Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Industrial Diseño, cálculo y fabricación de un sistema de ...

104 Pages·2015·31.04 MB·Spanish

Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería Industrial

Diseño, cálculo y fabricación de un sistema de
escape para motor 250cc monocilíndrico
Autor: Juan Carlos Herruzo García
Co-Directores: Daniel García Vallejo, Miguel Ángel Herrada Gutiérrez

Equation Chapter 1 Section 1
Dep. Ingeniería Mecánica y Fabricación
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla

Sevilla, 2015

Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería Industrial

Diseño, cálculo y fabricación de un sistema de
escape para motor 250cc monocilíndrico

Autor:
Juan Carlos Herruzo García

Co-Directores:
Daniel García Vallejo
Profesor Contratado Doctor

Miguel Ángel Herrada Gutiérrez
Profesor Titular

Dep. de Ingeniería Mecánica y Fabricación
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2015

iii

Proyecto Fin de Carrera: Diseño, cálculo y fabricación de un sistema de escape para motor 250cc
monocilíndrico

Autor: Juan Carlos Herruzo García
Co-Directores: Daniel García Vallejo, Miguel Ángel Herrada

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:
Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

v
Sevilla, 2015

El Secretario del Tribunal
Índice
Índice viii
Índice de Tablas viii
Índice de Figuras ix
1 Introducción 1
1.1.Entorno del proyecto 2
1.1.1 US-Racing Engineering 2
1.1.2 Motostudent 3
1.1.3 Historia y clasificación 4
1.1.4 Proceso de diseño en la actualidad 7
1.2. Introducción Teórica 8
1.2.1 Sonido y Propagación de ondas 8
1.2.2 El fenómeno de la presión y sus aplicaciones 11
2 Fase de Diseño y Cálculo mediante FLUENT 13
2.1. Fase de Cálculo 13
2.1.1 Geometría 13
2.1.2 Mallado 14
2.1.3 Módulo de Setup 19
2.1.4 Módulo de Solution 30
2.2. Fase de Diseño 36
2.2.1 Diseño 1 36
2.2.2 Diseño 2 37
2.2.3 Diseños varios 42
2.2.4 Parametrización y Optimización 45
2.2.5 Diseños varios. Continuación 50
2.2.6 Diseño Óptimo 57
3 Fase de Cálculo en Frecuencia 63
3.1. Definición y Cálculo 63
4 Fase de Fabricación 70
5 Conclusiones 79
6 Mejoras 80
7 Anexos 82
7.1. Anexo I 82
7.1.1 Configuración de Solvers 83
7.1.2 Proceso de Resolución 84
7.2. Anexo II 89
7.1.1 Resonador de Helmholtz 89

Bibliografía 93

vii
Í T
NDICE DE ABLAS

Tabla 2–1. Diámetro de Salida-Longitud de Megáfono y Gasto Másico 45
Tabla 4–1 Propiedades del acero inoxidable AISI Tipo 304L 70
Í F
NDICE DE IGURAS

Figura 1.1. Logo oficial del equipo US-Racing Engineering 2
Figura 1.2. Línea de meta del circuito de Motorland, Aragón 3
Figura 1.3. Foto tomada en 1961 de la parrilla de salida 5
Figura 1.4. Emblemas de MV Agusta, Moto Guzzi y Mondial. Fabricantes Italianos 5
Figura 1.5. Emblemas de Honda, Suzuki y Yamaha. Fabricantes Japoneses 6
Figura 1.2. Línea de meta del circuito de Motorland, Aragón 3
Figura 1.6. Ensayo en banco de pruebas de una motocicleta de gran cilindrada 8
Figura 1.7. Visualización de las capas de aire en un instante t 9
Figura 1.8. Evolución de la gráfica desplazamiento-posición en un instante t 10
Figura 1.9. Variación de la presión producida por una onda 11
Figura 1.10. Esquema para la propagación de ondas 12
Figura 2.1. Design Modeler de ANSYS Workbench 14
Figura 2.2. Estructura del problema en ANSYS 15
Figura 2.3. Mallado con Sizing 5mm de tamaño de elemento 16
Figura 2.4. Mallado con Sizing 2mm de tamaño de elemento 16
Figura 2.5. Mallado con Hexaedros Dominantes 17
Figura 2.6. Mallado con Sweep Method y Sizing en la sección 18
Figura 2.7. Named Selections del Modelo 1 de escape 18
Figura 2.8. Módulo Setup. FLUENT Launcher 19
Figura 2.9. Módulo Setup. FLUENT Main Window 20
Figura 2.10. Módulo Setup. Scale Mesh 21
Figura 2.11. Módulo Setup. Scale Mesh 21
Figura 2.12. Módulo Setup. Mesh Report Nivel 2 22
Figura 2.13. Módulo Setup. Report Cell Quality Nivel 2 23
Figura 2.14. Módulo Setup. Models 24
Figura 2.15. Módulo Setup. Viscous Models 25
Figura 2.16. Composición de gases de escape 27
Figura 2.17. Módulo Setup. Ventana de Materiales 28
Figura 2.18. Módulo Setup. Cell Zone Conditions 29
Figura 2.19. Módulo Setup. Boundary Conditions 30
Figura 2.20. Módulo Solution. Solution Methods 31
Figura 2.21. Módulo Solution. Solution Methods 33
Figura 2.22. Módulo Solution. Solution Monitors 33
Figura 2.23. Módulo Solution. Hybrid and Standard Initialization options 34
ix
Figura 2.24. Módulo Solution. Proceso Iterativo en curso 35
Figura 2.25. Módulo Solution. Proceso Iterativo Finalizado 36
Figura 2.26. Modelo CAD. Diseño 1 37
Figura 2.27. Contours of Velocity. Diseño 1 38
Figura 2.28. Contours of Total Pressure. Diseño 1 38
Figura 2.29. Contours of Density. Diseño 1 39
Figura 2.30. Contours of Adaption Function. Diseño 1 39
Figura 2.31. Modelo CAD. Diseño 2 40
Figura 2.32. Contours of Velocity. Diseño 2 40
Figura 2.33. Contours of Total Pressure. Diseño 2 41
Figura 2.34. Velocity Pathlines. Diseño 2. Reflujo 42
Figura 2.35. Efecto codo. Fuerzas de Inercia. Diseño 3 43
Figura 2.36. Efecto codo. Fuerzas de Inercia. Diseño 3 43
Figura 2.37. Esquema de ANSYS para parametrización y optimización 44
Figura 2.38. Parametrización mediante Design Modeler 46
Figura 2.39. Diseño de Experimentos 1 47
Figura 2.40. Criterio de Optimización 1 47
Figura 2.41. Resultados de Optimización 1 48
Figura 2.42. Resultados de Optimización 2 49
Figura 2.43. Resultados de Optimización 3 50
Figura 2.44. Modelo CAD de la motocicleta. Prototipo 2014 US-Racing Engineering 51
Figura 2.45. Modelo CAD de la motocicleta. Salida de motor.
Prototipo 2014 US-Racing Engineering 52
Figura 2.46. Detalle CAD de la curvatura a la salida de motor.
Prototipo 2014 US-Racing Engineering 52
Figura 2.47. Modelo CAD de la motocicleta. Vista lateral izquierda.
Prototipo 2014 US-Racing Engineering 53
Figura 2.48. Modelo CAD de la motocicleta. Espacio disponible cercano al motor.
Prototipo 2014 US-Racing Engineering 54
Figura 2.49. Vista trasera. Prototipo 2014 US-Racing Engineering 54
Figura 2.50. Modelo CAD de la motocicleta. Espacio disponible cercano a estribera izquierda.
Prototipo 2014 US-Racing Engineering 55
Figura 2.51. Vista inferior del lateral izquierdo del basculante.
Prototipo 2014 US-Racing Engineering 54
Figura 2.52. Modelo CAD del primer diseño de Megáfono Curvo 58
Figura 2.53. Contours of Velocity. Primer diseño con Megáfono Curvo 58
Figura 2.54. Contours of Velocity. Diseño Óptimo 59
Figura 2.55. Vistas CAD del Diseño Óptimo 60
Figura 2.56. Velocity Pathlines. Vórtices 60