UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA SEGUNDO PARCIAL ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE UN MOTOR HONDA WAVE 110 CC DOCENTE : Ing. Deibi E. García Campos CURSO : Diseño y simulación avanzado cad ALUMNOS : -Trujillo Jara, Denny -Arteta Recavarren, Marcelo -Apolinario Pariona, Javier CICLO : VIII Tingo María - Perú – 2023 I. 1.1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Motor 4T Un motor de 4 tiempos (también conocido como motor de combustión interna de ciclo Otto) es un tipo de motor de combustión interna que utiliza cuatro etapas diferentes para completar un ciclo de trabajo. Estas cuatro etapas son admisión, compresión, explosión y escape, y juntas forman lo que se conoce como ciclo de cuatro tiempos. Aquí hay una descripción detallada de cada una de estas etapas: ✓ Admisión: en esta etapa, el pistón se mueve hacia abajo en el cilindro, creando un vacío que succiona una mezcla de aire y combustible a través de una válvula de admisión en el cilindro. ✓ Compresión: después de que la mezcla aire-combustible ha sido aspirada al cilindro, el pistón se mueve hacia arriba, comprimiendo la mezcla en el proceso. Esto aumenta la temperatura y la presión de la mezcla. ✓ Explosión: cuando el pistón alcanza la parte superior del cilindro, una chispa eléctrica se produce en la bujía, lo que inflama la mezcla aire-combustible. Esta explosión produce una fuerte presión que empuja el pistón hacia abajo en el cilindro. ✓ Escape: después de que el pistón ha sido empujado hacia abajo por la explosión, se mueve hacia arriba nuevamente, expulsando los gases de escape producidos por la explosión a través de una válvula de escape en el cilindro. ✓ El ciclo completo de estas cuatro etapas se completa en dos vueltas completas del cigüeñal. El movimiento del pistón en el cilindro está controlado por el árbol de levas, que a su vez está impulsado por una cadena o correa de distribución conectada al cigüeñal. Los motores de 4 tiempos son comúnmente utilizados en automóviles, motocicletas, barcos y aviones. A menudo se prefieren a los motores de 2 tiempos porque son más eficientes en términos de consumo de combustible y producen menos emisiones. Figura 1. ciclos de un motor 4t 1.2. Motor Honda Wave 110 cc La Honda Wave 110 cc es una motocicleta popular de la marca Honda que se fabrica y vende en varios países de América Latina, Asia y África. A continuación, te proporcionaré información detallada sobre el motor de esta motocicleta: ✓ Tipo de motor: El motor de la Honda Wave 110 cc es un motor de combustión interna de cuatro tiempos, monocilíndrico y refrigerado por aire. ✓ Desplazamiento: El desplazamiento del motor es de 109.1 cc. ✓ Potencia: La potencia máxima que puede generar el motor es de 8.4 caballos de fuerza a 7,500 revoluciones por minuto (RPM). ✓ Torque: El torque máximo que puede generar el motor es de 8.3 Nm a 5,500 RPM. ✓ Sistema de arranque: El motor cuenta con un sistema de arranque eléctrico y un sistema de arranque por patada. ✓ Transmisión: La Honda Wave 110 cc tiene una transmisión de cuatro velocidades y embrague Automático. ✓ Sistema de refrigeración: El motor se enfría mediante un sistema de enfriamiento por aire. ✓ Sistema de encendido: El sistema de encendido del motor utiliza un sistema de encendido por CDI (ignición de descarga capacitiva). ✓ Dimensiones: El diámetro del cilindro del motor es de 50 mm y la carrera del pistón es de 55.6 mm. El motor tiene una relación de compresión de 9.0:1 y un peso en seco de aproximadamente 27 kg. En resumen, el motor de la Honda Wave 110 cc es un motor de combustión interna de cuatro tiempos, monocilíndrico y refrigerado por aire, que utiliza un sistema de inyección electrónica de combustible (EFI) para alimentar la mezcla de aire y combustible al cilindro del motor. Tiene una potencia máxima de 8.4 caballos de fuerza y un torque máximo de 8.3 Nm. Cuenta con un sistema de arranque eléctrico y un sistema de arranque por patada, una transmisión de cuatro velocidades y embrague manual, y un sistema de enfriamiento por aire. Figura 2. motor Honda Wave 110 cc 1.3. Transferencia De Calor En Un Motor La transferencia de calor en un motor de 4 tiempos (4T) es un proceso complejo que implica la transferencia de energía térmica desde el interior del motor a su entorno externo. Hay varias formas en que se produce la transferencia de calor en un motor de 4T: ✓ Combustión: la mayoría de la energía térmica en un motor de 4T se genera durante la combustión de la mezcla aire/combustible en la cámara de combustión. Esta energía térmica se transfiere a las paredes del cilindro y la cabeza del cilindro, donde se disipa a través del enfriamiento por líquido y aire. ✓ Radiación: las superficies calientes del motor emiten radiación térmica, que se transfiere a través del espacio circundante. Esta forma de transferencia de calor es importante en las partes del motor que no están en contacto directo con el líquido de enfriamiento. ✓ Conducción: la transferencia de calor también puede ocurrir a través de la conducción de calor desde las partes calientes del motor a las partes más frías. Por ejemplo, el calor se transfiere desde la cabeza del cilindro al bloque del motor a través de la conducción térmica. ✓ Convección: la transferencia de calor también puede ocurrir por convección. La convección natural se produce cuando el aire se mueve a través del motor y transfiere calor desde las superficies calientes a través de la transferencia de calor por convección. La convección forzada se produce cuando se usa un ventilador o un soplador para forzar el aire a través del motor y aumentar la tasa de transferencia de calor. Figura 3. coeficiente de transferencia de calor con respecto a la velocidad del viento Figura 4. Balance térmico para un motor 4T de motocicleta Para asegurar que el motor de 4T funcione correctamente, es importante controlar la transferencia de calor. Un motor que no puede disipar el calor de manera efectiva puede sufrir problemas de sobrecalentamiento y daños a los componentes internos, lo que puede reducir su vida útil y afectar su rendimiento. 1.3.1. Resistencia a contacto térmico La utilidad de la analogía entre el flujo de corriente eléctrica y el flujo de calor se manifiesta cuando se necesita una descripción satisfactoria de la transferencia de calor en la interfaz de dos medios conductores. Debido a las limitaciones del equipo, ninguna de las dos superficies sólidas forma un contacto perfecto cuando se las coloca juntas. Siempre existen diminutas separaciones de aire entre las superficies de contacto debido a las rugosidades. A través de la interconexión entre las dos caras en contacto, existen dos modos de transferencia térmica. El primero es la conducción a través de puntos de contacto 'sólido a sólido' (Qconducción), el cual es muy efectivo. El segundo es la conducción a través de las separaciones con contenido gaseoso (Qseparación) que, debido a su baja conductividad térmica, puede ser deficiente. Para tratar la resistencia a contacto térmico, se ubica una conductancia interfacial, hc, en serie con los medios conductores a ambos lados, según se muestra en la siguiente figura. La conductancia hc es similar al coeficiente de transferencia de calor por convección y tiene las mismas unidades (W/m2 oK). Si DT es la diferencia de temperatura a lo largo de una interfaz de área A, entonces la tasa de transferencia térmica Q está dada por Q = A hc DT. Si se usa la analogía eléctrico-térmica, se puede expresar que Q = T/Rt, donde Rt es la resistencia a contacto térmico y está dada por Rt = 1/(A hc). La conductancia interfacial, hc, depende de los siguientes factores: • • • • El acabado de la superficie de las caras en contacto. El material de cada cara. La presión que hace que las superficies se junten. La sustancia en las separaciones entre las dos caras en contacto. La siguiente tabla muestra algunos valores típicos de la conductancia interfacial para acabados de superficie normales y presiones de contacto moderadas (1 a 10 atm). No se evacuan los separadores de aire a menos que se indique: II. ANÁLISIS 2.1. Cálculos del flujo de calor generada por la combustión del motor Eg = 34.8 MJ L C = 56.7 km 0.0177 L L km Vc = 40 km h 0.0177 L 0.0177 L 40 km ) ( L )( Km )( Km )( s P = ( 24638400 J ) 3600 h Pg = 34.8 106 MJ g Pg = 6844w Ahora la potencia de calor perdida en la refrigeración es Qref = 0.3Pg Qref = 2053.2w Para calcular el área del cilindro A = 1812mm 2 + 88.75mm 2 + 11360mm 2 A = 13264.01mm2 A = 0.01326401m2 Q Q = ref = 154842 w 2 m A 2.2. Modelado 3D del motor en SolidWorks 2.2.1. Tapa de balancines 2.2.2. Culata 2.2.3. Cilindro 2.2.4. Camiseta 2.2.5. Tubo de escape 2.2.6. Tubo de admisión 2.2.7. Ensamblaje del motor III. RESULTADOS 3.1. Resultados experimentales Las mediciones de temperatura del motor se realizaron utilizando un termómetro digital sonda TP16, como se muestra en la figura. 3.1.1. Mediciones en diferentes partes del motor Tabla 1. Resultados de las mediciones de temperaturas del motor honda wave 110 cc Parte del motor Tapa de balancines Lateral izquierdo de la culata (junto a la bujía) Lado superior del cilindro Culata inferior (junto al tubo de escape) Lado inferior del cilindro Temperatura registrada (°C) 78 115 114 122 105 3.2. Resultados teóricos mediante simulación 3.2.1. Creación del mallado 3.2.2. Asignación de valores 3.2.2.1. Convección 3.2.2.2. Flujo de calor 3.2.3. Simulación IV. CONCLUSIONES • Los valores de temperatura registrados experimentalmente, son relativamente mas bajas que los valores obtenidos mediante la simulación, así como se muestra en la tabla 1 y las imágenes capturadas en la simulación de SolidWorks. Por ejemplo, el valor de temperatura en la tapa de los balancines experimentalmente muestra 78 oC mientras que en la simulación se obtiene 90 oC. Las posibles razones de estas diferencias se deben a que en la simulación no se a considerado los elementos adicionales que conforman al motor, como puede ser el aceite, algunas piezas como los balancines, árbol de levas, tornillos y tuercas, entre otros. Por otro lado, se utilizó un termómetro de uso domestico que puede presentar un margen de error considerable. V. BIBLIOGRAFÍA ✓ Heywood, J.B. (1988). "Internal Combustion Engine Fundamentals". McGraw-Hill, Inc. ISBN: 978-0071004992. ✓ Pulkrabek, W. W. (2004). "Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine". Prentice Hall. ISBN: 978-0131405707. ✓ Fernando Ricardo Téllez Domínguez (2019). “Transferencia de calor en motores enfriados por aire utilizando OpenFOAM” VI. ANEXO 6.1. Toma de medidas del motor para el modelado 3D 6.2. Medición de temperatura del motor
