Análisis numérico del sistema de admisión de un motor de combustión interna alternativo de encendido por chispa

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Grado Grado en Tecnologías Industriales Análisis numérico del sistema de admisión de un motor de combustión interna alternativo de encendido por chispa Autor: Francisco Carmona Canalejo Tutor: Miguel Torres García Dep. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2016 iii Proyecto Fin de Carrera Ingeniería en Tecnologías Industriales Análisis numérico del sistema de admisión de un motor de combustión interna alternativo de encendido por chispa Autor: Francisco Carmona Canalejo Tutor: Miguel Torres García Profesor titular Dep. de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2016 v Proyecto Fin de Carrera: Análisis numérico del sistema de admisión de un motor de combustión interna alternativo de encendido por chispa Autor: Francisco Carmona Canalejo Tutor: Miguel Torres García El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2016 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mi tutor en este proyecto ix Agradecimientos A mis padres, los cuales merecen mucho más que estas palabras de agradecimiento, amor y admiración. Francisco Carmona Canalejo Sevilla, 14 de septiembre de 2016 Índice de Figuras Fig 1.1: Despiece de un motor de 4T 24 Fig 1.2: Esquema de una culata de motor de inyección indirecta 25 Fig 1.3: Pistón y segmentos 26 Fig 1.4: Biela 27 Fig 1.5: Cigüeñal 27 Fig 1.6: Imagen y esquema de una de las válvulas 28 Fig 1.7: Esquema de las partes de una bujía 28 Fig 1.8: Árbol de levas 29 Fig 1.9: Culata y válvulas de un motor que utiliza dos árboles de levas 29 Fig 1.10: Carter de aceite de un Ford Escort 30 Fig 1.11: Esquema general de un motor de combustión interna alternativo 31 Fig 1.12: Motor de encendido provocado o por chispa 32 Fig 1.13: Proceso de funcionamiento de un motor de 4T 34 Fig 1.14: Proceso de funcionamiento de un motor de 2T 34 Fig 1.15: Disposiciones constructivas de los motores 36 Fig 1.16: Puntos de referencia en el cilindro de combustión interna 39 Fig 1.17: Determinación de la presión media indicada en un motor de 4T 40 Fig 1.18: Proceso de admisión ideal 46 Fig 1.19: Parámetros geométricos característicos de una válvula 49 Fig 1.20: Valores típicos de los parámetros geométricos de las válvulas de admisión y escape 49 Fig 1.21: Levantamiento y área mínima de paso de válvulas de admisión y escape 50 Fig 1.22: Coeficiente de descarga en función del levantamiento en una válvula de admisión típica 52 Fig 1.23: Influencia del levantamiento máximo de la válvula de admisión en el 52 Fig 1.24: Sistema de admisión de longitud variable de un motor MazRelación carrera-diámetro 53 Fig 1.25: Rendimiento volumétrico en función del índice de Mach 56 Fig 1.26: Rendimiento volumétrico en función del número de Mach 57 Fig 1.27: Rendimiento volumétrico en función régimen de giro para distintas secciones efectivas 57 Fig 1.28: Rendimiento volumétrico en función del régimen de giro y el RCA 58 Fig 1.29: Rendimiento volumétrico en función de la velocidad media del pistón. 59 Fig 1.30: Diagramas circulares de la distribución teórica y real de un motor 4T 62 Fig 1.31: Motor CBR 600 RR 67 Fig 1.32: Curvas de par/potencia de una CBR600 RR 67 Fig 2.1: Imágenes del LOTUS SOFTWARE 1 69 Fig 2.2: Imágenes del LOTUS SOFTWARE 2 70 Fig 2.3: Imágenes del LOTUS SOFTWARE 3 71 xvii Fig 2.4: Determinación de los grados de apertura y cierra de las válvulas de admisión y escape 71 Fig 2.5: Gráfica y datos de las toberas de admisión y escape 72 Fig 2.6: Modelo real Honda CBR 600 RR 73 Fig 2.7: Parámetros CBR 600 RR 73 Fig 2.8: Modelo dinámico real Honda CBR 600 RR 74 Fig 2.9: Potencia (Kw) obtenida en función de la temperatura 76 Fig 2.10: Par (N/m) obtenido en función de la temperatura 76 Fig 2.11: Gasto específico (gr/kWh) obtenido en función de la temperatura 77 Fig 2.12: Eficiencia Volumétrica obtenida en función de la temperatura 78 Fig 2.13: Potencia (kW) en función de la relación de compresión 79 Fig 2.14: Par (N/m) en función de la relación de compresión 79 Fig 2.15: Gasto específico en función de la relación de compresión 80 Fig 2.16: Eficiencia volumétrica en función de la relación de compresión 81 Fig 2.17: Potencia (kW) obtenida para distintos valores de AAA y de RCA. 83 Fig 2.18: Potencia (kW) obtenida para un AAA de 15º y variaciones en el RCA. 83 Fig 2.19: Potencia (kW) obtenida para un AAA de 10º y variaciones en el RCA. 84 Fig 2.20: Potencia (kW) obtenida para un AAA de 5º y variaciones en el RCA. 84 Fig 2.21: Potencia (kW) obtenida para un AAA de 0º y variaciones en el RCA. 85 Fig 2.22: Potencia (kW) obtenida para un RAA de 5º y variaciones en el RCA 85 Fig 2.23: Potencia (kW) obtenida para un RAA de 10º y variaciones en el RCA. 85 Fig 2.24: Potencia (kW) obtenida para un RAA de 15º y variaciones en el RCA. 86 Fig 2.25: Par (N/m) obtenido para distintos valores de AAA y de RCA. 86 Fig 2.26: Par (N/m) obtenido para un AAA de 15º y variaciones en el RCA. 87 Fig 2.27: Par (N/m) obtenido para un AAA de 10º y variaciones en el RCA. 87 Fig 2.28: Par (N/m) obtenido para un AAA de 5º y variaciones en el RCA. 87 Fig 2.29: Par (N/m) obtenido para un AAA de 0º y variaciones en el RCA. 88 Fig 2.30: Par (N/m) obtenido para un RAA de 5º y variaciones en el RCA. 88 Fig 2.31: Par (N/m) obtenido para un RAA de 10º y variaciones en el RCA. 88 Fig 2.32: Par (N/m) obtenido para un RAA de 15º y variaciones en el RCA. 89 Fig 2.33: Gasto específico (gr/kWh) obtenido para distintos valores de AAA y de RCA. 90 Fig 2.34: Gasto específico (gr/kWh) obtenido para un AAA de 15º y variaciones en el RCA. 90 Fig 2.35: Gasto específico (gr/kWh) obtenido para un AAA de 10º y variaciones en el RCA. 91 Fig 2.36: Gasto específico (gr/kWh) obtenido para un AAA de 5º y variaciones en el RCA. 91 Fig 2.37: Gasto específico (gr/kWh) obtenido para un AAA de 0º y variaciones en el RCA. 92 Fig 2.38: Gasto específico (gr/kWh) obtenido para un RAA de 5º y variaciones en el RCA. 92 Fig 2.39: Gasto específico (gr/kWh) obtenido para un RAA de 10º y variaciones en el RCA. 92 Fig 2.40: Gasto específico (gr/kWh) obtenido para un RAA de 15º y variaciones en el RCA. 93 Fig 2.41: Eficiencia volumétrica obtenida para distintos valores de AAA y de RCA. 93 Fig 2.42: Eficiencia volumétrica obtenida para un AAA de 15º y variaciones en el RCA. 94 Fig 2.43: Eficiencia volumétrica obtenida para un AAA de 10º y variaciones en el RCA. 94 Fig 2.44: Eficiencia volumétrica obtenida para un AAA de 5º y variaciones en el RCA. 94 Fig 2.45: Eficiencia volumétrica obtenida para un AAA de 0º y variaciones en el RCA. 94 Fig 2.46: Eficiencia volumétrica obtenida para un RAA de 5º y variaciones en el RCA. 95 Fig 2.47: Eficiencia volumétrica obtenida para un RAA de 10º y variaciones en el RCA. 95 Fig 2.48: Eficiencia volumétrica obtenida para un RAA de 15º y variaciones en el RCA. 96 Fig 3.1: Configuración distribución variable para el rango 1000-9000 rpm 98 Fig 3.2: Configuración distribución variable para el rango 9000-17000 rpm 98 Fig 3.3: Configuración distribución Honda CBR600 99 Fig 5.1: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR 103 Fig 5.2: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 R 104 Fig 5.3: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR 104 Fig 5.4: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR 105 Fig 5.5: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR 105 Fig 5.6: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR 106 Fig 6.1: Ventana principal del programa 124 Fig 6.1: Cuadro de simulación del programa 128 Fig 6.3: Seguimiento de la simulación del modelo 129 Fig 6.4: Resultados de la simulación en formato .txt 130 Fig 6.5: Resultados de la simulación en formato .mrs 131 Fig 6.6: Resultados de la simulación en formato .prs 132 xix Notación AAA AAE ACA ACE Ar DOHC Adelanto Apertura Admisión Adelanto Apertura Escape Adelanto Cierre Admisión Adelanto Cierre Escape Inversa del dosado Configuración motor doble árbol de levas Fig Fr Figura Dosado relativo Ge Gasto específico Hp Poder calorífico del combustible Kw Kilovatio Ma Masa aire MCI Motor combustión interna MCIA Motor combustión interna alternativo Md Masa admitida MEC Motor encendido por compresión MECH Motor encendido por chispa MW Nb Pe Pi PMI PMS r RAA RAE RCA RCE Rpm Vd Vc Vt We Wi Wpm Megavatio Trabajo indicado Presión efectiva Presión indicada Punto muerto inferior Punto muerto superior Relación de compresión Retraso apertura admisión Retraso apertura escape Retraso cierre admisión Retraso cierre escape Revoluciones por minuto Volumen cilindro Volumen cámara combustión Cilindrada total Trabajo específico Trabajo indicado Trabajo pérdidas mecánicas z Número de cilindros xxi 1 OBJETIVOS Este proyecto versa sobre el diseño y análisis de las diferentes partes del sistema de admisión de aire de un motor de encendido provocado, en particular para un motor utilizado ampliamente en el mundo de la competición. El sistema de admisión de aire es un componente imprescindible del motor, y es crítico en la cantidad de energía producida por el motor. Sin embargo, está integrado por muchos subcomponentes que deben funcionar bien y de forma armónica, a fin de que el motor realice correctamente su función. Como herramienta utilizaremos el Software LOTUS SOFTWARE ENGENIERING, que nos ayudará en el proceso de análisis y diseño del sistema de admisión mediante simulaciones virtuales. Dicho software nos permitirá analizar el efecto de las diferentes variaciones del diseño en la potencia, el par, y otros parámetros hasta obtener el diseño óptimo que nos permita obtener el mayor rendimiento posible de nuestro motor. 23 2 FUNDAMENTOS 1.1. MCIA El propósito de los motores térmicos es la obtención de energía mecánica a partir de la energía térmica almacenada en un fluido mediante un proceso de combustión. Si es el propio fluido motor el que se utiliza para generar el estado térmico en una cámara cerrada, será un motor de combustión interna (MCI). Esta es la diferencia entre los MCI y los motores de combustión externa como la máquina de vapor. Cuando la transmisión de trabajo se efectúa mediante el desplazamiento lineal de un émbolo de forma cíclica se denomina alternativo (MCIA). La mezcla de aire y combustible se realiza antes de la combustión y los productos obtenidos tras la combustión son los fluidos de trabajo. El trabajo se produce aprovechando el calor desarrollado al quemarse la mezcla de aire y combustible en una cámara cerrada y la expansión de gases como fuente de energía. Las ventajas que tienen los motores de combustión interna frente a otros tipos de motores son:  La utilización de combustibles líquidos con elevado poder calorífico.  Rendimiento térmico aceptable, con valores que dependerán del tipo de motor y sus condiciones operativas y que suele estar en torno al 30% de la energía del combustible.  Buena potencia específica (potencia/peso motor), lo que permite utilizar motores compactos.  Amplia gama de potencias, desde 0,1 kW hasta 32 MW.  Disposiciones constructivas muy variadas que permiten adaptar el motor a un gran número de aplicaciones. Los campos de aplicación de los MCIA son muy extensos, los más comunes son:  Propulsión y automoción: automóviles, maquinaria, marítimo…  Estacionarios de uso industrial 24 Fundamentos En la actualidad el uso de los MCIA supone fundamentalmente dos inconvenientes:  Combustible empleado. Estos motores están alimentados en su mayoría (aunque existen desarrollos alternativos) por gasolina o gasóleos, dos derivados del petróleo que se trata de unos recursos no renovables, siendo previsible el agotamiento de esta fuente de energía a medio plazo, además del encarecimiento de precio.  Contaminación. Los gases de la combustión de estos motores son, junto con las calefacciones de combustibles fósiles, los principales responsables de la contaminación en las ciudades, provocando episodios agudos de contaminación local, como el smog fotoquímico, contribuyendo de forma importante en fenómenos globales como el efecto invernadero y el consecuente cambio climático. 1.2. ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LOS MCIA Fig 2.1: Despiece de un motor de 4T 25  Cilindro Conduce al pistón en su movimiento y es el elemento central del sistema de compresión.  Bloque de cilindros y bancada Sobre el bloque se apoyan las demás partes del motor por lo que su rigidez es esencial para el buen funcionamiento del motor. El bloque debe disponer de conductos interiores para llevar el aceite de lubricación a presión a los diferentes cojinetes que soportan el cigüeñal, así como a la culata, que a su vez posee conductos para llevar el aceite al árbol de levas o de balancines.  Culata Es la pieza del motor de diseño más complejo debido a la cantidad de funciones y requerimientos que debe cumplir. Puede existir una culata común para todos los cilindros, caso de motores pequeños, o una para cada cilindro o par de cilindros en caso de motores más grandes. Fig 2.2: Esquema de una culata de motor de inyección indirecta La culata por lo general tiene que alojar los siguientes elementos: 32 Fundamentos 1.3. CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES Los motores de combustión interna alternativos pueden clasificarse según diversos criterios: 1.3.1. Según el combustible empleado  Motores de gas  Motores de gasolina: el combustible utilizado es un líquido muy volátil derivado del petróleo.  Motores de gasóleo o fueloil. 1.3.2. Según el proceso de combustión 1.3.2.1. Motores de encendido por chispa (MECH) o motores de explosión: el combustible y el aire mezclados se introducen juntos en el cilindro, se comprimen y una vez comprimidos se hace saltar una chispa eléctrica que provoca la explosión de la mezcla. La presión generada es convertida, vía los pistones, bielas y cigüeñal, en fuerza motriz. Fig 2.12: Motor de encendido provocado o por chispa 1.3.2.2. Motores de encendido por compresión (MEC) o motores diésel: se introduce el aire al cilindro donde se somete a una fuerte compresión de forma que se garantiza la 33 autoinflamación del combustible en el momento de la inyección. 1.3.3. Según el modo de realizar el ciclo  Proceso de cuatro tiempos. Se requieren cuatro carreras del émbolo, es decir 2 revoluciones del motor para realizar el ciclo completo. El proceso se realiza en cuatro fases. 1. Carrera de admisión: con las válvulas de admisión abiertas, y las de escape cerradas, se produce el desplazamiento del émbolo o pistón desde el punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI). Debido a esto se crea en el cilindro una pequeña depresión, suficiente como para producir la entrada de gases a través del conducto de admisión. Estos gases serán aire o una mezcla de aire y combustible, dependiendo del tipo de motor. Cuando el pistón llega al PMI, la válvula de admisión se cierra y comienza la siguiente fase. 2. Carrera de compresión: con las válvulas de admisión y escape cerradas, se produce la compresión de la mezcla de gases que se ha introducido en el cilindro en la fase de admisión, desplazándose el pistón desde el PMI al PMS. En un punto cercano al PMS se produce la chispa en caso del motor de encendido o provoca o la autodetonación del combustible en caso de los motores de encendido por presión. 3. Combustión y carrera de expansión: la combustión, entre otros efectos, produce un aumento de la presión de los gases contenidos en el cilindro, empujando al pistón desde el PMS al PMI. Este desplazamiento es el único desplazamiento que produce trabajo. 4. Carrera de escape: en el PMI se abre la válvula de escape y el émbolo comienza a desplazarse hacia el PMS expulsando los gases quemados hacia el exterior del cilindro. Cuando el émbolo llega al PMS, la válvula de escape se cierra y se abre la válvula de admisión, comenzando de nuevo el proceso de la renovación de la carga. 34 Fundamentos Fig 2.13: Proceso de funcionamiento de un motor de 4T  Proceso de dos tiempos. Aunque en el motor de dos tiempos ocurren las mismas cuatro fases, estas se realizan en dos carreras del émbolo, es decir 1 sola revolución del cigüeñal. La diferencia fundamental con respecto a los motores de cuatro tiempos reside en el proceso de la renovación de la carga, ya que en estos motores la mayor parte de los procesos de admisión y escape ocurre de manera simultánea, en lo que se denomina el proceso de barrida. Como este término indica, el pistón no expulsa los gases quemados y aspira los gases frescos, sino que son los gases frescos, que se encuentran a una mayor presión que los gases quemados, los que barren a estos. Fig 2.14: Proceso de funcionamiento de un motor de 2T 35 1.3.4. Según el tipo refrigeración Para el correcto funcionamiento del motor es necesario mantener algunas partes del motor a temperaturas compatibles con el engrase y evitar deformaciones térmicas inadmisibles, lo que obliga a refrigerar el motor. Existen dos formas de refrigerar el motor. 1.3.4.1. Refrigeración por aire. El aire atmosférico es dirigido hacia las aletas existentes en la superficie del cilindro de manera natural o impulsado por un ventilador o soplante. Este método tiene como ventajas que es más barato y fiable y como inconvenientes que es más ruidoso y voluminoso. 1.3.4.2. Refrigeración por líquido. El motor cede calor a un líquido refrigerante que actúa generalmente como agente intermedio, que luego se enfriará en un radiador. 1.3.5. Según el número de cilindros. 1.3.5.1. Monocilíndricos. 1.3.5.2. Policilíndricos. 1.3.6. Según la disposición de los cilindros. Existen muy diversas disposiciones constructivas que tienen influencia sobre el tamaño y la relación de aspecto del motor. Cuantos más cilindros, más caro y de más complicada construcción resulta. Los más comunes son los mostrados en las siguientes figuras: En línea En V 36 Fundamentos En V a 180⁰ (Opuestos) En W En VR Fig 2.15: Disposiciones constructivas de los motores 1.3.7. Según la presión de admisión. 1.3.7.1. Motor de aspiración natural o atmosférico Motores en los que la presión en el colector de admisión es la atmosférica o algo menor si el motor está estrangulado 1.3.7.2. Motor sobrealimentado Motores en los que la presión en el colector de admisión es superior a la atmosférica, utilizando para ello un compresor (generalmente turbocompresor). Los motores sobrealimentados se emplean cada vez más, ya que manteniendo el tamaño del motor (peso) proporcionan mayor potencia. Adicionalmente al independizarse el motor de la 37 presión atmosférica exterior, se logra paliar la pérdida de rendimiento al trabajar a gran altura. 1.4. Características típicas de los MCIA  Formación de la mezcla En los motores de encendido por chispa es necesario disponer de una mezcla de combustible y aire lo más homogénea posible al final de la compresión y que además se encuentre dentro de los límites de inflamabilidad para garantizar la propagación del frente de llama. El método más tradicional para realizar la mezcla es el empleo de un carburador, aunque también existen sistemas de gasolina inyectada en los que la mezcla se realiza en el colector de admisión (inyección indirecta en el colector de admisión) o bien en el interior del cilindro (inyección directa) durante el proceso de admisión o admisión-compresión. En resumen, en los MECH se comprime la mezcla de aire y combustible que llega a ser homogénea en composición en el momento en el que salta la chispa en la bujía. En los motores de encendido por compresión, el combustible se inyecta a elevada presión al final de la compresión, por tanto, la formación de la mezcla se produce siempre en el interior del cilindro. A diferencia de los MECH la mezcla que se quema es heterogénea.  Regulación de la carga En los MECH la regulación se realiza de manera cuantitativa, se introduce más o menos mezcla de aproximadamente la misma composición. La regulación se realiza mediante una válvula, generalmente de mariposa que estrangula el flujo regulando la cantidad de mezcla que entra al motor. En los MEC la regulación de la carga es cualitativa, modificándose la cantidad de combustible que se inyecta, por lo que se varía la relación aire-combustible no siendo necesario estrangular la admisión de aire.  Naturaleza del combustible En los MECH se utilizan combustibles volátiles, gasolina generalmente, lo que simplifica el proceso de formación de la mezcla. Los combustibles más ligeros tienen una temperatura de autoinflamación más alta, que permite el incremento de la compresión de la mezcla. 38 Fundamentos En los MEC interesan temperaturas de autoinflamación bajas por lo que se emplean combustibles más pesados (Diésel), que al tener un carácter más lubricante facilitan el funcionamiento del equipo de inyección. El empleo de altas presiones de inyección permite la pulverización de combustibles más viscosos mejorando el proceso de mezcla.  Dosado Se denomina dosado o dosado absoluto (F) a la relación combustible-aire (masa de combustible/masa de aire) que se utiliza en un proceso de combustión. La relación combustibleaire para la relación estequiométrica recibe el nombre de dosado estequiométrico ( 𝐹𝑠𝑡 ). Si se divide el dosado absoluto por el dosado estequiométrico, se obtiene el dosado relativo ( 𝐹𝑅 ). Analizando los rangos posibles del dosado relativo:  Si 𝐹𝑅<1 se obtiene una mezcla pobre, y por tanto un exceso de aire.  Si 𝐹𝑅=1 se tiene una mezcla estequiométrica.  Si 𝐹𝑅>1 se tiene una mezcla rica con un exceso de combustible Los MECH suelen trabajar con relaciones combustible-aire próximas a la estequiométrica, es decir 0.85 < 𝐹𝑅<1,15 Los MEC siempre trabajan con mezclas pobres debido a las dificultades de formación de la mezcla que presentan este tipo de motores. Generalmente estos motores trabajaran con 𝐹𝑅 ≤0,7 También es frecuente el uso de la relación inversa para definir el dosado. 𝐴𝑅= 1 𝐹𝑅  Potencia específica La potencia específica se define como la relación entre la potencia que entrega el motor y su peso (kW/kg o kW/l). Los MECH tienen generalmente potencias específicas superiores a los MEC no sobrealimentados, debido a que su régimen de revoluciones y a su presión media efectiva son más elevados. Con la introducción de la sobrealimentación en los MEC se consigue que aumente su presión media efectiva, reduciendo la diferencia existente con los MECH. 39 1.5. Parámetros fundamentales de los MCIA  Parámetros geométricos Diámetro del cilindro D Carrera del cilindro: Longitud que recorre el émbolo entre el PMS y el PMI S Relación carrera/diámetro S/D Sección del pistón 𝐴𝑝= 𝜋∗ 𝐷2 4 Cilindrada unitaria: Volumen desplazado en una carrera por el émbolo 𝑉𝐷= 𝐴𝑝∗𝑆 Número de cilindros z Cilindrada total 𝑉𝑇= 𝑉𝐷∗𝑧 Volumen final de compresión (Volumen de la cámara de combustión) Volumen muerto existente entre la culata y pistón en el PMS 𝑟= 𝑉𝐷+ 𝑉𝐶 𝑉𝑐 Tabla 1.1: Parámetros fundamentales de los MCIA Fig 2.16: Puntos de referencia en el cilindro de combustión interna 40 Fundamentos  Relación de compresión volumétrica Se define como la relación entre el volumen existente en el cilindro en el punto muerto inferior (Cilindrada más cámara de combustión) y en el punto muerto superior (volumen de la cámara de combustión).  Velocidad lineal media del pistón Se define de la forma, donde n es el número de revoluciones por unidad de tiempo al que gira el cigüeñal del motor. El valor de este parámetro indica la bondad del diseño del motor desde el punto de vista de los esfuerzos asociados a la inercia de los elementos y a la fricción.  Presión media y potencia A partir del diagrama p-V el trabajo indicado del proceso básico se define como el trabajo que se obtiene en el ciclo durante las carreras de expansión y compresión. Se calcula como 𝑊𝑖=𝑝𝑚𝑖∗ 𝑉𝑑 El trabajo indicado de la renovación de la carga (admisión y escape) o trabajo de bombeo se define como 𝑁𝐵=𝑛 ∗ 𝑖∗ 𝑊𝐵 . Este trabajo generalmente no se considera como trabajo indicado y se incluye dentro de las pérdidas mecánicas. Fig 2.17: Determinación de la presión media indicada en un motor de 4T 41 La presión media indicada se define como una presión constante que actuando sobre el pistón durante una carrera proporciona un trabajo igual al indicado del ciclo. La potencia indicada de un cilindro será: 𝑊𝑖=𝑝𝑚𝑖∗ 𝑉𝑑 󰇗∗𝑛∗𝑖 Donde i es el número de ciclos por revolución, para motores de 4 tiempos igual a 0.5, 1 para el caso de los motores de dos tiempos. En el caso que el motor sea policilíndrico, la potencia indicada, siendo z el número de cilindros del motor, será: 𝑊𝑖=𝑝𝑚𝑖∗ 𝑉𝑑 󰇗∗𝑛∗𝑖∗𝑧 La potencia efectiva que se obtendrá en el cigüeñal será menor que la potencia indicada, ya que en todo motor existirá una potencia que se pierde al ser absorbida por las pérdidas mecánicas. 𝑊𝑒=𝑊𝑖 󰇗− 𝑊𝑝𝑚 La potencia absorbida por las pérdidas mecánicas incluye las pérdidas por fricción mecánica, las pérdidas por bombeo y la potencia necesaria para el accionamiento de los elementos auxiliares que posee el motor. Al igual que la presión media indicada podemos definir una presión media efectiva (pme) como la presión constante que actuando sobre el pistón durante una carrera proporciona un trabajo igual al trabajo efectivo producido por el motor. La potencia efectiva puede expresarse también como: 48 Fundamentos 1.10. Factores que afectan al rendimiento volumétrico Posteriormente se determinará la influencia de los diferentes factores que afectan al rendimiento volumétrico de un motor:  Factores de diseño geométrico El dimensionado, la forma constructiva y los materiales empleados en los distintos elementos que forman el sistema de admisión afectan a sus temperaturas superficiales y por tanto a la transferencia de calor al fluido de admisión. Ello afecta al proceso de admisión en dos sentidos opuestos:  Favoreciendo la gasificación del combustible aumentando el rendimiento volumétrico  Hace el proceso menos adiabático, lo que provoca que disminuya dicho rendimiento. Además de estos factores se analizarán otros factores de diseño que afectan de manera directa al rendimiento volumétrico  Secciones de paso y forma de las válvulas La zona correspondiente a las válvulas es la que presenta mayores pérdidas de carga de todo el sistema de admisión y, por tanto, la que presenta mayores limitaciones de diseño. En la siguiente figura se representa los principales parámetros que definen la geometría de una válvula. 49 Fig 2.19: Parámetros geométricos característicos de una válvula El conducto o pipa de admisión es generalmente de sección circular con un área no mayor de la necesaria para obtener la potencia deseada. El diseño del conducto de escape debe asegurar la refrigeración eficiente del asiento y la guía de la válvula, y que la longitud del vástago expuesta a los gases de escape sea lo más corta posible. Fig 2.20: Valores típicos de los parámetros geométricos de las válvulas de admisión y escape 50 Fundamentos De forma general se puede decir que secciones de paso mayores mejoran el llenado para una cilindrada determinada. Con este objetivo se utilizan varias válvulas por cilindro, lo que además de aumentar la sección de paso favorece la turbulencia en el interior del cilindro. El área instantánea de paso de flujo a través de una válvula depende del levantamiento y la geometría de la misma y de su asiento. Existen tres etapas diferenciadas en el levantamiento de una válvula. Fig 2.21: Levantamiento y área mínima de paso de válvulas de admisión y escape El levantamiento máximo de la válvula es generalmente alrededor del 12% del diámetro del cilindro. El gasto másico a través de una válvula depende del área efectiva de paso. Se calcula normalmente mediante la ecuación para flujo comprensible isentrópico unidimensional, y los 51 efectos del flujo real se tienen en cuenta mediante un coeficiente de descarga que se determina experimentalmente. Este coeficiente es función de la geometría, del número de Reynolds, del número de Mach y de las propiedades del fluido. El gasto másico puede expresarse, por tanto, mediante la expresión: 𝑚= 𝐶𝐷𝐴𝑅𝑝01 (𝑅𝑇01)0.5 ∗(𝑝2 𝑝01)1ɣ ⁄∗{ 2ɣ ɣ−1}[1−(𝑝2 𝑝01)ɣ−1 ɣ ⁄]}0.5 Donde 𝑝01 y 𝑇01 son la presión y la temperatura de remanso aguas arriba de la válvula, la presión estática justo aguas debajo de la válvula y el área característica de referencia de la misma. El valor de 𝐶𝐷 está relacionado con el área característica que se elija y su producto se denomina área efectiva o capacidad de descarga de la válvula. Pueden tomarse como área de referencia:  El área nominal de la cabeza de la válvula, 𝜋 4𝐷𝑉2  El área de paso en el asiento de la válvula, 𝜋 4𝐷𝑃2  El área geométrica mínima 𝐴𝑚, cuya expresión depende del levantamiento y se analizó anteriormente  El área de cortina, 𝜋𝐷𝑉𝐿𝑉 Se puede seleccionar cualquiera de las anteriores, pero la más conveniente es el área de cortina ya que varía linealmente con el levantamiento de la válvula y además se puede calcular fácilmente. En la siguiente figura se representa el coeficiente de descarga de una válvula de admisión típica, de asiento redondeado, que es una función discontinua de la relación. Dicho coeficiente está calculado tomando el área de cortina como área característica. Se puede apreciar como para levantamientos muy bajos el flujo permanece sin desprenderse del asiento y de la cabeza de la válvula, como consecuencia de esto el valor de es alto. Con levantamientos intermedios el flujo se desprende de la cabeza de la válvula lo que produce una disminución brusca de, después el coeficiente de descarga va aumentando a medida que lo hace ya que el espesor de la zona desprendida permanece casi constante mientras que el área mínima aumenta. Para levantamientos altos el flujo se desprende también del asiento y el empieza a disminuir a medida que aumenta. 52 Fundamentos Fig 2.22: Coeficiente de descarga en función del levantamiento en una válvula de admisión típica Los valores máximos de se encuentran en torno a 0,25. En la siguiente imagen se puede observar la influencia de aumentar el levantamiento máximo de la válvula sobre el rendimiento volumétrico en un motor típico. Se puede apreciar como a bajas vueltas varía poco, pero a altas vueltas sí que se obtiene un aumento considerable. A medida que vamos aumentando más el levantamiento máximo el beneficio que se obtiene en el rendimiento volumétrico es menor y aumentamos las tensiones que sufren las válvulas. Fig 2.23: Influencia del levantamiento máximo de la válvula de admisión en el 53 Otros factores que afectan al comportamiento del conjunto de la válvula de admisión son la anchura y ángulo β del asiento, el redondeado de los bordes, la geometría del conducto y la forma de la cabeza del pistón. La amplitud del asiento influye sobre los valores de en los que se produce el cambio de un régimen de flujo a otro. El ángulo del asiento afecta al coeficiente de descarga a bajos levantamientos. El redondeo de los bordes del asiento reduce la tendencia al desprendimiento del flujo aumentando el valor del coeficiente de descarga a altos levantamientos. Algunos motores modernos incorporan un sistema de longitud de conductos variables, utilizando un recorrido corto para regímenes altos, y un recorrido alto para regímenes bajos. Fig 2.24: Sistema de admisión de longitud variable de un motor MazRelación carrera-diámetro • Relación carrera/diámetro Para una misma cilindrada, diámetros reducidos y carreras largas producen mayores velocidades lineales medias del pistón y por tanto mayores velocidades medias de circulación del fluido para un mismo número de revoluciones, y por la influencia de la inercia, aumentará también el rendimiento volumétrico. En consecuencia, aumentará la presión media efectiva y el par motor a bajo régimen. En contrapartida la potencia específica disminuye como se demuestra a continuación. 54 Fundamentos 𝑊 𝑒 =𝑝𝑚𝑒∗𝑉 𝑇 ∗𝑛 2 Si para la misma cilindrada establecemos un valor máximo constante de a medida que la carrera aumenta la potencia por litro disminuye. También hay que tener en cuenta que a altos regímenes aumentan los efectos de la inercia sobre el rendimiento volumétrico, pero estos son compensados por la influencia negativa de la pérdida de carga debida a la fricción que también aumenta. Esto hace que en la expresión anterior el término pme se pueda considerar aproximadamente constante y que la potencia por litro disminuya a medida que aumenta la carrera.  Factores de funcionamiento  Régimen de giro La influencia que tiene sobre el rendimiento volumétrico el régimen de giro del motor es consecuencia de la interrelación de diversos fenómenos que se analizarán a continuación. Pérdidas de carga debidas a la fricción El rendimiento volumétrico tiene tendencia a disminuir cuando aumenta el número de revoluciones, debido a que el aumento de la velocidad de circulación del fluido conlleva un aumento de las pérdidas por fricción del proceso. Esta pérdida de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad de circulación del fluido y por tanto a la velocidad lineal media del pistón. Como la pérdida de carga está relacionada directamente con el número de Mach del flujo, obtendremos una expresión que relacione dicho parámetro con el rendimiento volumétrico, para analizar la dependencia entre ambos. El coeficiente de descarga instantáneo de la válvula de admisión se define de la forma: 𝐶𝐷𝑎 = 𝑚𝑎 𝐴𝑉𝑢𝜌 55 Donde: 𝑚𝑎: gasto másico instantáneo a través de la válvula para un ángulo de giro del cigüeñal α Tomando el flujo como incompresible, el gasto másico teórico de referencia puede expresarse de la forma: 𝑚𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 =𝐴𝑉α𝑢𝜌 Donde: 𝐴𝑉α : sección de paso instantánea de la válvula. u : velocidad instantánea del fluido en la válvula. 𝜌 : densidad del fluido en el exterior. De las ecuaciones anteriores, despejando “u” se obtiene: 𝑢 = 𝑚𝑎 𝜌∗𝐴𝑉∗𝐶𝐷𝑎 Se define el número de Mach medio en la válvula de la forma: 𝑀𝑉=𝑢 𝑎 𝑢 =(𝐷 𝐷𝑉)2𝐶𝑚 𝐶𝐷 𝜋 𝛼2−𝛼1ɳ𝑉 Donde 𝛼2−𝛼1 representa el ángulo del cigüeñal durante el que está abierta la válvula de admisión. El número de Mach medio valdrá, por tanto: 𝑀𝑉=(𝐷 𝐷𝑉)2𝐶𝑚 𝐶𝐷 𝜋 𝛼2−𝛼1ɳ𝑉 56 Fundamentos Este número de Mach medio representa una mejor correlación del rendimiento volumétrico que el índice de Mach Z utilizado anteriormente por Taylor y que se define de la forma: 𝑍=(𝐷 𝐷𝑉)2𝐶𝑚 𝐶𝐷 Los experimentos realizados por Taylor ponen de manifiesto que el rendimiento volumétrico decrece rápidamente para valores del índice de Mach Z superiores a 0,6 como se puede apreciar en la siguiente figura. Fig 2.25: Rendimiento volumétrico en función del índice de Mach Por otra parte, los ensayos realizados con motores de cuatro cilindros por Fukutani y Watanabe permitieron obtener las siguientes conclusiones: 57 - El número de Mach medio 𝑀𝑉 es más representativo de las características del rendimiento volumétrico que el índice de Mach Z utilizado por Taylor. Fig 2.26: Rendimiento volumétrico en función del número de Mach  Cuando el valor de 𝑀𝑉 se aproxima a 0,5 el rendimiento volumétrico siempre disminuye rápidamente. La relación entre la presión de admisión y la presión en el interior del cilindro supera la relación entre la presión de admisión y la presión crítica, durante la mayor parte del periodo en que permanece abierta la válvula de admisión lo que provoca que el flujo a través de la válvula se bloquee. Fig 2.27: Rendimiento volumétrico en función régimen de giro para distintas secciones efectivas 64 Fundamentos Los gases producto de la combustión han alcanzado una alta velocidad al ser barridos por el pistón en su carrera ascendente, acercándose al PMS. Los gases de escape continúan saliendo por efecto de la inercia, aun cuando el pistón ha pasado el PMS y comienza a descender. Manteniendo abierta la válvula de escape se logra vaciar completamente el cilindro de estos gases, que continúan saliendo por efecto de la inercia ya mencionada, a pesar que el pistón se encuentra descendiendo, ya en la fase de admisión. Previo a lo expuesto anteriormente, adelantando la apertura de la admisión antes que el pistón llegue al PMS, permite que los gases de escape, que están ya saliendo a gran velocidad, arrastren tras de sí a los gases frescos, presentes en la lumbrera de admisión. Así se consigue un llenado del cilindro más rápido y completo. Con esto también se consigue que disminuya la masa de residuales que queda en el cilindro para el siguiente ciclo. Cuanto mayores sean los ángulos AAA y RCE mayor será el intercambio. Por esta razón, para poder elevar las RPM del motor (al margen de otros cambios que pueden o deben hacerse en el motor), hay que acelerar el vaciado y llenado del cilindro. Esto se consigue, entre otras cosas, aumentando el cruce de válvulas. En cambio, a bajas RPM parte de los gases frescos escaparán por la válvula de escape antes que esta se cierre, con lo que la fuerza de la explosión es menor, y en consecuencia, disminuyen el par motor y la potencia. Al depender del régimen de giro los avances y retrocesos, para optimizar el comportamiento del motor interesa poder variar la apertura y cierre de las válvulas según el régimen de giro en el que el motor se encuentre, lo que permite mejorar el funcionamiento del motor al mejorar el rendimiento volumétrico. La distribución de válvulas variable es un sistema que hace variar el tiempo de apertura y cierre de las válvulas de admisión de aire (o escape de gases) en un motor de combustión interna alternativo, especialmente de ciclo Otto, en función de las condiciones de régimen y de carga motor con objeto de optimizar el proceso de renovación de la carga. El objetivo final es mejorar el rendimiento volumétrico en todas las circunstancias, sin recurrir a dispositivos de sobrealimentación. Estos sistemas permiten utilizar el tiempo óptimo de apertura y cierre de las válvulas a cualquier régimen de giro del motor. Según el fabricante del sistema se utilizan diferentes soluciones que modifican el calado de los árboles de levas, hacen actuar otra leva a altas 65 revoluciones o modifican por medio de excéntricas la posición del árbol de levas sobre sus apoyos. Hay dos sistemas fundamentales a la hora de variar la distribución. 1. Variación de la alzada de válvula, con ello se consigue modificar simultáneamente el avance y cierre de la válvula, además de disminuir el área de paso de los gases frescos. 2. Desplazamiento del árbol de levas con respecto al cigüeñal. De la combinación de estos dos movimientos es posible ajustar cada uno de los ángulos de manera independiente al valor deseado. Retroceso de gases hacia el conducto de admisión. Debido al RCA, puede existir un cierto retroceso de gases hacia el conducto de admisión desde el cilindro cuando el motor gira a velocidades bajas, siendo mayor cuanto más bajo es el régimen de giro lo que provoca que disminuya el rendimiento volumétrico. Debido a que el RCA solo puede optimizarse para un cierto de rango de regímenes, generalmente altos, para aprovechar los efectos de inercia, la solución ha sido integrar sistemas con RCA variable, que permitan modificar dicho retraso en función del régimen de giro, minimizando así las penalizaciones en el rendimiento volumétrico. 66 Simulaciones 3 SIMULACIONES 3.1. Selección del motor En este proyecto se va a partir de un motor inicial de una motocicleta. El motor seleccionado es el de la Honda CBR 600 RR, modificando sus prestaciones y mejorando en lo posible las mismas. La elección de este motor viene motivada porque el proyecto versa sobre las modificaciones de las prestaciones en un motor que, siendo un motor de una motocicleta creada para su uso diario, su estructura es utilizada ampliamente en la competición, no solo en el mundo del motociclismo, como puede ser el campeonato del mundo de Moto 2, como en otras competiciones automovilísticas, tanto en rallies como en la competición universitaria denominada Formula Student. Este motor destaca por su fiabilidad y por sus altas prestaciones, pese a tener una cilindrada reducida. Podremos ver como varían las prestaciones de este motor realizando una serie de modificaciones concretamente en el ciclo de admisión del mismo, viendo sus modificaciones frente a variaciones en las condiciones operativas del funcionamiento del motor. 67 Fig 3.1: Motor CBR 600 RR Fig 3.2: Curvas de par/potencia de una CBR600 RR Características del motor seleccionado:  Cilindrada: 599cc  Potencia Máxima: 86 kW / 13.000 rpm  Par Motor Máximo: 66 Nm / 11.000 rpm  Tipo de motor: 4 Tiempos. 68 Simulaciones  4 Cilindros en línea.  Refrigeración líquida.  16 Válvulas.  Diámetro × carrera: 67×42,5 mm.  Rel. compresión: 12:1.  Alimentación: Inyección electrónica de gasolina  Orden de encendido: 1-2-4-3 69 3.2. Simulador El simulador utilizado en este proyecto será el LOTUS EGENIERING SOFTWARE. Este software permite realizar simulaciones con una gran variedad de motores, desde monocilíndricos a policilíndricos, pasando por los motores de 2 tiempos y de 4 tiempos, creado fundamentalmente para su uso en competición. Fig 3.3: Imágenes del LOTUS SOFTWARE 1 70 Simulaciones Fig 3.4: Imágenes del LOTUS SOFTWARE 2 Este es un software de desarrollo de motores que permite simular condiciones de motor en diferentes casos durante un cierto número de ciclos hasta que se alcanza el régimen permanente en esas condiciones, siendo este valor definido por el usuario. El programa tiene un lenguaje de programación por bloques, los cuales se van uniendo mediante conductos (de admisión o de escape), y dichos bloques corresponden con las diferentes partes del motor. Este software permite obtener las curvas de par y potencia entregadas por el motor, emisiones y consumo, análisis acústico, etc. En particular en este proyecto el software se va a utilizar para realizar un análisis de algunas de las condiciones operativas en las que puede funcionar el motor (temperatura y presión), así como la variación de otros parámetros (relación de compresión y variaciones en los puntos de apertura y cierre de la válvula de admisión) para estudiar, y que sea objeto de análisis, las variaciones que se produzcan en las características del motor. Lo primero que debemos hacer es crear nuestro modelo del motor en el software. Introducimos los datos del motor que se adjuntan en el Anexo 6.1, creando y dando forma a los cilindros, válvulas, conductos de admisión, etc. Comenzamos definiendo el número de cilindros que tendrá nuestro motor, en este caso cuatro, y si es un motor de cuatro o de dos tiempos. Definimos el combustible que vamos a utilizar, y el método utilizado para 71 introducirlo en el motor (inyección directa, indirecta, cuerpo de carburación, etc.). Fig 3.5: Imágenes del LOTUS SOFTWARE 3 A continuación, determinamos otros parámetros importantes como pueden ser el orden de ciclo de los cilindros, el material de los componentes del mismo, y una gran variedad de opciones que proporciona este potente software. Fig 3.6: Determinación de los grados de apertura y cierra de las válvulas de admisión y escape 72 Simulaciones Pasamos ahora a definir el número de válvulas por cilindro que queremos en nuestro motor, que en nuestro caso será de dos. Una vez realizado este paso, pasamos a dar formas a las “pipes”, los conductos de admisión y de escape del motor. En este caso, comenzamos dando valores, puesto que no se tienen datos de la medida real de este componente hasta alcanzar las prestaciones de nuestro motor. Fig 3.7: Gráfica y datos de las toberas de admisión y escape En este caso se ha optado por diseñar unas toberas que sean “simples”, sin variaciones en su diámetro, debido a lo complicado de poder obtener los datos reales del motor CBR. Terminamos por crear el modelo real del motor, añadiendo los distintos “plenums”, colectores de admisión de entrada y colectores de escape, y el control a la entrada y a la salida. 73 Fig 3.8: Modelo real Honda CBR 600 RR Una vez presentado el modelo de nuestro motor, comenzaremos las simulaciones para poder sacar las prestaciones reales, y a partir de aquí, empezar con nuestro estudio paramétrico del mismo. Los resultados obtenidos son los siguientes: Fig 3.9: Parámetros CBR 600 RR 80 Simulaciones En cuanto al consumo específico, vemos como a medida que aumenta la relación de compresión el consumo especifico se ve reducido. La consecuencia viene directamente de que, para un mismo gasto de combustible, a ser la presión y la temperatura mayor en el interior del cilindro, producirá una mayor potencia (kW), aunque sea leve como hemos visto anteriormente. Es por ello por lo que el gasto específico disminuye con el aumento de la relación de compresión. 𝑔𝑟𝑘𝑊ℎ↓= 𝑚𝑓 𝑘𝑊ℎ ↑ Fig 3.17: Gasto específico en función de la relación de compresión Pasamos ahora a estudiar la eficiencia volumétrica. Como podemos observar no hay cambios apreciables, ya que tanto la masa admitida en el cilindro es la misma, como las condiciones en el exterior. Es por esto por lo que las variaciones son prácticamente inexistentes. 81 Fig 3.18: Eficiencia volumétrica en función de la relación de compresión 3.5. Variaciones en la apertura y cierra de la válvula de la admisión En esta ocasión vamos a realizar una serie de modificaciones en el sistema de admisión del motor, para identificar las variaciones que se producen en las prestaciones del mismo. Nos centraremos en la variación tanto de la apertura como el cierre de las válvulas de admisión, mediante un sistema de distribución variable, logrando las prestaciones máximas para un motor destinado a la competición. En la actualidad hay diversos métodos para poder llegar a crear la distribución variable, que serán comentadas posteriormente. 82 Simulaciones Centraremos el estudio en una variación de hasta 15 grados (siempre respecto al giro del cigüeñal), provocando tanto un adelanto como un atraso en la apertura y el cierre de la válvula de admisión, pasando por distintos puntos y combinando ambas, creando una amplia matriz de puntos que darán lugar a su estudio. Tal y como se puede apreciar en la gráfica, tendremos 49 puntos. Comenzamos el estudio provocando un adelanto en la apertura de la válvula de admisión de 15 grados (AAA), y variamos el cierre de la válvula adelantando esta (ACA) en 15, 10, 5 y 0 grados, y retrasando el cierre de la misma (RCA) en 5, 10 y 15 grados respectivamente. Esta secuencia la repetiremos para los distintos valores del adelanto en la apertura de la válvula de admisión. Se ha decidido aunar todos los puntos obtenidos en una misma gráfica para que resulte más sencilla su interpretación. Si nos fijamos en la gráfica de la potencia obtenida, vemos como hay una clara modificación de la tendencia entre el bajo y el ato régimen de vueltas del motor. Para el ángulo dado del AAA, vemos como a bajas vueltas la potencia es mayor cuanto mayor es el adelanto del cierre de la admisión. Tendencia que comienza a cambiar en torno a las 11.000 rpm, donde permanece más o menos invariante. Después, a altas vueltas vemos como el resultado obtenido para una potencia máxima cambia de manera sustancial, siendo los puntos de mayor retraso en el cierre de la admisión los que presentan la mayor potencia obtenida. 83 Fig 3.19: Potencia (kW) obtenida para distintos valores de AAA y de RCA. Fig 3.20: Potencia (kW) obtenida para un RAA de 15º y variaciones en el RCA. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (-15;-15) (-10;-15) (-5;-15) (0;-15) (5;-15) (10;-15) (15;-15) Potencia kW 9000rpm 14333rpm 1000rpm 3667rpm 6333rpm 11667rpm 17000rpm 84 Simulaciones Fig 3.21: Potencia (kW) obtenida para un RAA de 10º y variaciones en el RCA. Fig 3.22: Potencia (kW) obtenida para un RAA de 5º y variaciones en el RCA. 85 Fig 3.23: Potencia (kW) obtenida para un AAA de 0º y variaciones en el RCA. Fig 3.24: Potencia (kW) obtenida para un AAA de 5º y variaciones en el RCA Fig 3.25: Potencia (kW) obtenida para un AAA de 10º y variaciones en el RCA. 86 Simulaciones Fig 3.26: Potencia (kW) obtenida para un AAA de 15º y variaciones en el RCA. Pasamos ahora a la gráfica que representa la curva de Par obtenido en las mismas circunstancias expresadas anteriormente. Vemos como la tendencia que sigue el Par es prácticamente similar a las curvas de potencia, ya que, como bien se ha comentado a lo largo de este proyecto, de manera simple el par no es más que la potencia entre el régimen de giro. Por lo tanto, las variaciones que sufre el Par deben de ir ligadas con las variaciones de la potencia, si bien debemos de tener en cuenta las pérdidas mecánicas y efectivas, que se incrementaran al aumentar el régimen de giro. Fig 3.27: Par (N/m) obtenido para distintos valores de AAA y de RCA. 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 (-15;-15) (-10;-15) (-5;-15) (0;-15) (5;-15) (10;-15) (15;-15) Par N/m 14333rpm 17000rpm 1000rpm 3667rpm 6333rpm 9000rpm 11667rpm 87 Fig 3.28: Par (N/m) obtenido para un RAA de 15º y variaciones en el RCA. Fig 3.29: Par (N/m) obtenido para un RAA de 10º y variaciones en el RCA. Fig 3.30: Par (N/m) obtenido para un RAA de 5º y variaciones en el RCA. 88 Simulaciones Fig 3.31: Par (N/m) obtenido para un AAA de 0º y variaciones en el RCA. Fig 3.32: Par (N/m) obtenido para un AAA de 5º y variaciones en el RCA. Fig 3.33: Par (N/m) obtenido para un AAA de 10º y variaciones en el RCA. 89 Fig 3.34: Par (N/m) obtenido para un AAA de 15º y variaciones en el RCA. En cuanto al consumo específico se refiere, vemos como las variaciones que se producen son pequeñas, presentando alguna diferencia a revoluciones bajas. Estas variaciones se producen como consecuencia del retraso en el cierre de la válvula de admisión. A bajos regímenes se produce el retroceso de parte de la mezcla admitida en el cilindro a los colectores de admisión durante la etapa de la compresión, existiendo una baja inercia por parte del fluido. Disminuye por tanto la masa admitida total en el proceso de admisión, pero al disminuir en mayor medida la potencia (Ver gráfica 2.17), el consumo específico aumenta. En definitiva, con un retraso importante en el cierre de la válvula de admisión aparecerán reflujos a bajo régimen de giro, pero el llenado a alto régimen será mejor. Con un retroceso más reducido se pueden evitar los reflujos a bajo régimen, pero se verá afectado negativamente el llenado a altos regímenes. 96 Simulaciones Fig 3.50: Eficiencia volumétrica obtenida para un AAA de 15º y variaciones en el RCA. 97 4 CONCLUSIONES Una vez obtenidas las prestaciones en cada uno de los puntos objeto de estudio de este proyecto, vamos a escoger cuales de estos serían los más indicados para el desarrollo de nuestro motor, siendo nuestro objetivo su desarrollo en competición. Normalmente, los motores de los vehículos que podemos ver en la calle no cuentan con sistemas de distribución variable, pues esto incrementaría mucho el coste no solo de fabricación, sino también la venta al consumidor. En nuestro caso lo que se pretende es poder sacar el máximo rendimiento en todo el rango de funcionamiento del motor para obtener las máximas prestaciones. Al estar nuestro motor destinado al uso en competición, normalmente funcionará a un alto régimen de giro, variando entre 10.000-15.000 rpm. Por lo tanto, desarrollaremos un sistema de distribución de variable para conseguir que las prestaciones sean máximas en estos puntos, sin dejar de lado el resto del rango del funcionamiento del motor, intentando maximizar también estos. Obtenidos los datos, la configuración elegida será la siguiente: Potencia kW Par N/m Gasto esp. gr/kWh Eficiencia volumétrica RAA/RCA 1000 rpm 6 58 222.9 68.73 15º/-15º 3667 rpm 24 62 210 69.52 15º/-15º 6333 rpm 44 66 208 73.47 15º/-15º 9000 rpm 66 70 212.1 79 15º/-15º 11667 rpm 81 68 223.8 79 10º/15º 14333 rpm 91 60 233.6 75.05 10º/15º 17000 rpm 88 49 248.6 65.57 10º/15º Tabla 2.1: Parámetros del motor en función del AAA/RCA 98 Conclusiones Entre las 1.000 y las 9.000 rpm, diseñaremos la distribución para un retraso en la apertura de la admisión de 15 grados con respecto a la configuración original del motor Honda, y un adelanto en el retraso del cierre de la misma de 15 grados. Fig 4.1: Configuración distribución variable para el rango 1000-9000 rpm Sin embargo, a altas vueltas haremos que el retraso de la admisión se adelante en 10 grados, y el adelanto en el cierre de la misma llegue a 15 grados. Fig 4.2: Configuración distribución variable para el rango 9000-17000 rpm 99 Con estas modificaciones, podemos ver como aumenta no solo la potencia, sino también el Par (parámetro también muy importante) con respecto a las prestaciones iniciales del motor. Potencia kW Par N/m Gasto esp. gr/kWh Eficiencia volumétrica AAA/RCA 1000 rpm 5 50 228.5 59.25 -/- 3667 rpm 22 58 212.9 65.57 -/- 6333 rpm 42 63 208.6 70.31 -/- 9000 rpm 65 69 212.1 79 -/- 11667 rpm 81 67 223.5 79 -/- 14333 rpm 87 58 233.5 72.68 -/- 17000 rpm 82 46 249.1 60.83 -/- Tabla 3.2: Parámetros del motor Honda Fig 4.3: Configuración distribución Honda CBR600 Como se puede apreciar en la tabla de los valores originales del motor, se produce un aumento de los parámetros analizados en todo el rango del funcionamiento del motor. Aunque 100 Conclusiones no lo parezca, en competición el consumo de combustible es objeto importante de estudio, intentado reducir el consumo lo máximo posible para intentar dar la misma potencia, consiguiendo así que el combustible inicial disponible por el vehículo sea lo más bajo posible, bajando el peso del mismo. Como podemos ver a raíz de los datos obtenidos, uno de los aspectos positivos es que no se produce una variación importante del consumo específico. Además, se ha comprobado como el retraso en el cierre de la válvula de admisión tiene un mayor peso en las variaciones de las prestaciones de nuestro motor que la variación de la apertura de dicha válvula en el proceso de admisión del mismo. Algo tan simple como la modificación de dos parámetros de un motor, o incluso las variaciones de las condiciones ambientales como la temperatura del exterior pueden llegar a tener unas consecuencias tan importantes sobre el rendimiento del mismo. Esto nos hace ver lo complejo del diseño de estas máquinas. Se comprende entonces como en competición, donde las diferencias entre las mecánicas son tan pequeñas, se exprima tanto el diseño del motor para poder sacar siempre un poco más a las prestaciones del mismo. 4.2. Sistemas de distribución variable La variación en la distribución en la admisión del motor puede llevarse a cabo mediante diversos métodos. Estos parámetros se establecen no solo en función de las prestaciones (potencia, par, etc.) sino que también se tienen en cuenta otros aspectos como la fiabilidad y la durabilidad de las distintas partes del motor, incluido el ruido producido por el mismo. De entre las numerosas variantes de los sistemas de distribución variables las más abundantes son aquellas que introducen modificaciones en la posición de los elementos que constituyen el sistema de distribución (árboles de levas). De entre los diversos tipos de sistemas de distribución que podemos encontrar en el mercado podemos encontrar: 1. Sistemas tipo Desfasadores: La actuación se realiza mediante el suministro de aceite a presión al sistema. La fuerza correspondiente produce un desfase entre el mecanismo de arrastre y el propio árbol de levas, provocando un cambio en la fase del diagrama de distribución. 2. Sistemas tipo B+C: Se interpone una pieza ente el árbol de levas y la válvula correspondiente. En función de la posición que adopta esta pieza puede modificar el diagrama de distribución. Se modifica tanto la apertura y cierre de válvulas como el levantamiento de las mismas. 101 3. Sistemas cam-less: Este sistema es el que más aumenta las posibilidades de control sobre los levantamientos de las válvulas. Para ello, se necesita de la disposición de un sistema electrónico de control mediante el que se actúa de forma extremadamente rápida sobre diferentes sistemas electromagnéticos o bien electrohidráulicos. 102 Anexos 5 BIBLIOGRAFÍA Muñoz, M., Payri, F. “Motores de combustión interna alternativos”, Ed: Servicio de Publicaciones de la E.T.S.I.I., Fundación General-UPM, 1989. John B. Heywood, “Internal Combustion Engine Fundamentals”, Ed: McGraw-Hill Gordon P. Blair, “Design and Simulation of Four-Stroke Engines”, Society of Automotive Engineers, Inc., 1999. Guía de usuario de LOTUS ENGINE SOFTWARE Manual de Taller de Honda CBR600RR Apuntes trabajo fin de master, “DESIGN AND ANALYSIS OF THE INTAKE SYSTEM OF A FORMULA SAE CAR”. Autor: OH YIDE, ANDRE de la Universidad de Singapur. Apuntes trabajo fin de master, “Modelado del motor de un vehículo tipo fórmula”. Autor: Jaime Gómez Gómez de la Universidad Politécnica de Madrid. Apuntes Motores de Combustión Interna Alternativa, 4º curso de ingeniería Industrial de la Universidad de Sevilla. Autores: Tomas Sánchez Lencero, Antonio Muñoz Blanco, Francisco J. Jiménez Espadafor 103 6 ANEXOS 6.1. Especificaciones Técnicas Honda CBR 600 RR. Fig 6.1: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR 104 Anexos Fig 6.2: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 R Fig 6.3: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR 105 Fig 6.5: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR Fig 6.4: Especificaciones técnicas Honda CBR 600 RR 112 Anexos 0 6 23 42 65 81 87 82 5 6 23 41 64 81 88 84 10 6 22 41 63 81 90 86 15 5 22 40 62 81 90 88 Tabla 17.2.3.1: Potencia obtenida para un RAA de 15 grados 4.2.3.2 Potencia obtenida para un RAA de 10 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 6 24 44 66 79 82 75 -10 6 23 43 66 80 84 78 -5 6 23 43 65 81 86 80 0 6 23 42 65 81 87 82 5 6 22 41 64 81 89 84 10 5 22 41 64 81 90 86 15 5 22 40 62 81 91 88 Tabla 18.2.3.2: Potencia obtenida para un RAA de 10 grados 4.2.3.3. Potencia obtenida para un RAA de 5 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 6 23 44 66 79 82 75 -10 6 23 43 66 80 84 77 -5 6 23 43 66 81 86 80 0 6 23 42 65 81 87 82 5 5 22 41 64 81 89 84 10 5 22 41 64 81 90 86 15 5 21 40 63 81 91 87 Tabla 19.2.3.3: Potencia obtenida para un RAA de 5 grados 113 4.2.3.4. Potencia obtenida para un AAA de 0 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 5 23 43 66 79 82 75 -10 5 23 43 66 80 84 77 -5 5 23 42 66 81 85 79 0 5 22 42 65 81 87 82 5 5 22 41 65 81 88 84 10 5 22 40 64 81 90 85 15 5 21 40 63 81 90 87 Tabla 20.2.3.4: Potencia obtenida para un AAA de 0 grados 4.2.3.5. Potencia obtenida para un AAA de 5 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 5 23 42 66 79 81 74 -10 5 22 42 66 80 83 76 -5 5 22 41 66 81 85 79 0 5 22 41 65 81 87 81 5 5 22 40 64 81 88 83 10 5 21 40 64 81 89 85 15 4 21 39 63 81 90 87 Tabla 21.2.3.5: Potencia obtenida para un AAA de 5 grados 4.2.3.6. Potencia obtenida para un AAA de 10 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 5 22 41 66 78 81 73 -10 5 22 41 66 79 83 76 -5 5 22 41 65 80 84 78 0 5 22 40 65 81 88 80 114 Anexos 5 4 21 40 64 81 88 82 10 4 21 39 64 81 89 84 15 4 20 38 63 80 90 86 Tabla 22.2.3.6: Potencia obtenida para un AAA de 10 grados 4.2.3.7. Potencia obtenida para un AAA de 15 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 5 22 41 66 78 80 72 -10 4 22 40 66 79 82 74 -5 4 22 40 65 80 84 77 0 4 22 39 65 80 86 79 5 4 21 39 64 80 87 81 10 4 21 38 64 80 88 83 15 4 20 37 63 78 89 85 Tabla 23.2.3.7: Potencia obtenida para un AAA de 15 grados 4.2.3.8 Par obtenido para un RAA de 15 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 58 62 66 70 65 54 42 -10 57 61 65 70 68 56 44 -5 56 61 65 69 66 57 45 0 55 60 64 69 67 58 46 5 54 59 62 68 67 59 47 10 53 58 61 67 66 60 48 15 51 57 60 66 66 60 49 Tabla 24.2.3.8: Par obtenido para un RAA de 15 grados 115 4.2.3.9 Par obtenido para un RAA de 10 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 57 61 66 70 65 54 42 -10 56 61 65 70 66 56 44 -5 55 60 65 69 66 57 45 0 54 59 64 69 67 58 46 5 53 59 63 68 67 59 47 10 52 57 61 67 67 60 48 15 51 56 60 66 66 60 49 Tabla 25.2.3.9: Par obtenido para un RAA de 10 grados 4.2.3.10 Par obtenido para un RAA de 5 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 55 61 66 70 65 54 42 -10 54 60 65 70 66 56 43 -5 54 60 64 70 66 57 45 0 53 59 63 69 67 58 46 5 52 58 62 68 67 59 47 10 50 57 61 68 67 60 48 15 49 56 60 66 66 60 49 Tabla 26.2.3.10: Par obtenido para un RAA de 5 grados 4.2.3.11 Par obtenido para un AAA de 0 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 52 60 65 70 65 54 42 -10 52 59 64 70 66 56 43 -5 51 59 64 70 66 57 45 0 50 58 63 69 67 58 46 116 Anexos 5 49 57 62 69 67 59 47 10 48 56 61 68 67 60 48 15 46 55 60 67 66 60 49 Tabla 27.2.3.11: Par obtenido para un AAA de 0 grados 4.2.3.12 Par obtenido para un AAA de 5 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 49 59 64 70 65 54 42 -10 48 59 63 70 66 55 43 -5 47 58 63 70 66 57 44 0 46 57 62 69 67 58 46 5 45 56 61 68 67 59 47 10 44 55 60 68 66 60 48 15 43 54 59 67 66 60 49 Tabla 28.2.3.12: Par obtenido para un AAA de 5 grados 4.2.3.13 Par obtenido para un AAA de 10 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 45 58 62 70 64 54 41 -10 45 58 62 70 65 55 42 -5 44 58 61 69 66 56 44 0 43 57 60 69 66 57 45 5 42 56 60 68 66 58 46 10 41 54 59 68 66 59 47 15 40 53 57 67 66 60 48 Tabla 29.2.3.13: Par obtenido para un AAA de 10 grados 117 4.2.3.14 Par obtenido para un AAA de 15 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 40 58 63 70 64 55 40 -10 40 58 66 70 65 55 42 -5 40 58 60 69 66 56 43 0 39 57 59 69 65 57 44 5 38 56 58 68 66 58 45 10 37 54 57 68 66 59 47 15 36 53 56 67 64 60 48 Tabla 30.2.3.14: Par obtenido para un AAA de 15 grados 4.2.3.15 Consumo específico obtenido para un RAA de 15 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 222.9 210 208 212.1 223.7 233.1 247.7 -10 223 210 208.2 212.2 223.8 233.1 247.6 -5 2223 210.1 208.2 212.2 223.8 233.2 247.6 0 228 210.1 208.3 212.2 223.8 233.3 247.8 5 228.7 210.1 208.3 212.2 223.9 233.3 247.9 10 228.8 215.7 208.4 212.2 223.9 233.4 248.1 15 229.1 216.3 208.5 212.3 224 233.5 248.2 Tabla 31.2.3.15: Consumo específico obtenido para un RAA de 15 grados 4.2.3.16 Consumo específico obtenido para un RAA de 10 grados 118 Anexos RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 223.3 210.2 208.2 212 223.6 233.2 248 -10 223.3 210.2 208.2 212 223.6 233.3 248.2 -5 223.3 210.3 208.2 212 223.6 233.4 248.1 0 227.9 210.3 208.3 212.1 223.6 233.4 248.3 5 228.6 214.2 208.3 212.1 223.7 233.4 248.5 10 228.9 215.6 208.4 212.1 223.7 233.6 248.6 15 229.1 216 208.4 212.1 223.8 233.6 248.6 Tabla 32.2.3.16: Consumo específico obtenido para un RAA de 10 grados 4.2.3.17 Consumo específico obtenido para un RAA de 5 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 224.2 210.5 208.3 212 223.5 233.4 248.4 -10 224.2 210.6 208.3 212 223.5 233.5 248.6 -5 226.9 210.6 208.3 212 223.5 233.5 248.6 0 228.1 212.7 208.4 212 223.5 233.5 248.8 5 229.1 214.1 208.4 212 223.6 233.6 249 10 229.2 215.1 208.4 212 223.6 233.7 249 15 229.5 215.4 208.4 212.1 223.6 233.7 249.1 Tabla 33.2.3.17: Consumo específico obtenido para un RAA de 5 grados 4.2.3.18 Consumo específico obtenido para un AAA de 0 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 225.5 211 208.6 212 223.4 233.5 248.9 -10 226.3 211 208.5 212 223.4 233.5 248.8 -5 227.3 211.9 208.6 212 223.4 233.6 249.1 0 228.5 212.9 208.6 212.1 223.5 233.7 249.1 5 228.8 213.8 208.6 212.1 223.5 233.7 249.3 119 10 230 214.6 208.6 212.2 223.5 233.8 249.5 15 230.2 214.9 208.6 212.1 223.5 233.7 249.7 Tabla 34.2.3.18: Consumo específico obtenido para un AAA de 0 grados 4.2.3.19 Consumo específico obtenido para un AAA de 5 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 226 211.5 208.9 212.2 223.4 233.7 249.1 -10 226.8 211.5 208.9 212.2 223.4 233.8 249.2 -5 227.7 211.9 208.9 212.2 223.4 233.8 249.3 0 228.9 212.6 208.9 212.2 223.4 233.8 249.5 5 230.4 213.5 208.9 212.3 223.4 233.8 249.7 10 231.3 214.4 208.9 212.3 224.6 233.8 249.9 15 231.6 214.6 215.9 212.3 223.5 233.9 250 Tabla 35.2.3.19: Consumo específico obtenido para un AAA de 5 grados 4.2.3.20 Consumo específico obtenido para un AAA de 10 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 226.4 212 209.4 212.4 223.8 234 249.6 -10 227.2 211.3 209.4 212.5 224.4 234 249.6 -5 228.2 212.2 209.3 212.5 223.7 233.9 249.7 0 229.4 212.9 209.3 212.6 224.2 233.9 249.9 5 230.9 213.8 209.2 212.6 224.1 234 250.1 10 232.6 214.8 214.6 212.6 223.5 233.9 250.1 15 233 215 216.3 212.7 224.4 234 250.3 Tabla 36.2.3.20: Consumo específico obtenido para un AAA de 10 grados 4.2.3.21 Consumo específico obtenido para un AAA de 15 grados 120 Anexos RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 227 212 209 212.4 224 234 250 -10 227.9 212.8 209.9 212.9 224.3 234.2 250.2 -5 228.9 213 209.9 213 223.2 234.2 250.2 0 230.2 213.7 209.8 213 225.2 234.1 250.4 5 231.7 214.5 213.4 213.1 224.5 234.1 250.1 10 233.7 215.3 214.8 213.1 224.2 234.1 250.6 15 234.9 215.7 216.4 213.2 226.9 234.1 250.7 Tabla 37.2.3.21: Consumo específico obtenido para un AAA de 15 grados 4.2.3.21 Eficiencia Volumétrica obtenido para un RAA de 15 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 68.73 69.52 73.47 79 78.21 67.94 56.09 -10 67.94 68.73 72.68 79 79 69.52 57.67 -5 67.15 67.94 71.89 79 79 71.1 59.25 0 66.36 67.15 71.1 78.21 79 72.68 61.62 5 64.78 66.36 69.52 77.42 79 73.47 62.41 10 63.2 65.57 68.73 76.63 79 74.26 63.99 15 61.62 63.99 67.15 75.05 79 75.05 65.57 Tabla 38.2.3.21: Eficiencia Volumétrica obtenido para un RAA de 15 grados 4.2.3.22 Eficiencia Volumétrica obtenido para un RAA de 10 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 67.94 68.73 73.47 79 78.21 67.94 56.09 -10 67.15 68.73 72.68 79 79 69.52 57.67 -5 66.36 67.94 71.89 79 79 71.1 59.25 121 0 65.57 67.15 71.1 78.21 79 72.68 61.62 5 63.99 66.36 69.52 77.42 79 73.47 62.41 10 62.41 64.78 68.73 76.63 79 75.05 63.99 15 60.83 63.99 67.15 75.05 79 75.05 65.57 Tabla 39.2.3.22: Eficiencia Volumétrica obtenido para un RAA de 10 grados 4.2.3.23 Eficiencia Volumétrica obtenido para un RAA de 5 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 65.57 67.94 73.47 79 77.42 67.94 56.09 -10 64.78 67.94 72.68 79 79 69.52 57.67 -5 63.99 67.15 71.89 79 79 71.1 59.25 0 63.2 66.36 70.31 78.21 79 72.68 60.83 5 61.62 65.57 69.52 78.21 79 73.47 62.41 10 60.83 64.78 67.94 76.63 79 75.05 63.99 15 59.25 63.2 67.15 75.84 79 75.05 65.57 Tabla 40.2.3.23: Eficiencia Volumétrica obtenido para un RAA de 5 grados 4.2.3.24 Eficiencia Volumétrica obtenido para un AAA de 0 grados RCA 1000 3667 6333 9000 11667 14333 17000 -15 61.62 67.15 72.68 79 77.42 67.94 55.3 -10 61.62 67.15 71.89 79 79 69.52 57.67 -5 60.83 66.36 71.1 79 79 71.1 59.25 128 Tutorial Lotus Engine Software Window Cierra la ventana principal Help Nos permite acceder a los archivos de ayuda para la solución de problemas que nos puedan aparecer en la creación de nuestro programa Tabla 45.1: Barra de menú del programa 2.2. Simulaciones El programa no puede simular varios casos a la vez, por tanto, si queremos simular distintos casos variando algunos parámetros, como ha consistido este proyecto, deberemos de realizar distintas simulaciones. Para comenzar la simulación, lo primero que debemos realizar es guardar el modelo. Una vez realizado esto, nos vamos a la ventana de simulación, mediante la pestaña Solve, Solve Control, o bien mediante el icono que aparece justo debajo. Fig 7.2: Cuadro de simulación del programa 129 Como podemos ver en la Fig 5.2 debemos de marcar Currently Held Data, puesto que es la única manera de obtener los resultados en formato .prs, que será explicado más adelante. Después, marcamos Use testno para guardar todos los resultados que obtengamos en la carpeta donde previamente hemos guardado el modelo creado, y así tener todos los archivos en la misma localización en nuestro ordenador, facilitando tanto la búsqueda y el acceso a los mismos como la organización de los resultados. Al iniciar la simulación podemos ir siguiendo el proceso en la pestaña nombrada como Job Status, como podemos apreciar en la Fig 5.3 Fig 7.3: Seguimiento de la simulación del modelo 130 Tutorial Lotus Engine Software 2.3. Análisis de resultados Una vez finalizadas las simulaciones, aparecerá la pestaña que permite la elección del tipo de gráficas a las cuales podemos acceder para ver los datos obtenidos. Aparecen las opciones para ver los resultados en formato .txt (texto), .mrs (gráficas), y .prs (modelo de análisis dinámico) 2.3.1. Resultados en formato .txt Tal y como podemos ver en la Fig 5.4 , al comienzo de la hoja de resultados se nos muestra un breve resumen de las características de nuestro modelo, como dimensiones, modelo de transferencia de calor elegido, etc. A continuación, nos aparecen los resultados obtenidos en formato texto, en los distintos puntos que hayamos seleccionado para realizar la simulación. Fig 7.4: Resultados de la simulación en formato .txt 2.3.2. Resultados en formato .mrs 131 También podemos encontrar los resultados en formato .mrs, los cuales aparecen en forma de gráfica, tal y como se muestra en la Fig 5.5. Estas gráficas se pueden obtener clicando en el icono de gráfica que aparece en la barra de menú de la ventana principal del programa. Una de las ventajas que presenta este tipo de visualización de resultados es que podemos seguir la evolución de los distintos parámetros (Potencia, Par, consumo...) en cada uno de los puntos de simulación. Es posible combinar numerosas gráficas, así como comparar resultados anteriores superponiendo resultados guardados en File > Load > Result. Fig 7.5: Resultados de la simulación en formato .mrs 2.3.3. Resultados en formato .prs El último método de visualización es del tipo .prs. Este tipo de resultados es llamado “gráfica dinámica”. En la Fig 5.6 vemos como la interfaz del programa cambia totalmente, una vez que pulsamos el botón que aparece a la derecha del icono de la gráfica, parecido a una gráfica en 3D. Una de las ventajas en este tipo de visualización de los resultados es que podemos ver como evoluciona el fluido, la temperatura, presión y muchos más parámetros 132 Tutorial Lotus Engine Software con el giro del cigüeñal del motor modelado (siempre el eje “x” será un ciclo completo del motor) en cualquiera de los puntos que nosotros marquemos dentro del motor (Cilindros, válvulas, conexiones, etc). Además, podemos seleccionar no solo qué cilindro queremos visualizar en las gráficas que aparecen a la derecha, sino también que punto de los que hemos simulado (rpm) queremos ver, pudiendo superponer dichos puntos. Otra de las principales ventajas de este tipo de gráficas es que se puede apreciar con total detalle cómo evolucionan los distintos parámetros mientras observamos, en esta interfaz, el movimiento de cada uno de los componentes del motor (viela, pistones, válvulas...), siendo ésta la principal ventaja de esta visualización de resultados. Fig 7.6: Resultados de la simulación en formato .prs 133