Proyecto de Tribologia

8/9/2019 Proyecto de Tribologia

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ANALISIS TRIBOTÉCNICO

TEMA:

ANALISIS TRIBOTÉCNICO DE UN COMPRESOR ACCIONADO POR UN MOTOR A GAS DE

CUATRO TIEMPOS

I. INTRODUCCIÓN:

COMPRESORES RECIPROCANTES ACCIONADOS POR MOTOR A GAS

Debido a la gran variedad de modelos de compresores usados, es importante conocer susprincipales características. Básicamente este tipo de máquinas consta de una parte motora(motor de combustión interna) y una parte compresora (cilindros compresores).Los diferentes modelos de compresores eistentes son accionados para motores de dos ycuatro tiempos.

Motores de cuatro tie!os

!n los motores de cuatro tiempos la me"cla aire# gas es admitida a trav$s de una válvula deadmisión en un %er. tiempo, luego al pistón ascienda comprimiendo la me"cla en un &do.'iempo. na ve" comprimida la me"cla, se genera un cispa"o el$ctrico por medio de la bu*ía,eplotando inmediatamente la me"cla combustible completándose el +er tiempo, luego losgases calientes empu*an al pistón, escapando al eterior a trav$s de una válvula de descarga,correspondiendo este al cuarto tiempo.

Co!resor a"ter#ati$o de do%"e e&ecto

!l compresor de doble acción es el tipo más comn en los compresores de servicio pesado.!n el cilindro se encuentran las válvulas da succión y descarga, en su parte posterior lleva unaca*a de empaquetadura para evitar escape del gas por el vástago durante la compresión

reciproca.


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'u#cio#aie#to:-uando el pistón se mueve acía adelante comprimiendo el gas en la parte del cabe"al delcilindro, el gas está entrando por la válvula de succión en el lado del cige/al. 0l terminar lacarreta de ida en el punto muerto superior, la presión del gas vence la resistencia que ofrece laválvula de descarga del lado del cabe"al1 esta abre permitiendo la salida del gas comprimido

-uando el pistón 2nvierte la dirección da su carrera, el pistón comprime el gas en el lado delcige/al, y el gas está entrando por la válvula de succión en el lado del cabe"al. 0l terminar e3 pistón su carrera de regreso, la presión del gas vence la resistencia que ofrece laválvula de descarga del lado del cige/al1 esta abre permitiendo la salida de3 gas comprimido.La ca*a de empaquetadura forma un sello con el vástago del pistón impidiendo que el gascomprimido escape.

!n otras palabras, el pistón comprime el gas en los dos movimientos acia adelante y aciaatrás1 por lo consiguiente ay dos carreras de compresión por cada revolución del cige/al espor ello que estos compresores son llamados, reciprocantes, de doble acción o efecto.

Sistea de "u%ricaci(#

!l lubricante en el motor es requerido para limitar y controlar la fricción producida debido alcontacto metal#metal y al calentamiento originado por esta fricción y por el proceso decombustión que se lleva a cabo en el motor.!l sistema de lubricación en todos los motores usados es más o menos similar reali"ándoseuna lubricación ba*o presión, que es aplicada a todos los co*inetes maestros del mu/ón delcige/al, del pasador del $mbolo, de la cruceta, mandos auiliares.!l e*e del cige/al esta perforado de forma tal que cada mu/ón del cigue/a% reciba aceite dedos co*inetes maestros adyacentes1 4ediante pasa*es perforados en la biela motores el aceitefluye asta el pasador del embolo y de allí a los cilindros 4otores.


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II. )USTI'ICACIÓN

Las perdidas de potencia debido a la fricción constituye uno de los factores que incidennotablemente en el alto consumo de energía de los equipos y sistemas mecánicos y por lotanto influyen en el costo de la producción, la fricción en los elementos aceleran el proceso dedesgaste producen mayores tiempos muertos, menor fiabilidad y menor producción.

!l lubricante en el motor es requerido para limitar y controlar la fricción producida debido alcontacto metal#metal y al calentamiento originado por esta fricción y por el proceso decombustión que se lleva a cabo en el motor.5rente a $ste problema es necesario reducir al mínimo la fricción por medio de una seleccióncorrecta de materiales, procesos de fabricación, aceites lubricantes y un óptimo r$gimen delubricación.

III. OB)ETI*OS

III. a. OB)ETI*O GENERAL:

!valuar y reali"ar un análisis tribot$cnico de un compresor accionado por un motor a gas de

cuatro tiempos.III. %. OB)ETI*OS ESPECI'ICOS:

%) 2dentificar el sistema tribot$cnico en una lavadora industrial.&) 2dentificar los pares tribológicos que constituyen el sistema tribot$cnico.+) Determinar la macro y micro geometría, r$gimen de lubricación, espesor mínimo de

película, coeficiente de fricción en cada uno de los pares tribológicos.6) Determinar el rendimiento del sistema.

I*. MATERIALES + METODOS:

I*. a. MATERIALES

%.# !squema cinemática. &.#'ablas de rugosidades.

I*. %. METODOS

7ara determinar las p$rdidas de energía se considera la siguiente metodología8

%.# !stablecer el sistema tribot$cnico.&.# 2dentificar sus pares tribológicos.+.# !stablecer las dimensiones de los elementos que conforman los pares.6.# Determinar la macro y micro geometría, r$gimen de lubricación y potencia friccional en los

pares críticos, rendimiento del sistema. I*. c. SISTEMA TRIBOTECNICO


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!l sistema tribot$cnico de un compresor accionado por un motor a gas de cuatro tiempos estaconstituido principalmente por los siguientes pares tribológicos8

%) 9álvulas del motor : guía de válvulas&) 9álvulas del compresor : guía de válvulas+) -o*inete de desli"amiento (bancada) ; mu/ón cige/al.6) -ilindro ; pistón (motor)) 0nillos restregadores de aceite ; al vástago del embolo?) Levas ; con varillas impulsoras

!stá constituido por los siguientes elementos8

D@040A == =.=L 9? (LB>)(-evrolet Cilverado + # ? # 6 # < # = # +

Diámetro -arrera %+. FF. mm

0limentaciónCistema de inyección secuencial de alta presióncommon rail

7otencia + H7 a & rpm (Cilverado +


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'orque (par)


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Para e" ci23e4a":

Materia":

ACERO AISI5SAE 6789 /UNS G678971

Descri!ci(#: es un acero utili"ado cuando la resistencia y dure"a son necesarios en condiciónde suministro. !ste acero medio carbono puede ser for*ado con martillo. @esponde altratamiento t$rmico y al endurecimiento por llama o inducción, pero no es recomendado paracementación o cianurado. -uando se acen prácticas de soldadura adecuadas, presentasoldabilidad adecuada.7or su dure"a y tenacidad es adecuado para la fabricación de componentes de maquinaria.

Noras i#$o"ucradas: 0C'4 0%?Pro!iedades ec#icas:

• Dure"a %=+ HB (?6 H@b)

• !sfuer"o de fluencia +% 47a (6FN-

E"ee#to ateria" dure-a M(du"o dee"asticidad

dietro RPM Coe&.Poisso#

Co,i#ete dedes"i-aie#to

5undición nodular deierro, normaJ6+6B

rado D#6


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Dietro i#terior de" co,i#ete: 677

C>LCULO DE ES'UER?OS EN LOS CO)INETES DE APO+O DE BANCADA

Los esfuer"os aplicados sobre un co*inete de cabe"a de biela son relativamente simples decalcular, ya que dependen de factores conocidos como la inercia de las masas en movimiento yla presión de los gases e*ercida sobre el pistón.Las cargas que aparecen en los co*inetes de apoyo de bancada reaccionan sobre el cige/alcontra las anteriores. Cu determinación es más complicada, ya que el cige/al es unaestructura fleible con un elevado grado de iperestaticidad, por lo que la reacción en unco*inete de apoyo dado depende de los esfuer"os aplicados sobre toda la estructura, con

coeficientes de influencia desconocidos a priori.!l cálculo de las reacciones en los apoyos de bancada se puede abordar mediante dosprocedimientos8 el primero considera isostático al cige/al, lo que permite aplicar, sacrificandola precisión, un m$todo de cálculo determinado1 el segundo mantiene la iperestaticidad yutili"a un procedimiento indeterminado para el cálculo de las reacciones.

MÉTODO INDETERMINADO

!l m$todo

indeterminado se basa en la resolución secuencial de la ecuación estructural del cige/al,escrita en t$rminos de coeficientes de influencia, y de la ecuación de @eynolds, utili"ando paraesta ltima el m$todo de la movilidad. La ecuación estructural del cige/al se puede escribir dela forma8

/'c1 @ /c1 /uc1 /61

!n donde8

• (5c) es el vector de las fuer"as (acciones y reacciones) que actan sobre el cige/al en

las mu/equillas y en los apoyos de bancada,

• (c) es la matri" de rigide" del cige/al

• (uc) el vector de despla"amientos de las mu/equillas y los apoyos.

De forma más desarrollada, la ecuación (%) se transforma en8

(@a) M () (ua) O (') (5m) O (-) P& (&)

Donde8

• (@a) es el vector de las reacciones e*ercidas por los co*inetes sobre los gorrones de

apoyo del cige/al, y es el ob*etivo del cálculo.


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• (5m) es el vector de los esfuer"os aplicados por las bielas en las mu/equillas.

• (ua) es el vector de los despla"amientos de los apoyos de bancada.

• P es la velocidad angular del cige/al.

• (), (') y (-) son las matrices de coeficientes de influencia de rigide", transmisibilidad y

esfuer"os centrífugos respectivamente.

'abla de cálculo de la fuer"a aplicada a los co*inetes de bancada de un motor a gas.Los valores de esfuer"o máimo (5ma), para los tres primeros apoyos de bancada, en lascondiciones operativas de par máimo (4ma8 &=< Qm, & min#%) y potencia máima (Qma8?> ER, += min#%) se presentan en la tabla l.

7ara efectos de cálculo anali"aremos el co*inete del apoyo % con una fuer"a normal a lasuperficie de contacto de +F?%Q

0nálisis del par tribológico cige/al ; co*inete de desli"amiento de bancada

E"ee#to ateria" dure-a M(du"o dee"asticidad

dietro RPM Coe&.Poisso#

Co,i#ete de

des"i-aie#to

5undición nodular de

ierro, normaJ6+6Brado D#6


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• c es el uelgo radial

• ho es la altura mínima de película

• O O’ son los centros de las circunferencias del mu/ón del e*e y del co*inete.

Macro2eoetria:Datos8-uerpo %M co*inete de desli"amiento (!%, @%)-uerpo &M cige/al (!&, @&)aM magnitud del arco de contactobM =.&< mm5nM+F?%Q@%M

@&M1003.0

1

+ R

M003.1

50mmM 6F.?%=&+.=%+ QIm&

003.01 x E

Pp=α M

003.0165000

710623613.2

MPaX

MPaM =A%#+

n

C

+=

α

α ρ

1M

58714.0

3

3

10476.51

10476.58887.1

+ −

−

X

X M.??6F>

Ma2#itud de "a su!er&icie de" rea de co#tacto:

aM &@% ρ M&()M?.?6F>=mm

0nMabM?.?6F>=mm =.&


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*

0

* loglog3176.6

E

V

E

q z

ρ

µ

ρ ϕ

∑−+=

ρ M @0D2G D! -@90'@0

22

*

212

111

µ µ −+

−= E E E

22

*

3.01

200

28.01

165

−+

−=

GPaGPa E M+>

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