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PROBLEMAS DE DINÁMICA DE MOTORES PARA EXÁMENES
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Un motor de explosión de seis cilindros en línea y cuatro tiempos, tiene de orden de encendido 1-5-3-6-2-4, con un avance inicial de 8 grados. Los ángulos de la distribución, medidos en milímetros, son los siguientes: AAA = 42 mm, RCA = 122 mm, AAE = 147 mm; RCE = 52 mm. El motor gira a derechas visto desde la polea del cigüeñal, y tiene un volante de 40 cm. Con estos datos responder a las siguientes preguntas y trabajos:
1.- Dibuje el diagrama de encendido y distribución, en grados sexagesimales. 2.- ¿Es un motor simétrico o asimétrico?. Razone la respuesta. 3.- ¿Qué es el "cruce de válvulas" y cuánto mide en este motor, en grados sexagesimales?. Señálelo en el diagrama. 4.- ¿Es un motor rápido o lento?. ¿Porqué?. 5.- ¿Cuántos grados de giro del cigüeñal estarán abiertas respectivamente las válvulas de admisión y escape?. Razone la respuesta y señálela adecuadamente en el diagrama que ha dibujado.
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La equivalencia a aplicar en general es la siguiente: Si la longitud de la circunferencia del volante es L = p · D, a esta longitud total le corresponde un ángulo de 360 º, que es la medida de la circunferencia en grados sexagesimales. Luego, no hay más que estableces esta equivalencia para cada ángulo de la distribución para obtener estos ángulos en grados. Las operaciones son las siguientes:
AAA = (360º / p · 400) · 42 mm = 0´286 · 42 = 12º RCA = 0´286 · 122 = 35º AAE = 0´286 · 147 = 42º RCE = 0´286 · 52 = 15º
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1a). Diagrama de encendido con disposición 1-5-3-6-2-4
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1b). Diagrama de la distribución
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2). Es un motor simétrico o asimétrico. Razone la respuesta. Es un motor asimétrico, pues observando los ángulos que forman el solape o cruce de válvulas, que es cuando están abiertas la válvula de admisión (porque está empezando a abrirse AAA) y la de escape (porque está terminando de cerrarse RCE), comprobamos que son desiguales. Si fueran del mismo valor correspondería a un motor llamado "simétrico". Hay que hacer notar que cerca del punto muerto inferior no hay cruce de válvulas, ya que al cerrarse la válvula de admisión (RCA) es cuando comienza la compresión y después la explosión, abriendo el escape a 42º antes del punto muerto inferior hasta que rebasa los 15º después del punto muerto superior. Debido a este ciclo de cuatro tiempos, hace falta dos vueltas del cigüeñal, o del volante, hasta que vuelvan a coincidir las dos válvulas abiertas, que lo hacen precisamente en las cercanías del PMS.
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3).- ¿Qué es el cruce de válvulas y cuánto mide en este motor, en grados sexagesimales?. Señálelo en el diagrama. Ya comentado anteriormente, el cruce de válvulas o solape mide en este motor la suma de los dos ángulos cercanos al PMS, o sea:
AAA + RCE = 12º + 15º = 27º
Es el ángulo que girará el cigüeñal estando las dos válvulas abiertas.
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4.- ¿Es un motor rápido o lento?. ¿Porqué?. El cruce de válvulas está dispuesto para que la respiración del motor sea mejor. Los gases procedentes de la combustión han alcanzado mucha velocidad impulsados por el pistón, que ya está en las cercanías del PMS. Si permitimos que la válvula de escape cierre un poco más tarde lograremos que salgan completamente dichos gases impulsados por su propia velocidad, a pesar de que el pistón esté ya bajando desde el PMS cuando se cierra la válvula de escape en el RCE.
Por otro lado, si abrimos la válvula de admisión un poco antes del PMS lograremos que los gases de escape, que están ya saliendo a gran velocidad, "tiren" de los gases frescos, presentes en el conducto de admisión, debido al vacío que dejan esos gases de escape al salir. Así se consigue una mayor rapidez de admisión. Cuanto mayores sean los ángulos AAA y RCE mayor será este fenómeno. Por lo tanto, para que un motor pueda subir mucho de vueltas, habrá que dar lugar a un vaciado completo de los gases quemados y una entrada rápida de los gases frescos. Eso solo se consigue, entre otros métodos, aumentando el cruce de válvulas. En ese caso el motor será capaz de ser "rápido", o sea, que funcionará mejor a altas revoluciones.
¿Porque a bajas revoluciones no funcionará bien?. Porque a esa baja velocidad parte de los gases frescos se escaparán por el escape, con lo cual la fuerza de la explosión será menor, y con ello el par motor y la potencia.
Es característica de los motores lentos tener un cruce pequeño, alrededor de los 23 grados. Funcionará bien a bajas revoluciones pero no a altas. Y al contrario; un motor rápido se caracteriza por funcionar bien a altas revoluciones pero no a bajas, teniendo para ello un cruce de válvulas grande, alrededor de los 35 grados.
El motor del problema funcionará bien a bajas y a medias revoluciones (hasta las 3.500 vueltas aproximadamente), pero no irá bien a partir de 4.000 rev./min. Será, por tanto, un motor lento.
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5.- ¿Cuántos grados de giro del cigüeñal estarán abiertas respectivamente las válvulas de admisión y escape?. Razone la respuesta y señálela adecuadamente en el diagrama que ha dibujado. Por todo lo expuesto anteriormente, se deduce fácilmente que la válvula de admisión estará abierta durante el giro del cigüeñal señalado de color azul, esto es:
AAA + 180º + RCA = 12º + 180º + 35º = 227º
De igual manera se hace con la válvula de escape:
AAE + 180º + RCE = 42º + 180º + 15º = 237ª
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