Fuerzas que se Oponen al Movimiento de un Vehículo
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8/13/2019 Fuerzas que se Oponen al Movimiento de un Vehculo
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Fuerzas que se Oponen al Movimiento deun Vehculo
Rufino Cedillo, Xavier Guamn, Kevin Encarnacin, Jorge Hidalgo
Ingeniera Mecnica Automotriz, Universidad Politcnica Salesiana.
I. INTRODUCCION.
Un vehculo, en su desplazamiento, est sometido auna serie de resistencias que se oponen a sumovimiento. Para vencer estas resistencias y lasfuerzas que generan, el vehculo debe disponer deun sistema de transmisin adaptado que tenga encuenta las resistencias ms importantes que seoponen a la transmisin de movimiento.
II. TIPOS DE RESISTENCIA.
La resistencia aerodinmica o del aire (Ra).La resistencia por pendiente (Rp).
La resistencia a la rodadura o al rodamiento (Rr)La resistencia por rozamiento mecnico (Rrm)La resistencia por inercia (Ri)
Para que el vehculo se desplace, la suma de todasestas resistencias (fuerzas) debe ser inferior a lafuerza de empuje (Fe) que proporcione el motor ytransmisin a los conjuntos mecnicos de latransmisin.Ra + Rp + Rr + Rrm+ Ri < FeLa Resistencia al desplazamiento (Rd) del vehculose calcula sumando todas las fuerzas que se oponenal movimiento.
Rd = Ra + Rp + Rr + Rrm+ Ri
Fig. 1 Resistencias AerodinmicasFuente:Web
A. Resistencia Aerodinmica (oposicin delaire al avance del cuerpo).
Esta resistencia influye directamente sobre elmovimiento del vehculo a travs del aire, siendo lafuerza de arrastre, que tiene direccin horizontal ysentido contrario al movimiento, la que
principalmente opone la resistencia al movimiento.
La fuerza de arrastre es proporcional a la velocidaddel vehculo y proporcional a la superficie frontalque presenta la unidad a la resistencia del aire. Es
por esto, que a mayor velocidad, la fuerza necesariapara vencer esta resistencia crece drsticamente, loque explica por qu los fabricantes buscan mejorar
el coeficiente de penetracin en el aire de losvehculos.
La fuerza aerodinmica tiene un mayor impactocuando el vehculo transita por carreteras oautopistas la mayor parte del tiempo.La fuerza de arrastre se calcula mediante la siguientefrmula:Fa = 0.5 Cx d S V2
Fig. 2 Simulacin Aerodinmica.Fuente: Solidworks
En donde:S: Superficie frontal del vehculoCx: Coeficiente de resistencia aerodinmica.d: Densidad del aireV: Velocidad del vehculo.
B. Resistencia por Pendiente (atraccin de lagravedad de la tierra).
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected] -
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La resistencia por pendiente es la fuerza deoposicin que se ejerce sobre el vehculo por elefecto de la atraccin terrestre. Esta fuerza es
proporcional al seno del ngulo formado entre lacarretera y una lnea horizontal y al peso total de launidad. Nada se puede hacer para vencer esta fuerza.
Por lo tanto, se requiere de una fuerza equivalente,suministrada por el motor, paravencer la y permitirel avance de la unidad, esta fuerza se calcula con lafrmula:
Fp = W sen()
Fig. 3 Resistencias de pendiente.Fuente:WEB
La pendiente de una carretera o camino estdeterminada por la relacin que existe entre la alturasuperada y la longitud recorridasen () = h/Lsen () 100 = pendiente en %
Fig. 4Fuente:WEB
C. Resistencia a la Rodadura (friccin de lasllantas sobre la carretera).
Las llantas al rodar sobre el piso producen un efectoconocido como friccin, el cual produce una
resistencia al rodamiento, lo cual genera una fuerzade rodadura.
Esta fuerza de resistencia de la rodadura depende deprincipalmente de:
Peso total de la unidad o peso a soportar por larueda Tipo de terreno por el que se desplaza el vehculo Caractersticas de los neumticos.
Fig. 5 Resistencia a la rodaduraFuente: WEB
La fuerza de rodadura se puede calcular mediante lasiguiente frmula:Frd = W cos() r Donde: W es el peso y r es elcoeficiente de resistencia a la rodadura.En el coeficiente de resistencia a la rodadura rintervienen varios factores, como la profundidad dela huella del neumtico, la deformacin de la rueda
y la presin de inflado de las llantas.
Es por esto que ha aumentado el uso de las llantasradiales cuyo reparto uniforme de la presin deinflado garantiza minimizar el coeficiente defriccin en la carretera y como consecuencia, lafuerza de rodadura.
El coeficiente de rodadura aumenta con la carga, lavelocidad y con la baja presin de inflado de losneumticos.
Fig. 6Fuente:WEB
Tabla 1
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D. Resistencia por inercia (resistencia de uncuerpo a moverse debido a su masa)
La resistencia por inercia se debe a un fenmenofsico conocido como la inercia de los cuerpos enrotacin. Esto significa que varias partes de la
cadena cinemtica (rbol de leva y cigeal, discode embrague, rbol de transmisin, etc.) tienen unainercia proporcional a su masa que tiende a frenar su
propio movimiento de rotacin.
Por lo tanto la resistencia por inercia se producecuando hay un cambio en la velocidad del vehculo.Se genera por una fuerza que se opone al aumento odisminucin de velocidad del vehculo; ocurre tantoen aceleraciones como en deceleraciones. Alaumentar la velocidad del vehculo, se produce unaaceleracin.
La fuerza que genera la resistencia a la inercia esigual a la masa del vehculo por la aceleracinproducida.
Fi = m aE. Resistencia por rozamientos mecnicos y
potencia til en el eje
La resistencia por rozamiento se conoce tambincomo el rendimiento mecnico de un conjunto.La resistencia por rozamiento se genera comoconsecuencia de la friccin entre piezas y conjuntosmecnicos de la transmisin. Supone del orden deun 5 a un 10% de la potencia til en un vehculo
ligero de dos ruedas motrices, y del 10 al 15% envehculos 4x4; el resto de potencia, hasta alcanzar el100%, se conoce como el rendimiento mecnico delconjunto.
La potencia til en el eje motriz de un vehculo esel resultado de multiplicar el rendimiento mecnicodel conjunto (nm) por la potencia aplicada en elembrague o potencia al freno (Wf)
W = Wf nm
III.CLCULOS.
A. Las fuerzas que actan sobre el automvil.Para la realizacin de los clculos antesmencionados vamos a tomar una camioneta MazdaB2200 ao 2002, con un motor 22003.
B. Resistencia Aerodinmica.Velocidad del vehiculo 50Km/hFa = 0.5 Cx d S V
Fa = 0.5 (0.48)1.252kg/cm(2.798m)(13.88m/s)Fa = 161.5 N
C. Resistencia por pendiente.Pendiente de 40%Fp = W sen()sen () 100 = pendiente en %sen().100 = 40%
= sen( 0.4) = 23.57
Fp = (1507kg.9,8m/s)sen(23.57)
Fp = 5905.5 N
D. Resistencia ala rodadura.Frd = W cos() r
Frd = (1507kg.9,8m/s).Cos(23.57)(0.013)Frd = 175.97 N
E. Resistencia por inerciaF i = m a
Fi = (1507kg.9,8m/s)Fi = 14768.6 N
F. Calculo de velocidades.
Modelo de transmisin:F4W56A
NUMERO DEDIENTES
Posicin de control:piso Engrane detransmisinPrincipal: 19
Modelo de cambio
Tipo de sincronizador:Avisador
A1=19
Radios de engranaje B1=23Primera: 3.757 C1=27
Segunda: 2.169 D1=32Tercera: 1.404 E1=31Cuarta:1 A2=29Reversa:3.640 B2=25Radio de engranefinal:4.111
C2=19
D2=13E2=13E3=17
Neumticos 195/55 R13Tabla2
Primera29/19*32/13=3.757
Segunda29/19*27/19=2.169
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Tercera29/19*23/25=1.404
Retro.29/19*31/13=3.640
Rt Rdifer
encial
Rto
tal
RPM(
MAX)4700
RPM
cadavelocidad
Primera
0.2661698
0.2432 0.0647
4700RPM
304RPM
Segunda
0.4610
0.2432 0.1121
4700RPM
526RPM
tercera
0.712250
0.2432 0.1732
4700RPM
814RPM
cuarta
1 0.2432 0.2432
4700RPM
1143RPM
retro 0.2747
0.2432 0.0668
4700RPM
313RPM
Tabla 3
Diametro=13*25.4+(195/55)=437.4mmK=(**60)/1000=(*0.4374*60)/1000=0.0824V=k*Nc
El dimetro de la ruedo lo pasamos a metros
Nuestra velocidad saldr en Km/h
Nc RPM para cada velocidad.
K Nc Velocidad
(Km/h)
Primera 0.0824 304
RPM
25
Segunda 0.0824 526
RPM
43
Tercera 0.0824 814
RPM
67
Cuarta 0.0824 1143
RPM
94
Retro 0.0824 313
RPM
26
Tabla4
Fig. 7Fuente: Repositorio UPS
IV. CONCLUSIONES.La resistencia Aerodinmica depende mucho de lasuperficie frontal y forma del vehculo.Mientras menor sea la resistencia Aerodinmica,menor ser el consumo de combustible en elvehculo.
En nuestro caso ya que se trata de una camioneta unmanera fcil de optimizar la disminucin de laresistencia Aerodinmica seria tapando el balde delmismo para disminuir la turbulencia que se generaen el balde.La resistencia a la pendiente de pende de lasinclinaciones, sea a mayor Angulo de inclinacinobtendremos menor potencia.En la resistencia Aerodinmica la velocidad delviento va hacer cero cuando el flujo del viento esta favor de la circulacin del vehculo.La resistencia a la rodadura va a depender de la
presin de inflado de los neumticos.
V. BIBLIOGRAFIA.[1]. SISTEMA DE TRANSMISIN Y FRENADO,
Jos Ignacio Rodrguez.
