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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
DE LOS LLANOS CENTRO OCCIDENTALES ³EZEQUIEL ZAMORA´
VICERRECTORADO DE INFRAESTRUCTURA Y PROCESOS INDUSTRIALES
PROGRAMA DE INFRAESTRUCTURA Y MECANIZACIÓN
INGENIERÍA AGRÍCOLA
Proyecto Campo
Subproyecto Maquinaria Agrícola I
Unidad Número Dos
Motores de combustión interna. Elementos de un Motor de
Combustión Interna. Ecuaciones utilizadas en los cálculos
relacionados con motores
Profesor: Doctor Víctor Vicente Vivas Sánchez
Material de apoyo para los estudiantes del Subproyecto
Maquinaria Agrícola I
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1. Objetivos.............................................. 3
2. Usuarios a los que va dirigida ......... 4
3. Introducción.................................... 4
4. Elementos de un Motor de Combustión Interna......... 5
6 La Cadena de Potencia ....................................................... 12
9. Sistema de Enfriamiento.................................................... 24
10. Sistema de Lubricación....................................................... 28
11. Sistema de Alimentación ................................................... 34
12 Sistemas de entrada de aire ............................................. 41
13. Sistema de Salida de gases................................................ 43
14 Ecuaciones utilizadas en los cálculos relacionados con motores de
combustión interna ............................................................ 4515. Problemas ................................................................... 50
16. Referencias bibliográficas ....................................... 52
1. Objetivos
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Al finalizar la presente Unidad el estudiante obtendrá información importante
respecto a:
1. Conocer el funcionamiento general de los motores de combustión
interna, a Gasolina y Diesel utilizados en los tractores agrícolas.
2. Comprender las relaciones existentes entre los diferentes
sistemas que conforman un motor de combustión interna.
3. Conocer las diferentes transformaciones de la energía que se
suceden en un motor.
4. Detallar los elementos constitutivos de cada uno de los sistemas
que constituyen un motor de combustión interna
2. Introducción
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Han transcurrido unos ciento veinte años desde que el motor de combustión
interna se inventó, utilizándose como fuente de energía. Durante estos años, el
motor de combustión ha reemplazado exitosamente al motor a vapor y en la
actualidad solamente la turbina de vapor es comparada con él, en lo que respecta
a la cantidad de energía producida.
El progreso del mundo ha sido inf luido, en gran parte, por este tipo de motor.
Actualmente la construcción de motores de combustión para tractores y
automóviles constituye una de las mas grandes industrias en el mundo.
En un motor de combustión interna los productos de la combustión son,
directamente el f luido motriz. Debido a este rasgo simplificador y al alto
rendimiento térmico resultante, es una de las unidades generadoras de trabajo
más ligeras (en peso) que se conocen y por ello, su mayor campo de aplicación esen el transporte.
La mayoría de los tractores tienen un motor con ciclo de cuatro tiempos,
aunque motores diesel de dos tiempos están en operación con buenos resultados.
Los motores de tractor están diseñados para un alto factor de carga, lo cual
significa que la salida de potencia debe ser de un 85 a 90 % de la máxima
potencia al freno a velocidad promedio y se espera que el motor pueda producir
esa potencia por l
argos periodos de tiempo.
3. Elementos de un Motor de Combustión Interna
Los motores térmicos son máquinas que transforman la energía calorífica en
energía mecánica directamente utilizable.
La energía calorífica normalmente es obtenida de la combustión de
combustibles líquidos y gaseosos y el trabajo útil es conseguido por órganos unas
veces con movimiento alternativo, otras con movimiento rotativo y otras por el empuje realizado por un chorro de gas.
Según su principio de funcionamiento los motores térmicos se clasifican en
alternativos, rotativos y de chorro, y según el sitio donde se produzca la
combustión se clasifican en de combustión externa, cuando ésta se verifica fuera
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de los mismos y de combustión interna, cuando el combustible es quemado en su
interior.
La combustión se realiza en el denominado f luido operante, el cual está
constituido por una mezcla de combustible y comburente. El combustible
normalmente utilizado es gasolina y gasoil y el comburente que suministra el
oxígeno necesario para la combustión es aire atmosférico.
El motor endotérmico es una máquina compleja, cuyo estudio profundo exige el
conocimiento de gran parte de las ramas de la ingeniería, pero para dominar sus
principios básicos es suficiente con el estudio de los temas que en esta asignatura
se desarrollan. Los temas que en ella se desarrollan están dedicados
principalmente al estudio de los motores alternativos, que son, con gran diferencia,
lo más difundidos en la Agricultura, si bien, de forma somera, serán tratados losmotores rotativos.
Los motores alternativos se dividen en dos grandes grupos: motores de Ciclo
Otto o de encendido por chispa y motores de Ciclo Diesel o de encendido por
compresión. Aunque sus principios de funcionamiento son diferentes, su esquema
y la nomenclatura de sus partes esenciales son semejantes.
Los motores de combustión interna están constituidos por un conjunto de
partes que están rel
acionadas entre sí, con el
fin de convertir l
a presión generadaen los cilindros en movimiento rotatorio en el volante y coordinar los eventos que
ocurren dentro del motor.
Estas partes pueden ser clasificadas en cuatro grupos:
1. La cadena de potencia, que recibe, ejecuta y transmite la fuerza motriz.
2. Las partes estacionarias que contienen y soportan las partes en
movimiento.
3. El sistema de válvulas para sincronizar la secuencia de operación.
4. Las partes auxiliares y accesorios para enfriar y lubricar las superficies
y proveer la ignición y el combustible al motor.
Los motores de tractor están diseñados para un alto factor de carga, lo cual
significa que la salida de potencia debe ser de un 85 a 90 % de la máxima
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potencia al freno a velocidad promedio, y se espera que un motor pueda producir
esta potencia por largos períodos de tiempo.
3.1. Terminología utilizada en los motores de combustión interna
Es necesario conocer la terminología universalmente usada para indicar las
dimensiones y valores fundamentales:
V1-V2
V2
P.M.S.
P.M.I.
carreraV1
Figura 4.- Terminología universal.
y Punto muerto superior (P.M.S.): Posición del pistón más próxima a la cámaradel motor.
y Punto muerto inferior (P.M.I.): Posición del pistón más alejada de la cámara del motor.
y Calibre: Diámetro interior del cilindro. Expresado generalmente en milímetros(mm.).
y Carrera: Distancia entre el P.M.S. y P.M.I., es igual, salvo raras excepciones, al doble del radio de la manivela del eje de cigüeñales. Se expresa generalmente enmm.
y Volumen total del cilindro (V1): Es el espacio comprendido entre la culata y el pistón cuando éste se halla en el P.M.I. Viene expresado, por lo general, en cm3.
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y Volumen de la cámara de compresión (V2): Es el volumen comprendido entre
la culata y el pistón cuando éste se halla en el P.M.S. Suele expresarse en cm3.
y Cilindrada (V1-V2): Es el generado por el pistón en su movimiento alternativodesde el P.M.S. hasta el P.M.I. Se expresa, por lo común, en cm3.
y Relación de compresión ( V): Se entiende por tal la relación que hay entre el volumen total del cilindro V1 y el volumen de la cámara de combustión V2. Serepresenta por V y vale:
2
1
V
V= V
3.2. Relación Diámetro ± Carrera
La relación diámetro- carrera es una consideración de diseño porque las altas
relaciones de compresión son generalmente permisibles con diámetros pequeños
y se pueden alcanzar eficiencias térmicas más altas con mayores relaciones de
compresión.
La tendencia general es adoptar una relación Q = D
C de valor aproximado a 1;
donde C es la carrera del pistón y D es el diámetro, particularmente en motores de
ocho cil
indros y enl
os de cil
indros opuestos conviene que esta rel
ación sea menor a 1 por razones de volumen y peso.
Las ventajas de los motores de carrera corta con respecto a la carrera larga
tenemos:
1. La potencia del motor aumenta con la segunda potencia del diámetro,
mientras que la con la carrera crece solo un exponente 0,5 ± 0,6 de la
carrera.
2. Hay más posibilidades para la colocación de las válvulas y de la bujía, por
cuanto la cámara es más amplia y las válvulas pueden ser de mayor
diámetro.
3. La velocidad media del pistón disminuye para igual número de
revoluciones.
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4. Se reducen las fuerzas centrífugas y alternas. Una menor carrera supera
los inconvenientes de mayor peso de las partes en movimiento.
5. El eje del cigüeñal y los cojinetes son menos exigidos debido a la reducción
de las fuerzas de inercia y el motor es más fuerte.
6. En iguales condiciones de potencia, los motores de cilindros opuestos y en
³V´ tienen peso y volumen menores.
Por el contrario, los motores de carrera larga presentan algunas ventajas
desde el punto de vista térmico, tales como: mayor rendimiento de la cámara de
combustión, mayor capacidad de disipación de calor debido a la relación
superficie/ volumen del cilindro.
Sin embargo, suponiendo relaciones de compresión y desplazamientos por
carrera iguales, un cilindro con un diámetro ± carrera mayor tendrá una relación desuperficie a volumen más alta que un cilindro con una relación diámetro-carrera
pequeña. Esta superficie mayor permite mayor transferencia de calor a las
paredes de la cámara de combustión, originando una disminución del rendimiento.
3.3. Número de revoluciones
Representa un índice del mayor o menor aprovechamiento de la cilindrada.
Entre dos motores de igual cilindrada que funcionan a distinto régimen y tienen el mismo grado de llenado que los cilindros, resulta de mayor potencia el motor mas
veloz. Por ello se adoptan elevado número de revoluciones cuando se desea
obtener altos valores de relación potencia / peso, o grandes potencias con
pequeñas dimensiones.
El motor debe funcionar a un número de revoluciones tanto más bajo cuanto
más grande sea su cilindrada unitaria, cuanto mayor deba ser su grado de
seguridad y de duración y cuanto más si lencioso resulte su funcionamiento.
3.4. Número y disposición de los cilindros
El número de cilindros se elige tomando por base consideraciones referentes a
las características de instalación y de trabajo del motor; podemos tener dos
soluciones:
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1. Muchos cilindros de poca cilindrada unitaria
2. Pocos cilindros de gran cilindrada unitaria
La primera solución tiene, en comparación con la segunda, las siguientes
ventajas:
y Posibilidad de obtener potencias específicas superiores aumentando el
número de revoluciones al máximo.
y Mejor rendimiento térmico, porque el menor diámetro permite el empleo de
altas compresiones y por tanto reducción del consumo específico.
y Mejor rendimiento térmico.
y Mejor posibilidad de refrigeración.
y Mas uniformidad del par motor porque la diferencia entre los valores
máximos y mínimos de dicho par durante el desarrollo de un ciclo completo
disminuye en igualdad de otras condiciones, con el aumento del número de
cilindros.
y Mejor equilibrado de las masas y por tanto menores vibraciones.
Presenta los siguientes problemas:
y Aumento de la longitud del cigüeñal.
y Disminución del rendimiento mecánico por lo tanto reducción de la potencia
y aumento del consumo específico.y Mayor volumen y peso del motor.
La disposición de los cilindros puede ser:
Cilindros en Línea
Cilindros en V
Cilindros en H
Cilindros opuestos (eje de los cilindros a 180º )
Cilindros radiales
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3.5. Variables que influyen sobre el trabajo del motor
1. Relación de compresión
El aumento de la relación de compresión significa incremento del
rendimiento térmico y por tanto de la potencia indicada y como
consecuencia de ello reducción del consumo específico.
2. Peso de la carga introducida
Cuanto más grande es la masa de la carga introducida, tanto mayor resulta
la potencia. Fijada la cilindrada, la potencia desarrollada por cada ciclo es
tanto más elevada cuanto mayor es la densidad del f luido introducido.
3. Numero de revoluciones
A baja velocidad hay mayor tiempo para la transmisión de calor a través de
las paredes por lo que hay una pérdida mayor de calor que a altavelocidad.
Al aumentar la velocidad se incrementa el consumo de aire y por tanto la
potencia indicada, pero también aumenta la potencia absorbida por los
rozamientos, así como la inercia de las partes en movimiento.
4. La combustión y el tiempo de encendido
Para lograr un funcionamiento regular y una combustión progresiva, es
necesario el
egir l
e tiempo de encendido y graduar l
a combustión de maneraque el punto de máxima presión esté lo más próximo posible del comienzo
de la carrera de expansión.
El instante de encendido y la relación de compresión deben regularse de
modo que la mitad del aumento de presión debida a la compresión se alcance
cuando el pistón está en el PMS.
Para aprovechar una buena cilindrada conviene subdividir la en un gran
número de cilindros para disminuir la cilindrada unitaria, porque esto permite un
mejor llenado de los cilindros y más alto número de revoluciones; pero provoca un
aumento del trabajo perdido en les resistencias pasivas y en consecuencia un
menor rendimiento mecánico del motor.
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5. La Cadena de Potencia
4.1. El pistón
Es una pieza metálica que se aloja en el cilindro, es el elemento de la cadena
de potencia que está en contacto directo con los gases en expansión y cuando es
empujado transmite el movimiento a la Biela. Debe mantener la parte superior del
cilindro lo más estanca posible para evitar el paso de gases de la cámara de
combustión al carter y viceversa.
Está sometido a un movimiento rectilíneo dentro de las paredes del cilindro;
en un principio fueron construidos independientemente, en la actualidad todos los
cilindros están dispuestos en un bloque de cilindros; la excepción la constituye los
motores enfriados por aire en los cuales a causa de las aletas los cilindros estánseparados y en los motores muy grandes donde es inconveniente tener bloques
demasiado pesados y voluminosos para facilitar el montaje y el recambio.
Los pistones, cumplen la función de pared móvil de la cámara de
compresión, transmite a la biela la fuerza motriz generada por la presión del gas y
hace de guía a la biela: debe resistir eficazmente la carga a las altas temperaturas
a que está sometido, transmitir calor a las paredes del cilindro y resistir el
desgaste debido al
roce contral
as paredes del
cil
indro. Son a menudo hechos dealeaciones de aluminio que tienen buena resistencia al calor y coeficiente de
dilatación bajo, debido a su alta, resistencia a altas temperaturas, fácil de
mecanizar y bajo costo; debido a su peso, las partes sometidas a movimientos
recíprocos, causan vibraciones indeseables y producen alta inercia, por lo que los
pistones son fabricados lo más livianos posible; por lo que se utilizan aleaciones
de aluminio para su fabricación.
La parte superior del pistón es conocida como Cabeza, la cual puede ser una
superficie plana, cóncava o convexa, o puede tener una forma especia l para
provocar turbulencia o para conducir la mezcla de gases. Los lados se denominan
falda del pistón y las extensiones pesadas donde se asientan los Pasadores son
las bases de los pasadores, los pistones poseen aberturas donde van los anillos y
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la falda es bañada continuamente en aceite por lo que el exceso de aceite es
eliminado por los anillos.
Se construyen en la actualidad de aleaciones de aluminio para reducir su peso.
Si su peso es muy grande, la inercia creada por el movimiento es mayor
restándole eficiencia al motor. La construcción de pistones de aluminio trae otro
problema y es que el coeficiente de dilatación de este material es tres veces el del
hierro, por lo que debe dársele mayor huelgo en frio; una de las modificaciones
realizadas para disminuir el golpeteo de los pistones fue colocar les bandas de una
aleación de hierro ± níquel, que es prácticamente no dilatable, llamada INV AR.,
que impiden una dilatación excesiva reduciendo el golpeteo.
Los pistones no son realmente cilíndricos, sino que sus dimensiones varían,
para adaptarse a los regímenes de temperatura de trabajo, y su forma también hacambiado para reducir el peso y para permitir la disipación mas rápida del calor.
Las dimensiones son menores en la cabeza y se incrementan hacia la falda
5.2. Los anillos de los pistones
Son fabricados de acero fundido o de acero templado y están ubicados en las
ranuras hechas para tal fin en el pistón, con el fin de realizar un sellado entre las
paredes del
cil
indro y el
pistón, evitando el
escape de gases del
a cámara decombustión; el número de anillos varia de dos a cinco, dependiendo del diseño del
motor; los anillos superiores están sometidos a altas presiones se denominan
anillos de compresión los cuales tienen una sección trapezoidal o rectangular y
se colocan en la parte mas próxima a la cámara de combustión y los inferiores,
que ayudan a la lubricación, se denominan anillos de aceite.
El diseño de los anillos del pistón varía desde simples, formados por una sola
pieza, hasta anillos constituidos por varias piezas con resortes de expansión para
obtener un mejor sellado.
Los anillos deben cumplir con las siguientes condiciones:
1. Ser suficientemente elásticos para permitir el montaje y mantener la presión
necesaria sobre las paredes del cilindro.
2. Ejercer una presión lo más uniforme posible sobre toda la circunferencia.
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3. No ser demasiado duros para no rayar las paredes del cilindro, pero resistir
el desgaste.
4. Deben ser ligeramente porosos para que mantengan el aceite, pues la
lubricación en esa parte del motor tiene que ser muy escasa
4.3. El Pasador
Es un pin de acero duro pulido y hueco para disminuir su peso, que sirve de
conexión entre el pistón y la Biela, se puede clasificar como: solidario con el
pistón, solidario con el pie de biela o libre en el pie de biela y en el pistón (f lotante).
4.4. La BielaEs el órgano intermedio entre el pistón y el cigüeñal; debe combinar una gran
resistencia y rigidez con un peso ligero; está formada por el pie que se une al
pasador del pistón, la cabeza que la une al codo del cigüeñal y el cuerpo; está
fabricada de acero al carbono, al cromo - níquel, o al cromo ± molibdeno ±
vanadio. Transmite la fuerza de combustión desde el pistón hasta el Cigüeñal, no
debe tener defectos de fabricación; en la parte superior posee un cojinete de
bronce para conectarse con el
pasador del
pistón y enl
a conexión con el
cigüeñal
posee dos conchas de biela revestidos en su parte interna por un metal
antifricción, poseen canales que sirven para asegurar la lubricación en toda su
superficie y para guiar lo hacia los orificios de lubricación de la biela que desgastan
y evitan daños a la pieza principal.
4.5. El Cigüeñal
Es la pieza donde se transforma el movimiento rectilíneo proveniente del pistón
es movimiento rotatorio; está formado por codos cada uno de los cuales sirve de
asiento a uno o más cilindros: un cilindro por codo para motores en línea dos por
codo para motores en V u opuestos y hasta nueve para motores radiales.
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El cigüeñal está fijado por dos o más bancadas al bloque dependiendo del
diseño del motor y los puntos de contacto con las bancadas y bielas son
cuidadosamente terminados y pulidos para minimizar la fricción. Los cigüeñales
generalmente son fabricados en una sola pieza. El material de fabricación es
acero al carbono, pero en casos de mayor resistencia se utiliza acero al cromo-
níquel o al cromo-molibdeno-vanadio.
Los lados opuestos a cada codo son más gruesos para contrarrestar el peso y
equilibrar el eje. De no ser así, al girar se producirían fuertes vibraciones. Los
muñones de biela se perforan para reducir su peso.
El cigüeñal recibe los esfuerzos que le transmite la biela; se dispone el eje de
manera que estos esfuerzos no se sucedan en puntos muy cercanos, para evitar
torceduras o roturas del eje. Para ello se hace que los codos tengan entre sí unángulo conveniente, que se llama ángulo de calaje.
4.6. El Volante
Es el elemento final de la cadena de potencia y es esencial para proveer la
energía al cigüeñal en los tiempos muertos del ciclo del motor; la función del
volante es almacenar energía durante las carreras de fuerza y mantener la inercia
durantel
os tiempos muertos del
motor para producir una rotación uniforme.El tamaño del volante varía en función del número de cilindros del motor,
siendo más pequeño a medida que aumenta el número de cilindros; ésta pieza
debe estar balanceada para evitar vibraciones y proporcionar un suave
movimiento del motor.
Se utiliza también para dar le el movimiento inicial y encender el motor, por lo
que se le coloca una corona dentada que es el punto de contacto con el motor de
arranque
5. Partes Estacionarias
En función de que la cadena de potencia pueda funcionar, cada elemento móvil
debe estar adecuadamente fijado a elementos estacionarios. Estos incluyen los
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cilindros, la cámara, los asientos del cigüeñal, las bases del motor los múltiple de
escape y admisión y sus elementos accesorios.
5.1
. El BloqueEs la pieza más robusta del motor y en el se alojan los elementos móviles de la
cadena de potencia. Es una pieza hecha de hierro fundido, aluminio fundido,
aleaciones de acero en donde se confinan los gases expandidos y forma parte de
la cámara de combustión.
Las ventajas de un bloque de cilindros son:
y Disminución de la longitud total del motor
y Aumento de la rigidez del motor
y Una refrigeración más sencilla
Los bloques de cilindro pueden ser de dos tipos: con los cilindros formando
parte integral del bloque o provistos de camisas; las cuales pueden ser secas
húmedas
La parte superior, donde van los cilindros con sus respectivas camisas de
agua, se llama bloque de cilindros; la parte inferior formada por nervaduras que
sostiene los cojinetes de bancada o de cigüeñal y del árbol de levas se llama
bastidor del motor.
Los cilindros pueden ser fundidos directamente en el bloque ó pueden ser
removibles en cuyo caso se denominan camisas, las cuales se dividen en
húmedas si están en contacto con el refrigerante o secas si no lo están
presentando una superficie interna pulida.
Para prevenir el daño de los cilindros y sus partes debido a las altas
temperaturas producidas en la cámara de combustión, las paredes son enfriadas
por aire o por agua. Los motores enfriados por airel
os cil
indro yl
as cámaras estánprovistos de aletas para mejorar el enfriamiento, en los enfriados por agua, están
rodeados por camisas de agua.
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5.2. La Cabeza del cilindro o Cámara
Es la parte que cierra los cilindros por la parte superior, su diseño es
complicado pues en ella están ubicados los conductos de admisión y escape de
gases, las líneas de refrigeración y camisas de agua de la cámara, posee las
orificios de las válvulas y las bujías, es la cobertura superior del cilindro.
Su fabricación es de hierro o aluminio fundido, teniendo también una camisa
de agua o enfriada por aire según sea el caso; la unión entre la cámara y el bloque
de cilindros se realiza mediante tornillos que garanticen la estanqueidad e impidan
deformaciones a causa del calor, entre ambas piezas se coloca una empacadura
de lámina de cobre a de acero recubierta de amianto que ayuda a evitar e l escape
de gases o líquidos.
Los tipos de cámaras de combustión son muy variados, se diseñan paraconseguir mejor turbulencia, mayor relación de compresión y evitar las
detonaciones.
Las cámaras son de hierro fundido o de aleaciones de aluminio, que debido a
su peso, permite una mayor relación de compresión gracias a su elevado
coeficiente de transmisión de calor.
5.3. El Carter Es un depósito hecho de lámina que tapa el bloque en su parte inferior y
además sirve para contener el aceite.
5.4. El Múltiple de admisión, está ubicado a un lado de la cabeza del
cilindro del bloque y su función es servir de conducto del aire o de la mezcla de
combustible y aire hacia los cilindros.
5.5. El Múltiple de Escape, ubicado a un lado del bloque tiene la función
de conducir los gases quemados fuera del motor. Ambas piezas son fabricadas de
acero o aluminio fundidos.
6. Variación de la presión en el cilindro en función del giro del cigüeñal
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Para comprender el ciclo de un motor alternativo, estudiar la variación de la
presión en el interior del cilindro en función del ángulo girado por el cigüeñal,
representando en unos ejes cartesianos en abscisas el giro del cigüeñal contado
desde el comienzo de la admisión, y en ordenadas las presiones en el interior del
cilindro durante el desarrollo de un ciclo completo permite, además de dejar claros
los principios de funcionamiento de los motores alternativos, mejorar su
rendimiento y calcular las cargas sobre los cojinetes del motor.
Para ello se debe considerar que al comienzo de la admisión, el interior del
cil
indro se encuentra a una presiónl
igeramente superior al
a atmosférica por nohaber terminado todavía la fase de escape. Cuando el pistón se desplaza hacia el
P.M.I., aspira cierta cantidad de aire o mezcla gaseosa a través de la válvula de
aspiración, abierta oportunamente. Durante toda esta fase, en primer lugar la
presión se hace igual a la atmosférica, punto 2, y en el resto de la carrera en el
interior del cilindro existe una presión menor, a causa de la resistencia que
encuentra el gas en los conductos. Ello origina la llamada depresión en la
aspiración, la cual resulta tanto más intensa cuanto mayor es la velocidad del gas,
debido a de la mayor resistencia que este f luido ha de vencer a su paso por dichos
conductos. Como es evidente, esta fase representa trabajo negativo.
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Figura 4.- Diagrama de presiones en función del giro del cigüeñal.
Pat.
PMI PMS
12
3
4
5
6'
6
7
89
10
11 1
0º
admisión
180º
compresión
360º
expansión
540º
escape
720º
PMS PMI PMS
Cuando en el punto 3 el pistón inicia su carrera hacia el PMS el cilindro se
encuentra todavía en depresión, por este motivo, y a pesar del movimiento del
pistón continúa la introducción del f luido hasta 4, punto en el que se igualan la
presión interna y la atmosférica. En este punto se debe cerrar la válvula de
aspiración. Si el conducto de admisión es largo, se puede utilizar el efecto de
inercia de la columna gaseosa, para continuar la admisión después del punto 4
retardando, para ello, el cierre de la válvula. En el punto 4 se inicia realmente la
compresión.
La compresión de la carga se produce como consecuencia del movimiento del
pistón hacia el PMS. A partir del punto 4 el f luido operante, a la presión
atmosférica, es comprimido por el pistón, con lo que la presión aumentaría hasta
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el punto 6, si no se produjese, como es necesario, el AE o el AI, lo cual se da en el
punto 5.
La combustión comienza con el encendido o inyección del combustible en el
punto 5 lo que origina una repentina elevación de temperatura y de presión que
alcanza su valor máximo en el punto 7. La combustión debe finalizar cuando el
pistón ha recorrido una parte reducida de la carrera hacia el P.M.I.
Terminada la combustión, debido al aumento de presión el pistón experimenta un
rápido descenso hacia el PMI, lo cual debería prolongarse, para aprovechar al
máximol
a fase útil
, hastal
a proximidad del
P.M.I., pero, para facil
itar l
a expul
siónde los gases, se interrumpe ésta con la apertura anticipada respecto al punto
muerto inferior de la válvula de escape en el punto 8.
El escape, que se inicia en el momento de comienzo de la apertura de la válvula
correspondiente, como los gases se encuentran a presión superior a la
atmosférica, se descargan en estampida al exterior, de forma tan rápida que la
transformación discurre casi a volumen constante, la presión desciende con
rapidez, y es en el punto 9, cuando realmente se inicia la carrera de escape.
Debido a la inercia de los gases en los conductos de escape, la presión puede
alcanzar un valor con presión inferior a la atmosférica, según se representa en el
punto 10.
En 11 se inicia el segundo periodo del escape. En él el pistón expulsa los
gases que ocupan el cilindro, con lo que la presión se hace ligeramente superior a
la atmosférica debido a la resistencia de los gases a circular atravesando la
válvula y los conductos de escape. Como el pistón no puede expulsar todos los
gases, porque una parte de ellos ocupa la cámara de combustión, al final de la
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carrera de escape, la presión tiene todavía un valor ligeramente superior a la
atmosférica.
El rendimiento mecánico es la relación entre el trabajo útil medido en el
cigüeñal del motor y el trabajo ofrecido según el ciclo indicado.
El rendimiento mecánico está normalmente comprendido entre 0'80 y 0'90 y
depende del rozamiento entre los órganos móviles, del acabado de las superficies,
de las características de la lubricación, del grado de precisión en la fabricación,
etc, y tiene en cuenta el trabajo absorbido por los rozamientos de los órganos del
motor con movimiento rel
ativo y del
os órganos auxil
iares del
motor necesariospara su funcionamiento como la distribución, la bomba de aceite para lubricación,
la de agua para refrigeración, el alternador, etc.
Empíricamente se sabe que está pérdida de energía tiene la siguiente expresión
matemática:
2
R nnE QP !
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Su representación gráfica es como sigue:
r.p.m. del motor
R E
Figura 7.- Energía absorbida por las resistencias pasivas.
En la ecuación anterior son coeficientes variables con las características
constructivas del motor, y n es el régimen de giro del motor, por lo que se
comprende que a medida que aumenta el número de revoluciones, se incrementa
la pérdida de energía, pudiendo llegar a ser tan alta que puede anular la energía
ofrecida por el motor.
7. Sistema de Válvulas
El movimiento de las válvulas debe estar estrictamente relacionado con el
movimiento de los pistones, el mecanismo que establece esta relación se llama
mecanismo de distribución. Una válvula puede ser definida como un dispositivo
utilizado para cerrar un paso. La operación de un motor de combustión interna
precisa de la admisión, compresión y el escape del medio de trabajo, todos son
realizados por las válvulas. Su correcta operación es esencial para el buen
funcionamiento y economía de combustible. El tipo de válvula más común es la de
movimiento vertical y la disposición es la de válvulas ubicadas en la cabeza del
cilindro.
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De cuantas razones han sido expuestas, se puede asegurar que el rendimiento
indicado es debido principalmente al tiempo que tarda la mezcla en quemarse y a
la deficiencia en el llenado y evacuado de los gases residuales, lo que hace que
disminuya la cantidad de mezcla fresca que entra en el cilindro.
Para conseguir que el ciclo indicado se acerque lo más posible al teórico, se
actúa sobre la distribución adelantando y retrasando el instante de comienzo y de
finalización de la entrada y salida de f luido operante del cilindro, con el propósito
de conseguir un mejor llenado y evacuación de los gases y además se realiza un
adelanto del encendido o de la inyección para compensar el tiempo necesario para
la combustión.
Estas variaciones en la apertura y cierre de válvulas y en el adelanto del
encendido o de la inyección, conocidas como cotas de reglaje en la distribución,son las siguientes:
Adelanto en la apertura de la admisión (AAA), consigue que al hacer que la
válvula se abra antes de que el pistón llegue al P.M.S. en su carrera de escape, al
iniciarse la aspiración de la mezcla, la válvula esté muy abierta, evitando la
estrangulación a la entrada de los gases.
Retraso en el cierre de la admisión (RCA), consigue que al hacer que la
vál
vul
a se cierre un poco después de que el
pistónll
egue a su P.M.I., debido al
ainercia de los gases al final de la admisión éstos siguen entrando en el cilindro,
aunque el pistón comience a desplazarse hacia el P.M.S.
Adelanto del encendido (AE) o de la inyección ( AI), consigue compensar el
tiempo necesario para que, al final de la combustión, el movimiento del pistón en
su fase de trabajo sea mínimo. Se puede cifrar en unos 30º.
Adelanto en la apertura de escape (AAE), consigue que la presión interna baje
antes, y que cuando se inicie el escape la válvula, esté completamente abierta,
evitando el estrangulamiento a la salida y la pérdida de energía necesaria para
realizar el barrido de gases.
Retraso en el cierre del escape (RCE), consigue una mejor evacuación de los
gases quemados debido a la succión provocada por la alta velocidad de los gases
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de escape, evitándose así que los gases residuales que pueden quedar en el
interior del cilindro impidan la entrada de gases frescos.
Cruce de válvulas, es el período en el que las válvulas de admisión y escape
están simultáneamente abiertas. Durante el mismo, debido a la velocidad de los
gases de escape, crean una succión que facilita la entrada de la nueva mezcla y
barre los gases residuales. Cuando los gases frescos llegan a la válvula de
escape ésta ya está cerrada sin que se pierdan en la atmósfera.
El cruce de las válvulas beneficia notablemente el rendimiento del motor, ya
que elimina mejor los residuos de gases quemados y hace que la mezcla
contenida en el cilindro para realizar el nuevo ciclo sea lo más pura posible, con lo
cual el aprovechamiento de la cilindrada y energía del combustible es mayor.
Gracias a las cotas de calibración de la distribución el diagrama obtenido en el ciclo real tiene una superficie mucho mayor, y el rendimiento indicado llega a ser
del 80%.
Las cotas de calibración son prefijadas por el constructor, y se fijan, en
principio, por comparación con otros tipos de motores con características
análogas, y posteriormente se corrigen durante los ensayos en el banco, hasta
conseguir los datos óptimos de máximo rendimiento.
Estas cotas de cal
ibración enl
a distribución, que suel
en estar comprendidasdentro de los valores indicados a continuación, son, una vez fijadas, invariables,
excepto en algunos motores que llevan sistemas dinámicos de variación.
Tipo
AAA RCA AAE RCE AE
Motores lentos 10 - 20º 30 - 40º 35 - 50º 0 - 10º 0 - 15
Motores rápidos
10 - 30º 40 - 60º 40 - 60º 5 - 30º 10 - 40º
Tabla 1.- Cotas de distribución normales en motores actuales
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El adelanto del encendido o de la inyección, dado que debe ser variable en
función de la velocidad de régimen del motor se efectúa automáticamente.
Un inadecuado instante de encendido en los motores causa una serie de
deformaciones en el ciclo, que hacen que disminuya su rendimiento, tal como se
puede observar en el siguiente diagrama P-V.
Los materiales utilizados son diferentes para las de admisión como para las de
escape, debido a las temperaturas de trabajo de cada una de ellas; las de
admisión se mantiene más frías que las de escape y pueden estar hechas de
materiales como acero al carbono, acero níquel o aleaciones de cromo ±
molibdeno, que son duras y soportan altos esfuerzos.
Las de escape están hechas de materiales que soporten altos esfuerzos y
además mantengan su dureza y resistencia a altas temperaturas, como los acerosal cromo ± níquel.
Los elementos que constituyen el sistema de válvulas son: engranaje del árbol
de levas, árbol de levas, martillos, varillas guías de válvulas, válvulas, resortes,
asientos de válvulas.
7.1. Engranaje de Distribución
Es importante mantener una rel
ación de vel
ocidad entre el
cigüeñal
y el
árbol
de levas, debido a que las válvulas en los motores de cuatro tiempos abren y
cierran una vez cada dos vueltas del cigüeñal, el engranaje del árbol de levas es el
doble de diámetro del engranaje del cigüeñal y con doble cantidad de dientes.
Frecuentemente se utiliza un tercer engranaje independiente para conservar
espacio y reducir el tamaño de los engranajes principales.
Para mantener la relación de movimientos entre el mecanismo de distribución y
el eje del cigüeñal, en la fábrica se ponen marcas en cada uno de los engranajes,
los cuales deben coincidir cuando se procede al montaje de estos elementos,
estas marcas se llaman marcas de sincronización
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7.2. Árbol de levas
Es un eje en el cual van forjadas unas levas, de manera que al girar provoquen
el alzamiento de un cuerpo que descanse sobre ellas; en ella también se
encuentran fundidos los engranajes de la distribución y la bomba de aceite,
además de la excéntrica que mueve la bomba de gasolina.
Las superficies de todas las partes rozantes del árbol de levas son endurecidas
por procedimientos similares a los sometidos al cigüeñal debido a que las
superficies de contacto deben ser mas resistentes y simultáneamente la pieza
mantenga su f lexibilidad.
7.3. Taquetes
Su función es convertir junto con la leva el movimiento circular del eje de levas,en rectilíneo y alternativo para producir la apertura de la válvula; la parte inferior,
donde es atacado por la leva, es endurecida para soportar la presión y rozamiento
y la parte superior tiene un tornillo y una contratuerca para dejar un espacio o luz
entre el taquete y la válvula, que permita su dilatación.
7.4. Varillas impulsoras
Sonl
as encargadas de transmitir el
movimiento del
os taquetes al
osbalancines para que estos abran las válvulas. Son varillas de acero, su parte
inferior es redondeada para entrar en contacto con el taquete.
7.5. Balancines
Es una palanca que recibe el movimiento de las varillas impulsoras y acciona
las válvulas. En general, todos los balancines giran sobre un eje común situado en
la superficie superior de la cámara por medio de unos soportes y cada balancín es
separado por unos espaciadores; todo el conjunto se llama la f lauta.
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7.6. Válvulas
Son las encargadas de poner en comunicación la cámara de combustión con el
exterior. Una de ellas permite la entrada de la mezcla de combustible ( admisión)
y la otra permite la salida de los gases residuales de la combustión al exterior
(escape).
Las partes de la válvula son: cabeza, asiento de válvula que es un bisel de 45
o 30 grados con relación al plano de la cabeza y entra en contacto con el asiento
de la cámara para cerrar herméticamente; vástago de la válvula y las ranuras.
El cierre de la válvula es mediante un resorte y comúnmente se instalan guías de
válvulas.
La apertura de las válvulas debe ser tal que permita el desalojo a la entrada de
los gases con suficiente rapidez.Su fabricación es con aleaciones especiales de acero, debido a que está
sometidas a grades presiones y temperaturas que tienden a deformar las, además
que en la combustión se producen sustancias corrosivas que las atacan.
Las válvulas se refrigeran por conducción mientras están en contacto con la
cámara. La de admisión se refrigera también con la mezcla que entra, a una
temperatura relativamente baja, no asi la de escape, la cual por el contrario es
rodeada por gases cal
ientes, razón por l
a cual
se construyen de al
eaciones deacero al cromo ± níquel.
En los motores modernos se hacen las válvulas de escape de menor diámetro
para dar le mayor rigidez.
Las válvulas de admisión difieren con las de escape en cuanto al espesor de la
cabeza y el ángulo de cierre de la cara; el ángulo de 30º para V A facilita el paso
de la mezcla y su cabeza no es tan sólida por estar mejor refrigerada, el ángulo de
45º para la VE permite dar le mayor robustez, para evitar deformaciones por las
altas temperaturas que debe soportar
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7.6.1. Tiempo de las Válvulas
Los sistemas de válvulas y de ignición son operadas por el árbol de levas, y la
apertura y cerrado de las válvulas está referida a la posición del pistón o del
cigüeñal. Toda la graduación de los eventos están expresados en grados con
respecto al volante del motor o en pulgadas antes o después del punto muerto del
correspondiente codo.
Las válvulas de admisión abren cerca o en el punto muerto superior y
permanecen abiertas por cerca de 210º, permitiendo que el pistón arrastre una
mezcla fresca durante la carrera de succión, permaneciendo cerradas durante el
resto del ciclo.Las válvulas de escape abren durante la carrera de explosión hasta 40 º antes
del punto muerto inferior, permitiendo que el escape se inicie mientras hay una
pequeña presión en el cilindro, permaneciendo abiertas durante la carrera de
escape, cerrando cerca del punto muerto superior aproximadamente al mismo
tiempo que la válvula de escape abre y permaneciendo cerrada el resto del ciclo.
Es muy importante que la válvula permanezca abierta el tiempo suficiente que
permita el
escape total
del
os gases quemados.Se dice que una válvula está abierta cuando deja de tener contacto con su
asiento de válvula y es está cerrada cuando hace contacto con el mismo.
GRAFICOS DE TIEMPOS DE VÁLVULAS
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8. Balance de los Motores
Las vibraciones en un motor acortan su vida útil y producen efectos
indeseables sobre la transmisión y el cuerpo del tractor en el que está montado; la
mayor parte de esta vibración es debido a desbalanceo en el cigüeñal y a
aceleración y desaceleración del conjunto pistón ± cigüeñal.
Para solucionar esto, se realiza un balanceo estático donde la suma de los
momentos alrededor del eje de rotación es cero y el centro de gravedad coincide
con el eje de rotación.
Igualmente es necesario realizar un balanceo dinámico del cigüeñal, cuando
la suma de los momentos producidos por la fuerza centrífuga sobre cualquier línea
perpendicular y la intersección del eje de rotación es igual a cero.
Contrapesas son pesos colocados en el lugar opuesto a los codos del cigüeñal con el propósito de reducir la distribución de las fuerzas de desbalance en el
cigüeñal.
Las vibraciones causadas por irregularidades en los puntos de contacto del
cigueñal y las posiciones irregulares de los pistones es minimizada por el arreglo
simétricos de los codos de forma que las fuerzas se oponen unas a otras. Las
fuerzas de inercia de los pistones que están separadas 180 º una de otra están en
direcciones opuestas y tienden a anul
arse unas a otras; Un arregl
o simétrico en el
centro del cigüeñal alternará los movimientos de fuerza opuestos, reduciendo la
vibración.
9. Volante
Las variaciones de velocidades de un motor tipo pistón son inherentes a la
variación del torque de entrada. El propósito primordial de un volante es reducir la
variación de velocidad a un valor aceptable determinado por su uso, también es el
de proveer una fuente de energía cuando el embrague es acoplado bajo carga.
No es conveniente diseñar un volante demasiado grande porque el motor
sería muy lento para acelerar lo, pesado y caro y aumentaría el momento
giroscópico durante el giro; la excesiva energía cinética en el volante del motor
podría ser un peligro al sistema de transmisión.
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A mayor número de cilindros, menor será la variación del torque y menor la
necesidad de un volante.
Orden de encendidoLa regularización del par motor y el balanceo dinámico del cigüeñal obligan a
seguir una determinada norma en el encendido sucesivo de los cilindros.
Como para un motor de 4 tiempos con un cierto número de ci lindros son posibles
diversos orden de encendido, es necesario escoger el más conveniente por lo que
es importante:
Obtener la mayor uniformidad de carga sobre los puntos de bancada, lo cual se
consigue alternando al máximo los encendidos sobre los diversos codos.
Procurar en lo posible que la admisión de los cilindros alimentados por un colector
común no se obstaculicen recíprocamente, causando irregularidades en el llenado
de alguno de ellos.
Esto explica la selección de los órdenes de encendido tales: 1-3-4-2 y 1-5-3-6-2-4.
10. Rendimiento total y consumo específico
El rendimiento total de un motor es la relación entre el trabajo útil ofrecido por el
motor y la energía calorífica del combustible consumido.
Su valor se calcula como el producto del rendimiento térmico, por el rendimiento
indicado y por el rendimiento mecánico.
mit LLLL !
Se denomina c onsumo específ i c o, el consumo de combustible expresado engramos que requiere un motor para producir la energía de un caballo de
vapor ·hora.
Se representa por cs y se mide en (g/C.V.·h).
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Como se sabe que un caballo de vapor (C.V.) es igual a 75 Kgm/seg, la energía
correspondiente a un caballo de vapor ·hora (C.V.·h) equivale a
75 · 3600 = 270000 Kgm. Si H es el poder energético del combustible expresado
en Kcal/Kg, el trabajo equivalente al consumo específico de combustible vendrá
dado por:
! 270000427H10c mit
3
s LLL
Como:
mit LLLL !
se tiene:
i3s
H
632000
427H10
270000c
LL}!
Despejando de la ecuación anterior el rendimiento total se tiene:
! 427Hc
1000270000
s
L Hc
632000
s}L
10.1. Curvas características de un motor
El ciclo de un motor produce un trabajo función de la cantidad de energía puesta
en juego. Si dicho motor funciona a un determinado régimen de revoluciones n, se
tiene que:
y La potenc ia ideal desarrollada por el motor vendrá dada por la expresión:
C.V.h75
1
60
1
2
n427QN 1ideal !
Siendo:
Q1 = calor introducido en el cilindro en Kcal.n = régimen de funcionamiento del motor en r.p.m.
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h = número de cilindros del motor.
y La potenc ia teóri c a ofrecida por un motor vendrá dada por el producto de la
potencia ideal y el rendimiento teórico:
tidealteórica NN L!
y La potenc ia indi c ada se obtiene por el producto de la potencia teórica y el
rendimiento indicado:
iteóricaindicada NN L!
y La potenc ia útil o al f reno se obtiene por el producto de la potencia indicada y el
rendimiento mecánico:
mindicadafreno NN L!
La expresión final de la potencia al freno es:
C.V.h75
1
60
1
2
n427QN mit1freno LLL!
En un motor ideal los mvit y,, LLLL son constantes, y las curvas características
deberían ser como se presenta a continuación:
y Al ser constantes los rendimientos, Q1 será también constante con lo que la
expresión de la potencia al freno será de la forma:
nKN 1!
Su representación gráfica en unos ejes cartesianos, poniendo en abscisas el
régimen de giro del motor y en ordenadas la potencia útil o al freno ofrecida, se
obtiene una gráfica como la que sigue:
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N
C.V.
n régimen de giro r.p.m.
freno
Figura 8.- Potencia.
La potencia del motor puede expresarse como:
nMNf !
Siendo:
Nf = potencia al freno del motor.M = par motor.n = régimen de giro del motor.
y Al ser constantes los rendimientos como se vio:
nMnK1 !
por tanto:
1KM !
lo que indica que si los rendimientos son constantes el par motor es constante, por
lo que su representación en unos ejes cartesianos (n, M) tendrá la forma:
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M
Kp · m
n régimen de giro r.p.m.
Figura 9.- Par motor.
y El
consumo específico se vio que tiene como expresión:
H
632000Cs
L!
Con lo que al ser constante L y H su representación gráfica en unos ejes (n, Cs),
tendrá la forma:
C
g/C.V. · h
s
n régimen de giro r.p.m.
Figura 10.- Consumo específico
Por último, partiendo del consumo específico, de la potencia al freno y de la
densidad del combustible Hc, se puede determinar el consumo horario, según la
expresión:
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l/h1
N10CCc
f 3
shH
!
Al ser constante Hc se puede observar que Ch tiene una expresión del tipo:
nKC 2h !
Con lo que su representación gráfica en unos ejes cartesianos (n, Ch) tendrá la
forma:
C
l/h
n régimen de giro r.p.m.
h
Figura 11.- Consumo horario.
Al no ser constantes los rendimientos, las curvas ofrecen un aspecto
totalmente cambiado y obtenidas con un freno, dan esquemas como los que se
presentan en las figuras siguientes:
y Curva de potencia
N
C.V.
n n r.p.m.n
f
mín máx
Figura 12.- Curva de potencia.
El análisis de esta curva indica que, en los motores alternativos, a medida que
aumenta el régimen de giro incrementa la potencia al freno de forma
prácticamente lineal, lo que ocurre hasta llegar a un valor de velocidad angular del
cigüeñal en el que por seguridad para el motor, actúa el regulador disminuyendo
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de forma automática la entrada de combustible. A partir de dicho régimen la
potencia disminuye hasta llegar a un valor que, considerando el alto régimen de
giro, es muy bajo.
y La curva de par motor puede considerarse dividida en dos partes, la zona de
funcionamiento no f lexible y la de funcionamiento f lexible. Ambas están limitadas
por un valor del régimen de giro del motor que corresponde al que al motor ofrece
la máxima capacidad de trabajo o máximo par.
MKp · m
n n r.p.m.nmín máx
Zona de
funcionamiento
flexible
Zona de
funcionamiento
no flexible
Figura 13.- Curva de par.
Entre dicho régimen de giro y el de máxima velocidad angular, cualquier
valor de velocidad de giro se caracteriza porque existe lo que s denomina reserva
de par, esto es, si en un instante al motor se le solicita más trabajo (par) del que
va ofreciendo, como su respuesta inmediata es bajar sus revo luciones, al haber
reserva de par, si esta reserva es suficiente como para absorber la solicitación
hecha al motor, éste, sin ninguna actuación externa, sin mover el acelerador, se
adapta a las nuevas condiciones de trabajo. Si la reserva de par no fuesesuficiente el motor se pararía, al ser incapaz de adaptarse a las nuevas
condiciones de trabajo.
En la zona de funcionamiento no f lexible, al no haber reserva de par,
cualquier solicitación de más energía cuando el motor trabaja a un determinado
régimen de giro, van acompañadas indefectiblemente del calado del motor.
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Estos conceptos son de gran importancia en los tractores agrícolas, y como se
verá más adelante, la forma de la curva de par tiene gran incidencia en el diseño
de la caja de cambios.
y Curva de consumo específico
Cg/C.V.·h
n n r.p.m.nmín máx
s
Figura 14.- Curva de consumo específico.
La curva de consumo específico presenta una zona, limitada por dos
regímenes de giro del motor entre los que el aprovechamiento energético del
combustible es máximo (zona de mínimo consumo específico), siendo por tanto
necesario que el tractor trabaje, salvo circunstancias impuestas por las
condiciones de trabajo, con regímenes de giro cuyos valores estén situados entre
los que limitan los mínimos de esta curva. De esta forma al realizar un trabajo
habrá un mínimo consumo de combustible, lo que significa mayor economía.
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y Curva de consumo horario
Cl/h
n n r.p.m.nmín máx
h
Figura 15.- Curva de consumo horario.
Técnicamente la curva de consumo horario no tiene gran valor, pero
permite determinar la autonomía de trabajo del tractor en función de la capacidad
de su depósito de combustible. Esto, que en automoción no tiene gran relevancia,
ya que los conductores tienen muchas posibilidades de reponer combustible en
carretera, en agricultura condiciona el trabajo, pues es frecuente tener que
transportar un depósito, con la incomodidad que ello supone, hasta el lugar másadecuado para repostar.
10.2. Condiciones esenciales para la operación de motores de combustión
interna
1. Tiene que haber combustible en el cilindro
2. Debe estar presente suficiente aire para suministrar el oxigeno requerido
para la combustión3. Se debe mezclar el aire con el combustible
4. La mezcla aire-combustible debe ser comprimida
5. El combustible debe ser encendido
6. Los productos resultantes de la combustión deben ser removidos
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7. Todos los eventos del ciclo deben ocurrir en un orden preestablecido.
11. Sistema de Enfriamiento
La función principal del sistema de enfriamiento de un motor de combustión
interna es el de mantener una temperatura óptima de operación del motor; para
lograr lo el calor rechazado durante el proceso de combustión y el calor generado
por la fricción del motor y la compresión de los gases debe ser eliminado.
El diseño adecuado y el mantenimiento del sistema de enfriamiento es
importante en extremo porque la cantidad de calor que hay que disipar es muy
grande. El motor se debe enfriar a fin de mantener una adecuada lubricación,
evitar el sobrecalentamiento de los componentes del motor y asegurara una
combustión adecuada; por otra parte, las temperaturas del motor deben ser losuficientemente altas como para asegurar la vaporización del combustible e
impedir la dilución del aceite.
La sustancia enfriadora debe circular rápidamente alrededor de la superficie
exterior de los cilindros; si se utiliza aire, la superficie de contacto debe
aumentarse colocando aletas y acelerar el movimiento del aire mediante un
ventilador; si es agua, las paredes del cilindro deben ser rodeadas o encamisadas
por agua. El
metal
del
cil
indro debe se un buen conductor de cal
or.Debido a que el líquido enfriador debe transferir calor satisfactoriamente, desde
las paredes del cilindro, debería tener un alto calor específico, una viscosidad baja
a la temperatura de trabajo, un punto de ebullición alto no debe ser agresivo a los
metales abundante y barato no inf lamable y no destruir las gomas.
11.1. Carga de Calor
La distribución del calor en un MCI varía de acuerdo con la eficiencia, diseño,
carga y tamaño. Alrededor del 28 % se pierde como calor de escape, cerca del 35
% se convierte en trabajo útil y el restante se pierde por radiación.
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11.2. Enfriamiento por Agua
Cuando utilizamos agua para enfriar, los cilindros están rodeados por
compartimientos cerrados por camisas. En general
hay tres tipos de enfriamientopor agua:
1. Evaporando agua al exterior
2. Pasando agua fría a través de las camisas y desechándola
3. Recirculando el agua en el motor, pasando al radiador y enviándola de
nuevo a las camisas del motor.
11.3. Sistemas de Enfriamiento por circulación forzada
El sistema de enfriamiento es esencialmente un método de transferir calor de
las paredes del cilindro al aire exterior, y mientras más rápido es el f lujo del
refrigerante al radiador, más eficiente será el enfriamiento: para ello utilizan una
bomba que forzan el paso de agua alrededor de los cilindros, un radiador posee
grandes superficies de enfriamiento y un ventilador hace circular aire a través del
radiador.
En éste sistema, el f lujo de calor de los cilindros al agua y del agua a aire en el
radiador es uniforme y eficiente.
y Bombas de agua
Se utilizan bombas centrífugas, las cuales son de simple construcción y tienen
muy pocas partes en movimiento, el cuerpo y el impelente son de hiero fundido y
el eje es de acero o un material resistente a la corrosión; su ubicación es entre la
salida del radiador y la entrada al motor (camisas de agua).
y Radiadores
Los radiadores son usados para enfriar el agua que está circulando, el agua
caliente entra al radiador por la parte superior y el agua enfriada sale por la parte
inferior; los tubos que unen los tanques superior e inferior mueven el agua y la
exponen a una superficie metálica grande; el f lujo de aire a través de los tubos
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conductores y un ángulo apropiado de los tubos conductores de agua transfieren
el calor a la atmósfera a medida que el agua caliente las superficies expuestas.
La cantidad de calor transferido a la atmósfera, por el radiador y la temperatura
del motor dependen de: el área expuesta en contacto con el metal y el agua; dela
condición, rugosidad de ella, de la velocidad del agua al pasar por las tuberías del
radiador, de la velocidad del aire que pasa por el radiador y de las diferencias de
temperatura entre el agua y el aire.
El tamaño del radiador, la capacidad de la bomba de agua y el ventilador y la
temperatura atmosférica tiene un efecto directo sobre el enfriamiento del motor.
y Ventiladores
El diseño de un ventilador es muy importante, puesto que el aire que pasa através de radiador es el principal medio de remoción del calor del líquido.
Los ventiladores de hélice son los menos eficientes, pero una adecuada
selección de la velocidad, número de aspas, ángulo de inclinación de la paleta,
ubicación del ventilador y recubrimiento, ayudan a obtener mejores resultados; el
ventilador debe ser lomas grande como sea posible y debe girar lo mas lento
posible para obtener la máxima eficiencia.
La siguiente ecuación expresa el
bal
ance de cal
or:(T1- T2) WwSw = (Ta- Tb) Wa Sa
El movimiento lo reciben del cigüeñal mediante engranajes o correas
12. Sistema de Lubricación
El objetivo primordial de la lubricación es reducir la fricción y el desgaste
resultante entre las superficies de los cojinetes, para ello se interpone una película
de aceite entre las partes deslizantes: Los aceites en los MCI también tiene la
función de enfriar superficies, tales como los pistones, recogiendo el calor y
disipándolo a través de carter y reducir las pérdidas de compresión actuando
como un sello entre las paredes del cilindro y los anillos del pistón.
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12.1. Fricción
Si las superficies están secas, la resistencia a moverse es independiente del
área de contacto, directamente proporcional
al
a fuerza normal
al
a superficie ydirectamente proporcional a su rugosidad. La medida de la rugosidad es conocida
como el Coeficiente de Fricción.
J = N
F
Si estas partes en movimiento pudieran ser separadas por un material
antifricción que evite que las protuberancias metálicas no toquen entre si, no
habría fricción. Aquí es donde la lubricación realiza su papel, apartando las
superficies metálicas con un f luido viscoso o semif luido o llenando los intersticios
con un material que suaviza el contacto; en cada uno de los ejemplos, la fricción
metal ± metal es reemplazada por la fricción interna del lubricante.
12.2. Factores determinantes del tipo de lubricante
El tipo de lubricantes depende de muchos factores tales como: presión de los
cojinetes, velocidad relativa entre las partes en movimiento y sus soportes,
temperatura que lo rodea, calor procedente de procesos mecánicos o químicos,
presencia de agua o otros líquidos y presencia de polvo u otros contaminantes.
Cada punto de contacto tiene sus propios problemas: los pistones en movimiento
en los cilindros de un motor a gas requiere de un lubricante que conserve sus
cualidades a altas temperaturas; aceites en cilindros a vapor deben conservar sus
condiciones lubricantes en presencia de vapor; loe engranajes requieren
lubricantes con suficiente densidad que permanezcan a las altas presiones entre
los dientes con una lámina delgada entre ellos; superficies pulidas necesitanlubricantes no corrosivos.
La lubricación forma una parte fundamental de las operaciones del
mantenimiento preventivo que se deben realizar al vehículo para evitar que el
motor sufra desgastes prematuros o daños por utilizar aceite contaminado o que
ha perdido sus propiedades.
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Un aceite que no cumpla los requisitos que se exigen puede producir los
siguientes efectos:
Desgaste prematuro de partes
Daño a componentes del motor o accesorios (turbocargador, cigüeñal, bielas,
etc.)
Mayor emisión de contaminantes
Daño al convertidor catalítico
Formación de carbón en la cámara de combustión
Fugas en los anillos de los cilindros
Evaporación del lubricante
Es por todo esto importante conocer en qué consiste el fenómeno de lubricación,las características que debe tener un buen lubricante y las acciones que pueden
afectar de manera negativa a la lubricación.
12.3. Objetivo del sistema de lubricación
La lubricación tiene varios objetivos.
Entre ellos se pueden mencionar los siguientes:
i. Reducir el
rozamiento o fricción para optimizar l
a duración del
os componentes.ii. Disminuir el desgaste.
iii. Reducir el calentamiento de los elementos del motor que se mueven unos con
respecto a otros.
Para cumplir con estos objetivos existen 5 tipos diferentes de lubricación los
cuales son muy importantes, éstos son:
Hidrodinámica
Hidrostática
Elastohidrodinámica
De película mínima o al límite
Con material sólido
En la lubricación de un motor de combustión interna generalmente se presentan
combinaciones de estos fenómenos lo cual mejora la efectividad de la lubricación.
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12.4. Lubricación hidrodinámica
Es aquella en la que las superficies que interactúan (cojinete y f lecha) y que
soportan la carga (puede ser el peso) y que generan esfuerzos mecánicos, están
separadas por una capa de lubricante relativamente gruesa a manera de impedir
el contacto entre metal y metal.
Esta lubricación no depende de la introducción del lubricante a presión.
La presión en el lubricante la origina el movimiento de la superficie que lo
arrastra hasta una zona formando una cuña que origina la presión necesaria para
separar las superficies actuando contra la carga que interactúa con el cojinete.
Este fenómeno se puede entender mejor si se observa a un esquiador que
es remolcado por una lancha, el agua penetra en la tabla de esquiar y produceuna fuerza la cual es suficiente para mantener al esquiador sobre el nivel de la
superficie libre del agua. El agua que penetra en la parte inferior está formando la
³cuña de lubricación´ y ésta se logra por la velocidad con la que entra el agua y
por la inclinación de la tabla de esquiar.
En este caso la lubricación depende de la velocidad de rotación de la
f lecha. Una aplicación de este tipo de lubricación es en los turbocargadores los
cual
es operan a al
tas vel
ocidades de rotación.
12.5. Lubricación hidrostática
Se obtiene introduciendo el lubricante en el área de soporte de la carga a una
presión suficientemente elevada para separar las superficies con una capa
relativamente gruesa de lubricante. Se utiliza en los elementos donde las
velocidades son relativamente bajas.
En el caso de los motores de combustión interna antes de que se genere la
lubricación hidrodinámica es necesario generar una fuerza que separe los
elementos móviles. Esta fuerza se genera al inyectar el lubricante a presión por
medio de una bomba la cual normalmente es movida por el motor.
Este tipo de lubricación permite suministrar el lubricante a todas las partes que
lo requieran y no depende de la velocidad de rotación de los elementos.
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La cantidad de lubricante inyectado depende de la presión de la bomba de
aceite, de la temperatura y de la viscosidad del lubricante.
12.6. Lubricación elastohidrodinámica
Es el fenómeno que ocurre cuando se introduce un lubricante entre las
superficies que están en contacto rodante como los engranes y los cojinetes,
generalmente se debe al comportamiento que tiene el lubricante debido a su
composición química.
En este caso el lubricante forma ³redes´ que evitan el contacto físico entre los
elementos en movimiento, sin embargo esta característica se puede perder a l
tener elementos contaminantes en el lubricante y por efectos de alta temperatura
en el motor (sobrecalentamiento del mismo).Esta característica la presentan muchos de los aceites denominados
multigrados.
12.7. Lubricación de película mínima o al límite (no es recomendable)
Este tipo de lubricación es muy importante porque se genera cuando se
presenta una condición anormal en el motor, por ejemplo:
Cuando se produce un aumento repentino de temperatura, es decir, unsobrecalentamiento por falta del líquido refrigerante del motor
Cuando hay un aumento repentino de carga (sobrecalentamiento por falta de
lubricante)
Cuando se reduce la cantidad de lubricante suministrado debido a una fuga del
mismo en sellos o juntas
Cuando se tiene una disminución repentina de viscosidad (por
sobrecalentamiento)
Estas condiciones pueden impedir la formación de una película de
lubricante lo suficientemente gruesa entre los componentes en movimiento y
generar una película de lubricante de unas cuantas micras de espesor antes de
que se rompa esta película.
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de lubricante y se genere la falla de los componentes. En algunos casos pueden
llegar a soldarse elementos por falta lubricación.
12.8. Lubricación con material sólido
Este tipo de lubricación se genera cuando se agregan partículas de material
sólido al lubricante, éstas pueden ser de materiales antifriccionantes como el
grafito o el disulfuro de molibdeno. Estos compuestos se comportan como si
fueran ³canicas´ y separan a los elementos que están en movimiento evitando el
contacto físico entre ellos.
12.9. Características de un buen lubricante
Cuando requiere comprar aceite para su motor, usted debe escoger un
lubricante que le brinde la máxima protección posible, entre las características que
debe cumplir un buen lubricante resaltan las siguientes:
Baja viscosidad
Algunas personas piensan que es mejor un aceite ³grueso´, es decir, muy
viscoso, sin embargo el aceite debe llegar a todas aquellas partes que requieren
l
ubricación en el
menor tiempo posibl
e y esto sól
o sel
ogra si el
aceite tiene unabaja viscosidad (³delgado´) de hecho a un motor con un aceite muy viscoso le
costará mayor trabajo arrancar. Pero también hay que tener cuidado de que el
aceite no tenga baja viscosidad ya que podría entrar al interior de la cámara de
combustión y quemarse generando el ³humo azul´. Para conocer el grado de
viscosidad adecuado para su automóvil debe consultar el manual del propietario.
Un aceite clasificación 10W30 puede ser útil para vehículos con menos de 80,000
km y un 10W40 para motores con mayor kilometraje.
Recuerde que la viscosidad es la resistenc ia que opone el ac eite a moverse
Viscosidad invariable con la temperatura
En todos los aceites la viscosidad cambia con la temperatura, sin embargo
no todos cambian de la misma manera, generalmente los aceites monogrados son
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aquellos en los que estos cambios son más importantes. En los aceites de tipo
multigrado los cambios no son tan drásticos.
Estabilidad química
El aceite lubricante se encuentra en constante movimiento, arrastra las
partículas formadas por el desgaste propio de las partes, se contamina con:
partículas de polvo, agua, combustible y gases producto de la combustión. Es por
esta razón que debe tener una gran estabilidad química, de lo contrario se
degradaría y formaría compuestos agresivos para el motor como ³lodos de alta y
baja temperatura´.
Acción detergente
Esta característica permite que el motor siempre se encuentre limpio
evitando la formación de lodos, una forma de determinar si el aceite utilizado es detipo detergente es que al usar lo después de un cierto tiempo éste cambia de co lor.
Carencia de volatilidad
Esta característica es importante porque evita que se pierda lubricante
cuando se incrementa la temperatura del motor.
No ser inflamable
Esta característica ayuda a evitar un incendio debido a que el aceite está en
contacto con zonas de al
ta temperatura como el
pistón.Tener características anticorrosivos y antioxidantes
Ayuda a evitar el ataque por corrosión y oxidación de los materiales de los
diferentes componentes del motor.
Tener gran resistencia pelicular
Ayuda a evitar el desgaste y pérdida de material de las piezas del metal.
Soportar altas presiones
Ayuda a evitar el contacto entre metal y metal.
Impedir la formación de espuma
La espuma genera la disminución de la cantidad de lubricante inyectado a
las diferentes áreas que requieren la lubricación y puede provocar daño a
componentes como la bomba de aceite.
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Para lograr estas características generalmente los fabricantes de aceites de
buena calidad adicionan aditivos a los aceites base.
12.10. Clasificación de los aceites
Clasificación SAE
La Sociedad de Ingenieros Automotrices S AE clasifica a los aceites de
acuerdo a la viscosidad del lubricante y los divide en: monogrados (a estos se les
asigna un número el cual es indicativo de su viscosidad) y multigrados (se les
asigna dos números y entre ellos se coloca la letra W de w inter que significa
invierno en inglés).
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Los aceites monogrados tienen la característica de que su viscosidad
cambia de manera importante con la temperatura, cuando ésta baja, su viscosidad
se incrementa y cuando aumenta su viscosidad disminuye.
Entre los aceites monogrados se tienen:
S AE40 Usado en motores de trabajo pesado y en tiempo de mucho ca lor
(verano)
S AE30 Sirve para motores de automóviles en climas cálidos
S AE20 Empleado en climas templados o en lugares con temperaturas inferiores
a 0°C, antiguamente se utilizaba para asentamiento en motores nuevos.
Actualmente esto no se recomienda
S AE10 Empleado en climas con temperaturas menores de 0°C.
Desde 1964 se utilizan aceites multigrados en los motores. Estos aceitestienen la característica de que su viscosidad también cambia con la temperatura
pero lo hacen de una manera menos drástica que los aceites monogrados.
Para los aceites multigrados se tienen algunas de las siguientes
clasificaciones S AE5W30, 10W40,10W50, etc.
Clasificación API para servicio de los aceites
El Instituto Americano del Petróleo clasifica a los aceites de acuerdo al
tipo de motor en el
cual
será util
izado,l
os divide en aceites para motores agasolina o para diesel y les asigna dos letras: la primera indica el tipo de motor; si
es de gasolina, esta letra es una ³S´ del inglés spark (chispa) si la letra es una ³C´
(del inglés c ompression) el aceite es para un motor a diesel. La segunda letra que
forma la pareja indica la calidad del aceite.
Aceites para motores a gasolina
SA Típico para motores en condiciones ideales en donde son adecuados los
aceites minerales simples (obsoleto)
SB Para motores cuyo funcionamiento se asemeja al anterior, para motores que
necesitan un aceite que les brinde protección contra rayaduras, resistencia a la
oxidación y a la corrosión (obsoleto)
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SC Para vehículos de 1964 a 1967, incluye aditivos detergentes y dispersantes a
la vez ofrecen protección contra el desgaste, la herrumbre y la corrosión
SD Para motores a partir de 1968 ofrecen mayor protección contra el desgaste,
la herrumbre y la corrosión
SE Para motores modelo 1972 y posteriores, ofrecen mayor protección contra
corrosión, los depósitos por alta temperatura (lodos) y la oxidación del aceite
SF Para motores a partir de 1980, efectúa protección contra oxidación del aceite,
formación de depósitos, herrumbe y corrosión
SG Adecuado para motores modelo 1989, se recomienda usar en motores recién
reparados
SH Adecuado para motores modelo 1993 de inyección electrónica de
combustible,Turbocargados o supercargados
SJ Adecuado para motores modelo 1996 turbocargados, supercargados o de
inyección electrónica, especialmente preparado para reducir el desgaste durante
el arranque y reducir el consumo de combustible
Aceites para motores a diesel
CA Servicio ligero hasta moderado y con combustible con mínimo o ningún
contenido de azufre, protege contral
a corrosión de cojinetes o depósitos por al
tatemperatura
CB Parecido al anterior pero se puede emplear un combustible con mayor
contenido de azufre
CC Para motores turbocargados en servicio moderado hasta severo, protege
contra lodos por alta temperatura
CD Para motores turbocargados en servicio a alta velocidad y con cargas
pesadas, en donde es necesario el control eficaz del desgaste y evitar la
formación de depósitos de baja y alta temperatura
CE Para motores diesel de servicio pesado y turbocargados fabricados después
de 1983
CF.- Para motores diesel de servicio pesado protege contra lodos y depósitos y
permite un control eficaz del desgaste
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CF4 Permite un mejor control del consumo de aceite y los depósitos en los
pistones sustituye al CD y CE
CG4 Para motores diesel de servicio pesado y que trabajan con diese l con bajo
contenido de azufre 0.5% en peso. Se desempeña mejor que el CD, CE y el CF-4
Para motores diesel de dos tiempos se tienen:
CDII
CF-2. Tiene mejor desempeño que el CD II
Los aceites para motores a diesel deben controlar la acidez que se pueda generar
por el azufre en el combustible el cual al reaccionar con el agua (generada de la
propia combustión o de la humedad que tiene el aire) se genera ácido sulfúrico
que corroe los materiales. A los fabricantes de aceites para motores a diesel los
catalogan a través del TBN (número básico total).
Circuito de aceite en el motor
Una f lecha montada en el engrane del árbol de levas hace funcionar la
bomba de aceite. Esta succiona el aceite a través de la coladera que está
colocada en la parte inferior del cárter y lo envía al filtro de aceite, de aquí el aceite
pasa entre conductos y pasajes, éste al pasar bajo presión por los pasajes
perforados, proporcional
al
ubricación necesaria al
os cojinetes principal
es del
cigüeñal, las bielas, los alzaválvulas (punterías o buzos) y los pernos de los
balancines. Las paredes de los cilindros son lubricadas por el aceite que escurre
de los pernos de las bielas y de sus cojinetes.
Para permitir que el aceite pase por los pasajes perforados en el bloque del
motor y lubrique al cigüeñal, los cojinetes principales deben tener agujeros de
alimentación de aceite, de modo que a cada rotación de éste permitan el paso del
aceite.
Después de que el aceite ha sido forzado hasta el área que requiere
lubricación, el aceite cae nuevamente hasta su depósito, listo para ser succionado
por la bomba y utilizado otra vez.
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Acciones que pueden mejorar su rendimiento de combustible y que
involucran al sistema de lubricación
1. Realice los cambios de aceite y de filtro en los periodos recomendados por el
fabricante del vehículo
2. Utilice un aceite de buena calidad de preferencia de la mayor clasificación
posible (SJ que es la última clasificación de API)
3. Utilice un aceite con el índice de viscosidad adecuado, si utiliza un aceite de
mayor viscosidad tendrá un mayor consumo de combustible
4. Por ningún motivo opere su motor sin e l filtro de aire, este elemento evita que
entren partículas de polvo al aceite del motor
5. No sobrepase el nivel requerido de lubricante ya que su motor requiere mover
una mayor cantidad del mismo y esto provocala formación de burbujas en el aceite
6. No combine el aceite con compuestos que aumenten su viscosidad
Acciones que pueden dañar el motor a través del sistema de lubricación
1. No revisar el nivel del aceite lubricante (alto o bajo nivel de lubricante)
2. Mezclar marcas de lubricantes
3
. Usar aditivos que no son compatibl
es con el
aceitel
ubricante4. Sobrecargar el vehículo
5. Sobrerevolucionar el motor en frío o en caliente
6. No cambiar el lubricante
7. No cambiar el o los filtros del lubricantes
8. Cambiar el aceite y no el filtro
9. Dejar el motor sin filtro de aire
10. Alargar los periodos de cambio
11. Usar lubricantes de baja calidad
12. Usar filtros de aceite de baja calidad
13. Tener fugas en el sistema
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12.11. Aceites de Transmisiones
Se utilizan en la caja de cambios, diferencial y sistemas hidráulicos.
Las condiciones de trabajo son: no están afectados por tantos elementos
contaminantes o degradantes al no tener residuos de combustión y tienen que
soportar las grandes presiones que se originan entre los dientes de los engranajes
si dejar que se rompa la película de aceite.
Las funciones de este tipo de aceites son:
1. Lubricar perfectamente los engranajes y cojinetes para evitar rozamientos y
desgastes entre ellos.
2. Disipar el calor desprendido en estos mecanismos
3. Proteger a los diferentes mecanismos contra oxidaciones metálicas.
4. Asegurar el perfecto funcionamiento del sistema hidráulicoEl Índice de Viscosidad expresa las variaciones de viscosidad por un cambio
de temperatura. Un aceite con un alto índice de viscosidad tiene menor cambio de
viscosidad con un cambio de temperatura que uno con un número menor.
12.11. Grasas
Se puede definir como un producto de consistencia pastosa, compuesta por un
aceite lubricante mineral y un agente espesante formado por un jabón que,generalmente tiene base- litio o base- calcio. También puede llevar aditivos para
mejorar sus cualidades como pueden ser antioxidantes, anticorrosivos y de
extrema presión.
Las funciones de las grasas son:
1. Lubricar adecuadamente las partes en movimiento
2. Proteger a las superficies contra el ambiente exterior( humedad, polvo),
actuando como sello.
3. No sufrir grandes cambios en su consistencia por efecto del trabajo
mecánico o de la temperatura, conservando el mayor tiempo posible sus
condiciones iniciales.
Para ello una grasa lubricante debe poseer gran capacidad de lubricación,
buena resistencia a la descomposición, impedir que penetren impurezas en el
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mecanismo a lubricar y tener suficiente adherencia para no sa lirse de las piezas
que engrasa.
12.12. Tipos de Sistemas de lubricación
1. Por baño de aceite
2. Sistema a Presión
3. Lubricación para motores de dos tiempos
12.13. Por baño de aceite
Es utilizado en motores monocilindricos con sistemas cerrados, el aceite es
movido mediante paletas o partes en rotación. Este movimiento mantiene una
nube de aceite que lubrica toadas las partes en movimiento.La lubricación depende de el tamaño de los huecos de lubricación, y de la
viscocidad del aceite, por lo general no es uniforme.
12.14. Sistema a Presión
En la lubricación a presión, el aceite contenido en el carter, que hace de
depósito es absorbido por la bomba de aceite, pasando antes por un filtro de
malla que retienel
as impurezas más gruesas;l
a bombal
o impul
sa a través de unconducto haciéndolo llegar al filtro de aceite, donde es liberado de todas las
partículas que pueda llevar en suspensión; intercalado entre ambos se encuentra
la válvula de descarga que protege al circuito de excesos de presión.
El aceite una vez filtrado continúa por un conducto del que parten ramales
diferentes, va a engrasar los bancadas del cigüeñal, y a través de unos
conductos taladrados en el interior de éste, se engrasan las conchas de biela, y
en algunos casos las bielas son perforadas para engrasar el pasador del pistón ;
por otro lado engrasa los apoyos del árbol de levas y siguiendo este ramal llega
hasta el eje de balancines para engrasar los. El aceite escurre por las varillas
empujadoras y engrasa los taquetes y las levas, cayendo posteriormente al
carter; igualmente pasa con el aceite que discurre por el cigüeñal y sus
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derivaciones. En el conducto principal de lubricación va un indicador de presión de
aceite.
1
2.1
5. Partes del Sistema de Lubricación1. La Bomba de aceite es del tipo positivo, situada en el interior del carter
generalmente de engranajes y su movimiento lo recibe del cigüeñal ó del árbol de
levas, su función es tomar el aceite del carter, y enviar lo a presión a través de los
ductos a las partes en movimiento. Es necesario enviar un f lujo constante de
aceite limpio, por lo que la succión está localizada en el carter y protegida por una
malla fina. La presión de trabajo de la bomba es de 30 ± 50 libras por pulgada
cuadrada o sea de 2 a 4 atmósferas.
2. Válvula de Descarga
Ubicada generalmente a la salida de la bomba de aceite, su función es evitar
excesos de presión en los conductos del sistema de lubricación; los cuales
ocurren cuando la bomba envía un caudal de aceite superior al que puede pasar
por los cojinetes.
3. Filtro de Aceite
Retiene las partículas finas de impurezas que contiene el aceite antes de pasar alos ductos de lubricación
4. Control de Presión
Permite al operador del tractor chequear la presión de trabajo del motor.
11. Sistema de Alimentación
Para el suministro de combustible al motor, dependiendo del combustible
utilizado, los motores pueden utilizar tres tipos de elementos:
1. Carburador
2. Inyección directa (Gasolina)
3. Bomba de Inyección (Diesel)
El combustible es el elemento necesario para producir la potencia necesaria
que mueve a un vehículo.
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En la actualidad son varios los combustibles que pueden ser utilizados en los
motores; el diesel y la gasolina son los más comunes pero también se pueden
utilizar: el gas licuado de petróleo (LP), el gas natural comprimido (GNC), el gas
natural licuado (GNL), el propano, el metanol, el etanol y otros.
Para obtener el máximo aprovechamiento de la energía del combustible se
requiere mezclar con el oxígeno, el cual es obtenido del aire y así generar la
combustión.
Tres son los factores que inf luyen en el fenómeno de combustión y éstos son:
1. La temperatura
La temperatura de la cámara de combustión es fundamental para generar una
buena combustión. Generalmente a mayor temperatura se tiene una mejor
combustión, sin embargo esto afecta las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx)las cuales se incrementan al tener mayores temperaturas. Las temperaturas bajas
generan una mala combustión y generalmente provocan altas emisiones de
hidrocarburos no quemados (HC) y de monóxido de carbono (CO).
2. La turbulencia
Se refiere a la forma en la cual se mezclan el aire y el combustible. En este
sentidol
os fabricantes han tratado por diferentes medios de incrementar l
aturbulencia, algunas veces a través del diseño del múltiple de admisión, de la
cabeza del pistón, de la forma de la cámara, etc.
3. El tiempo de residencia
Se refiere al tiempo que la mezcla aire combustible permanece dentro de la
cámara de combustión. En este tiempo, la mezcla aire combustible debería
quemarse completamente.
Un sistema de combustible que no cumpla los requisitos necesarios puede
producir los siguientes efectos:
Sobreconsumo de combustible
y Desgaste prematuro de partes por contaminación del lubricante con combustible
y provocar adelgazamiento de la película lubricante
Falta de potencia
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Daño al convertidor catalítico
Fugas de combustible
Conatos de incendio
Es por todo esto importante conocer cómo trabaja e l sistema de
combustible, las acciones que pueden afectar de manera negativa al desempeño
del vehículo.
11.1. Objetivo
El sistema de combustible tiene varios objetivos; entre ellos se pueden
mencionar los siguientes:
Proporcionar la mezcla adecuada de aire-combustible acorde a las condiciones
de operación del vehículo
Mezclar el aire y el combustible para el mejor aprovechamiento del combustible Dosificar el combustible o la mezcla aire-combustible en la cámara de
combustión
Para cumplir con estos objetivos existen diferentes sistemas de combustible
entre ellos, se tienen: los sistemas carburados o de admisión natural y los
sistemas de inyección que pueden ser por el tipo de inyección:
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11.2. Sistema carburado o de admisión natural
El sistema carburado cuenta con un carburador el cual se encarga de
dosificar la mezcla aire combustible a la cámara de combustión utilizando el
principio de tubo Venturi, es decir, generando un vacío en la parte más estrecha
del tubo lo cual provoca la succión del combustible al pasar el aire por este
estrechamiento. El control de la dosificación se lograba en los primeros sistemas
utilizando únicamente medios mecánicos, (palancas, émbolos, diafragmas, etc.)
en los últimos carburadores se contaba ya con controles electrónicos.
Estos sistemas tienen las siguientes características:
Son sistemas relativamente sencillos con pocos componentes
El principio de funcionamiento es por la depresión que se genera en el tubo
Venturi que es la parte fundamental del diseño La velocidad del aire es mayor que la del combustible, por lo cual el combustible
es arrastrado por el aire.
Generalmente proporcionan mezclas ricas de aire-combustible
Son fáciles de instalar
Son de precio bajo
No permiten un control estricto de las emisiones contaminantes
No permiten una dosificación homogénea a todosl
os cil
indros La presión del sistema de combustible es del orden de 5 lb/pulg2
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11.3. Sistemas de inyección de combustible
Los sistemas de inyección de combustible permiten mejorar la dosificación
del combustible debido a que el combustible es inyectado a una presión mayor en
la corriente de aire, esto permite un mejor mezclado del aire con el combustible y
generalmente se tiene un mejor aprovechamiento del combustible y un nivel
menor de emisiones.
Los inyectores utilizados en los motores de gasolina, generalmente son
controlados electrónicamente lo cual permite tener un control muy preciso del
tiempo de inyección y de la cantidad de combustible inyectada.
Los sistemas de inyección de combustible presentan las siguientes características:
Son sistemas más complicados y tienen más componentes
El principio de funcionamiento es por la presión con la que se inyecta el
combustible, lograda por la bomba de alimentación y el regulador de presión del
sistema
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La velocidad del aire es menor que la del combustible, por lo cual el combustible
es mezclado mejor con el aire.
Generalmente proporcionan mezclas aire-combustible pobres
Son de precio medio y alto
Permiten un control estricto de las emisiones contaminantes
Permiten una dosificación homogénea a todos los cilindros
La presión del sistema de combustible es del orden de 35 a 70 lb/pulg2 en
motores de gasolina y mucho mayores en motores diesel (mayores de 3,000lb/
pulg2).
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11.3.1. Sistemas de inyección monopunto
Los sistemas de inyección monopunto tienen la característica de que un
inyector alimenta a más de un cilindro, de tal manera que permiten una mejor
dosificación de la mezcla aire combustible. Este inyector se coloca generalmente
en el cuerpo de aceleración y es de mayor tamaño que los inyectores utilizados en
los sistemas multipuntos.
11.3.2. Partes del sistema de inyección monopunto
Al sistema de inyección monopunto lo forman:
1. Tanque o depósito de combustible
2. Filtro de combustible
3. Bomba de combustible4. Líneas de combustible
5. Regulador de presión
6. Inyector
7. Cuerpo de aceleración
8. Válvula de aceleración
9. Línea de retorno
10. Módul
o de control
el
ectrónico (computadora)11. Sensores de aire
12. Sensor de posición de la válvula de aceleración
13. Sensor de la posición del cigüeñal
14. Sensor de oxígeno
Circuito del combustible
El combustible es succionado del tanque de combustible por la bomba la
cual se encuentra generalmente dentro del tanque, pasando por el filtro de
combustible.
La bomba incrementa la presión y envía el combustible a través de la línea
de combustible hacia el regulador donde se controla la presión a la cual será
inyectado. El regulador se encarga de enviar el combustible hacia el inyector el
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cual se encuentra encima del cuerpo de aceleración donde se tiene la válvula de
aceleración la cual está acoplada al pedal del acelerador.
La posición de esta válvula definirá la potencia demandada, la cantidad de
combustible necesaria será definida por la computadora (la cual toma la señal de
la posición de la válvula de aceleración y de la temperatura del motor entre otras)
y suministrada a través del inyector. La cantidad de combustible que no sea
requerida se envía al tanque a través de la línea de retorno.
11.3.3. Sistemas de inyección multipunto
Los sistemas de inyección multipunto tienen la característica de que se
tiene un inyector para cada cilindro, de tal manera que permiten una mejor
dosificación de la mezcla aire combustible. Estos inyectores se colocangeneralmente en el puerto de admisión, que es la zona en la cual se encuentra la
válvula de admisión antes de la cámara de combustión.
Algunos fabricantes le denominan sistema de inyección multipuertos.
11.3.4. Partes del sistema de inyección multipunto
Al sistema de inyección multipunto lo forman:
1.- Tanque o depósito de combustibl
e2.- Filtro de combustible
3.- Bomba de combustible
4.- Líneas de combustible
5.- Regulador de presión
6.- Riel de inyectores
7.- Inyectores
8.- Puerto de admisión
9.- Cuerpo de aceleración
10.- Válvula de aceleración
11.- Línea de retorno
12.- Módulo de control electrónico (computadora)
13.- Sensores de aire
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14.- Sensor de posición de la válvula de aceleración
15.- Sensor de la posición del cigüeñal
16.- Sensor de temperatura del motor
17.-Sensor de oxígeno
Circuito del combustible
El combustible es succionado del tanque de combustible por la bomba la
cual se encuentra generalmente dentro del tanque, pasando por el filtro de
combustible. La bomba incrementa la presión y lo envía a través de la línea de
combustible hacia el regulador donde se controla la presión a la cual será
inyectado. El regulador se encarga de enviar el combustible hacia el tren de
inyectores y de éste al inyector el cual se encuentra en el puerto de admisión.El aire entra a través del filtro de aire (donde está el sensor de aire) y pasa
a través del cuerpo de aceleración donde se tiene la válvula de aceleración la cual
está acoplada al pedal del acelerador.
La posición de esta válvula definirá la potencia demandada, la cantidad de
combustible necesaria será definida por la computadora (la cual toma la señal de
la posición de la válvula de aceleración y de la temperatura del motor entre otras)
y suministrada a través del
os inyectores. La cantidad de combustibl
e que no searequerida se envía al tanque a través de la línea de retorno.
11.4. Acciones que pueden mejorar su rendimiento de combustible y que
involucran al sistema de combustible
1. No acelere un motor frío para calentar lo. Esto le resta vida a su motor además
de que se emiten mayores emisiones contaminantes.
2. Cambie el filtro de aire en los intervalos recomendados por el fabricante
3. Acelere de manera suave y progresiva
4. Evite frenar de manera intempestiva
5. Utilice el combustible adecuado a su vehículo [si su motor es de alta relación de
compresión (mayor de 9.5) requiere un combustible de alto octanaje]
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6. Trate de mantener por lo menos ¼ de la capacidad de su tanque de
combustible con combustible para evitar la evaporación del mismo y daño a la
bomba de combustible
7. Asegúrese de que el tapón de combustible selle perfectamente al cargar
combustible
8. Cargue combustible de preferencia por las mañanas o por las noches así
evitará la evaporación del mismo
9. Cambie el filtro de combustible en los intervalos recomendados por el fabricante
10. Realice la afinación del sistema en los intervalos recomendados por el
fabricante
11. Evite que derramen el combustible cuando cargue combustible
12. No trate de reparar alguno de los elementos del sistema13. Revise que no se tengan fugas en las mangueras o conductos de combustible
11.5. Acciones que pueden dañar el motor y que involucran al sistema de
combustible
1.- Acelerar el motor frío para ³calentar lo´
2.- Cambiar el tipo de tapón del tanque de combustible
3
.- Util
izar fil
tros de aire de baja cal
idad4.- Utilizar continuamente líquido para lavar inyectores en el sistema
5.- Utilizar filtros de combustible de baja calidad
6.- Desarmar partes del sistema
7.- No realizar la afinación
8.- Utilizar combustible contaminado
9.- Dejar el tanque de combustible sin su tapón
10.- Dejar el tanque de combustible con menos de ¼ de su capacidad
11.6. Sistema de Inyección (Diesel)
El sistema de inyección debe cumplir con las siguientes operaciones:
1. Medir la cantidad correcta de combustible necesitada por el motor en cada
momento de su operación
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2. Cronometrar el tiempo de inicio y final de la inyección
3. Inyectar el combustible en la cámara de combustión en contra de la presión
de compresión.
4. Atomizar el combustible y ayudar en la formación de la mezcla aire-
combustible
En el sistema de inyección para motores Diesel, los elementos que lo
constituyen son:
- Tanque de combustible
- Bomba de alimentación
- Filtro de gasoil
- Bomba de inyección
- Inyector - Líneas de alta presión
- Líneas de baja presión
- Retorno
Filtros de combustible: El equipo de inyección de un motor Diesel es
extremadamente sensible a las partículas sólidas que hay en el combustible, por lo
que el sistema de filtrado debe ser eficiente y revisado periódicamente para
garantizar un buen fil
trado del
combustibl
e.Bomba de Inyección: Todas las bombas de combustible que producen las altas
presiones necesarias para la inyección de combustible son de tipo pistón. Los tres
sistemas más comúnmente usados en tractores son:
1. Individual o bombas de inyección en línea del tipo regulado y medido.
Esta bomba es de tipo de golpe constante, émbolo recubierto y es operada por
una leva. El combustible entra a la bomba desde el sistema de abastecimiento a
través de una conexión de entrada y llena el colector de combustible que llena el
barril. Con el émbolo en el fondo de la carrera, el combustible f luye a través de las
aberturas del barril, llenando el espacio arriba del émbolo y también la ranura
vertical y el área cortada hacia debajo de la hélice del émbolo. Al tiempo que el
émbolo se mueve hacia arriba, las aberturas del barril se cierran, mientras
continúa moviéndose hacia arriba, el combustible es descargado a través de la
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válvula de entrega dentro de la línea de lata presión al inyector. El suministro de
combustible cesa cuando la hélice del émbolo se abre sobre la derivación y la
válvula de carga cierra de nuevo. La cantidad de combustible entregado en cada
carrera de la bomba es controlada por la rotación del pistón, el cual es controlado
a su vez por el gobernador.
2. El sistema distribuidor en el cual una bomba de inyección sirve a todas las
boquillas inyectoras para el envío de cargas de combustible medidas, en el
instante correcto a través del distribuidor.
3. El sistema inyector de unidad en el cual la bomba de inyección de
combustible está combinada con la boquilla de inyección, en un solo montaje
sobre la cabeza del cilindro.
2. Inyectores
Su función es atomizar el combustible en el grado requerido; la bomba
comprime la cantidad necesaria de combustible y la transfiere a los inyectores a
través de líneas de combustible a presión; las líneas son normalmente de la
misma longitud para asegurar que exista igual resistencia en todas. La parte
principal
del
inyector esl
a boquilla por medio del
a cual
el
combustibl
e esinyectado y atomizado dentro de la cámara de combustión. Generalmente las
boquillas usadas en los tractores son cerradas por válvulas de cuyo
funcionamiento depende que exista un momento exacto de inicio y término de la
inyección.
El combustible que entra al inyector pasa por la galería que hay alrededor de la
punta de la válvula de aguja que hay en el cuerpo de la boquilla; cuando se ha
desarrollado una cierta presión, la válvula se abre contra la resistencia del resorte;
cuando la presión de la descarga cae, el resorte regresa la aguja a su asiento. La
sincronización de la inyección se debe a la bomba, mientras que la presión a la
que se realiza la inyección es determinada por los inyectores y específicamente a
la tensión que se de al resorte de la válvula de aguja.
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3. Cámaras de Combustión
Es una parte del motor sumamente importante en los Diesel, no solo porque la
combustión se realiza en ella sino también la mezcla de aire y combustible.
La inyección directa dentro de la cámara de combustión es método más
utilizado.
Tipos:
- Cámara abierta o de inyección directa: emplea generalmente una cabeza
de pistón cóncava. El mezclado de aire y combustibles auxiliado por un
remolino de aire producido por inducción o por un movimiento de aire
proveniente del borde exterior del pistón contra el centro del pistón.
- Cámara de precombustión: es algunas veces una parte de la boquilla
inyectora o puede ser parte de la boquilla del cilindro. La carga completa de
combustible es inyectada dentro de la cámara de precombustión, la cual
contiene del 25 al 40 % del espacio.
Ventajas: 1) Se requiere una menor presión en la inyección, 2) utilizar una mayor
diversidad de combustible. Desventaja: Mayor consumo específico de
combustible.
- Cámara de combustión en remolino: o cámara de turbulencia, la mezcla deaire y combustible a quemar se hace girar mejorando el mezclado y la
combustión en la cámara de combustión principal; contiene del 50 al 90 % del
volumen comprimido en el tiempo de compresión.
- Cámara auxiliar : es una cámara abierta con una pequeña celda, la cual está
lejana del inyector. Aproximadamente el 60 % del combustible es dirigido
hacia el centro de la cámara auxiliar, la cual contiene cerca del 10 % del
espacio del claro. La detonación proveniente del combustible encendido en la
cámara auxiliar es dirigida contra los restos de combustible que está siendo
atomizado por el inyector; así una mezcla de aire ±combustible es barrido
alrededor del cilindro.
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12. Sistemas de alimentación de aire
Los sistemas de entrada de aire suministran al motor la cantidad necesaria de
aire limpio, a la temperatura correcta, mezclado con la cantidad correcta de
combustible para producir la combustión.
Hay dos tipos básicos de entrada de aire:
y Alimentación del cilindro: la mezcla de aire y combustible pasa al cilindro a
través de las válvulas de admisión.
y Alimentación del carter: en algunos motores de dos tiempos, la mezcla de
aire - combustible pasa al carter previamente y posteriormente pasa al
cilindro, a presión.
El sistema de entrada de aire consta de:
y Prefiltros de aire:
y Filtros de aire:
y Turbocargadores ( si es utilizado)
y Múltiple de entrada
y Entrada al carburador
y Válvulas de entrada
Filtros de aire:
Son esenciales para el buen funcionamiento y alargar la vida útil del motor. Los
filtros de aire deben estar en capacidad de remover materiales finos como polvo,
arenilla, etc.
El requerimiento de f lujo de aire que debe pasar a través de un motor de cuatro
tiempos es:
La eficiencia volumétrica para un motor de aspiración natural puede suponerse
entre 75 y 80 % y para un motor Diesel de aspiración natural es alrededor de 85 al
90 % .
El filtro de aire ideal debe tener las siguientes características: alta eficiencia en la
eliminación de polvo, pequeña restricción de aire, tamaño reducido, necesidad de
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servicio poco frecuente, simplicidad de diseño, capacidad de silenciar los ruidos de
aire al entrar al motor, durabilidad, bajo costo y capacidad para actuar como
eliminador de detonaciones.
Deben tener suficiente capacidad de reserva para retener el material de desecho
por un periodo razonable de tiempo que permita realizar los mantenimientos y
limpieza de los mismos en los tiempos de mantenimiento estipulados. Un filtro en
mal estado limita la entrada de aire por lo que la combustión es incompleta,
formándose depósitos de carbón en los pistones y las válvulas.
Los tipos más comunes de filtros de aire son:
1. Prelimpiadores: son accesorios muy sencillos cuya función es remover las
partículas gruesas de sucio o materiales extraños, antes de que pasen al
filtro principal 2. Filtro de aire tipo seco: está ubicados sobre los carburadores o múltiples de
admisión, utilizados en motores donde la demanda de aire es baja; limpian
el aire pasándolo a través de un filtro de fieltro o papel; es efectivo
removiendo partículas grandes de polvo y son utilizados en motores
pequeños.
3. Elementos de filtro de aire, secos.
4. Fil
tros de aceite húmedos: el
aire es pasado por un depósito de aceitedonde se eliminan las impurezas que contiene, posteriormente pasa por un
filtro metálico donde las impurezas y el aceite en suspensión son retenidos
y retornan al depósito de aceite.
Múltiples de entrada
En algunos motores son parte integral de la cámara del motor y llevan el aire
desde los filtros de aire hasta el cilindro (diesel).
. Rendimiento volumétrico
De cuanto se ha expuesto se hace evidente que la cantidad de combustible
y la cantidad de aire que se introducen en el cilindro deben tener una relación
estricta, y que la energía ofrecida por el motor depende principalmente de la
cantidad de aire y combustible utilizados.
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Cuanto mayor sea el volumen de aire introducido en el cilindro, tanto mayor
resulta la cantidad de combustible que puede quemarse, y en consecuencia, tanto
mayor es la energía que produce el motor.
El rendimiento volumétrico indica el mayor o menor grado de llenado del
cilindro. Se define como la relación entre el peso efectivo del aire introducido
en el cilindro durante la unidad de tiempo y el peso del volumen de aire que
teóricamente debería introducirse en el mismo tiempo, calculado a base de
la cilindrada unitaria y de las condiciones de temperatura y presión en el
cilindro.
Su valor, que oscila entre 0,75 y 0,85, define la calidad del sistema de
introducción de f luido operante en el motor.
El rendimiento volumétrico varía con:y La densidad de la carga y la dilución originada en la misma por los gases
residuales, en ello incide la temperatura de las paredes de los conductos de
aspiración y la temperatura del cilindro, pues ceden calor a la carga fresca, elevan
su temperatura y la densidad del f luido operante disminuye, con lo que se tiene
una reducción del rendimiento volumétrico.
Los gases residuales presentes en el cilindro después del escape también
contribuyen a reducir l
a densidad del
f l
uido operante pues, además de ceder l
ecalor, disminuyen el volumen que debiera ser ocupado por la carga de gases
frescos.
y El diseño de los conductos de aspiración y de escape tiene mucha
importancia, ya que, además de oponer la mínima resistencia al paso de los
gases, deben evitar su calentamiento.
La experiencia demuestra que los mayores valores del rendimiento
volumétrico se alcanzan en los motores para una velocidad del aire de 40-60
m/seg, en régimen normal de funcionamiento. En régimen de máxima potencia, la
velocidad media del f luido alcanza de 65-75 m/seg.
y Los tiempos de apertura y cierre de las válvulas tienen una estrecha relación
con el llenado del cilindro de acuerdo con la velocidad de rotación del motor, pues
inf luyen en las ondas de presión que se originan en los conductos de aspiración y
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70
de escape como consecuencia de las rápidas variaciones de velocidad que
experimenta la masa gaseosa en movimiento. Esto se consigue escogiendo
oportunamente la longitud de los conductos.
Los motores modernos para aumentar la cantidad de energía que se
produce en el interior del cilindro utilizan la denominada sobrealimentación.
Consiste en el llenado de los cilindros comprimiendo el f luido operante al
introducir lo en ellos. Si además la compresión se acompaña de un buen
enfriamiento de los gases entre el compresor y el cilindro, aún es más eficaz el
llenado.
Para ello es necesario acoplar un compresor que introduzca a presión aire
en los cilindros y un intercambiador de calor que enfríe el f luido entrante. Antiguamente se usaban compresores de lóbulos movidos con una
transmisión mecánica por el propio motor, que hacían entrar aire dentro del
cilindro a 1'5-2 atmósferas. Este sistema tenía el inconveniente de que al necesitar
absorber una parte de potencia del motor para mover el compresor, disminuía el
rendimiento y es por lo que en la actualidad es poco empleado.
Figura 5.- Compresor de lóbulos.
Hoy la sobrealimentación se hace por turboc ompresor el cual consiste en
una turbina acoplada a la salida de los gases de escape, la cual mueve un
compresor que hace entrar el aire a presión en el interior del cilindro. Este sistema,
como la energía que necesita se obtiene de los gases de escape, aprovecha ésta
en vez de dejar la perderse en la atmósfera.
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Figura 6.- Turbocompresor.
Una de las ventajas de la sobrealimentación de los motores Diesel es que
durante el c ruc e de válvulas, el aire fresco que entra a presión facilita el barrido degases residuales, refrigerando al mismo tiempo la válvula de escape y la cabeza
del pistón. Cuando se cierra la válvula de escape el cilindro se llena de aire a
presión.
Es por lo que en los motores Diesel se consiguen mayores ventajas
13. Sistema de Salida de gases
Se encarga de conducir los gases quemados desde el motor hasta el medio
ambiente; cumpliendo con
las siguientes funciones:
y Remueve calor
y Atenúa los sonidos producidos en el motor
y Elimina los gases quemados y no quemados
Partes:
y Válvulas de escape
y Múltiple de escape
y Turbocargadores
y Silenciadores
Turbocargadores:
Es una turbina movida por los gases de escape la cual mueve a un compresor o
aireador, el cual está usualmente localizado entre el filtro de aire y el múltiple de
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72
entrada del motor; mientras la turbina está localizada entre el múltiple de escape y
el silenciador.
La función del turbocargador es, por compresión de aire, forzar la entrada de
más aire al interior de los cilindros, por lo que el motor quema más combustible
eficientemente, produciendo con ello más potencia.
El por qué se utilizan los turbocargadores tiene sus razones en:
1. Incremento de la potencia de salida para un desplazamiento dado
2. Reduce el peso de los motores: tiene más potencia por libra de peso del
motor
3. Disminución de los costos de operación
4. Mantener la potencia a mayor altitud de trabajo
5. Reducir la producción de humo del motor
Sistema de encendido
Cuando se habla de sistema de encendido generalmente nos referimos al sistema
necesario e independiente capaz de producir el encendido de la mezcla de
combustible y aire dentro del cilindro en los motores de gasolina o LPG, conocidos
también como motores de encendido por chispa, ya que en el motor Diesel la
propia naturaleza de la formación de la mezcla produce su auto-encendido.En los motores de gasolina resulta necesario producir una chispa entre dos
electrodos separados en el interior del cilindro en el momento justo y con la
potencia necesaria para iniciar la combustión.
Generación de la chispa
Es conocido el hecho de que la electricidad puede saltar el espacio entre dos
electrodos aislados si el voltaje sube lo suficiente produciéndose lo que se conocecomo arco eléctrico. Este fenómeno del salto de la electricidad entre dos
electrodos depende de la naturaleza y temperatura de los electrodos y de la
presión reinante en la zona del arco. Así tenemos que una chispa puede saltar con
mucho menos voltaje en el vacío que cuando hay presión y que a su vez, el voltaje
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requerido será mayor a medida que aumente la presión reinante. De esto surge la
primera condición que debe cumplir el sistema de encendido:
y Condición 1: El sistema de encendido debe elevar el voltaje del sistema
eléctrico del automóvil hasta valores capaces de hacer saltar la electricidadentre dos electrodos separados colocados dentro del cilindro a la presión
alta de la compresión.
Momento del encendido
Durante la carrera de admisión la mezcla que ha entrado al cilindro, bien desde el
carburador, o bien mediante la inyección de gasolina en el conducto de admisión
se calienta, el combustible se evapora y se mezcla íntimamente con el aire. Estamezcla está preparada para el encendido, en ese momento una chispa producida
dentro de la masa de la mezcla comienza la combustión. Esta combustión produce
un notable incremento de la presión dentro del cilindro que empuja el pistón con
fuerza para producir trabajo útil.
Para que el rendimiento del motor sea bueno, este incremento de presión debe
comenzar a producirse en un punto muy próximo después del punto muerto
superior del
pistón y continuar durante una parte del
a carrera de fuerza.Cuando se produce la chispa se inicia el encendido primero alrededor de la zona
de la chispa, esta luego avanza hacia el resto de la cámara como un frente de
llama, hasta alcanzar toda la masa de la mezcla. Este proceso aunque rápido no
es instantáneo, demora cierto tiempo, por lo que nuestro sistema debe producir la
chispa un tiempo antes de que sea necesario el incremento brusco de la presión,
es decir antes del punto muerto superior, a fin de dar tiempo a que la llama avance
lo suficiente en la cámara de combustión, y lograr las presiones en el momento
adecuado, recuerde que el pistón está en constante movimiento. A este tiempo de
adelanto de la chispa con respecto al punto muerto superior se le llama avance al
encendido.
Si consideramos ahora la velocidad de avance de la llama como constante, resulta
evidente que con el aumento de la velocidad de rotación del motor, el pistón se
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moverá mas rápido, por lo que si queremos que nuestro incremento de presión se
haga siempre en la posición adecuada del pistón en la carrera de fuerza,
tendremos necesariamente, que adelantar el inicio del salto de la chispa a medida
que aumenta la velocidad de rotación del motor. De este asunto surge la segunda
condición que debe cumplir el sistema de encendido:
y Condición2: El sistema de encendido debe ir adelantando el momento del
salto de la chispa con respecto a la posición del pistón gradualmente a
medida que aumenta la velocidad de rotación del motor.
La consideración hecha de que la velocidad de avance de la llama es constante no
es estrictamente cierta, además en dependencia del nivel de llenado del cilindro
con mezcla durante la carrera de admisión y de la riqueza de esta, la presión
dentro del cilindro se incrementará a mayor o menor velocidad a medida que se
quema, por lo que durante el avance de la llama en un cilindro lleno y rico la
presión crecerá rápidamente y puede que la mezcla de las partes mas lejanas a la
bujía no resistan el crecimiento de la presión y detonen antes de que llegue a ellas
el frente de llama, con la consecuente pérdida de rendimiento y perjuicio al motor.
De aquí surge la tercera condición que debe cumplir el sistema de encendido:
y Condición 3: El sistema de encendido debe ir atrasando el momento del
salto de la chispa a medida que el cilindro se llena mejor en la carrera de
admisión.
Distribución del encendido
Cuando el motor tiene múltiples cilindros de trabajo resultará necesario producir la
chispa cumpl
iendo conl
os requisitos tratados hasta aquí, para cada uno del
oscilindros por cada vuelta del cigüeñal en el motor de dos tiempos, y por cada dos
vueltas en el de cuatro tiempos. De aquí la cuarta condición:
y Condición 4: El sistema de encendido debe producir en el momento exacto
una chispa en cada uno de los cilindros del motor.
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Veamos ahora como se cumplen estas exigencias para el sistema de encendido.
El diagrama básico
En la figura 1 de la derecha se muestra un diagrama de bloques de loscomponentes del sistema de encendido.
Resulta imprescindible una fuente de suministro de energía eléctrica para
abastecer al sistema, este puede ser una batería de acumuladores o un
generador.
Luego será necesario un elemento que sea capaz de subir el bajo voltaje de la
batería, a un valor elevado para el salto de la chispa (varios miles de voltios).
Este generador de alto voltaje tendrá en cuenta las señales recibidas de los
sensores de llenado del cilindro y de la velocidad de rotación del motor para
determinar el momento exacto de la elevación de voltaje. Para la elevación del
voltaje se usa un transformador elevador de altísima relación de elevación que se
le llama bobina de encendido en trabajo conjunto con un generador de pulsos que
lo alimenta.
Será necesario también un dispositivo que distribuya el alto voltaje a los
diferentes cables de cada uno de los productores de la chispa dentro de los
cilindros (bujías) en concordancia con las posiciones respectivas de sus pistones
para el caso del motor policilíndrico.
Figura 1
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Descripción de los componentes
Dada la diversidad y de formas en que pueden cumplimentarse en la actualidad
las exigencias del sistema de encendido y a su larga historia de adaptación a las
tecnologías existentes se hace difícil abarcar todas las posibilidades, no obstante,
haremos un recorrido por los mas representativos.
La aparición en la década de los 60s del siglo pasado de los dispositivos
semiconductores y en especial los transistores, y luego los circuitos integrados,
sentó pauta en la composición y estructura de los sistemas de encendido, de
manera que para hablar de ellos habrá un antes, y un después, que son decisivos
a la hora de describir un sistema de estos. Utilizaremos para la descripción del
sistema uno de tipo clásico, de los utilizados antes de que los dispositivoselectrónicos formaran parte del sistema.
Fuente de alimentación
La fuente de alimentación del sistema de encendido depende en muchos casos de
la futura utilización a que se destine el motor, así tenemos que normalmente para
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el motor del automóvil que incluye, porque es requerido, una batería de
acumuladores, se utiliza esta fuente para la alimentación del sistema, pero para
los motores estacionarios, especialmente los pequeños, donde la batería no es
necesaria para otro fin, se acude a los generadores de pulsos eléctricos conocidos
como magnetos. Estos magnetos son pequeños generadores del tipo de rotor a
imanes permanentes de corriente alterna movidos por el propio motor y
sincronizados con él que producen electricidad para alimentar el sistema de
encendido durante el tiempo necesario para generar la chispa.
En ocasiones y para la mayoría de los motores mono cilíndricos pequeños de
arranque manual, la electricidad la induce un imán permanente empotrado en el
volante en el lugar apropiado al pasar frente a una bobina fija en el cuerpo del
motor.
Generación del alto voltaje
El voltaje de alimentación del sistema de encendido, por ejemplo, alimentado con
una batería suele ser de 6, 12, o 24 volts, mucho más bajo de los 18,000 a 25,000
voltios necesarios para generar la chispa entre los electrodos de la bujía,
separados hasta 2mm, y bajo la presión de la compresión. Para lograr este
incremento se acude a un transformador el
evador con muy al
ta rel
ación entre el
número de vueltas del primario y del secundario, conocido como bobina de
encendido. Usted se preguntará ¿Cómo un transformador, si es corriente directa?
pues sí, veamos como:
En la figura 2, se muestra un esquema del modo de convertir el voltaje de la
batería al necesario para la chispa en el motor mono cilíndrico.
Note como la corriente de la batería está conectada al primario del transformador
a través de un interruptor y que la salida del secundario se conecta al electrodo
central de la bujía. Todos los circuitos se cierran a tierra.
El interruptor está representado como un contacto, que era lo usual antes de la
utilización de los dispositivos semiconductores. Hoy en día ese contacto es del
tipo electrónico de diversos tipos.
Mientras el contacto está cerrado, circula una corriente eléctrica por el primario
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del transformador, en el momento de abrirse el contacto, esta corriente se
interrumpe por lo que se produce un cambio muy rápido del valor del campo
magnético generado en el núcleo del transformador, y por lo tanto la generación
de un voltaje por breve tiempo en el secundario. Como la relación entre el número
de vueltas del primario y del secundario es muy alta y además el cambio del
campo magnético ha sido violento, el voltaje del secundario será extremadamente
mas alto, capaz de hacer saltar la chispa en la bujía.
Figura 2
Sincronizando el momento de apertura y cierre del contacto con el movimiento del
motor y la posición del pistón, se puede generar la chispa en el momento
adecuado al trabajo del motor en cada carrera de fuerza.
Si en lugar de una batería se utiliza un magneto, el esquema es esencialmente el
mismo, con la diferencia de que el magneto estará generando la corriente del
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primario en el momento de apertura del contacto, aunque en el resto del ciclo no
genere nada. Utilizando el sincronismo adecuado, magneto-contacto-posición del
pistón el encendido estará garantizado.
Distribución
Cuando el motor tiene mas de un cilindro se necesita un chispa para cada uno,
puede optarse por elaborar un sistema completo independiente por cilindro y de
hecho se hace, pero lo más común es que solo haya un sistema generador del
alto voltaje que produzca la elevación tantas veces como haga falta (una vez por
cilindro) y otro aparato que distribuya la electricidad a la bujía del cilindro
correspondiente. Este dispositivo se llama distribuidor.
En la figura 3, se muestra un esquema que sirve para entender cómo funciona el
distribuidor.
Hemos supuesto el sistema de encendido para un motor de seis cilindros.
Como se explicó anteriormente, un contacto eléctrico interrumpe el circuito
primario de la bobina de encendido y genera en el secundario el voltaje suficiente.
En este caso una leva hexagonal sincronizada con el motor a través de
engranajes gira, y abre el contacto en seis ocasiones por cada vuelta, el voltaje
generado por la bobina de encendido se conecta a un puntero que gira tambiénsincronizado con el motor, de manera que cada vez que la leva abre el contacto,
uno de los terminales que conduce a una bujía está frente al puntero y recibe la
corriente. Colocando adecuadamente los cables a las bujías correspondientes se
consigue que con un solo circuito generador de alto voltaje se alimenten todas las
bujías en el momento propicio.
En el esquema de abajo se ilustra el trabajo del distribuidor con un animado,
considerando media vuelta del puntero del distribuidor
Figura 3
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Adelanto al encendido con la velocidad del motor
Ya sabemos cómo se genera el alto voltaje y además como se distribuye a las
diferentes bujías del motor, ahora veremos cómo se puede adelantar el encendido
con el
aumento dela ve
locidad de rotación de
lmotor.
Consideremos el esquema de la figura 3, en él una leva determina el momento de
la apertura del contacto y con esto el momento en que se produce la chispa en la
bujía. Hemos visto que esta leva está montada en un eje que a su vez se mueve
desde el motor a través de un engranaje para garantizar el debido sincronismo. Si
montamos la leva en su eje de manera que pueda girar sobre é l y determinamos
su posición exacta con respecto al eje a través de un mecanismo centrífugo
podremos modificar la posición de la leva con respecto al eje en dependencia de
la magnitud de la velocidad de su giro. De esta forma podremos ir adelantando el
encendido cuando la velocidad aumenta y disminuyéndolo cuando esta velocidad
baja. Como se altera la posición, la punta de la leva alcanzará a abrir el contacto
con mas o menos atraso.
Este simple procedimiento es el que se usa con mucha frecuencia en los sistemas
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de encendido de los motores de automóvil. Unos contrapesos adelantan la
posición de la leva con respecto a su eje debido a la fuerza centrífuga cuando la
velocidad sube, y los muelles de recuperación del mecanismo la hacen retornar
cuando baja.
Atraso al encendido cuando se llena mejor el cilindro.
Cuando se aprieta el acelerador se abre la mariposa del carburador o del sistema
de inyección de gasolina y se llena mejor el cilindro del motor, esta apertura hace
que la magnitud del vacío dentro del conducto de admisión entre el cilindro y la
mariposa se reduzca, es decir la presión absoluta en este conducto aumenta al
haber mejor acceso a la presión atmosférica exterior.
De esta forma, la magnitud de la presión absoluta dentro del conducto de
admisión sirve para conocer de manera indirecta como se ha llenado el cilindro
del motor, el valor de esta presión absoluta es la que se utiliza para adelantar o
atrasar el momento del encendido. Para ello la base donde está montado el
contacto descrito en la figura 3 se construye de manera tal que pueda girar con
respecto al eje de la leva. Un diafragma f lexible al que se le aplica la presión del
conducto de admisión vence la fuerza de un resorte (no representado), haciendo
girar la base del contacto en mayor o menor proporción de acuerdo a la presión ypor lo tanto mueve el contacto con respecto a la leva con lo que la apertura de
este se logra mas temprano o más tarde de acuerdo al llenado del cilindro.
Resulta ser el mismo efecto del mecanismo centrífugo del punto anterior, pero en
este caso teniendo en cuenta el valor absoluto de la presión en el conducto de
admisión.
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Figura 4
Tratemos ahora de poner todo junto como un conjunto, para ello utilizaremos el esquema de la figura 5 correspondiente al sistema de encendido típico por
contacto, tal y como se usaba antes de la introducción de los dispositivos
semiconductores.
Observe que el cable procedente de la batería pasando por el interruptor de
arranque alimenta el primario de la bobina de encendido. El circuito del primario
se completa a tierra con el contacto dentro del dispositivo llamado como Conjunto
distribuidor.Note también como la leva y el rotor que distribuye la corriente de alto voltaje a las
diferentes bujías, están montados en el eje que se conecta al motor.
Un elemento nuevo es el condensador, está conectado en paralelo con el
elemento móvil del contacto, este condensador ayuda a reducir las chispas en el
contacto y aumenta la potencia de la chispa.
El mecanismo centrífugo y el diafragma que sirven para acomodar el avance al
encendido no están representados.
El cable de alto voltaje que sale de la bobina de encendido entra al centro del
rotor por medio de un contacto deslizante y este lo transmite a la bujía
correspondiente al girar.
Sistema de encendido
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Cuando se habla de sistema de encendido generalmente nos referimos al
sistema necesario e independiente capaz de producir el encendido de la
mezcla de combustible y aire dentro del cilindro en los motores de gasolina o
LPG, conocidos también como motores de encendido por chispa, ya que en e l
motor Diesel la propia naturaleza de la formación de la mezcla produce su
auto-encendido.
En los motores de gasolina resulta necesario producir una chispa entre dos
electrodos separados en el interior del cilindro en el momento justo y con la
potencia necesaria para iniciar la combustión.
Generación de la chispa
Es conocido el hecho de que la electricidad puede saltar el espacio entre dos
electrodos aislados si el voltaje sube lo suficiente produciéndose lo que se
conoce como arco eléctrico. Este fenómeno del salto de la electricidad entre
dos electrodos depende de la naturaleza y temperatura de los electrodos y de
la presión reinante en la zona del arco. Así tenemos que una chispa puede
saltar con mucho menos voltaje en el vacío que cuando hay presión y que a
su vez, el voltaje requerido será mayor a medida que aumente la presión
reinante. De esto surge la primera condición que debe cumplir el sistema deencendido:
y Condición 1: El sistema de encendido debe elevar el voltaje del
sistema eléctrico del automóvil hasta valores capaces de hacer saltar la
electricidad entre dos electrodos separados colocados dentro del
cilindro a la presión alta de la compresión.
Momento del encendido
Durante la carrera de admisión la mezcla que ha entrado al cilindro, bien
desde el carburador, o bien mediante la inyección de gasolina en el conducto
de admisión se calienta, el combustible se evapora y se mezcla íntimamente
con el aire. Esta mezcla está preparada para el encendido, en ese momento
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una chispa producida dentro de la masa de la mezcla comienza la
combustión. Esta combustión produce un notable incremento de la presión
dentro del cilindro que empuja el pistón con fuerza para producir trabajo útil.
Para que el rendimiento del motor sea bueno, este incremento de presión
debe comenzar a producirse en un punto muy próximo después del punto
muerto superior del pistón y continuar durante una parte de la carrera de
fuerza.
Cuando se produce la chispa se inicia el encendido primero alrededor de la
zona de la chispa, esta luego avanza hacia el resto de la cámara como un
frente de llama, hasta alcanzar toda la masa de la mezcla. Este proceso
aunque rápido no es instantáneo, demora cierto tiempo, por lo que nuestro
sistema debe producir la chispa un tiempo antes de que sea necesario el incremento brusco de la presión, es decir antes del punto muerto superior, a
fin de dar tiempo a que la llama avance lo suficiente en la cámara de
combustión, y lograr las presiones en el momento adecuado, recuerde que el
pistón está en constante movimiento. A este tiempo de adelanto de la chispa
con respecto al punto muerto superior se le llama avance al encendido.
Si consideramos ahora la velocidad de avance de la llama como constante,
resul
ta evidente que con el
aumento del
a vel
ocidad de rotación del
motor, el
pistón se moverá mas rápido, por lo que si queremos que nuestro incremento
de presión se haga siempre en la posición adecuada del pistón en la carrera
de fuerza, tendremos necesariamente, que adelantar el inicio del salto de la
chispa a medida que aumenta la velocidad de rotación del motor. De este
asunto surge la segunda condición que debe cumplir el sistema de encendido:
y Condición2: El sistema de encendido debe ir adelantando el momento
del salto de la chispa con respecto a la posición del pistóngradualmente a medida que aumenta la velocidad de rotación del
motor.
La consideración hecha de que la velocidad de avance de la llama es
constante no es estrictamente cierta, además en dependencia del nivel de
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llenado del cilindro con mezcla durante la carrera de admisión y de la riqueza
de esta, la presión dentro del cilindro se incrementará a mayor o menor
velocidad a medida que se quema, por lo que durante el avance de la llama
en un cilindro lleno y rico la presión crecerá rápidamente y puede que la
mezcla de las partes mas lejanas a la bujía no resistan el crecimiento de la
presión y detonen antes de que llegue a ellas el frente de llama, con la
consecuente pérdida de rendimiento y perjuicio al motor. De aquí surge la
tercera condición que debe cumplir el sistema de encendido:
y Condición 3: El sistema de encendido debe ir atrasando el momento
del salto de la chispa a medida que el cilindro se llena mejor en la
carrera de admisión.
Distribución del encendido
Cuando el motor tiene múltiples cilindros de trabajo resultará necesario
producir la chispa cumpliendo con los requisitos tratados hasta aquí, para
cada uno de los cilindros por cada vuelta del cigüeñal en el motor de dos
tiempos, y por cada dos vueltas en el de cuatro tiempos. De aquí la cuarta
condición:
y Condición 4: El sistema de encendido debe producir en el momento
exacto una chispa en cada uno de los cilindros del motor.
Veamos ahora como se cumplen estas exigencias para el sistema de
encendido.
El diagrama básico
En la figura 1 de la derecha se muestra un diagrama de bloques de los
componentes del sistema de encendido.
Resulta imprescindible una fuente de suministro de energía eléctrica para
abastecer al sistema, este puede ser una batería de acumuladores o un
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generador.
Luego será necesario un elemento que sea capaz de subir el bajo voltaje de
la batería, a un valor elevado para el salto de la chispa (varios miles de
voltios). Este generador de alto voltaje tendrá en cuenta las señales
recibidas de los sensores de llenado del cilindro y de la velocidad de
rotación del motor para determinar el momento exacto de la elevación de
voltaje. Para la elevación del voltaje se usa un transformador elevador de
altísima relación de elevación que se le llama bobina de encendido en
trabajo conjunto con un generador de pulsos que lo alimenta.
Será necesario también un dispositivo que distribuya el alto voltaje a los
diferentes cables de cada uno de los productores de la chispa dentro de los
cilindros (bujías) en concordancia con las posiciones respectivas de sus
pistones para el caso del motor policilíndrico.
Figura 1
Descripción de los componentes
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Dada la diversidad y de formas en que pueden cumplimentarse en la
actualidad las exigencias del sistema de encendido y a su larga historia de
adaptación a las tecnologías existentes se hace difícil abarcar todas las
posibilidades, no obstante, haremos un recorrido por los mas representativos.
La aparición en la década de los 60s del siglo pasado de los dispositivos
semiconductores y en especial los transistores, y luego los circuitos
integrados, sentó pauta en la composición y estructura de los sistemas de
encendido, de manera que para hablar de ellos habrá un antes, y un después,
que son decisivos a la hora de describir un sistema de estos. Utilizaremos
para la descripción del sistema uno de tipo clásico, de los utilizados antes de
que los dispositivos electrónicos formaran parte del sistema.
Fuente de alimentación
La fuente de alimentación del sistema de encendido depende en muchos
casos de la futura utilización a que se destine el motor, así tenemos que
normalmente para el motor del automóvil que incluye, porque es requerido,
una batería de acumuladores, se utiliza esta fuente para la alimentación del
sistema, pero para los motores estacionarios, especialmente los pequeños,
dondel
a batería no es necesaria para otro fin, se acude al
os generadores depulsos eléctricos conocidos como magnetos. Estos magnetos son pequeños
generadores del tipo de rotor a imanes permanentes de corriente alterna
movidos por el propio motor y sincronizados con él que producen electricidad
para alimentar el sistema de encendido durante el tiempo necesario para
generar la chispa.
En ocasiones y para la mayoría de los motores mono cilíndricos pequeños de
arranque manual, la electricidad la induce un imán permanente empotrado en
el volante en el lugar apropiado al pasar frente a una bobina fija en el cuerpo
del motor.
Generación del alto voltaje
El voltaje de alimentación del sistema de encendido, por ejemplo, alimentado
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con una batería suele ser de 6, 12, o 24 volts, mucho más bajo de los 18,000
a 25,000 voltios necesarios para generar la chispa entre los electrodos de la
bujía, separados hasta 2mm, y bajo la presión de la compresión. Para lograr
este incremento se acude a un transformador elevador con muy alta relación
entre el número de vueltas del primario y del secundario, conocido como
bobina de encendido. Usted se preguntará ¿Cómo un transformador, si es
corriente directa? pues sí, veamos como:
En la figura 2, se muestra un esquema del modo de convertir el voltaje de la
batería al necesario para la chispa en el motor mono cilíndrico.
Note como la corriente de la batería está conectada al primario del
transformador a través de un interruptor y que la salida del secundario se
conecta al electrodo central de la bujía. Todos los circuitos se cierran a
tierra.
El interruptor está representado como un contacto, que era lo usual antes
de la utilización de los dispositivos semiconductores. Hoy en día ese
contacto es del tipo electrónico de diversos tipos.
Mientras el contacto está cerrado, circula una corriente eléctrica por el
primario del transformador, en el momento de abrirse el contacto, esta
corriente se interrumpe por lo que se produce un cambio muy rápido del valor del campo magnético generado en el núcleo del transformador, y por
lo tanto la generación de un voltaje por breve tiempo en el secundario.
Como la relación entre el número de vueltas del primario y del secundario
es muy alta y además el cambio del campo magnético ha sido violento, el
voltaje del secundario será extremadamente mas alto, capaz de hacer saltar
la chispa en la bujía.
Figura 2
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Sincronizando el momento de apertura y cierre del contacto con el movimiento
del motor y la posición del pistón, se puede generar la chispa en el momento
adecuado al trabajo del motor en cada carrera de fuerza.
Si en lugar de una batería se utiliza un magneto, el esquema esesencialmente el mismo, con la diferencia de que el magneto estará
generando la corriente del primario en el momento de apertura del contacto,
aunque en el resto del ciclo no genere nada. Utilizando el sincronismo
adecuado, magneto-contacto-posición del pistón el encendido estará
garantizado.
Distribución
Cuando el motor tiene mas de un cilindro se necesita un chispa para cada
uno, puede optarse por elaborar un sistema completo independiente por
cilindro y de hecho se hace, pero lo más común es que solo haya un sistema
generador del alto voltaje que produzca la elevación tantas veces como haga
falta (una vez por cilindro) y otro aparato que distribuya la electricidad a la
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bujía del cilindro correspondiente. Este dispositivo se llama distribuidor.
En la figura 3, se muestra un esquema que sirve para entender cómo
funciona el distribuidor.
Hemos supuesto el sistema de encendido para un motor de seis cilindros.
Como se explicó anteriormente, un contacto eléctrico interrumpe el circuito
primario de la bobina de encendido y genera en el secundario el voltaje
suficiente. En este caso una leva hexagonal sincronizada con el motor a
través de engranajes gira, y abre el contacto en seis ocasiones por cada
vuelta, el voltaje generado por la bobina de encendido se conecta a un
puntero que gira también sincronizado con el motor, de manera que cada
vez que la leva abre el contacto, uno de los terminales que conduce a una
bujía está frente al puntero y recibe la corriente. Colocando adecuadamente
los cables a las bujías correspondientes se consigue que con un so lo
circuito generador de alto voltaje se alimenten todas las bujías en el
momento propicio.
En el esquema de abajo se ilustra el trabajo del distribuidor con un
animado, considerando media vuelta del puntero del distribuidor
Figura 3
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Adelanto al encendido con la velocidad del motor
Ya sabemos cómo se genera el alto voltaje y además como se distribuye a las
diferentes bujías del motor, ahora veremos cómo se puede adelantar el
encendido con el aumento de la velocidad de rotación del motor.
Consideremos el esquema de la figura 3, en él una leva determina el
momento de la apertura del contacto y con esto el momento en que se
produce la chispa en la bujía. Hemos visto que esta leva está montada en un
eje que a su vez se mueve desde el motor a través de un engranaje para
garantizar el debido sincronismo. Si montamos la leva en su eje de manera
que pueda girar sobre él y determinamos su posición exacta con respecto al
eje a través de un mecanismo centrífugo podremos modificar la posición de laleva con respecto al eje en dependencia de la magnitud de la velocidad de su
giro. De esta forma podremos ir adelantando el encendido cuando la
velocidad aumenta y disminuyéndolo cuando esta velocidad baja. Como se
altera la posición, la punta de la leva alcanzará a abrir el contacto con mas o
menos atraso.
Este simple procedimiento es el que se usa con mucha frecuencia en los
sistemas de encendido del
os motores de automóvil
. Unos contrapesosadelantan la posición de la leva con respecto a su eje debido a la fuerza
centrífuga cuando la velocidad sube, y los muelles de recuperación del
mecanismo la hacen retornar cuando baja.
Atraso al encendido cuando se llena mejor el cilindro.
Cuando se aprieta el acelerador se abre la mariposa del carburador o del
sistema de inyección de gasolina y se llena mejor el cilindro del motor, esta
apertura hace que la magnitud del vacío dentro del conducto de admisión
entre el cilindro y la mariposa se reduzca, es decir la presión absoluta en este
conducto aumenta al haber mejor acceso a la presión atmosférica exterior.
De esta forma, la magnitud de la presión absoluta dentro del conducto de
admisión sirve para conocer de manera indirecta como se ha llenado el
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cilindro del motor, el valor de esta presión absoluta es la que se utiliza para
adelantar o atrasar el momento del encendido. Para ello la base donde está
montado el contacto descrito en la figura 3 se construye de manera tal que
pueda girar con respecto al eje de la leva. Un diafragma f lexible al que se le
aplica la presión del conducto de admisión vence la fuerza de un resorte (no
representado), haciendo girar la base del contacto en mayor o menor
proporción de acuerdo a la presión y por lo tanto mueve el contacto con
respecto a la leva con lo que la apertura de este se logra mas temprano o
más tarde de acuerdo al llenado del cilindro. Resulta ser el mismo efecto del
mecanismo centrífugo del punto anterior, pero en este caso teniendo en
cuenta el valor absoluto de la presión en el conducto de admisión.
Figura 4
Tratemos ahora de poner todo junto como un conjunto, para ello utilizaremos
el esquema de la figura 5 correspondiente al sistema de encendido típico por
contacto, tal y como se usaba antes de la introducción de los dispositivos
semiconductores.
Observe que el cable procedente de la batería pasando por el interruptor de
arranque alimenta el primario de la bobina de encendido. El circuito del
primario se completa a tierra con el contacto dentro del dispositivo llamado
como Conjunto distribuidor.
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Note también como la leva y el rotor que distribuye la corriente de alto
voltaje a las diferentes bujías, están montados en el eje que se conecta al
motor.
Un elemento nuevo es el condensador, está conectado en paralelo con el
elemento móvil del contacto, este condensador ayuda a reducir las chispas
en el contacto y aumenta la potencia de la chispa.
El mecanismo centrífugo y el diafragma que sirven para acomodar el
avance al encendido no están representados.
El cable de alto voltaje que sale de la bobina de encendido entra al centro
del rotor por medio de un contacto deslizante y este lo transmite a la bujía
correspondiente al girar.
Figura 5
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Un distribuidor real luce así como se muestra en la figura 6, en el costado
izquierdo está el diafragma de avance al que se conecta una manguera
procedente del carburador. La tapa de color negro donde se conectan los cables
de alta tensión está construida de un material plástico resistente al calor y
aislante de la electricidad que se acopla al cuerpo con la ayuda de unas presillas
metálicas fácilmente desmontables. Observe el tornillo lateral, ahí se conecta el
cable procedente de la bobina de encendido, el cable exterior que se muestra, es
el del condensador, que en este caso está en el exterior detrás del diafragma.
La pieza dorada mas inferior es el acoplamiento al engranaje del motor.
Figura 6
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El Sistema de Arranque.
El sistema de arranque tiene el objetivo de dar manivela al cigüeñal del motor para
lograr el primer impulso vivo o primer tiempo de expansión o fuerza que comience
su funcionamiento.El arrancador consume gran cantidad de corriente al cambiar la
en energía mecánica para dar movimiento al cigüeñal y vencer la enorme
resistencia que contrapone la mezcla al comprimirse en al cámara de combustión.
Una batería totalmente cargada puede quedar descargada en algunos minutos al
accionar por bastante tiempo el interruptor del sistema de arranque, se calcula que
el arrancador posee un consumo de 400 a 500 amperios de corriente y asi nos
formamos una idea de que una batería puede quedar totalmente descargada en
breve tiempo, por eso no se recomienda abusar en el accionamiento del
interruptor de arranque.Función de la marcha:
Dado que un motor no es capaz de arrancar solo por el mismo, su cigüeñal tiene
que ser girado por una fuerza externa a fin de que la mezcla aire--combustible sea
tomada, para dar lugar a la compresión y para que el inicio de la combustión
suceda. El arrancador colocado en el bloque de cilindros empuja contra un
engranaje motriz cuando el interruptor de encendido es girado, una cremallera
engancha con el
vol
ante y el
cigüeñal
es girado.Funcionamiento del motor de arranque:
El motor de arranque funciona al igual que un motor eléctrico, con un piñón y un
dispositivo para guiar el piñón en la rueda dentada del volante. Por afuera, la
armadura, las zapatas polares y el devanado de excitación son parecidas a los del
generador. El devanado de excitación se conecta en serie, funcionando como el
motor gracias a la corriente principal se adapta bien a la marcha, como
consecuencia que, por su elevado par motor, consigue desde el principio
sobrepasar la resistencia impuesta por el motor.
La relación de transmisión entre el anillo y la cremallera es de aprox. 20:1. En esta
elevada relación de transmisión el piñón no continúa engranado continuamente
puesto que el motor de marcha alcanzaría una frecuencia de giro extremadamente
alta. Por eso, se necesita un dispositivo especial de desenganche, con el fin de
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que haya separación entre el motor principal y el de marcha, cuando la frecuencia
de giro del motor pase de cierto valor.
Estructura del motor de arranque:
La constitución interna de un motor de arranque (o arrancador) es parecido a un
motor eléctrico la que se coloca sobre el Carter superior del motor del auto, de tal
modo que el piñón que lleva en el extremo de su eje, engrane con la corona
dentada de la periferia del volante. Así de esta forma cuando gire el motorcito
eléctrico, obligara a girar también al motor del auto y podrá arrancar. El tamaño del
piñón es dependiente de la velocidad propia del arrancador eléctrico. El
arrancador está compuesto básicamente de tres conjuntos: el conjunto de
solenoide o mando magnético, el conjunto de Solenoide o mando magnético y el
conjunto del Motor de Arranque propiamente.Conjunto del impulsor o Bendix
Las partes que forman al conjunto del Motor de Arranque propiamente dicho, son
parecidas a las del generador teniendo una diferencia en el bobinado de los
campos y del inducido. También existe una diferencia muy notoria, el arrancador
consume corriente. Realizan su trabajo ambos en base a los principios del
magnetismo y del electro²magnetismo, dichas partes son las que siguen: Núcleo
magnético, resorte de recuperación del
núcl
eo magnético del
sol
enoide, coll
ar palanca de conexión del mecanismo de impulsión, conjunto de resorte y eje
Bendix, bocina del extremo posterior de el eje de el inducido, anillo de tope del
mando de impulsión o Bendix, tambor de embrague del mecanismo de impulsión,
resorte de amortiguación del retorno del mecanismo impulsor, zapatas polares o
conjuntos de las bobinas de campo y sus núcleos, inducido, conjunto porta
escobilla, escobillas de cobre, tapa delantera, su bocina y fieltro, pernos pasantes
con sus anillos de presión, casco o carcasa; la carcasa o casco es de hierro dulce,
el bobinado el campo y del inducido es de alambre grueso especial de cobre; las
escobillas son de cobre, las otras partes son parecidas a las del generador.
En el siguiente esquema se muestra las dos bobinas eléctricas que forman el rele
de arranque (parte resaltada en negro). Además se puede observar el bobinado
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inductor y las escobillas, así también como el circuito eléctrico exterior que
siempre acompaña al motor de arranque.
Alternador
El alternador moderno es un elemento fundamental entre los componentes de un
motor y tiene dos funciones fundamentales, la primera recargar la batería y dejar la
en condiciones de efectuar un nuevo arranque del motor térmico en cuanto sea
preciso y la segunda alimentar de corriente eléctrica los componentes auxiliares
del motor térmico así como el alumbrado, sensores, indicadores, etc.
Antiguamente se usaba una dinamo de corriente continua para estas funciones,
actualmente los componentes electrónicos hacen más sencillo y barato usar un
alternador para esta labor, el alternador produce más corriente con un tamaño
menor de componentes y necesita menos revoluciones de motor para hacer lo.El alternador en una máquina síncrona trifásica que genera corriente alterna la
cual se rectifica mediante unos diodos para así alimentar la batería y el resto de
componentes con una corriente de 14 voltios para turismos y 28 voltios para
vehículos industriales y máquinas grandes.
Características del alternador.
Entrega de potencia útil incluso al ralentí.
Menor vol
umen a igual
potencia suministrada quel
as dinamos.Larga vida útil por no tener muchos elementos móviles.
Buena resistencia a elementos externos como humedad, calor, vibraciones, polvo,
etc.
Los componentes de un alternador son básicamente un rotor que gira con el motor
térmico, inducido que produce la corriente alterna, rectificador que la convierte en
continua, y el regulador que se encarga de controlar el proceso.
Su circuito eléctrico externo consta de un solo cable positivo que va de la batería
directamente al alternador, en algunos modelos de 24 voltios para maquinaria
también existe un pequeño terminal de 12 voltios encargado de funciones de
señalización y excitación del alternador.
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Actualmente el regulador de corriente forma parte del mismo alternador y en los
más modernos se han eliminado también las escobillas lo que lo convierte en un
componente más fiable.
Las cada vez más complicadas funciones de una máquina moderna, la mayoría
eléctricas o electrónicas como luces, indicadores, radios, emisoras, controles
hidráulicos, ordenadores, sistemas de frenos, antipatinamiento, etc., hacen que los
requerimientos del alternador sean cada vez más altos y se pretenda aumentar su
potencia cada vez más con el fin de asegurar un suministro suficiente de corriente.
La elección de un alternador concreto para una máquina o un vehículo
determinado debe tener en cuenta los factores siguientes:
Capacidad de la batería en Amperios hora.
Consumos eléctricos del vehículo.Condiciones de funcionamiento del vehículo.
Los alternadores se fabrican de distintos tipos y potencias según la aplicación y las
distintas especificaciones de los fabricantes, los más utilizados en maquinaria
pesada suelen ser los de rotor-guía sin anillos colectores en los que los únicos
elementos de desgaste son los rodamientos por lo que están prácticamente
exentos de mantenimiento.
Las partes componentes de un al
ternador son: A.-Polea.
B.-Ventilador.
C,D,E.-Separadores y tornillería.
F.-Carcasa delantera.
G.-Rodamiento.
H,J,K,M,N.-Tapas y separadores.
L.-Rotor.
S.-Estator.
R.- Diodos rectificadores.
P.-Regulador.
O.-Carcasa trasera.
Averías más comunes.
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Las averías más frecuentes de un alternador pueden ser de dos tipos:
Mecánicas:
Fallo en el mecanismo de arrastre del rotor por correas f lojas, engrasadas o rotas
o bien la polea rota o desgastada. Suele detectarse por un ruido de patinamiento
de las correas.
Fallo en los rodamientos con su consiguiente agarrotamiento y la destrucción
completa del alternador en la mayoría de los casos. Suele producirse ruido de
agarrotamiento con anterioridad.
Eléctricas:
Fallo en el bobinado de rotor o inducido. Se comprueba desmontando el alternador
y comprobando su continuidad.
Fallo en el regulador. Solo se puede comprobar sustituyéndolo por otro.Fallo en los rectificadores, en los alternadores modernos se sustituyen como un
conjunto y se comprueban con polímetro.
14. Comparación de los motores Otto y Diesel.
Los motores Otto y Diesel, que tienen una forma constructiva, una disposición
de elementos y un funcionamiento semejantes, se diferencian esencialmente por
su sistema de alimentación y por su combustión.y La alimentación en los motores de tipo Otto se realiza introduciendo una mezcla
aire - combustible en el interior del cilindro durante la admisión. Esta mezcla, una
vez comprimida, se incendia por medio de una chispa eléctrica, lo que origina una
combustión suave y progresiva.
En los motores Diesel el llenado de los cilindros se realiza solamente con
aire, introduciendo el combustible a alta presión el cual arde espontáneamente al
ponerse en contacto con el
aire previamente comprimido, cuya temperatura estápor encima del punto de inf lamación del combustible, haciéndolo bruscamente, lo
que produce la trepidación característica de estos motores, la cual es cada vez
más reducida por los nuevos sistemas de inyección a muy alta presión y
multipunto.
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y Los motores Otto no pueden trabajar con grandes relaciones de compresión. El
valor máximo queda limitado a una relación de 9/1 a 10/1 para que la temperatura
alcanzada en la compresión no rebase el punto de inf lamación de la mezcla y se
produzca el autoencendido.
En los motores Diesel es necesaria una elevada relación de compresión,
del orden de 22/1 a 24/1, para conseguir las temperaturas adecuadas en el interior
del cilindro, con objeto de que se produzca la autoinf lamación del combustible al
ser inyectado.
Este grado de compresión hace que las presiones de trabajo sean muy
elevadas por lo que deben estar constituidos por elementos muy resistentes que
soporten grandes cargas, lo que hace que sean más pesados y lentos.
Como se vio el rendimiento térmico en ambos motores es función de la relación decompresión y, al ser más alto en los motores diesel, el aprovechamiento de la
energía del combustible es mayor en ellos que en los de ciclo Otto.
y Debido a la forma de realizar la mezcla, los motores de tipo Otto necesitan
utilizar combustibles ligeros y fácilmente vaporizables con el objeto de obtener una
buena mezcla aire - combustible.
Estos motores están condicionados en cuanto al tipo de combustible
empleado, siendo el de mayor uso la gasolina.En los motores Diesel, como la mezcla aire - combustible se realiza al
pulverizar este a alta presión en el interior de los cilindros, la volatilidad del
combustible no tiene gran importancia y se pueden utilizar, en consecuencia,
combustibles más pesados y de menor calidad. El más utilizado es el gasoil.
Una ventaja no desdeñable es que al no usar combustibles vaporizables no
existe peligro de incendio, cualidad que se aprovecha sobre todo en motores para
usos agrícolas.
Hasta la aparición de los motores Otto de inyección, el sistema de
alimentación Diesel tenía la ventaja de que al suministrar en cada momento la
cantidad justa de combustibles según las necesidades de marcha, no se producía
derroche en los mismos por mezclas excesivamente ricas ni pobres.
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101
Además, como en los Diesel en el interior del cilindro se quema todo el
combustible, no hay producción de gases tóxicos y, como consecuencia, la
contaminación atmosférica es menor. Sin embargo necesitan una gran precisión
en la construcción de la bomba de inyección y un filtrado muy riguroso del
combustible para que no se obstruyan los inyectores.
Un inconveniente del motor Diesel es el arranque en frío. En invierno
cuando el aire y las paredes del cilindro están a temperaturas muy bajas, la
temperatura alcanzada en la compresión puede no ser suficiente para inf lamar el
combustible. Por esto necesitan usar calentadores que se colocan en las cámaras
de combustión, lo que hace más lenta su puesta en marcha.
Estos calentadores son puestos en funcionamiento bien por el conductor,
bien de forma automática durante unos instantes antes de arrancar el motor. Asíse calienta el aire y las paredes de la cámara. El calor generado se transmite al
pistón y al cilindro, lo que favorece el calentamiento del aire que penetra en su
interior. Con ello se consigue una mayor temperatura del aire al finalizar la
compresión. Estos calentadores se desconectan automáticamente al accionar el
arranque.
y El consumo de combustible en los motores depende esencialmente de la
rel
ación de compresión, del
a forma de real
izar l
a carburación y del
ll
enado del
oscilindros. Estos factores varían notablemente en ambos tipos de motores y
determinan la diferencia de consumo existente entre ellos.
Cuanto más elevada sea la relación de compresión, mayor es el
rendimiento térmico y, por tanto, también lo es el aprovechamiento de la energía
calorífica del combustible. Esto significa que, a igualdad de potencia, el consumo
de combustible es menor cuanto mayor sea la relación de compresión.
En los motores Diesel el bajo consumo de combustible se debe,
fundamentalmente, al alto grado de compresión con que trabajan.
En los motores Otto la relación de compresión está muy por debajo del
límite crítico, porque está limitado por la temperatura de la cámara de combustión
al término de la compresión, que no debe superar el valor de auto inf lamación de
la mezcla. Para incrementar el grado de compresión, los constructores trabajan en
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la aplicación de nuevas tecnologías que permitan elevar lo y reducir, por tanto, el
consumo del motor. Los estudios en cuestión se encaminan a conseguir cu latas
de material de mayor conductividad térmica, para facilitar la evacuación del calor,
a la mejora del diseño de las cámaras de combustión y al empleo de combustibles
capaces de soportar mayores temperaturas sin autoencenderse.
Por otra parte, se tiende a la fabricación de motores Diesel de nueva
tecnología, cuya velocidad de régimen sea superior y a reducir el coste de
fabricación para aprovechar las ventajas que proporciona el menor consumo y el
menor precio del combustible empleado.
Como en los motores de gasolina, la preparación de la mezcla se efectúa
de forma que la riqueza obtenida está muy próxima a la teórica, lo que no ocurre
en los motores Diesel que, por su particular forma de alimentación, necesitan unasobreaportación de aire para obtener una buen combustión, es por lo que la
riqueza en combustible de la mezcla es mayor en los motores de gasolina.
Otro de los factores que inciden sobre el consumo de combustible es la
forma de funcionamiento de ambos motores.
En los motores Otto la regulación de la potencia se realiza admitiendo
mayor o menor cantidad de mezcla en el cilindro según las necesidades de
potencia sol
icitada. Esta disposición presenta el
inconveniente de que, a menor carga, el grado de compresión es mas bajo, lo que hace que el rendimiento
térmico sea menor, y es por lo que el menor consumo corresponde a las zonas de
trabajo próximas a la plena carga.
En los motores Diesel la regulación de potencia se realiza variando la
cantidad de combustible inyectado en función de la potencia solicitada. Como la
mayor o menor cantidad de combustible inyectado no inf luye en el llenado del
cilindro con el aire, la relación de compresión no disminuye, es por lo que el
rendimiento térmico se mantiene constante a cualquier régimen de carga.
y Debido al tiempo disponible para realizar la mezcla, unos 360º de giro del
cigüeñal, y al poco peso de sus elementos móviles, los motores de tipo Otto no
tienen grandes limitaciones para alcanzar un elevado número de revoluciones. En
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la práctica están limitados por las fuerzas de inercia y por los rozamientos, que
crecen con el cuadrado de la velocidad.
La velocidad de régimen alcanzada por los motores de encendido por
chispa, puede llegar a alcanzar incluso 17000 r.p.m.
En los motores Diesel, sin embargo, la velocidad de régimen está limitada
por el corto tiempo de que disponen para la formación de la mezcla en el interior
de sus cilindros, unos 30º máximo, lo cual limita la velocidad de los mismos,
llegándose en los motores más rápidos a un régimen que aún hoy no supera las
6000 r.p.m.
Esta característica representa una gran ventaja de los motores Otto sobre
los Diesel pues, debido a su alto régimen de funcionamiento, se pueden obtener
grandes potencias aun con pequeñas cilindradas por ser la potencia función deestas dos variables.
Además, como los motores Otto tienen un menor peso muerto, son más
ligeros y más económicos.
Haciendo un resumen de todo lo expuesto en este apartado, se pueden considerar
las siguientes ventajas e inconvenientes de los motores Diesel con respecto a los
de ciclo Otto:
y Ventajas: Mayor rendimiento térmico con mayor potencia útil.
Menor consumo de combustible aproximadamente el 30% menos.
Empleo de combustible más económico.
Menor contaminación atmosférica.
No existe peligro de incendio.
Motor más robusto y apto para trabajos duros, con una mayor duración de uso.
Menor costo de entretenimiento.
Mayor rentabilidad.
y Desventajas:
Mayor peso del motor.
Necesitan soportes más fuertes.
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Elementos de suspensión de mayor capacidad.
Costo más elevado del motor.
Menor régimen de revoluciones.
Motor más ruidoso y con mayores vibraciones.
Reparaciones más costosas.
Arranque más difícil.
Requieren mayor calidad en los aceites de engrase.
Debido a las ventajas de los motores Diesel con respecto a los de
explosión, sobre todo en el empleo de combustibles más económicos y al mejor
aprovechamiento de la energía, el campo de aplicación de estos motores crece
constantemente, incluso para vehículos de turismo. Son por estas razones los más
empleados en la Agricultura.
13. Ecuaciones utilizadas en los cálculos relacionados con motores:
1. Compresión
Una fuerza de compresión produce una presión interna en los líquidos
confinados e gases y reducesl
as dimensiones de un sól
ido enl
a dirección quel
afuerza actúa, tendiendo a triturar el material
F = P x A
P = presión
A = Area
2. Tensión:
Se aplica solamente a sólidos y tiende a halar el material en la dirección en que
la fuerza está actuando.
F = T x A
T = Tensión
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A = Area
3. Fuerza de gravedad:
Debido al
a fuerza de atracción del
a tierra sobrel
a materia, esll
amada peso.Siempre actúa verticalmente; y su valor es de 9,78 m/seg en el ecuador al nivel del
mar
4. Fuerza centrífuga:
Es debida a la fuerza de rotación, depende del peso, de la velocidad de
rotación, y de la distancia del cuerpo al centro de rotación, se calcula mediante la
fórmul
a:
F = 0,00034 . W. r. N2
F = fuerza centrífuga
W = peso en libras
r = radio de rotación en pies
N = velocidad de rotación en rpm
5. Inercia:
Es la fuerza que resiste cualquier cambio en el movimiento de un cuerpo; es
función de la masa y de la velocidad.
F = m . a
F = m. v1 ±mv2
6. Fricción:La fuerza de fricción resiste el relativo movimiento entre dos cuerpos en contacto.
La fricción consume energía mecánica, cuyo resultado es el desgaste y genera
calor
F = W . C
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106
W = peso
C = coeficiente de fricción
7. Desplazamiento del pistón:
Es el volumen desplazado por el pistón durante una carrera, expresado en cm3
D =4
.2 L D4
8. Cámara de combustión:
Es el espacio entre la cámara del cilindro y el pistón cuando está en el punto
muerto superior.
9. Volumen del cilindro:
Es la suma del desplazamiento del pistón mas la cámara de combustión.
V = D + Cc
10. Relación de Compresión:
Es la relación entre el volumen total del cilindro y la cámara de combustión
Cr =Cc
Cc D
11. Velocidad del pistón:
Es la distancia que el pistón recorre en el cilindro en un minuto
12. Velocidad perimetral :
Es la velocidad al cual un rin de una rueda, un engranaje, o pulley se mueve, se
obtiene multiplicando las rpm por el perímetro.
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107
Vp = T D. N
13. Potencia:
Un mismo trabajo puede realizarse en más o menos tiempo; el trabajo realizado
será el mismo, pero para realizar lo en menos tiempo, se necesitará mayor
potencia, si la potencia es menor , el trabajo deberá realizarse en más tiempo.
Potencia =Tiempo
Trabajo
La unidad de potencia es el kilográmetro por segundo.
1 HP = 75 kgm/seg
14. Velocidad:
Es el espacio recorrido en cada unidad de tiempo.
Velocidad = !t iempo
espacio
Potencia = t
iempo
espacio fuerzax
t
iempo
espacio fuerza
t
iempo
t rabajo!!
.
Por lo que Potencia = Fuerza x Velocidad
Para una misma potencia, lo que se gana en fuerza, se pierde en velocidad.
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15. Par motor:
Es el momento de la fuerza aplicada al eje de rotación de un motor, para que
gire, venciendo el esfuerzo que se le opone. Debido a que la manivela del cigüeñal
es de muy poca longitud, de aquí que aunque la fuerza que llegue sobre la
muñequilla procedente del pistón sea muy grande, debido a la corta longitud de la
manivela, hace que el momento de la fuerza o par motor sea realmente bajo en los
motores de explosión.
Potencia = 60
2 xRx N x F uerzax T
pero Fuerza x Radio = Par Motor
Potencia =60
2 x N x Parx T
la cual pata expresar la en HP se divide por 75
kilográmetros por segundo.
De donde Potencia HP = 716
Parx N
16. Rendimiento térmico:
Es la relación existente entre el trabajo o energía mecánica aprovechada en los
cilindros del motor y la energía calorífica de la gasolina consumida
Rendimiento térmico =l el combust ib pot enciade
dicada Pot enciain
Poder calorífico Potencia indicada 30 % Potencia
efectiva 80 % Potencia motriz 80 %
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15. Problemas
1. Si la cámara de compresión posee un volumen de 10 x 12,7 mm., para un
motor a gasolina con una capacidad de 124,8 centímetros cúbicos por
cilindro. ¿Cuál es la relación de compresión de éste motor?
2. Calcule el volumen de la cámara de compresión de un motor que tiene un
pistón con un desplazamiento de 819.35 centímetros cúbicos por cilindro y
una relación de compresión de 7 : 1 .
3. Calcule el desplazamiento de un pistón de 9,53 x 10,79 cm. El motor tiene
ocho cilindros.
4. ¿Cuál es el diámetro y la carrera de un cilindro, que tiene una cámara de
combustión de 157.93 centímetros cúbicos; una relación de compresión de
5:1; un volante de 56 cm. de diámetro; la velocidad del pistón es de 305
metros por minuto y una rueda a una velocidad de 2636.5 m/min.?
5. ¿Cuál es la cantidad total de ciclos por segundo y el desplazamiento del
pistón en cm3 por minuto de un motor de 6 cilindros y unas dimensiones del
cilindro de 10,00 x 20 cm. y cuatro tiempos moviéndose a 2200 rpm.?
6. ¿Cuántos grados de rotación del cigüeñal son equivalentes a 2,54
centímetros del perímetro de un volante de 60,9 cm. de diámetro?
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7. El engranaje de los tiempos de un motor de 4 tiempos tiene 36 dientes. Si la
válvula de escape cierra 20º antes y abre 20º antes, cuantos dientes
debería el
engranaje estar movido y en cual
dirección. Cuanto es el
tiempoen segundos que la válvula permanece abierta si la velocidad del motor es
de 600 rpm.
8. ¿Cuántos caballos necesitará desarrollar un motor para elevar una tonelada
y media de peso a un metro de altura en un segundo?
9. Suponga un motor que suministra una potencia efectiva de 84 HP girando a
3000 rpm; calcule el valor del Par motor.
10. Calcular la presión media efectiva de un motor diesel de 2 tiempos y 6
cilindros, de dimensiones 108 x 127, sabiendo que la potencia máxima es
de 170 CV a 1900 rpm.
11. Un motor de ciclo Otto y de 1 litro de cilindrada, con una relación de
compresión de V = 5,5 desarrolla una potencia de 30 Hp a n = 4000 rpm.Calcular el aumento de P e y de potencia que se puede obtener al sustituir
la cámara por otra de igual forma, pero que disminuyendo el espacio neutro
proporciona para V un valor de 7 y suponiendo un régimen de máxima
potencia a 4600 rpm. Determinar además, el volumen de la nueva cámara
de combustión
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16. Referencias bibliográficas
1. Arias ± Paz. 1969. Tractores. Editorial Dossat, S. A.Madrid, España.
2. Crouse, W. 1983. Mecánica del automóvil. Editorial Marcombo, S. A. Barcelona,
España.
3. Deere and Co. 1975. Fundamentals of service (FOS). Texto 15. John Deere
Technical Services. Moline, Ill. US A.
4. Ber lijn, J. 1963. Tractores y maquinaria agrícola. Tomo II. Trad. Po Ledgard,
R. Editorial Universidad Agraria La Molina. Perú. 178 p.
5. Arnal, P. Laguna, A. 1980. Tractores y motores agrícolas. Primera edición.
Publicaciones de extensión agraria. Ministerio de Agricultura. Madrid, España.
429 p.
6. Guadiña, A. 1981. Tractores. Mecánica, reparación y mantenimiento. Editorial
CE AC, S. A. Barcelona, España.
7. Lil jedahl, L. Car leton, W. Turquist, P. Smith, D. 1984. Tractores. Diseño yfuncionamiento. Primera edición. Editoril LIMUS A. México. 432 p.
8. Ortiz ± Cañavate, J. Hernanz, J. 1988. Técnica de la mecanización agraria. 3ª
edición. Ediciones Mundi ± Prensa. Madrid, España. 643 p.
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