Viru+: Conceptos básicos de ingeniería de competición (capítulo 10)
5 mar 2014  
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Décimo capítulo ya de esta serie, en el que seguiremos abordando la mecánica de fluidos. Pretendo, no obstante, volver a tratar la resistencia de materiales y la mecánica antes de dar por terminada la serie. Si quereis, pinchad aquí para repasar el capítulo 9.

Seguimos estudiando la mecánica de fluidos que, como sabeis, está formada por diferentes ramas de estudio, o subdivisiones que iremos viendo a continuación.

5.- Hidrodinámica:

Rama de la mecánica de fluidos que se encarga del estudio de la dinámica de los líquidos. Al contrario que la hidróstatica, aquí tenemos en cuenta que el fluido está en movimiento y este puede ser acelerado, pero no estará en equilibrio (no al menos constante).

Para el estudio de la hidrodinámica hace falta tener en cuenta 3 hipótesis preliminares:

  • El fluido tiene una densidad constante, es decir es incompresible.
  • La perdida de energía debido a la viscosidad es despreciable, es decir que consideramos que el rozamiento es mínimo.
  • El régimen de flujo es estable o estacionario, no consideramos cambios de velocidad a través del tiempo.

A continuación os pongo unas fotografías de ejemplos prácticos en los que se usa la hidrodinámica para el cálculo y diseño de los mismos.

Para empezar vamos a observar al primo hermano del túnel de viento, el canal hidrodinámico. Aquí se prueban diferentes clases de embarcaciones, incluidas las de competición.

canal-hidrodinamico

Otra aplicación de la hidrodinámica es el intercambiador de calor o radiador de agua o aceite, usado en vehículos con motor de combustión interna desde hace muchísimo tiempo. En la Formula 1 estos son de aluminio, muy ligero y resistente, aunque últimamente el titanio se está introduciendo. Además de que la colocación exige un buen estudio de aerodinámica, para elegir el ángulo de inclinación adecuado.radiador-aluY seguimos con otro ejemplo más de aplicación, esta vez un esquema de distribución del aceite de lubricación. Aquí observamos la lubricación por presión con el aceite contenido en el cárter, pero en competición se usa (la Formula 1 no es ajena) la lubricación por cárter seco, que no es más que separar el depósito de aceite del motor y utilizar una bomba de alta presión para distribuir ese aceite. lubricacion_02

Y una foto muy curiosa, una bomba de aceite seccionada, para que veais el engranaje interno que se encarga de bombear el aceite. Al ser de engranaje es más compacta y robusta, preparada para aguantar los esfuerzos a los que estará sometida. El giro del engranaje es el que impulsa el aceite para que lubrique todo el motor.

corte bomba de aceite

Hemos acabado con el apartado de la mecánica de fluidos, ya que hay más aplicaciones pero no tienen mucho que ver con la ingeniería automovilística. Pero no acaba la serie, ya que como os dije quería volver a la mecánica y resistencia de materiales con ejemplos prácticos de su uso en ingeniería de competición automovilística.

Cuando estudiábamos conceptos de resistencia de materiales, os traté de explicar en que consistía cada uno pero ahora os pondré ejemplos gráficos de esos conceptos, así afianzamos conocimiento.

Vamos a comenzar por la rigidez, con esta foto que os pongo a continuación. Quiero que la miréis bien y contestéis a esta pregunta, ¿cúal de los dos elementos tendrá más rigidez? neumático pistón

Por supuesto sabéis cual de los dos elementos tiene más rigidez, ¿verdad? Efectivamente el conjunto pistón-biela de la derecha tiene que ser necesariamente mucho más rígido que el neumático de la izquierda. Esto es debido a que la goma debe aguantar torsiones y deformaciones, además de absorber vibraciones. Sin embargo el pistón debe transmitir fielmente la fuerza de la explosión al cigüeñal, para que este gire y transmita el par a la transmisión, y por lo tanto debe ser lo más rígido posible.

A continuación os pongo un ejemplo de los diferentes tipos de esfuerzo a los que se puede someter una pieza u objeto. También pueden ser una suma de algunos o todos.

Tracción:esfuerzo tracciónCompresión:esfuerzo compresionCizalladura:esfuerzo cizalladuraFlexión:esfuerzo flexionTorsión:esfuerzo torsión

Como veis, cada esfuerzo lleva aparejados unos momentos aplicados distintos, que se podrían representar por las flechas que veis.

Ahora os pongo ejemplos de piezas sometidas a varias solicitaciones al mismo tiempo, en las fotografías de abajo. En primer lugar un conjunto de brazos de suspensión. Además de a tracción y compresión, también se les somete a momentos de torsión y cizalladura (esto último en sus anclajes).suspensión F1Otro ejemplo es el cigueñal que os pongo a continuación. Tensiones de tracción y compresión (debido a que soporta la fuerza del pistón), pero también torsión porque debe vencer la resistencia del sistema de transmisión.

cigueñal

Y ahora un diagrama esfuerzo-deformación, donde se aprecia que hasta que se llega al límite elástico , en la zona 1 o de deformación elástica de la pieza, la relación entre el esfuerzo y la deformación es directamente proporcional. La zona 2 se le denomina zona de fluencia, en donde un pequeño aumento de la tensión aumenta la deformación de manera visible. La zona 3 es la demonidada zona de deformación plástica y en su cénit la zona de rotura plástica del material, a partir de aquí el material se considera roto totalmente, aunque aún no haya partido, ya que esto ocurre en la zona 4 o de rotura, cuyo límite es el límite de rotura o esfuerzo último de rotura.Curva_tensión_deformación_zonas

¿Todos los materiales poseen el mismo diagrama? La respuesta es un rotundo no. El diagrama depende mucho de los límites elásticos y plásticos de cada material, pero si es cierto que todos presentan 4 zonas distintas, aunque a veces cueste diferenciarlas por la rigidez o plasticidad del material.

Bien, hasta aquí este capítulo en donde hemos vuelto hacía atrás, pero creo que era necesario para afianzar conceptos. En el siguiente seguiremos con la resistencia de materiales y la mecánica de sólidos, que aún hay mucho que explicar.

Jero → http://www.twitter.com/jeroitim

Comentarios

  1. […] Llegamos al capítulo 11 (y final) de esta serie de viru+, donde repasaremos conceptos de resistencia de materiales, mecánica y un poco de electrónica. No os he hablado antes de ella porque el peso específico de la electrónica (a pesar de que este año es mucho mayor) sigue siendo menor que el que poseen la mecánica y la fluidomecánica. Y antes de continuar, si quereis repasar el capítulo anterior podeis hacerlo pinchando aquí. […]

  2. Noah dice:

    Listo, leido y releido…Muy interesante :)

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