Dinamica traccion eco combustible B5.pdf

7/26/2019 Dinamica traccion eco combustible B5.pdf

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DINMICA DE TRACCIN DE UN VEHCULODINMICA DE TRACCIN DE UN VEHCULODINMICA DE TRACCIN DE UN VEHCULODINMICA DE TRACCIN DE UN VEHCULORECREATIVO TIPO BUGGY EN PROYECTO,RECREATIVO TIPO BUGGY EN PROYECTO,RECREATIVO TIPO BUGGY EN PROYECTO,RECREATIVO TIPO BUGGY EN PROYECTO,

ACCIONADO POR UN MOTOR DE 600 cmACCIONADO POR UN MOTOR DE 600 cmACCIONADO POR UN MOTOR DE 600 cmACCIONADO POR UN MOTOR DE 600 cm3333

Gabriel Calle Trujillo I.M. PhDProfesor titular, Universidad Tecnolgica de Pereira

Jairo Andrs Grajales HerreraIngeniero Mecnico, Universidad Tecnolgica de Pereira

Grupo de investigacin en procesos de manufactura y diseo de mquinas

RESUMEN:RESUMEN:RESUMEN:RESUMEN:Las propiedades del movimiento longitudinal, condicionadas por la unidadde propulsin de un automvil, son las ms importantes desde el punto devista funcional. En la etapa de proyecto es importante disponer de unaapreciacin del desempeo de aceleracin del vehculo en desarrollo, de locual dependern en gran medida las otras propiedades de explotacin,como su consumo de combustible. En este trabajo se muestra el estudio de

la dinmica de traccin o desempeo de aceleracin y del consumo decombustible de un vehculo para recreacin de fabricacin artesanal, enproyecto, accionado por un motor de motocicleta de 600 cm3. Se describeen detalle el algoritmo usado, el cual tiene en cuenta la caractersticaexterna real del motor seleccionado. Se plantean los indicadores dedesempeo asociados a este caso concreto de dinmica longitudinal delautomvil. Se analizan los resultados obtenidos.


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1.1.1.1. INTRODUCCININTRODUCCININTRODUCCININTRODUCCIN

Como unidad motriz para un vehculo recreativo tipo buggy que responda

a las especificaciones que se muestran en la tarea tcnica (Anexo D), se haseleccionado un motor para motocicleta de 600 cm3Suzuki GSR600. Estaseleccin esta condicionada por factores de viabilidad econmica yadquisitiva, ya que este motor se comercializa con facilidad en el medio,pudiendo ser adquirido mediante la red comercial o por medio deproveedores de Internet. Este tipo de unidad propulsora tiene adems laventaja de contar con una caja de cambios de seis velocidades deaccionamiento secuencial, lo que facilita las tareas de composicin delautomvil, ya que el accionamiento del cambio de marchas puede ser

surtido por medio de un cable Push-pull flexible [1].

Con este trabajo se pretende responder a la pregunta sobre la viabilidadfuncional, desde el punto de vista de las propiedades dinmicas y deeconoma de combustible, del conjunto unidad motriz chasis delautomvil. Para realizar esta tarea se aplican los mtodos de la Dinmicadel automvil.

La dinmica longitudinal, conducente a la evaluacin del desempeo de

aceleracin y otras propiedades funcionales del automvil estsuficientemente tratada en la literatura especializada sobre automviles.Dicha metodologa se describe en mayor o menor detalle en los trabajosde: Genta y Morello [2], Gillespie [3], Grishkevich [4], Wong [5], Popp ySchiehlen [6], Jazar [7], Luque [8], Bosch [9], y otros. Este trabajo aplicauna generalizacin prctica de los mtodos expuestos por dichos autorescomo tambin son tomados de dichas fuentes algunos valores decoeficientes y datos necesarios para el clculo.

Es de anotar que como lo mostraron Bender, Fenton [10] y Blinov [11]esta aproximacin pseudoesttica a la dinmica de arranque delautomvil no refleja completamente el comportamiento del vehculo, yaque, por ejemplo, no se tienen en cuenta los fenmenos transitorios queocurren en el proceso de aceleracin (Melzi [12]); sin embargo, este modelocontina usndose, como en el caso que nos atae, para la determinacinaproximada del comportamiento de los vehculos en proyecto, y laevaluacin de los mismos a travs de ndices de desempeo adecuados,

considerando las suposiciones y simplificaciones asumidas.


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2.2.2.2. DINMICA DE TRACCIN DEL AUTOMVILDINMICA DE TRACCIN DEL AUTOMVILDINMICA DE TRACCIN DEL AUTOMVILDINMICA DE TRACCIN DEL AUTOMVIL

El esquema de fuerzas que acta sobre un automvil se muestra en la

Figura 1. Se muestra el caso ms general, cuando el automvil se muevecon aceleracin por un camino con inclinacin . Se han asumido lassiguientes simplificaciones: las condiciones del terreno bajo la ruedaderecha e izquierda de un mismo puente son iguales, por ello las fuerzasque se ejercen sobre el puente pueden ser aplicadas en su centro; elautomvil es simtrico con respecto al plano longitudinal; las componentesnormales del camino se aplican en la mitad de la superficie de contacto dela ruedas y su desplazamiento se ha tenido en cuenta en los momentos deresistencia de la ruedas.

FigFigFigFiguraurauraura 1111.... Fuerzas que actan sobre un vehculo en movimiento

Este esquema de fuerzas est determinado por la siguiente ecuacin deequilibrio:

= + + + (1)Donde se tiene:

:::: FuerzaFuerzaFuerzaFuerza de traccinde traccinde traccinde traccin, es el resultado de la transmisin del momentodesarrollado por el motor, en rgimen estable.:::: Resistencia del aire o fuerza de resistencia aerodinmicaResistencia del aire o fuerza de resistencia aerodinmicaResistencia del aire o fuerza de resistencia aerodinmicaResistencia del aire o fuerza de resistencia aerodinmica, la cualinfluye de manera significativa en las propiedades de velocidad delautomvil especialmente a altas velocidades.:::: Fuerza de inerciaFuerza de inerciaFuerza de inerciaFuerza de inercia o fuerza de DAlembert, llamada comnmente(errneamente), resistencia a la aceleracin longitudinal del vehculo: Resistencia al ascenso: Resistencia al ascenso: Resistencia al ascenso: Resistencia al ascenso, es la componente de la fuerza gravitacional delautomvil, dirigida paralela a la superficie de apoyo y aplicada en elcentro de masas.

a,v

Fi

Fjx

Gacosa

a

Ft

Fw

Mf1

Mf1


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: Resistencia a la rodadura,: Resistencia a la rodadura,: Resistencia a la rodadura,: Resistencia a la rodadura, se introduce de manera convencional ypor conveniencia en vez del momento de resistencia a la rodadura.

Fuerza de traccinFuerza de traccinFuerza de traccinFuerza de traccin = (2)

Siendo: Par motor determinado por la caracterstica externa del motor, la cualen nuestro caso, para el motor seleccionado, ha sido obtenida de maneraexperimental ver anexo A.: Relacin de trasmisin primaria, entre el cigeal y la caja decambios. ver anexo B.: Relacin de trasmisin de la caja de marchas en cada cambio veranexo B.: Relacin de trasmisin final Para el caso que nos atae debe serdeterminada, a partir de la velocidad mxima , segn tarea tcnica ver anexo C.: Eficiencia mecnica de la transmisin, la cual de manera aproximada,puede ser determinada por el nmero y tipo de elementos de transmisininvolucrados en cada cambio ver anexo C.

: Radio de rodadura de la rueda, para clculos aproximados en la etapade desarrollo, puede ser estimado con la siguiente expresin:=

Donde:: Coeficiente de deformacin de la rueda. Para neumticos de presinbaja: = 0,935[4, p. 12].:Radio nominal del neumtico. Ver anexo D.

Resistencia del aire o fuerza de resistencia aerodinmicaResistencia del aire o fuerza de resistencia aerodinmicaResistencia del aire o fuerza de resistencia aerodinmicaResistencia del aire o fuerza de resistencia aerodinmica

= (3)Siendo:

: Coeficiente de resistencia al aire. Para automviles de pasajerospuede tomarse = 0,3 0,35 . [5, p. 224], [13, p. 20], [6, p. 270], [2,p. 154].


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: rea frontal del automvil, se calcula como:=

En la que es el ancho y la altura del vehculo. Ver Anexo D.

Fuerza de inerciaFuerza de inerciaFuerza de inerciaFuerza de inercia

= (4)

Donde:

: Es el coeficiente de consideracin de las masas rotatorias. Un valor dereferencia de puede ser obtenido mediante la ecuacin [4, p. 44], = 1 + +

Donde:= 0,03 0,05= 0,04 0,06

Los valores ms bajos se relacionan a automviles ms pesados.Expresiones equivalentes para el clculo de

se encuentran en [3, p. 27],

[5, p. 252].

Resistencia a la rodadura:Resistencia a la rodadura:Resistencia a la rodadura:Resistencia a la rodadura:Se calcula mediante la expresin:

= Siendo:: Masa del vehculo y la aceleracin de la gravedad.

: Coeficiente de resistencia del camino. Valores de referencia sonampliamente conocidos, de acuerdo al terreno y se presentan, por ejemplo,en [5, p. 18].

Resistencia al ascenso:Resistencia al ascenso:Resistencia al ascenso:Resistencia al ascenso:Se define como:

= sin

Donde es el ngulo de inclinacin del terreno.


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Resistencia total del caminoResistencia total del caminoResistencia total del caminoResistencia total del camino ::::Por conveniencia se calcula como la suma de la resistencia a la rodadura y

la resistencia al ascenso:

= + = + sin = (5)

Donde: = + sin y se denomina coeficiente o factor de resistenciatotal del camino.

La diferencia entre la fuerza de traccin y la fuerza deresistencia aerodinmica puede verse como la fuerza de traccin libre, lacual puede ser utilizada para vencer las fuerzas de resistencia del camino yde inercia. Con el objeto de comparar las posibilidades dinmicas dediferentes automviles, resulta cmodo usar la magnitud adimensionalFactor Dinmico:

Factor dinmicoFactor dinmicoFactor dinmicoFactor dinmico :::: = (5)

Y ya que = +

Sustituyendo (5) en (1) y teniendo en cuenta la expresin anterior sepuede obtener la aceleracin del automvil como:

== (6)

Con ayuda de la ecuacin (6) se puede calcular la aceleracin del vehculopara cada velocidad del mismo, en cada una de las relaciones de la caja decambios, para unas condiciones del camino dadas. Usando el grfico deaceleraciones se pueden determinar criterios para evaluar lasusceptibilidad dinmica del automvil.

Debido a que la etapa de arranque del vehculo desde la detencindepende del ritmo de conexin del embrague y de alimentacin de

combustible, es decir de particularidades del conductor, para el clculo seconsidera que la aceleracin se inicia desde la velocidad mnima estable en


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la relacin en la que ocurre normalmente el arranque desde la detencin.Se considera tambin que el motor trabaja segn su caracterstica externa,es decir con alimentacin mxima de combustible.

El tiempo de movimiento acelerado en determinada relacin de la caja decambios desde la velocidad hasta , puede ser determinado:

=; =; =

. (7)

La integracin de esta expresin se realiza por mtodos numricos. Eltiempo de movimiento del automvil , para el cual la velocidad crece en, se determina bajo suposicin de movimiento uniformementeacelerado.

= = 2

+ (8)

Para garantizar la mxima intensidad de aceleracin, la velocidad ala que se realiza el cambio a una relacin mayor de la caja de marchas,debe corresponder a la mxima velocidad angular del cigeal, si laaceleracin en el cambio ms bajo es mayor que las aceleraciones para elcambio ms alto para todas las velocidades; o corresponder a la velocidaddel automvil para la cual las curvas de aceleracin para el cambio bajo yalto se intersecan, [2, p. 223] ver Figura 4.

Durante la maniobra del cambio de marcha, cesa la fuerza de traccin ytiene lugar una prdida de velocidad que puede ser cuantificada demanera aproximada asumiendo la resistencia constante e igual al valor

tomado: / (9)

Donde:

: Tiempo invertido en el cambio de marcha. El cual depende delmtodo de cambio y puede variar entre 80250 milisegundos paraautomviles de competencia y deportivos con cajas automatizadas; 0,30,8


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s para automviles con cajas secuenciales y 0,51,5 para cajas manualesconvencionales [14], [15, p. 31]. : Es el coeficiente de consideracin de las masas rotatorias durantela maniobra del cambio de relacin, Grishkevich propone considerarloconstante = 1,03 1,05 [4, p. 53].

El recorrido durante la aceleracin desde parada:

=

(10)

Este integral se resuelve tambin por mtodos numricos.

Para un movimiento uniformemente acelerado en un intervalo develocidades = el desplazamiento realizado:

= =+ 2

El tiempo y recorrido totales durante la aceleracin sern entonces:

= ; = ;

Donde nes el nmero de intervalos.

El camino recorrido por el automvil durante el tiempo de cambio tdesde la relacina la relacin + 1

= 0,5

Consumo de combustible:Consumo de combustible:Consumo de combustible:Consumo de combustible:

Para el movimiento establecido el consumo (por recorrido) de combustible,puede ser evaluado con la siguiente frmula [2, p. 212],

= 36 100 (11)

Donde:

: Consumo especfico de combustible del motor, en , depende delrgimen de carga del motor, de su potencia y velocidad angular delcigeal, los resultados obtenidos de manera experimental se reportan por


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lo general de manera grfica en forma de mapas, ver por ejemplo [2, p.173] .: Potencia empleada en el movimiento del automvil, en .

: Densidad del combustible. Para la gasolina = 730.: Velocidad del automvil, en .

Investigaciones estadsticas han mostrado que en un motor de combustininterna el consumo especfico de combustible est determinado por suconsumo especfico a potencia mxima y el grado o nivel de utilizacin dela potencia y de la velocidad angular, es decir:

= (12)

Donde:

: Consumo especfico de combustible a potencia mxima que es, por logeneral, un 510% mayor que el consumo especfico mnimo (BSFC), el cual, para los motores a gasolina contemporneos est entre227273

[13, p. 37].

y : Coeficientes que dependen del grado de utilizacin de la potenciay velocidad angular.

Para clculos aproximados puede hacerse uso de relaciones empricas [4, p.58]. Para motores a gasolina:

= 3,27 8,22 + 9,13 + 3,18 (13)

= 1,25 0,99 + 0,98 0,24 (14)

Donde

: Grado de utilizacin de la velocidad angular del cigeal: relacin de lavelocidad angular actual y la velocidad angular a mxima potencia.

=

: Grado de utilizacin de la potencia: relacin de la potencia invertida enel movimiento y la potencia desarrollada segn caracterstica externa


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para un valor de velocidad angular de cigeal dada, entregada en lasruedas motrices, .

=

=

La potencia puede ser calculada como:

= + (15)

Donde:: Potencia necesaria para vencer la resistencia del camino:

=

: Potencia necesaria para vencer la resistencia aerodinmica:=

Estas expresiones permiten el clculo aproximado del consumo decombustible en todo el diapasn de velocidades angulares, para cada unade las relaciones de la caja de cambios, y para distintos coeficientes deresistencia del camino.

3.3.3.3. DESARROLLO DEL ALGORITMODESARROLLO DEL ALGORITMODESARROLLO DEL ALGORITMODESARROLLO DEL ALGORITMO Y EVALUACIN DY EVALUACIN DY EVALUACIN DY EVALUACIN DEEEELAS PROPIEDADES DE TRACCIN,LAS PROPIEDADES DE TRACCIN,LAS PROPIEDADES DE TRACCIN,LAS PROPIEDADES DE TRACCIN, VELOCIDADVELOCIDADVELOCIDADVELOCIDAD YYYYCONSUMO DE COMBUSTIBLECONSUMO DE COMBUSTIBLECONSUMO DE COMBUSTIBLECONSUMO DE COMBUSTIBLE

A partir de los datos obtenidos de la tarea tcnica (anexo D), de lacaracterstica externa del motor (anexo A) y de las especificaciones de lascaja de cambios del mismo (anexo B), se procede a la evaluacin de lasrelaciones (1-15), en el siguiente orden.


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3.1.3.1.3.1.3.1. VVVVelocidad cinemtica del automvil paraelocidad cinemtica del automvil paraelocidad cinemtica del automvil paraelocidad cinemtica del automvil para las relacioneslas relacioneslas relacioneslas relacionesde la caja de cambios.de la caja de cambios.de la caja de cambios.de la caja de cambios.

Esta velocidad es funcin de la velocidad angular del cigeal y se calcula

con la siguiente frmula:

,=

Donde uha sido calculado para garantizar la velocidad mxima solicitadaen la tarea tcnica. El resultado del clculo se muestra en la Figura 2.

FiguraFiguraFiguraFigura 2222.... Velocidad del automvil para cada uno de los cambios

3.2.3.2.3.2.3.2. CCCCaracterstica de traccin del automvilaracterstica de traccin del automvilaracterstica de traccin del automvilaracterstica de traccin del automvilLa fuerza de traccin tangencial en las ruedas conductoras se calculamediante la frmula (2).

,=

Debe tenerse en cuenta que para cada valor de velocidad angular delcigeal corresponde un valor de par motor (), tomado de lacaracterstica externa; que en cada una de las relaciones de la caja decambios corresponde a una velocidad cinemtica del automvil. Elresultado se muestra en la Figura 3

2000 4000 6000 8000 10000 12000 140000

20

40

60

80

100

120

140

160

omegae r/min

vakm/h

1a

2a

3a

4a

5a6a


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Figura 3Figura 3Figura 3Figura 3.... Caracterstica de traccin del automvil

3.3.3.3.3.3.3.3. GGGGrfico derfico derfico derfico de aceleracionesaceleracionesaceleracionesaceleracionesLa aceleracin del automvil se determina mediante las frmulas (6) y (5).El grfico de aceleraciones para cada cambio en funcin de la velocidaddel automvil se muestra en la Figura 4.

Figura 4Figura 4Figura 4Figura 4.... Grfico de aceleraciones en cada relacin de la caja de cambios

Basndose en este grfico y atendiendo las recomendaciones antesenunciadas, es posible determinar la velocidad a la que se realiza elcambio a una relacin mayor de la caja de marchas, a partir de lo cual seobtiene la curva de aceleracin en funcin de la velocidad, durante todo elevento de aceleracin desde parada del automvil, Figura 5.

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

v km/h

FtN

Ft1

Ft2

Ft3Ft4

Ft5Ft6

F+Fw

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

1

2

3

4

5

v km/h

axm/s2

ax1

ax2

ax3

ax4

ax5

ax6


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Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5.... Grfico de aceleracin del automvil

3.4.3.4.3.4.3.4. Caractersticas de aceleracinCaractersticas de aceleracinCaractersticas de aceleracinCaractersticas de aceleracinLa integracin de esta grfica correspondiente a la expresiones (6), (7), (8)y (10) permite obtener las caractersticas de aceleracin: velocidad contratiempo y velocidad contra desplazamiento del automvil, durante todo elevento de aceleracin desde parada del automvil. Sin embargo como seanot antes, la maniobra de cambio de marchas conlleva una prdida develocidad , condicionada por el tiempo necesario para la realizacindel cambio . Integrando por intervalos de movimiento, comprendidosentre cambio y cambio de marcha y teniendo en cuenta dichas prdidas develocidad (9), obtenemos las caractersticas de aceleracin que se muestranen las Figuras 6 y 7

Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6.... Caracterstica de aceleracin: velocidad contra tiempo

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

1

2

3

4

5

va km/h

aam/s2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

20

40

60

80

100

120

140

160

vakm/h

ta s


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Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7.... Caracterstica de aceleracin: velocidad contra recorrido

3.5.3.5.3.5.3.5. Caractersticas de desaceleracinCaractersticas de desaceleracinCaractersticas de desaceleracinCaractersticas de desaceleracinLas caractersticas de desaceleracin pueden ser obtenidas de la ecuacinde balance de traccin (1), haciendo = 0. De donde se obtiene que ladesaceleracin puede ser calculada como:

= +

Los grficos obtenidos para tiempo y recorrido en desaceleracin semuestran en las Figuras 8 y 9:

Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8.... Caracterstica de desaceleracin: velocidad contra tiempo

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

20

40

60

80

100

120

140

160

vakm/h

S m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

20

40

60

80

100

120

140

160

va

km/h

ta s


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FigFigFigFiguraurauraura 9999....Caracterstica de desaceleracin: velocidad contra recorrido

3.6.3.6.3.6.3.6. Determinacin de algunas caractersticas evaluativas,Determinacin de algunas caractersticas evaluativas,Determinacin de algunas caractersticas evaluativas,Determinacin de algunas caractersticas evaluativas,correspondientes a la dinmica de arranque.correspondientes a la dinmica de arranque.correspondientes a la dinmica de arranque.correspondientes a la dinmica de arranque.

De los grficos anteriores se deduce, que para el modelo aplicado yteniendo en cuenta las suposiciones asumidas, el vehculo toma alrededorde 8 segundos para alcanzar una velocidad de 100 km/h, partiendo de lavelocidad mnima estable, este evento requiere un recorrido deaproximadamente 136 metros.

La mxima velocidad posible para la resistencia del camino dada(= 0,02), puede ser hallada a partir de la Caracterstica de Traccin(Figura 3). Para esto se realiza sobre sta la grfica de la suma de lasresistencias del camino y aerodinmica (5) y (3). El punto de interseccinde la curva de resistencias con esta caracterstica determina la velocidadmxima para las condiciones del terreno dadas. En la figura 3 se apreciaque esta interseccin tiene lugar a una velocidad aproximada de 155km/h, valor concordante con la tarea tcnica. Se observa tambin que estainterseccin tiene lugar para el movimiento en la 6 relacin de la caja decambios.

Para encontrar la mxima velocidad posible para una resistencia delcamino extrema, por ejemplo sobre arena (= 0,24 0,35) [9, p. 345], [5,p. 18], [8, p. 52], se realiza un nuevo clculo grfico como el que sedescribe en el prrafo anterior, el anlisis correspondiente arroja que lamxima velocidad alcanzable es de 102 km/h y tiene lugar para el

movimiento en la 3 relacin de la caja de cambios, ver Figura 10.

0 200 400 600 800 1000 12000

20

40

60

80

100

120

140

160

vakm/h

S m


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Figura 10.Figura 10.Figura 10.Figura 10. Caracterstica de traccin del automvil, para = 0,3

Para hallar la mxima inclinacin del camino superable por el automvil,se determina en la caracterstica de traccin Figuras 3 y 10 el mximovalor de la fuerza de traccin , y teniendo en cuenta que en estasituacin la aceleracin y resistencia aerodinmica pueden considerarsenulas, obtenemos:

= + ;

=

= 3923550 9,8 0,02 = 0,71

Lo que significa un ngulo 35. Sin embargo es evidente que estemtodo arroja resultados fiables slo para inclinaciones mximas en lascuales sin tan , que significa ngulos hasta 10. Por lo tanto elresultado anterior debe ser tomado condicionalmente.

Los resultados ms relevantes se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1.Tabla 1.Tabla 1.Tabla 1. Resumen de resultados del clculoParmetroParmetroParmetroParmetro SmboloSmboloSmboloSmbolo UnidadUnidadUnidadUnidad valorvalorvalorvalor

Velocidad mxima para = 0,02 km/h 155Tiempo de aceleracin hasta 100km/h

s 8Recorrido de aceleracin hasta 100km/h

m 136

0 20 40 60 80 100 120 140 160500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

v km/h

FtN

Ft

F0,3+Fw

Ft3


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Tabla 1.Tabla 1.Tabla 1.Tabla 1. Resumen de resultados del clculo (cont.)

ParmetroParmetroParmetroParmetro SmboloSmboloSmboloSmbolo UnidadUnidadUnidadUnidad valorvalorvalorvalor

Aceleracin mxima m/s2 4,7Mxima fuerza de traccin realizablepara = 0,8 N 3415Velocidad mxima para = 0,3 , km/h 102Tiempo necesario para alcanzar unrecorrido de 400 m

s 15,8Tiempo necesario para alcanzar unrecorrido de 1000 m

s 30Tiempo total de desaceleracin desdevelocidad mxima hasta detencin

s 83,2Recorrido total de desaceleracindesde velocidad mxima hastadetencin

m 1022

Este conjunto de parmetros dinmicos, resultados del clculo y suanlisis, permiten evaluar de manera integral las capacidades dinmicas ydel vehculo en proyecto, con la unidad motriz escogida. Sin embargocomnmente la mayora de estos parmetros, con excepcin de lavelocidad mxima y del tiempo de aceleracin hasta 100 km/h, no sepresentan en las especificaciones de los vehculos comerciales o artesanales,lo que dificulta la realizacin de un examen comparativo completo.Haciendo uso de la informacin disponible, puede decirse que losparmetros de velocidad mxima y Tiempo de aceleracin hasta 100 km/hdel automvil estudiado estarn dentro del rango comnmente mostrado,para vehculos recreativos equivalentes, en los sitios WEB dedesarrolladores y aficionados [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22].

3.7.3.7.3.7.3.7. Consumo de combustible para dos resistencias del camino enConsumo de combustible para dos resistencias del camino enConsumo de combustible para dos resistencias del camino enConsumo de combustible para dos resistencias del camino enla relacinla relacinla relacinla relacin superiorsuperiorsuperiorsuperior de la caja de cambiosde la caja de cambiosde la caja de cambiosde la caja de cambios

En la Figura 11 se muestra el resultado de la aplicacin de las relaciones(11-15), para el cambio superior, sustituyendo consecutivamente en lafrmula = , dos valores de resistencia del camino posibles parala marcha en cuarta relacin de la caja de cambios: = 0,02 (caminoasfaltado) y = 0,1(arena hmeda).


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Figura 11Figura 11Figura 11Figura 11. Consumo de combustible para dos resistencias del camino en el cambio

superior

Se muestra claramente que para el mismo rgimen de marcha losconsumos aumentan al aumentar la resistencia del camino.

3.8.3.8.3.8.3.8. Consumo de combustible para todos los cambios para elConsumo de combustible para todos los cambios para elConsumo de combustible para todos los cambios para elConsumo de combustible para todos los cambios para elmovimiento sobre asfaltomovimiento sobre asfaltomovimiento sobre asfaltomovimiento sobre asfalto

La aplicacin de las frmulas (11-15) para todas las relaciones de la caja

de cambios en todo el diapasn de velocidades correspondientes a lasvelocidades angulares del cigeal, se muestra en la Figura 12.

Figura 12Figura 12Figura 12Figura 12.... Consumo de combustible en cada cambio, = 0,02camino asfaltado

20 40 60 80 100 120 140 1600

5

10

15

20

25

0,02

Qslitros/100k

m

v km/h

0,1

0 20 40 60 80 100 120 140 1604

6

8

10

12

14

16

18

20

22

1a

2a3a 4a 5a 6a

Qs

litros/100km

v km/h


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De donde se puede concluir de manera preliminar que para una velocidadde movimiento dada, desde el punto de vista de economa de combustible,es preferible operar con la marcha ms alta posible.

3.9.3.9.3.9.3.9. Consumo de combustibleConsumo de combustibleConsumo de combustibleConsumo de combustible paraparaparapara la resistencia mla resistencia mla resistencia mla resistencia ms elevadas elevadas elevadas elevada= 0,3en las dos relacionesen las dos relacionesen las dos relacionesen las dos relaciones inferioresinferioresinferioresinferiores de la caja de cambiode la caja de cambiode la caja de cambiode la caja de cambio

Figura 13.Figura 13.Figura 13.Figura 13. Consumo de combustible para la resistencia ms elevada= 0,3en las dos relaciones inferiores de la caja de cambios

El carcter de las curvas obtenidas muestra las limitaciones del mtodo declculo emprico aplicado, sin embargo en los rangos de velocidad media,los resultados son lo suficientemente coherentes, mostrando el ostensibleaumento del consumo de combustible en condiciones de desplazamiento enarena seca

4.4.4.4. CONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

La metodologa mostrada y aplicada, a pesar de sus conocidaslimitaciones, permite el clculo de algunos de los ms importantesparmetros evaluativos indicadores de desempeo, para la dinmicalongitudinal de un automvil en proyecto.

Los parmetros evaluativos indicadores de desempeo, encontradosmediante el clculo y su anlisis, del automvil en proyecto permitenafirmar que la unidad motriz seleccionada: motor Suzuki GSR600,

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10022

23

24

25

26

27

28

29

1a

2a

Qslitros/10

0km

v km/h


20/26

20

garantiza unas cualidades dinmicas adecuadas para la funcionabilidad delvehculo en proyecto, de acuerdo a su Tarea Tcnica.

5.5.5.5. REFERENCIASREFERENCIASREFERENCIASREFERENCIAS

[1] TGA cable makers, [En lnea]. [ltimo acceso: 1 mayo 2012].

[2] G. Genta y L. Morello, The Automotive Chassis, Vol. 2: SystemDesign, Torino: Springer, 2009.

[3] T. D. Gillespie, Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, 1992.

[4] A. I. Grishkevich, Avtomobili: Teoriya, Minsk: Vysheyshaya Shkola,

1986.[5] J. Y. Wong, Theory of ground vehicles. 3 edition, Wiley-Interscience,

2001.

[6] K. Popp y W. Schiehlen, Ground Vehicle Dynamics, Springer, 2010.

[7] R. N. Jazar, Vehicle Dynamics: Theory and Application, Springer,2008.

[8] P. Luque, D. lvarez y C. Vera, Ingeniera del Automvil. Sistemas yComportamiento Dinmico, Madrid: Thomson, 2004.

[9] R. Bosch, Automotive Handbook. 5 ed., Bentley Publishers, 2003.[10] J. G. Bender y R. E. Fenton, On vehicle longitudinal dynamics.

International Symposium on the Theory of Traffic Flow andTransportation, Berkeley.

[11] E. I. Blinov, Teoriya avtomobiliya: ot statiki k dinamike, vol.Avtomobilnaya promyshlennost journal, n 7, 2007.

[12] S. Melzi y E. Leo, Meccanica del veicolo: Dinamica longitudinale delveicolo, Politecnico di Milano, 2001 -2002. [En lnea]. Available:

http://mecsys.mecc.polimi.it/Didattica/3mvei_mdvei/dispense.html.[ltimo acceso: 15 junio 2012].

[13] A. Husainov, Teoriya Avtomobiliya, UlGTU, 2008.

[14] Paultan, [En lnea]. Available: http://paultan.org/2006/06/26/vw-phases-out-automatics-makes-way-for-dsg/. [ltimo acceso: 23 abril2012].

[15] O. S. Rukteshell, Tyagovaya dinamika i toplivnaya ekonomichnostavtomobilya s mekhanicheskoy transmissiey, Minsk: BGPA, 2000.

[16] Motorcycle powered off Road Buggies, [En lnea]. Available:


21/26

21

http://www.minibuggy.com.au/piranha-buggy.html. [ltimo acceso: 2mayo 2012].

[17] E. Products, The EDGE Products, [En lnea]. Available:

http://www.edge.au.com/Categories/Piranha. [ltimo acceso: 23 072012].

[18] BADLAND, [En lnea]. Available: http://www.badlandbuggy.com/.[ltimo acceso: 2 mayo 2012].

[19] FORO OFICIAL del CLUB DEL BUGGY de ARGENTINA, [Enlnea]. Available: http://buggys.foroactivo.com/. [ltimo acceso: 2mayo 2012].

[20] todoBuggy.com, [En lnea]. Available: http://foro.todobuggy.com/.

[ltimo acceso: 2 mayo 2012].[21] el4x4.com, [En lnea]. Available: http://www.el4x4.com/. [ltimo

acceso: 2 mayo 2012].

[22] MiniBuggy.net, [En lnea]. Available:http://www.minibuggy.net/forum/. [ltimo acceso: 2 mayo 2012].

[23] AKRAPOVI, [En lnea]. Available:http://www.akrapovic.com/motorcycle-exhaust/products/suzuki/model/gsr-600-2006-2008/slip-on-

df94d4c275/ . [ltimo acceso: 23 abril 2012].[24] APE, [En lnea]. Available:

http://www.aperaceparts.com/tech/2009suzukigsx-r600.html . [ltimoacceso: 1 mayo 2012].


22/26

22

Anexo AAnexo AAnexo AAnexo A

FiguraFiguraFiguraFigura 14141414.... Caracterstica externa del motor Suzuki GSR600, grfica experimental.Fuente: Akrapovi Inc. [23]

Anexo BAnexo BAnexo BAnexo B

Tabla 2.Tabla 2.Tabla 2.Tabla 2.Datos del motor necesarios para el clculo 2009 Suzuki GSX-R600

Engine Configuration Inline Four, 4-Stroke

Engine Displacement 599ccEngine Cooling System Liquid

Compression Ratio 12.8:1

Valves Per Cylinder 4

Measured Peak Horsepower 105.15 bhp @ 13,500 rpm

Measured Peak Torque 43.91 lbs. - ft. @ 11,500 rpm

Claimed Engine Redline 16,000 rpm

Fuel Capacity 4.5 gallons

Transmission Type 6-speed, Constant MeshClutch Type Multi-plate, Wet, Back-torque, limiting

Clutch Actuation System Cable

Primary Drive Gear (Straight-cut)

Primary Drive Gear Teeth (Ratio) 77/ 39 (1.974:1)

Transmission Gear Teeth (Ratios)

6th 29/ 24 (1.208:1)

5th 31/ 23 (1.347:1)

4th 32/ 24 (1.500:1)

2000 4000 6000 8000 10000 12000 140000

10

20

30

40

50

60

70

8090

100Caracterstica externa del motor GSR600, grfica experimental AKRAPOVIC

r/min

PeHP

Pe

Me

2000 4000 6000 8000 10000 12000 140000

50

100

MeNm


23/26

23

3rd 36/ 21 (1.714:1)

2nd 39/ 19 (2.052:1)

1st 39/ 14 (2.785:1)

Fuente: Ape race parts [24]

Anexo CAnexo CAnexo CAnexo C

Esquema cinemtico de la transmisin y clculo de la eficiencia.

FiguraFiguraFiguraFigura 15151515.... Esquema cinemtico de la transmisin

La eficiencia aproximada de la transmisin puede ser calculada segnWong [5, p. 238], o Rukteshell [15, p. 12]. En el caso ms general segnfrmula:

=

Dondek

,l

,m

,n

yp

son la cantidad de pares de ruedas dentadas deengrane externo (ext), interno (int), cnicos e hipoidales (cn), nmero detransmisiones cardnicas (card) y de cadena, que transmiten el momentodesde el cigeal hasta las ruedas conductoras en la relacin ide la cajade cambios.Para clculos generales se toma:

extextextext= 0,980... 0,985;

intintintint= 0,990;

cncncncn

=

0,960...0,975; carcarcarcar

= 0,990 ; cadcadcadcad

= 0,940

ccM

z=41 z=79

z=16

z=66

i(1...6)


24/26

24

La relacin de la transmisin de cadena final se ha calculado a partir de lasiguiente relacin

= Donde: Relacin de trasmisin del cambio ms alto de la caja de marchas ver anexo B.

Se debe tener en cuenta que debe ser un nmero racional, por lo tanto,el nmero de dientes del sprocket trasero est condicionado por larelacin:

z= flooru z) ; (floor funcin parte entera de un nmero)

El valor definitivo de user entonces: u=

Anexo DAnexo DAnexo DAnexo D

Tabla 3.Tabla 3.Tabla 3.Tabla 3. Extracto de la tarea tcnica del vehculo propuesto.Automvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referenteconstructivo:constructivo:constructivo:constructivo:

Automvil propuesto:Automvil propuesto:Automvil propuesto:Automvil propuesto:

Buggy PiranhaBuggy PiranhaBuggy PiranhaBuggy Piranha,,,, Fuente: [17] Buggy PACOBuggy PACOBuggy PACOBuggy PACO

Destinoyap

licacin

Destinoyap

licacin

Destinoyap

licacin

Destinoyap

licacin

de

lo

bjeto

de

lo

bjeto

de

lo

bjeto

de

lo

bjeto

Automvil tipo Buggy, todoterreno,con traccin a las ruedas traseras, deuso recreacional, puede ser explotado

por caminos de todas las categoras,con un especial enfoque en loscaminos de arena (playas y riverasde ros).

Automvil tipo Buggy, todoterreno, contraccin a las ruedas traseras, de usorecreacional, puede ser explotado por

caminos de todas las categoras, con unespecial enfoque en las vas veredales deleje cafetero.

Consi

derac

Consi

derac

Consi

derac

Consi

deraciones

iones

iones

iones

constructivas

constructivas

constructivas

constructivas

principa

les

principa

les

principa

les

principa

les

a)a)a)a) El motor debe ir ubicado detrsdel asiento del conductor, en posicintransversal.

a)a)a)a) El motor debe ir ubicado detrs delasiento del conductor, en posicintransversal.

f)f)f)f) Las suspensiones delantera y

trasera deben ser independientes y suconstruccin debe permitir el cambiode altura sobre el camino.

f)f)f)f) Las suspensiones delantera y trasera

deben ser independientes y su construccindebe permitir el cambio de altura sobre elcamino.


25/26

25

Tabla 3.Tabla 3.Tabla 3.Tabla 3. Extracto de la tarea tcnica del vehculo propuesto. (Cont.)Automvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referente

constructivo:constructivo:constructivo:constructivo:


Buggy Piranha,Buggy Piranha,Buggy Piranha,Buggy Piranha, Fuente: [17] Buggy PACOBuggy PACOBuggy PACOBuggy PACO

k)k)k)k) Las cualidades dinmicas debernproporcionar la superacin de pendienteshasta de 35.

Principa

lesin

dica

doresyparm

etros

Principa

lesin

dica

doresyparm

etros

Principa

lesin

dica

doresyparm

etros

Principa

lesin

dica

doresyparm

etros

a)a)a)a) Cantidad de puestos: 1. a)a)a)a) Cantidad de puestos: 1.

b)b)b)b) Medidas nominales del automvilen mm:

b)b)b)b) Medidas nominales del automvil enmm:

Longitud 2700 Longitud 2700

Ancho 1700 Ancho 1700

Altura (sin carga) 1400 Altura (sin carga) 1400

Base 2000 Base 2000

Trocha delantera 1300 Trocha delantera 1300

c)c)c)c) Ruedas (en pulgadas): Adelante22x8x10, Atrs 25x12, 5x9.

c)c)c)c) Ruedas (en pulgadas): Adelante22x8x10, Atrs: Rim 12X6, neumtico AT25X8R12

d)d)d)d) Distancia al suelo: Ajustablehasta 300 mm.

d)d)d)d) Distancia al suelo: Ajustablehasta 300 mm.

e)e)e)e) Velocidad mxima del automvilen una superficie plana, asfaltada, en

verano deber ser la siguiente: Concarga mxima 120-150 km/h

e)e)e)e) Velocidad mxima del automvil enuna superficie plana, asfaltada, en verano

deber ser la siguiente: Con carga mxima155 km/h

f)f)f)f) El tiempo de despegue desde el

sitio con realizacin de cambios develocidad hasta 100 km/h no ms de:5,5 segundos

f)f)f)f) El tiempo de despegue desde el sitio con

realizacin de cambios de velocidad hasta100 km/h, no ms de: 8,5

g)g)g)g) Peso aproximado del automvil375 kg.

g)g)g)g) Peso aproximado del automvil550 kg.

h)h)h)h) Combustible gasolina h)h)h)h) Combustible gasolina

Motor

ytransmisin

Motor

ytransmisin

Motor

ytransmisin

Motor

ytransmisin

Motor para motocicleta Aprilia RSV1000 R 2008

Motor para motocicleta Suzuki GSX-R6002009

a)a)a)a) Volumen de trabajo del motor(cilindrada): 997 cm

a)a)a)a) Volumen de trabajo del motor(cilindrada): 599 cm.

d)d)d)d) Ruedas conductoras: Traseras. d)d)d)d) Ruedas conductoras: Traseras.

e)e)e)e) Transmisin primaria: Engranajesrectos. Transmisin final: sprocket-cadena.

e)e)e)e) Transmisin primaria: Engranajesrectos. Transmisin final: sprocket-cadena.


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26

Tabla 3.Tabla 3.Tabla 3.Tabla 3. Extracto de la tarea tcnica del vehculo propuesto. (Cont.)Automvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referenteAutomvil anlogo o referente

constructivo:constructivo:constructivo:constructivo:


Buggy Piranha,Buggy Piranha,Buggy Piranha,Buggy Piranha, Fuente: [17] Buggy PACOBuggy PACOBuggy PACOBuggy PACO

Suspensin,

Suspensi

n,

Suspensi

n,

Suspensin,

rue

das

rue

das

rue

das

rue

das

c)c)c)c) Nmero de ruedas: 4. c)c)c)c) Nmero de ruedas: 4.j)j)j)j) Tipo de suspensin: Independientede un solo brazo "A" con resortes

sobre amortiguadores. Recorrido:Delante de 350 mm, atrs 285 mm.

j)j)j)j) Tipo de suspensin: Independiente deun solo brazo "A" con resortes sobre

amortiguadores. Recorrido: Delante de 350mm, atrs 285 mm.

Carrocerayc

hasis(b

astidor)

Carrocerayc

hasis

(b

astidor)

Carrocerayc

hasis

(b

astidor)

Carrocerayc

hasis(b

astidor)

a)a)a)a) Tipo de carrocera: Metlica,chasis tubular.

a)a)a)a) Tipo de carrocera: Metlica, chasistubular.

Sin datos b)b)b)b) Rigidez torsional: Rigidez torsionalespecfica (relacionada a la distancia entreejes o base) de 1600 kg*mm/grad.

Sin datos. c)c)c)c) Rigidez a flexin del chasis: Rigidez aflexin especfica (relacionada a la base,multiplicada por la base al cubo) de 86kg*m/mm.

d)d)d)d) Asientos: 1, fijo. d)d)d)d) Asientos: 1, fijo.

e)e)e)e) Nmero de puertas: No poseepuertas.

e)e)e)e) Nmero de puertas: No posee puertas.

Sin datos f)f)f)f) Normas de seguridad que se aplican:

Reglamentacin de la comisin econmicade las Naciones Unidas para Europa -UNECE Vehicle Regulations.

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