Reacondicionamiento del banco de pruebas para motores VAZ

Resumen

Este trabajo se realizó por la necesidad de
comprobar los motores reparados en la Empresa Integral de
Servicios Automotores (EISA) Pinar del Río antes de
exponerlos al cliente, diseñando y seleccionando algunas
mejoras mecánicas en el banco de pruebas, obteniendo como
resultado un bajo índice de rechazos externos de la
empresa.

PALABRAS CLAVES:

Banco de pruebas y mejoras mecánicas.

SUMMARY

This work is realized out of necessity for checking the
motors repaired in the Company of Integral Automotive Services
(EISA) Pinal del Río before exposing them to the client,
designing and building some mechanics improvements in the testing
bench obtaining as stood out transducer that is able to measure
the load of the motors in the bank of the brakes, obtaining as
stood out, an index of external rejections of the
company.

KEY WORDS:

Testing bench and mechanics improvements.

Introducción

La Empresa Integral de Servicios Automotores
"EISA" de Pinar del Río, tiene en la
reparación de motores VAZ en sus diferentes modelos, que
utilizan los muy populares vehículos Lada y Niva, uno de
sus objetos sociales más importantes, en la actualidad se
reacondicionan entre 10 y 15 motores mensuales, pero es
propósito de la entidad aumentar esta cifra hasta llegar a
30 motores reparados para el 2do. Semestre del año en
curso.

Para acompañar este salto en el número de
motores reparados, se pretende también aumentar la calidad
de los servicios prestados por ese concepto, y para ello se
requiere reacondicionar el banco de pruebas que poseen, de forma
tal que permita no solo detectar los defectos que surjan producto
de la reparación efectuada, sino también determinar
si el motor reparado es capaz de entregar las magnitudes
previstas de potencia, par motor y consumo de combustible y
lograr con esto la satisfacción plena de los clientes al
disminuir significativamente los rechazos de la producción
terminada

Como resultado de un esfuerzo en conjunto entre la
Empresa "EISA" Pinar del Río y el Departamento de
Ingeniería Mecánica de la UPR se desarrolló
este proyecto de fin año, proponer para el Banco de
Pruebas actual, la adaptación de los siguientes
elementos:

• un freno dinamométrico (que permitirá
  medir el Par Motor y con este la Potencia
  entregada).

• un analizador de gases de escape (que
  contribuirá a disminuir el consumo de
  combustible).

• un tanque graduado.

El Banco de Pruebas existente solo permite medir los
siguientes parámetros:

• La temperatura del líquido
  refrigerante

• La presión del aceite y,

• La frecuencia de giro del Motor

Como se observa estas magnitudes por si solas no cumplen
con los objetivos que se propone EISA para el futuro
próximo.

Diseño de
Investigación

Problema: El bajo nivel de información que
proporciona el banco de prueba del Taller de Reciclaje de Motores
la EISA limita la obtención de los distintos
parámetros de funcionamiento del motor como la potencia,
el torque, la composición de los gases de escape y el
consumo de combustible.

Objeto: El banco de prueba del Taller de
Reciclaje de Motores de la EISA.

Campo de acción: Metodologías de
selección y diseño de los dispositivos que permitan
la mejora al banco de prueba para motor de combustión
Interna de gasolina del auto LADA.

Objetivo: Proponer los diseños y las
selecciones del freno de fricción, analizador de gases de
escape y tanque graduado para el banco de prueba del Taller de
Reciclaje de Motores de la EISA.

Hipótesis: Si seleccionan y se
diseñan adecuadamente los dispositivos de mejoras, tales
como el freno de fricción, el analizador de gases de
escape y el tanque graduado se podrá dar solución
al bajo nivel de información que proporciona el banco de
prueba del Taller de Reciclaje de Motores de la EISA.

Resultados

1. Diseño de un sistema de frenado por freno de
disco perforado.

2. Diseño del transductor.

3. Selección del analizador de gases de
escape.

4. Selección del tanque graduado.

Tareas:

1. Revisión Bibliografía sobre el
tema.

2. Diseño de un sistema de frenado por freno de
disco ventilado.

3. Diseño de un transductor
hidráulico.

3. Selección del analizador de gases de
escape.

4. Selección de un tanque de 20 litros graduado
en centilitros.

CAPITULO I

Revisión
bibliográfica

Por las dificultades de obtener un banco de frenado para
el cumplimiento de los objetivos de la empresa EISA, se ha
decidido hacer algunas mejoras mecánicas al de banco de
frenado, el cual trajo consigo una investigación y estudio
del problema.

El banco de prueba de la empresa EISA cuenta:

• Una bancada

• Una transmisión que permita la
  conexión freno-motor

• Una pizarra

• Sistema de refrigeración del motor:
  radiador

• Sistema de evacuación de los gases de
  escape.

Figura 1.1: Vista lateral del banco
de prueba del Taller de Reciclaje de Motores

Figura 1.2: Vista frontal del banco
de prueba del Taller de Reciclaje de Motores

Debido al bajo nivel de información que
proporciona el banco de prueba de la empresa EISA en el Taller de
Reciclaje de Motores se ha decidido:

• Diseñar un sistema de frenado por freno de
  disco perforado.

• Diseñar un transductor hidráulico para
  poder medir la potencia que proporciona los
  motores.

• Seleccionar un analizador de gases de escape para
  conocer la composición de los gases de
  escape.

• Seleccionar un tanque graduado para obtener el
  consumo del combustible.

1.1 Interpretación del torque y la potencia
del motor.

El torque y la potencia del motor son conceptos que
vemos con frecuencia en las tablas de especificaciones del motor
de un automóvil o camión. Pero, ¿qué
significan?, ¿Cómo los interpretamos? Se
verán expuestos a continuación.

1.1.1 Torque del motor.

El torque y la potencia son dos indicadores del
funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede
producir y con qué rapidez puede trabajar.

El torque es la fuerza que producen los cuerpos en
rotación, recordemos que el motor produce fuerza en un eje
que se encuentra girando. Para medirlo, los ingenieros utilizan
un banco o freno dinamométrico que no es más que
una instalación en la que el motor puede girar a toda su
capacidad conectada mediante un eje a un freno o balanza que lo
frena en forma gradual y mide la fuerza con que se está
frenando.

Se llama Torque máximo a la mayor cantidad de
fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto
número de revoluciones. Siguiendo el ejemplo de la
Gráfica 1: Un motor con un torque máximo de 125 Nm
a 2500rpm.

Significa que el motor es capaz de producir una fuerza
de giro (Técnicamente conocido como "momento" o "par"
torsional) de hasta 125 Nm cuando está acelerado al
máximo y gira a 2500 rpm. Recuerde que el motor
está acelerado al máximo y no gira a las
máximas revoluciones ya que se encuentra frenado por el
freno dinamométrico.

Gráfico 1. Curva de torque
y potencia.

Mientras mayor sea el torque máximo de un motor,
más fuerte es este. Esto es interesante al momento de
comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo,
el sistema de encendido o el de inyección, un motor
tendrá más fuerza que otro cuando su torque
máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores
con el mayor en todas las revoluciones y principalmente al
arrancar.

Este efecto se conoce como "motor plano".

1.1.2 Potencia del motor.

La potencia indica la rapidez con que puede trabajar el
motor. La potencia máxima es el mayor número
obtenido de multiplicar el torque del motor por la velocidad de
giro en que lo genera. En el caso de la gráfica 1, el
motor tiene una potencia máxima de 38 KW. a 3000
rpm.

Veamos las unidades:

En el sistema internacional el torque se expresa en Nm
(Newton metro).La potencia se expresa en W (Vatios). Debido a que
los motores usados en la industria automotriz, tienen muchos
vatios se acostumbra usar el Kw. (Kilovatio) 1kW =
1000W.

1.1.3 Relaciones útiles.

1kW= 1,34 hp (Horsepower ó caballo
de potencia). El PS es el caballo en el sistema métrico.
1kW = 1,359 PS

1Nm = 0,73756 lb. ft

1.2 Frenos dinamométricos.

Todos los motores reparados son sometidos a una larga
serie de mediciones alternadas con severas pruebas de durabilidad
y de carga, que se repiten hasta que tras una precisa puesta a
punto, se alcanzan los resultados previstos.

Las pruebas principales son las que sirven para obtener
los valores relativos al par motor, la presión media
efectiva, la potencia desarrollada, el consumo específico
de combustible, los diferentes rendimientos así como la
composición de los gases de escape.

Los frenos dinamométricos son los encargados de
crear un par resistente que es el que proporciona la "carga" al
motor. Esta carga ha de ser variable para ensayar distintas
condiciones operativas del motor.

1.2.1 Tipos de frenos.

Se han desarrollado varios tipos de frenos basados en
distintos principios. Los más difundidos son:

• Frenos de fricción.

• Frenos hidráulicos.

• Frenos eléctricos.

• Frenos de corriente continua.

• Frenos de corriente alterna.

• Frenos de corrientes de Foucault.

El banco de ensayo va disponer de un sistema de frenado
de un freno disco ventilado.

1.2.2 Sistema de frenado de disco
ventilado

Elementos del sistema: está conformado por
el pedal, la bomba, el depósito de líquido, la
tubería, las mangueras, los cilindros de rueda, los discos
y los elementos de fricción (pastillas y
bandas).

Figura 1.3: Esquema de un sistema
de frenado

Cómo funciona el sistema: al pisar el pedal del
freno, un pistón ubicado dentro del cilindro maestro se
desplaza ejerciendo presión sobre el líquido. Este,
a su vez, transmite dicha fuerza hasta los cilindros de rueda,
cuyos pistones se encargan de empujar las pastillas y las bandas
contra los discos y campanas, respectivamente. Cuando se suelta
el pedal del freno baja la presión del líquido y
los resortes de las zapatas pierden tensión, volviendo
todo a su posición normal.

Tipos de Frenos:

Los frenos desarrollan una fuerza opuesta a la de
desplazamiento mediante rozamiento de un elemento frenante contra
un elemento móvil

• En los frenos de tambor, el elemento frenante son
  las zapatas y la móvil el tambor.

• En los frenos de disco, el elemento frenante son las
  pastillas y la móvil el disco de la rueda.

El freno de disco es adoptado en la mayoría de
los vehículos de turismo, tiene la ventaja sobre el freno
de tambor de que su acción se frenado es más
enérgica, obteniendo, por tanto, un menor tiempo de
frenado. Ello es debido a que elementos de fricción van
montados al aire, al disponer de una mejor refrigeración,
la absorción de energía y transformación en
calor se puede realizar más rápidamente.

Figura 1.4: Freno de
disco

Otra de las ventajas de estos frenos es que
en ellos no aparece el fenómeno de "fading" que suele
presentarse en los frenos de tambor. Este efecto se produce
cuando por un frenado enérgico o frenados sucesivos, el
tambor no tiene tiempo de evacuar el calor absorbido en la
transformación de energía. En estas condiciones, el
tambor se dilata alejando la superficie de adherencia del
contacto con las zapatas, quedando momentáneamente el
vehículo sin frenos.En los frenos de disco al mejorar la
evacuación del calor no existe calentamiento
crítico y por tanto dilatación, pero en caso de
haberla el disco se aproximaría más a las pastillas
de freno, lo cual favorecería la presión y efecto
de frenado.

 ConstituciónEl freno de disco
está formado por un disco que se une al buje de la rueda o
forma parte de él, girando con la rueda y constituyendo el
elemento móvil de frenado. Sobre este disco, abarcando
aproximadamente la quinta parte de la superficie del mismo, va
montada una mordaza sujeta al puente o mangueta en cuyo interior
se forman los cilindros por los que se desplazan los pistones. A
estos pistones se unen las pastillas de freno de un material
similar a los ferodos de las zapatas utilizadas en los frenos de
tambor.

Figura1.6: Esquema de un sistema de
frenos de disco

Por el interior de la mordaza (2) van situados los
conductos por donde se comunica el líquido de freno a los
cilindros (3), acoplando en (A) el latiguillo de freno y en (B)
el purgador. El líquido a presión, procedente del
circuito de frenos y que entra por (A), desplaza a los pistones
(4) hacia el interior, aplicando las pastillas de freno (5) sobre
el disco (1), las cuales, por fricción, detienen el giro
del mismo.

La acción de frenado se realiza por medio de dos
o cuatro pistones de doble acción, desplazables, que se
ajustan a cada una de las caras del disco. En este tipo de
pinzas, cada pistón se encuentra en cada mitad de la
mordaza. Durante el proceso de frenado, actúa una
presión hidráulica sobre los dos pistones y cada
pistón aprieta la pastilla contra el disco.

Los frenos de pinza fija contra el disco de freno son
muy sólidos, por lo que se emplea en vehículos
rápidos y pesados.

Figura 1.7: Esquema de un freno de
disco con mordaza fija

1.3 Tipos de ensayos.

Existen dos tipos de ensayos de los motores de
combustión interna: ensayos de investigación y
desarrollo y ensayos de producción.

Todos los motores reparados deben ser sometidos a una
larga serie de pruebas experimentales, hasta alcanzar las
presiones previstas.

Los ensayos de producción son aquellos que se
realizan a los motores ya reparados, y que sirven para controlar
que sus características corresponden a las de los
prototipos y al mismo tiempo efectuar un período de rodaje
o asentamiento del motor. Por tanto la instrumentación
necesaria es relativamente simple.

1.4 Banco de pruebas.

Para ensayar un motor es necesario instalarlo en un
banco de pruebas o de ensayos. Este consta básicamente de
los siguientes elementos:

1) Una cimentación que absorba las
vibraciones que se producen debido a la existencia en el motor de
fuerzas de inercia no equilibradas y de los correspondientes
momentos resultantes.

2) Bancada, cuya misión es soportar el
motor.

3) Soportes para montar y fijar el motor en la
bancada, así como regular la altura y alinear el motor con
el freno.

4) Freno dinamométrico que absorba la
potencia desarrollada por el motor, ofreciendo una resistencia al
giro de éste, y que esté provisto de un dispositivo
para medir el par motor.

5) Transmisión que permita la
conexión freno-motor con una cierta elasticidad y
capacidad de absorber desalineaciones.

6 Sistema de alimentación de combustible
al motor con instrumentos de medición de
consumo.

7) Sistema de refrigeración del
motor:

– Si los motores son refrigerados por agua, normalmente
se mantiene la bomba de agua del propio motor. Esta impulsa el
agua a través del motor hacia un cambiador de calor
(agua/agua o aire/aire), en general con regulación
termostática por medio de válvulas motorizadas. En
instalaciones más económicas se suele recurrir a un
depósito de mezcla en donde se añade una
pequeña cantidad de agua fría a la caliente, que
proviene del motor.

– Si los motores son refrigerados por aire se suele
utilizar una soplante dirigida hacia las aletas del
motor.

8) Sistema de refrigeración de
aceite.

En ocasiones también se refrigera el aceite del
motor, ya que al no existir una corriente de aire al
cárter, éste tiende a sobrecalentarse. El sistema
consta de un intercambiador aceite/agua y en ocasiones una bomba
auxiliar.

9) Red de agua.

Los frenos dinamométricos transforman toda la
energía mecánica que reciben del motor en calor.
Este calor es eliminado por el sistema de refrigeración
del freno que suele ser mediante un abastecimiento continuo de
agua.

10) Sistema de evacuación de los gases de
escape.

Los gases de escape son enviados tras pasar por un
silenciador a la atmósfera.

11) Sistema de ventilación de la sala.
Debe evitar el sobrecalentamiento del local por la
radiación de calor del motor. Se efectúa mediante
ventiladores axiales o centrífugos de impulsión y
extracción.

Cuando el banco se instala en una habitación o
cámara cerrada y aislada se habla de una celda o cabina de
ensayo de motores. En este caso existe un pupitre de instrumentos
en el exterior de la celda con los órganos de puesta en
marcha y de gobierno del motor y freno, así como los
instrumentos de control y registro.

Figura 1.8: Pupitre de
instrumentos

Figura 1.9 : Banco de
pruebas

1.5 Transductor.

A un banco de frenado para su funcionamiento, le es
imprescindible un transductor ya que este es un dispositivo capaz
de transformar o convertir un determinado tipo de energía
de entrada, en otra diferente a la salida. El nombre del
transductor ya nos indica cual es la transformación que
realiza (transforma una señal eléctrica en
mecánica o viceversa), aunque no necesariamente la
dirección de la misma. Es un dispositivo usado
principalmente en la industria, en la medicina, en la
agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc. Para
obtener la información de entornos físicos y
químicos y conseguir (a partir de esta información)
señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los
transductores siempre consumen algo de energía por lo que
la señal medida resulta debilitada.

1.6 Analizador de gases de escape.

El analizador de gases de escape es un aparato capaz de
medir, generalmente en porcentaje, determinados compuestos
químicos contenidos en la masa de los productos, gaseosos
o no, emitidos por el escape de un motor de combustión
interna. El analizador puede ser de lectura directa o estar
acoplado a un registrador, magnético o de otro tipo. La
necesidad de analizar los gases de escape de los motores de
combustión interna deriva del hecho que, sobre todo en los
motores alternativos, la combustión de los hidrocarburos
nunca es perfecta, razón por la cual los gases de escape
no son solamente anhídrico carbónico (CO2), agua
(H2O), oxígeno (O2) y nitrógeno (N). La
combustión real da lugar también a la
formación de productos sin quemar y otros residuos. Puesto
que en la combustión influyen varios factores, algunos de
tipo mecánico y otros dependientes de las
características del combustible, mediante el
análisis de los gases es posible determinar el tipo de
combustible y la influencia que sobre aquélla tienen los
factores indicados.Otro fin del análisis de los gases de
escape es el localizar la presencia de algunos componentes
considerados como la causa de la contaminación del aire.
Debe tenerse en cuenta que, en los motores Diesel, en el campo de
la lucha contra la contaminación, de momento no se le da
mucha importancia a la composición química de los
gases de escape, sino a la cantidad de partículas
sólidas presentes en los mismos (principalmente
carbonilla). En otras palabras, se controla simplemente la
opacidad de los gases de escape mediante aparatos llamados
opacímetros. Al contrario,en los motores de
combustión interna con encendido por chispa es muy
importante la composición química de los gases de
escape. En varios países existe una legislación
especial que pone límites a la presencia de los compuestos
nocivos en los gases de escape. Los gases considerados nocivos
son monóxido de carbono (CO), hidrocarburos sin quemar
(convencionalmente indicados por HC) y óxidos de
nitrógeno (convencionalmente indicados por
NOX).

Según la precisión de la
investigación que se desea realizar, el análisis
puede limitarse a la localización de uno o de varios
productos perjudiciales citados, o bien ampliarse hasta la
determinación de otros componentes, como, por ejemplo,
anhídrido carbónico (CO2) y oxigeno (O2). Existe
una extensa gama de analizadores de los gases de escape, desde
los más simples hasta los más complicados, desde
los portátiles a los fijos.Funcionan generalmente
según uno de los siguientes principios:

• Cambio de color

• Variación de la conductibilidad

• Rayos infrarrojos

• Rayos ultravioletas

• Luminiscencia química

• Ionización de la llama

1.7 Consumo de combustible.

El uso racional de los recursos energéticos es
una tarea de vital importancia en nuestros días para
cualquier sector de la economía, dado el agotamiento de
las reservas de petróleo, la principal fuente de
suministro. Esto se acompaña de medidas proteccionistas
por los países productores, que elevan los precios de los
derivados del petróleo y contribuyen al encarecimiento de
las producciones industriales y de los costos de
explotación.

En la actualidad una parte del producto social global
del país está destinado a la compra de
hidrocarburos, por lo que la disminución del consumo de
combustible constituye la primera y más importante
directiva de trabajo tanto en las labores agrícolas como
de transportación.

El consumo específico es la cantidad de
combustible que necesita un motor para suministrar una
determinada unidad de potencia por unidad de tiempo. El consumo
específico es una forma de expresar el rendimiento del
motor, en el sentido que relaciona consumo con prestaciones.
Cuanto menor sea el consumo específico de un motor, mejor
es su rendimiento.

En el consumo de combustible inciden numerosos factores:
las características constructivas del vehículo, el
régimen de carga y velocidad, el tipo de vía, su
estado, la pendiente, las intersecciones e interferencias al
movimiento, las curvas, los parámetros medioambientales,
la velocidad del viento y el propio conductor y su experiencia y
pericia, entre otros.

CAPITULO II:

Materiales y
métodos

2.1 Sistema de frenado por freno de disco
perforado

Para el sistema de frenado del banco de prueba vamos a
utilizar el freno de disco perforado.

Dicho sistema de frenado se va acoplar detrás de
la polea del banco de prueba a partir del disco. La polea
está conectada al árbol transmisor
freno-motor.

Después de instalar el motor en el banco de
prueba, conectar al árbol transmisor freno-motor y ponerlo
en marcha, cuando el operador pisa el pedal del freno, el disco
de freno ejerce una fuerza sobre la polea que a su vez ejerce una
presión sobre el árbol transmisor freno-motor que
permite para el motor

DINÁMICA DE LA FRENADA

• Conversión de
  energía.

Es bien conocido que el sistema de frenos convierte la
energía cinética de un cuerpo en movimiento en
energía térmica, más comúnmente
conocida como calor. De la física básica sabemos
que la energía cinética de un cuerpo en movimiento
es definida de la siguiente forma:

Idealmente consideraremos que esta energía es
completamente absorbida por el sistema de frenos y convertida
íntegramente en energía térmica de la
siguiente manera:

• Pedal de freno

El pedal de freno sirve para multiplicar la fuerza
ejercida por el pie del conductor. De la estática
elemental podemos comprobar como el incremento de la fuerza
será igual a la fuerza aplicada por el conductor
multiplicado por la relación del pedal de
freno:

Figura 2.3: Configuración
del sistema del pedal de freno

• Bomba de freno

La principal responsabilidad de la bomba de freno es
transformar la fuerza aplicada por el conductor en el pedal de
freno al sistema hidráulico en forma de presión. Si
asumimos la condición de incompresibilidad de los
líquidos y rigidez infinita en los conductos
hidráulicos, la presión generada por la bomba de
freno será igual :

• Pinza de freno

La principal función de la pinza de freno es
transformar la presión hidráulica transmitida a
través de los conductos en una fuerza mecánica
lineal.

• Líquido de frenos, conductos y
  manguitos.

La principal responsabilidad del líquido de
frenos, conductos y manguitos es la de transmitir la
presión hidráulica desde la bomba de freno a las
pinzas de freno localizadas en cada una de las ruedas del
vehículo. Debemos decir que los conductos utilizados en el
sistema son de material flexible, a pesar de ello, de nuevo
asumiendo incompresibilidad del líquido e infinita rigidez
de los conductos, en estas condiciones la presión
transmitida a las pinzas de freno será igual a:

• Pastillas de freno.

Su responsabilidad es generar una fuerza de
fricción en oposición a la rotación del
disco de freno. Esta fuerza de fricción se relaciona con
la fuerza de mordaza creada por la pinza de freno de la siguiente
forma:

• Disco de freno.

Como hemos visto, el disco de freno constituye el
principal disipador de calor del sistema de frenos. Pero
además una de sus principales responsabilidades es la de
generar un esfuerzo de torsión en función de la
fuerza de fricción creada en las superficie de las
pastillas de freno. Este esfuerzo está relacionado con la
fuerza de fricción a través de la siguiente
expresión:

2.2 Transductores hidráulicos.

En estos transductores existe un pistón o
diafragma que recibe la acción de la fuerza, y esta se
equilibra con una presión que actúa por la otra
cara. Para los del tipo hidráulico la idea primaria es
emplear un pistón y un cilindro, pero la existencia de
fricción en las paredes hace impredecible su
comportamiento. Por esa razón se prefiere emplear un
pistón flotante y un diafragma de neopreno con una anilla
en cada lado de corcho que sella la cavidad donde se unen las
tapas.

El pistón no hace contacto con las paredes del
cilindro y por la holgura existente no hay fugas de
presión, también existen topes mecánicos
para el desplazamiento del pistón, de forma tal que no se
afecte el diafragma. Se prevé un transductor secundario
para medir la presión, generalmente un manómetro de
Bordón. Se requieren muy pequeñas cantidades del
fluido, se alcanzan capacidades de hasta 20 MN con precisiones
del 1/2 %. Son sensibles a la variación de la temperatura
durante la medición, por lo que se deben tomar las
precauciones debidas, generalmente con una calibración
previa.

2.2.1 Método de diseño del
transductor.

Debido a los problemas existentes en la empresa EISA a
la hora de comprobar la rectificación de los motores de
combustión interna, se decidió, diseñar un
transductor hidráulico.

También se tuvo en cuenta para el diseño
las características del banco existente y la gama de
motores que se probarían en él.

2.3 Analizador de gases de escape

El analizador de gases de escape seleccionado es un
analizador portátil que usa el método de
detección por variación de la conductibilidad. En
este método de detección se lleva a cabo
generalmente mediante resistencias eléctricas colocadas
según el puente de Wheatstone. Dos resistencias se hallan
encerradas en celdas de referencia que contienen aire ambiente o
un gas de muestra, y las otras dos se encuentran en celdas a
través de las cuales se hace pasar una corriente del gas
en examen.

La distinta conductibilidad térmica del gas que
se analiza, respecto del aire o del gas de muestra, enfría
las resistencias de manera diferente. Esto produce la
variación de la temperatura de los conductores, a lo que
sigue una variación de la resistencia eléctrica,
cuya medida indica la cantidad de gases en examen.

2.4 Consumo de combustible

El consumo horario de combustible del motor se va
determinar usando un tanque graduado en centilitros de una
capacidad de 20 litros, un cronometro y las formulas estudiadas
en la asignatura de "Máquinas Automotrices".

Ahora bien, para calcular esta magnitud hay que partir
del consumo horario del motor primario de la máquina. El
consumo horario viene dado por la expresión
siguiente:

Los valores de velocidad que se registran en los
velocímetros de los vehículos, en la mayoría
de los casos pueden diferenciarse de los reales en un 10-20%. Por
tanto, en la mayoría de los ensayos experimentales es
beneficioso determinar los valores de velocidad por la siguiente
expresión:

CAPITULO III:

Análisis
de los resultados

En los siguientes apartados se hará un recorrido
por de los elementos que constituyen el conjunto de mejoras
mecánicas al banco de pruebas como solución en el
presente proyecto, donde se presentará de forma
esquemática la información de mayor relevancia en
cada caso.

3.1 Sistema de frenado por freno de disco
perforado

3.1.1 Pedal de freno

3.1.2 Bomba de freno

La principal responsabilidad de la bomba de freno es
transformar la fuerza aplicada por el conductor en el pedal de
freno al sistema hidráulico en forma de
presión.

3.1.3 Líquido de frenos, conductos y
manguitos.

La principal responsabilidad del líquido de
frenos, conductos y manguitos es la de transmitir la
presión hidráulica desde la bomba de freno a las
pinzas de freno Debemos decir que los conductos utilizados en el
sistema son de material flexible, a pesar de ello, de nuevo
asumiendo incompresibilidad del líquido e infinita rigidez
de los conductos, en estas condiciones la presión
transmitida a las pinzas de freno será igual a:

3.1.4 Pinza del freno

La principal función de la pinza de freno es
transformar la presión hidráulica transmitida a
través de los conductos en una fuerza mecánica
lineal.

3.1.5 Pastillas de freno.

Su responsabilidad es generar una fuerza de
fricción en oposición a la rotación del
disco de freno. Esta fuerza de fricción se relaciona con
la fuerza de mordaza creada por la pinza de freno de la siguiente
forma:

3.1.6 Disco de freno

Como hemos visto, el disco de freno constituye el
principal disipador de calor del sistema de frenos. Pero
además una de sus principales responsabilidades es la de
generar un esfuerzo de torsión en función de la
fuerza de fricción creada en las superficie de las
pastillas de freno. Este esfuerzo está relacionado con la
fuerza de fricción a través de la siguiente
expresión:

Generalmente los motores VAZ para vehículos NAVA
y LADA alcanzan un momento torsor máximo de 116 N.m a 3400
RPM por lo tanto podemos decir que el sistema de frenado
diseñado resiste.

3.2 Transductor hidráulico

A la hora del diseño del transductor se tuvieron
en cuenta los cálculos realizados con las expresiones
(2.10, 2.11 y 2.12) de las cuales obtuvimos los resultados
siguientes:

Después de realizar los cálculos se
confirmó que la soldadura soportaría la fuerza
provocada por el torque y la potencia del motor sobre el
transductor que a su vez se reflejaría sobre la base del
mismo.

3.3 Analizador de gases de escape.

La evaluación de la contaminación
producida por los gases de escape es uno de los principales
índices de evaluación de la calidad de la
gestión en los motores.

La medición se va efectuar con un analizador de
gases de escape digital con tacómetro
WD5.

El Analizador de Gases de Escape con Tacómetro
WD5 le ofrece una forma rápida y sencilla de medir los
gases de escape de cualquier motor de combustión interna,
tanto para motores Nafteros como para motores Diesel o motores
alimentados a Gas Natural Comprimido (GNC).

3.4 Consumo de combustible.

El consumo horario de combustible se puede calcular
midiendo el combustible usado después de un intervalo de
tiempo. Por eso necesitaremos de un tanque de 20 litros graduado
en centilitro y de un cronometro.

Con el valor leído y aplicando la
expresión 2.13 se halla el consumo horario y luego
aplicando la expresión 2.14 se halla el consumo por
recorrido.

CAPITULO IV:

Impacto medio
ambiental y valoración económica

Para cualquier proyecto o trabajo, además de
lograr su objetivo debe tener como meta un buen impacto medio
ambiental y una buena contribución económica para
el país, por lo cual se tratan los siguientes
temas:

4.1 Impacto medio ambiental.

Hoy en día la fuente fundamental de
contaminación del medio ambiente es la industria
mecánica, y con ella viene aparejada la fabricación
de vehículos, los cuales elevan considerablemente las
concentraciones de dióxido y monóxidos de carbono
en la atmósfera reduciendo de forma considerable la
calidad del aire, esto sucede tanto en países desarrollado
como subdesarrollados. Un mal funcionamiento del motor
aumentaría considerablemente los daños medio
ambientales que éste provoca. Justo aquí es que
radica la importancia de la puesta a punto del banco de frenado,
puesto que influirá en la posterior comprobación de
la calidad de la reparación de los motores.

El diseño y construcción del transductor
hidráulico con el cual se puso en funcionamiento el banco
de frenado de la empresa EISA permitió revisar la potencia
y puesta a punto del motor (evitando averías), lo cual
redundará, de forma favorable, a la disminución de
la contaminación ambiental. Un motor eficientemente
reparado contribuirá a reducir:

• La contaminación de la atmósfera,
  provocada por la emanación de gases tóxicos
  como son el monóxido y el dióxido de carbono
  perjudicial para la vida del hombre, de la flora y de la
  fauna, los cuales provocan el efecto de invernadero que trae
  consigo el calentamiento global.

• La emisión de altos niveles de ruido a la
  atmósfera los cuales disminuyen el rendimiento de los
  trabajadores y ocasiona molestias en sentido
  general.

• Consumo del oxígeno que contiene el aire
  atmosférico.

• Agotamiento de materias primas no renovables
  consumidas durante el funcionamiento de los Motores de
  Combustión Interna.

• Consumo de agua potable.

• Daños físicos a conductores y
  pasajeros producto de la accidentalidad.

4.1.1 Elementos contaminantes.

Con la puesta en marcha de un motor existen numerosos
elementos contaminantes que son el resultado de este
funcionamiento a continuación se brinda una breve
explicación de los fundamentales elementos contaminantes
de la atmósfera.

• Dióxido de azufre.

Se encuentra en el petróleo y en sus derivados,
por lo que una ciudad con una alta motorización individual
puede alcanzar niveles considerables de SO2, debido
fundamentalmente al transporte automotor. Hay indicios de que el
SO2 reduce la capacidad de ventilación de los conductos
bronquiales, y por ende, los hace más susceptibles a la
infección por polvo.

• Monóxido de carbono.

Es un contaminante muy generalizado producido
fundamentalmente por los procesos de combustión en los
vehículos automotores. Su fuente fundamental es los
motores de gasolina, ya que este componente aparece cuando el
proceso de combustión ocurre con deficiencia de
oxígeno. Es decir cuando combustiona una mezcla rica
=1.Aquí no todos los átomos de carbono reaccionan
con dos moléculas de oxígeno produciéndose
el monóxido de carbono. Los vehículos cuyos motores
son de ciclo Otto trabajan frecuentemente en estas condiciones
sobre todo dentro el circuito urbano. Para las
características de la ciudad de Pinar del Río donde
las calles son estrechas y existe en horas picos una gran
densidad de tráfico (aunque no se ha realizado un estudio
al respeto) existen grandes emanaciones de monóxido de
carbono. Este gas puede ser expulsado en cantidades de hasta un
15% del volumen de los gases de escape de los autos de gasolina,
y hasta un 5 % de los motores

diesel, aunque estos últimos trabajan siempre con
mezclas pobres, pero la propia naturaleza del proceso de
combustión (combustión difusa) hace que existan
estas emanaciones de monóxido de carbono.

Cuando el hombre inhala este gas incoloro e inodoro
reduce en él la capacidad de absorción de
oxígeno, cuando se realiza en grandes cantidades puede
ocurrir la aparición de un tipo de leucemia mortal para el
hombre.

• Dióxido de carbono.

Lo produce la combustión de derivados del
petróleo. No es tóxico, pero al elevarse a los
altos niveles de la atmósfera crean el llamado efecto
invernadero, el cual al producir un aumento sostenido de la
temperatura en la superficie terrestre puede causar una
situación catastrófica a largo plazo, por la
vía de elevación del nivel del mar y el cambio de
la atmósfera en las distintas zonas del
planeta.

• Óxido de Nitrógeno
  (NOx).