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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

BALANCE TÉRMICO Y EQUILIBRADO EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA INTEGRANTES: SILVA GUARDAPUCLLA Erinst Joel MEDINA ANDIA Ciro QUISPE OQUELCCA Armando

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ÍNDICE CARATULA .……………………………………………………………………….1 ÍNDICE ………………………………………………………………......................2 INTRODUCCIÓN..............…………………………………………………………3 1. BALANCE TÉRMICO………...………….………………………………………...4  SISTEMA TRANSVERSAL………………………………………………..4  SISTEMA RECIPROCO…………………………………...…………….…4  SISTEMA LONGITUDINAL…………………………………....................4

1.1 BALANCE TÉRMICO EXTERIOR DEL MOTOR……………………………….5 1.2 BALANCE TÉRMICO INTERIOR DEL MOTOR………………………………..6 2. EQUILIBRADO EN MOTORES DE COMBUSTION INTERNA………………...7

2.1 ACCIONES, FUERZAS Y MOMENTOS DE UN MOTOR……………………...7 2.2 DESEQUILIBRIO DE UN MOTOR………………………………………………8 2.3 MOTOR EQUILIBRADO ………………………………………………………...9 2.4 EQUILIBRADO ESTÁTICO Y DINÁMICO DEL CIGÜEÑAL…………………9 2.4.1 EQUILIBRADO ESTATICAMENTE…………………………………………10 2.4.2 EQUILIBRADO DINAMICAMENTE………………………………………...11 Conclusión………………………………………………………………………...........11 Bibliografía …………………………………………………………………………….11

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INTRODUCCION El presente trabajo nos ayudara básicamente a entender el comportamiento que se presenta en el funcionamiento de un motor de combustión interna tales como: el equilibrio térmico con sus diferentes formas de pérdidas de energía y el movimiento que se produce en el motor causado por las diferentes fuerzas y momentos inerciales existentes en dicho funcionamiento del motor, es necesario resaltar que la vibración de un motor de combustión interna es inevitable siendo así solo la reducción de este a sus frecuencias más bajas posibles.

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1.-BALANCE TERMICO DEL MOTOR En cualquier motor no es posible aprovechar todo el calor producido durante la combustión de la mescla combustible, solamente una parte de este calor la combustión, solamente una parte de este calor se transforma en trabajo mecánico. Con el fin de conocer la distribución del calor producido se hacen los balances térmicos de los motores. Generalmente hay dos tipos de balance: 1.1 Balance térmico exterior del motor. 1.2 Balance térmico interior del motor

Prácticamente solo del 25 al 40% del calor producido se transforma en trabajo efectivo y del 60 al 75% se pierde por varias razones.

1.- Sistema Transversal: a) Con tubo de admisión inclinado. b) Con forma especial de la cara del embolo. 2.- Sistema Reciproco: a) Del tipo MAN (firma alemana). b) Y c) de los tipos Schnurte. 3.- Sistema Longitudinal (monodireccional): a) Con válvula de escape. 4

b) En motor con émbolos opuestos.

1.-1.- BALANCE TERMICO EXTERIOR. Este balance se basa en las mediciones de energía mecánica y térmica restituida por el motor al exterior. Por la facilidad de obtención de este balance se usa muy frecuentemente para determinar un equilibrio térmico del motor. La ecuación general del balance térmico exterior es: Q1= Qe + Qes+ Qc+ Qin [Kj/s] o [BTU/s], donde:

✓ Q1: Calor total inducido al motor. ✓ Qe: Calor efectivo transformado en trabajo mecánico. ✓ Qr: Calor perdido al refrigerar el motor. ✓ Qes: Calor perdido en gases de escape.  Qes, - calor perdido en gases de escape. ✓ Qc: Calor perdido por combustión incompleta o intotal. ✓ Qin: Calor perdido en formas indeterminadas. Es esta ecuación falta un componente de perdidas mecánicas del motor, estas pérdidas contiene parcialmente el calor Qr (el calor de fricción del embolo sobre las paredes cilindro que es evacuado por el medio refrigerador) y el calor Qin de pérdidas no especificadas. Dividiendo ambos lados de la ecuación, por Q, se obtiene una ecuación porcentual del balance térmico del motor: 100%=𝑞𝑒 +𝑞𝑟 +𝑞𝑒𝑠 +𝑞𝑖𝑛 [%] El balance térmico se muestra en un balance llamado, diagrama de “Shankey” en la fig.

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El balance térmico se realiza y se investiga en un equilibrio térmico del motor bajo condiciones determinadas de su trabajo. Para obtener la imagen llena de distribución del calor en motor, esos balances se determinan en condiciones diferentes del trabajo (desde carga pequeña hasta plena), hay dos métodos de determinación del balance térmico exterior: 1. Por mediciones exactas de varios parámetros durante el trabajo de motor, 2. Por el cálculo de los valores aproximados en base a la teoría de transferencia de calor. 1.2.- BALANCE TERMICO INTERIOR. El balance térmico interior se determina directamente en el cilindro del motor y se basa en el diagrama del indicador hecho muy exactamente. Ese tipo del balance de la posibilidad de conocer mucho mejor el trabajo del motor y la influencia de varios parámetros sobre su funcionamiento. Pero el balance térmico interior es mucho más costoso, por la necesidad de disponer de equipo de medición especial que es muy caro. La ecuación general del balance térmico interior es:

Q1= Qe + Qm+ Qr+ Qes[Kj/s] o [BTU/s], donde:

✓ Q1: Calor total inducido al motor. ✓ Qe: Calor efectivo transformado en trabajo mecánico. 6

✓ Qm: Calor perdido por el movimiento del embolo (perdidas de fricción).  Qr,- calor perdido por refrigeración del motor (solo sus cilindros). ✓ Qes: Calor perdido por gases de escape. Porcentaje de distribución del calor que es: 100%=Qe+Qm+Qr+Qes[%] En este caso se debe de decir que los componentes Qr y Qes tiene otro significado que los mismos de la ecuación semejante en balance térmico exterior. En el balance térmico interior Qr contiene perdidas de refrigeración solamente por las paredes del cilindro y no de todo el motor; y Qes contiene también la perdida de la combustión incompleta o no total y no solo de gases de escape, (porque se le mide en la salida de los gases de escape, pero en el cilindro y no en el motor).

2. EQUILIBRADO EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA EL equilibrado de motores hace referencia al diseño, fabricación y puesta a punto de un motor con el objetivo de que su funcionamiento sea lo más suave posible. Sirve, de esta forma, para reducir el efecto del fenómeno vibratorio y la tensión y poder alcanzar un mejor funcionamiento y una mayor eficiencia del motor, reduciendo los costes que llevan asociados los problemas mencionados. El equilibrado de motores lleva asociado una serie de ventajas, algunas de las cuales son:    

Reducción del desgaste y de fenómenos asociados al uso a lo largo del tiempo del motor. Disminución del efecto vibratorio, no sólo del motor, sino de otros elementos adyacentes al mismo. Como disminuyen los efectos provocados por la vibración y el desgaste, los componentes del motor pueden dimensionarse de un menor tamaño y peso. La reducción de la tensión a la que está sometido el motor permite aumentar la energía obtenida a partir del mismo. 2.1 ACCIONES, FUERZAS Y MOMENTOS DE UN MOTOR

Las acciones, fuerzas y momentos que aparecen durante el funcionamiento de un motor alternativo en régimen estacionario se pueden clasificar en externas e internas. Entre las llamadas externas se encuentran:    

Peso del motor. Fuerzas de reacción de los gases de escape y de los líquidos en movimiento. Par resistente del medio exterior al giro del cigüeñal. Par resistente del ventilador y otros órganos. 7

Como acciones internas se consideran las siguientes:   

Fuerzas de inercia de las masas con movimiento alternativo. Fuerzas centrífugas de las masas con movimiento giratorio. Par motor.

Tanto las acciones externas como las internas pueden estar equilibradas o no. Se consideran como no equilibradas las que se transmiten a los apoyos del motor, tales como:     

Peso del motor Fuerzas de reacción de los gases de escape y de los líquidos en movimiento. Fuerzas de inercia de las masas con movimiento alternativo y giratorio. Fuerzas tangenciales de inercia de las masas en rotación cuando la velocidad angular es variable. Par motor.

Las acciones equilibradas son aquellas cuyas fuerzas y momentos resultantes son nulos como, por ejemplo:  

Fuerzas de presión de los gases. Fuerzas de rozamiento.

Algunas de las acciones no equilibradas que se han citado anteriormente tienen muy poca influencia en el equilibrado del motor, bien porque su magnitud y dirección permanecen constantes, como es el caso del peso del motor, bien porque varíen muy poco, o bien porque su magnitud sea despreciable. Como ejemplo de las dos últimas premisas podemos citar las fuerzas de reacción de gases de escape y líquidos en movimiento y las fuerzas tangenciales. 2.2 DESEQUILIBRIO DE UN MOTOR En consecuencia, el origen del desequilibrio de un motor se reduce a las fuerzas de inercia de las masas en movimiento alternativo que varían periódicamente en magnitud y sentido, a las fuerzas centrífugas debidas a las masas con movimiento giratorio que varían continuamente de dirección, y al par motor cuya magnitud es variable con el tiempo. En un motor desequilibrado la presión sobre los soportes varía continuamente y origina vibraciones, provocando sobrecarga, desgastes y otras consecuencias indeseables. La situación se ve agravada si la frecuencia de las vibraciones provocadas por las acciones no equilibradas se acerca a la frecuencia propia de vibración del sistema o de alguna de sus partes.

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2.3 MOTOR EQUILIBRADO Se dice que un motor está equilibrado si durante el funcionamiento estacionario del mismo se transmiten a los soportes de éste fuerzas y momentos constantes en magnitud y dirección o bien nulos. En la práctica se considerará como equilibrado un motor que asegure un grado tolerable de desequilibrio. Ello se consigue seleccionando un número de cilindros apropiado y una disposición de los mismos y de los codos del cigüeñal adecuada, así como utilizando contrapesos. Para que el equilibrado previsto en el diseño se cumpla, las piezas del motor deben fabricarse en conformidad estricta con las tolerancias en masas y dimensiones. Dichas tolerancias se establecen a fin de asegurar:  

Iguales masas de los grupos de pistones. Iguales masas e idéntica disposición de los centros de gravedad de las bielas. 2.4 EQUILIBRADO ESTÁTICO Y DINÁMICO DEL CIGÜEÑAL 

EQUILIBRIO PRIMARIO Y SECUNDARIO

Los términos de equilibrio primario y secundario han sido utilizados por los ingenieros encargados del diseño de motores para distinguir con estos términos las vibraciones que afectan a un motor formado por una manivela de un tiempo (primario) o de dos tiempos (secundario). En concreto, el equilibrado primario de un motor se logra añadiendo masas excéntricas al eje de rotación (unidas al mismo mediante barras), pero no incluye la variación de la energía cinética de los pistones durante el proceso de rotación de la manivela. A diferencia de este, el equilibrado secundario sí puede incluir esta compensación, así como la del movimiento no senoidal del pistón o de otros movimientos producidos por el desplazamiento de masas que no se tienen en cuenta en el equilibrado primario. A pesar de los intentos de los ingenieros y diseñadores no es posible equilibrar un motor por completo. No obstante, algunas configuraciones pueden ser perfectamente equilibradas en algunos casos, por ejemplo, el motor V12. Por otra parte, los desequilibrios producidos por las vibraciones no son estudiados ni en el equilibrado primario ni en el secundario

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EQUILIBRADO DEL EJE CIGÜEÑAL

Las vibraciones originadas por las fuerzas y los momentos que, a su vez originan se originan de las masas giratorias, se eliminan realizando el equilibrado del eje cigüeñal n, considerando como un eje recto que lleva a, una distancia “r” de su eje de rotación.

2.4.1

EQUILIBRADO ESTATICAMENTE

El eje está equilibrado estáticamente cuando es nula la resultante de las fuerzas centrifugas; lo cual se verifica cuando su baricentro se haya sobre el eje de rotación: en estas condiciones, está sujeto entre dos puntos situados en el eje, como hemos visto en la mayoría de los casos los motores de varios cilindros, es regla general de disponer manivelas de forma que se obtenga un desfasaje uniforme de los ciclos de trabajo para alcanzar la máxima regularidad posible del par motor. En estos casos la posición de la manivela resulta tal que queda automáticamente satisfecha también la condición de equilibrio estático. Por ejemplo, el eje el monocilindro esquematizado en la figura 122, al girar, está sometido a una fuerza centrífuga aplicada en el centro, que, al no ser equilibrada, se transmite íntegramente al basamento. El eje puede ser equilibrado añadiendo dos contrapesos de masa y distancia.

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2.4.2

EQUILIBRADO DINAMICAMENTE

Cuando es nula la resultante de los momentos generales por las fuerzas centrifugas tomados con respecto a un punto cualquiera del eje (por ejemplo, en uno de los apoyos. Durante el desarrollo del proyecto de un motor puede verificarse que, en relación al número de tiempos, al número de cilindros y a su respectiva posición, sea posible obtener el desfasaje regular entre los ciclos de los diferentes cilindros con diversas disposiciones de las manivelas del eje.

CONCLUSIÓN Se dice que los motores de combustión interna presentan grandes cantidades de energías que se pierde en el ambiente lo cual hace que el rendimiento de la maquina reduzca, por lo tanto, se tiene que establecer un equilibrio térmico tal que dicho rendimiento sea favorable. Se concluye que la vibración de los motores de combustión interna produce desgaste en los elementos de máquina que conforman dichas unidades por tanto en el diseño se busca un equilibrio de fuerzas y momentos para prevenir desgastes en los diferentes elementos. BIBLIOGRAFÍA  

https://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_térmico https://www.monografias.com/.../Balance-Termico-De-Un-Motor-DeCombustion-F3BD44CBY

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repositorio.unap.edu.pe/handle/UNAP/5458 https://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrado_de_motores https://www.scribd.com/.../Equilibrado-de-motores-de-combustion-intern

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