modelo matematico

Modelado de motor de combusti´n
o
interna para predicci´n de fallas de
o
funcionamiento.

Alejandro Mu˜ oz Rodr´
n
ıguez

Tesis presentada como requisito parcial para optar al t´
ıtulo de:
Mag´
ıster en Ingenier´ Mec´nica
ıa
a

Director:
I.M. MSc Carlos Humberto Galeano Urue˜a
n

Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingenier´
ıa
Bogot´, D.C., Colombia
a
2012Tesis aprobada por la Facultad de Ingenier´ en
ıa
cumplimiento de los requisitos exigidos para otorgar
el t´
ıtulo de: Mag´
ıster en Ingenier´ Mec´nica
ıa
a

I.M. MSc Carlos Humberto Galeano Urue˜a.
n
Director(a) de la tesis

(Nombre del jurado 1)
Jurado

(Nombre del jurado 2)
Jurado

(Nombre del jurado 3)
Jurado

Universidad Nacional de Colombia
Bogot´, D.C., 25.05.2012
aPrefacio y Agradecimientos
El autor del presente trabajo desea hacer
especial agradecimiento a:
Al I.M. MSc Carlos Humberto Galeano Urue˜a
n
Profesor del Departamento de Ingenier´
ıa
Mec´nica de la Universidad Nacional y Director
a
de Proyecto, por su paciencia y apoyo en los
momentos dif´
ıciles.
Al I.M. MSc Diego Ospina Latorre Profesor
del Departamento de Ingenier´ Mec´nicade
ıa
a
la Universidad Central, por el apoyo en el
desarrollo del modelo y la compresi´n de la
o
t´cnica de modelado.
e
Al I.M. MSc Fernando Mej´ Uma˜a, Director
ıa
n
del Departamento de Ingenier´ Mec´nica de la
ıa
a
Universidad Central, por permitir el desarrollo
del proyecto contando con sus instalaciones y
equipos.
Al I.M. MSc Phd Juan Miguel Mantilla Gonzales, Profesor delDepartamento de Ingenier´
ıa
Mec´nica de la Universidad Nacional, por su
a
colaboraci´n en los modelos de simulaci´n de
o
o
presi´n en el cilindro.
o

Epur si muove.
Galileo Galilei.

vi

Resumen
El presente trabajo presenta un modelo matem´tico de un motor de combusti´n interna
a
o
monocil´
ındrico que simula las vibraciones producidas en sus anclajes bajo funcionamiento
encondiciones normales. Los modelos m´s simples y anal´
a
ıticos parten de la cinem´tica plaa
na de movimiento absoluto para el mecanismo, pero deben establecer un modelo din´mico
a
equivalente para la biela que es el eslab´n que tiene el movimiento m´s complejo. Se utilio
a
zar´ la t´cnica de los gr´ficos de uni´n, ampliamente utilizada en el modelado de mecanismos
a
e
a
o
mecatr´nicos(brazos rob´ticos y maquinaria de movimiento de tierra) y a la luz de este desao
o
rrollo se ofrece una alternativa interesante para simular el motor sin tener que acudir a al
modelo din´mico equivalente para la biela, lo cual garantiza un modelo m´s preciso. Adicioa
a
nalmente, se introducen variaciones en el modelo simulando fallas de funcionamiento bajo
las cuales el modelo muestra variaci´nen el comportamiento vibratorio.
o

Palabras clave: gr´ficos de uni´n, modelado, motores de combusti´n interna, vibracioa
o
o
nes.

vii

Abstract
Title: Modeling of the internal combustion engine for malfunction prediction.
This paper presents a mathematical model of a single cylinder internal combustion engine
that simulates vibration produced in their anchors under normal inoperating conditions.
The simplest and analytical models are based on the flat kinematic absolute motion for the
mechanism, but should establish a dynamic model equivalent to the connecting rod which is
the link that has the most complex movement. Be used graphics technique binding, widely
used in the modeling mechatronic mechanisms (robotic arms and machinery earthmoving)
and in light of thisdevelopment provides an interesting alternative to simulate the engine
without having to resort to the equivalent dynamic model for the rod, which ensures more
accurate model. Additionally, variations are introduced into the model simulating malfunctions under which the model shows variation in the vibrational behavior.

Keywords: bond graphs, modeling,internal combustion engines, vibrations....