Projeto e análise de pistão de motor IC usando software Catia-Ansys

Diseño y análisis de pistones de motores IC mediante el software Catia-Ansys

29 de junio de 2024 Roberto Magalhães

Diseño y análisis de pistones de motores IC mediante el software Catia-Ansys

Abstracto:

Este proyecto trata principalmente del diseño, análisis y fabricación de pistones. El pistón es un componente de motores alternativos, bombas alternativas, compresores de gas y cilindros neumáticos, entre otros mecanismos similares. En un motor, su propósito es transferir fuerza desde el gas en expansión en el cilindro al cigüeñal a través de un vástago de pistón y/o biela. Aquí se diseña, analiza el pistón y se estudia el proceso de fabricación.

La temperatura del pistón tiene una influencia considerable en la eficiencia, las emisiones y el rendimiento del motor SI. El objetivo de la investigación es medir la temperatura transitoria del pistón en varios puntos del pistón desde el arranque en frío hasta la condición estacionaria y compararla con los resultados del análisis de elementos finitos.

En este proyecto se modela y ensambla el pistón con ayuda del software CATIA y se malla el componente y se realiza el análisis en el software ANSYS y se estudia el comportamiento térmico y estático y se tabulan los resultados. Se estudiaron las diversas tensiones que actúan sobre el pistón bajo diversas condiciones de carga.

En la tesis presentada se trabajó en los siguientes aspectos para cubrir vacíos de investigación y presentar resultados basados en estudios sistemáticos:

1) Distribución de temperatura y flujo de calor a través del pistón de un motor.

2) Análisis FEA del pistón para medir la temperatura en puntos donde en la práctica no es posible conocer y observar el flujo de calor dentro del pistón.

INTRODUCCIÓN

La tendencia moderna es desarrollar motores IC con mayor capacidad de potencia. Uno de los criterios de diseño es el esfuerzo por reducir el peso de las estructuras y así reducir el consumo de combustible. Esto fue posible gracias al diseño mejorado del motor. Estas mejoras incluyen el mayor uso de materiales livianos, como aceros avanzados de ultra alta resistencia a la tracción, aleaciones de aluminio y magnesio, polímeros y materiales compuestos reforzados con fibra de carbono. La integración de materiales más ligeros es especialmente importante si se pueden fabricar piezas más complejas como una sola unidad. Durante los próximos 10 a 20 años, parece posible una reducción adicional del 20 al 40% en el peso total sin sacrificar la seguridad. Cuddy et al (1997) informaron que por cada reducción del 10% en el peso del vehículo, se espera una mejora en el consumo de combustible del 6 al 8%. Un diseño de motor mejorado requiere componentes de motor optimizados. Por tanto, se necesitan herramientas sofisticadas para analizar los componentes del motor. El pistón del motor es uno de los componentes más analizados entre todos los componentes automotrices o de otro tipo.

Componentes del campo industrial. El motor puede considerarse el corazón de un automóvil y el pistón puede considerarse la parte más importante de un motor.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO:

El diseño asistido por computadora o CAD tiene un significado muy amplio y puede definirse como el uso de computadoras para crear, modificar, analizar y optimizar un diseño. CAE (Ingeniería asistida por computadora) se refiere a las computadoras en análisis de ingeniería, como análisis de tensión/deformación, transferencia de calor y flujo. Se dice que CAD/CAE tiene más potencial para aumentar radicalmente la productividad que cualquier desarrollo desde la electricidad. Concepto de formulario de calidad de construcción CAD/CAE

al producto final. En lugar de introducir un control de calidad durante la inspección final, ayuda a desarrollar un proceso en el que la calidad esté presente durante todo el ciclo de vida del producto. CAD/CAE puede eliminar la necesidad de prototipos. Pero se necesitan prototipos que puedan usarse para confirmar y predecir el rendimiento y otras características. CAD/CAE se emplea en diversas industrias, como la manufacturera, automotriz, aeroespacial, fundición, fabricación de moldes y plástico.

Electrónica y otras industrias de uso general. Los sistemas CAD/CAE se pueden dividir en términos generales en sistemas de bajo costo, costo medio y alto costo.