UNIDAD EDUCATIVA “RINCÓN DEL SABER”TÍTULO: ANÁLISIS DE LOS TIPOS DE MOVIMIENTOS APLICADOS EN EL FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR A INYECCIÓN DE CUATRO TIEMPOS. MONOGRAFÍA QUE SE PRESENTA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE BACHILLERATO GENERAL UNIFICADO DE LA REPÚBLICA DEL ECUADOR. AUTORES: -Ortiz Alan -Ortiz Alexander TUTOR: Lic. Alemán Diego Quito, Enero, 2014 i DEDICATORIA Dedicamos este proyecto a nuestros familiares, en especial a nuestra madre que siempre estuvo apoyándonos en todo y siendo nuestra fuente de inspiración y fortaleza. A nuestro padre, por permitir un buen ingreso económico a nuestro hogar y poder estar estudiando en esta institución educativa. A nuestra abuela, ya que siempre fue parte muy importante y esencial de nuestra niñez. A nuestros docentes, por dedicar tiempo y esfuerzo en nosotros para que esta monografía sea todo un éxito. ii AGRADECIMIENTO Agradecemos a todas esas personas que estuvieron a nuestro alrededor, brindándonos apoyo. También agradecemos, a Dios por toda aquella paciencia y fuerza que nos brindó. A nuestros padres, por todo el ánimo y la manutención de los estudios; seguro son un pilar fundamental durante nuestra vida colegial y a lo largo de la tesis. A nuestros compañeros y profesionales mecánicos del taller “MEGATALLERES” por la ayuda prestada durante el desenvolvimiento de este trabajo. iii ÍNDICE: Portada…………………………………………………………………………………………………………………………i Dedicatoria…………………………………………………………………………………………………………….ii Agradecimiento………………………………………………………………………………………………… iii Índice……………………………………………………………………………………………………………………………iv Resumen……………………………………………………………………………………………………………………………v Introducción………………………………………………………………………………………………………………1 Capítulo I: EL PROBLEMA 1.1 Planteamiento del problema………………………………………………………………2 Contextualización…………………………………………………………………………………….2 Análisis crítico……………………………………………………………………………………….2 Prognosis……………………………………………………………………………………………………………2 1.2 Formulación del problema……………………………………………………………………2 1.3 Objetivos………………………………………………………………………………………………………….3 Objetivo general……………………………………………………………………………………….3 Objetivos específicos………………………………………………………………………….3 1.4 Justificación……………………………………………………………………………………………….3 1.5 Limitaciones………………………………………………………………………………………………….4 iv RESUMEN: UNIDAD EDUCATIVA “RINCÓN DEL SABER” TEMA: ANÁLISIS DE LOS TIPOS DE MOVIMIENTOS APLICADOS EN EL FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR A INYECCIÓN DE CUATRO TIEMPOS. AUTORES: -Ortiz Alan -Ortiz Alexander TUTOR: Lic. Alemán Diego RESUMEN El funcionamiento del motor se realiza en cuatro tiempos: admisión, comprensión, explosión y escape. Los movimientos más destacados son: 1) Movimiento Armónico Simple (M.A.S.). 2) Movimiento Circular Uniforme (M.C.U.). 3) Movimiento Circular Uniformemente (M.C.U.V.). Variado En el Movimiento Armónico Simple es aplica en la parte que desempeña la cabeza del pistón en el cilindro realizando una sinusoide (grafico de una función seno y coseno). El Movimiento Circular Uniforme es aplicado en el cigüeñal cuando se mantiene en una velocidad constante. El Movimiento Circular Uniformemente Variado se realiza o esta aplicado en el cigüeñal que gira dependiendo de la variación de revoluciones que genere los cuatro tiempos correspondientes de dicho motor. Con la complementación de estos tres movimientos obtendremos un completo sistema que muestra la fuerza v mecánica que es capaz de impulsar un cuerpo y de desplazarlo de un lugar a otro sin necesidad de utilizar una gran cantidad de energía. vi INTRODUCCION La presente investigación, se lleva a cabo a través de un diagnostico por medio de observación de representaciones audiovisuales del tema tratado. 1 CAPÍTULO I El Problema La contextualización histórica.Escaso conocimiento del funcionamiento del motor en el colegio U.E.R.S. en los estudiantes de nivel superior. En la actualidad los motores a inyección están siendo complementados o potenciados por motores eléctricos como es el caso de los autos híbridos. Análisis crítico.Esto afecta a la sociedad puesto que usamos los vehículos para trasladarnos diariamente. Prognosis.Esto beneficia a los estudiantes que están interesados en el tema de autos y que les agrade las asignaturas de ciencias exactas como física o matemáticas. 2 Formulación del problema ¿Cómo se complementan los movimientos para generar una fuerza? 3 OBJETIVO General: Apreciar el análisis de los tipos de movimientos aplicados en el funcionamiento de un motor a inyección de cuatro tiempos para entender la complementación de los movimientos. Específicos: Explicar el análisis de los tipos de movimientos aplicados en el funcionamiento de un motor a inyección de cuatro tiempos por medio de presentaciones. Recrear los movimientos que intervienen en el funcionamiento de un motor a inyección de cuatro tiempos. 4 JUSTIFICACION La sociedad utiliza cotidianamente los vehículos pero desconocen sobre los principios básicos de funcionamiento. A los estudiantes nos atraer las cosas novedosas como en este caso es la observación de la complementación de los movimientos en un motor para generar fuerza. 5 LAS LIMITACIONES Falta de tiempo para la aplicación de los objetivos específicos. Falta de tiempo en la adaptación de los movimientos en el mecanismo. 6 Capítulo II: MARCO TEORICO Introducción 2.1 Movimiento Armónico Simple Cuando una partícula o cualquier sistema se mueven periódicamente con relación a su posición de equilibrio estable, se dice que «oscila» o «vibra» alrededor de esa posición. Las vibraciones de una partícula en el extremo de un resorte, las oscilaciones de los péndulos, las vibraciones de las cuerdas bucales, las de los instrumentos musicales, las de los diapasones, o las vibraciones de un edificio que oscila debido a los fuertes vientos todos ellos son ejemplos de movimientos vibratorios, como ocurre también con otros muchos fenómenos de vibración, en los que están basados el electromagnetismo, la acústica y la óptica. Con el tiempo, las oscilaciones que hemos descrito se debilitan (se amortiguan) y al final lo que oscilaba deja de vibrar, el motivo de este amortigua- miento es que sobre el oscilador actúa un agente externo (fuerza de rozamiento con el aire); si no existiera éste, el oscilador nunca se pararía y el movimiento de oscilación se repetiría indefinidamente. En estas condiciones se dice que las oscilaciones son libres y las condiciones ideales. A un movimiento así lo vamos a llamar movimiento vibratorio armónico simple (mas), siendo el más sencillo de los movimientos oscilatorios (o vibratorios), es el más importante por sí mismo y porque cualquier otro movimiento oscilatorio puede ser reducido a una suma algebraica de m.a.s. Como veremos más adelante. Consideremos que a una partícula, capaz de oscilar en las condiciones ideales descritas anteriormente, le producimos una perturbación, y oscila sobre el eje de las equis; tomando el origen de coordenadas (o) en la posición de equilibrio estable en que se encontraba la partícula, entonces se observa que los rasgos más característicos de un mas son: 1) el movimiento es periódico, es decir: en intervalos de tiempo iguales el móvil adquiere la misma posición, velocidad y aceleración, es decir, las mismas características del movimiento. 2) el movimiento es oscilatorio o de vaivén a ambos lados de una posición central de equilibrio. 3) 7 la máxima separación del cuerpo en su movimiento (amplitud), contada a partir de su posición de equilibrio, es siempre la misma. Por definición, diremos que una partícula se mueve con mas, cuando su posición, respecto a la de equilibrio (o), está dada por la ecuación: x(t)=A.sen(wt+j) x (t): ELONGACIÓN: distancia en cada instante a la posición central O. En el SI se medirá en m. A: AMPLITUD: constante del movimiento que nos mide el valor de la máxima elongación. En el SI se medirá en m. w: FRECUENCIA ANGULAR o PULSACIÓN: constante movimiento que en el SI se medirá en rad/s. wt + j: FASE; se mide en rad en el SI. j: FASE INICIAL o CORRECCIÓN DE FASE: es el valor de la fase en t = 0. Se mide en rad en el SI. La anterior ecuación puede escribirse también de la forma: x = A cos (wt + j′) con j′=j – p/2. Puesto que un cambio en la fase inicial equivale a empezar a contar el tiempo de dos situaciones iniciales distintas, (como veremos en esta cuestión), las dos expresiones de x(t)son equivalentes. Las funciones seno y coseno se llaman armónicas, de ahí el nombre de este tipo de movimiento. del 2.2 Movimiento Circular Uniformemente Variado (M.C.U.V.) En MCUV el móvil se desplaza sobre una circunferencia variando el módulo tanto de su velocidad angular como tangencial continuamente. Existen una aceleración tangencial y una aceleración angular, que modifican a las velocidades correspondientes. 8 2.2.1 Aceleración en M.C.U.V. Aceleración angular.Es la variación de la velocidad angular en el tiempo. 2.2.1.1 Aceleración tangencial.Es la variación de la velocidad tangencial en el tiempo. 2.2.2 Velocidades en el M.C.U.V. En MCUV las velocidades angulares y tangenciales no son constantes. 2.2.2.1 Velocidad angular en M.C.U.V.Es la diferencia entre el ángulo final e inicial, dividida por el tiempo. Se calcula sumando la velocidad angular inicial al producto de la aceleración angular por el tiempo (de manera similar a MRUV cuando se calcula la velocidad final). La ecuación se despeja de la definición de aceleración angular. 2.2.2.2 Velocidad tangencial en MCUV.Es la diferencia entre la posición final e inicial, dividida por el tiempo. Se calcula sumando la velocidad tangencial inicial al producto de la aceleración tangencial por el tiempo (de manera similar a MRUV cuando se calcula la velocidad final). 9 En un determinado instante, si tenemos la velocidad angular, la velocidad tangencial se calcula de la misma manera que en MRU: 2.2.3 Posiciones respecto al tiempo en el M.C.U.V. Las ecuaciones horarias pueden ser planteadas tanto para las magnitudes tangenciales como para las angulares y son similares a las de MRUV. Si se trabaja con ángulos, al igual que en MCU, hay que restar un número entero k por 2 π (número de vueltas por ángulo de cada vuelta). 2.3 Movimiento relativo El movimiento siempre es un concepto relativo porque debe referirse a un sistema de referencia o referencial particular escogido por el observador. Puesto que diferentes observadores pueden utilizar referenciales distintos, es importante relacionar las observaciones realizadas por aquellos. Figura 2.1 10 2.4 Movimiento absoluto Un movimiento se llama absoluto y eterno, cuando lo referimos a un punto que está quieto. Es aquel movimiento que existe con independencia de cualquier relación o comparación, como la masa de un cuerpo, que es un valor absoluto porque no depende del lugar en que esté situado. El carácter absoluto del movimiento presupone también sin falta el reposo, siendo este una condición imprescindible del desarrollo del mundo .Todo cambio de lugar en un cuerpo es movimiento. Hay dos clases de movimientos: absoluto y relativo. Un movimiento se llama absoluto cuando lo referimos a un punto que está quieto. Se llama relativo si el punto de referencia se mueve a la vez. En la tierra todos los movimientos son relativos ya que la tierra se mueve sobre su eje y alrededor del sol. Figura 2.2 2.5 DEFINICIÓN DE MOTOR Y TIPOS Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóvil es este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Existen diversos tipos, siendo de los más comunes los siguientes: 11 2.5.1 Motores de combustión interna: son motores térmicos en los cuales se produce una combustión del fluido del motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes de iniciar la combustión es una mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible, como los derivados del petróleo y gasolina, los del gas natural o los biocombustibles. Figura 2.3 2.5.2 Motores de combustión externa: son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor fuerza posible de llevar es mediante la transmisión de energía a través de una pared. Figura 2.4 12 2.5.3 Motores eléctricos: cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica. Figura 2.5 2.5.4 Motores térmicos: cuando el trabajo se obtiene a partir de energía calórica. Figura 2.6 13 CAPITULO III METODOLOGÍA Enfoque de la investigación.- La presente investigación está basada en una forma cualitativa, de tal manera que nos enfocamos en analizar los tipos de movimientos, la complementación que existen entre estos y aplicados en el funcionamiento de un motor a inyección de cuatro tiempos. Es una investigación de forma inductiva por el motivo de utilizar fuentes ya existentes, conceptos, definiciones de las cuales obtendremos nuestras propias conclusiones. Modo de trabajo de grado.- El modo de trabajo que utilizamos es socio-educativo ya que la presente monografía la daremos a conocer a través de conferencias y material multimedia (audiovisual). Nivel de la investigación.- El nivel de investigación que usamos es perceptual ya que detallamos cada uno de los movimientos existentes que están aplicados al motor. Tipos de investigación.- El tipo de investigación utilizada es científica, ya que utilizamos los conceptos de los movimientos y los aplicamos en el motor. 14