MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA PESADA

CAPSTONE PROJECTEstudio de un mecanismo independiente controlado electrnicamente para la apertura y cierre de vlvulas, en un motor alternativo de combustin interna de aplicacin en automviles

AUTORES:Tello Mendoza, DiegoTineo Cabrera, Breyner

ASESOR:Gamboa Quispe, Edgar

Lima- Per-2014-

DEDICATORIADedicado a todos los amigos, familiares y maestro de cada integrante del grupo. Eterno agradecimiento porque son ellas las personas que forman parte de nuestro pequeo gran mundo y viven con nosotros nuestras angustias, tristezas y de nuestras muchas felicidades; porque son las personas a las que damos poco y de las que muchas veces recibimos dems. Gracias a todos ellos por ser parte de nuestro crecimiento profesional.

INDICEI.INTRODUCCIN5II.RESUMEN6III.ORGENES Y EFECTO DEL PROBLEMA71.1.Consumo ineficiente de combustible71.2.Perdidas mecnicas por friccin de componentes del sistema de distribucin.71.3.Bsqueda de potencia y par razonables en diferentes condiciones.72.EFECTOS DEL PROBLEMA72.1.Emisin de gases contaminantes.8IV.ANTECEDENTES84.1.SOBRE DISMINUCIN DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO84.2.SOBRE RENDIMIENTO, CONSUMO Y POTENCIA9V.PLANTEAMIENTO Y DELIMITACIN DEL TEMA115.1.FORMULACIN DEL PROBLEMA115.2.JUSTIFICACIN DEL ESTUDIO125.3.DELIMITACIN DEL ESTUDIO13Posibles alternativas de solucin.135.4.SOLUCIN A DESARROLLAR COMO RESPUESTA A LA PROBLEMTICA.17VI.DEFINICIN DE OBJETIVOS206.1.OBJETIVO GENERAL206.2.Objetivos Especficos20VII.MARCO TERICO207.1.Sistema de distribucin.207.2.rbol de levas217.3.Diagrama de distribucin217.4.Sensor inductivo23VIII.HIPTESIS24IX.DESARROLLO DE LA SOLUCIN259.1.ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA DE SINCRONIZACIN CONTROLADO ELECTRNICAMENTE.2510.1.2. CAMBIOS EN EL MECANISMO2510.1.3. SISTEMA ELECTRNICO DE CONTROL DE VLVULAS POR ACCIONAMIENTO ELECTROHIDRULICO269.2.SISTEMA ELECTRNICO DE CONTROL DE VLVULAS POR ACCIONAMIENTO ELECTROMECNICO279.3.LOGROS A OBTENER MEDIANTE LA IMPLEMENTACIN DEL MECANISMO DE CONTRL ELECTRNICO DE APERTURA Y CIERRE DE VLVULAS299.3.1.Distribucin variable mediante el control electromecnico o electrohidrulico de las vlvulas.299.3.1.1.Limitaciones de estos sistemas de distribucin variable.329.3.1.2.Beneficios que podra ofrecer el nuevo sistema de distribucin de control electrnico329.3.2.Independizacin y control de la combustin en cada uno de los cilindros de un motor.329.4.EVALUACIN ECONMICA DE LA VIABILIDAD ECONMICA DEL PROYECTO.339.4.1.ELEMENTOS DE LOS COSTOS DE INVESTIGACIN Y DESARROLLO33A.Costos fijos y variables33B.Inversin34C.Resumen de costos35D.Clculo de ingresos35E.Tiempo de recuperacin del capital36F.Anlisis costo beneficio369.5.DISEO DE UNA MAQUETA QUE INCLUYA PARTE MECNICA Y ELCTRICA.379.5.1.Parte mecnica37CLCULO DE VELOCIDADES37CALCULO VECTORIAL DE LA ACELERACIN399.6.IMPLEMENTACIN DE LA PARTE ELECTROMECNICA DEL CONTROL DE LAS VLVULAS.40X.OBSERVACIONES40XI.CONCLUSIONES41XII.BIBLIOGRAFA42XIII.ANEXOS4313.1.PLANOS DE LA PIEZA DE LA MAQUETA4414.3 CD ADJUNTO CON LA PROGRAMCIN DEL PLC DEL PROTOTIPO45

INTRODUCCIN

Con el paso del tiempo los fabricantes de motores de combustin interna para automviles se esfuerzan en el desarrollo de sus diseos ya sea para aumentar la eficiencia y de esta manera obtener mayor potencia o torque. En otros casos como en el presente se busca por encima de todo reducir el consumo de combustible y por ende la disminucin de emisin de gases txicos para nuestro medio; esto sin afectar el rendimiento de un motor.Nosotros como grupo de investigacin nos esforzamos como ya lo mencionamos, en disear un sistema de control de apertura de vlvulas ya sea de admisin o escape de tal manera que este no dependa de un eje de levas. La razn de como lograremos esto el lector se puede ir imaginando mientras busca la respuesta en este escrito; lo ms importante de momento es que se entienda lo que se va a lograr al implementa este nuevo control de vlvulas. En primer lugar como se tendra vlvulas independientes que puedan ser activadas en el momento deseado se hace posible un sistema de distribucin variable total. Qu significa realmente esto? Simplemente de momento diremos que esto hace posible que el rendimiento volumtrico de un motor aumente a cualquier rgimen de velocidad del motor y con esto otros factores como rendimiento trmico, potencia y torque. As mismo si combinamos nuestro sistema con un sistema de inyeccin electrnico se hace posible la desconexin de cilindros que ayudara en la reduccin de consumo de combustible y por ende una reduccin de emisin de gases contaminantes.Todo lo mencionado entre otros descubrimientos que se llevaron a cabo durante el estudio del mecanismo planteado podremos encontrarlo y entenderlo tras la lectura del presente informe. Est por dems decir que usted como lector queda invitado a escudriar en detalle el presente fruto de nuestra investigacin.

RESUMENComo ya sabemos el presente informe de investigacin contiene todos los detalles fundamentales de un estudio de sistema de control electrnico de apertura y cierre de vlvulas. En esta parte se detallarn a grandes rasgos cuales son los contenidos puntuales de la investigacin.En primer lugar se inici con la determinacin del problema que como a menudo para justificar la investigacin y desarrollo de los motores resulta ser la diminucin de consumo de combustible, de emisin de gases txicos y el aumento de rendimientos volumtrico o trmico como tambin de potencia y torque.En segundo lugar, otro punto a destacar es la descripcin de alternativas de solucin para los problemas planteados. Estos fueron tres que consisten en lo siguiente: el primero es la posible sobrealimentacin variable del motor median el acople de un variador continuo a un turbocompresor; el segundo trata de la implementacin de un sistema de recuperacin de energa calorfica en el sistema de escape de un sistema de combustin endotrmico; por ltimo se plante un diseo de sistema de distribucin mediante mecanismos controlados electrnicamente para el cierre y apertura de las vlvulas. Este ltimo es el que fue elegido como solucin a desarrollar despus de un proceso de seleccin por pesos mediante el cual se tom las precauciones necesarias para que pueda ser un proceso muy confiable.En tercer lugar, podremos encontrarnos con el desarrollo de la solucin el cual consisti en evaluar todas las posibles limitaciones del mecanismo planteado como solucin para enseguida resolverlas y brindarle solucin. Entre estos problemas los ms destacados fueron el nuevo accionamiento de las vlvulas y el nuevo control de sincronizacin que termin siendo beneficiosos ya que producto de esto nos pudimos encontrar con otras alternativas de mejora para un motor de combustin. As mismo en esta parte se encuentran todos los detalles del diseo y la construccin de la maqueta que simular el mecanismo propuesto como proyecto en este ciclo de estudios.En la ltima parte del informe encontramos las conclusiones a las cuales se llegaron despus del estudio. As mismo estn detalladas las observaciones resaltantes y los anexos que sern necesarias para un completo entendimiento de la investigacin.

ORGENES Y EFECTO DEL PROBLEMA1.1. Consumo ineficiente de combustibleEs bien sabido que con el paso del tiempo se desarrolla tecnologa que busca disminuir el consumo de combustible en el parque automotor. Pese a muchos intentos por lograr detener el uso de combustible de forma innecesaria cuando el vehculo est en estado de reposo no se logra detener el consumo, Estos porque el motor se mantiene en funcionamiento haciendo girar la volante en vaco. As mismo ha resultado muy difcil para los diseadores solucionar este problema porque esto involucra un gran cambio en el funcionamiento convencional de los motores.1.2. Perdidas mecnicas por friccin de componentes del sistema de distribucin.La potencia que se genera desde la transformacin de la energa qumica a mecnica mediante el movimiento axial de los pistones que es convertido en movimiento rotacional del cigeal, se va perdiendo, esto no solo se debe a la resistencia que ofrece el tren de fuerza; si no tambin al mismo torque que se necesita para mover el eje de levas y vencer la resistencia de los resortes para el accionamiento de las vlvulas. La friccin generada por estos componentes produce prdidas mecnicas, que a larga viene a ser ineficiencia de la misma, es decir se pierde energa en el accionamiento del eje de levas.1.3. Bsqueda de potencia y par razonables en diferentes condiciones.El disminuir la emisin de gases txicos involucra disminucin de consumo lo que a simple criterio involucrara prdida de potencia y par motor. Para ello se han desarrollado diversos implementos y sistemas, pero en muchos casos las mejoras tales como la sobrealimentacin y el tipo de tecnologa inyeccin a pesar de ser de ltima generacin estas se ven limitadas por el funcionamiento y mecanismo convencional de un motor de combustin alternativo.2. EFECTOS DEL PROBLEMAA medida que se desarrollan mejoras en los motores disel o motores en general se van convirtiendo componentes mecnicos por electrnicos ya que en algunos casos resulta ms eficaz y eficiente. Tambin podemos notar que convertir o cambiar un componente mecnico por uno electrnico no es suficiente y debido a ello se da el aumento de otros tales como el sistema common rail, el turbo compresor, el intercooler, etc. Lo cual involucra obtener mejoras en el funcionamiento del motor pero a su vez mayor espacio y complejidad para el mantenimiento.2.1. Emisin de gases contaminantes.Una de las mayores aplicaciones de los motores de combustin se da en el automovilismo y el parque automotor en general, el cual esta colmado de automviles de diversas marcas y modelos; cada una de estas marcas trabajan para desarrollar sus motores en bsqueda de obtener una buena potencia, par motor, eficiencia y disminuir las emisiones de gases nocivos para el medio ambiente; y debido a las causas y limitaciones ya mencionadas se sigue emitiendo grandes cantidades de estos gases nocivos hacia el medio en que habitamos.

ANTECEDENTES1.1. SOBRE DISMINUCIN DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADEROEL aumento de los gases de efecto invernadero y otros como el NOx o el SO2, este ltimo culpable de generar parte de las lluvias cidas, vienen siendo un gran problema que se va agravando de la mano de un aumento exponencial en el consumo de combustible fsil llamado petrleo. Frente a este problema se realizaron diversos estudios para encontrar combustibles alternativos y muchas de las empresas que se encargan de la produccin de motores empezaron a desarrollar tecnologa para tratar de menguar el problema de contaminacin por el uso excesivo del ya mencionado combustible.Un gran ejemplo de estudios de combustibles alternativos y desarrollo tecnolgico lo tenemos en una tesis de la Universidad Tecnolgica Nacional U.T.N. de Argentina. En aquel estudio que lleva por ttulo Una solucin tecnolgicamente viable para la reduccin de las emisiones en vehculos de inyeccin electrnica secuencial, propulsados a gas natural y como objetivo principal el siguiente: Estudio y desarrollo de un sistema de inyeccin secuencial de gas natural comprimido (GNC) para aplicar a motores naftenos de ciclo Otto con inyeccin electrnica secuencial de combustible, utilizando una tecnologa innovadora; se encontr que se logra una reduccin importante de contaminantes, hablamos de gases como el CO y el CO2 que segn el documento de tesis se llega a una reduccin del CO2 del orden del 19 al 30% y una reduccin del CO del orden del 65 al 90%. As mismo se logr una reduccin de la temperatura de los gases emitidos en 10 grados Celsius.Tambin, tenemos el desarrollo de la tecnologa de la conocidsima marca Renault, especficamente en el motor DCI-130. En el podemos apreciar una disminucin de emisin de CO2 hasta de un 20% respecto de los otros que producen la misma potencia. As mismo, el motor cuenta con caractersticas que marcan la diferencia en innovacin de motores; Entre las ms destacadas tenemos el apagado del motor cuando este se encuentre detenido ya sea en un parada de semforo u otra razn; la disminucin del tamao general del motor y un sistema de encendido que es el que logra en gran parte la disminucin de emisin de CO2. La reduccin de tamao se debe a que mediante ingeniera de diseo este tipo de motor cuenta con 4 vlvulas, 2 de inyeccin y 2 de escape; los cuales permiten genera una mejor turbulencia en el motor generando un mejor aprovechamiento del combustible y una combustin ms completa, lo cual se aprovecha para reducir las dimensiones de la carrera del motor. En Suma, cabe decir, que el sistema de arranque en fro es otra de las caractersticas del motor que permite disminuir la emisin de los gases txicos para nuestro medio ya que en esta etapa de funcionamiento de un motor de combustin es cuando se genera grandes cantidades de estos gases. La disminucin de estos gases se logra consiguiendo que el motor logre alcanzar de manera rpida la temperatura ptima de funcionamiento, esto haciendo que el sistema de refrigeracin no se accione en el monobloc cuando recin se encienda el motor sino que sea accionado mediante un sensor una vez que este llegue a una temperatura de funcionamiento aceptable.1.2. SOBRE RENDIMIENTO, CONSUMO Y POTENCIAEn el proceso de revisin de material bibliogrfico para el presente estudio tambin se consultaron diversas tesis profesionales, relacionados a la mejora de turbocompresores, las cuales sirven de apoyo en cuanto a la metodologa y tcnicas aplicadas. A continuacin se detallara los siguientes antecedentes: Segn la tesis de Salinas Jaramillo Andrs Francisco y Parreo Bonilla Alex Gonzalo, denominada Montaje de un turbocompresor a un motor de combustin interna a carburador para aumentar su rendimiento e incorporarlo al laboratorio de vehculos de la escuela de ingeniera automotriz., nos muestra lo siguiente:Resumen La presente tesis trata sobre la investigacin en el mejoramiento del rendimiento de un motor de combustin interna a carburador. Con la instalacin de un turbocompresor se lograr aumentar el volumen de mezcla aire-gasolina aspirado por los cilindros en cada ciclo, lo cual implica la introduccin en ellos de una masa gaseosa homognea y en mayor cantidad; logrndose de esta manera el incremento de la potencia. El turbocompresor es el dispositivo ms eficaz para sobrealimentar los motores empleados en los automviles, el balance econmico de funcionamiento logrado con ellos resulta ostensiblemente favorable. Como principio a la aplicacin del Turbocompresor, est corregir la deficiencia de los gases al no ser quemados ntegramente. Con el citado dispositivo se lograr una recarburacin, permitiendo aprovechar los residuos de gases activos, uniformizando el flujo hacia los cilindros. Accin que tambin favorece a una emisin de gases menos contaminantes y que ofrecen mayor facilidad a ser filtrados. Esta investigacin demuestra que con los conocimientos que tenemos es posible dar alternativas tecnolgicas a la solucin de problemas como: aumento de potencia, ahorro de combustible, control del medio ambiente. Los mismos que directa o indirectamente afectan de alguna manera a la salud y al desarrollo nacional. Segn el proyecto de Juan Esteban Tibaquir, denominada Caracterizacin Geomtrica y Tcnica De Un Turbocompresor De Un Vehculo Mazda 4.5 T, nos muestra lo siguiente:Resumen Se emplear el turbocompresor de un vehculo Mazda 4.5 T para analizarlo geomtrica y tcnicamente con el fin de conocer todas sus caractersticas.Debido a que nuestro medio carece de las tecnologas apropiadas para la construccin de la turbina y el compresor se emplearn los componentes de un turbocompresor de un vehculo Mazda 4.5 T.El trabajo de grado comprende principalmente la caracterizacin del turbocompresor, con lo cual se levantarn sus planos geomtricos los cuales incluirn los dimetros del rotor, ngulos de entrada y salida de los labes, espesor de los labes y otros, y aplicando la teora o leyes de similitud se elaborar una prediccin del comportamiento del turbocompresor para diferentes puntos de operacin, relaciones de compresin, revoluciones y caudales.20

Posteriormente, de acuerdo con los resultados obtenidos en el trabajo se elaborarn las caractersticas que en trminos de generacin puede ofrecer la turbina del turbocompresor. De igual forma la caracterizacin del turbocompresor ofrecer las caractersticas iniciales demandadas para el compresor y la cmara de combustin de la microturbina que se desea disear para el laboratorio de trmicas de la Facultad de Ingeniera Mecnica de la Universidad Tecnolgica de Pereira.

PLANTEAMIENTO Y DELIMITACIN DEL TEMA1.3. FORMULACIN DEL PROBLEMAPara la formulacin de las ideas y problemas para el desarrollo del presente proyecto se llev acabo, en primer lugar una lluvia de ideas.

Imagen N 1: Tormenta de ideas realizada por los miembros del grupoFuente: Propia1.4. JUSTIFICACIN DEL ESTUDIODebido al problema de contaminacin y a la necesidad de reducir el consumo de combustible y el desperdicio de energa nos vemos con la necesidad de direccionar este proyecto en brindar soluciones a los problemas mencionados y otros como el desgaste y prdida de energa por friccin.En el esquema podemos apreciar diversos problemas que se generan en un motor de combustin. Por ejemplo, el consumo de combustible genera un inminente gasto que aumenta con el paso del tiempo, y porque no algo ms significativo como lo es la contaminacin, menudo problema mundial. En dicho esquema tambin podemos apreciar que la aplicacin de la electrnica, a estado brindando soluciones a estos problemas mediante diversas aplicaciones de la electrnica como por ejemplo el sistema de inyeccin Common rail que es un sistema de inyeccin de combustible contralado electrnicamente para poder tener precisin en la inyeccin y adems hacer que este pueda ser inyectado a altas presiones, Teniendo como efecto una disminucin del consumo y un aumento en el rendimiento y la potencia de los motores.Por las razones mencionadas en el prrafo anterior propusimos que el estudio y desarrollo del presente proyecto se base en un tema consistente en lo siguiente: la reduccin del consumo, brindar un mejor uso de la energa que brinda el combustible, la reduccin de las prdidas de energa y desgaste por friccin; mediante la implementacin o modificacin de un motor convencional para un mejor aprovechamiento del combustible con el afn de evitar demasiadas prdidas de energa y un mejor aprovechamiento del combustible.

Imagen N 2: sistema common railFuente: Electropartes Repuestos y Rervicios.Link de direccin: http://jcelectropartes.com/services/sistema-common-rail/1.5. DELIMITACIN DEL ESTUDIO Posibles alternativas de solucin. Alternativa 1: 1.5.1. Sobrealimentacin Variable mediante el acople de un variador contino a un turbocompresor En este caso el movimiento seguira partiendo del motor ya queel nuevo diseo de este turbocompresor estara movido por una correa dirigida por el cigeal. Este movimiento siempre depender del giro del motor y sus variaciones, por lose le instalara un sistema de transmisin por variador continuo entre la polea que recibe el movimiento y el eje de la hlice que gira dentro de la caracola de admisin. Con este sistema dedesmultiplicacin continua del ratio de girootorgado por el cigeal,podemos conseguir los valores de sobrepresin y caudal que necesitamosen cada ciclo de trabajo. De esta forma ya no se depende de los gases de escape y un funcionamiento ptimo desde ralent a 800 RPM, con ello se lograra en diferentes regmenes de giro del motor dosificar la potencia adecuadamente y por ende reducir el consumo de combustible por el aumento del rendimiento volumtrico provocado por el compresor , ya que con la transmisin variable acopada, por una vuelta que del cigeal , el eje del turbocompresor y el compresor dara N vueltas , ya que este ltimo no est acoplada directamente.

Imagen N 3: Se observa el despiece del nuevo diseo del turbocompresor, no existe turbina, pero si el sistema de transmisin variableFuente: Tecmova tecnologa y coches de nueva generacinLink: http://www.tecmovia.com/2012/01/27/rotrak-reinventa-la-sobrealimentacion-gracias-a-la-transmision-continua-variable/Alternativa 2: 1.5.2. Implementacin de un sistema de recuperacin de energa calrica en el sistema de escape de un motor de combustin endotrmico.Ms del 35% de la energa contenida en el combustible que emplean las mecnicas de los motores, se desperdicia a travs del calor y gases de escape. Por tal motivo transformando este desperdicio en energa elctrica y almacenarla en batera para su posterior utilizacin tanto en los sistemas elctricos como para que operen motores elctricos , en el caso de vehculos hbridos supone un ahorro de combustible considerable , mientras menos resistencia tenga el cigeal al provocar rotacin mediante el acople de fajas o cadenas a otros componentes , mayor ser la potencia que se disponga para una determinada cantidad de combustible que se inyecte en cada cilindro.El sistema de recuperacin de energa calrica, resultara ser integral ya que dependera de 2 elementos fundamentalmente, uno que utilice la rotacin del turbocompresor en las sobre presiones y otra mediante generadores termoelctricos , el primero mediante el acople y la adaptacin de un generador al turbocompresor controlado electrnicamente, se puede llegar transformar parte de la energa cintica y calrica de los gases de escape en energa elctrica por medio de la rotacin del eje , ya que los turbocompresores pueden llegar a mas 100000RPM , cabe resaltar que el turbocompresor, el segundo aprovechara el efecto Seebeck por el que se consigue la generacin de una cada de tensin entre dos metales de diferente origen al aplicar una fuente externa de calor. El escenario ideal donde la recuperacin puede llegar a valores ms altos es en trayectos continuos a velocidades en torno a los 80-100 Km/h, donde el sistema de recuperacin podra llegar a reciclar hasta un2,4%de la energa empleada. Sistemas similares se vienen empleando en la F1 o son parte del poyecto PowerDriver europeo. Una desventaja de esta solucin es que estos sistemas son ms aplicables a vehculos hbridos y no todo el sector automotor lo es.

Imagen N 4: Se observa un diagrama de como seria la recuperacin de energa calrica por medio de los metales y la fuente de calor la cual la proporciona los gases de escape.Fuente: desconocida.

Alternativa 3: 1.5.3. Diseo de un sistema de distribucin mediante mecanismos controlados electrnicamente para el cierre y apertura de las vlvulas. Como ya se ha mencionado lneas arriba mientras menos componentes necesiten del giro del cigeal para girar o mecanismos de los sistemas donde se genere perdidas mecnicas ocasionada por friccin o el rozamiento, tendremos ms potencia disponible para un determinado consumo de carburante , es decir mayor potencia con menos consumo de combustible , deriva en un motor ms eficiente y amigable con el medio ambiente, ms aun el desgaste es mayor o hay mayor resistencia por las inercias estticas de los componentes , cuando se arranca en frio el motor , ya que la temperatura de trabajo optima no se alcanza al instante. Por tales motivos se tendra que redisear o mejor dicho disear un nuevo sistema de distribucin del motor quitando componentes que hacen que haya perdidas mecnicas y peso, como es el caso de los rboles de levas, balancines, correas, piones y otros componentes perteneciente a este sistema. Mediante la implementacin de mecanismos accionado electrnicamente, es decir un sistema electromecnico que al momento que le llegue corriente a unas terminales polarice de tal forma un electroimn genere un campo magntico con suficiente fuerza para poder subir una vlvula normalmente cerrada venciendo la resistencia del muelle , las fricciones y la inercia esttica de la misma , o cuando cesa el flujo de corriente esta vuelve al estado natural es decir cerrada , con esto se logra abrir y cerrar las vlvulas tanto en la admisin como en el escape , a todo esto el control electrnico que sera supervisado por la ECU del automvil , podra darnos diversos estados y diagramas de funcionamiento para diferentes regmenes del motor es decir diferentes configuraciones en cuanto a la velocidad de apertura y cierre de las mismas, o sepodramodificar el mapeado de formaindividualpara cadavlvulasegnlas variables que se consideraran oportunas , pero lo ms importante es que se puede lograr la independencia de los cilindros, es decir tener 3 motores en uno solo bloque , con ello se puede operar 1 motor de un cilindro , otro de 2 cilindros y otro de 3 , el cual es el total de cilindros , para ello se tiene que calcular cunto es lo mnimo de peso en total que un solo cilindro operando puede desplazar sin complicaciones y bajo qu condiciones, para poder garantizar la fiabilidad del sistema y evitar prematuras complicaciones (desgaste) . No siempre se necesita que todos los cilindros en su interior la mezcla aire carburante este combustionando, por ende se lograra disminuir el consumo de combustible, en otras palabras para un determinado evento no siempre se necesita la misma cantidad de potencia para desplazar el vehculo una vez que rompi su propia inercia, o cuando estamos en un trayecto largo con un cierto ngulo de pendiente, la fuerza de gravedad nos ayuda a desplazarnos o trayectos de carretera largos.

1.6. SOLUCIN A DESARROLLAR COMO RESPUESTA A LA PROBLEMTICA.Para ello se tuvo que evaluar las tres alternativas mediante un cuadro de seleccin, el cual tena pesos en funcin de las necesidades que demanda la solucin de la problemtica evaluando sus ventajas, desventajas y dando unos parmetros comunes de seleccin.

Posible alternativa de solucin 1

Sobrealimentacin Variable mediante el acople de un variador contino a un turbocompresor

VentajasDesventajas

No hay retardo de funcionamientoMayor costo de mantenimiento

Diferentes valores de presin y caudal para diferentes regmenes de giro del motorNo aplica a todos los motores no es tan adaptable

Mejor rendimiento volumtrico del motorMayor nmero de componentes para desgastarse

Reduccin del consumo de carburante

Desmultiplicacin del ratio de giro

Buenas sensaciones de conduccin

Reduccin de contaminantes para el medio ambiente.

Cuadro N1: ventajas y desventajas de la solucin 1 Fuente: propia

Posible alternativa de solucin 2

Implementacin de un sistema de recuperacin de energa calrica en el sistema de escape de un motor de combustin endotrmico

VentajasDesventajas

No hay retardo de funcionamientoMayor costo de mantenimiento

Diferentes valores de presin y caudal para diferentes regmenes de giro del motorServicio especializado

Mejor rendimiento volumtrico del motorMayor nmero de componentes para desgastarse

Reduccin del consumo de carburanteSe necesita que los vehculos sean necesariamente hbridos

Aprovechamiento de la energa desperdiciada

Control total electrnico del turbocompresor

Reduccin de contaminantes para el medio ambiente

Cuadro N 2: ventajas y desventajas de la solucin 2Fuente: propia

Posible alternativa de solucin 3

Diseo de un sistema de distribucin mediante mecanismos controlados electrnicamente para el cierre y apertura de las vlvulas

VentajasDesventajas

Reduccin significativa de carburanteDesequilibrios instantneos al momento de pasar de 1 a 2 o 3 cilindros de funcionamiento

Desconexin de cilindrosMayor costo de mantenimiento

Buenas sensaciones de conduccinServicio especializado

Control total sobre el cierre y apertura de las vlvulas Mayor complejidad al sincronizar el sistema

Diferentes tipos de motores en un solo bloque

Reduccin de contaminantes para medio ambiente

Aumento de potencia en promedio 10% dependiendo del motor

Aumento de Par en promedio del 15% dependiendo del motor

Aumento del rendimiento mecnico

Menos peso o inercias estticas

No es necesario que el vehculo sea Hibrido.

Cuadro N 3: ventajas y desventajas de la alternativa 3Fuente: propia

CUADRO DE SELECCIN

PARMETRO SOLUCION POR PESO ASIGNADO

PesoS1S2S3

REDUCCIN DE CONSUMO DE CARBURANTE5% 3 0.15 3 0.15 4 0.2

REDUCCIN DE EMISIONES18% 2 0.36 3 0.54 4 0.72

AHORRO ECONMICO EN COMBUSTIBLE14% 3 0.42 2 0.28 3 0.42

COSTO DE MANTENIMIENTO 10% 2 0.2 - 0 - 0

COMPLEJIDAD PARA EL MANTENIMIENTO13% 1 0.13 - 0 - 0

COMPONENTES MECANICOS ELIMINADOS 5% - 0 - 0 3 0.15

REDUCCIN DE PESO DE MECANISMOS5% - 0 - 0 2 0.1

APLICACIN EN EL SECTOR AUTOMOTRIZ10% 1 0.1 1 0.1 3 0.3

APROVECHAMIENTO DEL CONTROL ELECTRNICO5% 3 0.15 3 0.15 3 0.15

AUMENTO DE POTENCIA8% 3 0.24 1 0.08 2 0.16

AUMENTO DE PAR 7% 3 0.21 1 0.07 2 0.14

TOTAL100% 1.96 1.372.34

PONDERACIN

VALORSIGNIFICADO

4MUY BUENO

3BUENO

2REGULAR

1ACEPTABLE

0MALO

-1NO APLICA

Cuadros N 4 y 5: cuadro de seleccin segn la ponderacin establecidaFuente: propia

Despus de evaluar las 3 posibles alternativas de solucin, en funcin de los resultados de la ponderacin, la posible alternativa de solucin es: Diseo de un sistema de distribucin mediante mecanismos controlados electrnicamente para el cierre y apertura de las vlvulas

DEFINICIN DE OBJETIVOS1.7. OBJETIVO GENERAL Realizar el anlisis de un sistema o grupo funcional que permita la sincronizacin de vlvulas en un motor, mediante determinado mecanismo de apertura y cierre controlado electrnicamente.1.8. Objetivos Especficos Realizar el estudio de factibilidad, de la implementacin del sistema de sincronizacin controlado electrnicamente en un motor de combustin interna. Realizar el diseo de maqueta para la posterior construccin de un prototipo. Construir una maqueta que simule el funcionamiento del mecanismo electromecnico.

MARCO TERICO1.9. Sistema de distribucin.La distribucinSe llama distribucin al conjunto de piezas que regulan la entrada y salida de gases en el cilindro. Este sistema debe estar en perfecto sincronismo con el cigeal, para que las aperturas y cierres de las vlvulas se produzcan con arreglo a las sucesivas posiciones del pistn dentro del cilindro y en los momentos adecuados.La distribucin est formada por los siguientes componentes: Las vlvulas con sus muelles, asientos, guas y elementos de fijacin. El rbol de levas y elementos de mando. Los empujadores y balancines.

Figura N1: Partes de la distribucin de un motorFuente: Aficionados MecnicaLink: http://www.aficionadosalamecanica.net/motor-distribucion1.10. rbol de levasUn rbol de levas es un mecanismo formado por un eje en el que se colocan distintas levas, que pueden tener distintas formas y tamaos, y estn orientadas de diferente manera, para activar diferentes mecanismos a intervalos repetitivos, como por ejemplo unas vlvulas, es decir constituye un temporizador mecnico cclico, tambin denominado Programador mecnico.En un motor controla la apertura y el cierre de las vlvulas de admisin y escape, para desplazar las vlvulas de sus asientos se utilizan una serie de levas, tantas como vlvulas tenga el motor. Dichas levas van mecanizadas en un eje, con el correspondiente ngulo de desfase para efectuar la apertura de los distintos cilindros, segn el orden de funcionamiento establecido.

Figura N 2: rbol de levas de la distribucin.Fuente: WikipediaLink: http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rbol_de_levas

1.11. Diagrama de distribucinGrfico donde se representan los ngulos de apertura y cierre de las vlvulas de un motor de 4 tiempos. Se trata generalmente de un diagrama circular donde se representan los arcos de tiempo, referidos a los puntos muertos del pistn, durante los cuales las vlvulas permanecen abiertas o cerradas.En un ciclo ideal de funcionamiento puede suponerse que las fases de apertura y cierre de las vlvulas coinciden con la llegada del pistn a los puntos muertos. En la prctica, esta coincidencia se produce muy pocas veces y slo a regmenes bajos. En efecto, es necesario un cierto tiempo para que la vlvula pueda abrirse o cerrarse completamente; por tanto, las fases de apertura y cierre debern iniciarse poco antes o despus de los puntos muertos.El diagrama de apertura de la vlvula de admisin se estudia siempre para que permita el mximo llenado del cilindro a una cierta velocidad. Por ello es necesario anticipar el inicio de la fase de apertura respecto al punto muerto superior, de manera que la vlvula se encuentre suficientemente abierta cuando el pistn, descendiendo, inicia la aspiracin de la mezcla. En cambio, el cierre de la vlvula es retrasado respecto al punto muerto inferior, con objeto de aprovechar la inercia de la mezcla (que contina entrando incluso cuando el pistn comienza a subir). Cuanto ms deprisa gira el motor, tanto ms grande es la inercia de la mezcla y tanto mayor debe ser el retraso de cierre de la vlvula.Del mismo modo, la vlvula de escape empieza a abrirse antes que el pistn haya llegado al punto muerto inferior. Este avance determina la disminucin de la presin en el cilindro y permite al pistn expulsar con mayor facilidad los gases quemados. La evacuacin est adems favorecida por el hecho de que la vlvula, cuando se inicia la fase de escape, se encuentra ya completamente abierta. La propia vlvula, finalmente, se cierra con retraso respecto al punto muerto superior, y esto permite aprovechar del todo la inercia de los gases quemados. Por tanto, alrededor del punto muerto superior existe un breve espacio de tiempo en el cual ambas vlvulas estn abiertas. En este breve tiempo la depresin existente en el colector de escape favorece la evacuacin de los gases quemados y facilita la entrada de la mezcla fresca por el conducto de admisin. El ngulo correspondiente al arco de tiempo en cuestin se define como ngulo de cruce de vlvulas.

Figura N 3: Diagramas de distribucinFuente: MotorgigaLink: http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/diagrama-de-la-distribucion-definicion-significado/gmx-niv15-con193843.htm

1.12. Sensor inductivoLos sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirve para detectar materiales metlicos ferrosos. Son de gran utilizacin en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metlicos en un determinado contexto: deteccin de paso, de atasco, de codificacin y de conteo.

Figura N 4: sensor inductivoFuente: TEM electronic components link: http://www.tme.eu/html/ES/sensores-capacitivos-de-proximidad-serie-pcpa/ramka_9880_ES_pelny.html

HIPTESISLa razn que engloba el presente estudio es obtener criterios claros para lograr un mejor control de la apertura y cierre de vlvulas en los cilindros de un motor, puesto que esto nos permitira dividir el motor en diversos motores con diversos nmeros de cilindros; adems se podr obtener los diagramas de distribucin que el motor requiera segn las RPM en el que est trabajando. En suma podramos decir que un motor, supongamos de 12 cilindros, podra trabajar con la potencia de uno de 4,5,6,7,8,9,10,11 o 12 adems con consumos que se acomoden de manera eficiente a estos tipos de motores gracias a una distribucin variable. Para poder obtener lo mencionado es necesario obtener un mejor control de la apertura y cierre de vlvulas; para esto ser necesario implementar un control de las vlvulas de admisin y escape, independiente de un eje de levas.Para ello se implementar el control electro-mecnico o electro-hidrulico de activacin de las ya mencionadas vlvulas. La implementacin de dicho sistema de control brindar al operador o a la ECU del automvil el control del motor. Es decir se podr decidir que el motor funcione con el accionamiento y combustin de todos los cilindros o de ser el caso solo con algunos de ellos, entregando as la potencia propicia requerida para cada ocasin.El control de accionamiento de cilindros que obtengamos producto de la implementacin de este nuevo sistema se traducir en la reduccin de prdidas por friccin del eje de levas y de la faja de sincronizacin en un rango de 2% a 4%. As mismo lo que ms importa conseguir es la reduccin del consumo de combustible que dependiendo de las condiciones en las que se conduce podra ir desde un 5% a un 20%; la reduccin del consumo de 5% a 10% se dara el caso para cuando el carro recorra carreteras en zonas de planitud. En suma el ahorro de un 10% a 20% en consumo se dara cuando el mvil recorra caminos con pendientes a favor del movimiento de este ya que se dejara que el mvil se mueva ms por inercia, desconectando mucho de los cilindros para disminuir el consumo.

DESARROLLO DE LA SOLUCIN 1.13. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA DE SINCRONIZACIN CONTROLADO ELECTRNICAMENTE.Para empezar a definir la factibilidad del proyecto en primer lugar se dejar en claro lo que se quiere lograr en la parte mecnica. Enseguida se detallarn las restricciones para as poder atacar estas puntualmente hasta solucionarlas.10.1.2. CAMBIOS EN EL MECANISMOEl ttulo bien lo menciona pero cabe resaltar que para explicar lo que se quiere lograr es muy limitado. Desde un panorama que explique el desarrollo de un sistema de apertura y cierre de vlvulas de forma electrnica tenemos que decir que con ello se quiere lograr la independizacin de la apertura y cierre de estas respecto a un eje de levas. Esto servir para lograr obtener el control electrnico y pode decidir con facilidad el momento en que las vlvulas se tengan que abrir o cerrar o de ser el caso mantenerse cerradas. As mismo esto har que se tenga determinado control del ciclo en los cilindros y por ende consumo de combustible.Lo mencionado se lograr quitando el eje de levas y accionando las vlvulas mediante solenoides o de forma electro-hidrulicas o electro-mecnica. El mayor problema que se origina al quitar el eje de levas es la sincronizacin del motor ya que esto se da de la mano del giro del cigeal que acciona el eje de levas de forma sncrona con el desplazamiento de los pistones.Por ltimo, para no tener ningn problema con la combustin y las prdidas de potencia del motor ser de gran importancia evaluar el sistema de inyeccin de combustible y der posible realizar un reajuste en los tiempos de inyeccin para poder optimizar la potencia y torque del motor.A. Quitar el eje de levasQuitar el eje de levas suena descabellado ya que gracias a esto los motores accionan las vlvulas en forma sncrona con los movimiento de los pistones. Si bien se desapareci el eje de balancines en su momento el accionamiento mecnico de vlvulas no ha variado mucho; de ah que resulta ilgico la posibilidad de quitar tambin el eje de levas ya que en lo primero que se pensara es en la forma en la que quitando dicho componente se pudiese abrir y cerrar vlvulas.Primer problemaB. Desarrollar un nuevo sistema de sincronizacinEl nuevo sistema constara de nuevos componentes entre los que obviamente ya no se va a encontrar un eje de levas ni un eje de balancines. Qu otros componentes encontraramos en este nuevo sistema de control electrnico de vlvulas?Estos componentes que reemplazaran a las incondicionales levas van a depender del nuevo sistema a implantar. Se manejan dos posibilidades en las cuales prima el control electrnico de estas; entre ellas tenemos:10.1.3. SISTEMA ELECTRNICO DE CONTROL DE VLVULAS POR ACCIONAMIENTO ELECTROHIDRULICOLos componentes necesarios para implantar este nuevo sistema son:Comunes:Vlvula, gua de vlvula, muelle, sensor de giro del cigeal y un ordenador que procese los datos censados y que active la apertura de las vlvulas.Nuevos componentesVlvula electro hidrulica de control de paso de caudal, actuador hidrulico de diseo segn condiciones y por ltimo un proveedor de caudal para el sistema y tambin un tanque

Imagen N 5: Simulacin de circuito electro-hidrulico para el control de las vlvulas.Fuente: Propia.

En la imagen tenemos que aclarar que el sensor de presin P1 acta como la marca que hace que se desactive el accionador hidrulico y el S2 la marca que hace que este retorne.LIMITACIONESEl presente sistema de control electrohidrulico presentara las siguientes limitaciones: Se necesitara un nuevo sistema de presin para el accionamiento de las vlvulas, es decir una nueva bomba. Este sistema requiere un tanque adicional para depositar el aceite lo cual se traduce en espacio de almacenamiento.VENTAJAS Los sistemas hidrulicos se caracterizan por tener la capacidad de trabajar con gran carga. La respuesta de un sistema hidrulico es alta1.14. SISTEMA ELECTRNICO DE CONTROL DE VLVULAS POR ACCIONAMIENTO ELECTROMECNICOEl sistema con vlvulas electromecnicas resulta un sistema ms directo en el que se emplearan los siguientes componentes:Comunes:Vlvula, gua de vlvula, muelle, sensor de giro del cigeal y un ordenador que procese los datos censados y que active la apertura de las vlvulas.Nuevos componentesSolenoide de diseo ajustado a la fuerza necesaria para vencer las fuerzas de friccin y del muelle. Tambin ser necesario una toma de corriente constante para cada solenoide.

Imagen N 9: circuito elctrico del control de vlvulasFuente: propia

C. Evaluar el sistema de inyeccin de combustible y los tiempos de inyeccin.Todos los sistemas de inyeccin electrnica de combustible seran propicios para el ptimo funcionamiento de este nuevo sistema de combustin y para lo que se quiere lograr que es la desconexin de cilindros. Para ello es necesario que en cierto momento se anule la inyeccin de combustible en alguno de los cilindros del motor.Los sistemas que pueden acoplarse al prototipo de motor son los siguientes:HEUIINYECTOR BOMBACOMON RAILCul es la razn de que estos sistemas de combustible puedan acoplarse a nuestro prototipo de motor?La razn es sencilla de explicar ya que cada uno de estos sistemas inyecta combustible bajo control de un ordenador que para el caso de los automviles es la ECU; por ende se puede decir que se tiene control de la inyeccin en cada uno de los cilindros. En conclusin hasta este punto podemos decir lo siguiente: Se tendra el control de la apertura y cierre de las vlvulas. Adems se tiene tambin el control de la inyeccin de combustible en cada cilindro por ende podemos decir que se tiene el control de la combustin en todos los cilindros que es lo que se quiere lograr con nuestro sistema de control electrnico de la distribucin.

1.15. LOGROS A OBTENER MEDIANTE LA IMPLEMENTACIN DEL MECANISMO DE CONTRL ELECTRNICO DE APERTURA Y CIERRE DE VLVULAS

1.15.1. Distribucin variable mediante el control electromecnico o electrohidrulico de las vlvulas.Lo primero que obtenemos al lograr un control electrnico de las vlvulas es tener la facilidad de abrirlas y cerrarlas en el momento que se desee haciendo que estas operen a diferentes regmenes de velocidad del cigeal (RPM).Este control de vlvulas se viene intentando desde hace mucho tiempo por los diferentes fabricantes de motores en el mundo. Este sistema es llamado comnmente como sistema de distribucin variable; los nombres con los que los encontramos son VTC de la marca Citron, VTEC de Honda, VVT de Toyota entre otros. Este sistema consiste en modificar los ngulos de apertura y cierre de vlvulas de admisin o escape para obtener un mejor rendimiento volumtrico y por ende mejor potencia, par y porque no tambin un mejor rendimiento trmico.Para entenderlo mejor se muestran los siguientes grficos:A. Diagrama de distribucin de un motorEste es el diagrama comnmente utilizado para explicar los 4 tiempos del motor de combustin interna ya sea con algunas variaciones para el ciclo Otto o Disel.

Imagen N 6: Diagrama genrico de distribucin.Fuente: Pirata Motor.Link: http://www.piratamotor.com/art%C3%ADculos-t%C3%A9cnicos/eficiencia-volumetrica.htmlLo que se obtiene con el sistema de distribucin variable desarrolladas por las marcas ya mencionadas son los siguientes casos:B. Avance apertura admisin y retraso sierre admisinEsto se busca comnmente en los motores para mejorar el rendimiento volumtrico de los motores. Pero en este caso es lo ideal ya que a bajas revoluciones se provoca una prdida de par motor o bajo rendimiento volumtrico ya que el aire que se deja entrar resulta ser expulsado por la carrera de ascenso del pistn.

Imagen N 7: avance del cierre de admisin y retraso del cierre de admisinFuente: sistema de distribucin variable VTC (Citron)Link: https://www.youtube.com/watch?v=MYflBZHV_wo.

C. Adelanto de apertura admisin.Esto para obtener un mejor llenado de aire y por ende mejor rendimiento volumtrico en los cilindros a bajos regmenes de velocidad del motor

Imagen N 8: Adelanto de la apertura de admisin. Fuente: sistema de distribucin variable VTC (Citron)Link: https://www.youtube.com/watch?v=MYflBZHV_woD. Retraso en el cierre de la vlvula de admisinSi bien se retrasa la apertura de la vlvula de admisin respecto del diagrama anterior tambin se retrasa el cierre de esta vlvula logrando un llenado aceptable del cilindro. Esto es posible porque a altas RPM el ingreso de aire a la cmara de combustin se da con gran inercia y a pesar de que el pistn este en ascenso este todava se mantenga en llenado producto de esa inercia.

Imagen N 9: Retraso cierre admisinFuente: sistema de distribucin variable VTC (Citron)Link: https://www.youtube.com/watch?v=MYflBZHV_wo.

1.15.1.1. Limitaciones de estos sistemas de distribucin variable.La limitacin de este sistema de distribucin variable que comparado con el que nosotros proponemos resulta ser anticuado es fcil de describir. Es fcil entender que un motor no siempre se encuentra a determinados regmenes de velocidad es decir que no vamos a encontrar a un motor siempre en 1000 o 1200 RPM y en otros casos en 4000 o 5000 RPM ya que la velocidad del motor cambia contantemente y depende de las condiciones de operacin.Por tanto podemos decir que un sistema de distribucin variable que toma en cuenta solo regmenes de velocidad del motor no resulta ser muy efectivo.1.15.1.2. Beneficios que podra ofrecer el nuevo sistema de distribucin de control electrnicoAl tener un control electrnico de las vlvulas independiente de un eje de levas es posible obtener un sin nmero de diagramas de distribucin ya que la apertura y cierre de estas seran controlados por un computador teniendo en cuenta la velocidad en la que el motor este trabajando a cada instante.Si el caso se diera de trabajar con un sistema de sobre alimentacin como un turbo compresor se podra adelantar la apertura de la vlvula de admisin para ayudar a evacuar los gases de escape por otro lado retrasar el cierre de la vlvula a altos regmenes de velocidad para mejorar el rendimiento volumtrico del motor. Esto a su vez se traducira en un mejor aprovechamiento de combustible y reduccin de los gases contaminantes mediante una mejor combustin.1.15.2. Independizacin y control de la combustin en cada uno de los cilindros de un motor.Este es el motivo por el que se inici el estudio de control independiente de las vlvulas. Una vez logrado lo que se busca, sera posible la desconexin de cilindros pudiendo as obtener de un motor de mltiples cilindros diferentes configuraciones lo que es un equivalente a diferentes motores con diferentes cantidades de consumo de combustible.Cmo se lograra la desconexin de cilindros? Con el control electrnico de las vlvulas y la inyeccin de combustible mediante un ordenador se podr cortar la el flujo de combustible a la cmara de combustin as mismo se podr mantener las vlvulas de admisin y escape del cilindro completamente cerradas. Con esta disposicin del motor surge una pregunta ms de vital importanciaEl cilindro desconectado generara prdidas?Aparentemente esto ocurrira porque para comprimir los gases de la cmara de combustin el motor realiza un trabajo. Pero este trabajo sera compensado con la energa que acumularan los gases dentro del cilindro producto de la compresin esta energa sera de ndole potencial y se acumulara en forma de presin que sera aprovechada en la carrera de descenso del pistn.1.16. EVALUACIN ECONMICA DE LA VIABILIDAD ECONMICA DEL PROYECTO.Para saber en detalle los beneficios econmicos que podra generar el presente proyecto se desarroll el siguiente anlisis econmico basado en la posible implementacin del proyecto como mdulo de estudio dentro de los laboratorios de Tecsup.1.16.1. ELEMENTOS DE LOS COSTOS DE INVESTIGACIN Y DESARROLLOLos costos de investigacin y desarrollo deben contienen todos los desembolsos monetarios que se pueden atribuir directamente a las actividades de investigacin y desarrollo y todos los que puedan ser distribuidos proporcionalmente por medio de bases razonables a estas actividades, en este trabajo se incluyen entre estos costos los siguientes: Sueldos, salarios y otros costos de personal relacionados, siempre que este personal est implicado en las actividades de investigacin y desarrollo. Costos de materiales y servicios consumidos en las actividades de investigacin y desarrollo. Depreciacin de las propiedades, planta y equipo, en la medida que hayan sido usados para llevar a cabo las actividades de investigacin y desarrollo. Costos indirectos, distintos de los costos administrativos generales, relacionados con las actividades de investigacin y desarrollo; estos costos se calculan y asignan sobre las mismas bases que se utilizan para los inventarios. Otros costos, tales como los de amortizacin de patentes o licencias, en la medida en que tales activos hayan sido usados en las actividades de investigacin y desarrollo.Estos costos fueron segmentados en costos fijos, variables, inversin en materiales para maqueta y para prototipo.

A. Costos fijos y variablesCOSTOS FIJOS

Costos peridicos indirectos (S/da)

Espacio de trabajo6.67

SALARIOS

Soto30.77

Tello30.77

Tineo30.77

Beaticos 68

Costos peridicos directos (S/da)

Internet (S/mes) 16.67

Dep. laptop Soto (S/mes)2.08

Dep. laptop Tello (S/mes)1.39

Dep. laptop tineo (S/mes)1.85

TOTAL188.97

DAS DE TRABAJO51.00

TOTAL (S/.)9637.22

COSTOS VARIABLES

Costos por producto

Acrlico140

Pegamento15

Alquiler de equipo de corte60

Diodos led4.5

Sensores de posicin90

Potencimetro2

Motor elctrico60

Solenoides120

Cables15

Terminales10

Aceite15

Gastos en horas hombre60

TOTAL591.5

Cuadro N 7 y 8: Costeo de recursos fijos y variables del proyectoFuente: propiaB. InversinLa inversin se determin en base a todos costos para la implementacin del proyectoINVERSIN

Costos nicos directo (S/.)

HERRAMIENTAS

Arco de sierra7

Destornilladores (pequeos)11

Reglas1

Lijas5

lpiz1

MAQUETA

Cartn prensado4

Tarugo de madera3

Tachuelas1

Pegamento15

Herramientas25

PROTOTIPO

Acrlico140

Pegamento6

Alquiler de equipo de corte60

LIBROS

Soto 1200

soto 2150

TOTAL (S/.)629

Cuadro N 9: Detalle de la inversin en el proyectoFuente: propia

C. Resumen de costosLos costos fueron divididos en dos grupos para determinar los costos totales de diseo, fabricacin e implementacin de quince mdulos de estudio se mencionan en el siguiente cuadroDETALLESCOSTOSN DE PRODUCTOSS/.

PARA LA FABRICACIN DEL PRIMER MDULO11566.22111566.22

FABRICACIN DE LOS MDULOS13001519500

Costo total para la implementacin31066.22

Cuadro N 10: resumen de costos totales para la implementacin de 15 mdulos de estudioFuente: propia

D. Clculo de ingresosDespus de determinar los costos totales del proyecto se procedi al clculo estimado de retorno que se obtiene por la implementacin de los mdulos en el taller de motores de Tecsup para cursos de PFR o de PCC.

NOMBRES DE CURSOSPrecio en S/.N de alumnos promedioDuracin (Mes)Taza de retorno por cursoBeneficio en soles (S/mes)

Curso de Mantenimiento de equipo pesado711015810.0%1333

Curso de refresco de renovacin de licencia clula y motores12401527.0%651

Diagnstico de maquinaria pesada1190152.59.0%642

Habilitacin de clula y motor propulsor25201525.0%945

TOTAL3571

Cuadro N 11: clculo del retorno mensual que se obtiene por el uso de las maquetasFuente: propia

E. Tiempo de recuperacin del capitalPara determinar el tiempo de recuperacin del capital se construy el siguiente cuadro.COSTO TOTAL31066.22

INGRESOS (S/./mes)3571

TIEMPO DE REEMBOLSO DE CAPITAL (mes)8.70

Cuadro N12: Tiempo de recuperacin de la inversin.Fuente: Propia.F. Anlisis costo beneficioEl anlisis de beneficio costo se realiz para un aoBENEFICIO POR AO39281

COSTO31066.22

BENEFICIO COSTO EN UN AO8214.78

Cuadro N 13: Beneficio costo por la implementacin del proyecto en el primer ao.Fuente: propia.

En el cuadro podemos apreciar la rentabilidad que se obtiene en el primer ao de implementacin del proyecto.

1.17. DISEO DE UNA MAQUETA QUE INCLUYA PARTE MECNICA Y ELCTRICA.1.17.1. Parte mecnicaPara poder demostrar la viabilidad de implementacin de nuestro proyecto se dise un mecanismo de motor de dos cilindros. El desarrollo del diseo se dio en tres etapas que fueron las siguientes:Primera etapa.- Presentacin de una pre maqueta del mecanismo en 3D echa en cartn u otro material simple, del cual se tenga los clculos de velocidad. Imagen N 10: maqueta realizada en base a madera y cartn prensadoFuente: propiaCLCULO DE VELOCIDADES

Segunda etapa.- Presentacin de los planos del prototipo final y con ello incluido clculos de velocidad y aceleracin. As mismo se tuvo que presentar la animacin del mecanismo haciendo uso del software inventor.

Imagen N 11: vista del plano general para la fabricacin de la maquetaFuente: propiaTercera etapa.- en esta ltima se present el mecanismo construido totalmente. para ello se hizo uso de las instalaciones del fab-lap de Tecsup; eso para poder cortar cada una de las piezas diseadas en el programa inventor. Imagen N 12: fotografa del prototipo finalFuente: propia

CALCULO VECTORIAL DE LA ACELERACIN

1.18. IMPLEMENTACIN DE LA PARTE ELECTROMECNICA DEL CONTROL DE LAS VLVULAS.Una cuarta etapa consisti en el diseo de la parte electrnica del prototipo y el ensamble en la maqueta para la simulacin de la apertura y cierre de vlvulas. Claro est que esto se realiz previo anlisis y mediante la supervisin de los profesores especializados.Por ltimo y no menos importante, fue la programacin del PLC; una unidad CPU que en este caso acta como una la ECU en los automviles. Esto se realiz para poder tener control de las vlvulas mediante solenoides, sensor. As mismo se us el PLC para tener control sobre el momento de inyeccin como lo hace comnmente la ECU o ECM en los automviles y los equipos pesados respectivamente.

OBSERVACIONES Durante el proceso de investigacin pudimos descubrir que mediante el control electrnico de apertura y cierre de vlvulas se puede obtener un sistema de distribucin variable muy sofisticado el cual se podra acomodar a cualquier rgimen de velocidad de un motor sea Disel u Otto.

Cuando se empez a evaluar la desconexin de cilindros se present el caso de posibles prdidas de energa por el proceso de compresin de los gases. Esto fue solucionado bajo el criterio de mantener cerrado todo el tiempo las vlvulas o si es posibles mantenerlas todo el tiempo abiertas. En cualquiera de los dos casos no se obtendran prdidas; en el primero porque la oposicin que se presentara en primera instancia devolvera la energa durante la expansin de los gases. En el segundo caso si es que no existiese problema con que algunos gases de combustin regresen al mltiple de admisin se mantendra abiertas las vlvulas para que estas no ofrezcan resistencia alguna.

CONCLUSIONES En suma del estudio realizado podemos decir que se logr realizar un anlisis ptimo de un posible sistema de control electrnico de apertura y cierre de vlvulas en un motor de combustin interna. Para ello se realiz una evaluacin de los cambios que se tendra que realizar en el mecanismo de distribucin; en la parte 10.1 del presente escrito podemos apreciar que ser necesario quitar el eje de levas en el nuevo sistema de distribucin el cual ser reemplazado por un sistema de accionamiento de vlvulas electromecnico o electro hidrulico esto con el fin de obtener el control independiente de las vlvulas por cada cilindro del motor. Con ello en la parte 10.2 se justifica el beneficio de distribucin variable que se logra obtener y que incluso este nuevo sistema de distribucin variable sera mucho ms beneficioso que los otros como el VTC, VVT o el VTEC de las marcas Citron, Toyota y Honda respectivamente. As mismo se evalu que tipos de sistemas de combustibles seran los ms propicios para trabajar con el nuevo sistema de control de vlvulas. Mediante un rpido anlisis nos dimos cuenta que bastaba con cualquier sistema de combustible que tuviese control electrnico. Esto sera suficiente debido a lo que se requiere es poder en un instante dado cortar el flujo de combustible a determinadas cmaras de combustin de un motor para obtener beneficios de ahorro de combustible en los momentos ms propicios. Fusionando la capacidad de control independiente de vlvulas que se implementara y el control de la inyeccin de combustible se llega a la conclusin de que se hace posible la desconexin de cilindros de un motor con lo cual se justifica una disminucin de consumo de combustible cuando el motor no requiera de toda su capacidad. Se sabe tambin que al reducir el consumo de combustible se reduce la emisin de gases contaminantes y se mejora el rendimiento de consumo por unidad de distancia que se desplaza un mvil de motor de combustin interna. Se evalu la factibilidad mecnica y electrnica de la implementacin de un sistema de control de vlvulas tras quitar el eje de levas. Para lograr la sincronizacin de cilindros se tendr que emplear el control electrnico mediante un software y un ordenador que para el caso de la simulacin de la maqueta fue el Tia Portal V12 y un PLC respectivamente. Los planos de este control electrnico lo podemos apreciar en la en la pgina 24. Se realiz el diseo 3D y los planos para la construccin en acrlico de una maqueta que pudiese simular el funcionamiento del sistema de control electrnico de las vlvulas. As mismo se esboz un plano de control elctrico de las vlvulas Los planos y la imagen en tres dimensiones del diseo lo podemos apreciar en la parte 13.1 de los anexos. Por ltimo se construy la maqueta y se implement un control electrnico haciendo uso del software Ta Portal V12 y de un PLC. Esto para controlar los tiempos de inyeccin y apertura de las vlvulas del motor. Imgenes de esta maqueta las podemos apreciar en la parte de diseo y construccin de la pgina 36

BIBLIOGRAFA

SHIGLEY, J.E. Diseo en ingeniera mecnica. Traducido del ingls por Javier Len Crdenas. 6ta edicin. Mxico, McGraw Hill, 2003NORTON, R.L. Diseo de maquinarias. Traducido del ingls por Rodolfo Navarro Salas. 3ra. Ed. Mxico, McGraw Hill, 2003.P. LUQUE, D. ALVARES, C. VERA. Ingeniera del automvil. Editorial Paraninfo S.A. 1ra Ed. Madrid, Espaa, 2012. EDICIONES CEAC. Manual ceac del automvil. Grupo editorial ceac S.A. Madrid Espaa, 2002.

ANEXOS

1.19. PLANOS DE LA PIEZA DE LA MAQUETA

14.3 CD ADJUNTO CON LA PROGRAMCIN DEL PLC DEL PROTOTIPO