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• Ricardo Ugarte

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INTEGRANTES:

UNIVE RSIDA D NACIO NAL DE TRUJIL LO

 Alfaro Hurtado Arturo  Aredo Leon Frank Edgar  Manya Huangal Joao  Ugarte Alcalde Victor Ricardo  Zare Valdez Marlon  Cruz Nieves José Carlos  Risco Estrada Kento  Leiva Zavaleta Gialdo Steven

CURSO:  Ingeniería Automotriz TEMA:

 BUS MERCEDES BENZ LO 812

PROFESOR: Ing. Bacilio Quiroz

2020 “ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DINAMICO-TRACCIONALES DE LA UNIDAD VEHICULAR “BUS MERCEDES BENZ LO 812” BAJO LAS

CONDICIONES DE EXPLOTACION EN LAS CIUDAD DE TRUJILLO – PERÚ2020”

RESUMEN La gran demanda de pasajeros entre los distritos VICTOR LARCO HERRERA- TRUJILLO Y HUANCHACO sumado a la problemática en el normal funcionamiento de los vehículos de transporte de pasajeros en los distritos mencionados por efectos del covid -19, nos genera la necesidad de conocer las condiciones de explotación de los autobuses, específicamente buses de trasporte de pasajeros de la EMPRESA TRANSPORTES NUEVO CALIFORNIA S.A, para ello nos encontramos íntegramente relacionados con un problema de análisis en la evaluación de las propiedades dinámico-fraccionales

del

automóvil en cuestión En el proyecto nos dedicamos a determinar velocidades, aceleraciones y las condiciones límites de la autopista bajo las cuales es posible la marcha del automóvil con sus determinados parámetros de diseño. Este trabajo se realiza con la finalidad de conocer las condiciones de explotación del bus Mercedes Benz 812, asegurando así una vida más prolongada de la máquina mejorando la economía y rendimiento. El trabajo es posible de realizar debido a que se cuenta con los conocimientos necesarios adquiridos en el curso de motores de combustión interna complementándose con el curso de ingeniera automotriz que nos encontramos desarrollando y con el apoyo del software Excel para realizar los cálculos teóricos requeridos. En el proyecto se obtiene para cada marcha el balance potencias, fuerzas traccionales, velocidades, aceleraciones, el pasaporte dinámico del automóvil y el consumo en carretera, Etc. Tabulando y graficando estos resultados que se muestran en cada sección. Finalmente se concluye que conociendo estos parámetros de diseño es posible encontrar las condiciones de explotación del vehículo Mercedes Benz 812

para cada marcha en la ciudad de Trujillo, además se

comprueba la capacidad del alumno para resolver estos problemas después de haber terminado el curso.

I.

INTRODUCCION

1.1. Antecedentes histórico-técnicos. Mercedes-Benz es una empresa alemana que fabrica vehículos de lujo, fundada por Karl Benz y Gottlieb Daimler. Su sede se encuentra en Stuttgart, Alemania. La marca es reconocida por su eslogan “The best or nothing” («Lo mejor o nada»). Fue la primera marca capaz de crear un automóvil. La historia de la marca comenzó por separado; Benz y Daimler tuvieron su propia empresa y fueron competencia por algún tiempo, Benz ostentaba la empresa llamada Mannheim Benz&Co (1883) y Gottlieb, la empresa Cannstatt Daimler-Motoren-Gesellschaft (1990). Benz presentó el primer automóvil de la historia en 1883, bautizado como Benz Patent - Motorwagen, se trató de un simple prototipo con 3 ruedas, una marcha y alcanzaba una velocidad máxima de 17 kilómetros por hora. Al mismo tiempo, en 1885 Daimler aplica un motor con una disposición de cilindros vertical a una especie de bicicleta y crea la motocicleta. 10 años después se fabricó el primer coche de 4 ruedas, el Benz Victoria. En 1986 nace el primer camión de Daimler y 10 años después Benz lanza el primer autobús. 20 años después Mercedes se fusionó con Benz como una estrategia para afrontar la crisis económica que afectó a ambas compañías. Así que, en 1926 se unen bajo el nombre de Daimler-Benz AG. La marca alemana sufrió graves consecuencias a causa de la devastadora II Guerra Mundial. El 90% de sus instalaciones quedaron en escombros y su producción era totalmente inestable. Se emprendió el proyecto de la Fórmula 1, Alfred Neubauer, buscó varios coches de carreras intactos en las fábricas y contactó a tres pilotos para entrar en su equipo de competición como Karl Kling, Hermann Lang y Juan Manuel Fangio. Sin embargo, Mercedes nunca abandona su creación por los coches de lujo.  Mercedes creó un modelo que le aseguró el éxito en la mayoría de las carreras de la F1, el 300 SL. A partir de estos años la marca se adentra en otras modalidades como los rallies. Al buscar soluciones para el transporte interdistrital, Mercedes Benz no se dedica solamente a fabricar, sino también invierte masivamente en nuevas tecnologías. Los buses Mercedes Benz poseen un mejor aprovechamiento del espacio interno, mayor

confort

a

los

pasajeros,

robustez

y

alta

disponibilidad,

que

consecuentemente ofrece ahorro y rentabilidad al cliente. Con costo reducido de

mantenimiento asociado a la asistencia técnica apoyada por concesionarios autorizados, los buses Mercedes Benz brindan una mayor rentabilidad a su operador. El tren motriz equipado con motor OM 364 LA diésel con Turbo e Intercooler, cuenta con transmisiones mecánicas totalmente sincronizadas y ejes desarrollados con alta tecnología. Ya sea por la resistencia, ahorro, capacidad, seguridad, confort o tecnología. Con una potencia máxima de 85kW @ 2400 rpm y un torque de 460 Nm @ 1400 rpm. El mismo está acoplado a una transmisión manual de 5 marchas sincronizadas y una marcha atrás. Su velocidad máxima es de 106 km/h. Con estas características el bus LO 812 trabaja de manera óptima en la costa.

,

LO 812

1.2.

Propósito general de proyecto

El propósito general del desarrollo de este proyecto es determinar las propiedades dinamico-traccionales de la unidad vehicular bus Mercedes Benz LO-812, además de evaluar y construir las curvas características del motor con respecto a la velocidad. Todo esto aplicando los conocimientos adquiridos en el curso de Ingeniería Automotriz, lo cual nos ayudará posteriormente en nuestra vida profesional.

1.3.

Descripción de la realidad problemática

La mayoría de empresarios que adquiere un vehículo, tiene el problema de no conocer como es el funcionamiento y bajo qué condiciones utilizarlo, es por eso que planteamos el problema de la siguiente manera: ¿Es posible encontrar las propiedades dinámico-traccionales, parámetros y condiciones límites de funcionamiento, conociendo los parámetros de diseño del vehículo?

1.4.

Justificación e importancia

En primer lugar, de nada serviría recibir la teoría sin resolver un problema que involucre estos conocimientos, por ello se justifica la realización del proyecto para reforzar nuestros conocimientos en ingeniería automotriz; además se refleja la importancia porque se puede utilizar el proyecto como modelo para resolver un problema real que puede ocasionarse en este mundo tan amplio de la automoción referido a las propiedades dinámico-traccionales y condiciones de funcionamiento. 1.5.

Parque vehicular del Perú

Sistema Integrado de Transporte Público de Trujillo (SITT), es un sistema de transporte público que se encuentra en proceso de implementación. El sistema tiene como objetivos renovar la flota vehicular, retirar de circulación vehículos con muchos años de antigüedad o con poca capacidad de pasajeros. Es por ello que muchas empresas de transporte urbano han optado de adquirir unidades vehiculares nuevas, entre ellas, la empresa Nuevo California de nuestra localidad, quienes han adquirido una flota de 18 unidades vehiculares Mercedes Benz LO-812; del cual estudiaremos las propiedades dinámicotraccionales en el presente proyecto.

II.

DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS

II.1

Especificaciones técnicas

a. Motor: Motor

LO 812

Potencia Máxima [Nbr Iso 1585]

85 Kw (115 Cv) @ 2.400 Rpm

Par Motor Máximo [Nbr Iso 1585]

460 Nm (47 Mgkf) @ 1.400 Rpm

Cilindrada Total

3.972 Cm^3

Consumo Específico

217 G / Kwh @ 1.400 Rpm

Filtro De Aceite - Tipo

Filtro De Aceite Con Elemento De Papel Intercambiable

Filtro De Aire - Tipo

Seco, Con Elemento De Papel

Sistema De Enfriamiento

Por Circulación De Agua Con Termostato

Unidad Inyectora

Bosch * Distribuidora

Sistema De Inyección

Con Avance Automático Y Regulador Hidráulico

Compresor (Accionamiento)

Por Correa En V

b. Transmisión: Transmisión

LO 812

Tipo

Eaton FSO-4405-A [Accionamiento Por Palanca] 5 Marchas Sincronizadas

Relaciones: 1a.

5,762

2a.

2,829

3a.

1,528

4a.

1,000

5a.

0,77

Marcha Atrás

5,238

Embrague

MFZ 310 • monodisco, seco • accionamiento hidráulico

c. Pesos Admisibles [Kg]: Pesos Admisibles

LO 812

Eje Delantero

4875

Eje Trasero

11925

Peso Bruto Vehicular (PBV)

16800

d. Chasis: Chasis Con Cabina, sin carrocería (dimensiones en mm) Chasis

LO 812

[a] Entre Ejes

4.250

[b] Largo Total

6.685

[c] Ancho

2.168

[d] Trocha: Eje Delantero/Eje Trasero

1.897/ 1.642

[e] Voladizo

735/ 1.700

[f] Altura

1.814

[g] Vano Libre

237/ 181

[h] Ángulo: De Entrada/De Salida

39°/ 21°

Círculo De Viraje Del Vehículo (Mø)

14,5

Largo Total Carrozado Máximo

8.000 mm

Auxiliar

Neumático

Imagen 01. Dimensiones en mm, del chasis con cabina sin carrocería, recopilado de la ficha técnica de la unidad vehicular LO 812

e. Pesos a Vacío [Kg] [sin carrocería, orden de marcha] Chasis

LO 812

Eje Delantero

1.426

Eje Trasero

1.091

Total

2.52

f.

Principales Opcionales: Principales Opcionales

LO 812

Batería 12 V / 100 A

Eje Delantero MB VL 2/15 DC-3,2

Relación De Transmisión 5.125 (41:8)

Eje Trasero Mb Hl 2/45 Dc-5,9 •Freno A Disco (Con Indicador De Desgaste De Freno)

Taco Gráfico Semana

[Solamente Con Motor Euro 2]

Tanque De Combustible 100 L

Motor om 364 La | Euro 2

Velocímetro

[35 Kw (115 Cv) @2.600 / Min ;380 Nm @ 1.400/ Min]

7.5 X 16 PR 12*6.00x16

g. Ejes: Eje Delantero: MB VL 2/13 C-2,9  Tipo Puño Eje Trasero:  MB HL 2/17-5,9 Armadura Central Con Tubos Insertados 

Ejes  Reducción



I=4.3 (43:10)

h. Suspensión • Neumáticos • Dirección • Chasis [tipo: escalera, remachado]:

Suspensión • Neumáticos • Dirección • Chasis [tipo: escalera, remachado] Suspensión Eje Delantero

Bellestas Semi Elípticas Con 2 Amortiguadores Telescópicos De Doble Acción Y Barra Estabilizadora

Suspensión Eje Trasero

Bellestas Semi Elípticas Con 2 Amortiguadores Telescópicos De Doble Acción Y Barra Estabilizadora

Neumáticos

215/75r X 17,5 12pr

Dirección Hidráulica

Zf 8098 | I Máx =19.6: 1

i.

Desempeño: Desempeño

LO 812 | Eaton FSO-4405-A MB HL 2/17 – 5.9 | 215/75R x 17.5 12PR

Reducción

i = 4.3 (43:10)

Velocidad máxima [km/h] pendiente máximo [PBV]

j.

106 40

Frenos: Frenos

Área De Frenado Total Regulador Automático De Freno Freno De Estacionamiento Freno Motor

Servo Asistido En La Delantera Y Aire Comprimido En La Trasera Disco En La Delantera Y Tambor En La Trasera 1.560 Cm2 Sí Cámara De Muelle Acumuladora Mariposa En El Tubo De Escape • Accionamiento Electro-Neumático; Puede Actuar Con El Freno De Servicio

k. Sistema Eléctrico:

Sistema eléctrico Tensión normal Alternador Batería l.

24 V 14 V / 90 A 12 V / 135 Ah

Volúmenes De Suministro: Volúmenes de suministro

Tanque de combustible Aceite en el carter Caja de cambios Carcasa del diferencial Dirección hidráulica Sistema de enfriamiento

150 [máx] 10 • [mín] 7 4.7 [eje trasero] 3,25 2.4 14

Imagen 02. Curvas de desempeño del motor OM 364 LA recopilado de la ficha técnica de la unidad vehicular LO 812.

II.2

Cálculo del Radio de Rodadura

Radio de rodadura (radio cinemático o de trabajo): radio de una rueda rígida ficticia, la cual girando con una velocidad angular prefijada y moviéndose sin resbalamientos y sin patinar, tenga la misma velocidad de avance que una rueda al dar una vuelta. Según Chudakov, el radio de rodadura se determina con la siguiente fórmula empírica:

r r =[ 0.5 d + ( 0.85 ) b ] mm . Donde: 

d: diámetro exterior de la llanta, en la que se asienta el neumático en mm.



b: anchura del perfil del neumático en mm.

Lectura del Neumático: Los neumáticos de la presente unidad vehicular, tiene la siguiente serie:

215/75 R 17.512 PR El cuál indica que el ancho de perfil del neumático en milímetros es: b=215 mm. Como 17.5 pulg es el diámetro inferior del neumático, entonces:

d=

75 pulg∗25.4 mm ∗215 mm+17.5 =605.75 mm 100 1 pulg

r r =[ 0.5∗605.75+ ( 0.85 )∗215 ] mm .=485.625 mm=0.485625 m

r r =0.485625 m

II.3

Características Externas De Velocidad

2.3.1 Determinación de la potencia efectiva N e del motor:

Utilizando el método de Leiderman:

n n 2 n +b −c nN nN nN

3

[ ( ) ( ) ( )]

N e =N e máx a

Para los motores con regulador de frecuencia de giro (Diesel)

a=1− b=2

c=

M r k n (2−k n ) 2

100(k n−1) M r kn

100(k n−1)2

Mr kn 100 k n−1

2

( )

M emax −M N ∗100 MN

M r=

(

)

N e=

M e∗n [KW ] 9550

k M=

M e max n kN= N MN nM Donde: 

N e : Potencia del motor en régimen estable a n(rpm); [KW]



N e máx: Potencia máxima del motor; [KW]



M: Par motor en régimen estable n(rpm); [N.m]



M e max: Par motor máximo; [N.m]



M r : Torque de reserva [N.m]



n N : Velocidad del motor en régimen de potencia máxima; [rpm]



n M : Velocidad del motor en régimen de torque máximo; [rpm]



k n: coeficiente de adaptabilidad por frecuencia de giro del motor



k M : coeficiente de adaptabilidad por torque del motor



a , b , c : coeficientes de la ecuación de Leiderman

De la ficha técnica tenemos:

N e máx =85 KW @ nN =2400 rpm M e máx=460 Nm @ n M =1400 rpm

Reemplazando los valores de N e máx, n N , M e máx y n N en las ecuaciones anteriores: Sabemos que:

N e=

M e∗n [KW ] 9550

N e max =

M N∗nN [ KW ] 9550

Luego:

MN=

k M=

M r=

9550∗N emax 9550∗85 = =338.2292 Nm nN 2400

M e max nN 2400 460 = =1.36 k N = = =1.7143 MN 338.2292 nM 1400

(

M emax −M N 460−338.2292 ∗100= ∗100=36 % MN 338.2292

a=1−

b=2

)

M r k n ( 2−k n ) 100 ( k n−1 ) Mr kn 2

100 ( k n−1 )

2

(

=1−

=2

)

36∗1.7143 ( 2−1.7143 ) =1−0.3456=0.6544 2 100 ( 1.7143−1 )

36∗1.7143 =2. 4192 100 ( 1.7143−1 )2

Mr k n 2 36 1.7143 2 c= = =2.0736 100 k n−1 100 1.7143−1

( )

(

)

Tabla 01. Parámetros de torques de reserva, par motor a la potencia máxima, coeficientes y sus respectivos datos Parámetros

MN

Datos

338.2292 Nm

kN

1.7143

Mr

36 %

kM

1.36 a

0.6544

b

2.4192 2.0736

c

Por lo tanto, la ecuación de la potencia específica es:

[

N e =85 0.6544

(

n n 2 n +2.4192 −2.0736 2400 2400 2400

)

(

)

(

3

)]

Tabla 02. Velocidades (n) en rpm y potencia efectiva Ne en kilowatts. n(rpm) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

Ne(KW) 34.8613 46.1267 57.1880 67.4333 76.2507 83.0280 87.1533 88.0147 85.0000 77.4973 64.8947

Ne(KW) vs n(rpm) 100.0000 90.0000 80.0000 70.0000 60.0000 50.0000 40.0000 30.0000 20.0000 10.0000 0.0000 500

1000

1500

2000

2500

3000

Gráfica 01. Potencia efectiva Ne en kw vs velocidad n en rpm.

2.3.2 Determinación del momento efectivo M e del motor Utilizando el método de Leiderman:

n 1 n −c nN nN

2

[ ( ) ( )]

M e =Me N a+b

Por lo tanto, la ecuación del momento efectivo M e del motor utilizando el método de Leiderman:

[

M e =338.2292∗ 0.6544+2.4192

n 1 n −2.0736 nN nN

( )

2

( )]

Tabla 03. Velocidades (n) en rpm y torques Me en [N.m] n(rpm) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

Me(N.m) 416.1572 440.5097 455.1212 459.9917 455.1212 440.5097 416.1572 382.0637 338.2292 284.6537 221.3372

Me(N.m) vs n(rpm) 500.0000 450.0000 400.0000 350.0000 300.0000 250.0000 200.0000 150.0000 100.0000 50.0000 0.0000 500

1000

1500

2000

2500

3000

Gráfica 02. Torque Me en [N.m] vs velocidades n en [rpm]

100

450

90

400

80

350

70

300

60

250

50

200

40

150

30

100

20

50

10

0 500

1000

1500

2000

2500

POTENCIA DEL MOTOR EN KW

TORQUE DEL MOTOR EN NM

500

0 3000

VELOCIDAD DEL MOTOR EN RPM

Me(N.m)

Ne(KW)

Gráfica 03. Potencias Ne en [KW] y Torques Me en [Nm] vs velocidades n en [rpm]

2.3.3 Determinación de velocidades para diferentes marchas: CRONOGRAMAS DE VELOCIDADES Sea la ecuación de la velocidad de desplazamiento:

v=

0.377∗r r∗n ucv u ca u pm

Donde:  v: velocidad de desplazamiento del vehículo automotor [km/h]  r r : radio de rodadura en metros.  n : número de revoluciones por minutos del motor [rpm]  ucv : relación de transmisión de la caja de velocidades.  uca : relación de transmisión de la caja auxiliar.

 u pm : relación de transmisión del puente motriz. Sean:

r r =0.485625 m n=800 a 2800 rpm ucv =5.762; 2.829 ; 1.528 ; 1.000 ; 0.77 uca =1 u pm=4.3 v=

0.377∗0.4856∗n 0.042575∗n = 4.3∗u cv ucv

En la siguiente tabla se mostrará las velocidades de desplazamiento para las diferentes relaciones de transmisión de la caja de velocidades y a diferentes rpm.

Tabla 04. Velocidades de desplazamiento del vehículo para sus diferentes marchas en [km/h] para diferentes n [rpm]. n(rpm) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

V1 (km/h) 5.9111419 6 7.3889274 6 8.8667129 5 10.344498 4 11.822283 9 13.300069 4 14.777854 9 16.255640 4 17.733425

V2 (km/h) 12.03959 15.049487 5 18.059384 9 21.069282 4 24.079179 9 27.089077 4 30.098974 9 33.108872 4 36.118769

V3 (km/h) 22.290575 9 27.863219 9 33.435863 9 39.008507 9 44.581151 8 50.153795 8 55.726439 8 61.299083 8 66.871727

V4 (km/h) 34.06 42.575 51.09 59.605 68.12 76.635 85.15 93.665 102.18

V5 (km/h) 44.233766 2 55.292207 8 66.350649 4 77.409090 9 88.467532 5

Me(N.m) 416.15720 8

99.525974 110.58441 6 121.64285 7 132.70129

440.50971 416.15720 8 382.06370 4 338.2292

440.50971 455.12121 2 459.99171 2 455.12121 2

2600 2800

9 19.211211 4 20.688996 9

9 39.128667 4 42.138564 9

7 72.444371 7 78.017015 7

9 110.695 119.21

143.75974 154.81818 2

180

500

160

450

284.65369 5 221.33718 8

400

140

350

120

250 80 200 60

150

40

V1 (km/h) V2 (km/h) V3 (km/h) V4 (km/h) V5 (km/h) Me(N.m)

100

20 0 500

M (Nm)

v (km/h)

300 100

50

1000

1500

2000

2500

0 3000

n (rpm)

Gráfica 04. CRONOGRAMA DE CAMBIO DE VELOCIDADES. Velocidades de desplazamiento V en km/h y Torque Me en [N.m] vs n [rpm]

Tabla 05. Velocidades máximas y mínimas [km/h] en cada marcha, respecto a su relación de transmisión Ucv. MARCHA

Ucv

Vmax

Vmin

1 2 3 4 5

5.762 2.829 1.528 1 0.77

20.688997 42.138565 78.017016 119.21 154.81818

5.911142 12.03959 22.29058 34.06 44.23377

Velocidades de desplazamientos (Km/h) vs Ucv Vmax

Vmin

180 154.82

160 140

119.21

V(km/h)

120 100

78.02

80 60

44.23 34.06

40

42.14 22.29

0

20.69

12.04

20 0

1

2

5.91

3

4

5

Ucv

Gráfica 05. Vmáx y Vmín en km/h vs Ucv.

6

7