Análisis estructural y diseño de una biela fabricada con materiales poliméricos y/o compuestos

Abstract

[ES] Una biela es un elemento mecánico que se encuentra sometido a esfuerzos de tracción, compresión y flexión. La función de esta pieza es la de transmitir un movimiento articulado a otras partes de una máquina. Las bielas en la actualidad son uno de los elementos más utilizados en los Motores de Combustión Interna Alternativo (MCIA), participando en el proceso de combustión, que se suele componer de 4 etapas (aunque también hay de 2 etapas): admisión, compresión, combustión (expansión) y escape. La finalidad de este proyecto se enfoca en la utilización de diversos materiales poliméricos y/o compuestos con el fin de reducir el peso dicho elemento mecánico, manteniendo unas prestaciones similares a las de los materiales con los que normalmente se construye, que son: aleaciones de acero, titanio o aluminio. La reducción del peso de la biela traerá consigo una disminución en el consumo de combustible y en las emisiones del automóvil. Para ello, en este proyecto se realizará un análisis estructural de una biela de un motor de 50 centímetros cúbicos, un motor pues de pequeña cilindrada, la cual se pretende sustituir por una biela conformada con materiales poliméricos y/o compuestos, con el objetivo expuesto de mejorar algunas de las prestaciones de dicho motor. El presente proyecto contemplará diversas disciplinas en el ámbito de la Ingeniería Mecánica: prediseño y estudio de diseños mediante análisis y simulaciones, estudio de estados tensionales, fijaciones, análisis resistentes, selección de materiales, pre-estudio de fabricación y análisis de costes, entre otros.

[EN] In the development of this project, the introduction is started on combustion engines, the different types that exist depending on their arrangement, later it is explained that it is a connecting rod, the parts that make up the connecting rod, and to end the introduction, Briefly explains what polymeric and composite materials are. Once the introduction is finished, the objectives to be sought with this work are explained, whose purpose is to optimize the weight of a connecting rod by means of polymeric or composite materials. Next, the restrictions that the connecting rod must meet to carry out its correct operation within the alternative internal combustion engine are exposed. Within the section of the specification, the most appropriate materials are selected for the optimization of the connecting rod. Subsequently, once the materials are available, the different connecting rod designs are carried out that can reduce the weight of said element. To finish the project, the manufacturing process, and an approximate cost of what it would entail to carry out said production are briefly explained. The computer programs used for the development of this project have been: "SolidWorks" with the 2019 version, and "CES EduPack" with the 2019 version. Thanks to the use of these programs, it has been possible to achieve the different prototypes capable of meeting the objective on which the project is focused, that is to say, to achieve an optimization of the connecting rod weight, being able to withstand the forces produced by the engine.