 28

2.5.6 CURVAS CARACTERÍSTICAS PAR/MOTOR Y POTENCIA .. 30

2.5.7 NUMERO DE REVOLUCIONES DEL MOTOR... 31

2.5.8 CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLE ... 31

2.5.10 DINAMÓMETRO ... 34

2.5.10.1 Tipos ... 35

2.6 CEPILLADO DE CABEZOTE ... 37

2.6.1 VENTAJAS... 38

2.6.2 DESVENTAJAS ... 38

2.7 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS A DESARROLLAR... 39

2.7.1 PARÁMETROS DEL CABEZOTE ... 39

2.7.1.1 Volumen de cámara de combustión ... 39

2.7.1.2 Posición válvulas ... 40

2.7.1.3 Sistema de guías y seguro de válvulas ... 41

3. METODOLOGÍA... 43

3.1 MÉTODOS ... 44

3.1.1 MÉTODOS TEÓRICOS ... 44

3.1.2 MÉTODOS EMPÍRICOS ... 44

3.2 ANALISIS DE SELECCIÓN DE VEHICULO... 45

3.3 RELACIÓN DE POTENCIA DEL MOTOR ... 45

4. ANALISIS DE RESULTADOS ... 46

4.1 CALCULO ANTES DE REALIZAR EL PROCEDIMIENTO. ... 46

4.1.1 RENDIMIENTO TERMICO... 48

4.2 PROCEDIMIENTO PRÁCTICO REALIZADO... 48

4.2.1 PRUEBA DE DINAMÓMETRO 1 ... 49

4.2.2 DESMONTAJE... 50

4.2.3 REGLAJE DEL CABEZOTE... 51

4.2.4 MAQUINADO ... 54

4.2.4.1 Cepillado... 54

4.2.4.2 Limpieza de cabezote ... 55

4.2.5 MONTAJE ... 55

4.2.6 PRUEBA DE DINAMOMETRO 2 ... 56

4.3 CALCULOS DESPUES DEL TRABAJO REALIZADO... 57

4.3.1 RENDIMIENTO TERMICO... 58

4.4 ANALISIS DE PRUEBAS REALIZADAS EN EL VEHICULO... 59

4.5 DATOS OBTENIDOS PREVIO AL MAQUINADO ... 60

4.6 DATOS DEL CEPILLADO REALIZADO ... 62

4.7 ANÁLISIS Y COMPARACIÓN DE DATOS OBTENIDOS ... 63

4.8 ANÁLISIS DE COSTOS ... 67

4.9 ANÁLISIS FINAL ... 70

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 71

5.1 CONCLUSIONES ... 71

5.2 RECOMENDACIONES... 72

GLOSARIO... 73

BIBLIOGRAFÍA ... 80

ÍNDICE DE FIGURAS

Página

Figura 1.Motor preparado. 3

Figura 2.Ciclo de motores Otto. 5

Figura 3.Primeras imágenes del famoso Escarabajo. 6

Figura 4.Prototipo de Volkswagen 8

Figura 5.Volkswagen Golf Gti. 9

Figura 6.Motor Ap 2.0 9

Figura 7.Motor Enfriado por aire, mismo que se fabricó hasta 1999 10

Figura 8.Motor Ap 2.0 13

Figura 9.Motor Ap 2.0 14

Figura 10.Sensores y Actuadores motor Volkswagen Ap 2.0 15

Figura 11.Vehículo a desarrollar trabajo de titulación. 16

Figura 12.Motor de combustión interna, vista de las partes 22

Figura 13.Relación de compresión 23

Figura 14.Perspectiva de las cargas del motor 25

Figura 15.Tipos de motores 26

Figura 16.Representación del par motor. 29

Figura 18.Curvas características del motor 33

Figura 19. Ejemplo de Dinamómetro de rodillos. 34

Figura 20.Ejemplo de dinamómetro de banco 35

Figura 21.Dinamómetro de banco accionado por freno 36

Figura 22.Dinamómetro de rodillo 36

Figura 23.Cepillado de motor, efectuado con fresa especial. 37

Figura 24.Ejemplo de cámara de combustión. 40

Figura 25.Ejemplos de posición de las válvulas en la culata. 40

Figura 26.Sistema de propulsores Mecánicos. 41

Figura 27.Sistema de propulsores hidráulicos 41

Figura 28.Ingreso del vehículo a las instalaciones. 49

Figura 29.Alineación del vehículo en el dinamómetro 49

Figura 30.Medición de dinamómetro 50

Figura 31.Desarmado de cabezote 50

Figura 32.Desarmado de cabezote, extracción de árbol de levas. 51

Figura 33.Cabezote listo para realizar mediciones y maquinado. 51

Figura 34.Medición de superficie plana. 52

Figura 35.Llenado con líquido para calcular cubicado. 52

Figura 37.Llenado con bureta, de cavidad, ejemplo. 53

Figura 38.Cepillado de cabezote, de acuerdo a las mediciones realizad 54

Figura 39.Limpieza definitiva de cabezote. 55

Figura 40.Montaje de cabezote. 55

Figura 41.Pruebas dinamométricas para obtener resultados. 56

Figura 42.Nueva medida y segunda prueba. 56

Figura 43.Medición de cámara de compresión 60

Figura 44.Trabajo en toberas. Gran desprendimiento de limadura. 62

Figura 45.Apertura de válvula de escape 62

ÍNDICE DE TABLAS

Página

Tabla 1.Especificaciones generales 17

Tabla 2.Especificaciones de conducción. 17

Tabla 3.Especificaciones de combustible. 18

Tabla 4.Especificaciones de rendimiento. 18

Tabla 5.Especificaciones de chasis. 19

Tabla 6.Especificaciones de la transmisión. 20

Tabla 7.Especificaciones de peso 20

Tabla 8.Especificaciones de equipaje 21

Tabla 9.Especificaciones de tamaño 21

Tabla 10.Datos obtenidos por el fabricante. 65

Tabla 11.Datos obtenidos antes del maquinado 66

Tabla 12.Datos obtenidos después del maquinado. 66

Tabla 13.Perdida de potencia en relación a la altura en metros 67

Tabla 14.Análisis de costos del trabajo realizado. 68

Tabla 15. Costos de repuestos nuevos. 68

ÍNDICE DE ANEXOS

Página

Anexo 1.

Medición de cabezote, toberas iniciales 84

Anexo 2.

Estado final del Cabezote, toberas trabajadas 85

Anexo 3.

Medida de cámara de combustión inicial con Jeringas 86

Anexo 4.

Calibración de fresadora con reloj palpador 87

Anexo 5.

Cambio de empaques de cabezote, se aprecia el estado 88

Anexo 6.

Rearmado de cabezote en el block se puede apreciar el apriete 89

Anexo 7.

RESUMEN

El siguiente trabajo de titulación, busco demostrar a los lectores la ingeniería detrás de un trabajo de preparado de una pieza fundamental en el motor, como es la culata del motor conocida por lo general como cabezote.

El principal problema de la investigación se detalló como el análisis de las consecuencias del cepillado del cabezote y saber cuál es el aumento de potencia y verificar cuales son las ventajas y las desventajas del cepillado para el motor.

Específicamente se realizó un estudio teórico de la reducción de la culata para obtener los datos del aumento de la potencia, luego se va a determinar parámetros iniciales del motor y saber cuál es el estado inicial del motor antes del trabajo a realizar siguiendo con una comparación de datos teóricos con prácticos de la reducción de la culata mediante parámetros que se obtenidos y se finalizara con un análisis de datos obtenidos recopilados antes y después del cepillado de la culata.

El motor de combustión interna hace posible la transformación de calor en trabajo mecánico.

Por tanto y con todos los conocimientos almacenados a lo largo de la carrera de Ingeniería Automotriz, se llegó a la conclusión que el trabajo era factible de proponer, por lo tanto, se buscó de una manera económica la forma de realizar esta tarea, con el simple hecho de esclarecer la realidad de una modificación vehicular.

ABSTRACT

The following work degree, I seek to show readers the engineering work behind prepared a cornerstone in the engine, such as the cylinder head usually known as headstock.

The main problem of the research was detailed as analysis of the consequences of brushing the headstock and know what the increased power and verify what are the advantages and disadvantages of brushing for the engine.

Specifically a theoretical study of the reduction of the stock was performed to obtain the data of increased power, then will determine initial parameters of the engine and know the initial state of the engine before the work to be performed according to a comparison of theoretical data with practical reduction of the stock by parameters obtained and ended with an analysis of data collected before and after brushing the head.

The internal combustion engine makes possible the transformation of heat into mechanical work.

Therefore, and with all the knowledge stored along the race Automotive Engineering, he concluded that the work was likely to propose, therefore, it is sought in an economical way how to perform this task, with the simply clarify the reality of a vehicle modification.

1. INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo de titulación, busca demostrar a los lectores la ingeniería detrás de un trabajo de preparado de una pieza fundamental en el motor, como es la culata del motor conocida por lo general como cabezote.

La operación de cepillado o de rectificado de la culata se realiza para reducir el volumen de la cámara de combustión y, por tanto, aumentar la relación de compresión. El aumento de la relación de compresión, dentro de límites aceptables, conduce al aumento de la potencia sin otras operaciones.

Entre el rebaje de la culata y el aumento de la relación de compresión existe una relación que varía en cada motor en función de la cámara de explosión y de su magnitud. Debe tenerse en cuenta que, si al rebajar la culata 1 mm la relación de compresión pasa, por ejemplo, de 8:1 a 9:1, al rebajar otro milímetro la relación de compresión no asciende a 10:1, sino que será mayor. Para la determinación exacta de la relación de compresión alcanzada, es necesario medir el volumen de la cámara de combustión cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior.

Esta operación se realiza con el pistón en el punto muerto superior y las válvulas perfectamente cerradas, pues de otro modo el fluido saldría de la cámara de combustión. Si el agujero de la bujía no es vertical, el llenado deberá efectuarse después de haber inclinado el motor de manera que tome una posición vertical.

Finalmente, debe señalarse que también la simple operación de cepillado de la culata, efectuada como consecuencia de la quema de la junta de culata, produce un aumento, aunque pequeño, de la relación de compresión.

El principal problema de la investigación se detalla como el análisis de las consecuencias del cepillado del cabezote y saber cuál es el aumento de potencia y verificar cuales son las ventajas y las desventajas del cepillado para el motor.

La justificación del siguiente proyecto se consideró como el aumento de potencia al cepillar el cabezote se da porque varia la relación de compresión y el volumen de la cámara, por ello se debe analizar el antes de el cepillado y el después del cepillado estudiando: el volumen de la cámara real del antes y después del trabajo realizado, verificar cual será la nueva relación de compresión, y analizar por medio de un dinamómetro cual es la consecuencia del cepillado y cuál fue el aumento de potencia.

El objetivo principal del trabajo de tesis se detalla de la siguiente manera: Análisis teórico y práctico de las consecuencias del cepillado del cabezote de un Motor Inyección Electrónica a Gasolina Modelo 1997 Volkswagen Vento de 4 Cilindros en línea 2.0 CC.

2. MARCO TEÓRICO

2.1

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

Figura 1.Motor preparado. (Mag, 2007)

El motor de combustión interna hace posible la transformación de calor en trabajo mecánico.

En el presente trabajo se va a demostrar la preparación de una parte tan importante como es el cabezote, a nivel mundial existen empresas que se dedican a realizar preparación de motores, en la figura 1, se puede apreciar un motor preparado en el momento que se lo coloca a la carrocería.

El primer motor de estas características se construyó en 1863, consumía gas de alumbrado y tan sólo era capaz de aprovechar el 3 % de la energía de la combustión. Desde entonces este motor no ha dejado de evolucionar, aunque sus principios básicos de funcionamiento se mantienen en la actualidad.

• Automóviles y motocicletas. • Camiones y autocares.

• Maquinaria agrícola y de obras públicas. • Locomotoras, barcos y pequeños aviones.

Además de otras múltiples aplicaciones:

• Generadores eléctricos, compresores, motobombas, cortacéspedes, motosierras, etc.

También llamado motor de explosión o motor de encendido provocado (MEP).

Consume generalmente una mezcla de aire y gasolina que se prepara en el exterior de la cámara de combustión. La mezcla se inflama por una chispa eléctrica que proporciona un sistema de encendido externo. Soporta presiones moderadas, por lo que sus componentes son ligeros y pueden alcanzar un alto número de revoluciones. Consiguen su potencia máxima entre 5.000 y 7.000 revoluciones por minuto (rpm).

Su volumen unitario oscila entre 250 y 500 cm3 por cilindro

Entre los colaboradores de Otto se encontraba Gottfried Daimler, quien sería el que en definitiva obtuviera el motor de gasolina.

2.2 MOTOR CICLO OTTO

comprimidos, provocando una chispa (tercera fase) y la posterior explosión.

Figura 2.Ciclo de motores Otto. (Ganesan, 2008)

En el último tiempo, el pistón sube nuevamente, expeliendo los gases de la combustión, en la figura 2, se aprecia el ciclo de una manera más detallada.

Daimler, al igual que otros investigadores que no alcanzaron su éxito, tomó conciencia de que el motor de gas de alimentación particularmente incómoda y volumen desmesurado, no constituía la solución adecuada, por lo que había que buscar otro sistema. Antes que él, el austríaco Siegfried Marcus construyó, en 1875, un motor lento de cuatro tiempos y dispositivo magnético de encendido. Infortunadamente para él y para el progreso de la técnica de esa época, su motor hacía un ruido tan estridente y desagradable al funcionar que las autoridades de Viena le prohibieron persistir en sus experimentos. (Barros & Barros, 2001)

ser utilizado con gran eficiencia en locomotoras y barcos. (Barros & Barros, 2001)

2.3 LÍNEA DE VEHÍCULOS VOLKSWAGEN

En el presente capítulo se explicara un poco de la trayectoria de la marca, desde sus inicios hasta sus más característicos modelos tanto en vehículos como en motores.

2.3.1 HISTORIA

Figura 3.Primeras imágenes del famoso Escarabajo. (Seume, 2001)

porqué su procedencia humilde lo hacía estar más cerca de los trabajadores que de los jefes, además el deseaba fabricar un coche económico, asequible a las masas y esto no encajaba con la filosofía elitista de los diversos fabricantes alemanes de la época, por este motivo pasó por diversas empresas.

En la figura 3, se puede diferenciar el escarabajo, ya en producción. El año 1930, Porsche fundó en Stuttgart su propio negocio, la Ing. hcF Porsche GmbH, con la intención de fabricar un coche pequeño y barato. Era una agencia de asesoramiento de diseño que se había de asociar con empresas fabricantes para subsistir, de esta manera recibió un encargo de la compañía de motocicletas Zündapp, que quería entrar en el mercado del automóvil, y de esta relación nació el Tipus 12, pero fue un fracaso por culpa del motor radial de cinco cilindros refrigerado por agua impuesto por Zündapp y la relación se acabó.

Porscheestaba de nuevo sin cliente y necesitaba alguien muy poderoso que patrocinase su proyecto y aquí es donde entró en juegoAdolf Hitlerque nos guste o no, sin él, el proyecto del Escarabajo no habría sido posible, y con toda seguridad es la única cosa que le podemos agradecer hoy a tan funesto personaje.

La propaganda nazi quería llegar también al mundo del automóvil y quería presentar al mundo el "Volksauto" (coche del pueblo) como un triunfo del pueblo alemán. Hitlerfue informado del proyecto del Tipo 32 por un antiguo compañero de Porsche en la Daimler-Benz llamado Jakob Werlin. Porsche viajó a Berlín y se reunió con Hitler, este tenía bastantes conocimientos automovilísticos y le dio algunas ideas propias de cómo habría que ser el "Volksauto".

familiar para 4 personas, con un motor refrigerado por aire, con un consumo de 7 litros cada 100 km y llegar a los 100 km/h.

Figura 4.Prototipo de Volkswagen (Rockbert, 2011)

Los ingleses decidieron instaurar la numeración de los modelos para diferenciarlos: el KdF-Wagen era el Tipo 1, se añadió una segunda numeración que identificaba el tipo de carrocería, el 1 era el sedán y el 5, el descapotable. En la figura 4, se aprecia un prototipo de Volkswagen que pertenece a la época de guerra.

El primer paso para retornar la fábrica a los alemanes se dio el 1 de enero de 1948 cuandoHeinrich Nordhofffue nombrado director general de Wolfsburg por recomendación del mayor Hirst y del coronel Radclyffe, responsables británicos hasta entonces.Nordhofffue el hombre clave para la consolidación definitiva de Volkswagen, pese a llegar en unos años difíciles como fueron los de la postguerra europea. El 6 de septiembre laVolkswagenwerk Gmbhpasó definitivamente a manos alemanas convirtiéndose en propiedad de la República Federal de Alemania

la compañía estaba a punto de quebrar en 1974 por la recesión mundial producto de la crisis del petróleo y porqué aún no se había encontrado un modelo totalmente nuevo y moderno que sustituyese al Escarabajo. Por el mes de mayo se anunció la producción de un nuevo modelo, el Golf que juntamente con el Polo salvaron a Volkswagen, después de tantos años era imposible sustituirlo por un modelo parecido, los nuevos modelos tenían el motor refrigerado por agua en la parte delantera.

Figura 5.Volkswagen Golf Gti. (Cservenka, 2008)

Aquí nació el nuevo motor de vw enfriado por agua, en el siguiente capítulo se explicara la transición de todos los motores

En la figura 5, se puede observar el Vw Golf, mismo que posee el motor 2.0 Ap, enfriado por agua, en la figura 6, se ve un ejemplo de motor Ap.

2.3.2 MOTORES DE VOLKSWAGEN

Figura 7.Motor Enfriado por aire, mismo que se fabricó hasta 1999 (Volkswagen 1200 , 2015)

que por su puesto Porsche ha marcado grandes pasos en la mecánica automotriz.

Si hay algo que ha hecho que el Volkswagen este catalogado como un buen carro la simple mecánica pero excelente en el rendimiento de su motor sus principales componentes son:

 Filtro de aire:Este es el encargado de filtrar todo el aire que entra al motor, con el fin de que no entren elementos perjudiciales para el motor como piedras, tierra o mugre.

 Carburador: El carburador es el encargado de crear la mezcla aire -combustible, para esto se encarga de inyectar el combustible en forma de pulverización, el combustible es empujado a la parte interna del motor debido a la fuerza que genera los cilindros, así mismo controla el volumen entrante del aire al motor por medio de una válvula llamada la mariposa, el aire se controla por medio del acelerador, entre más aire entre hay más mezcla y el motor acelerara más.

 Filtro de Gasolina: Este filtro se encarga de filtrar el combustible con el fin de que no entre ningún elemento dañino para el motor.

 Bomba de Gasolina: Es la encargada de regular el flujo de combustible con el fin que en el carburador siempre tenga la necesaria para el buen funcionamiento.

 Múltiple de admisión: Este hace que la mezcla de aire y gasolina llegue a los cilindros.

 Sistema de poleas:Polea de abajo la del cigüeñal y la más pequeña del alternador. Este sistema trabaja dando el giro de la polea del cigüeñal hacia la del alternador que al mismo tiempo está conectado a una turbina por esto este sistema tiene dos tareas permitir la carga eléctrica y el enfriamiento de nuestro motor.

 Bobina:Es la que hace que los voltios iniciales del carro (12 voltios) eleven a mucha más carga eléctrica entre 14 mil a 38 mil voltios toda esta energía es para distribuir en cada bujía del carro.

 Distribuidor:Este hace que las altas tenciones de la boina se distribuyan a las bujías en el momento correcto, para esto tiene varios sub componentes, los cuales son: platinos, condensador y sistema de avance de encendido.

Este motor es enfriado por aire, se conocía por ser la insignia de la marca, posteriormente se desarrolló el motor enfriado por agua, mismo que se explica a continuación.

2.3.3 MOTOR A GASOLINA VOLKSWAGEN 2000AP.

En la década de los 70 Volkswagen se encontraba en un momento de transición, tras una larga etapa de gloria del Escarabajo cuya popularidad, como es lógico, comenzaba lentamente a declinar. A partir de 1970, todos los esfuerzos de planificación se concentraron en el Golf, conocido en su etapa de desarrollo como proyecto EA 337. Tras solo cuatro años, en 1974, el vehículo estaba listo.

El nuevo coche con motor refrigerado por agua y tracción delantera tenía que reemplazar a uno de motor trasero refrigerado por aire que durante más de cuarenta años había sido un auténtico dogma de fe. Era una situación crítica, y mucha gente en Wolfsburg mostraba una indudable ansiedad ante el inminente lanzamiento.

Figura 8.Motor Ap 2.0 (Techtonics Tuning, 2015)

El motor base era de 1.1 litros con 50 CV de potencia. La segunda, con un litro y medio de cilindrada y 70 CV de potencia, superaba todas las prestaciones ofrecidas por el Escarabajo.

Paralelamente, ya se había seleccionado el motor a utilizar en el nuevo deportivo, mecánica que también estaba siendo considerada para su utilización en el Audi 80 GTE: Era el motor de cuatro cilindros con número de orden EA 827, al que se aumentó la cilindrada de 1.5 a 1.6 litros incrementando el diámetro de los pistones. También se modificó la culata y se le instaló el nuevo sistema Bosch K-Jetronic de inyección mecánica, modificaciones a través de las cuales se alcanzó una potencia de 110 CV

considerando la popularidad que llegaría a alcanzar el "recién nacido". (Arpem Networks,S.L., 2015)

Este motor, con diseño desarrollado por Ford y Volkswagen, ha sido utilizado en vehículos como el vw Golf, Jetta, Passat, Gol, Pointer entre otros.

Como se puede apreciar en las dos figuras 8 y9, el motor Ap2000, mantiene su diseño original, se puede determinar que lo único que ha cambiado en los años ha sido el tipo de alimentación de combustible y de igual manera, ha sufrido cambios por las normas internacionales medio ambientales.

Figura 9.Motor Ap 2.0 (Volkswagen, 2015)

2.3.3.1 Sensores del motor Ap2000

Figura 10.Sensores y Actuadores motor Volkswagen Ap 2.0 (Auto Mecanico, 2015)

La computadora, misma que se encarga de contralar la inyección, este vehículo cuenta con una computadora que recibe la información de cinco sensores los mismos que son:

 Sensor de cantidad de aire, medidor de flujo de aire.  Sensor de Oxigeno, ubicado en el múltiple de escape.

 Sensor de la mariposa del motor, mismo que se encuentra ubicado en el múltiple de admisión.

Y la computadora se encarga de controlar dos cosas

 El control de aire del ingreso o conocido como válvula IAC.  Inyectores, enviando pulsos eléctricos.

En el siguiente capítulo se va a estudiar el vehículo a utilizar en el presente trabajo.

2.4

DATOS ORIGINALES DEL VW VENTO 2.0 CC

2.4.1 ESPECIFICACIONES GENERALES

El vehículo a estudiar se aprecia en la figura 11, sus datos se detallan en el presente capitulo, en las tablas a continuación.

Tabla 1.Especificaciones generales

Coche tipo de cuerpo Sedán

Puertas 4

Transmisión 5 s., manual

Número de asientos de coche 5

Fecha de lanzamiento 1994

Fecha de finalización 1997

En la siguienteTabla 1se detallan las especificaciones generales del tipo de vehículo usado para la presente tesis.

2.4.2 ESPECIFICACIONES DE CONDUCCIÓN

En la siguienteTabla 2se detallan las especificaciones de conducción, el tipo de combustible y la potencia del vehículo.

Tabla 2.Especificaciones de conducción.

Rueda de coche Frente

Combustible Gasolina

Potencia total máxima 85 Kw (115 Cv)

Total de par máximo 166 Nm

2.4.3 ESPECIFICACIONES DEL COMBUSTIBLE DEL MOTOR

Tabla 3.Especificaciones de combustible.

Cilindros 4

Válvulas por cilindro 2

Capacidad 1984 cc

Diámetro x carrera 82,5 x 92,8 mm Relación de compresión 10,0:1

Potencia máxima 85 kW (115 cv)

Potencia máxima RPM 5400 rpm

Par máximo 166 Nm

Par máximo RPM 3200 rpm

Sistema de combustible Multipoint inyección

Tipo de motor ohc

Turbo No

Catalizador Regular

Depósito de combustible 55 l

2.4.4 ESPECIFICACIONES DEL RENDIMIENTO

En la siguienteTabla 4se detallan las especificaciones del vehículo.

Tabla 4.Especificaciones de rendimiento.

Velocidad máxima 198 km/h

Aceleración 0-100 km / h: 10,6 s

El consumo urbano 11,2 l/100km

Km Consumo urbano 1 op 8,9

Extra-urbano consumo 6,3 l/100km Consumo extraurbano kilómetros 1 op 15,9

Km Consumo Promedio 1 op 12,3

Emisión deCO2 200km

2.4.5 ESPECIFICACIONES DEL CHASIS

En la siguienteTabla 5se detallan las especificaciones del chasis.

Tabla 5.Especificaciones de chasis.

Suspensión delantera Independiente, McPherson

Suspensión trasera Semi-independiente

Suspensión delantera Muelles helicoidales

Suspensión trasera Muelles helicoidales

Estabilizadora delantera Sí

Estabilizador trasero Sí

Rompe delanteros Disco ventilado

Roturas posteriores Disc

Neumático 185/60HR14

Diámetro de giro 10,7 m

2.4.6 ESPECIFICACIONES DE TRANSMISIÓN

Tabla 6.Especificaciones de la transmisión.

Engranaje 1:3,45:1

Engranaje 2:1,94:1

Engranaje 3:1,29:1

Engranaje 4:0,97:1

Engranaje 5:0,80:1

Marcha atrás: 3,17:1

2.4.7 ESPECIFICACIONES DE PESOS

En la siguiente Tabla 7 se detallan las especificaciones de los diferentes pesos del vehículo.

Tabla 7.Especificaciones de peso

Masa en vacío 1095 kg

Max. Capacidad de carga 535 kg

Max. Masa admisible 1630 kg

Max. Masa del remolque con freno 1 200 kg

Max. Masa del remolque sin frenos 500 kg

Max. Carga de apoyo 50 kg

2.4.8 ESPECIFICACIONES DE EQUIPAJE / CARGO

En la siguiente Tabla 8 se detallan las especificaciones del equipaje del vehículo.

Tabla 8.Especificaciones de equipaje

Capacidad del maletero 500-885 l

Longitud min. / Max 1140 mm /

-2.4.9 ESPECIFICACIONES DEL EXTERIOR TAMAÑOS

En la siguiente Tabla 9 se detallan las especificaciones de tamaño exterior del vehículo usado en la presente tesis.

Tabla 9.Especificaciones de tamaño

Longitud 4380 mm

Ancho 1695 mm

Altura 1415 mm

Distancia entre ejes 2475 mm

2.5 REGLAJE DEL MOTOR A GASOLINA

Figura 12.Motor de combustión interna, vista de las partes (Meganeboy, 2015)

Las distintas medidas o dimensiones de un motor, teóricamente se pueden apreciar en la figura 12, y se describen a continuación:

 Punto muerto superior (PMS): es cuando el pistón en su movimiento alternativo alcanza el punto máximo de altura antes de empezar a bajar.  Punto muerto inferior (PMI): es cuando el pistón en su movimiento

alternativo alcanza el punto máximo inferior antes de empezar a subir.  Diámetro o calibre (D): Diámetro interior del cilindro (en mm).

 Carrera(C): Distancia entre el PMS y el PMI (en mm).

 Volumen de la cámara de combustión (v): Volumen comprendido entre la cabeza del pistón en la posición PMS y la culata. Comúnmente, es expresado en c.c. (centímetros cúbicos). (Meganeboy, 2015)

2.5.1 RELACIÓN DE COMPRESIÓN (RC)

Es la relación que existe entre la suma de volúmenes (V + v) y el volumen de la cámara de combustión. Este dato se expresa como el siguiente ejemplo: 10,5/1. La relación de compresión (Rc) es un dato que nos lo da el fabricante, no así el volumen de la cámara de combustión (v) que lo podemos calcular por medio de la fórmula de la (Rc).



La Rc para motores Otto (gasolina) viene a ser del orden de 8 - 11/1. Para motores sobrealimentados la relación de compresión es menor.



La Rc para motores Diésel viene a ser del orden de 18 - 22/1.

Figura 13.Relación de compresión (Meganeboy, 2015)

diez veces para reducirse al tamaño de la cámara de combustión. Esta característica nos da una idea de las prestaciones del motor, su eficiencia y su potencia; en la medida que el número de la izquierda sea mayor, la relación será más elevada y las prestaciones superiores dentro de ciertos límites.

Es necesario por tanto calcular de tal manera el cilindraje del motor, para poder obtener la relación de compresión, por tanto es necesario realizar una medición de las diferentes partes del motor.

Para eso es necesario aplicar las formulas a continuación.

= × [2.1]

Donde:

D=Diámetro

= × × ° [2.2]

Con la cilindrada, se puede calcular la relación de compresión en relación pero es necesario calcular el volumen de la cámara, para este proceso es necesario una medición mecánica (bureta) posteriormente se explicara el proceso, con todos estos datos se puede realizar una correcta medición de la relación de compresión.

( ) = [2.3]

Donde:

V=Volumen del cilindro

2.5.2 VELOCIDAD DEL PISTÓN

El pistón en su movimiento alternativo alcanza velocidades que van desde cero hasta su velocidad máxima. De este movimiento se puede obtener una velocidad media del pistón que estará en función de la carrera del pistón y del número de revoluciones del cigüeñal.

= . = ⁄ [2.4]

Donde:

Vm =velocidad media del pistón

L =carrera en metros

n =nº de revoluciones del motor

t= tiempo en segundos

Figura 14.Perspectiva de las cargas del motor, mismas que se traducen en la velocidad del pistón.

La velocidad máxima que puede alcanzar el pistón se limita, ya que cuanta más alta sea, mayor será el desgaste de los cilindros y el motor estará sometido a grandes inercias que provocaran mayores esfuerzos a todos los elementos mecánicos del mismo.

La velocidad media del pistón normalmente está comprendida entre 10 y 18 m/s. Para obtener mayor velocidad media del pistón y por lo tanto mayor nº de r.p.m., se construyen motores de carrera más corta para reducir el desgaste de los cilindros.

2.5.3 TIPO DE MOTOR EN MEDIDA DE CARRERA Y DIÁMETRO

Actualmente se tiende a la fabricación de motores con mayor diámetro que carrera, con objeto de que al disminuir la carrera se reduzca la velocidad lineal del pistón y con ello el desgaste de los cilindros.

Figura 15.Tipos de motores (Meganeboy, 2015)

D>C= Motor supercuadrado.

D=C= Motor cuadrado.

D<C= Motor alargado.

Ejemplo real de las medidas de los cilindros:



Fiat 1.9 Turbo Diésel. DxC (Diámetro x Carrera)= 82 x 90,4.



Opel 1.6 i. DxC= 79 x 81.5.



Citroën 2.0 16Valvulas, DxC= 86 x 86

Como se ve las medidas son muy dispares.

Las ventajas de los motores cuadrados y súper cuadrados son:

Cuanto mayor es el diámetro (D), permite colocar mayores válvulas en la culata, que mejoran el llenado del cilindro de gas fresco y la evacuación de los gases quemados.

Las bielas pueden ser más cortas, con lo que aumenta su rigidez. Se disminuye el rozamiento entre pistón y cilindro por ser la carrera más corta, y, por tanto, las pérdidas de potencia debidas a este rozamiento. Cigüeñal con los codos menos salientes, o sea, más rígido y de menor peso.

Los inconvenientes son:



Se provoca un menor grado de vació en el carburador, con lo que la mezcla se pulveriza peor, y, por tanto, se desarrolla menor potencia a bajo régimen.

2.5.4 POTENCIA DEL MOTOR

La potencia del motor se puede obtener con la siguiente formula, misma que se calcula por medio del torque dividido por el tiempo

= [2.5]

Donde:

T=torque

t=tiempo

La energía química del combustible se transforma en energía mecánica al empujar los pistones dentro del motor. La energía mecánica o trabajo mecánico es el producto de multiplicar una fuerza por el espacio recorrido.

Equivalencias:



1 CV = 0,736 kW



1 kW = 1,36 CV

2.5.5 PAR MOTOR

El valor del par es el producto de la fuerza aplicada sobre el pistón y de la longitud del codo del cigüeñal.

El valor de esta presión media depende del grado de llenado de los cilindros y de la eficacia con que se desarrolla la combustión.

El par motor, expresado en "m.kg" multiplicado por las revoluciones a las que gira el motor como se puede apreciar en la siguiente formula.

= ( . ) [2.6]

f=fuerza

d=distancia

En la figura 16, se puede apreciar un ejemplo del par motor en un punto de apoyo.

Figura 16.Representación del par motor. (Meganeboy, 2015)

Equivalencias:

2.5.6 CURVAS CARACTERÍSTICAS PAR/MOTOR Y POTENCIA

El valor máximo de potencia no coincide con las mismas revoluciones que el par motor, ya que, si bien, este último va en aumento a medida que lo hace el número de revoluciones, llega un momento en que al crecer la velocidad de rotación del motor, los cilindros se llenan de menor cantidad de mezcla, como consecuencia del menor tiempo que está abierta la válvula de admisión, y, por tanto, la explosión es menor y el par va disminuyendo a partir de un cierto régimen.

En la figura 17, se puede apreciar un ejemplo de las curvas características del motor.

Figura 17. Características de curvas del motor. (Meganeboy, 2015)

2.5.7 NUMERO DE REVOLUCIONES DEL MOTOR

El régimen de funcionamiento de los motores está limitado por las fuerzas de inercia que presentan los sistemas de movimiento alternativo para cambiar de dirección y por el tiempo disponible para la mezcla y combustión de la mezcla y llenado de los cilindros.

En los motores Otto (gasolina), debido a que para la formación de la mezcla disponen de toda la carrera aspiración y compresión, se puede conseguir, en ellos elevadas revoluciones, pudiendo fabricarse motores de gran potencia con una estructura relativamente ligera.

Sin embargo los motores Diésel, al disponer de poco tiempo para la carburación y combustión de la mezcla, no pueden alcanzar revoluciones por lo que debe recurrirse a aumentar la cilindrada para aumentar la potencia. El número de revoluciones limita el llenado correcto de los cilindros y, por tanto, el rendimiento volumétrico, ya que a mayor velocidad de funcionamiento la entrada de gases tiene que ser más rápida.

2.5.8 CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLE

Se define como la relación que existe entre la masa de combustible consumida y potencia entregada.

= [4.8]

Una vez calculada la cantidad de aire, es necesario calcular el peso específico del aire, esto depende mucho del lugar en donde se ha realizado la prueba, debido a que existen variaciones por la presión atmosférica.

Un litro de aire al nivel de la ciudad de Quito, a 20 grados centígrados pesa 1.18 gramos.

∗ = . [4.10]

Una vez obtenido los datos del peso en gramos del aire, es necesario determinar la constante lambda del motor, misma que determina si existe o no una mezcla rica o pobre de gasolina. Es necesario determinar que la relación de estequiometria de la mezcla aire-gasolina es de 14.7 A 1 y con esta información se calcula la cantidad de combustible necesario para el numero de revoluciones respectivo.

( )

. = ( ) [4.11]

Por lo tanto este peso obtenido, es apreciable de conversión a litros, como se puede analizar a continuación.

= = [4.12]

Figura 18.Curvas características del motor (Meganeboy, 2015)

2.5.9 RENDIMIENTO TÉRMICO

Un motor de pistones, alimentado con gasolina, no es capaz de alcanzar 100% de eficiencia térmica.

Alrededor de 30% de la energía calórica que disponen, la transforman en movimiento y la otra parte la disipan (pérdida), hacia la atmósfera.

Para esto se calcula que el rendimiento térmico es:

= 1 − 1 ₎

Donde es 1.14 a 1000 grados centígrados, que es una constante para poder

2.5.10 DINAMÓMETRO

El dinamómetro es una herramienta de uso moderno para conocer el estado de un motor, optimizar su rendimiento, su fuerza y velocidad, además sirve para corregir fallas que son muy difíciles de localizar por la inconstante manifestación de los mismos en condiciones regulares. También es utilizado para proyectos de disminución de emisiones y consumo de combustible. (Motriz, 2015)

Resulta muy común que un automotor presente defectos de funcionamiento en condiciones normales o severas de marcha, las que solo pueden ser detectadas haciendo rodar el mismo en un camino que permita circular en las condiciones en que se produce la falla.

En la figura 19, se puede apreciar un dinamómetro tradicional de rodillos.

Figura 19. Ejemplo de Dinamómetro de rodillos. (IS GAS, 2015)

• Medición de Potencia Máxima.

• Medición de aceleración comparativa en distintas condiciones de carga.

• Diagnóstico del encendido en condiciones de marcha severas (con un analizador adicional).

• Medición de los gases de escape en distintas condiciones de marcha.

• Comparación de las variaciones ocasionadas por las reparaciones o puesta a punto de algún elemento por registros sucesivos o anteriores, guardados en el disco de la computadora.

• Comparación de comportamiento de vehículos duales Nafta-GNC

• Puesta a punto y regulación del equipo de GNC.

A continuación se detallan los tipos de dinamómetros:

2.5.10.1 Tipos

Existen 3 tipos de dinamómetros, los mismos que se detallan a continuación:

Dinamómetro de banco, es necesario realizar esta prueba con el motor extraído, se aprecia en la figura 20.

Dinamómetro de banco, accionamiento directo a la llanta del vehículo, se aprecia en figura 21.

Figura 21.Dinamómetro de banco accionado por freno (Dyno.com, 2015)

Dinamómetro de rodillos, el más tradicional de los dinamómetros, usado especialmente con vehículos con el motor montado, se aprecia en la figura 22.

2.6

CEPILLADO DE CABEZOTE

Figura 23.Cepillado de motor, efectuado con fresa especial. (COME Racing, 2015)

Cepillar la culata no es otra cosa que rebajarla con el objetivo de hacer que se reduzca la cámara de combustión y de esa manera poder elevar la compresión del motor y con ello la potencia. Aumentar la compresión del motor puede lograrse de varias formas, la recomendada es reemplazando los pistones, sin embargo resulta muchísimo más económico y más rápido cepillar la culata. Al aumentar la relación de compresión del motor se debe utilizar un combustible de mayor octanaje.

En la figura 23, se puede apreciar un ejemplo del proceso de cepillado.

Si solo le bajas o cepillas las culatas, puedes tener problemas de sincronización entre el cigüeñal y levas, lo mejor es usar poleas regulables en las levas. O en vez de ganar fuerza, tal vez pierdas fuerza.

Antes de rebajar siembre es recomendable cubicar el motor para determinar cuánto se debe cepillar para logar la relación de compresión deseada.

2.6.1 VENTAJAS

 Mayor relación de compresión.  Mayor torque.

 Mayor potencia.

 Aumenta el rendimiento.

2.6.2 DESVENTAJAS

La mayor compresión implica más tendencia a detonación (cascabeleo) y esto podría obligar a usar gasolina de más octanaje. Eventualmente, ni esto podría eliminar el problema.

También se producen mayores cargas sobre diversas partes del motor, reduciendo la vida de este.

2.7 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS A DESARROLLAR

El cepillado del cabezote, es solo una parte de todo lo que se puede mejorar en un vehículo, es necesario determinar que existen distintos parámetros para poder realizar este procedimiento, mismos que se explican a continuación:

2.7.1 PARÁMETROS DEL CABEZOTE

Existen varios paramentos, que se deben determinar en cada trabajo de cepillado, los más comunes son los que se mencionan en el capítulo a continuación, hay que determinar que cada motor tiene sus propios factores.

2.7.1.1 Volumen de cámara de combustión

El volumen de la cámara de combustión, está situada en la culata. Este volumen como su nombre interpreta es el volumen situado en la cámara de compresión de la culata.

Figura 24.Ejemplo de cámara de combustión. (SPORTMIN, 2015)

2.7.1.2 Posición válvulas

La posición de las válvulas, cuenta una función primordial en todo trabajo de preparado de motor, este es el caso del motor estudiado, se puede determinar cómo es que existe una importancia de las válvulas para el cepillado de todo motor, a continuación en la imagen 25, se pueden determinar distintos tipos de posición de válvulas en la culata.

2.7.1.3 Sistema de guías y seguro de válvulas

En la figura 26, se aprecia un sistema de admisión, ayudado por propulsores mecánicos, mismo que se puede apreciar de color amarillo, este es el encargado de hacer las aperturas de las válvulas, posee limitaciones tanto físicas como dinámicas para su preparación.

Figura 26.Sistema de propulsores Mecánicos. (SPORTMIN, 2015)

Figura 27.Sistema de propulsores hidráulicos (Abdo, 2011)

3. METODOLOGÍA

Se investiga y analiza los datos reales del motor y por medio un dinamómetro cuales son utilizados para tener una idea inicial de los parámetros del motor.

De allí se realizará el trabajo de cepillado de cabezote, se analiza cuanto se pude cepillar, midiendo la nueva cámara de combustión, el nueva relación de compresión, y también se realizará nuevamente el estudio mediante el dinamómetro y se realizara las comparaciones del antes y después del cepillado.

Aproximadamente se utilizaran los materiales que se detallan a continuación, tomando en consideración que son de propiedad del autor de la tesis. Se espera utilizar los siguientes materiales:

 Volkswagen Vento Modelo 1997

 Motor Inyección Electrónica a Gasolina de 4 Celindos en línea 2.0 CC.  Kit de mantenimiento (Bujías y Filtros).

 Aceite 20w50 Castrol.

 Refrigerante a 105 grados centígrados de ebullición.  Juego de empaques de cabezote

Las herramientas y equipos se encuentran en el mercado y están disponibles para el trabajo a realizarse:

 Rectificación de Cabezote – Universidad Internacional del Ecuador  Dinamómetro Automotriz - Universidad Internacional del Ecuador  Juego de Llaves mixtas - Stanley serie 86-081

 Juego de rachas- Toptul mando de ½” pulgada, 15 piezas.  Juego de desarmadores - Urrea

 Llave torx -12mm

 Pie de rey- Doble medida

 Micrómetro- De 20 a 25mm - De 25 a 30mm  Reloj palpador.

3.1 MÉTODOS

El tema propuesto es resultado de la necesidad de saber cuál es el resultado del cepillado de cabezote, cuáles son las ventajas, desventajas y cuál es la ganancia en potencia del motor mediante un dinamómetro y analizar teórica y prácticamente los resultados de este trabajo.

3.1.1 MÉTODOS TEÓRICOS

Para la elaboración de este proyecto se combinará la información obtenida de fuentes bibliográficas y virtuales; adicionalmente, se incorporará los conocimientos obtenidos con el fin de alcanzar el objetivo planteado.

3.1.2 MÉTODOS EMPÍRICOS

3.2 ANÁLISIS DE SELECCIÓN DE VEHÍCULO

Se utilizó el vehículo anteriormente estudiado, existieron varios motivos, pero el más importante de los motivos para realizar el trabajo de tesis en dicho vehículo, es que pertenecía al autor del libro, razón por la cual no se pudieron determinar inconvenientes, en la parada del automóvil en el periodo de maquinado.

3.3 RELACIÓN DE POTENCIA DEL MOTOR

La potencia es trabajo mecánico que incorpora en su valor el parámetro tiempo. Es decir, la potencia se expresa con un número que cuantifica el trabajo efectuado durante un lapso de tiempo. Mientras más rápido se realiza el trabajo la potencia que se desarrolla es mayor.

3.3.1 CALCULO

La potencia en términos generales, expresa la capacidad para ejecutar un trabajo en el menor tiempo posible. Una fuente de energía que puede mover 1 kg de peso por una distancia de 1 metro en un sólo segundo es más 'potente' que otra capaz de desplazar el mismo peso en 2 segundos. (Todo Motores, 2014)

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 CALCULO ANTES DE REALIZAR EL PROCEDIMIENTO.

Utilizando las formulas del capítulo 2, se determina los valores del motor, previo al procedimiento de medición, tanto practico como teórico. Lo primero a determinar por tanto, es el volumen del aire que ingresa al motor, a continuación se detalla el cálculo realizado.

=( ∗ ₂ )

=(5400 ₂ ∗ 2 ) = 5400

Sabiendo el consumo de aire y la proporción de mezcla, se puede calcular la cantidad de gasolina, solo hay que tener en cuenta que la mezcla se mide en masa, no en volumen, por lo que se tendrá que pasar los litros de aire y gasolina a gramos.

Un litro de aire al 2850msnm y una temperatura de 10º C pesa 1,18 gramos:

5400 ∗ 1,18 = 6372 .

Como se busca una mezcla de 14.7 partes de aire por 1 de gasolina:

6372 / 14.7 = 433.46

1 litro de gasolina pesa 760 gramos, por tanto se puede determinar que el volumen de combustible necesario

Este motor a 5400 revoluciones con una eficiencia volumétrica del 100% y una mezcla de 14.7-1, consumirá 5400 L de aire y 0,570 L de gasolina por minuto.

Para tener una idea de cuanta potencia puede dar esa mezcla en un minuto, se utiliza el poder calorífico de la gasolina, que suele estar entre 10400 y 10500 Kilo Calorías / kilo.

La caloría es una medida de energía que se define como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua pura desde 14,5ºC a 15,5º C a una presión normal de 1 atmósfera, una de sus equivalencias es, 1 caloría / segundo = 4,188 vatios

Si el motor consume 433.46 gramos de gasolina por minuto, se debería producir:

10500 / ∗ 0,433 = 4546.5 .

Si se divide por 60 para pasarlo a segundos:

4546.5 ∗ / 60 = 75.77 ∗ .

1 = 4,188

75.77 ∗ 4,188 = 317.34

1 = 735,5

317.34 / 0,7355 = 431.46

4.1.1 RENDIMIENTO TÉRMICO.

El rendimiento térmico es fácil de entender, lo que se gasta dividido de lo que se saca, los motores térmicos en verdad no aprovechan mucho la energía que produce la combustión, suele ser bastante bajo, entre 0,25 y 0,3 es lo normal, el resto se pierde en elevar la temperatura de los metales del motor, el anticongelante y el aire que circula. Para esto se calcula que el rendimiento térmico es:

= 1 − 1 ₎

Donde es 1.14 a 1000 grados centígrados.

= 1 −

₁₀

_{( . )}

1

= 0.25

Dando un rendimiento térmico de

= 25%

Por tanto se puede definir para culminar con los primeros cálculos, que la eficiencia térmica en el motor es la siguiente.

431.46 ∗ 0,25 = 107.86

4.2 PROCEDIMIENTO PRÁCTICO REALIZADO

4.2.1 PRUEBA DE DINAMÓMETRO 1

Se realizó la primera prueba correspondiente, para medir el estado del vehículo, en la figura 28, se puede apreciar el ingreso del vehículo a las instalaciones, en la figura 29, se determina ya el vehículo en posición para realizar todas las pruebas pertinentes.

Figura 28.Ingreso del vehículo a las instalaciones.

En la figura 30, se aprecia un ejemplo de las curvas obtenidas en un motor, por medio de un dinamómetro, en la figura 38, se puede apreciar las curvas resultantes en la prueba realizada al principio del trabajo de tesis.

Figura 30.Medición de dinamómetro.

Dando como se puede apreciar, 95cv.

4.2.2 DESMONTAJE

Luego de las mediciones obtenidas, se procedió a realizar el desmontaje.

En las figuras 31 y 32, se puede analizar el procedimiento realizado, primero se retira la tapa del cabezote y se desconectan todos los sensores y mangueras.

Figura 32.Desarmado de cabezote, extracción de árbol de levas.

Figura 33.Cabezote listo para realizar mediciones y maquinado.

Ya una vez retirado las mangueras y los sensores, se retiró el cabezote, mismo que se aprecia en la figura 33.

4.2.3 REGLAJE DEL CABEZOTE

Figura 34.Medición de superficie plana.

En la figura 34, se aprecia el proceso de medición de las superficies planas. En la siguientes dos figuras 35 y 36, se identifica el llenado de las cámaras de combustión, con líquido para medición de volúmenes.

Una vez llenada la cámara de combustión, es necesario contabilizar el valor máximo a maquinar, esta información es de vital importancia para el resultado obtenido.

Figura 36.Calculo de volumen inicial en cámara de combustión.

En la figura 37, se aprecia un ejemplo de una correcta medición de volumen, no fue de otra manera en la que se realizó la medición de los volúmenes tanto de toberas como de cámaras de combustión.

4.2.4 MAQUINADO

En el trabajo se realizó ya con las medidas pertinentes, el maquinado respectivo, el cepillado remueve toda la capa superficial a desarrollar, se trabajaron de igual manera las toberas, se limpió el cabezote y el resto de piezas, para realizar la medición flujo métrica.

4.2.4.1 Cepillado

Luego de realizar, las mediciones generales del motor, se pudo realizar el trabajo de maquinado, en el siguiente acápite se puede analizar, la siguiente parte del proceso.

En la figura 38, se aprecia el cabezote cepillado, de acuerdo a las mediciones realizadas, se puede apreciar de igual manera que se encuentra listo para realizar el resto de trabajos de maquinado.

4.2.4.2 Limpieza de cabezote

Luego de realizar todo el maquinado respectivo, fue necesario retirar toda rebaba, en la figura 39, se observa el producto final.

Figura 39.Limpieza definitiva de cabezote.

4.2.5 MONTAJE

Una vez listo el cabezote, se realizó el armado del vehículo, para probar el estado final de los componentes, en la figura 40, se puede apreciar el rearme del vehículo.

4.2.6 PRUEBA DE DINAMÓMETRO 2

Figura 41.Pruebas dinamométricas para obtener resultados.

Se realizó la última prueba de dinamómetro, en la figura 41, se aprecia el programa computacional para el proceso, los resultados se estudian en el siguiente capítulo.

4.3 CÁLCULOS DESPUÉS DEL TRABAJO REALIZADO

Utilizando las formulas del capítulo 2, se puede determinar por tanto, es el volumen del aire que ingresa al motor, a continuación se detalla el cálculo realizado.

=( ∗ ₂ )

=(5400 ₂ ∗ 2 ) = 5400

Sabiendo que el consumo de aire y la proporción de mezcla, se pueden calcular la cantidad de gasolina, hay que tener en cuenta que la mezcla se mide en masa, no en volumen, por lo que se tendrá que pasar los litros de aire y gasolina a gramos.

Un litro de aire al 2850msnm y una temperatura de 10º C pesa 1,18 gramos:

5400 ∗ 1,18 = 6372 .

Como se busca una mezcla de 14.7 partes de aire por 1 de gasolina:

6372 / 14.7 = 433.46

1 litro de gasolina pesa 760 gramos, por tanto se puede determinar que el volumen de combustible necesario

433.46/760 = 0.570

Para tener una idea de cuanta potencia puede dar esa mezcla en un minuto, se utiliza el poder calorífico de la gasolina, que suele estar entre 10400 y 10500 Kilo Calorías / kilo.

La caloría es una medida de energía que se define como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua pura desde 14,5ºC a 15,5º C a una presión normal de 1 atmósfera, una de sus equivalencias es, 1 caloría / segundo = 4,188 vatios

Si el motor consume 433.46 gramos de gasolina por minuto, se debería producir:

10500 / ∗ 0,433 = 4546.5 .

Si se divide por 60 para pasarlo a segundos:

4546.5 ∗ / 60 = 75.77 ∗ .

1 = 4,188

75.77 ∗ 4,188 = 317.34

1 = 735,5

317.34 / 0,7355 = 431.46

Esa sería la potencia que debería dar toda esa gasolina 431,46 CV, pero desgraciadamente los motores son poco eficientes y aprovechan una parte muy baja de esa potencia.

4.3.1 RENDIMIENTO TÉRMICO.

RC= 10.98 A 1

= 1 − 1 ₎

Donde es 1.14 a 1000 grados centígrados.

= 1 −

_.

1

_{( . )}

= 0.27

Dando un rendimiento térmico de:

= 27%

Por tanto se puede definir para culminar con los primeros cálculos, que la eficiencia térmica en el motor es la siguiente.

431.46 ∗ 0,27 = 116.49

Este valor es igual al obtenido por medio del trabajo de cepillado, es importante analizar que existe una mejora tanto teórica, como práctica, por lo mismo es importante destacar que el uso correcto de las herramientas y de las maquinas han influido de una forma positiva en el estudio del motor.

4.4 ANÁLISIS DE PRUEBAS REALIZADAS EN EL VEHÍCULO

A continuación se detalla, el análisis de los datos obtenidos, tanto antes como después del trabajo realizado:

4.5 DATOS OBTENIDOS PREVIOS AL MAQUINADO

Torque: En referencia a los datos obtenidos por medio del dinamómetro, como se puede apreciar en la figura 30, existe un torque máximo en las 4500 revoluciones por minuto, un torque de 13kgm, para la antigüedad del vehículo utilizado, se puede deducir que es un valor aceptable. Este valor se traduce en 127,48 Nm, de esta manera el resultado indica que el vehículo a lo largo de su vida útil, ha mantenido un rango de potencia constante.

Figura 43.Medición de cámara de compresión.

ha perdido en relación a los datos analizados en el capítulo 2, un 16% de potencia, mismo que se debe al tiempo de uso del carro. Originalmente el vehículo cuenta con 115 caballos de fuerza a nivel del mar.

Relación de compresión:Se puede determinar la relación de compresión de 10 a 1, debido a la siguiente fórmula:

= ∗ ∗ ∗ .

Donde:

 d = diámetro del cilindro.

 s = carrera del pistón desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior

 Vc = volumen de la cámara de combustión.

 RC = es la relación de compresión y es adimensional.

Por tanto:

 D=82.5mm  S= 92.8mm  Vc= 48cc

= 4∗ 8.25 ∗ 9.28 ∗ 48₄₈

RC=10.1 A 1

4.6

DATOS DEL CEPILLADO REALIZADO

Nuevo torque: después de realizar el trabajo en la rectificadora, se pudo comprobar los datos por medio del dinamómetro, y con un aumento en la relación de compresión, el motor obtuvo una potencia calculada en 15.1kgm, misma que se traduce en 148,08 Nm, con el trabajo de cepillado de cabezote y con todo el trabajo realizado en las toberas, como se aprecia en la figura 44.

Figura 44.Trabajo en toberas. Gran desprendimiento de limadura.

En adición a esto se puede definir que el nuevo cabezote desarrollado, de acuerdo a las nuevas medidas determinadas, no pudo ser más preparado, debido a dos factores determinantes, en la figura 59, se puede determinar de este modo que la altura vertical de las válvulas prohíbe un mayor trabajo en el cepillado del cabezote.

Nuevo volumen de la cámara: después de realizar el trabajo de cepillado, se pudo obtener el nuevo volumen de la cámara de combustión, mismo que se detalla en 62 centímetros cúbicos. Este volumen fue realizado con jeringuillas, ya anteriormente se detalla el proceso por el cual se llega a medir esta cantidad.

Nueva relación de compresión: una vez realizado todo lo anteriormente mencionado, y de una forma matemática se puede llegar a interpretar un aumento en la relación de compresión a:

RC= 10.98 A 1

Dando una mejora notable en el área de la cámara de combustión.

4.7

ANÁLISIS Y COMPARACIÓN DE DATOS OBTENIDOS

Realizar y revisión de gráficas y de los datos del motor antes del cepillado del cabezote y compararlos con los nuevos datos después de todo el procedimiento que se realizó con el cepillado del cabezote, teniendo en cuenta el nuevo volumen de la cámara, la nueva relación de compresión, el nuevo torque.

Por tanto se puede decir que en relación porcentual, existió una mejora del 3% en referencia del caballaje original. Por tanto se puede que los datos si bien muestran una mejoría, no son referente para la realidad, hay que considerar que la presión atmosférica, cumple un papel fundamental para la construcción de motores es esta razón por la que el motor originalmente fue desarrollado a nivel del mar.

Figura 46.Cepillado, tomando en cuenta la altura de las válvulas.

Otro dato fundamental para el trabajo de tesis es la altura de las válvulas, esta característica, determino el trabajo de maquinado, como se puede apreciar en la figura 46, la altura de las válvulas, fue tomada como referencia, para el cepillado realizado.

Hay que determinar, que pese a que se realizó un trabajo de preparación en las toberas del motor, no existió una mejora en los colectores de admisión y de escape, y pese a que poseen los mismos componentes de la primera prueba, se puede determinar una mejora en todos los valores.

= .

= . .

= 10 1 .

= .

= .

= 11.21 1 .

Se puede obtener el análisis final del cilindraje obtenido, los datos marcan una mejoría, misma que se traduce en caballos de fuerza y velocidad final.

En la tabla número 10, se puede apreciar los datos iniciales del vehículo, los hp originales, el torque y la velocidad final, es importante determinar por tanto que en la tabla 11, se aprecia que existió un retroceso practico y teórico por el pasar de los años, es importante mencionar que estos valores pueden depender mucho de las condiciones climáticas en las que se pueda realizar las pruebas.

Tabla 10.Datos obtenidos por el fabricante.

Descripción Datos del Fabricante

Potencia 113hp

Torque 166Nm 5400rpm

Velocidad Máxima 198km/h

Cilindraje 1984

Volumen de la cámara de

combustión

-Volumen de las toberas de

admisión

-Tabla 11.Datos obtenidos antes del maquinado

Descripción Datos antes del maquinado

Potencia 95hp

Torque 127Nm a 4800rpm

Velocidad Máxima 190km/h

Cilindraje 1984

Volumen de la cámara de

combustión 53cc

Volumen de las toberas de

admisión 118cc

Volumen de las toberas de

escape 98cc

Tabla 12.Datos obtenidos después del maquinado.

Descripción Datos después del maquinado

Potencia 105hp

Torque 148Nm a 4800rpm

Velocidad Máxima 207km/h

Cilindraje 1984

Volumen de la cámara de

combustión 48cc

Volumen de las toberas de

admisión 175cc

Volumen de las toberas de escape 150cc