Diseño y Análisis Térmico del Cuerpo de Aletas en el Cilindro de un Motor con Diferentes Materia
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Course
INGENIERIA 965567
Subject
Mechanical Engineering
Date
Dec 24, 2024
Pages
47
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Diseño y Análisis Térmico del Cuerpo de Aletas en el Cilindro de un Motorcon Diferentes Materiales y Perfiles de AletasAburto Marín, Jack1, Asato Cerna, Juan1, Crispín Namuche, Manuel1, Flores Leyva,Louis1, Rojas Polo, Alex1, Torres Ruiz, Oscar11Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales, Universidad Nacional de Trujillo,Perú,t013500720@unitru.edu.pe, t513501020@unitru.edu.pe, lofloresl@unitru.edu.pe,t453500320@unitru.edu.pe, arojasp@unitru.edu.pe, otorresr@unitru.edu.En este artículo se realiza un análisis térmico del cilindro de un motor de combustión interna de100 cc, evaluando el impacto de diferentes geometrías de aletas y materiales en la transferenciade calor. La investigación tiene como propósito analizar los resultados térmicos obtenidosmediante simulaciones en ANSYS, variando los materiales seleccionados con el software CESEduPack y las geometrías de las aletas, identificar las temperaturas y flujos térmicos mínimos ymáximos en su distribución a lo largo del cilindro, y comparar los resultados considerando costosy pesos asociados a los diferentes materiales y diseños. Para alcanzar estos objetivos, lainvestigación se desarrolló en tres etapas. La primera consistió en el modelado geométrico enSolidWorks, donde se diseñaron cuatro geometrías de aletas: rectangular, circular, angular yprismática trapezoidal. La segunda etapa implicó la selección de cinco materiales metálicosutilizando CES EduPack, aplicando criterios como densidad, conductividad térmica y costo. En laúltima etapa, se realizaron simulaciones térmicas bajo condiciones estacionarias en ANSYS paraanalizar la variación de temperatura, el flujo térmico y el impacto del peso de las aletas. Los1segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
resultados indicaron que la geometría angular optimizó la transferencia de calor al alcanzar losmayores valores de flujo térmico, mientras que el Magnesium Z6 destacó como el material quepermitió una significativa reducción de peso sin comprometer la eficiencia térmica del motor.Keywords — Thermal analysis, engine cyclinder, cooling fins, heat transfer, ANSYSsimulation, material selection and geometries.Aspectos destacados●Evaluación de diferentes perfiles y materiales para aletas de motor con simulaciones enANSYS.●Metodología combinó modelado en SolidWorks, análisis en CES EduPack y ANSYS.●Resultados comparan eficiencia térmica y costos entre materiales seleccionados.●El Magnesium Z6 destacó por su baja densidad, reduciendo el peso del motor sin perdereficiencia.I. INTRODUCCIÓNEl cilindro del motor es uno de los elementos fundamentales en un automóvil, ya que estáexpuesto a significativas fluctuaciones de temperatura y a tensiones térmicas considerables; parafacilitar su enfriamiento, se incorporaron aletas, cuya función es incrementar la tasa detransferencia de calor, por lo que resulta fundamental, al realizar un análisis térmico, entender el2segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
proceso de disipación de calor que ocurre en el interior del cilindro, donde el motor genera gasesextremadamente calientes debido a la mezcla de aire y combustible, que reacciona mediante unproceso de combustión al ser comprimida por el movimiento del pistón hacia la parte superior delcilindro, entrando en contacto con la chispa generada en la bujía y produciendo una temperaturaque oscila entre 600 y 1000 °C, con el riesgo de que estas condiciones extremas pueden quemarla película de aceite, responsable de lubricar las piezas móviles [1]. Por otro lado, la temperaturadebe reducirse a unos 150-200 °C para que el motor funcione de manera eficiente, sin quepresente un enfriamiento excesivo, ya que reduciría la eficiencia térmica [2].Según la termodinámica, un sistema que convierte el calor o energía térmica de los combustiblesen energía mecánica, puede emplearse para realizar trabajos mecánicos, siendo conocido comomotor térmico, el cual opera haciendo que la sustancia de trabajo pase de una temperatura másalta a otra más baja, transfiriendo el calor desde una fuente de alta temperatura hacia un disipadorde calor mientras genera trabajo, y durante este proceso, una parte de la energía térmica setransforma en trabajo útil con la ayuda de la sustancia de trabajo, mientras que el resto se pierdetanto en el escape como por fricción, siendo el aire la sustancia de trabajo utilizada en la mayoríade los motores de combustión interna [3].Respecto a un cilindro de motor con desplazamiento de 100 centímetros cúbicos (cc), se clasificacomo baja cilindrada y resulta ideal para impulsar vehículos ligeros en entornos urbanos, debidoa su bajo consumo de combustible, menor emisión de gases contaminantes y con una facilidadrespecto a su mantenimiento, lo que lo convierte en una opción eficiente y práctica para3segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
motocicletas y scooters de baja cilindrada, ciclomotores, cortadoras de césped, y generadoresportátiles, ya que ofrece una combinación equilibrada de eficiencia y potencia suficiente paratareas que requieran una baja demanda energética [4].En [5] se estudió la simulación estructural y térmica de las aletas en un cilindro de motorrefrigerado por aire, con el objetivo de optimizar la transferencia de calor y analizar las tensionestérmicas en motores de combustión interna, para lo cual se utilizó el software CATIA V5 R20para modelar el cilindro y ANSYS para la ejecución de simulaciones, evaluando parámetros dediseño como el grosor, espaciado y material de las aletas bajo distintas condiciones de velocidaddel vehículo, donde los resultados indicaron que las aletas cuyo material utilizado en ellas fueronde aluminio, y el grosor de estas aletas fue de 2 mm, con espaciado de 8 mm, lograron un diseñoóptimo al maximizar la disipación de calor sin superar los límites aceptables de tensionestérmicas y deformación, demostrando que el aluminio, gracias a su alta conductividad térmica,bajo peso y resistencia adecuada, es un material ideal para estas aplicaciones.En [6] se hizo un estudio sobre la transferencia de calor en motores de combustión interna, dondese enfocaron en la optimización de las aletas en los cilindros de motor, con el fin de mejorar ladisipación del calor generado durante la combustión, mediante análisis térmicos transitorios,evaluando así diversas geometrías de aletas (rectangulares, circulares, angulares y curvas) ymateriales, como aleaciones de aluminio (AA) 2014 y 204, donde las simulaciones por elementosfinitos mostraron que la aleación de Al 2014 ofreció una distribución de temperatura con un 17%más eficiente que el AA 204, destacando así que las aletas circulares y curvas no solo mejoraron4segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
la eficiencia del motor y a su vez redujeron su peso, sino que también contribuyeron alrendimiento térmico, destacando así la importancia del diseño idóneo para maximizar latransferencia de calor y así evitar daños térmicos.En [7] se revisan estudios sobre la optimización de aletas en motores de combustión interna,analizando cómo la geometría, entre ellas, perfiles rectangulares, angulares y circulares, ymaterial, tales como las aleaciones de aluminio y magnesio, influyen en la transferencia de calor,donde las simulaciones con ANSYS y Solidworks demostraron que tanto la forma como elespesor de las aletas son factores clave para mejorar la eficiencia térmica, ya que materiales conalta conductividad térmica y geometrías optimizadas favorecen el flujo de aire, incrementando asíel rendimiento térmico del motor.En [8], se examina cómo el espesor de las aletas influye en la transferencia de calor en loscilindros del motor, sugiriendo que un espesor óptimo mejora la eficiencia térmica, ya que esteparámetro afecta la transferencia de calor de varias maneras: un espesor mayor puede aumentar laresistencia térmica y reducir la eficiencia de disipación de calor, mientras que un espesor menorpermite una mejor circulación del aire y una mayor superficie expuesta al flujo de calor,facilitando una mayor transferencia térmica; este equilibrio es crucial para maximizar elrendimiento térmico del motor, y los valores de espesor analizados, típicamente entre (2.5 y 3.5)mm, muestran que un espesor inferior al especificado puede tener consecuencias significativas,ya que un espesor excesivamente delgado puede aumentar la fragilidad de las aletas, haciéndolassusceptibles a deformaciones o daños en condiciones de funcionamiento, lo que, si bien podría5segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
mejorar la transferencia de calor, también reduce la masa de la aleta, afectando su capacidad dealmacenar y disipar el calor de manera efectiva, lo que puede generar puntos calientes en el motory, en última instancia, conducir a un bajo rendimiento térmico.En [9], se realizó un análisis térmico de las aletas de un cilindro de un motor con el objetivo deoptimizar la transferencia de calor y mejorar su durabilidad, utilizando modelado 3D en UNI-GRAPHICS y análisis transitorio en ANSYS V15.0; en este estudio, se compararon diferentesgeometrías de aletas (rectas y aerodinámicas) y materiales (aleaciones de aluminio 204, 7075 ymagnesio), y los resultados mostraron que las aletas aerodinámicas de aluminio 7075proporcionaron la mejor distribución de temperatura y flujo de calor, indicando así que es posibleaumentar la durabilidad del motor mejorando la tasa de transferencia de calor.En [4], el estudio numérico sobre la transferencia de calor por convección natural en aletashorizontales rectangulares gruesas de aluminio, cuyos espesores oscilan entre 3 a 7 mm, y delongitudes hasta 50 mm, montadas sobre una placa base horizontal, tiene como objetivo mejorarla disipación de calor; para ello, los autores emplean un esquema de volumen finito para resolverecuaciones tridimensionales de flujo laminar y transferencia de calor, validando los resultadoscon datos experimentales previos, lo que les permitió analizar el comportamiento del flujo de airey la distribución de temperatura alrededor de diferentes geometrías de aletas, identificando dospatrones de flujo en el canal entre las aletas, los cuales se ven influenciados por parámetros comoaltura, espaciamiento y diferencia de temperatura, por lo que, a partir de este análisis, sedesarrollaron correlaciones para predecir el número de Nusselt, parámetro clave en la6segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
transferencia de calor, y se determinó que, al aumentar el espaciamiento entre las aletas, semejora la transferencia de calor hasta un punto óptimo de aproximadamente 7 mm; además, paraconfiguraciones con una relación altura/longitud de aleta (H/L > 0.24), este espaciamientomaximiza la eficiencia térmica, mientras que espaciamientos mayores no brindan beneficiosadicionales significativos.En [10]se habla de que el cilindro del motor sufre una variación de temperatura y estrés térmico,es decir, para la mejora y eficiencia del funcionamiento del motor se requiere la mejora en lasaletas, ya que actúan como disipadores de calor generado en el interior del cilindro de motor, paraello, diseñaron tres formas de aletas y tres materiales seleccionados para analizar térmicamente lamejor forma y material empleado.En [11], se indica que el cilindro del motor de combustión interna es uno de los principalescomponentes sometidos a altos esfuerzos térmicos y variaciones de temperatura, por lo que seconsideró realizar un análisis térmico variando el tipo de material y la forma geométrica de lasaletas, utilizando para ello materiales como aleaciones de cobre (latón C37700), fundición gris,aleación de aluminio (Al) 6061 y aleación de aluminio 356, y un diseño rectangular para lasaletas del motor, los cuales fueron diseñados y simulados en ANSYS; como resultado, sedeterminó que la aleación de aluminio 356 fue el mejor material entre los cuatro considerados, yaque, además de ofrecer el mejor desempeño en términos de flujo de calor promedio, tambiénpresenta la menor densidad entre los materiales estudiados, por lo que es la opción más adecuada,7segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
tanto por su eficiencia térmica como por su menor peso, lo que optimiza la selección de materialpara la fabricación de aletas.Entre las últimas investigaciones mencionadas, se refleja una similitud en la necesidad y acuerdode realizar mejoras al motor mediante el cambio de su forma y material. En los resultados de[10], se indica una reducción de peso significativa de acuerdo a la geometría y material de lasaletas, destacando que más del 60% de la reducción en el peso del cuerpo del motor se mantieneal adoptar una aleta angular en lugar de la forma de aleta original, siendo el material queproporciona esta reducción de peso, el Al 6082. Por otro lado, en la investigación de [11], seconsidera que la aleación de aluminio 356 es el mejor material entre los cuatro analizados, ya queno solo ofrece un mejor desempeño en términos de flujo de calor promedio, sino también unamenor densidad, lo que contribuye a una mayor eficiencia térmica y una reducción en la masa delmotor, siendo este un criterio importante en la selección del material.En [12] se menciona que las altas temperaturas de trabajo al interior de un motor de combustióninterna dificultan tanto su construcción como su operación, ya que no se conocen materialescapaces de soportar de forma continua las altas temperaturas a las que se someten el cilindro,pistón y elementos de control, manteniendo la resistencia necesaria para soportar altas cargas detrabajo; en este contexto, los materiales utilizados fueron aluminio 6061 y fundición gris, y lasformas de las aletas utilizadas incluyeron aletas circulares, rectangulares, angulares,longitudinales, helicoidales y cónicas, resultando la aleación de aluminio 6061 superior a lafundición gris en términos de refrigeración, además de mostrar un incremento significativo en el8segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
coeficiente de transferencia de calor, el cual pasó de 7.29 W/m²K a 89.83 W/m²K, y tambiéncontribuirá a una menor densidad, lo que a su vez aumentará el ahorro de combustible; por otraparte, de acuerdo a los resultados obtenidos, y conociendo el material más eficiente, se concluyóque la aleta circular es la que presenta el mayor coeficiente de transferencia de calor. Por loecxpeusto em el presentoete tde des deII. SECUENCIA DE ANÁLISIS Y DISEÑOLa metodología utilizada en este trabajo se organizó en tres etapas principales para optimizar eldiseño y el desempeño térmico de las aletas de un cilindro de motor.2.1. Etapa 1: Modelado GeométricoEn la etapa de modelado geométrico se utilizó el software SolidWorks para diseñar las diferentesgeometrías de las aletas, tomando en cuenta parámetros claves como el espaciamiento entrealetas, su espesor y las dimensiones del cilindro, los cuales fueron definidos como constantes enel diseño de la aleta y establecidos tomando como referencia los valores reportados en [10];además, las especificaciones detalladas en la Tabla 1 garantizaron la consistencia dimensional entodos los modelos desarrollados, proporcionando así una base uniforme para las etapasposteriores de evaluación y simulación.Referente a las variaciones geométricas a evaluar, son cuatro, rectangular, circular, angular yprisma trapezoidal, tal cual se ven reflejadas en las Figuras (1, 2, 3 y 4), respectivamente.9segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
2.2. Etapa 2: Selección de MaterialesLa selección de los materiales se basó mediante el programa CES EduPack, para ello seestablecieron ciertos límites y criterios que se tienen que cumplir, es por ello que los materialesque pasan la etapa de selección son todos metálicos, puesto que, se establecieron límites, tantovalores mínimos, como máximos, en las propiedades de densidad y conductividad térmica, estosparámetros están basados en los valores de las propiedades de los materiales de hierro fundido yaleación de aluminio 6082, detallados en [10], es por ello que los materiales, tales comocerámicos, híbridos, polímeros y elastómeros, no cumplen con estos requerimientos, es por elloque se está trabajando únicamente con materiales metálicos, tal cual como se muestra en laFigura 5. Como se observa en la Figura. 6, los materiales metálicos pasan la primera etapa de selección,por lo que para la segunda etapa solo nos centraremos en materiales ferrosos y no ferrosos através de la herramienta “Árbol” del CES EduPack.Se consideraron ciertos parámetros referente al artículo [10], inicialmente, con relación a ladensidad, puesto que se tomó como referencia máxima el valor reportado para el hierro fundidoen la base de datos, que es de 7320 kg/m³, ligeramente superior al convencional de 7200 kg/m³.Para el límite inferior, aunque inicialmente se consideró el valor del aluminio (2700 kg/m³), esterestringía los resultados exclusivamente a aleaciones de aluminio. Por ello, se redujo el límite a1800 kg/m³, permitiendo incluir materiales adicionales con propiedades adecuadas. Por otro lado,también se tuvo en cuenta el criterio de costo por unidad de masa, el cual se consideró un mínimo10segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
de 0.44 USD/kg, correspondiente al hierro fundido, y un máximo de 5 USD/kg para abarcaropciones económicamente viables y de mayor desempeño, además, basados en el CES EduPackmuestran los precios del hierro fundido oscilan entre (0.40 - 0.46 USD/kg) y las aleaciones dealuminio oscilan entre (3 - 5 USD/kg). En términos de temperatura máxima de servicio, se fijó unlímite de 450 °C, superando los 397 °C del hierro fundido, para garantizar un margen deseguridad térmica en aplicaciones exigentes. Respecto a la conductividad térmica, es por ello quese seleccionó un mínimo de 43.4 W/m·°C, correspondiente al cast iron, ya que esta propiedad esfundamental para el estudio debido a la necesidad de alta transferencia de calor. Adicionalmente,se consideraron las aleaciones de aluminio, reconocidas por su excelente conductividad térmica,dichos parámetros mencionados serán añadidos en la opción “Límites” del programa CESEduPack, los intervalos de trabajo de cada una de las propiedades ya mencionadas, ello se vereflejado en la Figura 7.Así mismo, se incorporaron criterios de durabilidad al agua y solventes orgánicos, estableciendoniveles de "Aceptable" y "Excelente" para garantizar que los materiales logren soportar laexposición continua a humedad y aceites de motor, condiciones inherentes al diseño del cilindro,tal cual se aprecia en la Figura 8. Por otro lado, se realizó una gráfica de Conductividad térmica vs Densidad de los materiales quepasan todas las etapas de selección, esto se realizó con la finalidad de ver la distribución de estosmateriales considerando estas 2 propiedades.11segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Así mismo, se elaboró otra gráfica, el cual es respecto al Precio vs Densidad, referente a losmateriales que pasan todas las etapas de selección, esto se realizó con la finalidad de ver ladistribución de estos materiales considerando estas 2 propiedades, tal cual se aprecia en la Figura10.Una vez ya establecidos los criterios de selección de materiales, en la Tabla 2, se mencionan losmateriales a trabajar para las simulaciones a realizar.La temperatura de trabajo, se refiere a que alcanza la parte interna del cilindro de motor, por lacombustión interna que se origina, el cual es de 585 °K. De acuerdo a [13], el cual explica que elmotor, trabaja a temperaturas altas, que varían según la posición: partiendo de la sección de lafalda que no supera los 150 °C, pasa a las paredes del cilindro alrededor de 250 y 300 ºC en laparte central de la corona del pistón.La temperatura ambiente hace referencia a la temperatura del entorno exterior el cual es de 25 ºC,esto equivale a 295.15º kEl coeficiente de convección de 5.e-006 W/mm2k es bajo, el cual no indica que está encondiciones de convección natural con un fluido en reposo o de muy baja de velocidad, como elaire alrededor de una superficie a baja temperatura [14].2.3. Etapa 3: Simulación de las PiezasUna vez seleccionados los materiales a utilizar, se exportaron sus propiedades desde el programaCES EduPack a los entornos de simulación ANSYS 2022 R1 y ANSYS 2024 Student, siguiendo12segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
un enfoque metodológico estructurado que garantizó la precisión y confiabilidad de losresultados, incluyendo la verificación de las propiedades físicas y térmicas asignadas a cadamaterial para asegurar su consistencia con los parámetros definidos en la etapa de selección; estaintegración precisa de los datos permitió establecer las condiciones iniciales y límites necesariospara las simulaciones a emplear.El procedimiento comenzó con la selección del sistema de análisis, identificando "EstadoEstacionario Térmico" (Steady-State Thermal)como la opción más adecuada para el estudio,permitiendo analizar el comportamiento térmico en condiciones de equilibrio, donde latemperatura no varía con el tiempo, tal cual se observa en la Figura 11.Seleccionado el sistema, se procedió a la asignación del material que se utilizará en el análisis. Enla sección "Engineering Data" se accedió a una extensa biblioteca de materiales disponibles enANSYS y de materiales previamente importados del programa CES EduPack. Al seleccionar el material, se verificó que todas las propiedades físicas necesarias estuvierancorrectamente definidas para garantizar que la simulación represente con exactitud lascaracterísticas reales del material.Posteriormente, se debe de importar cada geometría al entorno de ANSYS Discovery, dichageometría había sido previamente modelada en el programa SolidWorks,ello se ve reflejado en laFigura 12.Una vez importado el modelo, se asignaron las propiedades del material directamente en el sólidodefinido dentro del programa, La creación de la malla fue un aspecto crítico del procedimiento,13segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
ya que influye significativamente en la precisión de los resultados, en esta etapa, se debe deconfigurar una malla cuyo tamaño se define en función de un compromiso entre precisión yeficiencia computacional. Una malla más fina permitirá una representación más detallada de las distribuciones detemperatura y flujo de calor, pero también incrementa los requerimientos de tiempo y recursos deprocesamiento [6]. Al ajustar el tamaño deseado, la malla se va a generar automáticamente por elsoftware, asegurándose de que los elementos fueran distribuidos uniformemente en toda lageometría para capturar las características térmicas más relevantes, tal cual como se aprecia en laFigura 13.Posteriormente, se deben de establecer parámetros claves con el fin de describir las interaccionestérmicas referente al modelo, las cuales ya se detallan en la Tabla 4. En el apartado del análisis a realizar, se agregaron los parámetros de entrada a aplicar, iniciandocon el coeficiente de película en los datos de convección enfocado a las aletas del motor, tal cualse observan en la figura 14 y figura 15.Continuando con la selección del interior del cilindro, reflejando en ella la temperatura inicial,reflejadas en las Figuras 16 y 17.Finalmente, el software procesó todos los datos ingresados y generó resultados que permitieronevaluar el desempeño térmico del modelo bajo las condiciones especificadas, estos resultadosproporcionaron información clave sobre cómo el calor se distribuye y se transfiere dentro del14segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
cilindro, con sus diferentes geometrías, y a su vez se obtuvieron los datos de salida, las cualesfueron la variación de temperatura y variación de flujo térmico.III. RESULTADOS Y DISCUSIONES3.1. Aluminio 5182 H193.1.1. Variación de temperaturaEn la Figura 18 se observa la variación de temperatura para cada geometría de aleta del cilindro,referente al aluminio como material de estas.3.1.2. Variación de flujo térmicoEn la Figura 19 se observa la variación de flujo térmico para cada geometría de aleta del cilindro,referente al aluminio como material de estas.3.2. Magnesium Z63.2.1. Variación de temperaturaEn la Figura 20 se observa la variación de temperatura para cada geometría de aleta del cilindro,referente al magnesio como material de estas.3.2.2. Variación de flujo térmicoEn la Figura 21 se observa la variación de flujo térmico para cada geometría de aleta del cilindro,referente al magnesio como material de estas.3.3. Zinc-Aluminium Alloy ZA-2715segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
3.3.1. Variación de temperaturaEn la Figura 22 se observa la variación de temperatura para cada geometría de aleta del cilindro,referente a la aleación de zinc-aluminio como material de estas.3.3.2. Variación de flujo térmicoEn la Figura 23 se observa la variación de flujo térmico para cada geometría de aleta del cilindro,referente a la aleación de zinc-aluminio como material de estas.3.4. Zinc-Cu-Ti Alloy, Korloy 3130, Forged3.4.1. Variación de temperaturaEn la Figura 24 se observa la variación de temperatura para cada geometría de aleta del cilindro,referente a la aleación de Zinc-Cu-Ti como material de estas.3.4.2. Variación de flujo térmicoEn la Figura 25 se observa la variación de flujo térmico para cada geometría de aleta del cilindro,referente a la aleación de Zinc-Cu-Ti como material de estas.3.5. Cast Iron, Flake Graphite, EN GJL 3003.5.1. Variación de temperatura16segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
En la Figura 26 se observa la variación de temperatura para cada geometría de aleta del cilindro,referente al cast iron EN GJL 300 como material de estas.3.5.2. Variación de flujo térmicoEn la Figura 27 se observa la variación de flujo térmico para cada geometría de aleta del cilindro,referente al cast iron EN GJL 300 como material de estas.A continuación, se detallan en las siguientes tablas, 3, 4, 5 y 6, respectivamente, respecto a losresultados en las simulaciones según su geometría, para cada material respecto a las aletas delcilindro de motor.En la tabla 3, se logra observar que las temperaturas mínimas varían de acuerdo al material, estose debe a la propiedad de conductividad térmica de cada material; para los materiales de altaconductividad térmica como por ejemplo el Aluminio 5182 H19, Magnesium Z6 y Zinc-aluminium alloy ZA-27,hacen que se distribuya de manera rápida y permite que las zonasalejadas de la fuente de calor no se enfríen rápidamente, como se puede apreciar el Cast iron,flake graphite, EN GJL 300 tiene la temperatura mínima más baja el cual es 550.05 ºK,comparado con el Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, que tiene la temperatura mínima más alta elcual es 559.04 ºK. Además, se puede apreciar que el mayor flujo térmico es el Cast iron, flakegraphite, EN GJL 300, cuyo valor es de 0.06307 y una masa de 1.41260 Kg comparado con elZinc-Aluminum alloy ZA-27 que tiene un flujo térmico de 0.555126 W/mm2 y una masa de0.97420 kg, sin embargo, la aleta de Magnesium Z6 es el más ligero ya que tiene una masa de17segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
0.35753 kg, esto se debe porque el Magnesium Z6 tiene la densidad más baja de los otros 4materiales restantes.En la tabla 4, se logra observar que las temperaturas mínimas varían de acuerdo al material,mostrando la misma tendencia que en la tabla 3 debido a la conductividad térmica de cadamaterial, como se puede apreciar el Cast iron, flake graphite, EN GJL 300 tiene la temperaturamínima más baja el cual es 561.10 ºK, comparado con el Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, quetiene la temperatura mínima más alta el cual es 566.86 ºK. Además, podemos observar que elmaterial con mayor flujo térmico es el Cast iron, flake graphite, EN GJL 300, cuyo valor es de0.041813 y una masa de 0.85467 Kg comparado con el Magnesium Z6 que tiene un flujo térmicode 0.037448 W/mm2 y una masa de 0.21632 kg, con respecto a la variación de la masa, se debe ala densidad que presenta cada material.En la tabla 5, podemos observar que las temperaturas mínimas varían de acuerdo al material,mostrando la misma tendencia que en la tabla 3 y 4, debido a la conductividad térmica de cadamaterial, el Cast iron, flake graphite, EN GJL 300 tiene la temperatura mínima más baja el cuales 534.43 ºK, comparado con el Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, que tiene la temperatura mínimamás alta el cual es 552.69 ºK. Asimismo, también podemos observar que el material con el menorflujo térmico es el Cast iron, flake graphite, EN GJL 300, cuyo valor es de 0.066485 y una masade 1.42630 Kg comparado con el Magnesium Z6 que tiene un flujo térmico de 0.069177 W/mm218segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
y una masa de 0.36049 kg, con respecto a la variación de la masa, se debe a la densidad quepresenta cada material.En la tabla 6, podemos observar que las temperaturas mínimas varían de acuerdo al material,mostrando la misma tendencia que en la tabla 5. 6 y 7 debido a la conductividad térmica de cadamaterial, el Cast iron, flake graphite, EN GJL 300 tiene la temperatura mínima más baja, el cuales 555.81 ºK, comparado con el Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, forged que tiene la temperaturamínima más alta el cual es 563.37 ºK. Asimismo, se puede apreciar que el material con mayorflujo térmico es el Cast iron, flake graphite, EN GJL 300, cuyo valor es de 0.045170 y una masade 1.53500 Kg comparado con el Magnesium Z6 que tiene un flujo térmico de 0.043788 W/mm2y una masa de 1.05870 kg, sin embargo, la aleta de Magnesium Z6 es el más ligero ya que tieneuna masa de 0.38853 kg, con respecto a la variación de la masa, se debe a la densidad quepresenta cada material. Los valores de temperatura mínima y los valores de flujo térmico máximode las tablas 5, 6,7 y 8, coinciden con la tendencia en aumento de las conductividades térmicas decada material, tal como se aprecia en la tabla 2.Referente a los valores que se aprecian en cada resultado de la simulación de variación detemperatura, tales como se observan en las figuras 18, 20, 22, 24 y 26, indican la distribución dela temperatura en el cilindro de motor en donde la zona de temperatura máxima, se localiza en laparte cilíndrica del motor, aquí se ubica el pistón y se origina la combustión interna para elfuncionamiento del motor, este llega a una temperatura máxima de 585 ºK aproximadamente,19segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
además indica que en estas áreas podría generarse daños térmicos y deformaciones. Por otro lado,la zona de menor temperatura se encuentra en los bordes del cilindro del motor, ya que estáalejado del punto de máximo temperatura y se puede identificar con las áreas de color azul; losresultados varían debido a las diferentes geometrías de la aletas y materiales con las que setrabaja.En los resultados de variación de flujo térmico, indican la energía térmica que pasa por un área enespecífica del cilindro de motor tal como se observa en las figuras 19, 21, 23, 25 y 27, caberesaltar que mientras el valor de flujo térmico sea mayor, la transferencia de calor es mejor, estolo mencionan en [15]. Por lo que podemos decir que si el valor de flujo térmico es bajo, indicaque la transferencia de calor limitada, de acuerdo a la tabla 5, se observa que los valores demáximos de flujo térmico en el cilindro de motor de geometría angular son mayores que losvalores de la tabla 5, 6 y 8 que corresponden a las aletas de forma rectangular, circular yprismática trapezoidal, por lo cual podemos decir que la geometría de las aletas influyedirectamente con el flujo térmico en el cilindro de motor. Por otro lado, con respecto a la masa sepuede observar que el cilindro de motor de geometría circular de Magnesium Z6 es el que tienemenor masa con respecto a las demás geometrías, cuyo valor es 0.21632 Kg esto concuerda conla investigación [6], sin embargo, su flujo térmico es de 0.037448 W/mm2, el cual es menor alvalor de la geometría de angular el cual es 0.069177 W/mm2, además en [10] indican que con lageometría angular se obtiene menos masa comparada con las demás geometrías. Cabe destacar,que la geometría, el número de aletas y espaciado entre las aletas afectan significativamente en el20segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
desempeño del cilindro motor ya que, si llega aumentar el número de aletas, el grosor y elespaciado, eso significa un aumento en el volumen y por lo tanto un aumento de masa lo cualafectaría el desempeño de la moto ya que sería pesada, esto lo mencionan en [15]. Por último, elcilindro de motor con aleta angular de material de Magnesium Z6, tiene un valor de flujo térmicode 0.069177 W/mm2y una masa en las aletas de 0.36049 kg, sería el óptimo puesto que en estainvestigación se busca reducir la masa y el elegir un material no costoso, ya que el MagnesiumZ6 tiene un precio de 2.90 $/Kg, pero es un poco más costoso que el Aluminio 5182 H19, peromenos costoso que las aleaciones de Zinc.IV. CONCLUSIONESEl análisis térmico de las aletas de un cilindro de motor de combustión interna permitióidentificar que el diseño geométrico y la selección de materiales, son factores importantes paraoptimizar la transferencia de calor y reducir el peso, ya que, entre las geometría evaluadas, lasaletas de geometría angular demostraron un desempeño superior en términos de transferencia decalor, presentando el mayor flujo térmico máximo, mientras que las geometrías circulares sedestacaron por su bajo peso, aunque con una transferencia de calor ligeramente menor, con estopodemos concluir que las aletas de geometría angular muestran una mejor disipación térmicacomparado a las demás geometrías.En cuanto a los materiales, el Magnesium Z6 se destacó como la opción más adecuada para laconstrucción de cilindro de motor 100cc debido a su baja densidad, lo que contribuye21segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
significativamente a reducir la masa total del motor, sin comprometer la eficiencia térmica, sinembargo, materiales como el aluminio 5182 H19 y la aleación de zinc-aluminio ZA-27 mostrarontambién un buen equilibrio entre conductividad térmica y peso, el magnesio ofrece ventajasadicionales en aplicaciones donde la reducción de peso es prioritario, a pesar de ser ligeramentemás costoso.Para un diseño adecuado de un cilindro de motor 100cc influye el número, espaciado y grosor delas aletas además impactan directamente en el rendimiento térmico, sin embargo, aumentar estosparámetros puede mejorar la disipación de calor, pero a expensas de incrementar la masa; por loque se recomienda un diseño optimizado que integre estas variables de manera equilibrada.REFERENCIAS[1]Sai, P., Suneela, B., & Vijaya, K. (2014). Thermal Analysis of Engine Cylinder Fin by Varying Its Geometryand Material. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE), 1-8.[2]Alam, M., & Sushmitha, D. (2016). Design and Analysis of Engine Cylinder Fins of Varying Geometry andMaterials. International Journal of Computer Engineering In Research Trends, 1-5.[3]Vikas , V., Ashok, A., Suresh, P., & Vijay, A. (2018). Design and Thermal Analysis of 250cc Engine CylinderFin by using Different Materials. GRD Journals- Global Research and Development Journal for Engineering,1-9.[4]Dialameh, L., Yaghoubi, M., & Abouali, O. (2008). Natural convection from an array of horizontal rectangularthickfinswithshortlength.AppliedThermalEngineering,28(17-18),2371-2379.https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.01.020 22segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
[5]Chandra sekhar, S., Satish Reddy, P., & Chandra Rao, C. (2014). Structural and Thermal Simulationof Fins OfAn Air Cooled EngineCylinder Under Varying Speed Conditions. International Journal of Science Engineeringand Advance Technology, 2(9). https://core.ac.uk/reader/235196290[6]Sathishkumar, A., KathirKaman, M.-., Ponsankar, S., & Balasuthagar, C. (2016). Design and thermal analysison engine cylinder fins by modifying its material and geometry. Journal of Chemical and PharmaceuticalSciences,9(4).https://www.jchps.com/issues/Volume%209_Issue%204/jchps%209(4)%20216%200440616%202842-2847.pdfSathishkumar, A. & Kathirkaman, M.D. & Ponsankar, S. & Balasuthagar, C.. (2016). Design and thermal analysis onengine cylinder fins by modifying its material and geometry. 9. 2842-2847. [7]Devraja, R., & Chaturvedib, S. (2023). A Review on Thermal Analysis of Engine Cylinder Fins by VaryingGeometry. International Journal of Scientific Research in Science Engineering and Technology, 10(3).https://doi.org//10.32628/IJSRSET23103147[8]Waghulde, D., Patil, V., & Koli, T. (2017). Effect of Fin Thickness and Geometry on Engine Cylinder Fins.International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 4(7), 1362-1365.https://www.irjet.net/archives/V4/i7/IRJET-V4I7295.pdf[9]Ashok, G., Yathish, K., Prasanna, B., Dheeraj, P., & Harinath, A. (2018). Modelling and Thermal Analysis OnCylinder Fins. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 5(4), 3911-3917.https://www.irjet.net/archives/V5/i4/IRJET-V5I4876.pdf[10]S.K. Mohammad Shareef, M Sai Vikas, A.L.N Arun Kumar, Abhishek Dasore, Sanjay Chhalotre, UpendraRajak, Trikendra Nath Verma (2021), Design and thermal analysis of engine cylinder fin body using various finprofiles, Materials Today: Proceedings, 47(17), 5776-5780, https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.04.116. 23segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
[11]Durgam, S., Kale, A., Kene, N., Khedkar, A., Palve, S., & Gawai, N. (2021). Thermal analysis of fin materialsfor engine cylinder heat transfer enhancement. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering.https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.04.116[12]Sivaramakrishnan, K., Ramakrishna, G., Selvaprakash, S., & Sunil, A. (2018). Design and Thermal Analysis onEngine Cylinder Fins by Modifying its Material and Geometry. International Journal of Creative ResearchThoughts (IJCRT), 6(1), 903-909. [13]Escudier, A. (2019). Estudio del comportamiento térmico y refrigeración del motor eléctrico para unamotocicleta[Proyecto de Tesis]. Madrid. https://orcid.org/0000-0002-6147-4045[14]Mucho neumático. (2022). Temperatura del motor de la moto: qué hacer en caso de sobrecalentamiento.https://www.muchoneumatico.com/blog/moto/temperatura-moto-sobrecalentamiento/[15]Shivangi, S., Sachar, P., Tanya, K., & Harsha, C. (2023). Heat transfer enhancement of the air-cooled enginefins through geometrical and material analysis: A review. Materials Today: Proceedings.https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.03.44724segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
25segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
TABLA 1.PARÁMETROS CONSTANTES REFERENTE AL CILINDRO DE MOTOR Y LAS ALETAS.ParámetroValoresDiámetro interno50 mmNúmero de aletas7Espaciado entre aleta y aleta7 mmGrosor de aletas3 mmTABLA 2.MATERIALES IDÓNEOS SEGÚN LOS PARÁMETROS ESTABLECIDOS EN ELPROGRAMA CES EDUPACK 2019.MaterialPrecio ($/kg)Densidad(kg/m3)Conductividad térmica(W/m°C)Aluminio 5182 H192.372680146Magnesium Z62.901830119Zinc-aluminium alloy ZA-273.235000146Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, forged3.517175105Cast iron, flake graphite, EN GJL 3000.461725045.926segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
TABLA 3.RESULTADOS DEL ANÁLISIS PARA CADA MATERIAL REFERENTE A LAGEOMETRÍA RECTANGULAR.MaterialTemperatura (°K)Flujo térmico(W/mm2)Masa (kg)Mín.Máx.Mín.Máx.AletaAluminio 5182 H19558.87585.021.10E-060.0553320.51730Magnesium Z6558.63585.021.11E-060.0556130.35753Cast iron, flake graphite, EN GJL 300550.05585.021.21E-060.0630791.41260Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, forged557.52585.021.14E-060.056881.38920Zinc-aluminium alloy ZA-27559.04585.021.10E-060.0551260.97420TABLA 4.RESULTADOS DEL ANÁLISIS PARA CADA MATERIAL REFERENTE A LAGEOMETRÍA CIRCULAR.MaterialTemperatura (°K)Flujo térmico(W/mm2)Masa (kg)Mín.Máx.Mín.Máx.AletaAluminio 5182 H19566.75585.016.06E-070.0377420.31299Magnesium Z6566.59585.016.06E-070.0374480.2163227segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Cast iron, flake graphite, EN GJL 300561.10585.016.19E-070.0418130.85467Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, forged567.87585.016.09E-070.0380660.84054Zinc-aluminium alloy ZA-27566.86585.016.05E-070.0379570.58944TABLA 5.RESULTADOS DEL ANÁLISIS PARA CADA MATERIAL REFERENTE A LAGEOMETRÍA ANGULAR.MaterialTemperatura (°K)Flujo térmico(W/mm2)Masa (kg)Mín.Máx.Mín.Máx.AletaAluminio 5182 H19552.41585.027.11E-070.0691720.52159Magnesium Z6552.02585.027.14E-070.0691770.36049Cast iron, flake graphite, EN GJL 300534.43585.027.67E-070.0664851.42430Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, forged550.13585.027.24E-070.0691181.40070Zinc-aluminium alloy ZA-27552.69585.027.10E-070.0691650.98228TABLA 6.RESULTADOS DEL ANÁLISIS PARA CADA MATERIAL REFERENTE A LAGEOMETRÍA PRISMA TRAPEZOIDAL.28segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
MaterialTemperatura (°K)Flujo térmico(W/mm2)Masa (kg)Mín.Máx.Mín.Máx.AletaAluminio 5182 H19563.22585.014.83E-070.0439490.56216Magnesium Z6563.02585.014.81E-070.0441690.38853Cast iron, flake graphite, EN GJL 300555.81585.014.46E-070.0504241.53500Zinc-Cu-Ti alloy, Korloy 3130, forged562.08585.014.73E-070.0451701.50970Zinc-aluminium alloy ZA-27563.37585.014.85E-070.0437881.05870Fig. 1. Planos respecto a la geometría rectangular29segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 2. Planos respecto a la geometría circular30segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 3. Planos respecto a la geometría angularFig. 4. Planos respecto a la geometría prisma trapezoidal31segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 5. Los Materiales metálicos pasan la primera etapa de selección.Fig. 6. Limitaciones a Materiales Ferrosos y No Ferrosos.32segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 7. Límites en las propiedades de densidad, precio, temperatura máxima de servicio yconductividad térmica.33segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 8. Límites en las propiedades de durabilidad en el agua y solventes orgánicosFig. 9. Conductividad térmica vs Densidad34segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 10. Precio vs DensidadFig. 11. Análisis de Estado Estacionario Térmico35segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 12. Entorno ANSYS Discovery para geometría rectangularFig. 13. Generación de la malla en la geometría rectangular36segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 14. Dato de entrada coeficiente de películaFig. 15. Coeficiente de película aplicado a las aletasFig. 16. Temperatura inicial dentro del cilindroFig. 17. Temperatura inicial y máxima alcanzada en el cilindro37segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 18. Variación de temperatura en cuerpo de motor de Aluminio 5182 H19 a) Conaletas rectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d) Con aletasprismática trapezoidal38segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 19. Variación de flujo térmico en cuerpo de motor de Aluminio 5182 H19 a) Conaletas rectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d) Con aletasprismática trapezoidal39segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 20. Variación de temperatura en cuerpo de motor del Magnesium Z6 a) Con aletasrectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d) Con aletas prismáticatrapezoidal40segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 21. Variación de flujo térmico en cuerpo de motor del Magnesium Z6 a) Con aletasrectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d) Con aletas prismáticatrapezoidal41segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 22. Variación de temperatura en cuerpo de motor de Zinc-Aluminium Alloy ZA-27 a) Conaletas rectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d) Con aletas prismáticatrapezoidal42segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 23. Variación de flujo térmico en cuerpo de motor de Zinc-Aluminium Alloy ZA-27a) Con aletas rectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d) Conaletas prismática trapezoidal Temperatura43segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 24. Variación de temperatura en cuerpo de motor de Zinc-Cu-Ti Alloy, Korloy 3130,Forged a) Con aletas rectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d)Con aletas prismática trapezoidal44segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 25. Variación de flujo térmico en cuerpo de motor de Zinc-Cu-Ti Alloy, Korloy3130, Forged a) Con aletas rectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angularesy d) Con aletas prismática trapezoidal Temperatura45segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 26. Variación de temperatura en cuerpo de motor de Cast Iron, Flake Graphite, ENGJL 300 a) Con aletas rectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d)Con aletas prismática trapezoidal46segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.
Fig. 27. Variación de flujo térmico en cuerpo de motor de Cast Iron, Flake Graphite, ENGJL 300 a) Con aletas rectangulares, b) Con aletas circulares, c) Con aletas angulares y d)Con aletas prismática trapezoidal Temperatura47segurando que la estructura estuviera configurada para representar adecuadamente lascondiciones del análisis, este paso también implicó verificar que todos los elementos geométricosestuvieran correctamente asociados al material seleccionado, lo cual permitió eliminar cualquierinconsistencia entre la definición geométrica y las propiedades asignadas.