Análisis del Comportamiento Térmico del Flujo de Gases Combustionados en el Sistema de Escape del Motor Yamaha 125 cc con Aplicación a un Kart Homologado

Abstract

Este proyecto se centró en el análisis del comportamiento del fluido dinámico de los gases de escape en un motor Yamaha 125 cm3, aplicado a un kart homologado, utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD). Los objetivos principales fueron investigar la distribución de la velocidad de los gases a lo largo del sistema de escape, realizar simulaciones que evalúen el diseño del sistema en términos de minimización de pérdidas y mejorar el rendimiento del motor, y evaluar los resultados en términos de presión estática, coeficiente de película de pared y velocidad del flujo. Los resultados mostraron que la velocidad de los gases varía significativamente a lo largo del sistema, con un mínimo de 0 cm/s en las paredes laterales internas y un máximo de 4353.94 cm/s en la salida, donde se identificó una turbulencia significativa debido a un orificio de salida reducido. La presión estática también mostró variaciones notables, desde un máximo de 52314.7 dyne/cm² en la entrada hasta un mínimo de - 1257.55 dyne/cm² en la salida, lo que sugiere la necesidad de optimizar el diseño para reducir pérdidas y mejorar la eficiencia. El coeficiente de película de pared alcanzó un valor máximo de 0.00456 W/cm²*K en la sección de salida, indicando áreas críticas para la transferencia de calor. Las conclusiones sugieren que mejoras en el diseño del orificio de salida, refinamiento del modelado en áreas de baja velocidad, y optimización de la transferencia de calor podrían conducir a un sistema de escape más eficiente y un rendimiento mejorado del motor. Este estudio ofrece recomendaciones concretas para optimizar el diseño del sistema de escape y mejorar el desempeño del motor en aplicaciones de karts homologados. This project focused on the analysis of the dynamic fluid behavior of exhaust gases in a Yamaha 125 cm3 engine, applied to a homologated kart, using computational fluid dynamics (CFD). The main objectives were to investigate the gas velocity distribution along the exhaust system, perform simulations that evaluate the system design in terms of minimizing losses and improving engine performance, and evaluate the results in terms of pressure static, wall film coefficient and flow velocity. The results showed that the gas velocity varies significantly throughout the system, with a minimum of 0 cm/s at the internal side walls and a maximum of 4353.94 cm/s at the outlet, where significant turbulence was identified due to a reduced exit hole. The static pressure also showed notable variations, from a maximum of 52314.7 dyne/cm² at the inlet to a minimum of -1257.55 dyne/cm² at the outlet, suggesting the need to optimize the design to reduce losses and improve efficiency. The wall film coefficient reached a maximum value of 0.00456 W/cm²*K in the exit section, indicating critical areas for heat transfer. The findings suggest that improvements in exhaust port design, refinement of modeling in low-speed areas, and optimization of heat transfer could lead to a more efficient exhaust system and improved engine performance. This study offers concrete recommendations to optimize exhaust system design and improve engine performance in homologated kart applications.