Laboratorio de Materiales y Procesosles

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Universidad Latina de Costa Rica

Sede Heredia

III Periodo, 2017

Laboratorio de Materiales y Procesos

I Informe Proyecto Final

Rediseño de un pistón de motor diesel

Estudiantes:

David Chaves

Frank Miranda

Greivin Quirós

Geison Zúñiga

Joan Araya

Randall Delgado

Profesor:

Gonzalo Aguilar

31 de octubre, 2017

Tabla de contenido

I.        DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA        3

1.1.        Planteamiento del Problema        3

1.2.        Descripción del proyecto        3

II.        INTRODUCIÓN        3

III.        OBJETIVOS        4

3.1.        Objetivo General        4

3.2.        Objetivos Específicos        4

IV.        MARCO TEÓRICO        4

V.        GANTT DEL PROYECTO        25

VI. PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCION………………………………………………………………………………………………  25

VII. DESARROLLO DE LA SOLUCION ………………………………………………………………………………………………….. 26

VIII. ALCANCES, LIMITACIONES Y RESTRICCIONES DE LA SOLUCION …………………………………………………. 26

IX. BIBLIOGRAFIA O REFERENCIAS ……………………………………………………………………………………………………. 27

1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1. Planteamiento del Problema

Se desconoce el comportamiento del aluminio como material base para la fabricación de un pistón y una camisa de un motor de diésel.

Por lo anterior, se realizará un análisis a partir de un diseño existente de otro material y se desarrollará un modelo a escala en el material deseado.

1. Descripción del proyecto

Para conocer el comportamiento del aluminio se desarrollará, como primer paso, la teoría de la combustión interna de un motor de diésel; seguidamente se analizará la capacidad del aluminio en las condiciones investigadas. Se analizará un pistón real en otro material y con base en este, como último punto, se desarrollará un modelo a escala en el material deseado.

Siguiendo este procedimiento se garantiza la aplicación de conocimientos de mecánica termodinámica, química y electromecánica, que son las dos especialidades que los miembros del grupo poseen.

Se espera el desarrollo de un modelo a escala en aluminio, sin embargo, este no se podrá a prueba, únicamente se comparará con la base teórica para obtener conclusiones.

1. INTRODUCIÓN

Para el problema anteriormente planteado de elaborar una camisa y un pistón se ha seleccionado como material el aluminio, esto debido a que es un material ampliamente trabajado a lo largo del país, no solo en talleres de mecánica de precisión, si no en múltiples sectores de la industria. Además, se cuenta con distribuidores dentro del país por lo cual no se tendría problemas respecto a la solución planteada contra la realidad del mercado costarricense.

El aluminio ofrece además una serie de características técnicas que lo hacen factible para la aplicación deseada. A lo largo de este informe se investigará y expondrán las ventajas de este material, así como sus limitaciones técnicas y el impacto económico que pueda generar su uso en la manufactura de las piezas.

Se espera que la solución propuesta sea capaz de satisfacer tanto las necesidades ingenieriles, que debido a la función que tienen estos elementos mecánicos dentro del motor y a la gran cantidad de esfuerzos a los que están sometidos, son las de principal importancia,  como las de rentabilidad económica.

1. OBJETIVOS

1. Objetivo General

Determinar la viabilidad técnica de utilizar aluminio como material para la fabricación de pistones y camisas de un motor diésel por medio de la realización de un modelo a escala de un pistón y una camisa previamente producidos. 

1. Objetivos Específicos

• Conocer la teoría básica de la combustión interna y su evolución, hasta llegar a la combustión del diesel.
• Determinar las principales características del aluminio y su capacidad teórica para resistir las condiciones de un pistón de un motor.
• Desarrollar un diseño de un pistón basado en uno existente.
• Fabricar un modelo a escala de pistón para conocer el comportamiento del material.

1. MARCO TEÓRICO

COMBUSTIÓN INTERNA

La Combustión es un proceso químico de oxidación rápida que va acompañado de desprendimiento de energía bajo en forma de calor y luz. Para que éste proceso se dé, es necesario la presencia de un combustible, un comburente y calor. El material que es capaz de arder y se combina con el oxígeno, se conoce como combustible. En las combustiones ordinarias el combustible es una sustancia compuesta, como hidrocarburos (gas de petróleo, gasolina, kerosene, parafina, etc.), existen otros compuestos como el hidrógeno, el azufre, el papel, la madera, etc. El oxígeno, elemento esencial para que se produzca y continúe el proceso de oxidación, se conoce como comburente.

El combustible debe alcanzar una temperatura mínima para que pueda arder, ésta temperatura es la denominada punto de ignición o temperatura de inflamación. Los materiales combustibles tienen una temperatura de inflamación baja y entran con facilidad en combustión. Si se quema carbón o azufre en iguales cantidades, se observará que la energía calórica que desprende el carbón es mayor que la que desprende el azufre. Esto significa que los combustibles, al quemarse, no desprenden iguales cantidades de calor. Hay unos que desprenden mucha energía calórica, mientras que otros, menos calor.

Como resultado del proceso de combustión, se obtienen los productos de la combustión. Estos dependen de la naturaleza del combustible, pero en general se produce vapor de agua, dióxido de carbono y carbón. El hecho de que al quemar combustible se liberan importantes cantidades de energía, le da a estos materiales una particular importancia, ya que pueden ser aprovechados para nuestra utilidad. Las industrias, las fábricas, las plantas de producción de electricidad hacen uso de la combustión para derivar la energía que requieren para funcionar. En la actualidad, los hidrocarburos ocupan en primer lugar entre las fuentes de energía.

La combustión es ampliamente utilizada en los aparatos que nos ayudan a desplazarnos de un lugar a otro (automóviles, autobuses, aviones, barcos, etc.). De la misma manera, la combustión es utilizada en nuestras casas para cumplir múltiples funciones, como en las cocinas de gas o en las cocinillas de gasolina para cocinar nuestros alimentos, en las velas que a veces utilizamos para alumbrarnos, etc.

Cabe resaltar, que el uso indebido de los combustibles puede implicar situaciones lamentables; por ejemplo, cuando no se puede controlar el fuego, podemos decir que estamos frente a un incendio.

COMBUSTIÓN DEL DIESEL

Entre las características del diesel están su densidad de 0.832 kg/l (6.9 lb/US gal), un 12% superior a la gasolina. La fórmula química del diesel es C12H23, moviéndose entre los valores C10H20 a C15H28. Su composición química consiste en un 75% de hidrocarburos saturados (básicamente parafinas y cicloparafinas) y un 25% de hidrocarbonos aromáticos, incluyendo naftalenos y alquilbencenos. Por lo anterior, La fórmula química de la combustión del gas del diesel es 4 C12H23 +71 O2 –> 48 CO2 + 46 H2O.

Más del 86% de la masa total del diesel es carbónica, permitiendo un valor de calentamiento neto de 43.1 MJ/Kg, muy similar al de la gasolina. Pero dada su mayor densidad, el diesel tiene una potencia energética por unidad de volumen un 10% mayor que la gasolina. Este dato de energía liberada es importante para lograr identificar un material adecuado que resista las constantes liberaciones de energía en el pistón.

COMBUSTÍÓN EN UN MOTOR DE DIESEL

Un ciclo Diesel es una aproximación teórica al comportamiento de un motor de encendido por compresión. Se representa en un diagrama p-V como en la figura adjunta. Siendo sus fases las siguientes:

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