El sistema de admisión de aire en los motores CI es semejante al aparato respiratorio del ser humano. De ahí su importancia para el funcionamiento del automóvil ya que proporciona uno de los elementos imprescindibles para iniciar la secuencia de transformación de energía y que requiere un motor CI para trabajar.
Fórmula SAE es una competencia internacional de ingeniería en la cual un grupo multidisciplinario de estudiantes tienen por objetivo diseñar, construir y competir con un vehículo monoplaza tipo fórmula. Dicho prototipo es evaluado por una empresa manufacturera ficticia en pruebas tanto de pista como informes técnicos y de costos. Para tal efecto la SAE International , por sus siglas en inglés: Society of Automotive Engineers, publica año con año un reglamento para regular aspectos de seguridad dentro de la competencia y otros que, mediante restricciones, promueven la creatividad e ingenio para solucionar problemas reales de ingeniería, tal y como lo ejemplifica este trabajo.
Este documento redacta el proceso de diseño de los componentes que conforman un sistema de admisión de aire para un vehículo tipo Fórmula SAE, de ahora en adelante F-SAE, el cual satisface con los requerimientos estipulados en el reglamento año 2010. Mediante el análisis CFD se evaluaron diez casos para el diseño del restrictor, obteniéndose una geometría que a una relación de presión de 1.22, provee un flujo por debajo de Match=1. De la misma forma, se pudo determinar que una geometría tipo cónica central es la brinda una mejor distribución de presión cilindro a cilindro del aire atmosférico que entra hacia las cámaras de combustión del motor. Dicho estudio se encontró bajo la tutela del Dr. Alejandro Rodríguez Valdés, jefe de la Coordinación de Ingeniería de Procesos Industriales y Ambientales (CIPIA) perteneciente al Instituto de Ingeniería.
Objetivos
Objetivo General: Diseñar y evaluar mediante técnicas CFD (Computer Fluid Dynamics) el sistema de admisión de aire que se acoplará al prototipo FSAE UNAM 2010, cumpliendo con el reglamento 2010 de la SAE International, para la categoría F-SAE.
Objetivo Personal: Aplicar y consolidar los conocimientos aprendidos a lo largo de mis estudios profesionales así como desarrollar nuevas habilidades que me permitan comprender el comportamiento del múltiple de admisión y su importancia para el desempeño general del vehículo y de esta forma poder concluir cualitativamente, si es posible el ahorro de combustible a través del diseño de dicho subsistema.
Hipótesis
El múltiple de admisión, de ahora en adelante MA, deberá ser capaz de alimentar aire atmosférico al motor, de forma homogénea y continua en cada cilindro, respetando las restricciones de diseño estipuladas por el reglamento F-SAE 2010.
Metas
Comprender el funcionamiento del sistema de admisión y su interrelación con el motor, la salida de gases y el entorno. Buscar y analizar la solución que otros equipos hayan dado a este problema y proponer una solución que se ajuste a las capacidades técnicas y económicas del equipo F-SAE UNAM 2010, cuya participación es la primera en la historia de la categoría.
Con base en los resultados obtenidos del análisis CFD, realizar propuestas para optimizar el diseño del múltiple de admisión.
Proponer un plan de manufactura del prototipo virtual validado. Publicación de artículo del presente trabajo en la SAE International.
Justificación
Esta investigación parte de la necesidad de contar con un diseño debidamente evaluado y probado virtualmente, con el objetivo de reducir costos, tiempo y errores de manufactura. Así mismo, este trabajo pretende dejar una memoria en la cual futuras investigaciones se puedan apoyar y recopilar la información que aporte un beneficio en el diseño de sistemas de admisión para motores CI dentro del proyecto estudiantil F-SAE UNAM.
Metodología
El estudio de este fenómeno se clasifica como un flujo interno en el cual una masa de aire atmosférico pasa a través de una serie de conductos con área variable hasta ingresar al interior de la cámara de combustión de un motor de combustión interna (CI). La teoría de mecánica de fluidos se aplicadó al sistema responsable de administrar aire atmosférico al motor de combustión interna, el cual es previamente mezclado con gasolina para iniciar el proceso de combustión. Para el desarrollo de este sistema se hizo uso de técnicas de diseño asistido por computadora (CAD), así como métodos de dinámica de fluidos por computadora (CFD) para la evaluación del prototipo virtual y post-interpretación de datos. No obstante en todo el proceso se tomó en cuenta el cumplimiento del reglamento 2010 de la categoría F-SAE, la infraestructura de la Universidad, así como el posible método de manufactura, materiales y costos.