CAPITULO III “ ESTUDIO ESTUDIO DINÁMICO DINÁMICO SOBRE EL EL DESPLAZA MIENTO MIENTO DEL VEHÍCULO” VEHÍCULO”
3.1.
INTRODUCCIÓN
En éste capítulo el estudio va dirigido hacia los tipos de resistencias que se oponen al movimiento del vehículo cuando éste se desplaza desplaza por la carretera, además además se analizará el comportamiento de la potencia y torque del motor endotérmico como ente fundamental que se encuentra involucrado dentro de éste capítulo.
El motor de combustión interna es la pieza fundamental del vehículo, ya que, transforma la energía química del combustible en energía mecánica directamente utilizada por la transmisión y en ésta modificada dependiendo de las condiciones de la trayectoria, para finalmente obtener la fuerza suficiente para producir el movimiento del automóvil, venciendo todos los obstáculos de trayectoria que éste encuentra sobre el camino.
La marcha de un vehículo se produce como consecuencia de la aplicación a las ruedas motrices de un esfuerzo de tracción tracción proporcionado proporcionado por el motor y multiplicado en la caja de velocidades y el grupo de reducción ( grupo cónico), venciendo las resistencias opuestas a la marcha del vehículo.
Las fuerzas que se oponen a la marcha del automóvil, actúan en el eje de las ruedas motrices bajo la forma de un par resistente, en dónde, las sumatoria de todas las fuerzas
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resistentes como; rodadura, debido a la pendiente, rozamientos mecánicos, mecánicos, del aire y de inercia, se multiplica por el radio de la rueda.
3.2.
RESISTENCIAS QUE SE OPONEN AL MOVIMIENTO DEL AUTOMÓVIL
El automóvil cuando cuando está en movimiento movimiento está sometido a una serie de resistencias que se oponen a su desplazamiento, éstas hacen aumentar el par resistente en las ruedas y entonces es necesario aumentar el par de transmisión t ransmisión para desplazar el vehículo.
La resistencia total que se opone en un automóvil durante su movimiento por la carretera viene dada por: •
Resistencia debida a la rodadura
•
Resistencia debida a la pendiente
•
Resistencia del aire
•
Resistencia debida a la inercia
•
Resistencia por rozamientos r ozamientos mecánicos
3.2.1. RESISTENCIA DEBIDA A LA RODADURA Esta resistencia resistencia representa lo que le cuesta cuesta a una una rueda rueda rodar sobre el suelo. suelo. La resistencia a la rodadura varía con la naturaleza del suelo, la presión de inflado del neumático y estado del mismo, velocidad del vehículo, etc.
Si Q es el peso total de un vehículo, y μr el coeficiente de rodadura correspondiente, la resistencia al movimiento por rodadura es:
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resistentes como; rodadura, debido a la pendiente, rozamientos mecánicos, mecánicos, del aire y de inercia, se multiplica por el radio de la rueda.
3.2.
RESISTENCIAS QUE SE OPONEN AL MOVIMIENTO DEL AUTOMÓVIL
El automóvil cuando cuando está en movimiento movimiento está sometido a una serie de resistencias que se oponen a su desplazamiento, éstas hacen aumentar el par resistente en las ruedas y entonces es necesario aumentar el par de transmisión t ransmisión para desplazar el vehículo.
La resistencia total que se opone en un automóvil durante su movimiento por la carretera viene dada por: •
Resistencia debida a la rodadura
•
Resistencia debida a la pendiente
•
Resistencia del aire
•
Resistencia debida a la inercia
•
Resistencia por rozamientos r ozamientos mecánicos
3.2.1. RESISTENCIA DEBIDA A LA RODADURA Esta resistencia resistencia representa lo que le cuesta cuesta a una una rueda rueda rodar sobre el suelo. suelo. La resistencia a la rodadura varía con la naturaleza del suelo, la presión de inflado del neumático y estado del mismo, velocidad del vehículo, etc.
Si Q es el peso total de un vehículo, y μr el coeficiente de rodadura correspondiente, la resistencia al movimiento por rodadura es:
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Rr
=
r
*Q
1
Los valores normales del coeficiente de rodadura son como indica la tabla 1 1: NATURALEZA DEL SUELO
COEFICIENTE DE RODADURA
( μr )
CEMENTO EMPEDRADO SECO CARRETERA ASFALTADA TERRENO NATURAL DURO TERRENO DE CONSISTENCIA MEDIA TERRENO ARENOSO
0.0125 0.015 0.02 – 0.03 0.08 0.110 0.15 – 0.30 Tabla 1
•
DATOS Y ESPECIFICACIONES DE UN AUTOMÓVIL NISSAN SENTRA SEDAN GXE 1.6L (1600 cm3) (ver anexos)
Qo (Peso Neto)..................................................... Neto).........................................................................1 ....................1200 200 Kg
(11772 N)
a ( Altura máxima del vehículo)................................. vehículo)....................................................... .............................1385 .......1385 mm e (Vía del vehículo)............................... vehículo)..................................................... ............................................ ............................1692 ......1692 mm
Tipo de Rueda ............................................ .................................................................. ............................................. ..........................5J ...5J X 13 Relación de Transmisión en la Caja de Velocidades ( icv ): icvI ........................................... .................................................................. ............................................. ............................................ ......................3.333 3.333 :1 icvII ............................................. .................................................................... .............................................. ......................................... .................. 1.955:1 icvIII
............................................ ................................................................... .............................................. ..........................................1.2 ...................1.286:1 86:1
icvIV ............................................ ................................................................... .............................................. ......................................... .................. 0.926:1 icvV ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ........................0.733:1 .0.733:1
Relación en el Grupo de reducción ( io): io ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ......................... ... 4.167:1
Potencia ( N )........................................... )................................................................. ................................. ........... 110 HP / 6000 rpm M )............................................. Par Máximo ( M )................................................................... ..........................15kgm ....15kgm / 2400 rpm
1
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 37.
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•
Se Pide:
1. La resistencia a la rodadura Rr que ofrece el Nissan con un solo ocupante. 2. La resistencia a la rodadura Rr que ofrece el Nissan con 5 ocupantes. •
Características:
Qo (Peso Neto)...................................... Neto)...........................................................1 .....................11772 1772 N
............................................ ................................................................... ...........................................0 ....................0.02 .02
μr
1. Con un ocupante de peso 65 Kg = 637.65 N Rr Rr
=
=
r
*Q
0.02 * (11772 + 637.65) Rr
=
248.19 N
2. Con 5 ocupantes cada uno de peso 65 Kg * 5 = 325 Kg = 3188.25 N Rr Rr
=
r
*Q
0.02 * (11772 + 3188.25) Rr
•
=
=
299.2 N
Interpretación de Resultados:
Cuando el automóvil automóvil Nissan Sentra circula con toda su capacidad capacidad de pasajeros pasajeros ofrece mayor resistencia a la rodadura que con un solo ocupante, o sea, que debido a la carga que actúa sobre las ruedas, los neumáticos ejercen una presión sobre el terreno lo cual hace que el el neumático se apoye sobre sobre una superficie superficie grande (huella) (huella) originando un rozamiento sobre la carretera y por lo tanto una resistencia mucho mayor que cuando circula con un solo ocupante.
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3.2.2. RESISTENCIA DEBIDO AL PERALTE O PENDIENTE DE LA CARRETERA Cuando un vehículo se desplaza por una pendiente, su peso queda descompuesto en dos componentes ó fuerzas (Figura 1): una perpendicular a la carretera y otra paralela a ella, que en los casos de subida o ascensión se opone a la marcha del vehículo, mientras que en las bajadas o descensos se suma.
Figura 1. Descomposición del Peso del vehículo en dos fuerzas.
Siendo R p la resistencia debida a la pendiente de la carretera, se tiene: R p •
=
Q * senα
2
Características
Qo (Peso Neto)..........................................1200 Kg (11772 N)
Peso de un Pasajero..................................... 65 Kg (637.65 N) •
Se pide:
1. La pendiente i, y el ángulo de inclinación α de la carretera si el vehículo Nissan Sentra asciende 200m en 1.5 Km de recorrido (Ver figura 2).
2
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 39. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
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2. La Resistencia a la pendiente R p que opone el Nissan al subir la pendiente calculada anteriormente solamente con el conductor. 3. La R p con 5 ocupantes en el vehículo.
1.
Figura 2. Angulo de inclinación α de la carretera.
L ′ ≅ L
Tag α ≅ Senα i
Senα =
=
i=
h 3 L
200 = Senα 1500 i
0.133
=
El valor de la pendiente encontrada corresponde a un ángulo de inclinación de: α =
Sen −1 (0.133)
α =
7.66 0
y una pendiente de 13.33% 2. R p R p
=
=
Q * senα
(11772 + 637.65) * Sen(7.66) R p
=
1654.13 N
3
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
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3. R p R p
=
Q * senα
(11772 + 3188.25) * Sen(7.66) R p
•
=
=
1994.11 N
RESISTENCIA A LA RODADURA Y RESISTENCIA A LA PENDIENTE ( R p+ Rr )
La resistencia que ofrece el camino R p + Rr (sin considerar la resistencia del aire) se puede obtener a partir de la ecuación: Rd = Rr + R p = Q( μr + i) 4
En dónde: Rd ,
es Rr + R p considerando el peso neto del vehículo 1200 Kg (11772 N) más el peso
de 5 ocupantes de 65 Kg cada uno y más carga en el portaequipajes de 0.75 Kg. Rd o, es Rr + R p considerando el peso neto del vehículo y el
peso del conductor de 65
Kg.
En la Tabla 2 se muestra valores calculados de Rd o y Rd para diferentes valores de la pendiente i y del ángulo de inclinación α de la carretera. i
α 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22
0 1,146026 2,29251 3,439914 4,588701 5,73934 6,892306 8,048084 9,207168 10,37007 11,5373 12,70941
Rdo (N)
Rd (N)
248,193 496,386 744,579 992,772 1240,965 1489,158 1737,351 1985,544 2233,737 2481,93 2730,123 2978,316
313,92 627,84 941,76 1255,68 1569,6 1883,52 2197,44 2511,36 2825,28 3139,2 3453,12 3767,04
4
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0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,4
15,07051 16,26068 17,45812 18,66348 19,87746 21,10082 22,33434 23,57887
3474,702 3722,895 3971,088 4219,281 4467,474 4715,667 4963,86 5212,053
4394,88 4708,8 5022,72 5336,64 5650,56 5964,48 6278,4 6592,32
0,41 24,20555
5336,15
6749,28
Tabla 2
En la figura 3 se muestra la resistencia que ofrece el camino, dada por la resistencia a la rodadura más la resistencia a la pendiente Rr + R p versus el ángulo de inclinación de la carretera.
CURVA DE Rd o Y Rd Vs. PENDIENTE ( i ) Rdo (N)
Rd (N)
6000
8000 7000
5000
6000 4000
5000
3000
4000 3000
2000
2000 1000
1000
0
0 0
2 4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 26 28 30 32 34 36 38 40 41
PENDIENTE i (%)
Figura 3. Curva Rd o y Rd Vs. i (%) •
Interpretación de Resultados:
En el caso de la curva dada por Rd o Vs. Pendiente (%), (curva delgada entre puntada) a medida que se incrementa la pendiente del camino también aumenta la fuerza de resistencia Rd o = Rr + R p, considerando el peso del vehículo (1200 Kg) mas un ocupante de 65Kg. Como puede verse en la figura 3 cuando el automóvil alcanza el punto (41,
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5336.15) significa que se tiene una pendiente del 41% con una resistencia a la rodadura y pendiente de Rdo = 5336.15 N
Para la curva Rd Vs. Pendiente (%), (curva ancha continua) al igual que el anterior la fuerza de resistencia Rd es proporcional al ángulo de inclinación α de la carretera o la pendiente, pero en éste caso al considerarse el peso del automóvil Nissan más cinco pasajeros y más carga en el portaequipajes, la resistencia que ofrece el camino dada por Rd es mayor a Rd o, puesto que el automóvil alcanza al punto (41, 6749.28) de la figura 3,
lo que indica una pendiente del 41% con una resistencia de rodadura y pendiente de
6749.28 N lo que significa que si el automóvil circula ascendentemente por un camino inclinado y se incrementa de peso en el mismo (ya sea por aumento de pasajeros o carga) también se incrementará la fuerza de resistencia por rodadura y pendiente.
3.2.3. RESISTENCIA DEL AIRE Es la resistencia que se ofrece al desplazamiento del vehículo y, según la ley de Newton, “La resistencia ejercida por el aire sobre un cuerpo en movimiento, es proporcional a la masa volumétrica del aire desplazado, a la superficie frontal del cuerpo y al cuadrado de la velocidad de avance”.
Por lo que, la resistencia Ra que ofrece el aire a un vehículo es proporcional a la superficie recta transversal s del vehículo (en m 2) y al cuadrado de su velocidad v en m/seg. O sea: Ra
* s * v 2
= K
5
5
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En dónde K es un coeficiente de proporcionalidad que depende de la forma del vehículo y cuyos valores normales los expresa la Tabla 3: TIPO DE VEHÍCULO
K 0.05 0.038 0.019 0.022 a 0.035 0.010 a 0.019
CAMIONES AUTOBUSES NORMALES AUTOBUSES DE PERFIL AERODINÁMICO AUTOMÓVIL AUTOMÓVIL DE PERFIL AERODINÁMICO Tabla 3
Investigaciones recientes realizadas en túneles aerodinámicos demuestran que la resistencia opuesta por el aire al desplazamiento de un vehículo es la suma de una resistencia de rozamiento y otra de forma. La resistencia de rozamiento resulta de la velocidad del fluido y su adherencia a las superficies, lo que condiciona su circulación a lo largo de las paredes.
La resistencia de forma es consecuencia de un aumento de la presión del fluido en presencia de un obstáculo, que produce torbellinos en la parte trasera del vehículo, que se desplazan con el, desprendiéndose periódicamente. •
Se Pide:
1. La sección transversal S del automóvil Nissan Sentra 2. El valor del coeficiente aerodinámico K para el vehículo Nissan Sentra 3. La resistencia del aire Ra a una velocidad v = 120 Km/h 1. La sección transversal S del vehículo se obtiene tomando por base la vía del vehículo e y por altura la máxima del automóvil a (Figura 4):
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Figura 4. Vía del vehículo e y altura máxima a a = 1385 mm e = 1692 mm
Como ésta sección es por exceso, para que el error cometido sea lo menor posible se le afecta un coeficiente c, cuyo valor varía entre 0.85 y 0.95 S = c * a * e 6 S = 0.90* 1.385*1.692 S = 2.10 m 2
2. El coeficiente aerodinámico K se determina en el túnel aerodinámico donde se obtienen unos coeficientes que dependen de las características de la carrocería del vehículo. Para que éste coeficiente sea mínimo, deben diseñarse las carrocerías de tal forma que la corriente de aire que incide sobre ellas, se desvíe hacia atrás con el menor número posible de remolinos de aire durante su desplazamiento figura 5, originados por la presencia de obstáculos.
Figura 5 Corriente del aire sobre el automóvil
6
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Para el automóvil Nissan Sentra se tomará el valor de K = 0.019 que corresponde a la tabla 3 del tipo de vehículo con perfil aerodinámico.
3. la Resistencia del aire Ra en función de la velocidad en Km/h es: v2 7 Ra = K * S *
13
Ra = 0.019*2.10*120 2
13 Ra = 44.19 Kgf*9.81m/s 2 R a = 433.57 N
•
CURVA DE LA RESISTENCIA DEL AIRE
En la tabla 4 se tiene Ra del automóvil Nissan para diferentes valores de la velocidad en Km/h.
v (Km/h )
0 10 15 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
7
Ra (N)
0 3,010915 6,77456 12,04366 18,81822 27,09824 36,88371 48,17465 75,27288 108,393 147,5349 192,6986 243,8841 301,0915 364,3208 433,5718 508,8447 590,1394 677,456 770,7943
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Págs. 41.
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170 870,1545 180 975,5366 190 1086,94 200 1204,366
Tabla 4
En la figura 6 se muestra la curva de resistencia del aire del automóvil Nissan Sentra para diferentes valores de la velocidad:
CURVA DE LA RESISTENCIA DEL AIRE Ra DEL AUTOMÓVIL NISSAN SENTRA SEDAN GXE 1.6L Ra (N) 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0
50
100
150
200
250
v (Km/h) Figura 6. Curva de la Resistencia del aire
•
Interpretación de Resultados
En la curva Ra vs. v, se puede ver que mientras la velocidad del vehículo v aumenta la resistencia del aire Ra también aumenta, lo cual nos indica que Ra es proporcional a v.
Hay que tomar en cuenta que a la sección transversal del vehículo se le a multiplicado por un coeficiente c para disminuir el error cometido por exceso de sección y los resultados de Ra sean lo más real posible.
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3.2.4. RESISTENCIA DE INERCIA Se manifiesta solamente en el transcurso de las variaciones de velocidad y tiende siempre a oponerse a estas variaciones, además viene determinada por la energía absorbida por el vehículo para producir el incremento de velocidad.
3.2.5. RESISTENCIA DEBIDA A ROZAMIENTOS MECÁNICOS Los órganos que transmiten el esfuerzo de rotación del motor a las ruedas, absorben una parte de potencia bajo la forma de rozamientos. Esta resistencia viene representada por el rendimiento de la transmisión, que es por término medio de 0.85 a 0.90.
3.2.6. RESISTENCIA TOTAL La resistencia total que opone un vehículo a su desplazamiento determina la magnitud de la fuerza de impulsión necesaria y equivale al conjunto de fuerzas resistentes que se oponen a su desplazamiento.
•
Características
Qo (Peso
Neto)..........................................1200 Kg (11772 N)
Peso de un Pasajero.................................... 65 Kg (637.65 N) .......................................................................................0.02
μr
pendiente ( i )....................................................................12% Resistencia del aire Ra.....301.09 N a 100 Km/h ( ver tabla 4) Rendimiento de la Transmisión ηm...................................0.88 Radio del neumático R..................................................34 cm
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•
Se Pide:
1. Fuerza de impulsión o tracción para desplazar el automóvil Nissan Sentra bajo las condiciones dadas anteriormente. (se desprecia la resistencia por inercia) 2. El par de transmisión C t en las ruedas
1. La fuerza de tracción para desplazar el vehículo (figura 7) está en función de las resistencias que se oponen al movimiento:
Figura 7. Fuerzas de resistencia que se oponen al movimiento del automóvil F i = Rr + Ra + R p + Ri 8 F i = Q* μr + 301.09 + Q*i + 0 F i =
(11772+637.65)*0.02 + 301.09 + (11772+637.65)*0.12 F i = 248.193 N +
301.09 + 1489.158 N
F i = 2038.441 N
2. La fuerza de impulsión F i calculada anteriormente multiplicada por el radio de la rueda R,
8
y tomando en cuenta las pérdidas por rozamiento en la transmisión, o sea, el
SANZ GONZALEZ, Angel, Tecnología de la Automoción 2.2. Pág. 81.
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rendimiento mecánico
ηm
, el par C t necesario que hay que aplicar a las ruedas para
desplazar el vehículo es: C t =
C t
=
F i * R 9 η m
2038.441* 0.34m 0.88
C t = 787.57 Nm •
Interpretación de Resultados
El vehículo Nissan Sentra con un solo pasajero, recorriendo sobre carretera asfaltada por un camino de pendiente del 12% y 6.89º de inclinación, a 100 Km/h requiere aplicar una fuerza de 2038.441 N para desplazarse y un par en las ruedas de 787.57 Nm.
3.3.
POTENCIA Y PAR MOTOR
La potencia y el par desarrollados por un motor varían en función del régimen, alcanzándose el valor máximo de la primera para una determinada velocidad de rotación, mientras que el mayor par motor se obtiene generalmente a un régimen inferior.
Como es sabido, en los motores térmicos, la fuerza expansiva de los gases generada por la explosión de la mezcla, queda aplicada a la cabeza del pistón ( Figura 8 ) sobre la que ejerce un empuje E , tanto mayor, cuanto mas lo sea la cantidad de mezcla que explosiona.
9
SANZ GONZALEZ, Angel, Tecnología de la Automoción 2.2. Pág. 81.
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Figura 8. Fuerza de empuje aplicado a la cabeza del pistón.
Este empuje, es transmitido al codo del cigüeñal por medio de la biela, de manera que en el punto de unión entre ambos queda aplicada la fuerza F , que actuando sobre el cigüeñal, cuyo eje de giro esta a la distancia L del punto de aplicación de la fuerza, es generador del "par motor", el cual viene a significar el esfuerzo de rotación que es capaz, de desarrollar un motor, venciendo las fuerzas que se oponen a su movimiento.
Por lo tanto, podemos decir que el par motor es un esfuerzo de rotación, que aplicado a las ruedas de un vehículo, le transmite el empuje necesario para lograr su movimiento, venciendo las resistencias que se oponen a la marcha. Cuando el valor de estas es igual al del par motor desarrollado, el vehículo se mueve con velocidad constante. Si el esfuerzo de rotación aplicado a las ruedas es inferior a la resistencia a vencer por el vehículo en su marcha, éste perderá velocidad hasta detenerse y, si es superior, ganará en velocidad.
Así, pues, el par motor es el producto de una fuerza por la distancia desde el punto de aplicación al eje de giro. En consecuencia, este par resulta tanto mayor cuanto más lo
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sea la fuerza actuante (resultado de la explosión) y la distancia al punto de aplicación (radio de giro de la muñequilla del cigüeñal).
Considerando que en un determinado motor, el radio de la muñequilla del cigüeñal es una magnitud constante (dependiente del tipo de motor), podemos afirmar que el par motor es función de la fuerza de la expansión del gas, lo que viene a significar que el par motor alcanza sus más altos valores cuando las explosiones son más fuertes, lo que se da en regímenes medios, donde el llenado del cilindro es mejor, por estar más tiempo la válvula de admisión abierta.
En los bajos regímenes, el llenado del cilindro no es bueno, dada la baja capacidad de aspiración del motor en estas condiciones de funcionamiento, por lo que el par desarrollado disminuye considerablemente. En los regímenes altos, el tiempo que permanece abierta la válvula de admisión resulta insuficiente para conseguir un buen llenado del cilindro, por cuya causa, el par motor desarrollado decrece también.
El par motor multiplicado por el número de revoluciones, da la potencia desarrollada. De esto se deduce que la potencia de un motor varia fundamentalmente con el régimen de giro, correspondiendo los mayores valores a los regímenes más altos, pues a pesar de que el par disminuye en estos márgenes, el número de explosiones por minuto aumenta grandemente, lo que conlleva un crecimiento importante de la potencia desarrollada por el motor.
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3.3.1. CARACTERÍSTICA EXTERIOR DE VELOCIDAD DEL AUTOMÓVIL NISSAN SENTRA SEDAN 1.6 LITROS (1600 cm 3) GXE A continuación se va a construir las curvas de Par Motor y Potencia del motor del automóvil Nissan Sentra, para lo cual se determina primero el régimen de giro n del motor tomando en cuenta los datos:
Potencia ( N )............................................................................ 110 HP / 6000 rpm Par Máximo ( M ).......................................................................15 kgm / 2400 rpm
Tomamos las revoluciones a Potencia máxima n Nmáx que es 6000 rpm y éste valor multiplicamos por los coeficientes de la tabla 5:
n n Nmáx
=
coeficient e
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Tabla 5
En la tabla 6 se muestra n (rpm) para diferentes valores del coeficiente
n
coeficiente n Nmáx (r pm ) n (r pm )
n1 n2 n3 n4 n5
0,2
6000
1200
0,4
6000
2400
0,6
6000
3600
0,8
6000
4800
1
6000
6000
n6
1,2
6000
7200
Tabla 6
Luego tomamos la Potencia máxima N emáx de los datos que es 110 HP (110 HP*1.013 CV) y multiplicamos por los coeficientes para motores a gasolina de la tabla 7 :
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N e N emáx
=
coeficient e
0.23 0.5 0.74 0.93 1.0 0.91 Tabla 7
Y obtenemos los valores de la Potencia parciales N e en CV para diferentes valores de los coeficientes, como nos muestra la tabla 8:
Ne
coeficiente
N emáx (CV)
Ne (CV)
Ne1 Ne2 Ne3 Ne4 Ne5
0,23
111,43
25,6289
0,5
111,43
55,715
0,74
111,43
82,4582
0,93
111,43
103,6299
1
111,43
111,43
Ne6
0,91
111,43
101,4013
Tabla 8
Ahora se va a encontrar el Par Motor M en función de la Potencia N e (CV ) y de las revoluciones por minuto del motor n, de acuerdo a la expresión: M = 716.2 *
N 10 n
a éste valor multiplicamos por 9.81 m/s 2 para obtener el Par Motor M en Nm y obtenemos diferentes valores de M de acuerdo a la tabla 9:
M
Ne (CV)
n (rpm)
M (Nm)
M1
25,6289
1200
150,05554
M2
55,715
2400
163,10385
M3
82,4582
3600
160,92913
M4
103,6999
4800
151,78904
M5
111,43
6000
130,48308
M6
101,4013
7200
98,94967
Tabla 9
10
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 17. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-94-
Finalmente, se obtiene las curvas de Potencia N en CV y Par motor M en Nm en función del régimen de revoluciones del motor n del automóvil Nissan Sentra Sedán GXE (figura 9). N (CV)
M (Nm)
120
180 160
100
140
80
120 100
60
80
40
60 40
20
20
0
0 1200
2400
3600
4800
6000
7200 n (rpm)
Figura 9. Curvas de Potencia y Par Motor de la Nissan Sentra
A partir de las 6000 rpm del régimen de revoluciones, el par decrece rápidamente. Por lo que se refiere a la potencia, el gráfico muestra que el máximo valor de la misma se obtiene a una velocidad de rotación elevada, comprendida entre las 5.400 y 6.000 r.p.m.
En la figura 9 puede verse que el par motor máximo se obtiene a 2400 r.p.m., mientras que la máxima potencia del motor se consigue a 6000 r.p.m. En el intervalo comprendido entre éstos dos regímenes se logra un funcionamiento estable del motor, cualquiera que sean las resistencias a vencer en la marcha del vehículo, es decir, las fuerzas que se oponen al avance del mismo y que se manifiestan en el eje de las ruedas motrices, bajo la forma de un par resistente.
Considerando una velocidad de rotación del motor cualquiera, comprendida en el intervalo antes señalado, a la que corresponde un determinado par motor, cuando aumentan las resistencias a vencer en la marcha del vehículo (por ejemplo en la subida de una pendiente), sobreviene una disminución de la velocidad de rotación, pero con Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-95-
ello va aparejado un aumento del par motor desarrollado, necesario para vencer la mayor resistencia opuesta ahora a la marcha del vehículo, obteniéndose así una nueva condición de equilibrio, a un régimen más bajo. La velocidad de 2400 r.p.m. representa, por tanto, el límite inferior de funcionamiento estable del motor en este caso concreto, mientras que la de 6000 r.p.m., supone el limite superior.
3.4.
CURVA DE UTILIZACIÓN DEL VEHÍCULO NISSAN SENTRA SEDAN 1.6 L GXE
Las curvas de utilización indican las diferentes relaciones de la caja de velocidades con respecto a la velocidad del automóvil en Km/h y la fuerza tractiva del mismo. A continuación se construirá la curva de utilización para cada cambio 1ª, 2ª, 3ª, 4ª y 5ª velocidad para el vehículo Nissan Sentra Sedán GXE.
En primer lugar se inicia calculando el valor del radio dinámico r d de la rueda tomando en cuenta los datos de la rueda del Nissan Sentra 5J X 13. La figura 10 nos muestra el ancho del neumático a y el diámetro del aro de la rueda d .
Figura 10. Ancho del neumático y diámetro del aro de la rueda
a = 5” (127 mm) d = 13” (330.2 mm)
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-96-
r d
r d
=
0.9 * (d + 2a ) 2
=
11
0.9 * (0.3302 + 2 * 0.127 ) 2 r d
0.262m
=
Luego se va a calcular la fuerza tractiva y velocidad del automóvil bajo las siguientes características: Tipo de Rueda ............................................................................................5J X 13 Relación de Transmisión en la Caja de Velocidades ( icv ): icvI ..............................................................................................................3.333 :1 icvII ............................................................................................................. 1.955:1 icvIII
.............................................................................................................1.286:1
icvIV ............................................................................................................ 0.926:1 icvV ................................................................................................................0.733:1
Relación en el Grupo de reducción ( io): io ................................................................................................................ 4.167:1
Rendimiento total del sistema de transmisión ηm............................................0.88 Las rpm n y el torque M (tabla 10)......................................(sacado de la tabla 9) n (rpm)
M (Nm)
1200
150,05554
2400
163,10385
3600
160,92913
4800
151,78904
6000
130,48308
Tabla 10
La fuerza tractiva P n está determinada por: P n
=
M *η m r d * icv * io
11
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-97-
P nI
=
150.05554 * 0.88 1 1 0.262 * * 3.333 4.167
P n I
=
6999.906 N
La fuerza tractiva en 1ª velocidad es P nI y su valor se seguirá calculando para diferentes valores de M de acuerdo a la tabla 10, para el resto de velocidades 2ª, 3ª, 4ª y 5ª, o sea, P nII , P nIII , P nIV y P nV
respectivamente, se procederá para su calculo de la misma manera,
tomando en cuenta de sustituir en la fórmula la relación de transmisión correcta para cada marcha.
En la tabla 11 se muestra la fuerza tractiva para cada velocidad P n ,I P nII , P nIII , P nIV y P nV
y diferentes valores de M :
n (rpm) M (Nm)
PnI
(N)
1200 150,05554 6999,906
vI
(Km/h)
PnII
(N)
v II
(Km/h)
PnIII
(N)
v III
(Km/h)
PnIV
(N)
v IV
(Km/h)
9,601793 4105,856 16,369706 2700,834 24,885518
1944,768 34,560233
2400 163,10385 7608,594 19,203586 4462,887 32,739413 2935,689 49,771036
2113,879 69,120467
3600 160,92913 7507,146 28,805379 4403,381 49,109119 2896,547 74,656554
2085,694
4800 151,78904 7080,772 38,407172 4153,288 65,478826 2732,035 99,542072
1967,235 138,24093
6000 130,48308 6086,875 48,008965 3570,309 81,848532 2348,551 124,42759
1691,103 172,80117
PnV
(N)
vV
103,6807
(Km/h)
1539,433
43,659995
1673,297
87,319989
1650,986
130,97998
1557,217
174,63998
1338,638
218,29997
Tabla 11
Ahora, se calculará la velocidad del automóvil y está determinada por: v
v I
=
=
0.377 *1200 * 0.262 * v I
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
0.377 * n * r d * ic
=
1 3.333
9.601 Km / h
Pág.
-98-
La velocidad del vehículo en 1ª marcha con n1 es v I = 9.601 Km/h y se seguirá calculando para diferentes valores de n. Para 2ª, 3ª, 4ª y 5ª marcha, o sea, v II , v III , v IV y vV
se calculará de igual manera.
En la tabla 11 se muestra v I , v II , v III , v IV y vV para diferentes valores de n. Finalmente la figura 11 muestra la curva de utilización para las velocidades y fuerzas tractivas calculadas.
CURVA DE UTILIZACIÓN DEL VEHÍCULO NISSAN SENTRA SEDAN GXE Pn (N)
8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0
50
100
150
200
250
V (Km/h)
Figura 11. Curva de utilización del Nissan Sentra GXE
La primera curva (desde arriba en la figura 11) representa la 1ª velocidad y se puede observar que el punto máximo es (19.2, 7608.5) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es v I = 19.2 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 1ª velocidad es P nI = 7608.5 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 1ª marcha de v I = 48 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-99-
La segunda curva (desde arriba en la figura 11) representa la 2ª marcha y se puede observar que el punto máximo es (32.7, 4462.8) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es v II = 32.7 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 2ª velocidad es P nII = 4462.8 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 2ª marcha de v II = 81.84 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm.
La tercera curva (desde arriba en la figura 11) representa la 3ª marcha y se puede observar que el punto máximo es (49.77, 2935.6) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es v III = 49.77 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 3ª velocidad es P nIII = 2935.6 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 3ª marcha de v III = 124.4 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm.
La cuarta curva (desde arriba en la figura 11) representa la 4ª marcha y se puede observar que el punto máximo es (69.1, 2113.8) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es v IV = 69.1 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 4ª velocidad es P nIV = 2113.8 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 4ª marcha de v IV = 172.8 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm.
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-100-
La quinta curva (desde arriba en la figura 11) representa la 5ª marcha y se puede observar que el punto máximo es (87.3, 1673.2) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es vV = 87.3 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 5ª velocidad es P nV = 1673.2 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 5ª marcha de vV = 218.2 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm. Luego de alcanzar las velocidades a Torque máximo en 1ª, 2ª, 3ª, 4ª y 5ª respectivamente se puede observar (ver figura 11) que a medida que se va incrementando la velocidad la curva correspondiente a cada marcha empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva.
Esto se debe a que en las curvas de Potencia y Par Motor (ver figura 9) el Par Motor M máximo se obtiene a las 2400 rpm y a partir de éste valor conforme las rpm se va incrementando el Par M en cambio va disminuyendo debido a la poca capacidad de aspiración del émbolo en regímenes bajos y al poco tiempo que tiene la válvula de admisión de mantenerse abierta en altos regímenes.
En cambio la potencia desarrollada por el motor va creciendo conforme se incremente las rpm debido a que el Par motor multiplicado por el número de revoluciones nos da la Potencia desarrollada.
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-101-
3.5.
POTENCIA
NECESARIA
PARA
VENCER
LAS
RESISTENCIAS QUE SE OPONEN AL MOVIMIENTO DEL AUTOMÓVIL Para que un automóvil se desplace con una cierta velocidad es necesario que la potencia del motor sea lo suficiente para vencer todas las resistencias que se oponen al movimiento de dicho automóvil.
3.5.1. POTENCIA QUE SE ABSORBE EN VENCER LA RESISTENCIA A LA RODADURA •
Características:
Qo (Peso Neto)...........................................................1200 Kg
.......................................................................................0.02
μr
Velocidad v..............................................................110 Km/h •
Se Pide:
1. La potencia gastada N r en absorber la resistencia a la rodadura Rr que ofrece el Nissan con un solo ocupante. 2. La potencia gastada N r en absorber la resistencia a la rodadura Rr que ofrece el Nissan con 5 pasajeros.
1. Con un ocupante de peso 65 Kg N r
N r
=
=
μ r
*Q *v 270
12
0.02 * (1200 + 65) * 110 270 N r = 10.30CV
12
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 38. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-102-
2. Con 5 pasajeros cada uno de peso 65 Kg * 5 = 325 Kg N r
N r
=
=
*Q*v 270
0.02 * (1200 + 325) *110 270 N r
•
μ r
=
12.42CV
Interpretación de Resultados
Debido al peso de sus ocupantes el motor endotérmico del vehículo Nissan Sentra Sedán tiene que gastar parte de su potencia útil para vencer la resistencia por rodadura como puede observarse en los resultados obtenidos, la potencia gastada tomando en cuenta el peso del automóvil más el peso del conductor es menor con respecto a la potencia gastada considerando el peso del automóvil más cinco ocupantes, lo que significa que con mayor carga en el vehículo mayor será la potencia que se absorbe para vencer la resistencia por rodadura.
3.5.2. POTENCIA GASTADA EN VENCER LA RESISTENCIA POR PENDIENTE •
Características
Qo (Peso
Neto)...........................................1200 Kg (11772 N)
Peso de un Ocupante...................................................... 65 Kg Pendiente i.........................................................................11% Velocidad v...............................................................110 Km/h •
Se pide:
1. La potencia gastada N p para vencer la resistencia a la pendiente R p que opone el Nissan considerando un solo ocupante.
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-103-
2.
La potencia gastada N p para vencer la resistencia a la pendiente R p con 5 ocupantes en el vehículo.
1. N p
N p
=
Q * i * v 13
270
(1200 + 65) * 0.11 *110
=
270 N p
=
N p
=
56.6CV
2.
N p
=
Q *i *v
270
(1200 + 325) * 0.11 * 110 270 N p
=
68.3CV
POTENCIA ABSORBIDA EN VENCER LA RESISTENCIA POR RODADURA Y PENDIENTE La potencia absorbida por rodadura y pendiente es: N rp
=
Q * ( μ r + i ) * v 14
270
En dónde: •
(N rp )o es
la potencia gastada en vencer la resistencia por rodadura y pendiente
considerando el peso del vehículo (1200 Kg) más un ocupante de 65 Kg.
13, 14
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupo del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 39.
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-104-
•
(N rp ) es
la potencia gastada en vencer la resistencia por rodadura y pendiente
considerando el peso del vehículo (1200 Kg) más el peso de 5 ocupantes + carga en el portaequipajes (400Kg)
En la Tabla 12 se muestra valores calculados de (N rp )o y (N rp ) para diferentes valores de la pendiente i y con una velocidad de 48 Km/h.
i
(Nrp)o (CV) (Nrp) (CV)
α
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,26 0,28 0,3
0 1,146026 2,29251 3,439914 4,588701 5,73934 6,892306 8,048084 9,207168 10,37007 11,5373 12,70941 15,07051 16,26068 17,45812
4,4977778 8,9955556 13,493333 17,991111 22,488889 26,986667 31,484444 35,982222 40,48 44,977778 49,475556 53,973333 62,968889 67,466667 71,964444
5,6888889 11,377778 17,066667 22,755556 28,444444 34,133333 39,822222 45,511111 51,2 56,888889 62,577778 68,266667 79,644444 85,333333 91,022222
0,32 18,66348 76,462222 96,711111
Tabla 12
En la figura 12, se puede ver las curvas que representa la potencia gastada en vencer la resistencia por rodadura y pendiente cuando el vehículo está descargado de peso (N rp )o y cuando está cargado (N rp ).
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-105-
POTENCIA GASTADA EN VENCER LA RESISTENCIA POR RODADURA Y PENDIENTE CON EL VEHÍCULO DESCARGADO (N rp )o Y CON EL VEHÍCULO TOTALMENTE CARGADO (N rp ) (Nrp)o (CV)
(Nrp) (CV)
90
120
80 100 70 60
80
50 60 40 30
40
20 20 10 0
0 0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 26 28 30 32 PENDIENTE
(%)
Figura 12. (N rp )o Vs. i y (N rp ) Vs. i
•
Interpretación de resultados
La tabla 2 nos muestra que para cada valor de la pendiente pertenece uno en cuanto a la potencia que el motor gasta para vencer la resistencia dada por el camino cuando el vehículo está descargado y cuando está totalmente cargado de peso esto es con los cinco ocupante más carga en el portaequipajes.
Se puede apreciar como indica la figura 12, que la curva (N rp )o (curva delgada entre puntada) que según se incrementa el valor de la pendiente sube también el valor de la potencia gastada hasta llegar al punto (32, 76.46) indicando que el vehículo a alcanzado hasta una pendiente del 32% con una potencia consumida de 76.46 CV.
En cambio la curva (N rp ) (curva ancha continua) alcanza hasta el punto (32, 96.7) indicando que el vehículo a alcanzado hasta una pendiente del 32% con una potencia consumida de 96.7 CV. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-106-
Entre las curvas (N rp )o y (N rp ) existe una diferencia aproximada de 20.25 CV de potencia consumida en vencer las resistencia por rodadura y pendiente lo cual nos indica que se gasta menor potencia en vencer la resistencia por el camino cuando el vehículo circula con menor peso que cuando está totalmente cargado.
3.5.4. POTENCIA CONSUMIDA EN VENCER LA RESISTENCIA DEL AIRE •
Características
Resistencia del aire Ra a 110 Km/h.........................364.32 N ( ver tabla 4) •
Se Pide:
1. La potencia consumida N a que se produce en el motor del vehículo Nissan para vencer la resistencia del aire a 110 Km/h. 1. La potencia consumida N a para vencer la resistencia del aire es: N a
N a
=
=
Ra * v 15
270
364.32 *110 9.81 270
N a = 15.13 CV
El automóvil Nissan Sentra Sedan GXE 1.6L, al recorrer a una velocidad v = 110 Km/h ofrece una resistencia dada por el aire Ra = 364.32 N (de acuerdo a la tabla 4) y la potencia gastada en vencer ésta resistencia es de N a = 15.13 CV.
En la tabla 13 se muestra N a para diferentes valores de la velocidad en Km/h:
15
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 41. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-107-
v (Km/h)
0 10 15 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
Na (CV)
0 0,011368 0,038365 0,09094 0,177618 0,306923 0,487382 0,727521 1,42094 2,455385 3,89906 5,820171 8,286923 11,36752 15,13017 19,64308 24,97444 31,19248 38,36538 46,56137 55,84863 66,29538 77,96983
200 90,94017
Tabla 13
La figura 13 muestra la curva de Potencia gastada N a en vencer la resistencia del aire Vs. la velocidad del vehículo Nissan en Km/h.
CURVA DE POTENCIA CONSUMIDA EN VENCER LA RESISTENCIA DEL AIRE Vs. LA VELOCIDAD DEL AUTOMÓVIL NISSAN SENTRA GXE Na (CV) 100 80 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250 v (Km/h)
Figura 13. N a Vs. v
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-108-
•
Interpretación de resultados
El gráfico nos muestra que mientras se incremente la velocidad del automóvil Nissan Sentra también se incrementa el consumo de potencia N a por ejemplo en la curva a 100 Km/h existe 10 CV de potencia gastada en vencer la resistencia del aire, a 150 Km/h existe 40 CV, y así sucesivamente conforme se incremente la velocidad del vehículo, lo que indica que la velocidad es proporcional a la potencia consumida.
3.6.
PENDIENTE SUPERABLE
Conociendo la potencia N necesaria del motor en función de las resistencias que se oponen al movimiento del vehículo y conocida la velocidad máxima v en cada reducción de la caja de cambios, se puede determinar la pendiente máxima superable i en cada una de éstas velocidades.
•
Características
Potencia ( N ).......................... 110 HP(111.43 CV) / 6000 rpm Par Máximo ( M ).....................................16.6 kgm / 2400 rpm Qo (Peso
Neto)..........................................1200 Kg (11772 N)
Peso de 5 Ocupantes + carga en el portaequipajes........400Kg .......................................................................................0.02
μr
Rendimiento total del sistema de transmisión ηm.............0.88 Velocidades máximas.......................................(ver figura 11) la velocidad máxima en 1ª .....………...…..v I = 48Km/h la velocidad máxima en 2ª....….……... v II = 81.84 Km/h la velocidad máxima en 3ª.............. ... v III = 124.4 Km/h la velocidad máxima en 4ª.................. v IV = 172.8 Km/h
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-109-
la velocidad máxima en 5ª.....................vV = 218.2 Km/h
•
Se Pide:
1. La pendiente superable con cada velocidad máxima del vehículo. (Se considera nula la resistencia del aire). 2. El ángulo de inclinación del camino con cada pendiente superable 3. La pendiente máxima que puede superar el vehículo (Se considera nula la resistencia del aire).
1. La pendiente superable en función de la potencia máxima y velocidades máximas en cada reducción de la caja de cambios esta dada por: i
270 * η m * N − μ r Q*v
=
16
270 * η m * N 270 * 0.88 *111.43 = = 16.54 Q (1600 ) i1
=
16.54 *
1 − 0.02 = 0.324 = 32.4% 48
i2
=
16.54 *
1 − 0.02 = 0.182 = 18.2% 81.84
i3
=
16.54 *
1 − 0.02 = 0.113 = 11.3% 124.4
i4
=
16.54 *
1 − 0.02 = 0.075 = 7.5% 172.8
i5
=
16.54 *
1 − 0.02 = 0.055 = 5.5% 218.2
16
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 42. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
-110-
2. El ángulo de inclinación de la carretera está dada por: i
Senα
=
en dónde: i1 = 32.4 % = 0.324 α =
Sen
1
−
α =
(0.324)
19°
i2 = 18.2 % = 0.182 α =
Sen −1 (0.182)
α =
10.48°
i3 = 11.3 % = 0.113 α =
Sen −1 (0.113)
α =
6.48°
i4 = 7.5 % = 0.075 α =
Sen −1 (0.075) α =
4.3°
i5 = 5.5 % = 0.055 α =
Sen −1 (0.055) α =
3.1°
El comportamiento del automóvil Nissan Sentra Sedán GXE 1.6L (1600 cm 3) es el siguiente (Considerando el peso del vehículo 1200 Kg más el peso de cinco ocupantes 325 Kg más el peso de carga en el portaequipajes de 0.75 Kg, igual a un peso total de 1600 Kg):
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
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•
En 5ª velocidad:
El automóvil puede superar una carretera asfaltada de
inclinación máxima de 3.1° correspondiente a una pendiente del 5.5 % cuya velocidad máxima es de 218.2 Km/h con una fuerza tractiva de 1338.6 N (ver figura 11)
y una potencia máxima en el motor de 111.43 CV a 6000 rpm (ver
figura 9).
•
En 4ª velocidad:
El automóvil puede superar una carretera asfaltada de
inclinación máxima de 4.3° correspondiente a una pendiente del 7.5 % cuya velocidad máxima es de 172.8 Km/h con una fuerza tractiva de 1691.1 N (ver figura 11)
y una potencia máxima en el motor de 111.43 CV a 6000 rpm (ver
figura 9).
•
En 3ª velocidad:
El automóvil puede superar una carretera asfaltada de
inclinación máxima de 6.48° correspondiente a una pendiente del 11.3 % cuya velocidad máxima es de 124.4 Km/h con una fuerza tractiva de 2348.5 N (ver figura 11)
y una potencia máxima en el motor de 111.43 CV a 6000 rpm (ver
figura 9).
•
En 2ª velocidad:
El automóvil puede superar una carretera asfaltada de
inclinación máxima de 10.48° correspondiente a una pendiente del 18.2 % cuya velocidad máxima es de 81.84 Km/h con una fuerza tractiva de 3570.3 N (ver figura 11)
y una potencia máxima en el motor de 111.43 CV a 6000 rpm (ver
figura 9).
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
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•
En 1ª velocidad:
El automóvil puede superar una carretera asfaltada de
inclinación máxima de 19° correspondiente a una pendiente del 32.4 % cuya velocidad máxima es de 48 Km/h con una fuerza tractiva de 6086.8 N (ver figura 11)
y una potencia máxima en el motor de 111.43 CV a 6000 rpm (ver
figura 9).
3. la pendiente máxima que puede superar el vehículo está dada por:
i
i
=
=
0.377 *η m * n * M − μ r Q*v
0.377 * i
17
0.88 * 2400 * 16.6 − 0.02 1600 *19.2 0.410 = 41%
=
α =
Sen −1 (0.410)
α =
24.2°
El automóvil Nissan Sentra Sedán GXE 1.6L (1600 cm 3) (Con el peso del vehículo más cinco pasajeros y mas carga igual a 1600 Kg) puede subir una carretera asfaltada de inclinación máxima de 24.2° correspondiente a una pendiente máxima del 41 % cuyo Par Máximo en el motor es de 163.1 Nm que corresponde a una velocidad de 19.2 Km/h con una fuerza tractiva de 7608.5 N (ver figura 11) y una potencia en el motor de 55.7 CV a 2400 rpm (ver figura 9).
17
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 43. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
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3.7.
POTENCIA GASTADA EN VENCER LA RESISTENCIA DEL CAMINO EN CADA REDUCCIÓN DE LA CAJA DE CAMBIOS
La potencia absorbida en vencer la resistencia que ofrece el camino está dada por: N rp •
=
Q * ( μ r + i ) * v 18
270
En 1ª velocidad: N rp
=
1600 * (0.02 + 0.32) * 48 270 N rp = 96.71 CV
•
En 2ª velocidad: N rp
=
1600 * (0.02
0.182) * 81.84 270 +
N rp = 97.96 CV
•
En 3ª velocidad: N rp
=
1600 * (0.02 + 0.113) *124.4 270 N rp = 98.04 CV
•
En 4ª velocidad: N rp
=
1600 * (0.02 + 0.075) * 172.8 270 N rp = 97.28 CV
18
MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 39. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
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•
En 5ª velocidad: N rp
=
1600 * (0.02 + 0.055) * 218.2 270 N rp = 96.97 CV
Como puede verse los valores de potencia consumida en vencer la resistencia del camino son parecidos en todas las velocidades, ya que, para reducciones mayores de la caja de cambios se tiene que vencer las pendientes máximas por lo que el motor gasta una potencia aproximada entre 96 – 98 CV y para multiplicaciones grandes de la caja de cambios lo que se pierde en pendientes se gana en velocidad por lo que el motor también gasta una potencia aproximada entre 96 – 98 CV.
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
Pág.
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CONCLUSIONES Luego de los Cálculos y Análisis Dinámico del Automóvil durante su desplazamiento en Carretera como autor del presente trabajo investigativo he llegado a lo siguiente:
1. Que la estabilidad el automóvil no está dada únicamente por su sistema de suspensión, sino que también influye el efecto de deriva que actúa en los neumáticos, la fuerza centrífuga, el aire, condiciones del conductor sobre el volante y estado del terreno.
2. Las causas por las que se produce la deriva son el reparto de masas, es decir, la posición del centro de gravedad (c.g.) del vehículo, ya que al estar en movimiento sobre la carretera, el c.g. se mueve hacia delante o hacia atrás ocasionando un mayor peso en el eje delantero o trasero respectivamente, permitiendo de esta manera que exista mayor desviación efectiva de trayectoria de las ruedas con respecto a la trayectoria teórica ocasionando un mayor ángulo de deriva, el cuál, produce un efecto de inestabilidad direccional en los vehículos.
3. Las desviaciones de trayectoria en el automóvil corresponden al comportamiento sobrevirador, subvirador y neutro causadas por la posición del c.g. en el vehículo, la fuerza centrífuga y viento.
4. Las fuerzas limitadoras de la velocidad límite de derrape y vuelco están dadas por el peso del vehículo, fuerza centrífuga y además tiene mucha incidencia el ancho de vía del vehículo y la altura del c.g. con respecto al camino.
Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.
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5. El desplazamiento de la masa suspendida del automóvil procedente a una frecuencia con rango de valores de 1-2 Hz en el sistema de suspensión corresponden a un confort para los ocupantes y estabilidad en el vehículo. Cuando no se produce éstos valores de frecuencia se pierde las condiciones de confort y estabilidad del automóvil puesto que se ha sobrepasado el amortiguamiento crítico y con ello una disminución de frecuencia
y
desplazamiento de la masa suspendida, ocasionando que el elemento elástico del sistema de suspensión pierda su característica “elástica” permitiendo así, que la masa suspendida sea ahora masa no suspendida es decir, tiene contacto directo con las ruedas cuya suspensión transmite ahora directamente las irregularidades del terreno a los ocupantes del vehículo ocasionando fatiga e inestabilidad del automóvil.
6. El frenado del vehículo se da en dos instantes, la primera acción de frenado se produce cuando se disminuye la velocidad de giro de la rueda, a través del circuito de frenos principal del automóvil comandado por el conductor, y la segunda acción de frenado se produce durante el rozamiento de las ruedas con el piso. Los dos instantes de frenado se dan al mismo tiempo caso contrario, el automóvil no se detendrá.
7. La fuerza de rozamiento entre elementos frenantes tambor-zapata y disco pastilla, está en función de la magnitud de la fuerza de frenado obtenida en los cilindros de rueda, de los diámetros de los bombines, diámetro del cilindro maestro y la fuerza del conductor sobre el pedal de frenos.
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8. La fuerza de rozamiento entre los neumáticos con el terreno está en función del peso del automóvil, coeficiente de adherencia y tipo de carretera.
9. Durante el frenado la poca adherencia de la carretera con las ruedas del vehículo ocasiona que las ruedas posteriores se bloqueen primero que las delanteras produciendo que la parte posterior del vehículo tienda a irse hacia delante repercutiendo a un patinazo con derrape es decir, un giro de 180º sobre sí mismo, para lo cual, el conductor pierde el control del vehículo.
10. La potencia que se consume o gasta el motor endotérmico para vencer las fuerzas de resistencia que ofrece el camino durante el movimiento del vehículo ascienden a un 85% - 90% de la potencia total desarrollada por el motor.
11. El porcentaje de pendiente de la carretera determina la reducción o multiplicación adecuada que se tiene que seleccionar en la caja de cambios a fin de no sobrecargar innecesariamente el rendimiento del motor de combustión y así aprovechar de mejor manera toda esa potencia útil del motor con respecto a las resistencias de rodadura y pendiente.
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RECOMENDACIONES Luego de realizar el presente trabajo investigativo y como autor del mismo recomiendo lo siguiente:
1. Que si se quiere tener una mejor estabilidad durante la marcha del vehículo sobre la carretera, se tome en cuenta de no sobrecargar el automóvil tanto de pasajeros como de carga misma en el portaequipajes es decir, se respete la capacidad de pasajeros que ingresan en un automóvil.
2. El conductor del vehículo debe estar consciente de sí mismo y de lo que hace, pues la responsabilidad de conducir es muy grande, por lo tanto, debe mantenerse libre de alcohol, fatiga y cansancio durante la conducción.
3. En lo posible seleccionar el estado de la carretera por la que se va ha circular con el automóvil y tener precaución cuando se desplace sobre terreno empedrado, con baches, mojado sobre todo cuando esté lleno de ocupantes.
4. Cuando se circule por curvas procurar no hacerlo a grandes velocidades puesto que obedece a utilizar el freno repercutiendo en la posición del c.g. del vehículo y ocasionando que el vehículo tome un comportamiento subvirador o sobrevirador que trae consecuencias de inestabilidad pudiendo terminar inclusive saliéndose de la vía.
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