planta de potencia y transmisiónplanta de potencia y ...€¦ · opel vectra 0,29 0,547 ......

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Johan WidebergGrupo de Ingeniería e Infraestructura de Transportes

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Planta de potencia y transmisiónPlanta de potencia y transmisión

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Embrague

Caja de cambios

Motor de combustión interna

Juntas universales

Rueda

Árbol de la transmisión

Grupo cónico y

diferencial

La planta de potencia y la transmisiónLa planta de potencia y la transmisión

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La planta de potenciaLa planta de potencia

• El par de un típico turismo es entre 100-300 Nm (en un camión 10 veces más).

• El máximo par ocurre entre 2500-4500 rpm (en un camión 1000-1500 rpm)

Motor eléctricoMotor combustióninterna

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Potencia = Par x Revoluciones

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Motor de camión moderno

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Par motor Fuerza de tracciónPar motor Fuerza de tracción

ω

M

ω

M

ω/i

M*i

ω/i

M*i

v=ω*r

F=M/R

ω

M

v=ω∗R/i

F=M*i/R

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Potencia P=Fv=MωPotencia P=Fv=Mω

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Caja Automática Caja Automática el convertidor de par amplifica el par del motor

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Las fuerzas de tracción y las resistentesLas fuerzas de tracción y las resistentes

Resistencia de inclinación =m g sin(α)

Resistencia de rodadura =fr m g cos(α)

Resistencia del aire =(ρAcd)v2/2

FaireFroda

α

v

mg

F

F

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Definición de resistencia de rodaduraDefinición de resistencia de rodadura

r

T=F R+N e T eF= -N R R

e = f R

⋅ ⋅

eN

N

F

Fω

T

N’

N

F’

Fω

T

α

( )

' '

' '

'

F cos( )-N sin( )=FTNcos( )+Fsin( )=N F= -NR

T=F R

α α

α α α α

⎫⋅ ⋅⎪

<< ⋅⎬⎪⋅ ⎭

Firme blando

r,f :

Firme duro

α coeficiente de resistencia a la rodadura.

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Resistencia de rodadura =fr m g cos(α)Resistencia de rodadura =fr m g cos(α)

Neumático Wong (v en km/h) Gillespie (v en millas /h)RadialTurismo

fr=0,0136+0,04x10-6 v2

DiagonalTurismo

fr=0,0169+0,19x10-6 v2

RadialCamión

fr=0,006+0,23x10-6 v2 fr=(0,0041+0,000041 v) Ch

DiagonalCamión

fr=0,007+0,45x10-6 v2 fr=(0,0066+0,000046 v) Ch

Ch=1,0 para hormigónCh=1,2 para asfaltoCh=1,5 para asfalto en verano

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Resistencia del aire=(ρAcd)v2/2Resistencia del aire=(ρAcd)v2/2

Vehículo CD CDxA (m2)VW Polo 0,37 0,636Ford Escort 0,36 0,662Opel Vectra 0,29 0,547BMW 520i 0,31 0,649Mercedes 300SE 0,36 0,785

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Adherencia Adherencia Faire

Froda

α

v

mgF

F NOposible

posible

Máxima fuerza de adherencia=μNd o μNt(dependiendo si la tracción es delantera o trasera)

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Subida en cuestaSubida en cuesta

Camión carretera 12-18 %Camión de construcción 15-30 %Turismo 10-20 %

F

α aumenta

Gradiente con el embrague en posición normal

Gradiente con el embrague deslizando

α = 0

FaireFroda

α

v

mgF

F

v

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Motor

Transmisión

Vehículo y carretera

Neumático

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Consumo / rendimientoConsumo / rendimiento

Consumo de combustible = combustible necesario para producir una cierta

cantidad de trabajo mecánico (potencia * tiempo), por ejemplo [g/kWh]

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Consumo / rendimientoConsumo / rendimientoPunto de

Máximo rendimiento

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Consumo especifico de combustibleConsumo especifico de combustible

para velocidad constante:

• Fuerza resistivaR=rodadura+cuesta+aerodinamica= =fr m g cos(α)+m g sin(α)+ (ρAcd)v2/2

• Fuerza de tracción (equilibrio)F = R

• Dos maneras para calcular el consumo:1. Transformar el diagrama (ω,Par) -> (v,F)2. Transformar el diagrama (v,F) -> (ω,Par)

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Transformar el diagrama (v, F) -> (ω, Par)Transformar el diagrama (v, F) -> (ω, Par)

Velocidad de la rueda ω2=v/radioPar T2=Fuerza*radio

Velocidad del motor ω1=ω2*relación de cambioPar Motor T1=T2/relación de cambio

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Unidades de consumoUnidades de consumo

Consumo especifico [g/kWh] o [kg/kWh]x Potencia del motor [kg/h] o [kg/s]x Velocidad [kg/m] o [kg/100km]x Densidad del combustible [l/100km]

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Tipologías: tracción delanteraTipologías: tracción delantera

• La tracción delantera tiene numerosas ventajas:

+ Permiten la realización de un diseño simple del eje trasero.

+ Recorrido corto del flujo de potencia, debido a que el motor, caja de cambios y diferencial forman una unidad compacta.

+ Se puede diseñar el fondo de la carrocería completamente plano.

+ Se dispone de un maletero largo, con una zona de deformación importante en caso de colisión por la parte trasera.

+ Facilidad para colocación del depósito de combustible.

+ La masa no suspendida en el eje trasero es pequeña, lo cual supone un mejor comportamiento de la suspensión.

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• Los inconvenientes:– A plena carga, tiene peor capacidad de tracción en

carreteras con baja adherencia y en rampas.– Con motores potentes hay un incremento del par y de

las vibraciones sobre la dirección.– En vehículos que tienen una alta carga en el eje

delantero, motores diesel, es necesaria una relación de desmultiplicación de la dirección grande o dirección asistida.

– Con motores muy potentes es una solución mala debido a la transferencia de carga al acelerar.

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• Los inconvenientes:– El soporte de la unidad de potencia (motor + caja de cambios) tiene

que absorber los pares producidos en el motor multiplicados por la relación del cambio que esté engranada a la que se suma la reducción del diferencial.

– Hay tensiones de flexión en el sistema de escape debidas a los movimientos del motor durante la tracción y el frenado (con el motor).

– El diseño del eje delantero se hace más complejo, siendo necesarias juntas de transmisión homocinéticas.

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Tipologías: tracción traseraTipologías: tracción trasera

• Las ventajas que hay que destacar en este tipo de diseño son:

+ No hay apenas restricción alguna sobre la longitud del motor.+ A plena carga, la mayor parte de la masa del vehículo está sobre el eje

trasero, lo que mejora la capacidad de tracción. + La capacidad de tracción en rampas pronunciadas es superior a la de

un vehículo con tracción delantera.+ Permite una gran simplicidad y variedad en los diseños de los ejes

delanteros.+ Presenta un desgaste uniforme de los cuatro neumáticos al ser

diferentes las ruedas directrices de las tractoras.

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Tipologías: tracción traseraTipologías: tracción trasera

• Desventajas:– En el caso de tracción delantera el vehículo es arrastrado, el resultado

es una relación más estable entre las fuerzas de tracción Ft, y las fuerzas de inercia F. Por el contrario, en el caso de tracción trasera es evidente la condición de inestabilidad.

– Cuando el vehículo circula con uno o dos ocupantes solamente, el eje trasero tiene una carga adherente pequeña y, por tanto, una capacidad de tracción reducida en condiciones de baja adherencia.

– Más caro la fabricación.

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ComponentesComponentes

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BibliografíaBibliografía

1. Pablo Luque, Daniel Álvarez, Carlos Vera: Ingeniería del Automóvil, Thompson Paraninfo 2004

2. Publio Pintado: Un curso de Automoción. Apuntes 1994.3. Francisco Aparicio: “Teoría de los vehículos automóviles”4. Thomas Gillespie: “Fundamentals of Vehicle Dynamics”

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