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CONTROL DE EMISIONES VEHICULARES EN EL D. M. Q.

FUNDACIN NATURA MUNICIPIO METROPOLITANO DE QUITO AUSPICIO: COSUDE

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CAPITULO I

EL MOTOR DE GASOLINA

CONTENIDO

1.1. Motores trmicos....

1.2. Motores automotrices

1.3. Principio de funcionamiento del motor a gasolina...............

1.4. Principio de funcionamiento del motor diesel......................

1.5. Ciclos operativos.................................................................

1.5.1. Ciclo operativo del motor a gasolina..........................

1.5.1.1. Primer tiempo o carrera de admisin............

1.5.1.2. Segundo tiempo o carrera de compresin....

1.5.1.3. Tercer tiempo o carrera de combustin.........

1.5.1.4. Cuarto tiempo o carrera de escape...............

1.5.2. Ciclo operativo del motor diesel..............................

1.5.2.1. Primer tiempo o carrera de admisin.............

1.5.2.2. Segundo tiempo o carrera de compresin....

1.5.2.3. Tercer tiempo o carrera de combustin.........

1.5.2.4. Cuarto tiempo o carrera de escape...............

1.6. Ciclo operativo de dos tiempos......

1.6.1. Primer tiempo...........................................................

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1.6.2. Segundo tiempo.......................................................

1.7. Comparacin entre motores a diesel y gasolina................

1.8. Ciclos prcticos.................................................................

1.9. Combustin en el motor....................................................

1.9.1. Relacin aire / combustible......................................

1.9.2. Encendido e inflamabilidad......................................

1.10. Combustin en el motor a gasolina..................................

1.10.1. Procesos de combustin motor a gasolina...........

1.10.1.1. Combustin normal...............................

1.10.1.2. Combustin anormal..............................

1.10.1.3. Combustin incontrolada.......................

1.11. Diseo de la cmara de combustin.................................

1.11.1. Cmara tipo baera..............................................

1.11.2. Cmara tipo cua.................................................

1.11.3. Cmara semiesfrica............................................

1.11.4. Cmara tipo visera................................................

1.12. Mezclas ricas y pobres en la combustin de la gasolina...

1.12.1. Arranque...............................................................

1.12.2. Marcha en vaco...................................................

1.12.3. Desaceleracin.....................................................

1.12.4. Potencia y aceleracin..........................................

1.12.5. Crucero.................................................................

1.12.6. Condiciones de mezclas aire / combustible..........

1.12.6.1. Exceso de aire o deficiencia de

gasolina.

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1.12.6.2. Deficiencia de aire o exceso de

gasolina.

1.12.7. El factor lambda....................................................

1.13. Emisiones de escape y sus causas..................................

1.13.1. Hidrocarburos que no se queman.........................

1.13.2. Monxido de carbono...........................................

1.13.3. xidos de nitrgeno..............................................

1.13.4. Otros productos de la combustin........................

1.14. Combustibles para motores..............................................

1.14.1. Combustibles derivados del petrleo....................

1.14.2. Otros tipos de combustibles.................................

1.14.3. Propiedades de los carburantes...........................

1.14.4. Poder antidetonante del carburante......................

1.15. Lubricacin........................................................................

1.15.1. Objetivos de la lubricacin....................................

1.15.2. Factores esenciales que afectan a la lubricacin..

1.15.3. Caractersticas de los lubricantes.........................

1.15.4. Principales tipos de aditivos..................................

1.15.5. Clasificacin de los aceites de motor....................

1.15.6. Sistemas de unidades de mayor uso....................

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GENERAL

Que los participantes conozcan los principios y fundamentos de la electricidad y la

electrnica, as como tambin los procedimientos de diagnstico, prueba y ajustes

bsicos en circuitos elctricos.

ESPECIFICOS

Explicar los ciclos tericos y prcticos de funcionamiento de los motores de

combustin interna.

Explicar la combustin.

Explicar la combustin en los motores a gasolina.

Explicar lo que son las mezclas ricas y pobres.

Enumerar los principales contaminantes emitidos por el motor a gasolina.

Explicar las principales caractersticas de los combustibles.

Explicar los principios de lubricacin.

1.1. LOS MOTORES TERMICOS

Los motores trmicos transforman la energa calorfica del combustible en

energa mecnica, aprovechando la fuerza expansiva de los gases inflamados en el

interior de un cilindro, que es recogida en el rbol del motor, cuyo giro es transmitido

a las ruedas que dan impulso al vehculo.

OBJETIVOS



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Mediante el proceso de la combustin desarrollado en el cilindro, la energa

qumica contenida en el combustible es transformada primero en energa calorfica y

seguidamente en energa mecnica, esto es, en trabajo til aplicable a las ruedas

propulsoras.

Los motores de estas caractersticas son llamados de combustin interna,

dado que el combustible se quema en su interior.

Dentro de este grupo pueden diferenciarse los de encendido por chispa

(motores de explosin) y los de encendido por compresin (motores de combustin

o Diesel).

En conclusin acerca de los motores trmicos se puede anotar que:

Son cualquier dispositivo que quema combustible y convierte la energa

calorfica as generada en trabajo mecnico.

Estos se pueden clasificar en motores de combustin interna y externa.

Los de combustin interna, tales como los a diesel o gasolina queman

combustible en el motor; mientras que los de externa, tales como los de

vapor lo queman fuera del motor, de tal manera que el calor generado

debe dirigirse al motor para crear un trabajo mecnico.

Actualmente, los motores de combustin interna se usan para

automviles debido a su fcil manejo, tamao relativamente pequeo y

peso ligero.



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Motor a gasolina

Motor a diesel

Motor de combustin Motor a gas

Interna Motor de turbina de gas

Motor trmico Motor de propulsin a chorro

Motor turborreactor

Motor de combustin Motor de vapor

Externa Turbina de vapor

1.2. LOS MOTORES AUTOMOTRICES

Los motores automotrices de acuerdo con el combustible que utilizan, se

clasifican en los siguientes tipos:

1. Motor a gasolina: Utilizan gasolina como combustible. Debido a su tamao

pequeo, alta velocidad, gran potencia, y peso ligero, se usan ampliamente en

carros de pasajeros y camiones pequeos.

2. Motor a diesel: Utilizan aceite ligero como combustible. Puesto que consumen

menos combustible que los a gasolina, y el aceite ligero es ms econmico que

la gasolina, se usan a menudo en camiones y camionetas grandes donde la

economa del combustible es un factor muy importante. Los motores ms

pequeos se usan en algunos carros de pasajeros pero son inferiores a los de

gasolina en aspectos como velocidad mxima, rendimiento, peso y niveles de

vibracin y ruido.



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3. Motor a gas: Utilizan GLP o gas natural como combustible. A pesar de que su

rendimiento es menor que los a gasolina, se usan actualmente en ciertos

vehculos pequeos como taxis por su excelente economa en combustible.

1.3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR A GASOLINA

En este tipo de motor, la energa se obtiene por la dilatacin brusca de una

mezcla de aire y gasolina en la cmara de combustin. Para obtener esta dilatacin

se provoca la explosin, es decir, la combustin prcticamente instantnea de esta

mezcla gaseosa.

En este tipo de motor, es preciso preparar la mezcla de aire y gasolina

convenientemente dosificada, lo cual se realiza con el carburador o con la inyeccin.

Despus de introducida en el cilindro, es necesario provocar la explosin en la

cmara por medio de una chispa de alta tensin, que proporciona el sistema de

encendido.

En el motor de explosin, la relacin existente entre el volumen total del

cilindro y el de la cmara de combustin (relacin de compresin), est

comprendida entre 7:1 y 10:1 generalmente, ya que a partir de este valor, hay riesgo

de explosin instantnea de la mezcla de aire y gasolina, debida a la misma

compresin, lo cual, es perjudicial para el buen funcionamiento del motor.

1.4. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL

En este motor, la energa es obtenida por la combustin de un combustible

(Diesel) en el aire comprimido y fuertemente calentado en el interior del cilindro.

Esta combustin entraa un fuerte aumento de la presin del gas en la cmara de

combustin.



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En este tipo de motor, es necesario forzar la penetracin del combustible a

inflamar en la cmara de combustin, que est ocupada por el aire comprimido y

fuertemente calentado. Esta misin la efecta la bomba de inyeccin y el inyector.

La combustin se realiza debido nicamente a la fuerte compresin a que est

sometido el aire, lo que ha ocasionado su elevada temperatura, y provoca la

inflamacin espontnea del combustible, a medida que va entrando en el cilindro.

En el motor Diesel, la relacin de compresin puede ser mucho ms elevada

que en uno de gasolina, puesto que en el cilindro solamente se comprime aire y no

hay riesgo de explosin espontnea. Esta relacin de compresin est comprendida

generalmente entre 15:1 y 25:1. Aunque puede llegar a una relacin de 30:1.

1.5. CICLOS OPERATIVOS

Se denomina ciclo operativo a la sucesin de operaciones que se realizan en

el interior del cilindro y se repiten con ley peridica. La duracin de este ciclo se

mide por el nmero de carreras del pistn necesarias para realizarlo. As se dice que

los motores alternativos son de cuatro tiempos, cuando el ciclo completo se realiza

en cuatro carreras del pistn, y de dos tiempos, cuando son suficientes dos carreras

para completar el ciclo.

Funcionando en el ciclo de cuatro tiempos, en un motor se producen las

cuatro carreras o tiempos siguientes:

a) Admisin de la carga en el cilindro.

b) Compresin de la carga.

c) Combustin y expansin.

d) Expulsin o escape de los productos de la combustin.



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Fig.1.1. Ciclo operativo del motor.

1.5.1. CICLO OPERATIVO DEL MOTOR DE GASOLINA

Para el motor de gasolina (explosin), el ciclo de cuatro tiempos se

desarrolla as:

1.5.1.1. Primer tiempo o carrera de admisin

El pistn se mueve del PMS al PMI, la vlvula de admisin est abierta y la de

escape permanece cerrada. Una baja presin (vaco parcial) generado por el

movimiento del pistn arrastra la mezcla aire / gasolina desde el carburador o

suministrada por el sistema de inyeccin. Cuando el pistn llega al PMI, la vlvula de

admisin se cierra y finaliza la carrera de admisin. El cigeal a girado 180 (

vuelta).

1.5.1.2. Segundo tiempo o carrera de compresin

El pistn se mueve del PMI al PMS, las vlvulas permanecen cerradas. La

mezcla aire / gasolina es comprimida, a una elevada presin y a una elevada



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temperatura, dentro de la cmara de combustin. La mezcla est lista para

encenderse.

Al final de la carrera de compresin, los gases quedan sometidos a una

presin aproximada de 10 bares y alcanzan una temperatura de alrededor de 280C.

Con la elevacin de la temperatura se logra una mejor vaporizacin de la gasolina,

con lo que la mezcla se hace ms homognea, resultando ms ntimo el contacto

con el aire. Durante esta nueva carrera del pistn, el cigeal ha girado 180, otra

media vuelta.

1.5.1.3. Tercer tiempo o carrera de combustin

En el momento en que el pistn est en el PMS, finalizando la compresin, la

buja provee una chispa elctrica de alta tensin que desencadena la combustin de

la mezcla.

Cuando esto ocurre la fuerza expansiva de los gases quemndose empujan

con alta presin al pistn desde el PMS hasta el PMI generando potencia. Las

vlvulas han permanecido cerradas y el cigeal ha girado otros 180 (1 vuelta).

1.5.1.4. Cuarto tiempo o carrera de escape

El pistn se mueve del PMI al PMS, la vlvula de escape se abre y la de

admisin permanece cerrada. Los gases quemados son evacuados del cilindro al

exterior por la accin del pistn. El cigeal ha girado otros 180 completando dos

vueltas.

De esta manera se realiza un ciclo completo de 4 tiempos de dos vueltas del

cigeal (720) y slo una carrera de fuerza o de trabajo.



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Fig. 1.2. Ciclo de cuatro tiempos en el motor de gasolina

1.5.2. CICLO OPERATIVO DEL MOTOR DIESEL (COMBUSTION)

El ciclo de trabajo del motor a diesel de cuatro tiempos es casi igual al de

gasolina. Se realiza en dos vueltas del cigeal y sus carreras son: admisin,

compresin, combustin y escape.

1.5.2.1. Primer tiempo o carrera de admisin.

En el motor Diesel, durante el tiempo de admisin, el pistn viaja del PMS al

PMI, la vlvula de admisin est abierta y la de escape cerrada, y el cilindro se llena

de aire. El cigeal a girado 180 ( vuelta) efectuando una carrera.

Se puede considerar que durante la admisin, la presin en el interior del

cilindro es sensiblemente igual a la atmosfrica. En el grfico de la figura se

representa el tiempo de admisin por una recta AB, paralela al eje horizontal.



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Fig.1.3. Primer tiempo o carrera de admisin.

1.5.2.2. Segundo tiempo o carrera de compresin.

El pistn se mueve del PMI al PMS, las vlvulas permanecen cerradas. El aire

es comprimido a una elevada presin y a una elevada temperatura dentro de la

cmara de combustin. El cigeal gira otra vuelta (180).

La temperatura se eleva considerablemente (alrededor de los 700C) debido

a la alta relacin de compresin de estos motores. Este calentamiento del aire

provocara una dilatacin del mismo, pero como en la cmara de compresin no

puede expansionarse, sobreviene un aumento de la presin, alrededor de 40 bares.

La fuerte presin obtenida al final de la compresin es el resultado:

- de una parte, de la disminucin del volumen del cilindro en razn de la

subida del pistn.



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- De otra parte, de la fuerte elevacin de temperatura del aire contenido en

el cilindro.

En el grfico de la figura se representa el tiempo de compresin por la curva

BC.

Fig.1.4. Segundo tiempo o carrera de compresin.

1.5.2.3. Tercer tiempo o carrera de combustin.

Estando el pistn en el PMS, el aire ha alcanzado la presin y temperatura

ideales para realizar la combustin. En ese instante un inyector provee una cantidad

de diesel debidamente pulverizado y a una elevada presin capaz de

autoencenderse. Se origina la combustin y los gases quemndose empujan al

pistn con alta presin hasta el PMI desarrollando fuerza o trabajo. Las vlvulas han

permanecido cerradas y el cigeal completa 1 vuelta (540). Al igual que en el de

gasolina esta carrera es llamada til o de trabajo.

Un estudio de este tiempo permite distinguir en l tres fases:



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Primera fase: El comienzo de la combustin es brutal, pues el pistn no ha

comenzado todava a bajar y los gases ocupan un espacio muy reducido. Por ello, la

presin se eleva de manera considerable instantneamente (alrededor de 80

kg/cm). Esta fase se representa por la recta CD en la figura.

Fig.1.5. Tercer tiempo o carrera de combustin.

Segunda fase: Despus, el pistn comienza a descender mientras contina la

inyeccin del combustible y la combustin del mismo. El aumento del volumen

debido al descenso del pistn, est compensado por la dilatacin de los gases de la

combustin, resultando en est fase, que la presin en el cilindro es sensiblemente

constante. Esta fase se representa por la recta DE del grfico de la figura 1.5.

Tercera fase: A partir del punto E, la combustin cesa, mientras el pistn contina

descendiendo, lo que entraa una disminucin de presin en el cilindro, debida al

aumento de volumen. En el grfico se representa esta fase por la curva EF.



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Cuando el pistn llega al PMI, todava queda cierta presin en el cilindro.

1.5.2.4. Cuarto tiempo o carrera de escape.

Se abre la vlvula de escape y la de admisin permanece cerrada. El pistn

sube del PMI al PMS empujando los gases quemados hacia fuera del cilindro. El

cigeal ha girado 2 vueltas (720) completando las cuatro carreras del ciclo de

trabajo y est apto para realizar otros ms.

Fig.1.6. Cuarto tiempo o carrera de escape.

El estudio detallado de este tiempo permite distinguir en l dos fases:

Primera fase: En el momento de abrirse la vlvula de escape, la presin reinante en

el interior del cilindro baja instantneamente hasta igualarse a la atmosfrica.



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Este descenso de presin corresponde a la recta FB del grfico en la figura

1.6.

Segunda fase: Durante la subida del pistn, los gases quemados son evacuados

por la vlvula de escape. Esta fase est representada por la recta BA.

Fig. 1.7. Ciclo de cuatro tiempos en el motor a diesel

1.6. CICLO OPERATIVO DE DOS TIEMPOS

En los motores de dos tiempos, el ciclo operativo es realizado en dos carreras

del pistn, por lo que la admisin debe efectuarse durante una parte de la carrera de

compresin y el escape durante una fraccin de la carrera de trabajo. Para lograrlo

se dispone el motor como muestra el esquema de la figura 1.8, donde puede verse

que no tiene vlvulas que regulen la entrada y salida de los gases en el cilindro, sino

que es el pistn, en su mismo movimiento, el que cierra y pone en comunicacin con

el cilindro unos conductos laterales llamados lumbreras, de las cuales, la A se llama

de carga y comunica el cilindro con el crter, la B (de escape) se encuentra situada

frente a la de carga y un poco ms alta que ella, comunicando el cilindro con la



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atmsfera, por ltimo, la lumbrera C (de admisin) est debajo de la de escape y

comunica el crter con el carburador.

Fig. 1.8. Ciclo de dos tiempos

El pistn est provisto de una saliente, como se ve en E de la figura, llamado

deflector, que gua los gases que entran en el cilindro hacia su parte alta y les

imprime un movimiento de torbellino.

El ciclo de dos tiempos se realiza de la siguiente forma:

1.6.1. PRIMER TIEMPO

El pistn se encuentra en el PMS terminando la fase de compresin. En este

instante salta la chispa en la buja y se produce la explosin de la mezcla

comprimida, que empuja al pistn hacia abajo. En el comienzo de la carrera

descendente las lumbreras de escape y carga estn tapadas, mientras que la de



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admisin esta descubierta y, por tanto, el crter queda en comunicacin con el

carburador, del cual le llega una mezcla de aire y gasolina.

Poco despus, el pistn tapa las lumbreras de escape, carga y admisin, por

lo que al seguir bajando va comprimiendo la mezcla que se encuentra en el crter,

que esta cerrado hermticamente. Seguidamente descubre la lumbrera de escape

(siempre en su recorrido descendente) y los gases quemados escapan por ella al

exterior a gran velocidad. Los gases del interior del crter siguen comprimindose. A

continuacin, el pistn descubre la lumbrera de carga poniendo en comunicacin el

cilindro con el crter. En este momento los gases de ste pasan a aquel, debido a la

compresin a que haban sido sometidos y arrastrados tambin por la misma

velocidad de salida de los de escape.

En esta primera fase se ha efectuado la explosin y ha comenzado el escape

de los gases quemados y entrada de los frescos al cilindro.

1.6.2. SEGUNDO TIEMPO

Cuando el pistn comienza a subir, todava estn entrando gases frescos

desde el crter al cilindro, arrastrados por los de escape, y un momento despus, el

pistn tapa la lumbrera de carga permaneciendo un poco abierta todava la de

escape. En este instante cesa la entrada de gases frescos al cilindro (tiempo de

admisin), continuando todava la salida de gases quemados (tiempo de escape),

por lo cual, no puede evitarse que por la lumbrera de escape salga tambin gases

frescos. Al mismo tiempo, la subida del pistn provoca una depresin en el crter.

Un instante despus, se cierra totalmente la lumbrera de escape (acabando

por tanto este tiempo), y a partir de entonces los gases que hay en el interior del

cilindro van siendo cada vez ms comprimidos y en el crter se va creando cada vez

ms depresin.



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Momentos ms tarde, el pistn destapa la lumbrera de admisin y debido a la

depresin existente en el crter, se ejerce una succin en el carburador que arrastra

la mezcla fresca, que va entrando en el crter.

En esta carrera ascendente del pistn, se han completado los tiempos de

admisin y escape (iniciados en la carrera anterior) y se ha efectuado el tiempo de

compresin.

1.7. COMPARACION ENTRE MOTORES A DIESEL Y GASOLINA

Concepto Motor a diesel Motor a gasolina

Combustible Aceite pesado, o ligero Gasolina

Admisin del gas nicamente aire Mezcla de aire y gasolina

Mecanismo de dosificacin

Bomba de inyeccin Carburador (o inyector de combustible)

Control de potencia Cambiando la cantidad del combustible inyectado

Cambiando la cantidad de mezcla aire / combustible

Encendido Autoencendido Por chispa elctrica

Relacin de compresin Alta (15-23) Baja (7-12)

Presin de compresin Mayor [20-30 Kg/cm] Menor [10-15 Kg/cm]

Presin de combustin Mayor [50-90 Kg/cm] Menor [30-50 Kg/cm]

Relacin mnima de consumo de combustible

Aprox. 160 g/PS.h Aprox. 200 g/PS.h

Dimetro del cilindro aplicable

Aprox. 75-1,000 mm Hasta Aprox. 100 mm

Capacidad de arranque Buena (se necesita algn tiempo)

Buena

Respuesta Pobre Buena

Construccin del motor Mecanismos ms reforzados

Mecanismos menos reforzados

Peso del motor Ms pesado Menor

Ruido Mayor Silencioso



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Nota sobre dimetro del cilindro aplicable: En el motor a gasolina, el dimetro del

cilindro no puede aumentarse en exceso porque la llama debe alcanzar el extremo del

cilindro antes de que la mezcla de aire y combustible se encienda espontneamente.

1.8. CICLOS PRACTICOS

Hasta aqu se ha explicado que las vlvulas se abren y cierran coincidiendo

con el paso del pistn por el PMS y PMI, tanto en los motores de gasolina como en

los Diesel que funcionan con el ciclo de cuatro tiempos.

Para obtener el mximo rendimiento de un motor de cuatro tiempos, sus

carreras no deben iniciar ni finalizar en los puntos muertos del cilindro, sino que

iniciarn y finalizarn grados antes o despus de dichos puntos, y se modifica el

instante en que salta la chispa o el comienzo de la inyeccin. De esta manera, el

funcionamiento del motor quedara como sigue:

Antes de que el pistn llegue al PMS en el tiempo de compresin, salta la

chispa o comienza la inyeccin de combustible, para permitir el inicio de la

combustin. En la Fig.1.9. se muestra el diagrama de presiones en el interior del

cilindro, en el que A corresponde al momento de la inyeccin y, por tanto, el inicio de

la combustin (motor Diesel). Desde el punto B al C, el pistn se encuentra bajando

en el tiempo de combustin y la presin se mantiene, terminndose de quemar el

combustible. Un poco antes de que el pistn llegue al PMI (punto D) se abre la

vlvula de escape (avance a la apertura del escape AAE), en cuyo momento,

comienzan a salir por ella los gases quemados.



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Fig.1.9. Diagrama de presin ciclo prctico.

Durante el tiempo de escape, la presin en el interior del cilindro es

prcticamente constante y un poco mayor que la atmosfrica. Un poco antes de que

el pistn llegue al PMS, efectuando el escape (punto G), se abre la vlvula de

admisin (avance a la apertura de la admisin AAA), estando todava abierta la de

escape, con lo cual, la velocidad adquirida por estos gases al salir, arrastra a los de

admisin, favoreciendo el llenado del cilindro.

Al comenzar a bajar el pistn en el tiempo de admisin, la presin desciende

en el interior del cilindro por debajo de la atmosfrica, debido a la depresin creada

por el pistn.



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Un momento despus (punto F), se cierra la vlvula de escape (retraso al

cierre del escape RCE) y el vaco creado por el pistn al bajar, provoca la entrada de

gases frescos al cilindro. Existe, por tanto, u7n tiempo en que las dos vlvulas estn

abiertas, llamado traslapo o solapo, que contribuye al mejor llenado del cilindro.

Cuando el pistn comienza a subir en el tiempo de compresin (punto H), la

vlvula de admisin todava est abierta un cierto tiempo (retraso al cierre de la

admisin RCA), para aprovechar la entrada de gases frescos debida a la inercia y

obtener un mejor llenado del cilindro.

Fig. 1.10. Ciclo Prctico

En los motores de dos tiempos, se sitan las lumbreras de tal manera que se

produzcan convenientemente los avances y retrasos de admisin y de escape. Los

constructores sitan las lumbreras a la distancia adecuada para obtener el mayor

rendimiento posible.

1.9. COMBUSTION EN EL MOTOR



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El componente principal de los combustibles usado en los motores de

combustin interna es el hidrocarburo, que contiene compuestos de hidrgeno (H2) y

carbono (C). Estos compuestos se combinan con el oxgeno (O2) y se convierten en

bixido de carbono (CO2) y agua (H2O). El fenmeno se denomina combustin

completa. Contrariamente, cuando las sustancias combustibles continan presentes

en los gases de escape, se la denomina incompleta.

El monxido de carbono (CO) producido por una escasez de oxgeno e

hidrocarburo (HC), en el caso de que el gas no se haya quemado completamente,

es particularmente daino para los humanos. Por consiguiente, el escape de (CO) lo

restringe la ley.

Los xidos de nitrgeno (NOx) producidos cuando el nitrgeno (N2), se

combina con el oxgeno bajo una elevada temperatura de combustin, tambin los

restringe la ley, debido a su efecto daino en los seres humanos.

1.9.1. RELACIN AIRE / COMBUSTIBLE

Es la relacin de la mezcla de combustible y aire necesaria para la

combustin y est representada por el porcentaje de peso y no por el porcentaje de

volumen.

Para quemar completamente un gramo de gasolina, tericamente son

necesarios 14.7 gramos de aire. La relacin de aire / combustible en este caso se

denomina terica o estequiomtrica, y actualmente ha sido ampliamente usada,

basada en el uso de convertidor cataltico de rodio, restricciones sobre el gas de

escape, consumo de combustible, etc.

La mezcla de aire / combustible se quema totalmente bajo la relacin de

aproximadamente 14.7:1, sin embargo, no se puede esperar que el aire y



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combustible se mezclen completa y uniformemente. Por lo que el volumen de aire se

calcula aproximadamente 10% ms que la relacin de la combustin completa ms

cercana tericamente. A esto se le llama la relacin de aire / combustible

econmica (aproximadamente 16:1).

La relacin de aire / combustible para potencia, es aquella para la cual se

obtiene la mxima potencia (aproximadamente 12.5:1) y, donde el combustible es

generalmente absorbido, en aproximadamente 20% mayor que el caso terico.

Esta relacin en los motores a gasolina en los que la mezcla de stos

elementos es combustible, se encuentra dentro del lmite aproximado de 8% a 20%.

Fig. 1.11. Torque y relacin de aire / combustible

1.9.2. ENCENDIDO E INFLAMABILIDAD

Cuando el combustible se calienta en el aire, se enciende a cierta

temperatura sin una chispa elctrica o fuego abierto. A esta caracterstica se la llama

flamabilidad (combustibilidad) y la temperatura en ese momento se llama punto de

inflamacin o combustin. El punto de combustin del diesel es aproximadamente



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350C y el de la gasolina es aproximadamente 550C. Este punto de inflamacin

ms bajo del diesel es importante en relacin con la combustin del Diesel.

1.10. COMBUSTION EN EL MOTOR A GASOLINA

Cuando la mezcla aire / combustible succionada y comprimida en el cilindro

se enciende por una chispa elctrica, primero comienza la combustin en esa

porcin encendida y, si contina, esta progresa rpidamente y llena todo el cilindro,

alcanzando la presin mxima. Un retraso de tiempo en el encendido por una chispa

hasta que realmente inicie la combustin se llama retraso en el encendido.

1.10.1. PROCESOS DE COMBUSTION MOTOR A GASOLINA

Los procesos de combustin en el motor a gasolina o encendido por buja,

han sido bien estudiados, aunque muy complejos. Se pueden distinguir tres tipos de

combustin:

1. Normal o controlada.

2. Anormal.

3. Incontrolada.

1.10.1.1. Combustin normal

Cuando el pistn se acerca al PMS al final de la carrera de compresin, salta

una chispa entre los electrodos de la buja, producindose la combustin. Esta

combustin depende de la temperatura del frente de llama, densidad y temperatura

de la mezcla. En la combustin normal el proceso es causado por la buja y el frente

de llama se propaga hacia el pistn sin ninguna perturbacin.



26

A continuacin, se muestra la relacin de la presin interna del cilindro con

el ngulo de rotacin del cigeal con respecto a la combustin en un motor. La

mezcla de aire y combustible se enciende en el punto A y se genera una llama en el

punto B, la llama se propaga rpidamente en el cilindro, y la presin y temperatura

entonces incrementan rpidamente, alcanzando el mximo en el punto C. La

combustin se completa en el punto D. La curva entre los puntos A y B, muestra el

retraso en el encendido.

En el diagrama de la Fig.1.12, se distinguen claramente dos etapas:

1. La etapa AB que se caracteriza por la formacin de ncleos

autopropagantes de la llama.

2. La etapa BC que corresponde a la propagacin de la llama a travs de la

cmara de combustin.

El tiempo de duracin de la primera etapa AB debe ser el mnimo, y a este

punto corresponde a la mxima potencia y cae ligeramente al lado de las mezclas

ricas. Si la mezcla se empobrece el tiempo de duracin se aumenta.



27

Fig. 1.12. Presin de la combustin en el cilindro

As dependiendo de la mezcla se tiene que para:

1. = 0.8 para el tiempo mximo para la etapa AB.

2. = 1.1 para el tiempo mnimo para la etapa AB.

Donde:

(Relacin combustible / aire) real

= ----------------------------------------------

(relacin combustible / aire) ideal

El tiempo de duracin de la segunda etapa BC, depende de la temperatura,

presin, grado de turbulencia y composicin qumica de la mezcla.



28

Para un comprendido entre 0.8 y 1.2 el tiempo de duracin de la etapa BC

es prcticamente constante, cualquier valor del tipo de mezcla que se salga del

rango mencionado hace que el tiempo de duracin se incremente.

El tiempo total de duracin de la combustin (etapas AB y BC) depende

adems de los factores indicados de la velocidad del motor. Para velocidades

mayores el tiempo de duracin del tiempo total de la combustin se incrementa a la

vez que disminuye el campo de variacin del tipo de mezcla. Tambin incide en este

tiempo la abertura de las vlvulas de escape.

Fig.1.13. Tiempo total de combustin.

Para obtener una ptima eficiencia en los motores de gasolina, la mxima presin

debe alcanzar entre 5 - 20 despus del punto muerto superior, y esta mxima

presin coincide ms o menos con la terminacin del segundo proceso de

combustin (BC).



29

Si se ha fijado el tiempo de encendido, con el propsito de obtener la mxima

potencia, y sabiendo que este tiempo vara con el tipo de mezcla y la velocidad del

motor, entonces habr que adelantar el encendido, con el fin de mantener el punto

que corresponde a la mxima eficiencia.

A medida que el tiempo de encendido se adelanta, la presin y la temperatura

al momento de saltar la chispa disminuyen, pero al mismo tiempo se libera ms

calor antes del PMS. El efecto combinado de las condiciones de compresin y el

calor liberado hasta cierto punto permite un incremento de la presin mxima, a

partir del cual, cualquier incremento en el adelanto del encendido hace que la

presin mxima disminuya.

Observando la combustin en un cilindro, la llama se propaga desde el centro

de la buja. La velocidad a la que la flama se propaga es la velocidad de combustin.

Esta generalmente es de 15 a 25 m/s.

Fig. 1.14. La combustin en el cilindro



30

1.10.1.2. Combustin anormal.

La combustin anormal se da en los motores de gasolina, cuando habiendo

iniciado la combustin con el salto de la chispa, no progresa de forma regular,

puesto que el gas situado al extremo de los electrodos de la buja, recibe calor por la

compresin de este, y adems por la expansin de los gases quemados, y tambin

existe el efecto de transferencia de calor por radiacin del frente de llama que

avanza quemando la mezcla aire / combustible, incrementando la temperatura del

gas extremo, situacin que permite un encendido espontneo de la mezcla

(autoencendido) que se sita adelante del frente de llama. Este encendido

espontneo es caracterizado por el golpeteo, fenmeno que se le conoce con el

nombre de detonacin.

Experimentalmente se ha demostrado, que la detonacin depende de los

siguientes factores:

1. Composicin del combustible.

2. Relacin de compresin.

3. Temperatura de admisin.

4. Tipo de mezcla.

5. Tiempo de encendido.

6. Velocidad del motor.

7. Posicin del estrangulador.

8. Temperatura del agua de enfriamiento.

1. Composicin del combustible: Combustibles, cuyas curvas de encendido son

similares a las parafinas de trminos superiores muestran una gran tendencia a

la detonacin, mientras que los que tienen curvas de encendido similares a la del

metano la tendencia es menor.



31

2. Relacin de compresin: A medida que la relacin de compresin se

incrementa en los motores de gasolina, la presin y la temperatura de los gases

en la cmara de combustin aumenta, incrementndose la tendencia a la

detonacin.

3. Temperatura de admisin: Al elevarse la temperatura de admisin, tambin se

eleva la temperatura de la mezcla en el cilindro, incrementndose la temperatura

del gas extremo, situacin que favorece a que exista golpeteo.

4. Tipo de mezcla: Este parmetro controla la temperatura y presin de

combustin, influyendo directamente en la temperatura del gas extremo,

favorecindose la tendencia al fenmeno de la detonacin, esta tendencia se ve

disminuida con un adelanto excesivo del encendido puesto que la presin

mxima disminuye.

5. Velocidad del motor: Mientras ms baja es la velocidad del motor, la tendencia

a la detonacin es mayor, ya que existe el tiempo suficiente para que el gas

extremo sufra un incremento de temperatura como para que la detonacin se

produzca.

6. Posicin del estrangulador: A travs de este elemento se controla la presin de

admisin y el tipo de mezcla. Cuando se abre el estrangulamiento la presin de

admisin se incrementa y por lo tanto la temperatura del gas extremo.

7. Temperatura del agua de enfriamiento: Al aumentar la temperatura del agua

de enfriamiento, se eleva la temperatura de todo el ciclo, situacin que es

propensa a la detonacin.

1.10.1.3. Combustin incontrolada



32

En la combustin incontrolada se debe distinguir tres fenmenos:

1. Pre-encendido.

2. Auto encendido por compresin.

3. Auto encendido retrasado

1. Pre-encendido: Este fenmeno obedece a la forma ms severa de combustin

incontrolada. El encendido tiene lugar antes de que la mezcla sea encendida por

la buja, debido a que existen puntos calientes que bien pueden estar localizados

en la misma buja.

El pre-encendido es un fenmeno comparable a un adelanto en el encendido,

pudiendo ser la superficie de puntos calientes mucho mayor que la chispa

causada entre los electrodos de una buja bajo condiciones normales de

encendido, en cuyo caso la tasa de combustin es ms grande que en una

normal. Este hecho causa elevadas presiones y temperaturas en el interior del

cilindro, originando un trabajo negativo de compresin e incrementando las

prdidas de calor a travs de las paredes.

El pre-encendido sumado al fenmeno de detonacin pueden ser

catastrficos, ya que por si causa una prdida de potencia y eventualmente fallas

mecnicas.

2. Autoencendido por compresin: Este fenmeno se manifiesta cuando ha sido

interrumpida la corriente elctrica a las bujas, y en esta circunstancia el motor

sigue funcionando. Este fenmeno puede ser debido a la existencia de puntos

calientes en el interior de la cmara, sin embargo la causa mayor para la

existencia de autoencendido por compresin es el encendido espontneo de la



33

mezcla aire / combustible, ya que la temperatura de encendido del combustible

depende de la presin (Fig.1.15).

Los factores fsicos que influyen en el autoencendido por compresin son:

1. Temperatura de admisin de la mezcla alta.

2. Enfriamiento pobre de la cmara de combustin.

3. Traslape de las vlvulas prolongado.

4. Alta relacin de compresin.

Fig.1.15. Curvas tpicas de presin temperatura de encendido

3. Autoencendido retrasado: Este tipo de encendido esta asociado a los

depsitos de la combustin que pueden estar localizados en cualquier parte

dentro del cilindro, y que debido a un repentino incremento de potencia, hace

que estos depsitos se vuelven incandescentes y encienden la mezcla de aire /

combustible. En trminos generales se puede decir que este tipo de

autoencendido retrasado cae dentro del campo del pre-encendido.



34

1.11. DISEO DE LA CAMARA DE COMBUSTION

La cmara de combustin debe disearse para que la mezcla aire /

combustible se queme eficientemente. Para convertir la mezcla a un estado gaseoso

completo, esta es diseada para que se forme una turbulencia en las carreras de

admisin y compresin. Una turbulencia hace que la mezcla se queme

rpidamente, causando por tanto una mayor presin de combustin, y la energa se

genere rpida y eficientemente.

Fig. 1.16. Cmara de combustin

1.11.1. CAMARA TIPO BAERA



35

El diseo de baera es simple, por consiguiente, la fabricacin y maquinado

son fciles. Se puede obtener mayor capacidad de elevacin de la vlvula

(movimiento de la carrera ascendente y descendente). Sin embargo, la eficiencia de

admisin y escape es baja debido a las grandes curvaturas de los puertos de

admisin y escape. Por consiguiente, no se debe esperar un alto grado de potencia

con el uso de este tipo.

1.11.2. CAMARA TIPO CUA

Las curvaturas de los puertos de admisin y escape se pueden disponer en

ngulos flexibles, con lo que se facilita la admisin del flujo suavemente de la

mezcla aire / combustible y el flujo de salida del gas de escape.

Como el espacio de la cmara de combustin se centra alrededor de la buja,

la combustin se completa inmediatamente.

Debido a su estructura simple y excelente funcionamiento, este tipo se usa

ampliamente.

1.11.3. CAMARA SEMIESFERICA

Se pueden usar vlvulas grandes, y el flujo de admisin y los gases de

escape pueden ser de flujo cruzado (los puertos de escape y admisin estn

dispuestos en los lados opuestos), consecuentemente, la eficiencia de escape y

admisin es alta.

Las condiciones para la combustin son muy buenas por que la buja se

encuentra cerca del vrtice de la cmara. Este tipo es casi ideal.



36

1.11.4. CMARA TIPO VISERA

Este tipo se usa principalmente para motores con cuatro vlvulas por cilindro.

Las vlvulas de escape y admisin tienen forma de visera. La buja se encuentra en

el centro de la cmara, y la combustin es alta.

Fig. 1.17. Formas de la cmara de combustin

1.12. MEZCLAS RICAS Y POBRES EN LA COMBUSTION DE LA

GASOLINA

La expresin mezcla rica indica que hay ms gasolina en la cmara de

combustin de la que se necesita. Cuando se quema una mezcla rica, algunas de

las molculas del hidrocarburo no cambian. Debido a que no hay suficiente oxgeno

en el proceso de combustin, algunas de las molculas del hidrocarburo reaccionan

con menos oxgeno y producen monxido de carbono (CO).

Una mezcla rica generalmente producir ms potencia en un motor que una

mezcla pobre, y permite un arranque ms fcil y la marcha en vaco, lo que puede

presentarse fcilmente en motores equipados con carburador, durante la

desaceleracin.



37

Se tiene una mezcla pobre cuando hay menos gasolina de la que se necesita

par consumir en su totalidad el oxgeno y la gasolina durante la combustin. Las

mezclas pobres mejoran el kilometraje y pueden presentarse durante los viajes

tursticos o de crucero. Debe buscarse que la mezcla pobre ocurra durante la

marcha sin motor o en desaceleracin. Esto se maneja ahora en los sistemas de

inyeccin electrnica de combustible.

1.12.1. ARRANQUE

Cuando el motor arranca y est fro, la gasolina no cambia con facilidad del

estado lquido al de vapor. Pero slo se quema si est vaporizado. Para asegurar

que haya suficiente vapor de gasolina en la cmara de combustin, se entrega una

mezcla extra rica. Esto se hace con la inyeccin de combustible, manteniendo los

inyectores abiertos por ms tiempo. En un motor carburado, el ahogador se cierra.

Si hay ms gasolina, sale ms vapor de cada gota de gasolina lquida. de

ese modo, se vaporiza suficiente gasolina para que se produzca la combustin. El

inconveniente es que una mezcla ms rica permite ala expulsin de mucho

combustible por el tubo de escape del motor, como hidrocarburos no quemados.

1.12.2. MARCHA EN VACIO

Cuando el motor trabaja muy despacio, en vaco, produce slo la suficiente

potencia para seguir funcionando. La placa del obturador (mariposa de aceleracin)

en el carburador, o el cuerpo del obturador, est casi cerrada. Entra muy poco aire al

motor. La presin de compresin es ms baja y las molculas del aire en el interior

de la cmara de combustin se mueven lentamente y estn separadas. Se

necesitan ms molculas de combustible para asegurar que el frente de llama se

propague o extienda completamente por toda la cmara. Durante la marcha en

vaco se necesita una mezcla ms rica con ms molculas de combustible.



38

1.12.3. DESACELERACION

Cuando el motor es detenido por la potencia de las ruedas del vehculo,

durante la desaceleracin, el vaco en el mltiple se eleva mucho. Los pistones son

vigorosamente jalados hacia abajo cuando el momento del vehculo se transmite al

tren de transmisin. Debido a que el conductor quiere marchar por inercia o

disminuir la velocidad, el obturador se cierra. Eso crea un alto vaco en el mltiple.

Cualquier combustible que est cubriendo el interior del mltiple de admisin se

evapora rpidamente a baja presin y entra al motor.

Con un sistema de inyeccin de combustible, los inyectores pueden cerrarse

completamente durante la desaceleracin y slo entra aire para evitar que ocurra la

combustin. Cuando la velocidad del motor baja, casi a marcha en vaco, los

inyectores se activan de nuevo con la computadora y la mezcla aire / combustible

vuelve ha ser normal. Los ingenieros que disean los sistemas de inyeccin de

combustible pueden decidir que simplemente se empobrezca la mezcla durante la

desaceleracin. En ese caso los inyectores de combustible se abren por muy corto

tiempo.

1.12.4. POTENCIA Y ACELERACION

El conductor da la seal al motor para que produzca ms potencia, abriendo

la mariposa. El modo como un motor desarrolla ms potencia es combinando ms

combustible y aire en la reaccin qumica que produce calor. Debe ocurrir una

combustin con ms aire y combustible para producir ms calor. Ese calor produce,

en el interior del cilindro, la presin que impulsa al pistn hacia abajo en la carrera

de potencia.



39

Cuanto de ms aire se disponga en el cilindro durante la compresin, ms

posibilidad habr de producir calor en la combustin. Para estar seguro de que se

usa todo el aire para producir potencia, se aade combustible extra en el sistema de

entrega durante la aceleracin o alta demanda de potencia. Las molculas de

combustible extra aseguran que todas las molculas de oxgeno encuentren

molculas de combustible para combinarse qumicamente y producir la mxima

energa calorfica.

1.12.5. CRUCERO

Est expresin significa que se viaja a la velocidad ms eficiente. El

conductor quiere desplazarse a una velocidad en que el kilometraje sea bueno. El

buen kilometraje requiere funcionar con una mezcla estequiomtrica o muy

ligeramente pobre: con menos combustible del que se requiere para una combustin

perfecta.

La velocidad crucero no requiere que la mquina produzca mucha potencia.

La mayor parte de los autos actuales requieren de 8 a 14 caballos de fuerza para

mantener una velocidad de 80 km/h. en un camino nivelado y sin viento.

El sistema para adicionar combustible mide la entrada del flujo de aire y

agrega precisamente lo suficiente, o ligeramente menos, del combustible que se

necesita para que combine perfectamente con todo el oxgeno en la cmara de

combustin.

La mezcla que se agrega es estequiomtrica o ligeramente pobre.

1.12.6. CONDICIONES DE MEZCLAS AIRE / COMBUSTIBLE



40

El motor en condiciones normales de funcionamiento, puede trabajar tanto en

condiciones en las cuales las mezclas aire / combustible son ricas o pobres,

respondiendo siempre a un estado propio de funcionamiento.

A continuacin se presentan algunos ejemplos de aplicacin y algunas fallas

provocadas por diferentes condiciones de mezcla:

1.12.6.1. Exceso de aire o deficiencia de gasolina: mezcla pobre (Para valores

mayores de 14,7:1, 16:1, 17:1, )

Consecuencias Estados de trabajo

Alta emisin de gases

Prdida de potencia

Mayores desgastes

Recalentamiento

Autoencendido

Menor velocidad del frente de llama

En velocidades intermedias

Cuando se desacelera o se frena

Cuando se trata de bajar el consumo

1.12.6.2. Deficiencia de aire o exceso de gasolina: mezcla rica (Para valores

menores de 14,7:1, 14:1, 13:1, )

Consecuencias Estados de trabajo

Alto consumo de gasolina

Bajo rendimiento

Mayor velocidad del frente de llama

Autoencendido

Alta emisin de gases

Para arrancar el motor despus que se ha enfriado

Para arrancar el motor en caliente

Al acelerar

Al necesitar del motor la mxima potencia



41

Fig. 1.18. Potencia vs. Relacin aire / combustible

Fig. 1.19. Consumo vs. Relacin aire / combustible

1.12.7. EL FACTOR LAMBDA ( )



42

Fig. 1.20. Factor Lambda ( )

Otra forma tcnica de conocer cuando la mezcla aire / combustible puede ser

pobre o rica, es tomando como referencia el factor ( ), que se define como:

Volumen de aire aspirado real

Volumen de aire teorico

Cuando = 1: El volumen de aire aspirado real es igual a la necesidad terica de ese

momento.

Cuando < 1: Existe dficit de aire en la cmara de combustin, esto es existen

condiciones de mezcla rica, por ejemplo = 0,89.

Cuando > 1: Hay exceso de aire en la cmara de combustin, esto es existen

condiciones de mezcla pobre, por ejemplo = 1,20.



43

1.13. EMISIONES DE ESCAPE Y SUS CAUSAS

Emisin de escape es la expresin que describe los gases de la combustin y

las partculas que se dejan escapar por el tubo de escape del automvil. Algunos de

estos gases son aceptables a nuestro medio ambiente.

Fig.1.21. Anlisis de gases de escape.

Otros gases y partculas causan dao, tanto a las personas como al

ambiente.



44

Cuando las personas que trabajan en la industria automotriz hablan de

emisiones, se refieren a los gases y partculas de la combustin indeseables.

Las razones ms importantes por las que algunos de los productos de la

combustin se consideran indeseables, son porque causan dao a las personas,

causan el esmog o lluvia cida.

1.13.1. HIDROCARBUROS QUE NO SE QUEMAN

La gasolina es un hidrocarburo. Cuando la mezcla aire / combustible que est

en el interior del motor se comprime, enciende y ocurre la combustin, una parte de

la gasolina no reacciona en el proceso de combustin. Esas molculas de

hidrocarburos salen por el tubo de escape con el resto de los productos de la

combustin.

Los hidrocarburos que no se queman causan problemas de respiracin a la

gente si se respiran concentrados o en cantidades ms pequeas, en forma

continua y por largos perodos. Los hidrocarburos que no se queman tambin se

combinan, en ciertas condiciones, con las molculas que hay en el aire, y producen

el esmog fotoqumico.

Las emisiones de hidrocarburos provenientes de un motor que no se queman,

se pueden disminuir si no se permite que entren mezclas ricas al motor, por largo

tiempo. El rpido calentamiento del motor ayuda tambin a que la gasolina se

evapore y se queme completamente. El convertidor cataltico del automvil puede

oxidar las molculas de hidrocarburo produciendo agua y dixido de carbono.

1.13.2. MONOXIDO DE CARBONO

El monxido de carbono es otro subproducto no deseado de la combustin de

hidrocarburos. Es un gas mortal que la gente absorbe por el torrente sanguneo y



45

que evita que la sangre, a su vez, absorba oxgeno. Si se aspira suficiente monxido

de carbono, la sangre lo absorbe y el individuo muere. Permanecer unos cuantos

minutos en el interior de un edificio carente de ventilacin con el motor del automvil

funcionando, puede causar la muerte. El primer sntoma es el aturdimiento. Las

concentraciones bajas de monxido de carbono en el torrente sanguneo pueden

causar dolor de cabeza.

El monxido de carbono se forma durante la combustin de hidrocarburos

cuando no hay suficiente oxgeno para formar dixido de carbono.

Fig.1.22. Factor Lambda vs. Gases de escape

Un modo de evitar o disminuir la emisin de monxido de carbono de un

automvil es proporcionar ms aire para la combustin. Si hay mucho oxgeno

durante la combustin, las molculas de carbono se combinan con dos de oxgeno y

no producen monxido de carbono. El convertidor cataltico tambin puede

ocasionar que un poco del CO producido se oxide ms y forme el CO2.



46

Es importante que tenga la relacin correcta de aire / combustible para disminuir las

cantidades de emisiones no deseadas.

Fig.1.23. Estados del motor segn el factor Lambda

1.13.3. OXIDOS DE NITROGENO

Bajo ciertas condiciones de combustin, parte del nitrgeno que hay en el aire

se combina qumicamente con una parte del oxgeno del aire. Esto da como resultado

la produccin de varios xidos de nitrgeno. Todos los xidos de nitrgeno se

agrupan bajo el smbolo NOx. La x sustituye a las diferentes combinaciones de

oxgeno con nitrgeno que puedan ocurrir.

Los xidos de nitrgeno se combinan con el agua y forman cido en el aire.

Cuando llueve a travs de este aire, la lluvia tiene un contenido cido en vez de ser

neutro. La lluvia cida daa las plantas y mata los peces y lo que stos pueden

comer en lagos, ros y corrientes.



47

El nitrgeno no es un elemento qumico activo. Necesita mucha energa para

combinarse con otras molculas. Cuando la temperatura de la combustin en el motor

del automvil es muy elevada, pueden formarse compuestos de xido de nitrgeno.

Las altas temperaturas de la combustin son el problema que crea los xidos de

nitrgeno.

Las temperaturas de combustin se bajan, en los motores ms recientes,

diluyendo la mezcla de aire / combustible con el gas de escape de la combustin

anterior. Esto se llama recirculacin del gas de escape. Debido a que hay menos

aire y combustible en la mezcla comprimida al momento de la combustin, se logran

temperaturas ms bajas de combustin y se forman menos xidos de nitrgeno. Los

automviles ms recientes tambin utilizan convertidores catalticos de tres vas.

La primera parte de estos convertidores se usa para reducir los xidos de nitrgeno

transformndolos en nitrgeno y oxgeno. Se disminuyen as las emisiones nocivas.

1.13.4. OTROS PRODUCTOS DE LA COMBUSTION

De lo que hasta aqu se ha explicado, ya se sabe que la combustin de los

hidrocarburos produce dixido de carbono. Cuando se inhala aire hay una forma

lenta de oxidacin en nuestros cuerpos. Tambin nosotros producimos dixido de

carbono cuando exhalamos. El dixido de carbono lo usan las plantas para absorber

el carbono del aire. Las plantas devuelven el oxgeno al aire y retienen el carbono. El

dixido de carbono es til en nuestro sistema ecolgico, sin embargo, demasiado

dixido de carbono en la atmsfera puede ocasionar el efecto invernadero.

Otros productos de la combustin de hidrocarburos se estudian menos. El

mundo cientfico no est seguro de todos los beneficios o problemas que pueden

ocurrir con los productos de la combustin. Entre otros productos de la combustin

se pueden mencionar los siguientes:

1. Amoniaco.



48

2. Sulfuro de hidrgeno.

3. Aminas Orgnicas.

4. Aldehidos.

5. Acetonas.

1.14. COMBUSTIBLES PARA MOTORES

Los combustibles para motores de combustin interna son materias cuya

energa qumica puede transformarse en calor y a continuacin en trabajo mecnico

en el motor. Pueden clasificarse en slidos, lquidos y gaseosos. Los slidos no

tienen aplicacin prctica en el campo de la automocin, solamente si se los

transforma a gaseosos.

Los combustibles gaseosos pueden ser naturales, o bien obtenidos de la

gasificacin de slidos. Para su utilizacin deben ser encerrados en depsitos de

gran peso y volumen, siendo ste uno de los graves inconvenientes que presentan

para su utilizacin, junto con su bajo poder calorfico, lo que limita su empleo casi

exclusivamente a vehculos destinados a circulacin urbana, como los taxis. Estos

combustibles gaseosos pueden ser gases lquidos y gases permanentes. Los

primeros son una mezcla de hidrocarburos como el propano y el butano. Los

segundos no son empleados en automocin, ya que para ser almacenados

requieren de grandes presiones.

Los combustibles lquidos son los actualmente empleados casi

exclusivamente en los motores de combustin interna, y entre stos, la inmensa

mayora son derivados del petrleo, aunque tambin se utilizan en algunos casos el

benzol y los alcoholes.

Se pueden distinguir dos grandes categoras dentro de los combustibles

lquidos derivados del petrleo: los carburantes y los aceites pesados, que se



49

diferencian entre s especialmente por su volatilidad. Los carburantes son

empleados en motores de encendido por chispa y entre ellos se destaca la gasolina.

Los aceites pesados o petrleos se utilizan en los motores Diesel y entre ellos se

destaca el diesel y bnker, el benzol y los alcoholes se pueden incluir en el grupo

de los carburantes.

1.14.1. COMBUSTIBLES DERIVADOS DEL PETROLEO

En los motores de combustin interna, los combustibles universalmente

empleados son la gasolina y el diesel, los mismos que se obtienen de la destilacin

del petrleo.

El petrleo crudo es una mezcla de un gran nmero de hidrocarburos, es

decir, compuestos de hidrgeno y carbono, con impurezas de azufre, nitrgeno y

oxgeno en pequea proporcin. Procede de la putrefaccin de vegetales sometidos

a gran presin y elevada temperatura en el interior de la corteza terrestre.

El petrleo natural no puede ser empleado como combustible directo, ya que

contiene hidrocarburos de difcil combustin y productos incombustibles.

Generalmente esta compuesto por un 85% de carbono, 12% de hidrgeno, 1% de

azufre, 1% de nitrgeno y 1% de oxgeno, aunque est composicin vara segn el

pozo del que se extrae, diferencindose unos de otros por el nmero y disposicin

de los tomos en la formacin de las molculas, ya que dado el carcter especfico

de los tomos de carbono, pueden unirse entre s por simple, doble y triple enlace,

de los que resultan las diferentes familias de hidrocarburos, entre las que cabe

destacar.

a) Serie parafnica: en la que los tomos de carbono se unen por enlaces

simples, formando una cadena simple. Pertenecen a esta serie los

hidrocarburos llamados parafinas, entre los que se pueden citar el hexano,



50

heptano y octano. Cuando la estructura molecular es ramificada, los

hidrocarburos de esta serie se denominan isoparafinas, como el isoctano.

b) Serie naftnica: donde la estructura molecular es de cadena cerrada o

cclica. Pertenecen a ella el cicloexano, cicloheptano, etc.

c) Serie aromtica: cuya estructura molecular es de cadena cerrada no

saturada. Pertenecen a ella hidrocarburos como el benceno.

De lo expuesto se puede deducir que el petrleo bruto no es una mezcla de

hidrocarburos perfectamente definida, sino que contiene hidrocarburos de las tres

series citadas.

La gasolina y el diesel son productos obtenidos de la destilacin del petrleo

bruto, los mismos que contienen hidrocarburos de todas las series. En las gasolinas

predominan fundamentalmente el hexano, heptano, isoctano y pentano.

1.14.2. OTROS TIPOS DE COMBUSTIBLES

Independientemente de los combustibles obtenidos de la destilacin del

petrleo crudo, existen tambin otros cuyo origen es distinto y que pueden

obtenerse por muy diversos procedimientos. Se pueden citar los siguientes:

a) Gasolina sinttica: Componen esta variedad de gasolina ciertos

hidrocarburos obtenidos por la combinacin directa del carbono y el

hidrgeno. El procedimiento consiste en la hidrogenacin del carbn fsil,

el lignito o el alquitrn.

b) Benzol: Se obtiene del alquitrn o carbn fsil, el cual se calienta fuera

del contacto con el aire, con lo que se produce la rotura de sus grandes

molculas, ricas en carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno y azufre.



51

c) Etanol: Es el alcohol etlico tcnicamente puro, que se obtiene

fundamentalmente de sustancias amilceas como la patata y los cereales.

Se produce mediante fermentacin y posterior destilacin. Presenta una

elevada resistencia al picado.

d) Metanol: Es el alcohol metlico tcnicamente puro, que se obtiene

frecuentemente mediante procesos de catlisis a altas presiones,

partiendo del xido de carbono y el hidrgeno. Este combustible es

particularmente pobre en caloras y se utiliza preferentemente mezclado

con el etanol en proporciones de dos a una.

e) Gases lquidos: Son mezclas de gases como el butano, metano,

propano, etc., que se obtienen de gases naturales, o en procesos de

cracking o hidrogenacin y los constituyen hidrocarburos parafnicos y

bencnicos. El ms utilizado en la actualidad es el denominado GLP (gas

licuado de petrleo).

1.14.3. PROPIEDADES DE LOS CARBURANTES

Los combustibles empleados en los motores de combustin interna deben

cumplir una determinada exigencias para su utilizacin. Especialmente los

carburantes utilizados en los motores de encendido por chispa, requieren de ciertas

caractersticas entre las que se pueden citar:

Volatilidad

Es una de las propiedades ms importantes de un carburante, y consiste en

la facilidad que ste posee de difundirse en el aire, es decir, de evaporarse. La

volatilidad se determina incrementando la temperatura del lquido hasta lograr la

evaporacin. Un lquido que se evapora a temperatura relativamente baja, posee

una gran volatilidad.



52

Para facilitar el arranque del motor es conveniente que la volatilidad del

combustible sea alta, proporcionndose de esta forma la vaporizacin y

homogeneizacin de la mezcla aire / combustible, sobre todo en las bajas

temperaturas, en las cuales, la distribucin del combustible en los diferentes

cilindros se ve favorecida, lo que da como resultado una mejor aceleracin del

motor. No siendo conveniente tampoco, que la temperatura de ebullicin sea

demasiado baja, ya que la gasolina tiende a formar bolsas de vapor en el carburador

y en los conductos de aspiracin, lo que puede interrumpir el flujo.

Calor de vaporizacin

Se define como la cantidad de calor necesaria para transformar una cierta

cantidad de lquido en vapor, a temperatura y presin invariable. A causa de la

vaporizacin del carburante en el carburador, se produce un descenso de la

temperatura de la mezcla aire / combustible, que puede estar alrededor de 20C

para la gasolina. Este descenso de temperatura puede producir una congelacin si

la humedad relativa del aire de la mezcla supera el 70% y la temperatura del mismo

est comprendida entre 0 y 10C. Un elevado calor de vaporizacin dificulta el

arranque y la marcha en fro del motor, mientras que en caliente favorece un eficaz

rendimiento volumtrico.

Peso especfico

Se utiliza para designar los diferentes tipos de combustible o componentes de

stos, permitiendo calcular los datos de volumen y peso. Actualmente se tiende a

fijar los lmites inferior y superior del peso especfico, con el fin de no tener que

efectuar modificaciones de los rganos que regulan la alimentacin del motor, los

cuales estn relacionados con el volumen del combustible y no con su peso.



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Un bajo peso especfico aumenta el consumo de combustible. Los lmites

superiores de los combustibles empleados en los motores de automviles son

respectivamente 0,77 y 0,89 Kg/dm3 para la gasolina y el diesel.

Poder calorfico

Es el valor del contenido de energa del combustible, el cual vara con

relacin a las cantidades de hidrgeno y carbono. Tambin puede definirse como la

cantidad de calor liberada cuando el combustible se ha quemado totalmente. Cuanto

mayor es la cantidad de hidrgeno, tanto ms elevado resulta el poder calorfico. A

mayor poder calorfico corresponde menor consumo de combustible. El poder

calorfico de la gasolina y diesel empleados en los automviles suele estar

comprendido entre 10 500 y 11 000 Kcal/Kg.

Consumo de aire

Es la cantidad de aire que se necesita para la combustin completa de un

carburante. En la gasolina, la relacin estequiomtrica aire / combustible es

aproximadamente 15:1, es decir, para una combustin completa de 1Kg de

carburante son necesarios 15Kg de aire.

Los motores de gasolina alcanzan su mayor potencia con un 0 a 10% de

escasez de aire (mezcla rica) y su mayor rendimiento trmico y menor consumo de

combustible con un 10% de exceso de aire (mezcla pobre). Los motores Diesel

trabajan a la mxima potencia con exceso de aire del 10 al 15%.

Fluidez y punto de congelacin

La fluidez de los combustibles se valora segn el poder de filtracin o punto

de vertido, el cual representa la temperatura ms baja, bajo prueba, a la cual el



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combustible puede fluir por su propio peso. Esta cualidad es un factor importante,

dado que es necesario que el combustible fluya libremente a la temperatura ms

baja posible.

En el diesel se tiene muy en cuenta esta propiedad, por cuanto a bajas

temperaturas y por segregacin de parafina (parafinado), aumenta la resistencia

opuesta por los filtros de combustible, de tal modo, que se hace difcil el suministro,

por lo cual se recomienda que a partir de 15 C se aade una cierta cantidad de

petrleo para mejorar la fluidez.

Se llama punto de enturbamiento a la cual la cera del combustible diesel se

cristaliza y, al volverse slida, va al combustible un aspecto turbio, que recibe el

nombre de parafinado.

La resistencia al fro de la gasolina se caracteriza por el punto de

cristalizacin, o sea, la temperatura a la que precipitan por primera vez los cristales.

En los combustibles usuales, este punto es tan bajo que no presentan dificultades

en invierno. Generalmente se establece por debajo de los 20 C.

Pureza y residuos de la combustin

Los combustibles deben estar libres de impurezas que dificulten el

funcionamiento del motor. Con este propsito se limita el contenido de azufre, la

acidez y el porcentaje de substancias resinosas. Las sustancias resinosas, tienden a

formar depsitos en los conductos de aspiracin, segmentos y otras partes del

motor, que dificultan su funcionamiento.

En el diesel especialmente es necesario limitar al mximo las sustancias

incrustantes y abrasivas, como residuos carbonosos y cenizas, que pueden causar

graves daos en la bomba de inyeccin.



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1.14.4. PODER ANTIDETONANTE DEL CARBURANTE

Cuando un motor de encendido por chispa funciona en condiciones extremas

como son: cargas elevadas, adelanto al encendido, temperaturas ambiente altas,

etc., puede originarse el fenmeno de la detonacin.

La combustin normal de la mezcla aire / combustible se realiza con la

formacin de un frente de llama, que se propaga por capas desde la buja, en todas

las direcciones, producindose una cantidad de calor que hace aumentar la presin

a que se somete a la mezcla no inflamada todava y puede hacerla explosionar en

los casos extremos, lo que se conoce con el nombre de detonacin y se traduce en

una violenta vibracin de las paredes de la cmara de combustin, decidindose en

este caso que el motor pica.

El picado es, por tanto, la consecuencia de una conduccin anormal, que se

produce tanto ms fcilmente, cuanto mayor es la relacin de compresin y

depende fundamentalmente de las caractersticas antidetonantes del combustible.

Cuando un combustible puede soportar elevadas compresiones sin detonar,

se dice que est dotado de un elevado poder antidetonante. La calidad de un

carburante depende fundamentalmente de esta caracterstica, cuya medida viene

dada por el llamado nmero de octano (NO).

Se puede afirmar que cuanto ms elevado sea el NO de un combustible,

tanto mayor es su capacidad de resistir a la detonacin y mayor puede ser la

relacin de compresin utilizada en el motor, sin embargo, es de hacer notar que

cada unidad de aumento en el NO, produce un efecto antidetonante mayor cuando

dicho ndice es ms alto.



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La gasolina de NO inferior a 90 es la llamada EXTRA, desde un NO = 90 se

denomina SUPER anotando de que existe gasolinas con valores mayores de 100

para NO.

1.15. LUBRICACION

Las superficies metlicas, por muy pulimentadas que estn, no son

completamente lisas y si se observan a travs de un microscopio, podrn apreciarse

sus rugosidades, como se ha representado en la Fig. 1.24.

Si estas piezas se frotan una contra otra, sometindolas adems a una fuerte

presin, se producir un gran desgaste de las mismas debido al rozamiento y una

elevacin de la temperatura con la que las molculas de ambas piezas tienden a

soldarse, dando origen al fenmeno llamado comnmente agarrotamiento o

gripado. Es fcil imaginar cmo tropiezan los salientes de ambas piezas en su

movimiento.

La lubricacin en el motor tiene por objeto impedir el agarrotamiento y

disminuir el trabajo perdido en rozamiento. Interponiendo entre las dos piezas

metlicas una pelcula de lubricante, las molculas del aceite se adhieren a ambas

superficies, llenado los intersticios de las irregularidades, con lo cual, en el

movimiento de ambas piezas, stas arrastran consigo el aceite adherido a ellas, con

lo que el rozamiento entre las piezas metlicas es sustituido por un roce de

deslizamiento interno del fluido, que es muy inferior y produce menos calor.



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Fig. 1.24. La Lubricacin

Si la pelcula de lubricante interpuesta se renueva continuamente, el calor

producido por el rozamiento es evacuado con ella.

Es evidente que la pelcula de aceite interpuesta entre las superficies en

frotamiento debe ser suficiente fluida en fro, como para no engendrar un par

resistente elevado en los momentos de arranque en fro del motor, mantenindose

por otro lado suficientemente viscosa cuando el motor ha alcanzado su temperatura

normal de funcionamiento, de manera que realice correctamente las funciones de

estanqueidad entre la zona de combustin y el crter motor, rellenando los espacios

libres entre pistn y camisa (rugosidad de superficie).

Cuando dos superficies se mantienen totalmente separadas por la pelcula de

aceite, no existe contacto metlico alguno y el desgaste es mnimo. La resistencia al

movimiento entre las superficies es solamente la originada por la viscosidad del

aceite, lo que ocasiona un coeficiente de rozamiento muy pequeo (entre 0.002 y

0.001) y una capacidad portante elevada (aproximadamente 1 200 Kg/cm2).

Disminuyendo la velocidad relativa entre dos superficies o aumentando la

carga, queda reducido el espesor de la pelcula de aceite, con lo que puede ocurrir

que algunas de las regularidades de las superficies metlicas se pongan en

contacto, por lo que aumenta el coeficiente de rozamiento y disminuye la capacidad

portante.

El coeficiente de rozamiento est comprendido entre 0.01 y 0.1 y la capacidad

portante disminuye hasta 20 Kg/cm2



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Las superficies no lubricadas tienen coeficientes de rozamiento muy

superiores a estos y capacidades portantes inferiores.

Los cojinetes de biela y bancada son, en general, los que presentan mayores

problemas de lubricacin en los motores.

Es evidente, pues, que las condiciones de lubricacin del motor durante el

arranque son poco favorables, por cuya causa no es conveniente que la carga a que

se le somete en esas condiciones sea acusada. En estos instantes es cuando se

producen los mximos desgastes.

En el rozamiento del pistn contra la pared del cilindro, los tanques, vstagos

de vlvula, etc., la lubricacin es del tipo lmite y est confiada a la calidad del

aceite, ya que aqu no se genera presin en la pelcula.

De ah la importancia que tiene el acabado logrado en estas superficies.

1.15.1. OBJETIVOS DE LA LUBRICACION

La lubricacin debe cumplir los siguientes objetivos:

a) Lubricar las partes mviles con el fin de atenuar el desgaste, impidiendo

el contacto directo de las superficies metlicas, con lo que se disminuye

el trabajo perdido en rozamiento.

b) Refrigerar las partes lubricantes evacuando el calor de estas zonas.

c) Aumentar la estanqueidad en los acoplamientos mecnicos. Con la

pelcula de aceite interpuesta entre pistn y cilindro mejora notablemente

el sellado entre ambos.

d) Amortiguar y absorber los choques en los cojinetes.

e) Eliminar calor generado.

f) Proteccin de los metales contra: corrosin y oxidacin



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g) Lavado y arrastre de contaminantes.

h) Transmisin de potencia.

1.15.2. FACTORES ESENCIALES QUE AFECTAN A LA

LUBRICACION

Influyen grandemente en la lubricacin, adems de las caractersticas del

lubricante, los siguientes factores:

a) Grado de pulimento de las superficies en contacto.

b) Naturaleza y dureza de los materiales que constituyen las superficies de

contacto.

c) Huelgo existente en el acoplamiento.

1. La viscosidad del aceite. A mayor viscosidad ms rpidamente se formar la

pelcula.

2. la velocidad de rotacin. A mayor velocidad ms fcilmente se formar la

pelcula.

3. Carga sobre el cojinete. A mayor carga a soportar ms fcil ser que la

pelcula se rompa.

4. Grado de acabado superficial. Cuando las superficies estn finamente acabadas, la

pelcula puede ser ms delgada o lo contrario.

5. Los dimetros y holguras de cojinetes. Son todos ellos factores importantes.

6. Alimentacin de lubricante. Debe ser continua y abundante.

1.15.3. CARACTERISTICAS DE LOS LUBRICANTES

Dado que la pelcula de lubricante va a estar sometida en el funcionamiento

del motor a elevadas temperaturas y presiones, se comprende que la calidad del

mismo ha de ser tal que no se queme ni rompa la pelcula, lo que se consigue

utilizando aceites minerales. Estos aceites se extraen del petrleo bruto,



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destilndole a ms de 360 C y estn constituidos por una mezcla de hidrocarburos.

Para su utilizacin en los motores, deben ser refinados, operacin sta que

consiste en eliminar las sustancias asflticas y cidas. Durante la operacin se le

aaden aditivos que mejoran sus propiedades. La clasificacin que distingue a los

diferentes tipos de lubricantes, viene impuesta en base a las siguientes

caractersticas:

Viscosidad

Es la caracterstica principal de un aceite y representa la resistencia que el

lquido opone a fluir.

Las capas de la pelcula de aceite se adhieren a las superficies metlicas,

producindose un frotamiento entre las distintas subcapas. La viscosidad del aceite

es lo que determina la mayor o menor dificultad con que se producen estos

movimientos internos de la pelcula.

La viscosidad se mide calculando el tiempo que tarda en fluir una cierta

cantidad de lubricante a travs de un determinado orificio de salida,

comparativamente con lo que tarda en fluir la misma cantidad de agua a la

temperatura de 20 C. La unidad de medida es, en este caso, el grado Engler (E).

En la actualidad se utiliza preferentemente la llamada viscosidad cinemtica,

la cual se mide por medio de viscosmetros adecuados, que tienen por objeto

averiguar la relacin entre la viscosidad absoluta o dinmica (medida en Poises) y el

peso especfico (medido en gr/cm3). La viscosidad cinemtica se expresa en

unidades Stokes (St) o su submltiplo Centistokes (cSt).

Con relacin a la viscosidad de un lubricante, podemos distinguir dos

aspectos: espesor y fluidez. El espesor se relaciona con la resistencia de una



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pelcula a su penetracin por la aplicacin de fuertes cargas. As, cuando por

ejemplo se produce la combustin, el cojinete de biela es cargado bruscamente,

siendo la pelcula de aceite la que soporta la carga actuando su cuerpo como un

colchn, amortiguando el golpe de carga.

La fluidez hace referencia a la mayor o menor dificultad con la que es capaz

de circular el aceite a travs de las canalizaciones de engrase y cojinetes,

interponindose entre las superficies.

La fluidez y el espesor o cuerpo son propiedades contrapuestas y determinan

la viscosidad de un aceite.

La viscosidad de los lubricantes disminuye rpidamente al aumentar la

temperatura, con la cual se pierde cuerpo y se gana fluidez. La calidad del lubricante

es tanto mejor, cuanto menor sea su variacin trmica.

Indice de viscosidad

La viscosidad de un aceite vara cuando cambia su temperatura. Los aceites

se "espesan" cuando se enfran, y se vuelven ms "delgados" cuando se calientan.

El ndice de viscosidad (IV) es una medida de los cambios de viscosidad de un

aceite con la temperatura. Los aceites con alto IV disminuyen relativamente poco su

viscosidad al calentarse, y se espesan menos a bajas temperaturas, en

comparacin con los aceites con bajo IV.

Los IV fueron inicialmente establecidos en una escala entre 0 y 100, que ha

sido rebasada por las nuevas tecnologas de fabricacin de lubricantes,

encontrndose actualmente aceites (como los sintticos) con IV superiores a 150 y

por tanto con viscosidades muy estables. Convencionalmente, los aceites con IV

menor a 50 se los denomina de bajo nd

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