Sistematización de los cálculos de prediseño de los motores de combustión interna

espanolLos motores de combustion interna son maquinas complejas en las cuales concurren diversos procesos y variables y que, ante todo, constituyen objeto de diseno. En el campo industrial, el diseno de un nuevo motor empieza por la concepcion de una solucion bien establecida con consideracion de la experiencia de los disenadores. Para realizar el diseno estructural de un motor, se requiere determinar las fuerzas y momentos en sus componentes derivados de los procesos a lo largo de los ciclos de trabajo, con observacion de las variaciones de las presiones y las temperaturas en el cilindro y de las fuerzas y momentos de inercia en los componentes de los mecanismos y la estructura. Es el proposito de esta investigacion el desarrollo de una serie de procedimientos para obtener las dimensiones iniciales de un motor, aplicando las teorias de diseno adecuadas para el dimensionamiento geometrico y la caracterizacion termodinamica y dinamica de un motor de combustion generico, de manera que, a partir de la informacion minima de partida (potencia, par, revoluciones y condiciones de explotacion), se puedan obtener las dimensiones marco de las partes del conjunto movil y del bloque y la culata, teniendo en cuenta una base de materiales de construccion. Para la sistematizacion del prediseno de los motores se ha desarrollado una hoja de calculo en la que se pueden seleccionar o especificar las caracteristicas deseadas del motor y composicion del combustible, se realiza la termoquimica de la combustion, se determinan las emisiones, se calculan los procesos del ciclo termodinamico real con consideracion de la ley de liberacion de calor, se obtiene la evolucion de las presiones y temperaturas a lo largo del ciclo del motor, se calculan las fuerzas debidas a las presiones de los gases y a la masa de las partes del conjunto movil en cada uno de ellos, se calcula el par en el ciguenal, se obtiene la caracteristica externa de velocidad y se realizan los calculos previos de las partes principales del motor. EnglishInternal combustion engines are complex machines that constitute an object of design, and in which diverse processes and variables encounter. In the industrial field, the design of a new engine begins with the conception of a well-established solution with consideration on the experience of the designers. To perform the structural design of an engine, it is needed to determine the forces and moments acting on its components, derived from the processes along the cycles of work, with observation of the variations of the pressures and the temperatures in the cylinder and of the forces and moments of inertia in the components of the mechanisms and the structure. It is the purpose of the present paper to introduce the development of a series of procedures to obtain the preliminary dimensions of the main components of an engine (power mechanism, engine block and cylinder head dimensions), applying the machine design fundamentals and the thermodynamic and dynamic characterization of a generic engine of combustion, using the minimum information (power, torque, engine speed, and conditions of exploitation). To systematize the engine preliminary design, a spreadsheet based on Microsoft Excel was developed. To use this spreadsheet, the user must specify composition of the fuel, the type of ignition, and the wished characteristics of the engine. The outputs of the spreadsheet are the global stoichiometric balance of fuel-air chemical reactions, the heat release rate, the indicator diagram, the forces and moments acting on the main components of the crank-train mechanism, such a valuable information required to conduct the dimensioning of the engine components making use of the fundamentals of strength of materials.