En el diseño del MA se incorporaron conocimientos de varias ramas de la ingeniería para poder atacar el problema desde distintos puntos de vista y así poder llegar al prototipo final, partiendo de una idea o concepto, encausado por conocimientos previamente adquiridos.
Los fenómenos químicos y físicos que ocurren en un sistema de tal naturaleza, requirieron que el trabajo de investigación abarcara el funcionamiento de un motor CI. De tal forma, la elección del tipo de sistema de admisión así como la disposición de los elementos que conforman al MA, proveen una solución de bajo costo y buen desempeño como se menciona en el capítulo 6, en donde se hace ver que frente a las opciones de admisión forzada, el tipo de admisión natural con la geometría de plenum tipo cónica central, presenta una desviación estándar de flujo cilindro a cilindro igual a 0.013 kgs-1, es decir, una variación de flujo entre los cilindros igual a 1.1%. Tal resultado, permite concluir que la cantidad de oxígeno que admite el motor se distribuye de forma homogénea a cada cilindro. Es un hecho, que uno de los factores que determina el consumo de combustible de un vehículo, es el tipo de admisión que se implementa. Las grandes empresas armadoras de vehículos invierten una importante cantidad de recursos para producir sistemas de admisión que permitan un menor consumo de combustible. En el caso específico de la categoría F-SAE, el diseño del MA afecta directamente en el consumo de combustible. Si comparamos un MA que incorpora en su diseño un estudio que identifica y propone elementos cuyo objetivo sea que el motor “respire” de la forma más eficiente posible, entonces podemos concluir que su consumo de combustible será menor que aquel que se desarrolla sin conocer los fenómenos presentes y que sumados son un detrimento tanto para la potencia y el consumo de combustible.
El método con el que se eligió la geometría adoptada en el restrictor permitió evaluar distintos tipos y ángulos de salida en el diseño de la tobera divergente. El análisis de dicho componente fue de especial interés para este trabajo, ya que es el lugar en donde se presentan velocidades de flujo cercanas e incluso superiores a la velocidad del sonido. Tales velocidades, cercanas a Match=1, provocan efectos indeseables como ondas de choque y estrangulamientos de flujo que restringen el área efectiva, o crítica, a través de la cual pasa aire hacia el motor. De esta forma, se eligió la geometría idónea para el diseño del restricto, cuyos detalles están mostrados en la tabla 4.
El sistema de inyección es un sistema complejo que se debe comprender por su interacción con el MA, ya que de esta forma se pudo seleccionar y ubicar los sensores de forma correcta. Por ejemplo, el costo del sensor de presión varía de acuerdo a la escala de medición, si se conoce el rango de presiones que se generan en el interior del MA, se puede elegir con certeza un sensor adecuado para aplicación. Por otra parte, aspectos como el perfil de velocidades de flujo en la zona de entrada, toma un sentido físico tangible a la hora de elegir el cuerpo de aceleración, puesto que su tamaño afecta directamente la distancia que toma alcanzar la región de flujo totalmente desarrollado, entre otros factores. Otro aspecto interesante, es el significado que obtuvo la regla B.8.6.2, posteriormente a la investigación sobre sistemas de admisión, ya que la potencia de un motor puede ser incrementada tanto en el rango de bajas y altas RPM, mediante la manipulación de compuertas que permiten el paso o recirculación de aire dentro del MA, tal y como ocurre en el múltiple diseñado por Vauxhall [3].
Las herramientas utilizadas para el desarrollo del presente trabajo, son una prueba fiel de que los ingenieros debemos estar en continuo crecimiento y actualización para no ser rebasados por las tecnologías que día a día hacen de nuestro ejercicio, una labor más competitiva y con retos más complejos. En el proceso de diseño y evaluación se recurrió al uso de métodos CAD y CAE, de los cuales, el análisis CFD planteó reto en particular a la hora de interpretar los datos y comprobar que tuvieran validez numérica y física.
En general, el diseño de un múltiple de admisión es un tema interesante que plantea el manejo de temas como mecánica de fluidos, química, termodinámica, selección de materiales y procesos de manufactura, entre otros. Como tal, este trabajo es una muestra del nivel de compresión sobre un tema en específico que un alumno puede obtener mediante el involucramiento en temas de investigación y de ingeniería real, que retan las habilidades y conocimientos con el objetivo de dejar una memoria viva en la cual se apoyen futuras investigaciones y signifiquen a la vez una línea de especialización.
Los objetivos planteados al inicio se han logrado de forma satisfactoria como se muestra a lo largo de este trabajo y de acuerdo con la solución propuesta. Por otra parte, sigue en proceso la elaboración del plan de manufactura y la redacción del artículo para ser publicado en SAE International.
La aportación principal de esta tesis fue dejar una memoria del esfuerzo realizado en equipo para iniciar formalmente la participación en la categoría Fórmula SAE, y como tal, el diseño del múltiple de admisión aquí presentado, será aplicado en el prototipo F-SAE UNAM 2010.