Análisis cinemático y dinámico de motores alternativos mediante hojas de cálculo: ampliación y mejora

Análisis cinemático y dinámico de motores alternativos mediante hojas de cálculo: ampliación y mejora
Área temática: Innovación educativa.
Palabras clave: formación, síntesis y análisis de mecanismos.
1 Resumen (primera y única sección)
En el presente artículo se explica el desarrollo de una aplicación en Excel, haciendo uso de sus capacidades de cálculo matricial, que permite abordar el análisis cinemático y dinámico de cualquier mecanismo de 4 barras, haciendo especial énfasis en los mecanismos manivela-corredera. Se estudiará la respuesta dinámica de un motor monocilíndrico para diversas velocidades de operación y a continuación se extenderá dicho estudio a motores multicilíndricos en diversas configuraciones, según el número de cilindros, su disposición geométrica, orden de encendido, etc. El estudio se ha extendido a configuraciones de 6 y 8 cilindros, tanto en línea como en configuración en V.
1.1 Cuál es el problema que se aborda en la contribución y por qué es interesante
Los estudios de ingeniería mecánica incluyen numerosas materias en las que es necesario realizar cálculos para determinar las magnitudes físicas que caracterizan el comportamiento de un sistema. En el caso de la dinámica de un mecanismo biela manivela, todo el proceso, en absoluto complicado, se hace sin embargo largo y tedioso mediante realización “a mano”, tarea que, no obstante, el estudiante debe realizar y dominar para comprender el funcionamiento del mecanismo. Pero el estudio completo debe extenderse a todas las posiciones que puede alcanzar la manivela (2 pi radianes).
1.2 Cuál es la contribución principal del trabajo, los resultados fundamentales obtenidos y su novedad frente a otros trabajos recientes existentes
Para analizar de modo completo la cinemática y dinámica de mecanismos planos, se implementan un conjunto de hojas Excel con el proceso de cálculo, en este caso partiendo de la configuración geométrica de los eslabones y de la curva de presión en el pistón, y se estudian motores mono y multicilíndricos de 2 tiempos y de 4 tiempos. En esta ocasión, el estudio se extiende a configuraciones de 6 y 8 cilindros, tanto en configuraciones en línea como en configuración en V.
1.3 Describir brevemente el método empleado
Se propone a los estudiantes de las asignaturas de Teoría de Máquinas y Análisis Dinámico de Máquinas de la Escuela de Ingenieros Industriales de la UNED implementar un conjunto de hojas Excel con todo el proceso de cálculo de cualquier mecanismo de cuatro barras y aplicarlo a la dinámica de motores mono y multicilíndricos. Todo el conjunto de tareas descrito ha sido realizado por los estudiantes, forma parte de la evaluación continua y propuesta de ejercicios, problemas y proyectos, y sirve de apoyo en la tarea docente y de aprendizaje de las asignaturas mencionadas.
Referencias
1. Robert L. Norton, Diseño de Maquinaria, 6a Ed., Madrid. McGraw Hill-UNED 2020.
2. Robert L. Norton, Kinematics and Dynamics of Machinery, 2nd ed. in SI units, Singapore. McGraw Hill, 2013.
3. Pleguezuelos, M.; Sánchez, M. B.; Pedrero, J. I.; “Proyecto colaborativo para el análisis cinemático y dinámico de motores alternativos mediante hojas de cálculo”, Actas del XIV Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica, Cartagena de Indias (Colombia), vol. F, pp. 60-67, 2019 (2010).