Capitulo Iii 63412n

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil

CAPITULO III “ESTUDIO DINÁMICO SOBRE EL DESPLAZAMIENTO DEL VEHÍCULO”

3.1.

INTRODUCCIÓN

En éste capítulo el estudio va dirigido hacia los tipos de resistencias que se oponen al movimiento del vehículo cuando éste se desplaza por la carretera, además se analizará el comportamiento de la potencia y torque del motor endotérmico como ente fundamental que se encuentra involucrado dentro de éste capítulo.

El motor de combustión interna es la pieza fundamental del vehículo, ya que, transforma la energía química del combustible en energía mecánica directamente utilizada por la transmisión y en ésta modificada dependiendo de las condiciones de la trayectoria, para finalmente obtener la fuerza suficiente para producir el movimiento del automóvil, venciendo todos los obstáculos de trayectoria que éste encuentra sobre el camino.

La marcha de un vehículo se produce como consecuencia de la aplicación a las ruedas motrices de un esfuerzo de tracción proporcionado por el motor y multiplicado en la caja de velocidades y el grupo de reducción ( grupo cónico), venciendo las resistencias opuestas a la marcha del vehículo.

Las fuerzas que se oponen a la marcha del automóvil, actúan en el eje de las ruedas motrices bajo la forma de un par resistente, en dónde, las sumatoria de todas las fuerzas

Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.

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-75-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil resistentes como; rodadura, debido a la pendiente, rozamientos mecánicos, del aire y de inercia, se multiplica por el radio de la rueda.

3.2.

RESISTENCIAS QUE SE OPONEN AL MOVIMIENTO DEL AUTOMÓVIL

El automóvil cuando está en movimiento está sometido a una serie de resistencias que se oponen a su desplazamiento, éstas hacen aumentar el par resistente en las ruedas y entonces es necesario aumentar el par de transmisión para desplazar el vehículo.

La resistencia total que se opone en un automóvil durante su movimiento por la carretera viene dada por: •

Resistencia debida a la rodadura

•

Resistencia debida a la pendiente

•

Resistencia del aire

•

Resistencia debida a la inercia

•

Resistencia por rozamientos mecánicos

3.2.1.

RESISTENCIA DEBIDA A LA RODADURA

Esta resistencia representa lo que le cuesta a una rueda rodar sobre el suelo. La resistencia a la rodadura varía con la naturaleza del suelo, la presión de inflado del neumático y estado del mismo, velocidad del vehículo, etc.

Si Q es el peso total de un vehículo, y μr el coeficiente de rodadura correspondiente, la resistencia al movimiento por rodadura es:


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-76-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil Rr = μ r * Q

1

Los valores normales del coeficiente de rodadura son como indica la tabla 1 1: NATURALEZA DEL SUELO

COEFICIENTE DE RODADURA

(μr) CEMENTO EMPEDRADO SECO CARRETERA ASFALTADA TERRENO NATURAL DURO TERRENO DE CONSISTENCIA MEDIA TERRENO ARENOSO

0.0125 0.015 0.02 – 0.03 0.08 0.110 0.15 – 0.30 Tabla 1

•

DATOS Y ESPECIFICACIONES DE UN AUTOMÓVIL NISSAN SENTRA SEDAN GXE 1.6L (1600 cm3) (ver anexos)

Qo (Peso Neto).........................................................................1200 Kg (11772 N) a ( Altura máxima del vehículo)..............................................................1385 mm e (Vía del vehículo).................................................................................1692 mm Tipo de Rueda ............................................................................................5J X 13 Relación de Transmisión en la Caja de Velocidades (icv): icvI ..............................................................................................................3.333 :1 icvII ............................................................................................................. 1.955:1 icvIII .............................................................................................................1.286:1 icvIV ............................................................................................................ 0.926:1 icvV................................................................................................................0.733:1 Relación en el Grupo de reducción (io): io ................................................................................................................ 4.167:1 Potencia (N)............................................................................ 110 HP / 6000 rpm Par Máximo (M).......................................................................15kgm / 2400 rpm

1

MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 37.


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil •

Se Pide:

1. La resistencia a la rodadura Rr que ofrece el Nissan con un solo ocupante. 2. La resistencia a la rodadura Rr que ofrece el Nissan con 5 ocupantes. •

Características:

Qo (Peso Neto)...........................................................11772 N μr.......................................................................................0.02 1. Con un ocupante de peso 65 Kg = 637.65 N Rr = μ r * Q Rr = 0.02 * (11772 + 637.65) Rr = 248.19 N

2. Con 5 ocupantes cada uno de peso 65 Kg * 5 = 325 Kg = 3188.25 N Rr = μ r * Q Rr = 0.02 * (11772 + 3188.25) Rr = 299.2 N

•

Interpretación de Resultados:

Cuando el automóvil Nissan Sentra circula con toda su capacidad de pasajeros ofrece mayor resistencia a la rodadura que con un solo ocupante, o sea, que debido a la carga que actúa sobre las ruedas, los neumáticos ejercen una presión sobre el terreno lo cual hace que el neumático se apoye sobre una superficie grande (huella) originando un rozamiento sobre la carretera y por lo tanto una resistencia mucho mayor que cuando circula con un solo ocupante.


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-78-


3.2.2.

RESISTENCIA DEBIDO AL PERALTE O PENDIENTE DE LA CARRETERA

Cuando un vehículo se desplaza por una pendiente, su peso queda descompuesto en dos componentes ó fuerzas (Figura 1): una perpendicular a la carretera y otra paralela a ella, que en los casos de subida o ascensión se opone a la marcha del vehículo, mientras que en las bajadas o descensos se suma.

Figura 1. Descomposición del Peso del vehículo en dos fuerzas.

Siendo Rp la resistencia debida a la pendiente de la carretera, se tiene:

R p = Q * senα •

2

Características

Qo (Peso Neto)..........................................1200 Kg (11772 N) Peso de un Pasajero..................................... 65 Kg (637.65 N) •

Se pide:

1. La pendiente i, y el ángulo de inclinación α de la carretera si el vehículo Nissan Sentra asciende 200m en 1.5 Km de recorrido (Ver figura 2).

2



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-79-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 2. La Resistencia a la pendiente Rp que opone el Nissan al subir la pendiente calculada anteriormente solamente con el conductor. 3. La Rp con 5 ocupantes en el vehículo. 1.

Figura 2. Angulo de inclinación α de la carretera.

L′ ≅ L

Tagα ≅ Senα i = Senα = i=

h L

3

200 = Senα 1500 i = 0.133

El valor de la pendiente encontrada corresponde a un ángulo de inclinación de:

α = Sen −1 (0.133)

α = 7.66 0 y una pendiente de 13.33% 2. R p = Q * senα R p = (11772 + 637.65) * Sen(7.66) R p = 1654.13N

3

MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I.


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 3. R p = Q * senα R p = (11772 + 3188.25) * Sen(7.66 ) R p = 1994.11N •

RESISTENCIA A LA RODADURA Y RESISTENCIA A LA PENDIENTE (Rp+Rr)

La resistencia que ofrece el camino Rp + Rr (sin considerar la resistencia del aire) se puede obtener a partir de la ecuación: Rd = Rr + Rp = Q(μr + i)

4

En dónde: Rd, es Rr + Rp considerando el peso neto del vehículo 1200 Kg (11772 N) más el peso de 5 ocupantes de 65 Kg cada uno y más carga en el portaequipajes de 0.75 Kg. Rdo, es Rr + Rp considerando el peso neto del vehículo y el peso del conductor de 65 Kg.

En la Tabla 2 se muestra valores calculados de Rdo y Rd para diferentes valores de la pendiente i y del ángulo de inclinación α de la carretera.

α

i 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22

0 1,146026 2,29251 3,439914 4,588701 5,73934 6,892306 8,048084 9,207168 10,37007 11,5373 12,70941

Rdo (N) Rd (N) 248,193 313,92 496,386 627,84 744,579 941,76 992,772 1255,68 1240,965 1569,6 1489,158 1883,52 1737,351 2197,44 1985,544 2511,36 2233,737 2825,28 2481,93 3139,2 2730,123 3453,12 2978,316 3767,04

4



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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,4 0,41

15,07051 16,26068 17,45812 18,66348 19,87746 21,10082 22,33434 23,57887 24,20555

3474,702 3722,895 3971,088 4219,281 4467,474 4715,667 4963,86 5212,053 5336,15

4394,88 4708,8 5022,72 5336,64 5650,56 5964,48 6278,4 6592,32 6749,28

Tabla 2

En la figura 3 se muestra la resistencia que ofrece el camino, dada por la resistencia a la rodadura más la resistencia a la pendiente Rr + Rp versus el ángulo de inclinación de la carretera. CURVA DE Rdo Y Rd Vs. PENDIENTE ( i ) Rd (N) 8000

Rdo (N) 6000

7000

5000

6000 4000

5000

3000

4000 3000

2000

2000 1000

1000

0

0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 26 28 30 32 34 36 38 40 41 PENDIENTE i (%)

Figura 3. Curva Rdo y Rd Vs. i (%)

•

Interpretación de Resultados:

En el caso de la curva dada por Rdo Vs. Pendiente (%), (curva delgada entre puntada) a medida que se incrementa la pendiente del camino también aumenta la fuerza de resistencia Rdo = Rr + Rp, considerando el peso del vehículo (1200 Kg) mas un ocupante de 65Kg. Como puede verse en la figura 3 cuando el automóvil alcanza el punto (41,


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 5336.15) significa que se tiene una pendiente del 41% con una resistencia a la rodadura y pendiente de Rdo = 5336.15 N

Para la curva Rd Vs. Pendiente (%), (curva ancha continua) al igual que el anterior la fuerza de resistencia Rd es proporcional al ángulo de inclinación α de la carretera o la pendiente, pero en éste caso al considerarse el peso del automóvil Nissan más cinco pasajeros y más carga en el portaequipajes, la resistencia que ofrece el camino dada por Rd es mayor a Rdo, puesto que el automóvil alcanza al punto (41, 6749.28) de la figura 3, lo que indica una pendiente del 41% con una resistencia de rodadura y pendiente de 6749.28 N lo que significa que si el automóvil circula ascendentemente por un camino inclinado y se incrementa de peso en el mismo (ya sea por aumento de pasajeros o carga) también se incrementará la fuerza de resistencia por rodadura y pendiente.

3.2.3.

RESISTENCIA DEL AIRE

Es la resistencia que se ofrece al desplazamiento del vehículo y, según la ley de Newton, “La resistencia ejercida por el aire sobre un cuerpo en movimiento, es proporcional a la masa volumétrica del aire desplazado, a la superficie frontal del cuerpo y al cuadrado de la velocidad de avance”.

Por lo que, la resistencia Ra que ofrece el aire a un vehículo es proporcional a la superficie recta transversal s del vehículo (en m2) y al cuadrado de su velocidad v en m/seg. O sea: Ra = K * s * v 2

5

5



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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil En dónde K es un coeficiente de proporcionalidad que depende de la forma del vehículo y cuyos valores normales los expresa la Tabla 3: K 0.05 0.038 0.019 0.022 a 0.035 0.010 a 0.019

TIPO DE VEHÍCULO CAMIONES AUTOBUSES NORMALES AUTOBUSES DE PERFIL AERODINÁMICO AUTOMÓVIL AUTOMÓVIL DE PERFIL AERODINÁMICO Tabla 3

Investigaciones recientes realizadas en túneles aerodinámicos demuestran que la resistencia opuesta por el aire al desplazamiento de un vehículo es la suma de una resistencia de rozamiento y otra de forma. La resistencia de rozamiento resulta de la velocidad del fluido y su adherencia a las superficies, lo que condiciona su circulación a lo largo de las paredes.

La resistencia de forma es consecuencia de un aumento de la presión del fluido en presencia de un obstáculo, que produce torbellinos en la parte trasera del vehículo, que se desplazan con el, desprendiéndose periódicamente. •

Se Pide:

1. La sección transversal S del automóvil Nissan Sentra 2. El valor del coeficiente aerodinámico K para el vehículo Nissan Sentra 3. La resistencia del aire Ra a una velocidad v = 120 Km/h 1. La sección transversal S del vehículo se obtiene tomando por base la vía del vehículo e y por altura la máxima del automóvil a (Figura 4):


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Figura 4. Vía del vehículo e y altura máxima a

a = 1385 mm e = 1692 mm Como ésta sección es por exceso, para que el error cometido sea lo menor posible se le afecta un coeficiente c, cuyo valor varía entre 0.85 y 0.95 S = c*a*e

6

S = 0.90* 1.385*1.692 S = 2.10 m2 2. El coeficiente aerodinámico K se determina en el túnel aerodinámico donde se obtienen unos coeficientes que dependen de las características de la carrocería del vehículo. Para que éste coeficiente sea mínimo, deben diseñarse las carrocerías de tal forma que la corriente de aire que incide sobre ellas, se desvíe hacia atrás con el menor número posible de remolinos de aire durante su desplazamiento figura 5, originados por la presencia de obstáculos.

Figura 5 Corriente del aire sobre el automóvil

6

MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Págs. 40.


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil Para el automóvil Nissan Sentra se tomará el valor de K = 0.019 que corresponde a la tabla 3 del tipo de vehículo con perfil aerodinámico. 3. la Resistencia del aire Ra en función de la velocidad en Km/h es: Ra = K * S *

v2 13

7

Ra = 0.019*2.10*1202 13 Ra = 44.19 Kgf*9.81m/s2 Ra = 433.57 N

•

CURVA DE LA RESISTENCIA DEL AIRE

En la tabla 4 se tiene Ra del automóvil Nissan para diferentes valores de la velocidad en Km/h.

v (Km/h)

0 10 15 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

7

Ra (N)

0 3,010915 6,77456 12,04366 18,81822 27,09824 36,88371 48,17465 75,27288 108,393 147,5349 192,6986 243,8841 301,0915 364,3208 433,5718 508,8447 590,1394 677,456 770,7943

MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupos del vehículo industrial y automóvil. T I. Págs. 41.


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 170 870,1545 180 975,5366 190 1086,94 200 1204,366 Tabla 4

En la figura 6 se muestra la curva de resistencia del aire del automóvil Nissan Sentra para diferentes valores de la velocidad:

CURVA DE LA RESISTENCIA DEL AIRE Ra DEL AUTOMÓVIL NISSAN SENTRA SEDAN GXE 1.6L Ra (N) 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0

50

100

150

200 250 v (Km/h)

Figura 6. Curva de la Resistencia del aire

•

Interpretación de Resultados

En la curva Ra vs. v, se puede ver que mientras la velocidad del vehículo v aumenta la resistencia del aire Ra también aumenta, lo cual nos indica que Ra es proporcional a v.

Hay que tomar en cuenta que a la sección transversal del vehículo se le a multiplicado por un coeficiente c para disminuir el error cometido por exceso de sección y los resultados de Ra sean lo más real posible.


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3.2.4.

RESISTENCIA DE INERCIA

Se manifiesta solamente en el transcurso de las variaciones de velocidad y tiende siempre a oponerse a estas variaciones, además viene determinada por la energía absorbida por el vehículo para producir el incremento de velocidad.

3.2.5.

RESISTENCIA DEBIDA A ROZAMIENTOS MECÁNICOS

Los órganos que transmiten el esfuerzo de rotación del motor a las ruedas, absorben una parte de potencia bajo la forma de rozamientos. Esta resistencia viene representada por el rendimiento de la transmisión, que es por término medio de 0.85 a 0.90.

3.2.6. RESISTENCIA TOTAL

La resistencia total que opone un vehículo a su desplazamiento determina la magnitud de la fuerza de impulsión necesaria y equivale al conjunto de fuerzas resistentes que se oponen a su desplazamiento.

•

Características

Qo (Peso Neto)..........................................1200 Kg (11772 N) Peso de un Pasajero.................................... 65 Kg (637.65 N) μr.......................................................................................0.02 pendiente ( i )....................................................................12% Resistencia del aire Ra.....301.09 N a 100 Km/h ( ver tabla 4) Rendimiento de la Transmisión ηm...................................0.88 Radio del neumático R..................................................34 cm


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•

Se Pide:

1. Fuerza de impulsión o tracción para desplazar el automóvil Nissan Sentra bajo las condiciones dadas anteriormente. (se desprecia la resistencia por inercia) 2. El par de transmisión Ct en las ruedas

1. La fuerza de tracción para desplazar el vehículo (figura 7) está en función de las resistencias que se oponen al movimiento:

Figura 7. Fuerzas de resistencia que se oponen al movimiento del automóvil

Fi = Rr + Ra + R p + Ri

8

Fi = Q*μr + 301.09 + Q*i + 0 Fi = (11772+637.65)*0.02 + 301.09 + (11772+637.65)*0.12 Fi = 248.193 N + 301.09 + 1489.158 N Fi = 2038.441 N 2. La fuerza de impulsión Fi calculada anteriormente multiplicada por el radio de la rueda R, y tomando en cuenta las pérdidas por rozamiento en la transmisión, o sea, el

8

SANZ GONZALEZ, Angel, Tecnología de la Automoción 2.2. Pág. 81.


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil rendimiento mecánico ηm , el par Ct necesario que hay que aplicar a las ruedas para desplazar el vehículo es: Ct =

Ct =

Fi * R

9

ηm

2038.441 * 0.34m 0.88

Ct = 787.57 Nm •


El vehículo Nissan Sentra con un solo pasajero, recorriendo sobre carretera asfaltada por un camino de pendiente del 12% y 6.89º de inclinación, a 100 Km/h requiere aplicar una fuerza de 2038.441 N para desplazarse y un par en las ruedas de 787.57 Nm.

3.3.

POTENCIA Y PAR MOTOR

La potencia y el par desarrollados por un motor varían en función del régimen, alcanzándose el valor máximo de la primera para una determinada velocidad de rotación, mientras que el mayor par motor se obtiene generalmente a un régimen inferior.

Como es sabido, en los motores térmicos, la fuerza expansiva de los gases generada por la explosión de la mezcla, queda aplicada a la cabeza del pistón (Figura 8 ) sobre la que ejerce un empuje E, tanto mayor, cuanto mas lo sea la cantidad de mezcla que explosiona.

9

SANZ GONZALEZ, Angel, Tecnología de la Automoción 2.2. Pág. 81.


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Figura 8. Fuerza de empuje aplicado a la cabeza del pistón.

Este empuje, es transmitido al codo del cigüeñal por medio de la biela, de manera que en el punto de unión entre ambos queda aplicada la fuerza F, que actuando sobre el cigüeñal, cuyo eje de giro esta a la distancia L del punto de aplicación de la fuerza, es generador del "par motor", el cual viene a significar el esfuerzo de rotación que es capaz, de desarrollar un motor, venciendo las fuerzas que se oponen a su movimiento.

Por lo tanto, podemos decir que el par motor es un esfuerzo de rotación, que aplicado a las ruedas de un vehículo, le transmite el empuje necesario para lograr su movimiento, venciendo las resistencias que se oponen a la marcha. Cuando el valor de estas es igual al del par motor desarrollado, el vehículo se mueve con velocidad constante. Si el esfuerzo de rotación aplicado a las ruedas es inferior a la resistencia a vencer por el vehículo en su marcha, éste perderá velocidad hasta detenerse y, si es superior, ganará en velocidad.

Así, pues, el par motor es el producto de una fuerza por la distancia desde el punto de aplicación al eje de giro. En consecuencia, este par resulta tanto mayor cuanto más lo


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-91-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil sea la fuerza actuante (resultado de la explosión) y la distancia al punto de aplicación (radio de giro de la muñequilla del cigüeñal).

Considerando que en un determinado motor, el radio de la muñequilla del cigüeñal es una magnitud constante (dependiente del tipo de motor), podemos afirmar que el par motor es función de la fuerza de la expansión del gas, lo que viene a significar que el par motor alcanza sus más altos valores cuando las explosiones son más fuertes, lo que se da en regímenes medios, donde el llenado del cilindro es mejor, por estar más tiempo la válvula de isión abierta.

En los bajos regímenes, el llenado del cilindro no es bueno, dada la baja capacidad de aspiración del motor en estas condiciones de funcionamiento, por lo que el par desarrollado disminuye considerablemente. En los regímenes altos, el tiempo que permanece abierta la válvula de isión resulta insuficiente para conseguir un buen llenado del cilindro, por cuya causa, el par motor desarrollado decrece también.

El par motor multiplicado por el número de revoluciones, da la potencia desarrollada. De esto se deduce que la potencia de un motor varia fundamentalmente con el régimen de giro, correspondiendo los mayores valores a los regímenes más altos, pues a pesar de que el par disminuye en estos márgenes, el número de explosiones por minuto aumenta grandemente, lo que conlleva un crecimiento importante de la potencia desarrollada por el motor.


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-92-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 3.3.1.

CARACTERÍSTICA EXTERIOR DE VELOCIDAD DEL AUTOMÓVIL NISSAN SENTRA SEDAN 1.6 LITROS (1600 cm3) GXE

A continuación se va a construir las curvas de Par Motor y Potencia del motor del automóvil Nissan Sentra, para lo cual se determina primero el régimen de giro n del motor tomando en cuenta los datos:

Potencia (N)............................................................................ 110 HP / 6000 rpm Par Máximo (M).......................................................................15 kgm / 2400 rpm

Tomamos las revoluciones a Potencia máxima nNmáx que es 6000 rpm y éste valor multiplicamos por los coeficientes de la tabla 5:

n n Nmáx

= coeficiente

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Tabla 5

En la tabla 6 se muestra n (rpm) para diferentes valores del coeficiente

n n1 n2 n3 n4 n5 n6

coeficiente nNmáx (rpm) n (rpm) 0,2

6000

1200

0,4

6000

2400

0,6

6000

3600

0,8

6000

4800

1

6000

6000

1,2

6000

7200

Tabla 6

Luego tomamos la Potencia máxima Nemáx de los datos que es 110 HP (110 HP*1.013 CV) y multiplicamos por los coeficientes para motores a gasolina de la tabla 7:


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil Ne = coeficiente N emáx 0.23 0.5 0.74 0.93 1.0 0.91 Tabla 7

Y obtenemos los valores de la Potencia parciales Ne en CV para diferentes valores de los coeficientes, como nos muestra la tabla 8:

Ne Ne1 Ne2 Ne3 Ne4 Ne5 Ne6

coeficiente Nemáx (CV)

Ne (CV)

0,23

111,43

0,5

111,43

55,715

0,74

111,43

82,4582

0,93

111,43

103,6299

1

111,43

111,43

111,43

101,4013

0,91

25,6289

Tabla 8

Ahora se va a encontrar el Par Motor M en función de la Potencia Ne (CV) y de las revoluciones por minuto del motor n, de acuerdo a la expresión: M = 716.2 *

N n

10

a éste valor multiplicamos por 9.81 m/s2 para obtener el Par Motor M en Nm y obtenemos diferentes valores de M de acuerdo a la tabla 9:

M

Ne (CV)

n (rpm)

M (Nm)

M1 M2 M3 M4 M5 M6

25,6289

1200

150,05554

55,715

2400

163,10385

82,4582

3600

160,92913

103,6999

4800

151,78904

111,43

6000

130,48308

101,4013

7200

98,94967

Tabla 9

10



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-94-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil Finalmente, se obtiene las curvas de Potencia N en CV y Par motor M en Nm en función del régimen de revoluciones del motor n del automóvil Nissan Sentra Sedán GXE (figura 9). N (CV)

M (Nm)

120

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

100 80 60 40 20 0 1200

2400

3600

4800

6000

7200 n (rpm)

Figura 9. Curvas de Potencia y Par Motor de la Nissan Sentra

A partir de las 6000 rpm del régimen de revoluciones, el par decrece rápidamente. Por lo que se refiere a la potencia, el gráfico muestra que el máximo valor de la misma se obtiene a una velocidad de rotación elevada, comprendida entre las 5.400 y 6.000 r.p.m.

En la figura 9 puede verse que el par motor máximo se obtiene a 2400 r.p.m., mientras que la máxima potencia del motor se consigue a 6000 r.p.m. En el intervalo comprendido entre éstos dos regímenes se logra un funcionamiento estable del motor, cualquiera que sean las resistencias a vencer en la marcha del vehículo, es decir, las fuerzas que se oponen al avance del mismo y que se manifiestan en el eje de las ruedas motrices, bajo la forma de un par resistente.

Considerando una velocidad de rotación del motor cualquiera, comprendida en el intervalo antes señalado, a la que corresponde un determinado par motor, cuando aumentan las resistencias a vencer en la marcha del vehículo (por ejemplo en la subida de una pendiente), sobreviene una disminución de la velocidad de rotación, pero con


Pág.

-95-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil ello va aparejado un aumento del par motor desarrollado, necesario para vencer la mayor resistencia opuesta ahora a la marcha del vehículo, obteniéndose así una nueva condición de equilibrio, a un régimen más bajo. La velocidad de 2400 r.p.m. representa, por tanto, el límite inferior de funcionamiento estable del motor en este caso concreto, mientras que la de 6000 r.p.m., supone el limite superior.

3.4.

CURVA DE UTILIZACIÓN DEL VEHÍCULO NISSAN SENTRA SEDAN 1.6 L GXE

Las curvas de utilización indican las diferentes relaciones de la caja de velocidades con respecto a la velocidad del automóvil en Km/h y la fuerza tractiva del mismo. A continuación se construirá la curva de utilización para cada cambio 1ª, 2ª, 3ª, 4ª y 5ª velocidad para el vehículo Nissan Sentra Sedán GXE.

En primer lugar se inicia calculando el valor del radio dinámico rd de la rueda tomando en cuenta los datos de la rueda del Nissan Sentra 5J X 13. La figura 10 nos muestra el ancho del neumático a y el diámetro del aro de la rueda d.

Figura 10. Ancho del neumático y diámetro del aro de la rueda

a = 5” (127 mm) d = 13” (330.2 mm)


Pág.

-96-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil rd =

rd =

0.9 * (d + 2a ) 2

11

0.9 * (0.3302 + 2 * 0.127 ) 2 rd = 0.262m

Luego se va a calcular la fuerza tractiva y velocidad del automóvil bajo las siguientes características: Tipo de Rueda ............................................................................................5J X 13 Relación de Transmisión en la Caja de Velocidades (icv): icvI ..............................................................................................................3.333 :1 icvII ............................................................................................................. 1.955:1 icvIII .............................................................................................................1.286:1 icvIV ............................................................................................................ 0.926:1 icvV................................................................................................................0.733:1 Relación en el Grupo de reducción (io): io ................................................................................................................ 4.167:1 Rendimiento total del sistema de transmisión ηm............................................0.88 Las rpm n y el torque M (tabla 10)......................................(sacado de la tabla 9) n (rpm)

M (Nm)

1200

150,05554

2400

163,10385

3600

160,92913

4800

151,78904

6000

130,48308

Tabla 10

La fuerza tractiva Pn está determinada por: Pn =

M *η m rd * icv * io

11



Pág.

-97-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil PnI =

150.05554 * 0.88 1 1 0.262 * * 3.333 4.167

Pn I = 6999.906 N La fuerza tractiva en 1ª velocidad es PnI y su valor se seguirá calculando para diferentes valores de M de acuerdo a la tabla 10, para el resto de velocidades 2ª, 3ª, 4ª y 5ª, o sea, PnII, PnIII, PnIV y PnV respectivamente, se procederá para su calculo de la misma manera, tomando en cuenta de sustituir en la fórmula la relación de transmisión correcta para cada marcha.

En la tabla 11 se muestra la fuerza tractiva para cada velocidad PnI, PnII, PnIII, PnIV y PnV y diferentes valores de M :

n (rpm) M (Nm)

PnI

(N)

1200 150,05554 6999,906

vI

(Km/h)

PnII

(N)

vII

(Km/h)

PnIII

(N)

vIII

PnIV

(Km/h)

(N)

vIV

(Km/h)

9,601793 4105,856 16,369706 2700,834 24,885518 1944,768 34,560233

2400 163,10385 7608,594 19,203586 4462,887 32,739413 2935,689 49,771036 2113,879 69,120467 3600 160,92913 7507,146 28,805379 4403,381 49,109119 2896,547 74,656554 2085,694

103,6807

4800 151,78904 7080,772 38,407172 4153,288 65,478826 2732,035 99,542072 1967,235 138,24093 6000 130,48308 6086,875 48,008965 3570,309 81,848532 2348,551 124,42759 1691,103 172,80117

PnV

(N)

vV

(Km/h)

1539,433

43,659995

1673,297

87,319989

1650,986

130,97998

1557,217

174,63998

1338,638

218,29997

Tabla 11

Ahora, se calculará la velocidad del automóvil y está determinada por: v = 0.377 * n * rd * ic v I = 0.377 *1200 * 0.262 *

1 3.333

v I = 9.601Km / h


Pág.

-98-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil La velocidad del vehículo en 1ª marcha con n1 es vI = 9.601 Km/h y se seguirá calculando para diferentes valores de n. Para 2ª, 3ª, 4ª y 5ª marcha, o sea, vII, vIII, vIV y vV se calculará de igual manera.

En la tabla 11 se muestra vI, vII, vIII, vIV y vV para diferentes valores de n. Finalmente la figura 11 muestra la curva de utilización para las velocidades y fuerzas tractivas calculadas. CURVA DE UTILIZACIÓN DEL VEHÍCULO NISSAN SENTRA SEDAN GXE Pn (N)

8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0

50

100

150

200

250

V (Km/h)

Figura 11. Curva de utilización del Nissan Sentra GXE

La primera curva (desde arriba en la figura 11) representa la 1ª velocidad y se puede observar que el punto máximo es (19.2, 7608.5) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es vI = 19.2 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 1ª velocidad es PnI = 7608.5 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 1ª marcha de vI = 48 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm.


Pág.

-99-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil La segunda curva (desde arriba en la figura 11) representa la 2ª marcha y se puede observar que el punto máximo es (32.7, 4462.8) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es vII = 32.7 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 2ª velocidad es PnII = 4462.8 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 2ª marcha de vII = 81.84 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm.

La tercera curva (desde arriba en la figura 11) representa la 3ª marcha y se puede observar que el punto máximo es (49.77, 2935.6) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es vIII = 49.77 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 3ª velocidad es PnIII = 2935.6 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 3ª marcha de vIII = 124.4 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm.

La cuarta curva (desde arriba en la figura 11) representa la 4ª marcha y se puede observar que el punto máximo es (69.1, 2113.8) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es vIV = 69.1 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 4ª velocidad es PnIV = 2113.8 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 4ª marcha de vIV = 172.8 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm.


Pág.

-100-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil La quinta curva (desde arriba en la figura 11) representa la 5ª marcha y se puede observar que el punto máximo es (87.3, 1673.2) en dónde, la velocidad del automóvil a Par Motor M máximo es vV = 87.3 Km/h que corresponde a la fuerza tractiva máxima en 5ª velocidad es PnV = 1673.2 N, si el vehículo aumenta de velocidad la curva empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva. El vehículo alcanza una velocidad máxima en 5ª marcha de vV = 218.2 Km/h que corresponde a una potencia máxima N de 111.43 CV a 6000 rpm. Luego de alcanzar las velocidades a Torque máximo en 1ª, 2ª, 3ª, 4ª y 5ª respectivamente se puede observar (ver figura 11) que a medida que se va incrementando la velocidad la curva correspondiente a cada marcha empieza a bajar y con ello la fuerza tractiva.

Esto se debe a que en las curvas de Potencia y Par Motor (ver figura 9) el Par Motor M máximo se obtiene a las 2400 rpm y a partir de éste valor conforme las rpm se va incrementando el Par M en cambio va disminuyendo debido a la poca capacidad de aspiración del émbolo en regímenes bajos y al poco tiempo que tiene la válvula de isión de mantenerse abierta en altos regímenes.

En cambio la potencia desarrollada por el motor va creciendo conforme se incremente las rpm debido a que el Par motor multiplicado por el número de revoluciones nos da la Potencia desarrollada.


Pág.

-101-


3.5.

POTENCIA

NECESARIA

PARA

VENCER

LAS

RESISTENCIAS QUE SE OPONEN AL MOVIMIENTO DEL AUTOMÓVIL Para que un automóvil se desplace con una cierta velocidad es necesario que la potencia del motor sea lo suficiente para vencer todas las resistencias que se oponen al movimiento de dicho automóvil.

3.5.1.

POTENCIA QUE SE ABSORBE EN VENCER LA RESISTENCIA A LA RODADURA

•

Características:

Qo (Peso Neto)...........................................................1200 Kg μr.......................................................................................0.02 Velocidad v..............................................................110 Km/h •

Se Pide:

1. La potencia gastada Nr en absorber la resistencia a la rodadura Rr que ofrece el Nissan con un solo ocupante. 2. La potencia gastada Nr en absorber la resistencia a la rodadura Rr que ofrece el Nissan con 5 pasajeros.

1. Con un ocupante de peso 65 Kg Nr =

Nr =

μr *Q * v

12

270

0.02 * (1200 + 65) * 110 270 N r = 10.30CV

12



Pág.

-102-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 2. Con 5 pasajeros cada uno de peso 65 Kg * 5 = 325 Kg Nr =

Nr =

μr * Q * v 270

0.02 * (1200 + 325) *110 270 N r = 12.42CV

•


Debido al peso de sus ocupantes el motor endotérmico del vehículo Nissan Sentra Sedán tiene que gastar parte de su potencia útil para vencer la resistencia por rodadura como puede observarse en los resultados obtenidos, la potencia gastada tomando en cuenta el peso del automóvil más el peso del conductor es menor con respecto a la potencia gastada considerando el peso del automóvil más cinco ocupantes, lo que significa que con mayor carga en el vehículo mayor será la potencia que se absorbe para vencer la resistencia por rodadura.

3.5.2.

POTENCIA

GASTADA

EN

VENCER

LA

RESISTENCIA

POR

PENDIENTE

•

Características

Qo (Peso Neto)...........................................1200 Kg (11772 N) Peso de un Ocupante...................................................... 65 Kg Pendiente i.........................................................................11% Velocidad v...............................................................110 Km/h •

Se pide:

1. La potencia gastada Np para vencer la resistencia a la pendiente Rp que opone el Nissan considerando un solo ocupante.


Pág.

-103-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 2. La potencia gastada Np para vencer la resistencia a la pendiente Rp con 5 ocupantes en el vehículo. 1. Np = Np =

Q * i * v 13 270

(1200 + 65) * 0.11 *110 270 N p = 56.6CV

2. Np = Np =

Q *i *v 270

(1200 + 325) * 0.11 *110 270 N p = 68.3CV

POTENCIA

ABSORBIDA

EN

VENCER

LA

RESISTENCIA

POR

RODADURA Y PENDIENTE

La potencia absorbida por rodadura y pendiente es: N rp =

Q * ( μ r + i) * v 270

14

En dónde: •

(Nrp)o es la potencia gastada en vencer la resistencia por rodadura y pendiente considerando el peso del vehículo (1200 Kg) más un ocupante de 65 Kg.

13, 14

MUÑOZ GRACIA, Francisco, Cálculo teórico-práctico de los elementos y grupo del vehículo industrial y automóvil. T I. Pág. 39.


Pág.

-104-


(Nrp) es la potencia gastada en vencer la resistencia por rodadura y pendiente considerando el peso del vehículo (1200 Kg) más el peso de 5 ocupantes + carga en el portaequipajes (400Kg)

En la Tabla 12 se muestra valores calculados de (Nrp)o y (Nrp) para diferentes valores de la pendiente i y con una velocidad de 48 Km/h.

α

i 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,26 0,28 0,3 0,32

0 1,146026 2,29251 3,439914 4,588701 5,73934 6,892306 8,048084 9,207168 10,37007 11,5373 12,70941 15,07051 16,26068 17,45812 18,66348

(Nrp)o (CV) 4,4977778 8,9955556 13,493333 17,991111 22,488889 26,986667 31,484444 35,982222 40,48 44,977778 49,475556 53,973333 62,968889 67,466667 71,964444 76,462222

(Nrp) (CV) 5,6888889 11,377778 17,066667 22,755556 28,444444 34,133333 39,822222 45,511111 51,2 56,888889 62,577778 68,266667 79,644444 85,333333 91,022222 96,711111

Tabla 12

En la figura 12, se puede ver las curvas que representa la potencia gastada en vencer la resistencia por rodadura y pendiente cuando el vehículo está descargado de peso (Nrp)o y cuando está cargado (Nrp).


Pág.

-105-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil POTENCIA GASTADA EN VENCER LA RESISTENCIA POR RODADURA Y PENDIENTE CON EL VEHÍCULO DESCARGADO (Nrp)o Y CON EL VEHÍCULO TOTALMENTE CARGADO (Nrp) (Nrp) (CV)

(Nrp)o (CV)

120

90 80

100

70

80

60 50

60

40

40

30 20

20

10

0

0 0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20 22 26 28 30 32 PENDIENTE

(%)

Figura 12. (Nrp)o Vs. i y (Nrp) Vs. i

•

Interpretación de resultados

La tabla 2 nos muestra que para cada valor de la pendiente pertenece uno en cuanto a la potencia que el motor gasta para vencer la resistencia dada por el camino cuando el vehículo está descargado y cuando está totalmente cargado de peso esto es con los cinco ocupante más carga en el portaequipajes.

Se puede apreciar como indica la figura 12, que la curva (Nrp)o (curva delgada entre puntada) que según se incrementa el valor de la pendiente sube también el valor de la potencia gastada hasta llegar al punto (32, 76.46) indicando que el vehículo a alcanzado hasta una pendiente del 32% con una potencia consumida de 76.46 CV.

En cambio la curva (Nrp) (curva ancha continua) alcanza hasta el punto (32, 96.7) indicando que el vehículo a alcanzado hasta una pendiente del 32% con una potencia consumida de 96.7 CV. Automóviles de Turismo 1.5 – 2 T.

Pág.

-106-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil Entre las curvas (Nrp)o y (Nrp) existe una diferencia aproximada de 20.25 CV de potencia consumida en vencer las resistencia por rodadura y pendiente lo cual nos indica que se gasta menor potencia en vencer la resistencia por el camino cuando el vehículo circula con menor peso que cuando está totalmente cargado.

3.5.4. POTENCIA CONSUMIDA EN VENCER LA RESISTENCIA DEL AIRE

•

Características

Resistencia del aire Ra a 110 Km/h.........................364.32 N (ver tabla 4) •

Se Pide:

1. La potencia consumida Na que se produce en el motor del vehículo Nissan para vencer la resistencia del aire a 110 Km/h. 1. La potencia consumida Na para vencer la resistencia del aire es: Na =

Ra * v 270

15

364.32 *110 N a = 9.81 270 Na = 15.13 CV El automóvil Nissan Sentra Sedan GXE 1.6L, al recorrer a una velocidad v = 110 Km/h ofrece una resistencia dada por el aire Ra = 364.32 N (de acuerdo a la tabla 4) y la potencia gastada en vencer ésta resistencia es de Na = 15.13 CV.

En la tabla 13 se muestra Na para diferentes valores de la velocidad en Km/h:

15



Pág.

-107-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil v (Km/h)

Na (CV)

0 0 10 0,011368 15 0,038365 20 0,09094 25 0,177618 30 0,306923 35 0,487382 40 0,727521 50 1,42094 60 2,455385 70 3,89906 80 5,820171 90 8,286923 100 11,36752 110 15,13017 120 19,64308 130 24,97444 140 31,19248 150 38,36538 160 46,56137 170 55,84863 180 66,29538 190 77,96983 200 90,94017 Tabla 13

La figura 13 muestra la curva de Potencia gastada Na en vencer la resistencia del aire Vs. la velocidad del vehículo Nissan en Km/h.

CURVA DE POTENCIA CONSUMIDA EN VENCER LA RESISTENCIA DEL AIRE Vs. LA VELOCIDAD DEL AUTOMÓVIL NISSAN SENTRA GXE Na (CV)

100 80 60 40 20 0 0

50

100

150

200

250 v (Km/h)

Figura 13. Na Vs. v


Pág.

-108-


Interpretación de resultados

El gráfico nos muestra que mientras se incremente la velocidad del automóvil Nissan Sentra también se incrementa el consumo de potencia Na por ejemplo en la curva a 100 Km/h existe 10 CV de potencia gastada en vencer la resistencia del aire, a 150 Km/h existe 40 CV, y así sucesivamente conforme se incremente la velocidad del vehículo, lo que indica que la velocidad es proporcional a la potencia consumida.

3.6.

PENDIENTE SUPERABLE

Conociendo la potencia N necesaria del motor en función de las resistencias que se oponen al movimiento del vehículo y conocida la velocidad máxima v en cada reducción de la caja de cambios, se puede determinar la pendiente máxima superable i en cada una de éstas velocidades.

•

Características

Potencia (N).......................... 110 HP(111.43 CV) / 6000 rpm Par Máximo (M).....................................16.6 kgm / 2400 rpm Qo (Peso Neto)..........................................1200 Kg (11772 N) Peso de 5 Ocupantes + carga en el portaequipajes........400Kg μr.......................................................................................0.02 Rendimiento total del sistema de transmisión ηm.............0.88 Velocidades máximas.......................................(ver figura 11) la velocidad máxima en 1ª .....………...…..vI = 48Km/h la velocidad máxima en 2ª....….……... vII = 81.84 Km/h la velocidad máxima en 3ª.............. ... vIII = 124.4 Km/h la velocidad máxima en 4ª.................. vIV = 172.8 Km/h


Pág.

-109-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil la velocidad máxima en 5ª.....................vV = 218.2 Km/h

•

Se Pide:

1. La pendiente superable con cada velocidad máxima del vehículo. (Se considera nula la resistencia del aire). 2. El ángulo de inclinación del camino con cada pendiente superable 3. La pendiente máxima que puede superar el vehículo (Se considera nula la resistencia del aire).

1. La pendiente superable en función de la potencia máxima y velocidades máximas en cada reducción de la caja de cambios esta dada por: 270 *η m * N − μr Q*v

i=

16

270 *η m * N 270 * 0.88 *111.43 = = 16.54 (1600) Q

i1 = 16.54 *

1 − 0.02 = 0.324 = 32.4% 48

i2 = 16.54 *

1 − 0.02 = 0.182 = 18.2% 81.84

i3 = 16.54 *

1 − 0.02 = 0.113 = 11.3% 124.4

i4 = 16.54 *

1 − 0.02 = 0.075 = 7.5% 172.8

i5 = 16.54 *

1 − 0.02 = 0.055 = 5.5% 218.2

16



Pág.

-110-

Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 2. El ángulo de inclinación de la carretera está dada por: i = Senα

en dónde:

i1 = 32.4 % = 0.324

α = Sen −1 (0.324 ) α = 19°

i2 = 18.2 % = 0.182

α = Sen −1 (0.182 ) α = 10.48° i3 = 11.3 % = 0.113

α = Sen −1 (0.113) α = 6.48° i4 = 7.5 % = 0.075

α = Sen −1 (0.075) α = 4 .3 ° i5 = 5.5 % = 0.055

α = Sen −1 (0.055) α = 3 .1 ° El comportamiento del automóvil Nissan Sentra Sedán GXE 1.6L (1600 cm3) es el siguiente (Considerando el peso del vehículo 1200 Kg más el peso de cinco ocupantes 325 Kg más el peso de carga en el portaequipajes de 0.75 Kg, igual a un peso total de 1600 Kg):


Pág.

-111-


En 5ª velocidad:

El automóvil puede superar una carretera asfaltada de

inclinación máxima de 3.1° correspondiente a una pendiente del 5.5 % cuya velocidad máxima es de 218.2 Km/h con una fuerza tractiva de 1338.6 N (ver

figura 11) y una potencia máxima en el motor de 111.43 CV a 6000 rpm (ver figura 9).

•

En 4ª velocidad:




•

En 3ª velocidad:




•

En 2ª velocidad:





Pág.

-112-


En 1ª velocidad:


inclinación máxima de 19° correspondiente a una pendiente del 32.4 % cuya velocidad máxima es de 48 Km/h con una fuerza tractiva de 6086.8 N (ver


3. la pendiente máxima que puede superar el vehículo está dada por:

i=

0.377 *η m * n * M − μr Q*v

i = 0.377 *

17

0.88 * 2400 * 16.6 − 0.02 1600 *19.2

i = 0.410 = 41%

α = Sen −1 (0.410 ) α = 24.2°

El automóvil Nissan Sentra Sedán GXE 1.6L (1600 cm3) (Con el peso del vehículo más cinco pasajeros y mas carga igual a 1600 Kg) puede subir una carretera asfaltada de inclinación máxima de 24.2° correspondiente a una pendiente máxima del 41 % cuyo Par Máximo en el motor es de 163.1 Nm que corresponde a una velocidad de 19.2 Km/h con una fuerza tractiva de 7608.5 N (ver figura 11) y una potencia en el motor de 55.7 CV a 2400 rpm (ver figura 9).

17



Pág.

-113-


3.7.

POTENCIA GASTADA EN VENCER LA RESISTENCIA DEL CAMINO EN CADA REDUCCIÓN DE LA CAJA DE CAMBIOS

La potencia absorbida en vencer la resistencia que ofrece el camino está dada por: N rp =

•

Q * ( μ r + i ) * v 18 270

En 1ª velocidad:

N rp =

1600 * (0.02 + 0.32) * 48 270

Nrp = 96.71 CV •

En 2ª velocidad:

N rp =

1600 * (0.02 + 0.182) * 81.84 270

Nrp = 97.96 CV

•

En 3ª velocidad:

N rp =

1600 * (0.02 + 0.113) *124.4 270

Nrp = 98.04 CV

•

En 4ª velocidad:

N rp =

1600 * (0.02 + 0.075) *172.8 270

Nrp = 97.28 CV

18



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-114-


En 5ª velocidad:

N rp =

1600 * (0.02 + 0.055) * 218.2 270

Nrp = 96.97 CV Como puede verse los valores de potencia consumida en vencer la resistencia del camino son parecidos en todas las velocidades, ya que, para reducciones mayores de la caja de cambios se tiene que vencer las pendientes máximas por lo que el motor gasta una potencia aproximada entre 96 – 98 CV y para multiplicaciones grandes de la caja de cambios lo que se pierde en pendientes se gana en velocidad por lo que el motor también gasta una potencia aproximada entre 96 – 98 CV.


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CONCLUSIONES Luego de los Cálculos y Análisis Dinámico del Automóvil durante su desplazamiento en Carretera como autor del presente trabajo investigativo he llegado a lo siguiente:

1. Que la estabilidad el automóvil no está dada únicamente por su sistema de suspensión, sino que también influye el efecto de deriva que actúa en los neumáticos, la fuerza centrífuga, el aire, condiciones del conductor sobre el volante y estado del terreno.

2. Las causas por las que se produce la deriva son el reparto de masas, es decir, la posición del centro de gravedad (c.g.) del vehículo, ya que al estar en movimiento sobre la carretera, el c.g. se mueve hacia delante o hacia atrás ocasionando un mayor peso en el eje delantero o trasero respectivamente, permitiendo de esta manera que exista mayor desviación efectiva de trayectoria de las ruedas con respecto a la trayectoria teórica ocasionando un mayor ángulo de deriva, el cuál, produce un efecto de inestabilidad direccional en los vehículos.

3. Las desviaciones de trayectoria en el automóvil corresponden al comportamiento sobrevirador, subvirador y neutro causadas por la posición del c.g. en el vehículo, la fuerza centrífuga y viento.

4. Las fuerzas limitadoras de la velocidad límite de derrape y vuelco están dadas por el peso del vehículo, fuerza centrífuga y además tiene mucha incidencia el ancho de vía del vehículo y la altura del c.g. con respecto al camino.


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 5. El desplazamiento de la masa suspendida del automóvil procedente a una frecuencia con rango de valores de 1-2 Hz en el sistema de suspensión corresponden a un confort para los ocupantes y estabilidad en el vehículo. Cuando no se produce éstos valores de frecuencia se pierde las condiciones de confort y estabilidad del automóvil puesto que se ha sobrepasado el amortiguamiento crítico y con ello una disminución de frecuencia

y

desplazamiento de la masa suspendida, ocasionando que el elemento elástico del sistema de suspensión pierda su característica “elástica” permitiendo así, que la masa suspendida sea ahora masa no suspendida es decir, tiene o directo con las ruedas cuya suspensión transmite ahora directamente las irregularidades del terreno a los ocupantes del vehículo ocasionando fatiga e inestabilidad del automóvil.

6. El frenado del vehículo se da en dos instantes, la primera acción de frenado se produce cuando se disminuye la velocidad de giro de la rueda, a través del circuito de frenos principal del automóvil comandado por el conductor, y la segunda acción de frenado se produce durante el rozamiento de las ruedas con el piso. Los dos instantes de frenado se dan al mismo tiempo caso contrario, el automóvil no se detendrá.

7. La fuerza de rozamiento entre elementos frenantes tambor-zapata y discopastilla, está en función de la magnitud de la fuerza de frenado obtenida en los cilindros de rueda, de los diámetros de los bombines, diámetro del cilindro maestro y la fuerza del conductor sobre el pedal de frenos.


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 8. La fuerza de rozamiento entre los neumáticos con el terreno está en función del peso del automóvil, coeficiente de adherencia y tipo de carretera.

9. Durante el frenado la poca adherencia de la carretera con las ruedas del vehículo ocasiona que las ruedas posteriores se bloqueen primero que las delanteras produciendo que la parte posterior del vehículo tienda a irse hacia delante repercutiendo a un patinazo con derrape es decir, un giro de 180º sobre sí mismo, para lo cual, el conductor pierde el control del vehículo.

10. La potencia que se consume o gasta el motor endotérmico para vencer las fuerzas de resistencia que ofrece el camino durante el movimiento del vehículo ascienden a un 85% - 90% de la potencia total desarrollada por el motor.

11. El porcentaje de pendiente de la carretera determina la reducción o multiplicación adecuada que se tiene que seleccionar en la caja de cambios a fin de no sobrecargar innecesariamente el rendimiento del motor de combustión y así aprovechar de mejor manera toda esa potencia útil del motor con respecto a las resistencias de rodadura y pendiente.


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RECOMENDACIONES Luego de realizar el presente trabajo investigativo y como autor del mismo recomiendo lo siguiente:

1. Que si se quiere tener una mejor estabilidad durante la marcha del vehículo sobre la carretera, se tome en cuenta de no sobrecargar el automóvil tanto de pasajeros como de carga misma en el portaequipajes es decir, se respete la capacidad de pasajeros que ingresan en un automóvil.

2. El conductor del vehículo debe estar consciente de sí mismo y de lo que hace, pues la responsabilidad de conducir es muy grande, por lo tanto, debe mantenerse libre de alcohol, fatiga y cansancio durante la conducción.

3. En lo posible seleccionar el estado de la carretera por la que se va ha circular con el automóvil y tener precaución cuando se desplace sobre terreno empedrado, con baches, mojado sobre todo cuando esté lleno de ocupantes.

4. Cuando se circule por curvas procurar no hacerlo a grandes velocidades puesto que obedece a utilizar el freno repercutiendo en la posición del c.g. del vehículo y ocasionando que el vehículo tome un comportamiento subvirador o sobrevirador que trae consecuencias de inestabilidad pudiendo terminar inclusive saliéndose de la vía.


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Cálculo y Análisis Dinámico del Automóvil 5. No frenar enérgicamente ya que si se lo hace sobre terreno poco adherente se puede producir un bandazo del vehículo o patinado con derrape lo cual ocasiona una pérdida del control y consecuentemente sufrir un accidente.

6. Utilizar correctamente los frenos pues en vehículos antiguos no tienen ABS por lo que un uso incorrecto de los mismos puede llevar a una total inestabilidad del automóvil y terminar en choque o algún accidente.

7. No sobrecargar innecesariamente al motor cuando se circule por grandes

pendientes, en lo posible, seleccionar la marcha adecuada en la caja de velocidades dependiendo de las necesidades de la trayectoria a fin de preservar la vida útil tanto del motor, tren de transmisión como la del mismo automóvil.


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