TECNICAS DE MECANICA BÁSICA

NOVIEMBRE 2009

INTRODUCCIÓN

Los antepasados del hombre, iniciaron el desarrollo de la mecánica. Las primeras interrogantes planteadas por la mecánica surgió en las antiguas civilizaciones por la necesidad de disponer de máquinas, bélicas o pacíficas, que las liberaran de ciertos esfuerzos. En la última etapa del homo sapiens, hace unos 20.000 años, a las lanzas y anzuelos empleados para la caza y la pesca se añaden los arpones y, sobre todo, el arma más revolucionaria de la prehistoria: el arco y las flechas, la primera máquina inventada por el ser humano.

La mecánica como ciencia apareció en el periodo helenístico (Griegos) por medio de Arquímedes, quien describió cuantitativamente las leyes de la palanca y otras maquinas simples, las cuales con su uso dieron origen a las primeras nociones de dinámica y estática. Arquímedes estableció los fundamentos de la estática y fue el fundador de la hidrostática al enunciar su famoso principio. Además de Arquímedes a lo largo de los años también existieron varios estudiosos de la física que poco a poco sirvieron como impulso al aportar valiosos principios para el desarrollo de la mecánica.

MECANICAMecánica, es la ciencia que describe y predice condiciones de reposo omovimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas. En los estudios de Ingeniería no existe ninguna materia que juegue un papelmás importante que la mecánica. Puede decirse que los primeros estudios deésta materia constituyen los primeros trabajos de ingeniería. La Investigación ydesarrollo modernos del campo de las vibraciones, de la estabilidad, de laresistencia de estructuras y máquinas, del funcionamiento de máquinasmotrices, de la circulación de fluidos, de los aparatos y maquinarias eléctricas,y del comportamiento molecular, atómico y subatómico, dependenfundamentalmente de la Mecánica. El conocimiento completo de éstos esrequisito previo absoluto para trabajar en éstos y otros muchos campos.

La mecánica se divide en tres partes:

1. mecánica de cuerpos rígidos 2. mecánica de cuerpos deformables3. mecánica de fluidos

Sin embargo, al efectuar una división con más detalle, se tiene:

.

MECANICA

Sólidos

Fluidos

Cuerpos rígidos

Cuerpos Deformables

Estática

Dinámica

Cinemática

Cinética

Resistencia de Materiales

Fluidos Incompresible(líquidos)

Teoría de la Elasticidad

Teoría de la Plasticidad

Fluidos Compresibles(gases)

DIVISIÓN DE LA MECANICA

La mecánica de cuerpos rígidos se subdivide en estática y dinámica; la primera trata del equilibrio de los cuerpos bajo la acción de fuerzas y la segunda trata del movimiento de los cuerpos. La dinámica incluye, a su vez, la cinemática, que estudia el movimiento de los cuerpos independientemente de las fuerzas que lo originan, y la cinética, que relaciona las fuerzas con los movimientos resultantes. En ésta parte del estudio de la mecánica se supone que los cuerpos son perfectamente rígidos .Sin embargo, las estructuras y las máquinas reales nunca lo son y se deforman bajo las cargas a las que están sometidas. Esta deformaciones casi siempre son pequeñas y no afectan de manera apreciable las condiciones de equilibrio o de movimiento de la estructura en consideración.Las deformaciones son importantes cuando se tiene en cuenta la resistencia de la estructura a las fallas, y se estudian en la mecánica de materiales, que es una parte de la mecánica de los cuerpos deformables.

La tercera parte de la mecánica, la de los fluidos, se subdivide en el estudio de los fluidos incompresibles (líquidos) y de los fluidos compresible (gases).Un fluido es una sustancia incapaz de resistir fuerzas o esfuerzos de corte (cizalla) sin desplazarse, mientras que un sólido sí puede hacerlo.

La Mecánica teórica concierne principalmente al físico, mientras que la Mecánica aplicada atañe al ingeniero.

Una de las ramas fundamentales de la mecánica es la estática, que estudia el comportamiento de los cuerpos y los sistemas en equilibrio, para los que no existe movimiento neto. Aunque los principios de la estática fueron ya enunciados por los filósofos griegos antiguos, la sistematización de esta disciplina se debe, en buena parte, a los trabajos del sabio italiano Galileo Galilei (1564-1642).

Fuerzas en equilibrio En la física clásica se considera que el movimiento es una consecuencia de la acción de fuerzas mecánicas. El hecho de que un sistema esté en reposo no indica que sobre él no actúen fuerzas, sino que éstas se encuentran contrarrestadas o equilibradas por otras de su especie. Así sucede, por ejemplo, con un cuerpo apoyado sobre un plano horizontal, donde el peso está compensado por la resistencia del plano. Por su interés especial, la estática centra algunos de sus estudios más interesantes en sistemas singulares, como son el plano inclinado, las poleas simple y compuesta y la palanca.

Estática

Planos inclinados Planos inclinados Desde el punto de vista de la mecánica, se llama plano inclinado a una superficie lisa sobre la que se sitúa un cuerpo material que está levantado un cierto ángulo sobre la horizontal

Fuerzas que intervienen en un sistema de plano inclinado: el peso P (con sus componentes tangencial, P y normal, P) y el rozamiento F .

Poleas Otro sistema interesante desde el punto de vista de la estática es la polea simple, un sencillo conjunto formado por dos cuerpos materiales suspendidos de los dos extremos de una cuerda que pasa por el contorno de una rueda sostenida por un eje. Sin tener en cuenta los efectos del rozamiento, existe movimiento en el sentido del cuerpo de mayor peso, y se alcanzará la situación de reposo cuando la tensión de la cuerda iguale ambos pesos.

Esquema de una polea simple de la que penden dos masas desiguales (máquina de Atwood).

Ley de la palanca La palanca es un sistema físico muy simple formado por una barra rígida en uno de cuyos extremos se sitúa un cuerpo material pesado. Modificando el punto de apoyo de la barra en el suelo, es posible levantar con mayor o menor facilidad el cuerpo, aplicando para ello una fuerza en el extremo contrario.

Esquema de una palanca.

En situación de equilibrio, el producto de las fuerzas por los brazos (distancias respectivas desde el extremo de la barra al punto de apoyo) es constante:

Por ello, si se acerca el punto de apoyo al peso, se requerirá una fuerza menor para levantarlo. Este principio se conoce como ley de la palanca de Arquímedes.

Ingenios mecánicosLos planos inclinados, las palancas y las poleas se han usado desde la Antigüedad para mover y levantar grandes pesos. No en vano el filósofo e inventor griego Arquímedes llegó a afirmar que con una palanca adecuada sería capaz de «mover el mundo».

Leyes de la mecánicaLos trabajos sobre sistemas estáticos y en movimiento de Arquímedes y Galileo, en sus distintas épocas, sirvieron de base al inglés Isaac Newton (1642-1727) para definir las leyes básicas de la dinámica y de la gravitación universal

Mecánica Estática (o Estática)

Mecánica Estática

Mecánica Cinemática

CinemáticaLa cinemática es la rama de la mecánica clásica que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen, limitándose esencialmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo. Cinemática deriva de la palabra griega κινεω (kineo) que significa mover.En la cinemática se utiliza un sistema de coordenadas para describir las trayectorias, denominado sistema de referencia. La velocidad es el ritmo con que cambia la posición un cuerpo. La aceleración es el ritmo con que cambia su velocidad. La velocidad y la aceleración son las dos principales cantidades que describen cómo cambia su posición en función del tiempo.

Los elementos básicos de la Cinemática son: espacio, tiempo y móvil.En la Mecánica Clásica se admite la existencia de un espacio absoluto; es decir, un espacio anterior a todos los objetos materiales e independiente de la existencia de estos. Este espacio es el escenario donde ocurren todos los fenómenos físicos, y se supone que todas las leyes de la física se cumplen rigurosamente en todas las regiones de ese espacio. El espacio físico se representa en la Mecánica Clásica mediante un espacio puntual euclídeo.

La cinemática trata del estudio del movimiento de los cuerpos en general, y en particular, el caso simplificado del movimiento de un punto material. Para sistemas de muchas partículas, tales como los fluidos, las leyes de movimiento se estudian en la mecánica de fluidosEl movimiento trazado por una partícula lo mide un observador respecto a un sistema de referencia. Desde el punto de vista matemático, la cinemática expresa cómo varían las coordenadas de posición de la partícula (o partículas) en función del tiempo. La función que describe la trayectoria recorrida por el cuerpo (o partícula) depende de la velocidad (la rapidez con la que cambia de posición un móvil) y de la aceleración (variación de la velocidad respecto del tiempo).El movimiento de una partícula (o cuerpo rígido) se puede describir según los valores de velocidad y aceleración, que son magnitudes vectoriales.

Análogamente, la Mecánica Clásica admite la existencia de un tiempo absoluto que transcurre del mismo modo en todas las regiones del Universo y que es independiente de la existencia de los objetos materiales y de la ocurrencia de los fenómenos físicos.El móvil más simple que podemos considerar es el punto material o partícula

Cinemática

Al considerar el movimiento de traslación de un cuerpo extenso, en el caso de ser rígido, conociendo como se mueve una de las partículas, se deduce como se mueven las demás. Así basta describir el movimiento de una partícula puntual tal como el centro de masa del cuerpo para especificar el movimiento de todo el cuerpo. En la descripción del movimiento de rotación hay que considerar el eje de rotación respecto del cual rota el cuerpo y la distribución de partículas respecto al eje de giro. El estudio del movimiento de rotación de un sólido rígido suele incluirse en la temática de la mecánica del sólido rígido por ser más complicado.

Cuando un cuerpo posee varios movimientos simultáneamente, tal como uno de traslación y otro de rotación, se puede estudiar cada uno por separado en el sistema de referencia que sea apropiado para cada uno, y luego, superponer los movimientos.

Cinemática

El movimiento parabólico se puede analizar como la composición de dos movimientos rectilíneos distintos: uno horizontal (según el eje x) de velocidad constante y otro vertical (según eje y) uniformemente acelerado, con la aceleración gravitatoria; la composición de ambos da como resultado una trayectoria parabólica.Claramente, la componente horizontal de la velocidad permanece invariable, pero la componente vertical y el ángulo θ cambian en el transcurso del movimiento.En la figura se observa que el vector velocidad inicial      forma un ángulo inicial      respecto al eje x; y, como se dijo, para el análisis se descompone en los dos tipos de movimiento mencionados

Esquema de la trayectoria del movimiento balístico.

ecuación de la trayectoria en el plano xy:                                                                                      

Cinemática

El movimiento circular es el que se basa en un eje de giro y radio constante: la trayectoria será una circunferencia. Si, además, la velocidad de giro es constante, se produce el movimiento circular uniforme, que es un caso particular de movimiento circular, con radio fijo y velocidad angular constante.

En el movimiento circular hay que tener en cuenta algunos conceptos específicos para este tipo de movimiento:Eje de giro: es la línea alrededor de la cual se realiza la rotación, este eje puede permanecer fijo o variar con el tiempo, pero para cada instante de tiempo, es el eje de la rotación. Arco (geometría): partiendo de un eje de giro, es el ángulo o arco de radio unitario con el que se mide el desplazamiento angular. Su unidad es el radián. Velocidad angular: es la variación de desplazamiento angular por unidad de tiempo Aceleración angular: es la variación de la velocidad angular por unidad de tiempo

Cinemática

Velocidad angular y velocidad tangencialVelocidad angular: llamaremos velocidad angular a la variación del arco respecto al tiempo, la señalaremos con la letra    , y definiéndose como:

                   

La velocidad tangencial de la partícula que es la velocidad real del objeto que efectúa el movimiento circular, puede calcularse a partir de la velocidad angular. Si llamamos vt a la velocidad tangencial, a lo largo de la circunferencia de radio R, tenemos que:

Aceleración angular. Se define como la variación de la velocidad angular por unidad de tiempo y la representaremos con la letra:     y se calcula:                    Si llamamos at a la aceleración tangencial, a lo largo de la circunferencia de radio R, tenemos que:

                     

Cinemática

Período y frecuencia:

El período indica el tiempo( segundo, minuto, etc.) que tarda un móvil en dar una vuelta a la circunferencia que recorre. Su fórmula principal es:                    

La frecuencia es la inversa del periodo, es decir, las vueltas que da un móvil por unidad de tiempo, usualmente segundos. Se mide en hercios o s − 1

                                

Cinemática

En dinámica del movimiento giratorio se tienen en cuenta además:

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Aceleración y fuerza centrípetas La aceleración centrípeta o aceleración normal afecta a un móvil siempre que éste realiza un movimiento circular, ya sea uniforme o acelerado. La fórmula para hallarla es:                                                    

La aceleración centrípeta es una magnitud relacionada con el cambio de dirección de la velocidad de una partícula en movimiento cuando recorre una trayectoria curvilínea.Cuando una partícula se mueve en una trayectoria curvilínea, aunque se mueva con rapidez constante (por ejemplo el MCU), su velocidad cambia de dirección ya que es un vector tangente a la trayectoria, y en las curvas dicha tangente no es constante.La fuerza centrípeta es la fuerza que produce en la partícula la aceleración centrípeta. Dada la masa del móvil, y basándose en la segunda ley de Newton (F=ma) se puede calcular la fuerza centrípeta a la que está sometido el móvil mediante la siguiente fórmula:                                                                   

Para una masa puntual y un eje arbitrario, el momento de inercia es:                       

donde m es la masa del punto, y r es la distancia al eje de rotación.

¿Cuál de estos giros resulta más difícil?El momento de inercia de un cuerpo indica su resistencia a adquirir una aceleración angular.

Una bailarina tendrá más momento de inercia si extiende los brazos, girando más rápido si los contrae.

El momento de inercia o inercia rotacional es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo. Más concretamente el momento de inercia es una magnitud escalar que refleja la distribución de masas de un cuerpo o un sistema de partículas en rotación, respecto al eje de giro. El momento de inercia sólo depende de la geometría del cuerpo y de la posición del eje de giro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento.Este concepto desempeña en el movimiento de rotación un papel análogo al de masa inercial en el caso del movimiento rectilíneo y uniforme. La masa es la resistencia que presenta un cuerpo a ser acelerado en traslación y el Momento de Inercia es la resistencia que presenta un cuerpo a ser acelerado en rotación

Momento de inercia: es una cualidad de los cuerpos que resulta de multiplicar una porción de masa por la distancia que la separa al eje de giro.

En mecánica newtoniana, se denomina momento de una fuerza (respecto a un punto dado) a una magnitud vectorial obtenida como producto vectorial de la fuerza por el vector de posición del punto de aplicación de la fuerza con respecto al punto al cual se toma momento. También se le denomina momento dinámico o sencillamente momento.

El momento de una fuerza      aplicada en un punto P con respecto de un punto O viene dado el producto vectorial del vector          por el vector fuerza; esto es,

                                                            Donde    es el vector que va desde O a P.Por la propia definición del producto vectorial, el momento        es un vector perpendicular al plano determinado por los vectores      y   .

El momento de fuerza conduce a los concepto de par, par de fuerzas, par motor, etc.

Momento de fuerza: o par motor es la fuerza aplicada por la distancia al eje de giro.

Interpretación del Momento de Fuerza:

El momento de una fuerza con respecto a un punto da a conocer en qué medida existe capacidad en una fuerza o desequilibrio de fuerzas para causar la rotación del cuerpo con respecto a un eje que pase por dicho punto.El momento tiende a provocar un giro en el cuerpo sobre el cual se aplica y es una magnitud característica en elementos que trabajan sometidos a torsión (como los ejes de maquinaria) o a flexión (como las vigas).

El par motor es el momento que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia.La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión, viniendo dada por:donde:•      es la potencia (en W) •       es el par motor (en N·m) •     es la velocidad angular (en rad/s) Un ejemplo práctico para comprender la diferencia entre par y potencia lo podemos

observar en los pedales de una bicicleta. El motor sería la persona que pedalea y el par motor sería el proporcionado por el par de fuerzas que se ejerce sobre los pedales. Si por ejemplo, la persona conduce su bicicleta a una determinada velocidad fija, digamos 15 km/h, en un piñón grande, dando 30 giros o pedaladas por minuto, estaría generando una potencia determinada; si cambia a un piñón pequeño, y reduce a 15 pedaladas por minuto, estaría generando la misma potencia, pero el doble de par; pues deberá ejercer el doble de fuerza en la pedalada para mantener la velocidad de 15 km/h.

R2/R1=W1/ W2=30/15=2M1/M2=W2/W1= 1/2 M2=2M1

= R2

= R1

El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión. Se expresa en kilos x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un un brazo de 1 metro el torque o par será de 1 kilo x metro (1 kilográmetro).En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsión es limitada. Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico es máximo y por lo tanto se dispone de mayor temperatura para expandir los gases.

El par motor viene determinado en los motores de combustión por el aporte de combustible, la mayor presión del acelerador o la mayor cantidad de leña en la caldera de una máquina de vapor. En los motores eléctricos, si se mantiene constante la tensión, cuando la resistencia al giro aumenta, el par deberá aumentar para mantener las revoluciones, mediante el aumento de la corriente consumida.

Par de AprietePar de fuerza con el que se debe apretar un tornillo o una tuerca. Se expresa en varias unidades y para aplicarlo se usan llaves dinamometricas o pistolas atornilladoras que pueden regular el par máximo de apriete.El par de apriete crea la tensión en el tornillo que provoca la sujeción de las piezas. Esta tensión depende de la métrica del tornillo y de su dureza, por lo que el par de apriete también depende de esos factores. Otras variables que también influyen sobre el par son: material de las arandelas, lubricantes y otros que facilitan el deslizamiento de la tuerca, de modo que el mismo par de apriete genera tensiones diferentes en el tornillo.Par de apriete húmedo y par de apriete seco. El par de apriete húmedo está asociado con un lubricante dado (típicamente grasa). Debe ser determinado empíricamente (haciendo pruebas de tensión sobre el tornillo). Bajo ningún motivo debe cambiarse el lubricante, puesto que se modificaría el coeficiente de fricción alterando el esfuerzo axial en el tornillo.El par aplicado en los tornillos con lubricante está determinado por las características del material y la dureza de los tornillos y la rosca involucrados. Típicamente los par de aprietes húmedos o lubricados son mucho menores que los de apriete seco.Aplicación del par: El par de apriete se debe aplicar con una llave de par, girando la tuerca hasta que la llave "salta", esto es, deja de trabajar. En ningún caso se debe hacer de forma intermitente, "a golpes", debido a la diferencia entre los rozamientos estático y dinámico. Por el mismo motivo, para comprobar el par de una tuerca ya apretada, se debe marcar su posición, con un lápiz, por ejemplo, y aflojar dicha tuerca, para volver a apretarla con la llave de par. Las marcas de lápiz deberán coincidir.

Llave dinamométrica digital

Llave dinamométrica de salto

El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión. Para que la torsión exista se requieren 2 fuerzas (par), que se ejercen en sentido opuesto.

El valor del par depende del radio de acción de la fuerza (brazo). La mayor o menor torsión que genera una fuerza depende de la distancia al punto de pivote. A mayor brazo mayor par.

La dinámica es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación a las causas que provocan los cambios de (estado físico) y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación.El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se desarrollaran los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, dejándose para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no-mecánicos.

Dinámica

A través de los conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración es posible describir los movimientos de un cuerpo u objeto sin considerar cómo han sido producidos, disciplina que se conoce con el nombre de cinemática. Por el contrario, la dinámica es la parte de la mecánica que se ocupa del estudio del movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de las fuerzas.El cálculo dinámico de problemas sencillos se usan las ecuaciones de la mecánica newtoniana directamente auxiliados de las leyes de conservación. La ecuación esencial de la dinámica es la segunda ley de Newton (o ley de Newton-Euler) F=m*a donde F es la resultante de las fuerzas aplicadas, el m la masa y la a la aceleración.

Leyes de Newton

Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones... La validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.

Primera ley de Newton o ley de la inerciaTodo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza neta sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.Consecuentemente, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.

Segunda ley de Newton o ley de Fuerzas.La segunda ley propuesta por Newton se conoce como principio fundamental de la dinámica. En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante de proporcionalidad distinta para cada cuerpo es su masa de inercia, pues las fuerzas ejercidas sobre un cuerpo sirven para vencer su inercia, con lo que masa e inercia se identifican. Es por esta razón por la que la masa se define como una medida de la inercia del cuerpo.

Si se tratase de un objeto que cayese hacia la tierra con un resistencia del aire igual a cero, la fuerza sería su peso, que provocaría una aceleración descendente igual a la de la gravedad.

El concepto de cantidad de movimiento surgió en el contexto de la mecánica newtoniana en estrecha relación con el concepto de velocidad y el de masa. En mecánica newtoniana se define la cantidad de movimiento lineal como el producto de la masa por la velocidad:

El término impulso fue acuñado por Isaac Newton en su segunda ley, donde la llamó vi motrici refiriéndose a una especie de fuerza del movimiento.

La idea intuitiva tras esta definición está en que la "cantidad de movimiento" dependía tanto de la masa como de la velocidad: si se imagina una mosca y un camión, ambos moviéndose a 40 km/h, la experiencia cotidiana dice que la mosca es fácil de detener con la mano mientras que el camión no, aunque los dos vayan a la misma velocidad. Esta intuición llevó a definir una magnitud que fuera proporcional tanto a la masa del objeto móvil como a su velocidad.

Ejemplos de Mecánica Dinámica Cinética

El juego del billarEl principio de conservación de la cantidad de movimiento se observa en numerosos fenómenos cotidianos. Un problema clásico resuelto por este principio es el del juego de billar: al

impulsar con el taco una bola, ésta adquiere una velocidad que transmite parcialmente a otra al golpearla. En esta colisión, llamada elástica considerando que no existe disipación de

energía, se conserva el momento lineal.

Diagramas de Cuerpo Libre

Un diagrama de cuerpo libre o diagrama de cuerpo aislado debe mostrar todas las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo. Es fundamental que el diagrama de cuerpo libre esté correcto antes de aplicar la Segunda ley de Newton,   Fext = maEn estos diagramas, se escoge un objeto o cuerpo y se aísla, reemplazando las cuerdas, superficies u otros elementos por fuerzas representadas por flechas que indican sus respectivas direcciones. Por supuesto, también debe representarse la fuerza de gravedad y las fuerzas de fricción. Si intervienen varios cuerpos, se hace un diagrama de cada uno de ellos, por separado.

Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción. Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas.La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.

La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actúa sobre cuerpos distintos.

En los movimientos rectilíneos, la componente normal o centrípeta es nula, mientras que tiene un valor significativo en los desplazamientos curvilíneos. En los movimientos circulares, si la fuerza centrípeta no existiera, el móvil tendería a seguir con un movimiento rectilíneo. Es la fuerza centrípeta la que hace «caer» al móvil al centro de la trayectoria.

Fuerza tangencial y centrípeta La aplicación práctica de la segunda ley de Newton se simplifica notablemente si se dividen las fuerzas en dos componentes: Una colineal con la velocidad de desplazamiento, que se denomina fuerza tangencial. Una perpendicular al desplazamiento llamada fuerza centrípeta.

Componentes tangencial y centrípeta de una fuerza.

En la figura, se muestra un bloque arrastrado por una fuerza F horizontal. Sobre el bloque actúan el peso mg, la fuerza normal N que es igual al peso, y la fuerza de rozamiento Fk entre el bloque y el plano sobre el cual desliza. Si el bloque desliza con velocidad constante la fuerza aplicada F será igual a la fuerza de rozamiento Fk.

(Cinética)Mecánica Dinámica

Trabajo MecánicoEl concepto de trabajo mecánico aparece estrechamente vinculado al de fuerza. De este modo, para que exista trabajo debe aplicarse una fuerza mecánica a lo largo de una cierta trayectoria. En términos físicos, el trabajo W se define como el producto escalar de la fuerza aplicada por la distancia recorrida.

Matemáticamente lo expresamos en la forma:                                   

donde a es el ángulo que forman la dirección de la fuerza y el desplazamiento. Así pues, el trabajo es una magnitud escalar, que alcanza su valor máximo cuando la fuerza se aplica en la dirección y el sentido del movimiento.De la definición anterior se deduce que las fuerzas aplicadas perpendicularmente a la dirección del movimiento producen un trabajo nulo.

Mecánica Dinámica

El trabajo se mide en términos numéricos, multiplicando la fuerza ejercida por la distancia recorrida. Es decir, si movemos un cuerpo con la fuerza de un kilógramo para que recorra 1 metro, estamos efectuando un trabajo de 1 kg x metro. A mayor fuerza ejercida mayor trabajo efectuado.

Concepto de EnergíaLa realización de trabajo puede verse también como un consumo de energía. No obstante, la noción de energía es más amplia que la de trabajo. Aunque, genéricamente, se define energía como la capacidad de un cuerpo para realizar trabajo, también comprende el calor, o transferencia de energía de un sistema material a otro, como una de sus manifestaciones más comunes. Por tanto, el trabajo y el calor son dos manifestaciones posibles de la energía.

Un muelle estirado y un cuerpo sostenido sobre una superficie pueden realizar trabajo, al comprimirse o caer al suelo. Ambos son ejemplos de sistemas provistos de energía susceptible de convertirse en trabajo.

Mecánica Dinámica

Relación entre Trabajo y Energía

El trabajo es una manifestación de la energía. Ahora bien, por su definición, el trabajo es una magnitud escalar que atendiendo a la disposición de la fuerza y el desplazamiento puede ser positiva, negativa o nula: •Cuando el trabajo es positivo, se dice que la fuerza inductora ha aportado energía. Así sucede cuando se comprime un muelle o se levanta un peso. •Si el trabajo es negativo, la fuerza ha absorbido energía (por ejemplo, al soltar un muelle o dejar caer un objeto). •Si el trabajo es nulo, no existen variaciones en el balance energético del sistema.

Ejemplo de trabajo nulo, donde el cuerpo se desliza por una superficie horizontal que es perpendicular al peso (en el ejemplo, esta fuerza ni absorbe ni aporta energía).

Mecánica Dinámica

Unidades de trabajoEn el Sistema Internacional, el trabajo mecánico se mide en julios, donde 1 julio (J) = 1 newton (N) x 1 metro (m). Por la equivalencia entre trabajo y energía, esta última magnitud se expresa también en Julios (SI).

Equivalente mecánico del calorEl científico inglés James Prescott Joule (1818- 1889) descubrió la equivalencia que existe entre calor y trabajo, en un concepto según el cual el trabajo necesario para producir una caloría es igual a 4,18 julios.

La energía es una magnitud física que se muestra en múltiples manifestaciones. Definida como la capacidad de realizar trabajo y relacionada con el calor (transferencia de energía), se percibe fundamentalmente en forma de energía cinética, asociada al movimiento, y potencial, que depende sólo de la posición o el estado del sistema involucrado.

Energía cinética y energía potencial

Mecánica Dinámica

 O también como la capacidad que tienen los cuerpos para poder realizar cambios en sí mismos o en otros cuerpos.

Otras unidades empleadas: Caloría (cal = 4,18 J) ; kW h = 3.600.000 J 

Energía cinética El trabajo realizado por fuerzas que ejercen su acción sobre un cuerpo o sistema en movimiento se expresa como la variación de una cantidad llamada energía cinética, cuya fórmula viene dada por:

El producto de la masa m de una partícula por el cuadrado de la velocidad v se denomina también fuerza viva, por lo que la expresión anterior se conoce como teorema de la energía cinética o de las Fuerzas Vivas.

Energía potencial gravitatoriaTodo cuerpo sometido a la acción de un campo gravitatorio posee una energía potencial gravitatoria, que depende sólo de la posición del cuerpo y que puede transformarse fácilmente en energía cinética. Un ejemplo clásico de energía potencial gravitatoria es un cuerpo situado a una cierta altura h sobre la superficie terrestre. El valor de la energía potencial gravitatoria vendría entonces dado por:

siendo m la masa del cuerpo y g la aceleración de la gravedad. Si se deja caer el cuerpo, adquiere velocidad y, con ello, energía cinética, al tiempo que va perdiendo altura y su energía potencial gravitatoria disminuye.

Mecánica Dinámica

Energía potencial elástica

Otra forma común de energía potencial es la que posee un muelle cuando se comprime. Esta energía potencial elástica tiene un valor igual a:

donde x es la posición del extremo del muelle y k una constante de proporcionalidad. Al soltar el muelle, se libera energía potencial elástica, al tiempo que el extremo del muelle adquiere velocidad (y, también, energía cinética).

Al comprimir un muelle, se realiza un trabajo que se acumula como una energía potencial elástica.

Mecánica Dinámica

Energía mecánica

En los procesos físicos, la energía suele almacenarse en los cuerpos en forma combinada de tipo cinético y potencial. Esta suma de energías se denomina energía mecánica, y se escribe genéricamente como:

Fuerzas que intervienen en un cuerpo lanzado hacia arriba: una genera movimiento (energía cinética) y la otra, el peso, va acumulando energía potencial gravitatoria hasta el punto más elevado de la trayectoria

Mecánica Dinámica

Conservación de la energía mecánica

Uno de los principios básicos de la física sostiene que la energía no se crea ni se destruye, sino que sólo se transforma de unos estados a otros. Este principio se extiende también a la energía mecánica. Así, en un sistema aislado, la suma de energías cinética y potencial entre dos instantes de tiempo se mantiene constante.

De este modo, la energía cinética se transforma en potencial, y a la inversa, pero la suma de ambas siempre se conserva (cuando el sistema está aislado y no se aplican fuerzas disipativas ).

Fuerzas Conservativas Cuando sólo actúan este tipo de fuerzas, la energía mecánica se conserva, o sea, NO varía. Ejemplos de fuerzas conservativas: la gravitatoria, la elástica. Fuerzas Disipativas Transforman la energía mecánica en calor. Ejemplo: la fuerza de rozamiento. Definiciones: Una fuerza es conservativa si el trabajo efectuado por ella sobre una partícula que se mueve en cualquier viaje de ida y vuelta es 0. Una fuerza es no conservativa (o disipativa) si el trabajo efectuado por ella sobre una partícula que se mueve en cualquier viaje de ida y vuelta es distinto de 0.

Mecánica Dinámica

Potencia mecánica

La energía transferida (o el trabajo realizado) por unidad de tiempo bajo la acción de una fuerza se denomina potencia mecánica, y se expresa como:

Si se considera la definición de trabajo, se tiene que:

La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio (símbolo W), equivalente a un julio dividido por un segundo (1 W = 1 J / 1 s).

POTENCIA : La potencia es trabajo mecánico que incorpora en su valor el parámetro tiempo. Es decir, la potencia se expresa con un número que cuantifica el trabajo efectuado durante un lapso de tiempo. Mientras más rápido se realiza el trabajo la potencia que se desarrolla es mayor.

Mecánica Dinámica

Potencia de los electrodomésticosLos electrodomésticos proporcionan diversas cantidades de energía por unidad de tiempo, según su finalidad. Algunos ejemplos de potencias son los siguientes: televisor, 200 W; secador de pelo, 500 W; horno eléctrico, 2.000 W.

La medida original de potencia se expresa en caballos de fuerza o PS (Pferdestärke), y proviene del sistema métrico alemán. El valor de 1 PS equivale a levantar 75 kg a 1 metro de altura en 1 seg, (75 kg x metro/segundo). Su equivalencia en el sistema de medida inglés es el HP (Horsepower). El valor de un PS se diferencia levemente del HP: 1 PS = 0.9858 HP.1 HP es igual a levantar 1 libra a 550 pies de altura en 1 segundo. La capacidad de ejercer torque y potencia en un motor es limitada. Depende de la fuerza de expansión que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico (% de llenado de los cilindros) es máximo.

La potencia en términos generales, expresa la capacidad para ejecutar un trabajo en el menor tiempo posible. Una fuente de energía que puede mover 1 kg de peso por una distancia de 1 metro en un sólo segundo es más 'potente' que otra capaz de desplazar el mismo peso en 2 segundos.

Las definiciones de trabajo dadas en los apartados anteriores no se corresponden con el significado que corrientemente se le da tal palabra, y ello puede dar lugar a confusiones. Así, para que se realice trabajo, desde el punto de vista de la Mecánica, es necesario que el punto de aplicación de una fuerza experimente un desplazamiento; es decir, contrariamente al sentir popular, el trabajo tal como lo hemos definido no está asociado de forma clara e intuitiva con la fatiga física o mental que podemos experimentar al realizar un esfuerzo o al resolver un intrincado problema.

Trabajo netoCuando sobre un sistema actúan varias fuerzas conjugadas, cada una de ellas contribuye independientemente a la realización de un trabajo. A efectos teóricos, se considera que sólo actúa sobre el cuerpo la fuerza resultante de todas las aplicadas, que efectuaría un trabajo neto susceptible de absorber o de aportar energía en sus múltiples manifestaciones.

Comentarios adicionales al Trabajo y Energía

No todas las fuerzas presentes en la naturaleza son capaces de realizar trabajo útil. Existen algunas, llamadas disipativas, como la de rozamiento o fricción, que se opone al movimiento y se invierte en calentar las superficies de contacto (no puede recuperarse, por tanto, en forma de energía cinética).

La Fuerza de Rozamiento

Mecánica Dinámica

Transformación de trabajo en calor por la acción de una fuerza disipativa (el rozamiento).

Mecánica Dinámica

Mecánica Cinemática Dinámica, y Cinética

La siguiente analogía puede ser útil. Una roca que descansa en un terreno plano no gana ni pierde energía potencial. La energía usada para empujar la roca hasta la cima de una colina se transforma en energía potencial, almacenada en la roca cuando reposa en la cima de la colina. Esta energía potencial se convierte en energía cinética (o energía de movimiento) cuando la roca rueda cuesta abajo. Parte de la energía se pierde en forma de energía térmica, producida por la fricción entre la roca y la colina.

Transformación de Energía. Calor y Trabajo:La cantidad de energía de un cierto tipo que posee un cuerpo puede variar (aumentar o disminuir). Puede transformarse en otro tipo de energía del mismo cuerpo, o en energía de otros cuerpos con los que interacciona. Lo más común es que ocurran ambas cosas a la vez.

Energía Eléctrica: Energía debida a interacciones entre cargas eléctricas.

Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos —cuando se les coloca en contacto por medio de un conductor eléctrico—para obtener trabajo. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.

Energía Lumínica (O Radiante): Energía asociada a la radiación electromagnética (luz, ondas de radio...)Es una de las manifestaciones más importantes de la energía. Las comunicaciones son un ejemplo de intercambiar información mediante esa energía, la luz, es la que más usas, dentro de la luz están la infrarrojas que te calientan. En fin, el espectro va desde los pocos herts de frecuencia (lo que mueve la bocina de tu estéreo) hasta miles de billones de herts en los rayos gamma. El espectro electromagnético es muy amplio, el mismo fenómeno puedes oirlo ayudado con una bocina, lo usas para oir radio o hablar por teléfono, para calentarte, para iluminarte, para sacarte radiografías o para morir envenenado por radiaciones perniciosas.

En los sistemas térmicos la energía luminosa se convierte directamente en energía calorífica. No es necesaria la utilización de montaje muy complicados para conseguir esta transformación. Es muy conocida la experiencia de quemar papel con la ayuda de una lupa, que tiene como misión concentrar los rayos solares en un punto determinado ( foco de la lupa ). Esta concentración de rayos y, por tanto, de energía produce un rápido aumento de la temperatura del papel, provocando su combustión.

Energía Nuclear: Energía asociada a la interacción entre las partículas componentes del núcleo de los átomos.

1.Núcleo del reactor. 2. Barras de control 3. Cambiador de calor (generador de vapor). 4. Presionador.5. Vasija. 6. Turbina. 7. Alternador.8. Bomba. 9. Condensador. 10. Agua de refrigeración. 11. Transformador.12. Recinto de contención de hormigón armado.13. Contención primaria de acero.

Es un dispositivo mecánico que a través de un rotor (conjuntos de tres aspas) convierte la energía cinética del viento en energía mecánica, esta energía mecánica se convierte a energía eléctrica mediante un generador eléctrico acoplado al rotor de la turbina de viento.

Ejemplos: Ventilador: Se trasforma energía eléctrica de los electrones (disminuye) en energía cinética de las palas del ventilador y del aire (aumenta)Frenada: Se transforma energía cinética del vehículo (disminuye) en energía interna (aumenta) de las ruedas y del medio ( carretera, mecanismo).Caída libre sin rozamiento: Se transforma energía potencial gravitatoria (disminuye) del cuerpo que cae en energía cinética del mismo cuerpo.

Transferencia de Energía: Cuando interaccionan dos cuerpos, intercambian energía (uno cede energía al otro). Eso se conoce como TRANSFERENCIA de energía. Dependiendo de cómo se produzca dicha transferencia, dicho intercambio, hablaremos de TRABAJO o de CALOR.TRABAJO: Transferencia de energía entre dos cuerpos realizada mediante un desplazamiento. Se mide en Julios (J). Se produce al aplicar un cuerpo una fuerza sobre otro. Dichas fuerzas realizarán trabajo positivo, negativo o nulo según vayan a favor, en contra o perpendiculares al desplazamiento, respectivamente. Esto se resume en la expresión W = F d cos (ángulo).Calor : Transferencia de energía debida a la diferencia de temperatura entre dos cuerpos. El cuerpo de mayor temperatura cede energía al cuerpo de menor temperatura. Esta cesión puede realizarse por conducción, convección o radiación.

Conservación y Degradación de la Energía:Cuando estudiamos un cuerpo aislado, vemos que su energía total puede aumentar o disminuir. Pero si estudiamos a la vez todos los cuerpos que han interaccionado con él (el exterior), vemos que, si el cuerpo ha ganado energía, el exterior ha perdido una cantidad idéntica; y viceversa, una pérdida de energía por parte del cuerpo significa una ganancia igual por parte del exterior.De hecho, si consiguiéramos aislar completamente el sistema material que estamos estudiando (estará aislado si no interacciona con nada del exterior), observaríamos que la cantidad total de energía permanece constante. Eso sí, puede que haya habido una transformación de unos tipos de energía en otros, pero la cantidad total permanece igual. A esto se le conoce como PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.

La energía interna de un sistema se refiere a la energía cinética aleatoria de traslación, rotación o vibración que puedan poseer sus átomos o moléculas, además de la energía potencial de interacción entre estas partículas.Cuando se permite que fluya calor a un sistema como resultado de una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores, ocurrirá un aumento equivalente en la energía interna siempre que no se permita al sistema realizar trabajo mecánico sobre sus alrededores. En general, esto no sucede así, y se tiene que: El aumento en la energía interna del sistema más la cantidad del trabajo externo efectuado por el mismo, equivale al calor absorbido por el sistema.Esta observación constituye el Primer principio de la termodinámica, que en general expresa la conservación de la energía y se puede expresar matemáticamente como:

                      donde :

ΔQ es la energía térmica absorbida por el sistema ΔU es el cambio en sus energía interna W es el trabajo efectuado por el sistema.

Evidentemente, en un proceso en que se extrae calor del sistema, ΔQ debe ser negativo, al igual que ΔU en el caso en que la energía interna disminuya o ΔW cuando se hace trabajo sobre el sistema en vez de ser efectuado por el mismo.

Energía Interna: Energía asociada a un cuerpo debido a su temperatura y a su estructura atómico-molecular.

Esta transferencia de energía térmica ( calor) modificará la energía interna del sistema

MECANICA

Sólidos

Fluidos

Cuerpos rígidos

Cuerpos Deformables

Estática

Dinámica

Cinemática

Cinética

Resistencia de Materiales

Fluidos Incompresible(líquidos)

Teoría de la Elasticidad

Teoría de la Plasticidad

Fluidos Compresibles(gases)

DIVISIÓN DE LA MECANICA

Mecánica de sólidos deformables

La mecánica de los sólidos deformables estudia el comportamiento de los cuerpos sólidos deformables ante diferentes tipos de situaciones como la aplicación de cargas o efectos térmicos. Estos comportamientos, más complejos que el de los sólidos rígidos, se estudian en mecánica de sólidos deformables introduciendo los conceptos de deformación y de tensión.

Una aplicación típica de la mecánica de sólidos deformables es determinar a partir de una cierta geometría original de sólido y unas fuerzas aplicadas sobre el mismo, si el cuerpo cumple ciertos requisitos de resistencia y rigidez. Para resolver ese problema, en general es necesario determinar el campo de tensiones y el campo de deformaciones del sólido. Los cuerpos absolutamente rígidos, indeformables, no existen en la realidad. Las deformaciones de los cuerpos, debida a la acción de cargas, en realidad son pequeñas y en general pueden ser detectadas solamente con instrumentosespeciales. Las deformaciones pequeñas no influyen sensiblemente sobre las leyes del equilibrio y del movimiento del sólido, por lo que la Mecánica Teórica prescinde de ellas. Sin embargo, sin el estudio de estas deformaciones seria imposible resolver un problema de gran importancia practica como es el de determinar las condiciones para las cuales puede tener lugar la falla de una pieza, o aquellas en lasque la misma puede servir sin tal peligro.

La Resistencia de Materiales es la disciplina que estudia las solicitaciones internas y las deformaciones que se producen en el cuerpo sometido a cargas exteriores. La diferencia entre la Mecánica Teórica y la Resistencia de Materiales radica en que para ésta lo esencial son las propiedades de los cuerpos deformables, mientras que en general, no tienen importancia para la primera. La Resistencia de Materiales puede considerarse como Mecánica de Los Sólidos Deformables.

La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo.

Tipos de sólidos deformables Comportamiento elástico La característica más importante del comportamiento elástico es que es reversible: si se suprimen las fuerzas que provocan la deformación el sólido vuelve al estado inicial de antes de aplicación de las cargas. Dentro del comportamiento elástico hay varios subtipos:

Elástico lineal isótropo, como el de la mayoría de metales no deformados en frío bajo pequeñas deformaciones. Elástico lineal no-isótropo, la madera es material ortotrópico que es un caso particular de no-isotropía.

Comportamiento plástico: aquí existe irreversibilidad; aunque se retiren las fuerzas bajo las cuales se produjeron deformaciones elásticas, el sólido no vuelve exactamente al estado termodinámico y de deformación que tenía antes de la aplicación de las mismas. A su vez los subtipos son:

Plástico puro, cuando el material "fluye" libremente a partir de un cierto valor de tensión. Plástico con endurecimiento, cuando para que el material acumule deformación plástica es necesario ir aumentando la tensión. Plástico con ablandamiento.

En la realidad ningún material resulta perfectamente elástico o perfectamente plástico. Algunos materiales como el acero, aluminio, goma e incluso la madera y el hormigón pueden ser considerados como perfectamente elásticos dentro de ciertos límites, es decir, si no están excesivamente cargados. Otros materiales como la arcilla y la masilla pueden considerarse como perfectamente plásticos.

Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo más importante es el ensayo de tracción, en donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. Un esquema de la máquina de ensayo de tracción se muestra en la Figura

Máquina de Ensayo de Tracción

Ensayo de tracción

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.

Curva Fuerza-Deformación de un Acero.

La figura muestra el gráfico obtenido en una máquina de ensayo de tracción para un acero.

Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial.

Se tiene entonces que en la zona elástica se

cumple:F = K (L - L0)

F: fuerzaK: cte del resorte

L: longitud bajo cargaL0: longitud inicial

La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura.La figura muestra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.

Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la probeta, se dividen las cargas por la sección transversal inicial Ao , obteniéndose:

resistencia a la fluencia: Fyp

A0

yp =

resistencia a la tracción: Fmáxult =A0

Unidades : Kg/mm2 o Mpa o Kpsi

Considerando una probeta cilíndrica

Ao = (             )

La figura ilustra una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias.

Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento final Lf (Figura) y el diámetro final Df , que nos dará el área final Af .

Estos parámetros se expresan como porcentaje de reducción de área %RA y porcentaje de alargamiento entre marcas % L:% RA=                                    x 100 % L =                 x 100.

Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material, que es la capacidad para fluir, es decir, la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La fragilidad se define como la negación de la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil. La Figura permite visualizar estos dos conceptos gráficamente.

El área bajo la curva fuerza - desplazamiento (F versus L) representa la energía disipada durante el ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó a resistir. A mayor energía, el material es más tenaz.

Cemento Dúctil

Ampolleta Frágil

- A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, se puede obtener la curva Esfuerzo-Deformación . El esfuerzo , que tiene unidades de fuerza partido por área, ha sido definido anteriormente, la deformación unidimensional:

En la Figura se presenta un ejemplo del gráfico Esfuerzo-Deformación de un acero.

En la zona elástica se cumple:

= .

Módulo de Elasticidad = 2,1. 106 (Kg / cm2):

En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.

Sección longitudinal de una viga en reposo y flexionada: su fibra neutra (x) está indicada con una línea segmentada.

PRB= P/2RA= P/2

L

PL/4

M=0

P/2

P/2

V=0

Como ejemplo se estudiará el caso de vigas isostáticas simplemente apoyadas,: Carga puntual

Viga simplemente apoyada con una carga puntual aplicada en el centro de la viga.En primer lugar determinaremos las reacciones:

FV = 0

Tomando momentos respecto del punto medio: MO=0

Despejando en las dos ecuaciones obtenemos RA=RB=P/2

Leyes de momentos flectores

M R x P x valida e

M R x P x l P l x x l

x A

x a

1

2

2

2 2

* *

*

n 0 x l2

para l2

El momento flector máximo se presentará en el punto medio de la viga, su valor será:

M PlMAX

4

Como se puede ver en la figura 1, se trata de una barra de una determinada longitud y sección, empotrada en forma horizontal en uno de sus extremos y sometida al esfuerzo que provoca su propio peso.En la figura 2 se describen las reacciones resultantes. En donde:-Rq es la resultante de la fuerza distribuida del peso propio de la barra.-RM, reacción de momento-Ra, reacción de de la fuerza sobre la vertical. Por último se muestra en la figura 3 el diagrama característico de momentos.

Barras de ajuste de morsa: por lo general cilíndricas, se las somete a flexión a la hora de ajustar una pieza en las mordazas.

Ménsulas: soportan flexión debido al momento que le provoca la carga que se le aplica en forma vertical.

Distribución del esfuerzo en una sección simétrica.Distribución del esfuerzo en una sección no simétrica

                     MCb  max =----------------

                 I

                      MCt  max =----------------

                 I

Con las distancias Cb y Ct los esfuerzos serian:

Esfuerzo máximo de compresión en la cara superior Esfuerzo máximo de tensión en la cara inferior

Y

X

admFN

Por lo dicho anteriormente, está claro que en s-s sólo existirán tensiones normales , éstas deben ser menores que la tensión normal admisible del material al tipo de solicitación que fuere (tracción o compresión.

Dicha tensión de trabajo se calcula de la siguiente manera:

Solicitación Axial (Tracción Y Compresión Simple)

La solicitación axial corresponde al caso en que al reducir las fuerzas que actúan a un lado de una sección cualquiera de un sólido prismático, sólo queda una resultante de reducción normal al plano de aquella. Nótese que para el caso de una barra de eje rectilíneo y sección constante, solicitada en sus extremos por fuerzas opuestas de intensidad P, la resultante de las fuerzas de un lado de la sección arbitraria s-s será siempre N = P, conviniendo que el signo de N será positivo para la tracción y negativo para la compresión.

•En la fig 1 se muestra una viga empotrada en uno de sus extremos y sometida a una carga P sobre el otro, originando una solicitación por compresión.•En la fig 2 se muestran los esfuerzos opuestos de la carga (P) y su reacción (RP).•Y en la fig 3, se muestra el diagrama característico de compresión (esfuerzos normales).

•Al laminar perfiles, los rodillos de laminación sufren esfuerzo de compresión entre el centro del mismo y los puntos de contacto con el perfil.

•En las cuerdas de acero se ve un ejemplo claro de solicitación por tracción, en casos como ascensores y montacargas, en los cuales la fuerza peso origina una tensión en el cable hacia abajo, que es equilibrada por una fuerza igual pero hacia arriba originada por el cable de acero que está unido al contrapeso, dando como resultado un esfuerzo de tracción.•También se puede observar solicitación por tracción en sogas en puentes colgantes, grúas y malacates.•Otro ejemplo práctico de compresión puede ser el vástago de una prensa hidráulica. El vástago es empujado hacia abajo por el accionamiento de la máquina y una vez que hace contacto con la pieza, el mismo aplica una fuerza en sentido de su eje sobre la pieza, al mismo tiempo aparece una fuerza reactiva sobre el vástago contraria a la que éste aplica, generando la compresión del mismo.

Teoría elemental de la cortaduraUna sección recta del prisma mecánico, decimos que está sometida a cortadura pura cuando, en dicha sección, actúan únicamente tensiones tangenciales que se reducen a una resultante contenida en el plano la misma, fuerza cortante.

V V+dV+

Indica una tendencia a la separación por deslizamiento.

V

V

xyVA

NOTA: Diferencia entre árbol y eje:Los ejes se utilizan como medio para sostener un determinado elemento de máquina, permitiéndole que gire alrededor suyoLos árboles de transmisión están destinados a transmitir momentos de rotación a distancia.

maxMI

R0 a la expresión

I0/R se le suele llamar módulo resistente a la torsión de la sección

maxMW

TorsiónElementos que se encuentran sometidos a torsiónLos elementos de maquinas, ejes, árboles que están efectuando transmisión de potencia de un motor o de una máquina motriz a la unidad impulsada.Los elementos estructurales, cuando las fuerzas exteriores que recibe la viga o el voladizo, actúan en un plano que no pasa por el eje de flexión de la misma.Generalmente estos momentos torsores son consecuencia de los momentos exteriores que se le transmiten al árbol, (en el caso de elementos de máquinas) normalmente en los lugares donde se colocan las poleas, ruedas dentadas, etc.

•Los ejes de turbinas eólicas son un buen ejemplo de solicitación por torsión. Lógicamente, el peso de las aspas adiciona una solicitación por flexión, pero si tenemos en cuenta que las mismas se construyen de PRFV con alma de poliuretano expandido, dicha solicitación puede despreciarse

•Otro caso de torsión se da en el eje de un agitador entre su extremo donde es accionado y el extremo donde se encuentran las paletas que agitan.

Esquema de la distribución de esfuerzos principales en elementos mecánicos.

Flexión Compuesta

El ejemplo se trata de una barra empotrada en uno de sus extremos y sometida a una carga paralela a su sección transversal (Pf) y a otra en dirección del eje longitudinal (Pa), las que originan flexión y solicitación axil por compresión respectivamente. La flexión también podría estar originada por el peso propio de la barra.

•Un ejemplo de este tipo de esfuerzo se puede observar en una pluma de la forma que se ve en la figura, donde al cargar con un peso determinado aparece un momento flexor en la base de la pluma junto con un esfuerzo axial de compresión (indicados con flechas).

•También existe flexión compuesta en los brazos telescópicos de grúas cuando de sus extremos se levantan grandes cargas, provocando flexión y compresión en casi la totalidad de su longitud.

Un ejemplo teórico podría ser el de una barra empotrada en un extremo, y en su otro extremo solicitada por dos resultantes: una perpendicular a su eje longitudinal (P, que genera la flexión) y un momento flector en el plano de la sección (Mt, que genera la torsión).

Flexo Torsión

Mt

P

•Un ejemplo práctico: un eje de un motor eléctrico, el cual posee en su extremo una polea que transmite una determinada potencia a un usillo. La tensión de la polea en su extremo provoca un esfuerzo flector. Y el giro de dicho motor produce el momento de torsión.

Flexión y CorteEl ejemplo que se muestra en el esquema se trata de una barra empotrada en uno de sus extremos, sometida al esfuerzo que provoca su propio peso y a una carga (P) normal a su eje longitudinal, los que originan una flexión y una solicitación por corte respectivamente.

Cuando se trata de pernos o remaches que vinculan planchuelas o chapas solicitadas axialmente, existen, según el caso, una o varias secciones donde se admite que existe corte puro. Ello en realidad no es cierto por cuanto las fuerzas axiales N no actúan en el plano de corte, como lo exige la definición de corte puro.

- Otro ejemplo práctico es el de las uñas de carga de un auto elevador, que soportan esfuerzos de corte y de flexión. Las mismas tienen forma de ele acostada, y sobre su parte mas larga soportan una fuerza distribuida ocasionada por la carga. Esto genera un momento flector y un esfuerzo de corte en su punto de unión con la parte vertical.

Se define como la carga máxima que puede soportar una pieza sin dejar de funcionar satisfactoriamente en la estructura de la maquina (es decir, que no falle estructuralmente), está limitada por la deformación elástica de la misma. Este caso puede ocurrir en piezas que tienen ciertas dimensiones relativas, llamadas frecuentemente piezas de pared delgada o piezas delgadas e incluyen columnas esbeltas; cilindros de pared delgada bajo compresión axial, presión externa uniforme radial, placas delgadas comprimidas de canto, o sometidas a corte.Una característica del pandeo es que las deformaciones y tensiones no son proporcionales a las cargas actuantes, aun cuando el material se comporte elásticamente (las tensiones son proporcionales a las deformaciones especificas).Frecuentemente se refiere al pandeo como a un fenómeno de inestabilidad estructural, además la carga de pandeo o crítica representa por lo general la carga práctica máxima que es capaz de soportar la pieza, aun cuando la tensión en el material no supere el límite elástico de compresión.

Pandeo

Según el tipo de vínculos en sus extremos de la pieza, existen cuatro tipos de pandeo: articulado-articulado (1), empotrado libre (2), empotrado-empotrado (3), empotrado-articulado (4).

•Un ejemplo práctico de pandeo puede ser la biela de acoplamiento de una locomotora en la que se produce pandeo en el plano horizontal.

•Vástagos de amortiguadores: estos vástagos sufren pandeo al estar sometidos casi constantemente a esfuerzos de compresión pura durante su vida útil.Este dispositivo tiene como función amortiguar los esfuerzos realizados precisamente en dirección de su eje longitudinal y por su forma esbelta, sufre pandeo.

Ejemplos de solicitaciones por Pandeo

FatigaEn los elementos de máquinas o estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes a que generalmente están sometidos no resultan estáticas ni cuasi estáticas, muy por el contrario en la mayoría de los casos se encuentran afectados a cambios de tensiones que se repiten sistemáticamente (en función sinusoidal del tiempo) y que producen la rotura del material para valores de las mismas considerablemente menores que las calculadas para cargas estáticas. Este tipo de rotura que necesariamente se produce en el tiempo, se denomina fatiga.

Tipos de Fatiga: Se los clasifica según la forma de alternancia de las tensiones.a) y b) Alternados: Se generan cuando las tensiones cambian de signo alternativamente. El caso más común y simple, es aquel en que la tensión máxima positiva es igual a la mínima, obteniéndose un ciclo denominado alternado simétrico. Cuando las tensiones se presentan de distinto singo y valor, el ciclo es llamado alternado asimétrico.c) Intermitentes: En este caso los esfuerzos tienen siempre el mismo sentido y su ciclo va desde cero a un valor determinado, que puede ser positivo o negativo.d) Pulsatorios: tienen cuando la tensión varía de un máximo a un mínimo, distinto de cero, dentro del mismo signo.

•Un buen ejemplo de fatiga con ciclo intermitente de tensiones (c) es un árbol de levas, el cual se somete a flexión cuando sus levas accionan las válvulas, y no sufren solicitación considerable cuando no las acciona.

•una biela, si bien no sufre flexión, está sometida directamente a esfuerzos de compresión y tracción en cada ciclo que realiza en su trabajo, dando lugar a ciclos alternados de tensiones.

1. Ejemplos de solicitaciones a la Fatiga

•Un elemento que está sometido a fatiga con una onda alternada del tipo a, puede ser un eje con una polea montada, el cual está sometida a flexión y, al rotar, todos sus puntos sufren tracción y compresión alternadamente.

• un buen ejemplo de fatiga con ciclo intermitente de tensiones (c) es un árbol de levas, el cual se somete a flexión cuando sus levas accionan las válvulas, y no sufren solicitación considerable cuando no las acciona.

2.Ejemplos de solicitaciones a la Fatiga

ImpactoA diferencia de los esfuerzos cuasi estáticos en los que las cargas se aplican progresivamente y en forma lenta, las solicitaciones de impacto, o también llamadas de choque, son de aplicación prácticamente instantánea.Esta forma de aplicación puede hacer variar considerablemente los valores de la capacidad de resistencia y deformabilidad de los materiales, pudiendo originar fallas que se producen generalmente al no aceptar deformaciones plásticas o por fragilidad, aún en aquellos metales considerados como dúctiles.

Resistencia al Impacto:Para medir la resistencia al impacto se realiza un ensayo que consiste en golpear una probeta con un péndulo, conociendo la elevación inicial y final del péndulo, se puede obtener la diferencia de energía potencial. Esta diferencia es la energía de impacto absorbido por la muestra durante la ruptura. La capacidad de un material para resistir el impacto suele denominarse tenacidad del material.

•Impacto en el extremo de un martillo neumático durante su funcionamiento. Éste recibe sucesivos impactos a gran velocidad contra el asfalto o piedra que se esté rompiendo.

•Impacto en choques entre automóviles, en los que se provocan desgarros en los para golpes, los cuales están diseñados para absorber el golpe.

•El vástago de un martillo de forja, que deberá soportar la carga dinámica que se produce al impactar contra la pieza a forjar.

VibracionesSe pueden considerar como vibraciones a las variaciones periódicas temporales de diferentes magnitudes de movimiento. Específicamente, una vibración mecánica es el movimiento de una partícula o de un cuerpo que oscila alrededor de una posición de equilibrio. Al intervalo de tiempo necesario para que el sistema efectúe un ciclo completo de movimiento se le llama período de la vibración. El número de ciclos por unidad de tiempo define la frecuencia del movimiento y el desplazamiento máximo del sistema desde su posición de equilibrio se llama amplitud de la vibración. Causas de las vibraciones mecánicas:Son muchas, pero básicamente las vibraciones se encuentran estrechamente relacionadas con tolerancias de mecanización, desajustes, movimientos relativos entre superficies en contacto, desbalances de piezas en rotación u oscilación, etc.; es decir, todo el campo de la técnica. Consecuencias de las vibraciones:La mayor parte de vibraciones en máquinas y estructuras son indeseables porque aumentan los esfuerzos y las tensiones y por las pérdidas de energía que las acompañan. Además, son fuente de desgaste de materiales, de daños por fatiga y de movimientos y ruidos molestos.

Modelo matemático clásicoLa ecuación general de las vibraciones es:

)(2

2

tPkytyb

tym

Donde y es la magnitud que sufre variaciones periódicas temporales, P(t) la variable de reforzamiento o fenómeno incidente de la vibración; a, b, y k son las constantes características del sistema.

•En un motor eléctrico con rodamientos defectuosos en las pistas, en las bolas o en los rodillos, ocasionan vibración de alta frecuencia.

•Un ejemplo clásico es el desbalance en sistemas giratorios, como por ejemplo, una gran polea cuya masa no es homogénea, cuchillas de una cortadora de césped que pesan más de un lado que del otro.También rotores de motores, los cuales son balanceados quitándoles masa por medio de su agujereado.•Taladros percutores y martillos neumáticos. Estos dispositivos producen vibraciones por su natural funcionamiento.

Ejemplos de solicitaciones a la Vibración

Técnicas Básicas de Uso y Mantención de las Herramientas

Las herramientas manuales son unos utensilios de trabajo utilizados generalmente de forma individual que únicamente requieren para su accionamiento la fuerza motriz humana; su utilización en una infinidad de actividades laborales les dan una gran importancia. Además los accidentes producidos por las herramientas manuales constituyen una parte importante del número total de accidentes de trabajo y en particular los de carácter leve.

Herramientas ManualesSe denomina herramienta manual o de mano al utensilio, generalmente metálico de acero, de madera o de goma, que se utiliza para ejecutar de manera más apropiada, sencilla y con el uso de menor energía, tareas constructivas o de reparación, que sólo con un alto grado de dificultad y esfuerzo se podrían hacer sin ellas.

NORMAS GENERALES A LA HORA DE UTILIZAR UNA HERRAMIENTA MANUAL

Elección correcta de herramientas Las herramientas de mano deben ser de material de buena calidad, especialmente las de choque, que deben ser de acero cuidadosamente seccionado, fuertes para soportar golpes sin mellarse o formar rebordes en las cabezas, pero no tan duro como para astillarse o romperse. - Los mangos deben ser de madera dura, lisos y sin astillas o bordes agudos. Deben estar perfectamente colocados. - La herramienta debe tener forma, peso y dimensiones adecuadas al trabajo a realizar y no deben utilizarse para fines para los que no han sido diseñadas. - Las herramientas no deben presentar ninguno de estos defectos: Cabezas aplastadas, con fisuras o rebabas. Mangos rajados o recubiertos con alambre. Filos mellados o mal afilados. - Cuando se trabaje en zonas con riesgos especiales con gases inflamables, líquidos volátiles, etc la elección de la herramienta debe estar basada en el material con el que está fabricada que no de lugar a chispas por percusión. - En trabajos eléctricos se debe utilizar herramientas con aislamiento adecuado.

Almacenamiento - El almacenamiento debe hacerse de tal forma que su colocación sea correcta, que la falta de alguna de ellas sea fácilmente comprobada, que estén protegidas contra su deterioro por choques o caídas y tenga acceso fácil sin riesgo de cortes con el filo de sus partes cortantes. - Las personas que trabajan en máquinas deben disponer de armarios o estantes para colocar y guardar las herramientas que usan. - Se debe evitar dejarlas en el suelo, en zonas de paso o en lugares elevados como escaleras de mano ya que pueden ocasionar lesiones al caer sobre alguna persona. - Las herramientas cortantes o con puntas agudas se deben guardar previstas de protectores de cuero o metálicos para evitar lesiones por contracto accidental.

Transporte -Para efectuar el transporte se deben utilizar cajas especiales, bolsas o cinturones de porta- herramientas según las condiciones de trabajo y los últimos empleados. -No se deben transportar herramientas que puedan obstaculizar el empleo de las manos cuando se trabaje en escaleras, andamios, estructuras, etc. En estos casos se deben colocar en cajas o sacos.

Causas•Abuso de herramientas para efectuar cualquier tipo de operación.•Uso de herramientas inadecuadas, defectuosas, de mala calidad o mal diseñadas.•Uso de herramientas de forma incorrecta.•Herramientas abandonadas en lugares peligrosos.•Herramientas transportadas de forma peligrosa.•Herramientas mal conservadas.

Algunas herramientas específicas, su uso, y medidas de prevención mínimas

Limas.Las limas son herramientas manuales diseñadas para conformar objetos sólidosdesbastándolos en frío.

•Golpes y cortes en manos ocasionados por las propias herramientas durante el trabajo normal con las mismas.•Lesiones oculares por partículas provenientes de los objetos que se trabajan y/o de la propia herramienta.•Golpes en diferentes partes del cuerpo por despido de la propia herramienta o del material trabajado.•Esguinces por sobreesfuerzos o gestos violentos.

Riesgos

Principales riesgos derivados del uso, transporte y mantenimiento de las herramientasmanuales y las causas que los motivan.

Riesgos y Medidas Preventivas Generales de las Herramientas Manuales

El mango es la parte que sirve para sujetar la herramienta y cubre la cola de la lima. En el mango existe un anillo metálico llamado virola, que evita que el mango se dé y se salga. La parte útil de trabajo se denomina longitud de corte y tiene cantos de desbaste, pudiendo contar con cantos lisos.

Fig. 1: Partes de una lima y detalle interior del mango

Por su forma se clasifican en:•Cuadrangulares.•Planas.•Media caña.•Triangulares.•Redondas.•El número de dientes varia de 60 a 6500 dientes/cm2.

Deficiencias típicas•Sin mango.•Uso como palanca o punzón.•Golpearlas como martillo.

Fig. 2: Utilización incorrecta de lima como palanca o para golpear

Las partes principales de una lima son los cantos, cola, virola y mango. (Fig. 1)

PrevenciónHerramienta•Mantener el mango y la espiga en buen estado.•Mango afianzado firmemente a la cola de la lima.•Funcionamiento correcto de la virola.•Limpiar con cepillo de alambre y mantener sin grasa.Utilización•Selección de la lima según la clase de material, grado de acabado (fino o basto).•No utilizar limas sin su mango liso o con grietas.•No utilizar la lima para golpear o como palanca o cincel. (Fig. 2)•La forma correcta de sujetar una lima es coger firmemente el mango con una mano y utilizar los dedos pulgar e índice de la otra para guiar la punta. La lima se empuja con la palma de la mano haciéndola resbalar sobre la superficie de la pieza y con la otra mano se presiona hacia abajo para limar. Evitar presionar en el momento del retorno.•Evitar rozar una lima contra otra.•No limpiar la lima golpeándola contra cualquier superficie dura como puede ser un tornillo de banco.

Llaves.Existen dos tipos de llaves: Boca fija y boca ajustable.

Boca fijaLas llaves de boca fija son herramientas manuales destinadas a ejercer esfuerzos de torsión al apretar o aflojar pernos, tuercas y tornillos que posean cabezas que correspondan a las bocas de la herramienta. Están diseñadas para sujetar generalmente las caras opuestas de estas cabezas cuando se montan o desmontan piezas. Tienen formas diversas pero constan como mínimo de una o dos cabezas, una o dos bocas y de un mango o brazo.

Los principales son (Fig. 3):•Españolas o de ingeniero•Estriadas•Combinadas•Llaves de gancho o nariz•Tubulares•Trinquete•Hexagonal o allen

La anchura del calibre de la tuerca se indica en cada una de las bocas en mm o pulgadas.

Fig. 3: Tipos de llaves de boca fija

Boca ajustableLas llaves de boca ajustables son herramientas manuales diseñadas para ejercer esfuerzos de torsión, con la particularidad de que pueden variar la abertura de sus quijadas en función del tamaño de la tuerca a apretar o desapretar. Los distintos tipos y sus partes principales son: mango, tuerca de fijación, quijada móvil, quijada fija y tornillo de ajuste. (Fig. 4).

Fig. 4: Llaves de boca ajustable y sus partes

Según el tipo de superficie donde se vayan a utilizar se dividen en : Llaves de superficie plana o de superficie redonda.

Deficiencias típicas•Mordaza gastada. (Fig. 5)•Defectos mecánicos. (Fig. 5)•Uso de la llave inadecuada por tamaño.•Utilizar un tubo en mango para mayor apriete.•Uso como martillo.

PrevenciónHerramienta•Quijadas y mecanismos en perfecto estado.•Cremallera y tornillo de ajuste deslizando correctamente.•Dentado de las quijadas en buen estado.•No desbastar las bocas de las llaves fijas pues se destemplan o pierden paralelismo las caras interiores.•Las llaves deterioradas no se reparan, se reponen.•Evitar la exposición a calor excesivo.

Utilización•Efectuar la torsión girando hacia el operario, nunca empujando. (Fig. 6)•Al girar asegurarse que los nudillos no se golpean contra algún objeto.•Utilizar una llave de dimensiones adecuadas al perno o tuerca a apretar o desapretar.•Utilizar la llave de forma que esté completamente abrazada y asentada a la tuerca y formando ángulo recto con el eje del tornillo que aprieta. (Fig. 7)

Fig. 6: Utilización correcta de llave girando hacia el operario

Fig. 7: Utilizaciones correctas e incorrectas de llaves fijas

Fig. 5: Llave con mordazas gastadas y defectos mecánicos.

Fig. 8: Utilización de llaves inadecuadas

Fig. 9: Utilización de llaves de estrías cerradas

Fig. 10: Utilizaciones correcta e incorrecta de llave de boca variable

•No debe sobrecargarse la capacidad de una llave utilizando una prolongación de tubo sobre el mango, utilizar otra como alargo o golpear éste con un martillo. (Fig. 8)•Es más seguro utilizar una llave más pesada o de estrías. (Fig. 9)•Para tuercas o pernos difíciles de aflojar utilizar llaves de tubo de gran resistencia.•La llave de boca variable debe abrazar totalmente en su interior a la tuerca y debe girarse en la dirección que suponga que la fuerza la soporta la quijada fija. Tirar siempre de la llave evitando empujar sobre ella. (Fig. 10)•Utilizar con preferencia la llave de boca fija en vez de la de boca ajustable.•No utilizar las llaves para golpear.•Si una tuerca esta abarrotada utilice aceite penetrante y una llave de tubo de casquillo fuerte. Nunca golpee una llave a menos que se esté usando una llave de golpe y un martillo de bola o una mandarria.

AlicatesLos alicates son herramientas manuales diseñadas para sujetar, doblar o cortar.Las partes principales que los componen son las quijadas, cortadores de alambre,tornillo de sujeción y el mango con aislamiento. Se fabrican de distintas formas,pesos y tamaños. (Fig. 2: )

Fig. 2: Partes de los alicates

Los tipos de alicates más utilizados son: (Fig. 3)•Punta redonda.•De tenaza.•De corte.•De mecánico.•De punta semi plana o fina (plana).•De electricista.

Fig. 3: Tipos de alicates más utilizados

Deficiencias típicas•Quijadas melladas o desgastadas.•Pinzas desgastadas.•Utilización para apretar o aflojar tuercas o tornillos.•Utilización para cortar materiales más duros del que compone las quijadas.•Golpear con los laterales.•Utilizar como martillo la parte plana.

PrevenciónHerramienta•Los alicates de corte lateral deben llevar una defensa sobre el filo de corte para evitar las lesiones producidas por el desprendimiento de los extremos cortos de alambre.•Quijadas sin desgastes o melladas y mangos en buen estado.•Tornillo o pasador en buen estado.•Herramienta sin grasas o aceites.Utilización•Los alicates no deben utilizarse en lugar de las llaves, ya que sus mordazas son flexibles y frecuentemente resbalan. Además tienden a redondear los ángulos de las cabezas de los pernos y tuercas, dejando marcas de las mordazas sobre las superficies. (Fig. 4)•No utilizar para cortar materiales más duros que las quijadas.•Utilizar exclusivamente para sujetar, doblar o cortar.•No colocar los dedos entre los mangos.•No golpear piezas u objetos con los alicates. •Mantenimiento.•Engrasar periódicamente el pasador de la articulación.

Fig. 4: Mala utilización de alicates

CincelesLos cinceles son herramientas de mano diseñadas para cortar, ranurar o desbastar material en frío, mediante la transmisión de un impacto. Son de acero en forma de barras, de sección rectangular, hexagonal, cuadrada o redonda, con filo en un extremo y biselado en el extremo opuesto.

Las partes principales son la arista de corte, cuña, cuerpo, cabeza y extremo de golpeo. (Fig. 5)

Fig. 5: Partes de un cincel

Los distintos tipos de cinceles se clasifican en función del ángulo de filo y éste cambia según el material que se desea trabajar, tomando como norma general los siguientes:•Materiales muy blandos 30º•Cobre y bronce 40º•Latón 50º•Acero 60º•Hierro fundido 70º

El ángulo de cuña debe ser de 8º a 10º para cinceles de corte o desbaste y para el cincel ranurador el ángulo será de 35º, pues es el adecuado para hacer ranuras, cortes profundos o chaveteados.

Deficiencias típicas•Utilizar cincel con cabeza achatada, poco afilada o cóncava.•Arista cóncava.•Uso como palanca.PrevenciónHerramienta•Las esquinas de los filos de corte deben ser redondeadas si se usan para cortar.•Deben estar limpios de rebabas.•Los cinceles deben ser lo suficientemente gruesos para que no se curven ni alabeen al ser golpeados. Se deben desechar los cinceles mas o menos fungiformes utilizando sólo el que presente una curvatura de 3 mm de radio. Fig. 6•Para uso normal, la colocación de una protección anular de esponja de goma, puede ser una solución útil para evitar golpes en manos con el martillo de golpear.

Fig. 6: Posibles estados de cincelesFig. 7: Protección anular de cinceles y uso de porta-cinceles<

Utilización•Siempre que sea posible utilizar herramientas soporte.•Cuando se pique metal debe colocarse una pantalla o blindaje que evite que las partículas desprendidas puedan alcanzar a los operarios que realizan el trabajo o estén en sus proximidade.•Para cinceles grandes, éstos deben ser sujetados con tenazas o un sujetador por un operario y ser golpeadas por otro.•Los ángulos de corte correctos son: un ángulo de 60º para el afilado y rectificado, siendo el ángulo de corte más adecuado en las utilizaciones más habituales el de 70º.•Para metales más blandos utilizar ángulos de corte más agudos.•El martillo utilizado para golpearlo debe ser suficientemente pesado.•El cincel debe ser sujetado con la palma de la mano hacia arriba, sosteniendo el cincel con los dedos pulgar, índice y corazón.

Protecciones personales•Utilizar gafas y guantes de seguridad homologados.

CuchillosSon herramientas de mano que sirven para cortar. Constan de un mango y de una hoja afilada por uno de sus lados.

Existen diversos tipos y medidas en función del material a cortar y del tipo de corte a realizar (Fig.8)

Fig. 8: Algunos tipos de cuchillos

Deficiencias típicas•Hoja mellada.•Corte en dirección hacia el cuerpo.•Mango deteriorado.•Colocar la mano en situación desprotegida.•Falta de guarda para la mano o guarda inadecuada.•No utilizar funda protectora.•Empleo como destornillador o palanca.PrevenciónHerramienta•Hoja sin defectos, bien afilada y punta redondeada. (Fig. 9)•Mangos en perfecto estado y guardas en los extremos. (Fig. 9)•Aro para el dedo en el mango.

Fig. 9: Guardas en extremo del mango y punta redondeada

Utilización•Utilizar el cuchillo de forma que el recorrido de corte se realice en dirección contraria al cuerpo.•Utilizar sólo la fuerza manual para cortar absteniéndose de utilizar los pies para obtener fuerza suplementaria.•No dejar los cuchillos debajo de papel de deshecho, trapos etc. o entre otras herramientas en cajones o cajas de trabajo.•Extremar las precauciones al cortar objetos en pedazos cada vez más pequeños.•No deben utilizarse como abrelatas, destornilladores o pinchos para hielo.•Las mesas de trabajo deben ser lisas y no tener astillas.•Siempre que sea posible se utilizarán bastidores, soportes o plantillas específicas con el fin de que el operario no esté de pie demasiado cerca de la pieza a trabajar.•Los cuchillos no deben limpiarse con el delantal u otra prenda, sino con una toalla o trapo, manteniendo el filo de corte girado hacia afuera de la mano que lo limpia.•Uso del cuchillo adecuado en función del tipo de corte a realizar.•Utilizar porta cuchillos de material duro para el transporte, siendo recomendable el aluminio por su fácil limpieza. El porta cuchillos debería ser des abatible para facilitar su limpieza y tener un tornillo dotado con palomilla de apriete para ajustar el cierre al tamaño de los cuchillos guardados.•Guardar los cuchillos protegidos.•Mantener distancias apropiadas entre los operarios que utilizan cuchillos simultáneamente.•Utilizar guantes de malla metálica homologados, delantales metálicos de malla o cuero y gafas de seguridad homologadas.

Fig. 10: Porta cuchillos de aluminio ajustable

DestornilladoresLos destornilladores son herramientas de mano diseñados para apretar o aflojar los tornillos ranurados de fijación sobre materiales de madera, metálicos, plásticos etc.

Las partes principales de un destornillador son el mango, la cuña o vástago y la hoja o boca (Fig. 11). El mango para sujetar se fabrica de distintos materiales de tipo blando como son la madera, las resinas plásticas etc., que facilitan su manejo y evitan que resbalen al efectuar el movimiento rotativo de apriete o desapriete, además de servir para lograr un aislamiento de la corriente eléctrica.

Fig. 11: Partes de un destornillador

Los principales tipos de destornilladores son (Fig. 12)•Tipo plano de distintas dimensiones.•Tipo estrella o de cruz.•Tipo acodado.•Tipo de horquilla.

Fig. 12: Tipos de destornilladores

Deficiencias típicas•Mango deteriorado, astillado o roto.•Uso como escoplo, palanca o punzón.•Punta o caña doblada.•Punta roma o malformada.•Trabajar manteniendo el destornillador en una mano y la pieza en otra.•Uso de destornillador de tamaño inadecuado. (Fig. 13 c)

Fig. 13: Utilización de destornilladores

PrevenciónHerramienta•Mango en buen estado y amoldado a la mano con o superficies laterales prismáticas o con surcos o nervaduras para transmitir el esfuerzo de torsión de la muñeca.•El destornillador ha de ser del tamaño adecuado al del tornillo a manipular.•Porción final de la hoja con flancos paralelos sin acuñamientos.•Desechar destornilladores con el mango roto, hoja doblada o la punta rota o retorcida pues ello puede hacer que se salga de la ranura originando lesiones en manos.

Utilización•Espesor, anchura y forma ajustado a la cabeza del tornillo. (Fig. 13 a y b)•Utilizar sólo para apretar o aflojar tornillos.•No utilizar en lugar de punzones, cuñas, palancas o similares.•Siempre que sea posible utilizar destornilladores de estrella.•La punta del destornillador debe tener los lados paralelos y afilados. (Fig.13 a).•No debe sujetarse con las manos la pieza a trabajar sobre todo si es pequeña. En su lugar debe utilizarse un banco o superficie plana o sujetarla con un tornillo de banco. (Fig. 14).•Emplear siempre que sea posible sistemas mecánicos de atornillado o desatornillado.

Fig. 14: Sujeción incorrecta de una pieza a atornillar

Escoplos y punzonesLos escoplos o punzones son herramientas de mano diseñadas para expulsar remaches y pasadores cilíndricos o cónicos, pues resisten los impactos del martillo, para aflojar los pasadores y empezar a alinear agujeros, marcar superficies duras y perforar materiales laminados. Son de acero, de punta larga y forma ahusada que se extiende hasta el cuerpo del punzón con el fin de soportar golpes mas o menos violentos.

Fig. 15: Tipos de punzones

Deficiencias típicas•Cabeza abombada.•Cabeza y punta frágil (sobretemplada).•Cuerpo corto dificultando la sujeción.•Sujeción y dirección de trabajo inadecuados.•Uso como palanca.•No utilizar gafas de seguridad.PrevenciónHerramienta•El punzón debe ser recto y sin cabeza de hongo.

Utilización

•Utilizarlos sólo para marcar superficies de metal de otros materiales más blandos que la punta del punzón, alinear agujeros en diferentes zonas de un material.

•Golpear fuerte, secamente, en buena dirección y uniformemente.•Trabajar mirando la punta del punzón y no la cabeza.•No utilizar si está la punta deformada.•Deben sujetarse formando ángulo recto con la superficie para evitar que resbalen. (Fig. 16)

Fig. 16: Forma correcta de utilizar un punzón

Protecciones personales

•Utilizar gafas y guantes de seguridad homologados.

Martillos y mazosEl martillo es una herramienta de mano, diseñada para golpear; básicamente consta de una cabeza pesada y de un mango que sirve para dirigir el movimiento de aquella.La parte superior de la cabeza se llama boca y puede tener formas diferentes. La parte inferior se llama cara y sirve para efectuar el golpe. (Fig. 1) Las cabezas de los martillos, de acuerdo con su uso, se fabrican en diferentes formas, dimensiones, pesos y materiales.

Fig. 1 Partes de un martillo Deficiencias típicasMango poco resistente, agrietado o rugoso. Cabeza unida deficientemente al mango mediante cuñas introducidas paralelamente al eje de la cabeza de forma que sólo se ejerza presión sobre dos lados de la cabeza. (Fig. 2)•Uso del martillo inadecuado. •Exposición de la mano libre al golpe del martillo.

Fig. 2: Cuña introducida paralelamente

PrevenciónHerramientaCabezas sin rebabas. Mangos de madera (nogal o fresno) de longitud proporcional al peso de la cabeza y sin astillas. Fijado con cuñas introducidas oblicuamente respecto al eje de la cabeza del martillo de forma que la presión se distribuya uniformemente en todas las direcciones radiales. (Fig. 3) Desechar mangos reforzados con cuerdas o alambre.UtilizaciónAntes de utilizar un martillo asegurarse que el mango está perfectamente unido a la cabeza. Un sistema es la utilización de cuñas anulares. (Fig. 4)Seleccionar un martillo de tamaño y dureza adecuados para cada una de las superficies a golpear. (Fig. 5).Observar que la pieza a golpear se apoya sobre una base sólida no endurecida para evitar rebotes. Sujetar el mango por el extremo. (Fig. 6).Se debe procurar golpear sobre la superficie de impacto con toda la cara del martillo. (Fig. 7)

Fig. 3: Cuña introducida oblicuamente

Fig. 4: Cuña anular para asegurar la unión de la cabeza con el mango

Fig. 5: Selección del tamaño del martillo en función del trabajo a realizar

Fig. 6: Forma de sujeción del mango

Fig. 7: Forma de golpear sobre una superficie

Fig. 8: Forma de sujetar un clavo antes de clavarlo

Fig. 9 Usos incorrectos del martillo

En el caso de tener que golpear clavos, éstos se deben sujetar por la cabeza y no por el extremo. (Fig. 8) No golpear con un lado de la cabeza del martillo sobre un escoplo u otra herramienta auxiliar. (Fig. 9 izq.) •No utilizar un martillo con el mango deteriorado o reforzado con cuerdas o alambres. •No utilizar martillos con la cabeza floja o cuña suelta •No utilizar un martillo para golpear otro (Fig. 9 dcha.) o para dar vueltas a otras herramientas o como palanca.

Protecciones personalesUtilizar gafas de seguridad homologadas.

PicosLos picos son herramientas de mano utilizadas principalmente en la construcción para romper superficies no muy duras, en las fundiciones de hierro o en trabajos de soldadura para eliminar rebabas de distinto tamaño y dureza.

Pueden ser de dos tipos principalmente:

Rompedores: Tienen dos partes, la pequeña de golpear en plano con ángulos rectos, mientras que la más larga es puntiaguda y puede ser redondeada o cuadrada. (Fig. 10) Troceadores: Tienen dos partes, una puntiaguda y la otra plana y afilada. (Fig. 11)

Fig. 10: Pico rompedor Fig. 11: Pico troceador

Deficiencias típicas•Mango de dimensiones inadecuadas. •Mango en mal estado. •Pico dentado, agrietado o mellado. •Utilizado para golpear metales o aderezar otras herramientas. •Utilización sin mango o dañado. PrevenciónHerramienta•Mantener afiladas sus puntas y mango sin astillas. •Mango acorde al peso y longitud del pico. •Hoja bien adosada.

Utilización

No utilizar para golpear o romper superficies metálicas o para enderezar herramientas como el martillo o similares. No utilizar un pico con el mango dañado o sin él. Desechar picos con las puntas dentadas o estriadas. Mantener libre de otras personas la zona cercana al trabajo.

Protecciones personalesUtilizar gafas y botas de seguridad homologadas.

SierrasLas sierras son herramientas manuales diseñadas para cortar superficies de diversos materiales.Se componen de un bastidor o soporte en forma de arco, fijo o ajustable; una hoja, un mango recto o tipo pistola y una tuerca de mariposa para fijarla. (Fig. 12)La hoja de la sierra es una cinta de acero de alta calidad, templado y revenido; tiene un orificio en cada extremo para sujetarla en el pasador del bastidor; además uno de sus bordes está dentado.

Fig. 12: Partes y tipos de sierras de arco

Deficiencias típicasTriscado impropio. Mango poco resistente o astillado. Uso de la sierra de tronzar para cortar al hilo. Inadecuada para el material. Inicio del corte con golpe hacia arriba. PrevenciónHerramientaLas sierras deben tener afilados los dientes con la misma inclinación para evitar flexiones alternativas y estar bien ajustados. Mangos bien fijados y en perfecto estado. Hoja tensada.

UtilizaciónAntes de serrar fijar firmemente la pieza a serrar. (Fig. 13) Utilizar una sierra para cada trabajo con la hoja tensada (no excesivamente) Utilizar sierras de acero al tungsteno endurecido o semi flexible para metales blandos o semi duros con el siguiente número de dientes:

oHierro fundido, acero blando y latón: 14 dientes cada 25 cm. oAcero estructural y para herramientas: 18 dientes cada 25 cm. oTubos de bronce o hierro, conductores metálicos: 24 dientes cada 25 cm. oChapas, flejes, tubos de pared delgada, láminas: 32 dientes cada 25 cm.

Utilizar hojas de aleación endurecido del tipo alta velocidad para materiales duros y especiales con el siguiente número de dientes:

oAceros duros y templados: 14 dientes cada 25 cm. oAceros especiales y aleados: 24 dientes cada 25 cm. oAceros rápidos e inoxidables: 32 dientes cada 25 cm.

Instalar la hoja en la sierra teniendo en cuenta que los dientes deben estar alineados hacia la parte opuesta del mango. Cuando el material a cortar sea muy duro, antes de iniciar se recomienda hacer una ranura con una lima para guiar el corte y evitar así movimientos indeseables al iniciar el corte. Serrar tubos o barras girando la pieza.

Fig. 13: Pieza fijada firmemente antes de serrar

Utilizar la sierra cogiendo el mango con la mano derecha quedando el dedo pulgar en la parte superior del mismo y la mano izquierda el extremo opuesto del arco. El corte se realiza dando a ambas manos un movimiento de vaivén y aplicando presión contra la pieza cuando la sierra es desplazada hacia el frente dejando de presionar cuando se retrocede. (Fig. 14)

Fig. 14 Forma correcta e incorrecta de usar sierras

TijerasSon herramientas manuales que sirven para cortar principalmente hojas de metal aunque se utilizan también para cortar otras materiales más blandos.Deficiencias típicasMango de dimensiones inadecuadas. Hoja mellada o poco afilada. Tornillos de unión aflojados. Utilizar para cortar alambres o hojas de metal tijeras no aptas para ello. Cortar formas curvas con tijera de corte recto. Uso sin guantes de protección. PrevenciónHerramientaLas tijeras de cortar chapa tendrán unos topes de protección de los dedos. Engrasar el tornillo de giro periódicamente. Mantener la tuerca bien atrapada. UtilizaciónUtilizar sólo la fuerza manual para cortar absteniéndose de utilizar los pies para obtener fuerza suplementaria. Realizar los cortes en dirección contraria al cuerpo. Utilizar tijeras sólo para cortar metales blandos. Las tijeras deben ser lo suficientemente resistentes como para que el operario sólo necesite una mano y pueda emplear la otra para separar los bordes del material cortado. El material debe estar bien sujeto antes de efectuar el último corte, para evitar que los bordes cortados no presionen contra las manos. Cuando se corten piezas de chapa largas se debe cortar por el lado izquierdo de la hoja y empujarse hacia abajo los extremos de las aristas vivas próximos a la mano que sujeta las tijeras. No utilizar tijeras con las hojas melladas.

Fig. 15 Utilización incorrecta de tijeras con hojas melladas

No utilizar las tijeras como martillo o destornillador. Si se es diestro se debe cortar de forma que la parte cortada desechable quede a la derecha de las tijeras y a la inversa si se es zurdo. Si las tijeras disponen de sistema de bloqueo, accionarlo cuando no se utilicen. Utilizar vainas de material duro para el transporte.

Protecciones personalesUtilizar guantes de cuero o lona gruesa homologados. Utilizar gafas de seguridad homologadas.

Mantenimiento de Herramientas y Equipos El mantenimiento tiene como objetivo principal conseguir la más alta cota de productividad con el menor costo y riesgo. Por ello es que se deben establecer programas de trabajo, que en su desarrollo absorban el mínimo tiempo de producción de las máquinas e instalaciones o, en su defecto, en la mínima proporción posible. Por tal motivo es indispensable para alcanzar este objetivo contar con un sistema de mantenimiento como un elemento dentro del proceso productivo. En esta entrega y en la próxima desarrollamos normas básicas de seguridad a la hora de realizar prácticas de mantenimiento mecánico y eléctrico. Todas las energías que entran a una máquina tienen que ser aisladas. Deben bloquearse para asegurar que nadie pueda volver a activar la máquina.

En todo momento que sea necesario desviar una protección de seguridad o colocar parte de su cuerpo dentro de un área peligrosa puede ser peligroso: El

bloqueo de la maquina es obligatorio

- El perfecto estado de las herramientas requiere una revisión periódica por parte de personal especializado. Este control puede realizarse mediante control centralizado o bien mediante supervisión a cargo de jefes de grupo o equipo. - Las herramientas deben mantenerse bien limpias y afiladas y las articulaciones engrasadas para evitar su oxidación.

Mecánica de Fluidos

La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos que estudia el movimiento de los fluidos (gases ;o fluidos compresibles y líquidos : fluidos incompresibles) así como las fuerzas que los provocan. La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.

Mecánica de Fluidos

Estática de Fluidos

Dinámica de Fluidos =(Hidrodinámica)

La estática de los fluidos es una parte de la mecánica que estudia a los fluidos en reposo; muchos la llaman Hidrostática a pesar que este término significa “Estática del Agua”. Ese término se emplea en general para designar la estática de los fluidos.Los fluidos son sustancias que pueden fluir, por consiguiente, el término incluye tanto los líquidos como los gases. En la estática de los fluidos se presume que el fluido y los demás objetos pertinentes, tales como el recipiente que lo contiene están en reposo. Sin embargo los fluidos que existen en la naturaleza poseen movimiento en su interiordebido al roce interno o viscosidad; esto dificulta el estudio de los fluidos, motivo por el cual nosotros estudiaremos a los fluidos ideales es decir, aquellos en los cuales no existe ningún tipo de viscosidad( por ahora).

Estática de Fluidos

PRESIÓN (P)

Es una magnitud tensorial, cuyo módulo mide la distribución de una fuerza sobre la superficie en la cual actúa.

ILUSTRACIÓN

Unidad de Presión en el S.I.Otras Unidades :

Equivalencias

La Tierra está rodeada por una capa de aire (atmósfera) que por tener peso, presiona a todos los objetos de la Tierra, esta distribución de fuerzas toma el nombre de presión atmosférica. Si la Tierra fuese perfectamente esférica, el valor de la presión atmosférica en la superficie, sería la misma para todos los puntos; pero esto no es así, puesto que nuestro planeta tiene montañas y depresiones.

Presión Atmosférica

Medida de la Presión AtmosféricaTorricelli, fue el primero en medir la presión atmosférica, su experimento consistió en:- Cogió un tubo de vidrio de 1cm2 de sección, abierto por uno de los extremos, al cual llenó completamente de mercurio.-Tomó también un recipiente al cual introdujo parcialmente el mercurio.-Tapando el extremo libre del tubo, lo sumergió en el recipiente antes mencionado para inmediatamente destaparlo.-En esta posición el mercurio descendió y se detuvo a una altura de 76 cm encima del nivel del mercurio del recipiente.

Torricelli concluyó que la presión atmosférica al actuar sobre el recipiente equilibraba a la columna de 76 cm de Hg, con la cual la presión atmosférica sería:

al nivel del mar.

ILUSTRACIÓN

PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS

1.- En un líquido, si bien tiene volumen casi constante, carece de forma definida y adopta la forma del recipiente que lo contiene.2.- Los líquidos transmiten presiones en todas direcciones y con la misma intensidad.

PRINCIPIO DE PASCAL“Si se aplica una presión a un fluido incompresible (un líquido), la presión se transmite, sin disminución, a través de todo el fluido”.

Prensa HidráulicaEs aquel dispositivo o máquina que está constituido básicamente por dos cilindros de diferentes diámetros conectados entre sí, de manera que ambos contienen un líquido.El objetivo de esta máquina es obtener fuerzas grandes utilizando fuerzas pequeñas. Tener en cuenta que está máquina está basada en el Principio de Pascal. Esta máquina hidráulica funciona como un dispositivo “Multiplicador de Fuerzas”.Son ejemplos directos de este dispositivo: Los sillones de los dentistas y barberos, los frenos hidráulicos, etc.

Fuerzas Desplazamientos

A1:área del émbolo 1

A2:área del émbolo 2

e1:distancia émbolo 1

e2:distancia émbolo 2

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

1.-Densidad( ): Es una magnitud escalar, cuyo valor se define como su masa (m) dividida por su volumen (V); es decir:

Unidad de Densidad en el S.I. Otras Unidades :

Densidades más Comunes:

1.- Que entiende Ud. Por mecánica ?2.-Nombre un uso de la energía del sol ( 1) y del viento(1)3.- Cómo se llama el punto límite del estado elástico para un acero: a) Fluencia b) Ruptura C) Máxima4.- El apriete de un perno o tornillo se hace en dirección contraria al operador o hacia el operador ?.5.- En la figura 1 indique las fuerzas que están involucradas( no considere el peso de la persona) .6.- Cuando una roca roda del cerro: ¿qué energía ha perdido una vez que llegó al suelo ?7.- Nombre un ejemplo práctico de flexión simple en su trabajo

Figura 1

Prueba parcial N°1

TECNICAS DE MECANICA BASICA Fecha 07de Noviembre del 2009

2.- Peso Específico ( ) : Es la magnitud escalar cuyo valor se define como el peso que posee un cuerpo por cada unidad de volumen.

Unidad de Peso Específico en el S.I.: Otras Unidades:

PRESIÓN HIDROSTÁTICAEs la presión que ejerce un líquido sobre cualquier cuerpo sumergido. Esta presión existe debido a la acción de la gravedad sobre el líquido; se caracteriza por actuar en todas las direcciones y por ser perpendicular a la superficie del cuerpo sumergido. La presión en el punto “A” es:

Aplicaciones

Ley Fundamental de la Hidrostática“La diferencia de presiones hidrostáticas entre dos puntos pertenecientes a un mismo líquido que se encuentran a diferentes profundidades, es igual al peso específico del líquido por la diferenciade profundidad”

Esto significa que todos los puntos pertenecientes a un mismo líquido que se encuentran a la misma profundidad, soportan igual presión hidrostática.

: peso específico del líquido

VASOS COMUNICANTESEs aquel sistema de tubos o vasos de diferentes formas unidos entre sí, de manera que si en uno de ellos se vierte un líquido, éste se distribuye entre todos y se observa que una vez encontrado el reposo, dicho fluido alcanza igual nivel en todos los recipientes.

EMPUJEEs la resultante de todas las fuerzas que un líquido aplica a un cuerpo sumergido.

Principio de Arquímedes“Si un cuerpo está sumergido parcial o totalmente en un líquido, la fuerza de empuje que el líquido le aplica es igual al peso del volumen del líquido desplazado”.

Matemáticamente:

E = empuje L = peso específico del líquido V = volumen del líquido desalojado ó volumen del cuerpo sumergido

Observaciones:1.- Para que exista empuje, sobre el cuerpo debe estar actuando por lo menos una fuerza inclinadahacia arriba.

2.- El empuje actúa siempre en el centro de gravedad del volumen sumergido.

3.- En el caso que un cuerpo esté sumergido total o parcialmente en varios líquidos no miscibles, el empuje se obtiene sumando los empujes parciales que ejerce cada uno de los líquidos.

Es una prensa hidráulica, que utiliza tanto aire comprimido como aceite, para distribuir la presión al émbolo y levantar así el carro con toda comodidad.

Está basada en la prensa hidráulica. Al aplicar la fuerza “F”, el émbolo pequeño bombea el aceite y permite ascender de esta manera la carga, multiplicando varias veces la fuerza aplicada.

La gata hidráulica

El globo aerostático

Todo cuerpo sumergido en un fluido, experimenta una fuerza resultante hacia arriba (empuje) cuyovalor es igual al peso del fluido desalojado; en el presente caso el fluido es el aire. El globo asciende cuando el empuje sea mayor que el peso; esto se puede conseguir calentando el aire interno del globo para reducir de este modo la densidad del aire contenido dentro del mismo.

Tornillo de Arquímedes

Hidrodinámica1. IntroducciónLa hidrodinámica estudia el comportamiento mecánico de los líquidos en movimiento.. En el estudio de la hidrodinámica , y como se vio en los fundamentos de la mecánica de fluidos se considera que el fluido bajo la acción de las fuerzas, se deforma continua-mente con una velocidad de deformación tanto mayor cuanto mayor sean la fuerzas aplicadas, pero sin romperse, manteniendo la continuidad material del mismo. Esta característica propia de los fluidos se expresa diciendo que los fluidos simplemente fluyen, pudiendo hablarse indistintamente del movimiento o del flujo de los fluidos. Otra característica fundamental que vamos a ver de los fluidos ,y que sirve para el estudio de esta velocidad de deformación, es su viscosidad, entendiendo la misma como la relación existente entre la fuerza aplicada a un fluido, y la velocidad con que se produce la deformación propia del proceso de fluir.

2.Régimen permanente y régimen variable Los diferentes tipos de flujos pueden clasificarse atendiendo a las variaciones de las magnitudes hidráulicas (velocidad media y presión) en el tiempo y el espacio. Las varia-ciones en el espacio se considerarán las producidas a lo largo del eje de la conducción.

2.1 Régimen permanente (Q constante)•Régimen permanente uniforme (V constante en tiempo y espacio). Como ejemplo de este régimen podemos poner el escurrimiento de un canal largo de características geométricas y constructivas constantes, en el cual el movimiento se ha estabilizado.•Régimen permanente variado (V constante en el tiempo, no en el espacio). Como ejemplo del régimen permanente variado se pone el escurrimiento en un canal con movimiento estabilizado (caudal constante), pero en el que las características geomé-tricas y constructivas cambian (por causa de un estrechamiento, un ensanchamiento,un cambio de pendiente, etc.).

2.2 Régimen variable o transitorio (Q variable, V variable)Es aquel en el que cambian las características de movimiento de cada sección, nosólo al considerar dos secciones distintas, sino también al considerar una sola sección através del tiempo, o sea la velocidad deja de ser constante en el tiempo. Para el estudio del mismo aparecen dos conceptos: el golpe de ariete y la oscilación en masa (por ejemplo se producen cuando se realizan cierres bruscos de compuertas).

Toma de alta presión Toma de baja presión

Garganta

3. Ecuación de continuidadEs una ecuación matemática consecuencia del principio de conservación de masa, es decir ecuación que se obtiene de imponer que los fluidos y por tanto el agua, conservan su masa en el movimiento. En términos simples, en un tubo de fluido cualquiera, por unidad de tiempo ingresa en él la misma cantidad de fluido que sale por el otro extremo.

Ecuación de Continuidad

Esta expresión denominada ecuación de continuidad muestra que a lo largo del tubo de flujo, el producto entre la sección por la velocidad permanece constante. En otras palabras, en las partes en las que se estrecha la sección, la velocidad debe aumentar para permitir el principio de conservación de masa. Al producto SV se le denomina caudal.

QVS

21 QQ

tubodelAreaSecciónAreaSecciónSS ...)2(2),1(1:, 21

.,2sec..,1sec......, :21 menterespectivaciónyciónlaenVelocidadVV

3.1 CAUDAL ( Q )Para la física la palabra caudal ( Q ) significa la cantidad de líquido que pasa en un ciertotiempo. Concretamente, el caudal sería el volumen de líquido que circula dividido el tiempo

¿ Cómo se mide un caudal en la práctica ?Respuesta : Muy simple. Mira el dibujito. Si quieres saber que cantidad de agua sale por la red o tubería de tu casa, pones un balde abajo y te fijas cuanto tarda en llenarse.

Por ejemplo= El corazón bombea alrededor de 5 litros por minuto.

Problemita:Una cañería llena un balde de agua de 10 litros en 2 minutos.A ) – calcular el caudal que sale por la cañería.B ) – sabiendo que la sección de la cañería es de 1 cm2,calcular con qué velocidad está saliendo el agua.

4. Ecuación de BernoulliEs la ecuación de conservación de la energía. La energía que posee cada punto de un fluido en movimiento puede ser:

S= A: árealL : recorrido

Por conservación de energía

Em1=Em2

+E presión

+

Particularizando entre dos secciones 1 y 2 de la conducción, sumando y dividiendo entre mg :

Es la ecuación de Bernoulli o de conservación de la energía, y que indica que en un fluido en movimiento sometido a la acción de la gravedad, la suma de las alturas geométrica, manométrica y cinética es constante para los diversos puntos de una línea de corriente.

Y particularizada entre 2 secciones de la tubería:

La Ecuación de Bernoulli permite que a lo largo de un flujo los tres términos experi-menten modificaciones por intercambio de unos valores con otros, pero siempre debe mantenerse la suma total.

Por ejemplo, en la situación A, los puntos 1 y 2 poseen la misma presión (la atmos-férica), por lo que se estaría produciendo una transformación de energía cinética en energía de posición. En B, los dos puntos poseen la misma cota, pero v2<v1 al ser mayor la sección respectiva; en este caso se produce una transformación de energía cinética en energía de presión. Por último, en C no se produce variación en la velo-cidad al ser la sección de la tubería constante, por lo que el aumento de la energía de posición se debe realizar a costa de la energía de presión.

5.ViscosidadMedida de la resistencia de un líquido a fluir. La medida común métrica de la viscosidad absoluta es el Poise, que es definido como la fuerza necesaria para mover un centímetro cuadrado de área sobre una superficie paralela a la velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies separadas por una película lubricante de 1 cm de espesor.  La viscosidad varía inversamente proporcional con la temperatura.  Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura a la que el resultado es reportado.

La viscosidad es la característica más importante de la lubricación de cualquier maquina.  Si la viscosidad del aceite es muy baja para la aplicación, el desgaste es mayor por falta de colchón hidrodinámica. Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación, el consumo de energía es mayor y el desgaste puede ser mayor por falta de circulación. Solamente la viscosidad correcta maximizará la vida útil y la eficiencia del motor, transmisión, sistema hidráulico o lo que sea la aplicación.

Un aceite delgado es menos resistente a fluir, por eso su viscosidad es baja.  Un aceite grueso es más resistente a fluir y por eso tiene una viscosidad más alta. Las viscosidades de los aceites normalmente son medidas y especificadas en centistoke (cSt) a 40°C o 100°C.  Frecuentemente se habla de esta viscosidad como viscosidad dinámica o viscosidad cinemática.  Esto es la viscosidad absoluta dividido por la densidad del aceite.  En la practica es determinada midiendo el tiempo necesario para que pase una cantidad específica de aceite por un tubo capilar por gravedad a 40°C y/o 100°C.  Por esta misma definición podemos ver que el aceite más viscoso ofrece más resistencia y consume más energía para moverse y permitir el movimiento de las piezas del motor, reductor, transmisión, sistema hidráulico o cualquier otro sistema que tenemos.

Viscosidad de algunos líquidos

LíquidoLíquido ·10·10-2-2 kg/(ms) kg/(ms)

Aceite de ricinoAceite de ricino 120120AguaAgua 0.1050.105Alcohol etílicoAlcohol etílico 0.1220.122GlicerinaGlicerina 139.3139.3MercurioMercurio 0.1590.159

Normalmente se habla de viscosidad ISO para aceites industriales y viscosidad SAE para aceites automotriz.  Los términos de viscosidad ISO y SAE no implican ninguna combina-ción de aditivos ni propósito específico.  Solamente refieren a la viscosidad.  A veces se utiliza las medidas de viscosidad SUS (SSU), Redwood, Engler, e otros.  Estos sistemas de medición de viscosidad pueden ser convertidos al cSt por formulas matemáticas.

Voy a definirte el COEFICIENTE DE VISCOSIDAD . Se lo llama " eta " ( ? ). Este coeficiente da una idea de la fuerza que hay que hacer para " deformar " al fluido.

6. Concepto de pérdida de carga.La Ecuación de Bernoulli puede considerarse válida sólo para líquidos no viscosos o para dos puntos muy próximos En efecto, un principio elemental de la física establece que en toda transformación energética existe una degradación, es decir, los rozamien-mientos convierten en calor parte de la energía transformada, por lo que el miembro de la derecha (si la transformación se efectúa de izquierda a derecha) se verá dismi-nuido. Para que la igualdad se mantenga, la ecuación deberá quedar:

El término h1-2 representa las pérdidas de energía que se producen en la transforma-ción, se expresa también en m.c.a. y se conoce como pérdida de carga. Tipos:

1. Pérdidas de carga continuas o por rozamiento (hc): Se deben a la viscosidad del líquido y se producen a lo largo de toda la conducción. Suelen expresarse como producto de la pérdida de carga unitaria (J) y la longitud del tramo considerado (L).

La pérdida de carga por unidad de longitud depende de la rugosidad de la tubería, de su diámetro, del caudal que circula por ella y de su velocidad.

2. Pérdidas de carga locales, accidentales o singulares (hs):Están producidas por perturbaciones de la corriente líquida en puntos concretos, como derivaciones, vál-vulas, cambios de sección, etc.

7. Régimen laminar y régimen turbulento. Depende del balance entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas o de roza-miento. El número de Reynolds es el parámetro que expresa la relación entre las fuerzas de inercia y las viscosas en el interior de una corriente, por lo que el régimen hidráulico va a depender de su valor.

Régimen laminar: las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud. Corresponde el régimen laminar a bajos valores del número de Reynolds y suele darse a pe-queñas velocidades, en tubos con pequeño diámetro y con fluidos muy viscosos (aceites). En estas condiciones, las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia.

Régimen turbulento: las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas, con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, y por tanto el número de Reynolds, la tendencia al desorden crece. Ninguna capa de fluido avanza más rápido que las demás, y sólo existe un fuerte gradiente de velocidad en las proximidades de las paredes de latubería, ya que las partículas en contacto con la pared han de tener forzosamente velocidad nula.

Viscosidad Cinemática

8.-Clasificación de las Máquinas Hidráulicas1-Máquinas Hidráulicas Generatrices2-Máquinas Hidráulicas Motrices1-Maquinas Hidráulicas GeneratricesReciben trabajo externo y transforman la energía mecánica en energía hidráulica, comunicando al fluido un aumento de su energía potencial, cinética o de presión. (Bombas Hidráulicas).

•Fluidos incompresibles (Líquidos) Bombas

•Fluidos compresibles (gases) Ventiladores Compresores Soplantes, sopladores o blower

1.1 Tipo de bombas más comunesBOMBAS DEDESPLAZAMIENTO POSITIVO O VOLUMÉTRICASLas bombas de desplazamiento positivo tienen mayores requerimientos de mantenimiento debido a la cantidad de piezas móviles que maneja, pero presentan mejor desempeño ante aplicaciones como:Altas presiones a bajos flujos, alta viscosidad con mejor eficiencia que las bombas centrifugas, dosificación de fluidos con altas precisiones, entre muchas otras.

Las bombas de desplazamiento positivo usualmente se instalan con válvulas de seguridad a la descarga. La protección es necesaria debido a que la bomba descarga el fluido en la línea independiente de la presión que ésta tenga .Una obstrucción en el sistema puede ocasionar una sobrecarga en el torque del motor o incluso la rotura de la linea de distribución y de la bomba misma.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO O VOLUMÉTRICAS

BOMBAS DE ENGRANAJESe aplican:• Altas presiones• Flujos o caudales bajos o medianos• Líquidos limpios y con una viscosidad media o alta• Líquidos con viscosidad baja o mediana

Inyección de combustible a calderas, inyección de lubricante a bandas transportadoras,Industria azucarera (manejo de melazas), Bombeo de asfaltos en la industria petroquímica,Bombeo de alquitrán en la industria siderúrgica, entre otras.

BOMBAS DE TORNILLO

Se aplican:• Altas presiones• Flujos o caudales medianos• Líquidos limpios y con una viscosidad media o alta• Líquidos con viscosidad baja o mediana

Ductos para bombeo de petróleo crudo, entre otras.

Se aplican:• Altas presiones• Bajos Caudales• Líquidos limpios y que además no sean viscosos, ni corrosivos.

BOMBAS DE PISTÓN

Lavaderos de autos, operación de prensas hidráulicas, limpieza de piezas de fundición,Limpieza de los cascos de los buques, entre otras.

BOMBAS DE DIAFRAGMA

Se aplican:• Altas presiones• Gran precisión en el Caudal (Flujos bajos)• Líquidos limpios y con un bajo porcentaje de sólidos en suspensión• Líquidos con viscosidad baja o mediana

Torres de enfriamiento, Plantas de tratamiento de efluentes (corrección de pH o inyecciónDe floculantes),Plantas potabilizadoras (inyección de Cloro),fábrica de pinturas, entre o tras.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN BOMBA RADIAL

Presiones mediasFlujos o caudales medianos o altosLíquidos limpios y con pequeño porcentaje de sólidos en suspensiónLíquidos corrosivosLíquidos con viscosidad muy baja o bajaLíquidos con una alta o baja temperatura

Todo tipo de industrias, aplicaciones municipales ,hospitales y hoteles, plantas generadoras de energía, uso doméstico, agrícola y ganadero, entre o tras.

BOMBAS DINÁMICAS O CENTRÍFUGAS

Caudal variable a una velocidad constante, dependiendo de otras variables. Presión de descarga limitada.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN BOMBA AXIAL

Presiones muy bajasFlujos o caudales muy grandesLíquidos limpios o con sólidos en suspensión

Uso agrícola (nivel Gubernamental), uso municipal, control de inundaciones, bombeo de aguas negras (servidas), granjas cama-roneras, entre otras.

Estas bombas encuentran aplicación en aquellas situaciones en las cuales la bomba está sumergida, o por debajo del nivel del líqui-do a bombear y donde se necesiten grandes caudales de bombeo a bajas presiones.

PRINCIPALES PARTES DE UNA BOMBA CENTRIFUGA

1. Carcasa o cuerpo de bomba.2. Impulsor.3. Anillo de desgaste.4. Eje cuerpo rodamiento y camisa eje.5. Sistema de sellado.6. Cuerpo de rodamiento.7. Rodamientos.

1 22

3

45

6 7

Un ventilador puede definirse como una máquina hidráulica impulsora para gases. Si el cambio en la densidad del gas al atravesar la máquina es pequeño (lo que ocurre cuando el salto de presión, , es también pequeño), la teoría desarrollada para má-quinas hidráulicas será perfectamente válida para el estudio de los ventiladores. En general para saltos de presión inferiores a 300 mm.c.a. (milímetros de columna de agua) es decir unos 3000 Pa, se habla de ventiladores y para saltos de presión superiores a 1000 mm.c.a (104 Pa) se habla de turbocompresores. A su vez, pueden distinguirse ventiladores de:

•Baja presión: ~ 100 mm.c.a

•Media presión: entre 100 mm.c.a. y 300 mm.c.a

•Alta presión: entre 300 mm.c.a. y 1000 mm.c.a

Fluidos compresibles (gases)

1.2 Ventiladores

Ventilador AxialVentilador Radial o centrífugo

(en el caso del aire p=1,2 Kgr/m3 en condiciones estándar o ambiente).

1.2 Compresores

Los compresores son máquinas especialmente diseñadas y construidas para aumentar la presión en los gases. Lo mas común es que se comprima aire, pero en la industria es frecuente la necesidad de comprimir otros gases.Durante la compresión casi todos los gases generan calor, si la compresión es rápida este calor se traduce en un aumento notable de la temperatura del gas. La temperatura final del gas al comprimirse depende de la relación de compresión, es decir la relación entre la presión final después de comprimido y la presión inicial del gas antes de la compresión y de la velocidad de la compresión.

Hay muchos tipos de compresores, los mas comunes son:•Compresores a pistones. •Compresores helicoidales. •Compresores de hélice.

En el esquema 1 se muestra un compresor de émbolo típico. Es en esencia una máquina con un mecanismo pistón-biela -manivela. Todos los compresores son accionados por alguna fuente de movimiento externa. Lo común es que estas fuente de movimiento sean motores, lo mismo de combustión como eléctricos. En la industria se mueven compresores accionados por máquinas de vapor o turbinas.

En este caso, cuando la manivela gira, el émbolo desciende y crea vacío en la cámara superior, este vacío actúa sobre la válvula de admisión (izquierda), se vence la fuerza ejercida por un resorte que la mantiene apretada a su asiento, y se abre el paso del aire desde el exterior para llenar el cilindro. El propio vacío, mantiene cerrada la válvula de salida (derecha). Obsérvese que el cuerpo del cilindro está dotado de aletas, estas aletas, aumentan la superficie de disipación de calor para mejorar la transferencia del calor generado durante la compresión al exterior.

Compresores a pistonesEsquema 1 Esquema 2

Compresores helicoidales

Los compresores helicoidales se utilizan para manipular grandes volúmenes de gases. Las presiones de trabajo de estos compresores no son tan altas como los de émbolo. La figura de abajo muestra el esquema de uno de estas máquinas. Las roscas elaboradas en los tornillos están hechas con gran exactitud, de manera que la holgura entre ellas es prácticamente nula aunque no llegan a tener contacto. También el cuerpo donde están colocados los tornillos está fabricado con gran exactitud y prácticamente no hay espacio entre el diámetro exterior de los tornillos y el cuerpo. Cuando los tornillos giran, apresan el gas contenido entre las roscas y el cuerpo en el lado de la succión, y lo dirigen en la dirección del avance de la rosca para salir forzadamente por el otro extremo.

Compresores de héliceLos compresores de hélice se usan para la manipulación de grandes volúmenes de gases a relativas bajas presiones. Una aplicación típica de un compresor de hélice se encuentra en los sobrecargadores de los motores de combustión interna.

2-Maquinas Hidráulicas Motrices

Transforman la energía hidráulica de sus distintas formas a energía mecánica, generalmente en forma rotativa. (Turbinas Hidráulicas).

TURBINAS TIPO PELTONCentrales Hidroeléctricas

TURBINAS DE VAPORCentrales Geotérmicas

Motores de Combustión Interna

1.-INTRODUCCIÓN

El modelado de un motor de combustión interna es una tarea interdisciplinaria que involucra áreas como: termodinámica química, mecánica de fluidos, turbulencia, transferencia de calor, combustión y resistencia de materiales.

A partir del primer diseño de un motor de combustión interna se han generado diferentes dispo-siciones, tamaños y formas de generar energía. En este módulo usted comprenderá la importancia del motor y el desarrollo de la tecnología como punto de referencia de la industrialización. Los motores de combustión interna están clasificados en las maquinas que generan movimiento a partir de energía térmica. Dentro de este tipo de motores se encuentran los volumétricos de los cuales trata este módulo y los continuos como son las turbinas y los reactores. Los motores volumétricos se clasifican, según su forma de movimiento, en rotativos y alternativos principalmente, estos últimos pueden tener encendido por chispa o por compresión.

Cuando se habla de motores de combustión interna hay que especificar la forma en que se lleva a cabo el encendido, promotor de la combustión

2.-EL MOTORLa definición formal de un motor es aquella maquina que esta constituida para transformar algún tipo de energía en movimiento, dicho movimiento se entrega en forma rotacional. El motor de combustión interna realiza este proceso transformando la energía química y calórica que posee la mezcla combustible en energía mecánica (movimiento), por medio de un mecanismo de biela - manivela como se indica en la figura. El motor consta de diferentes partes entre ellas como constante, la culata, el bloque y el cárter, los cuales son explicados detalladamente en este documento junto con los sistemas necesarios para su completo funcionamiento.

Esta combustión hace que, al subir la temperatura de los gases, estos se expandan y empujen el pistón o émbolo hacia abajo. Por medio de un mecanismo de biela - manivela, esta última es la unión al cigüeñal, hace que el impulso del pistón sea transmitido y se produzca trabajo mecánico.

Un motor de combustión interna basa su funcionamiento en principios termodinámicos, es una máquina destinada a transformar la energía calórica en energía mecánica (trabajo). En el proceso la mezcla de aire con algún derivado del petróleo, se quema a muy alta velocidad en la cámara de combustión que está ubicada en la parte superior del cilindro.

MOTOR MONOCILÍNDRICO

Está formado por un solo cilindro dentro del cual se desplaza un pistón entre dos puntos máximo y mínimo de su recorrido, llamado punto muerto superior (PMS) y punto muerto inferior (PMI). Por encima del pistón, cuando éste está en su PMS, la culata (montada por encima del pistón) forma un hueco llamado cámara de compresión o explosión, que es donde se acumulan los gases comprimidos para ser quemados. El pistón va unido por un eje a la biela y ésta al cigüeñal en forma de manivela, formado por el sistema biela-manivela, que transforma el movimiento lineal del pistón en movimiento rotativo, que transforma el movimiento lineal del pistón en movimiento rota-tivo que se aprovecha en el eje del cigüeñal. Una carrera completa del pistón hacia arriba y otra hacia abajo corresponde a una revolución del cigüeñal. CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN UN MOTORUn motor queda definido por la potencia que puede desarrollar, la cual está en función de las características constructivas del mismo:

Calibre. Así se llama el diámetro interior del cilindro, que se expresa en mm.

Carrera. Es la longitud o espacio recorrido por el pistón, al desplazarse del PMS al PMI; se expresa en mm.

Cilindrada. Así se llama al volumen ocupado por el cilindro entre su PMS y PMI; se expresa en cm3 y se calcula multiplicando la superficie del pistón por su carrera.

Se llama relación de compresión (Rc) al cociente de dividir: el volumen total ocupado por la mezcla, cuando el pistón está en el PMI, por el volumen ocupado por la cámara de compresión, cuando el pistón se encuentra en el PMS.

Tiempo: Carrera hacia arriba o hacia abajo del pistón, dentro del cilindro, donde cumple con una función determinada.

Valores típicos de

8 - 12 motores encendido por chispa

12 - 24 motores encendido por compresión

Se llama relación de compresión (Rc) al cociente de dividir: el volumen total ocupado por la mezcla, cuando el pistón está en el PMI, por el volumen ocupado por la cámara de compresión, cuando el pistón se encuentra en el PMS.

La temperatura final de compresión viene dada por la expresión:

tc +273 = (t0 + 273 ) Rc - 1  ºC

tc = temperatura final de compresión en ºC tc = temperatura inicial en º CRc = relación de compresiónexponente calorimétrico del gas (1.33)

La temperatura alcanzada por la mezcla comprimida hace elevar la presión interna, la cual alcanza un valor al final de la compresión igual a:

pc = po Rc

  pc = presión final de compresión en Kg /cm2 po = presión inicial de la mezcla al final de la admisión en Kg /cm2

3.-TIPOS DE MOTORES3.-TIPOS DE MOTORESDentro de los diferentes tipos de motores que existen, los cuales pueden ser Dentro de los diferentes tipos de motores que existen, los cuales pueden ser clasificados por la clase de energía que utilizan, se encuentran los de combustión clasificados por la clase de energía que utilizan, se encuentran los de combustión interna que pertenecen a los térmicos, como se muestra en la siguiente figura.interna que pertenecen a los térmicos, como se muestra en la siguiente figura.

Los motores de combustión interna pueden ser clasificados dependiendo de diferentes puntos de vista, se pueden clasificar por su disposición, por su funcionamiento o por la cantidad de cilindros.

4.-MOTORES DE CUATRO TIEMPOS (4 carreras en 2 vueltas del cigüeñal)Se conoce con este nombre debido a que cada subida y/o bajada del pistón dentro del cilindro corresponde a un tiempo del motor, los cuatro tiempos son: admisión, compresión expansión y escape.

Se denomina motor de cuatro tiempos, al que precisa cuatro, o en ocasiones cinco, carreras del pistón o émbolo - dos vueltas completas del cigüeñal - para completar el ciclo termodinámico de combustión. Estos cuatro tiempos son:

Admisión: El pistón se desplaza desde el PMS hasta el PMI mientras que la mezcla aire combustible entra a la cámara de com-bustión, gracias a la apertura de la o las válvulas de admisión

Compresión: Al finalizar la admisión el pistón empieza su recorrido hacia arriba, la válvula de admisión que se encontraba abierta se cierra y debido a que la mezcla no tiene ninguna opción de escape, es comprimida.

Combustión (expansión): Es también mal llamado explosión, este nombre no se debe dar porque no existe tal, lo que sucede es una ignición progresiva de la mezcla debido a la chispa que se genera por la bujía en los motores a gasolina; gracias a esta com-bustión los gases generados se expanden y empujan de nuevo el pistón hacia el PMI. En los motores Diesel la combustión no se genera por chispa si no por el alto grado de compresión al que se llega, lo que se traduce en alto grado de temperatura. Este empuje hacia abajo es el que hace girar el cigüeñal

Escape: Nuevamente el pistón vuelve a su recorrido hacia arriba, empujando los residuos de la combustión que gracias a la aper-tura de la o las válvulas de escape salen del motor; aquí se inicia el ciclo nuevamente abriendo la válvula de admisión.

Componentes de un típico ciclo de cuatro tiempos, (E) Salida de gases, (I) entrada de la cámara, (S) bujía, (V) Válvulas, (P) Pistón, (R) Biela, (C) Cigüeñal, (W) Conductos de líquido refrigerante

5.-MOTOR DE DOS TIEMPOS (2 carreras en 1 vuelta del cigüeñal)Fase de admisión-compresión

El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el cilindro, la cara inferior succiona la mezcla aire combustible a través de la lumbrera.

Fase de potencia-escape

Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión de la mezcla gracias a una chispa eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de combustión impulsa con fuerza el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la biela.

En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla aire-combustible pasa del carburador al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.

6.-PARTES DE UN MOTOR

Un motor de combustión interna es un conjunto de piezas que unidas entre si permiten la trans-formación de la energía química contenida en un combustible en energía de movimiento la cual pueda ser aplicada en otros sistemas y funciones que ayuden al desarrollo industrial.

Este conjunto de piezas que conforman el mótor a veces supera las 200 unidades. Dentro de esta gran cantidad de componentes existen tres partes principales que lo identifican como un motor de combustión interna, estas partes son la culata, el bloque y el cárter, cada una de los cuales está también compuesta por subconjuntos que permiten su funcionamiento.

Vistas principales

6.1-LA CULATAEs la parte superior del motor en donde se encuentran las válvulas y las cámaras de combustión; en algunos motores y generalmente los modernos (a partir de los años 60) también se encuentra el eje de levas, junto con los mecanismos necesarios para la apertura y cierre de las válvulas. La culata también tiene conductos de refrigeración y lubricación, los cuales deben conservarse constantes durante toda su longitud, o como máximo, permitir alguna conicidad. Ésta generalmente está fabricada de aluminio o aleaciones ligeras. Una culata debe ser resistente a la presión de los gases, poseer buena conductividad térmica, ser resistente a la corrosión y poseer un coeficiente de dilatación exactamente igual al del bloque de cilindros. Las partes principales de una culata son las cámaras de combustión, las válvulas con su guías y sellos, el eje o los ejes de levas cuando se encuentran en ella y el sistema de distribución

La culata puede ser dividida en las siguientes partes, tomándolas como las principales.

1. CÁMARAS DE COMBUSTIÓN :"Es el espacio de los motores de combustión interna en donde tiene lugar la combustión de la mezcla de aire y carburante.“ La cámara debe cumplir con algunos requisitos, para ser eficiente, como son ser pequeña para reducir al mínimo la superficie absorbente del calor generado por la inflamación de la mezcla, no tener grietas o rincones que causen combustión espontánea o cascabeleo y debe poseer un espacio para la ubicación de la bujía, la cual preferible-mente debe estar en el centro geométrico de la cámara.

Del valor de la relación de compresión depende el tipo de combustible que deba usarse, ya que entre más elevado sea con mayor facilidad se realizara la ignición, del mismo modo a mayor relación de compresión se logra un mejor rendimiento del motor como se ve en la siguiente figura

Valores típicos de

8 - 12 motores encendido por chispa

12 - 24 motores encendido por compresión

Forma de cámara de combustión

2. VÁLVULAS :Las válvulas de los motores de combustión interna son los elementos encargados de abrir y cerrar los conductos por donde entra la mezcla (válvulas de admisión) y por donde salen los gases de escape (válvulas de escape) del cilindro. Por lo general están hechas de acero. En algunos casos, las de escape van huecas y rellenas de sodio para mejorar la refrigeración, ya que pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 800°C. Las válvulas de admisión son siempre más grandes que las de escape, porque es más difícil introducir el aire en el cilindro que sacar los gases quemados.

Válvula de admisión

Válvula de escape

En el caso de los motores de dos tiempos, la función de la válvula es cumplida por el mismo pistón, es decir éste es el que se encarga de permitir el flujo desde la lumbreras hacia la cámara de compresión. En el esquema que se muestra se ve que las lumbreras A y E, de admisión y escape respectivamente, están gobernadas por el movimiento alternativo del pistón. Este tipo de funcionamiento se presenta también en algunos motores Diesel de muy bajas revoluciones.

Motor de dos tiempos

Ubicación del múltiple de admisión y sus válvulas

3.EJE DE LEVAS: Es el elemento encargado de abrir y cerrar las válvulas, según el tiempo del motor en cada pistón. Es también llamado Árbol de Levas. El eje de levas esta compuesto por una polea dentada para la acción de la correa o cadena de distribución, unas muñequillas o puntos de apoyo sobre la culata, las levas o excéntricas y en algunos casos el mando de la bomba de gasolina mecánica y cuando el sistema de encendido no es electrónico el engranaje para el mando de distribuidor.

Cadena que transmite el movimiento del cigüeñal al eje de levas

4. DISTRIBUCIÓN: En un motor térmico se entiende por distribución el conjunto de los órganos de apertura y cierre de los con-ductos que transportan la mezcla a los cilindros La distribución por medio de válvulas tiene tres clases diferentes que son la distri-bución por engranajes, la distribución por cadena y la distribución por correa dentada. La idea básica del funcionamiento correcto de la distribución es hacer que cada válvula abra accionada, directa o indirectamente, por una excéntrica una vez por ciclo y en el momento indicado.

Es la que mas se utiliza actualmente, es muy liviana y silenciosa, necesita de un cambio de la correa dependiendo del kilometraje u horas de uso, corre el riesgo de romperse y así causar un daño grave en el motor, el cual es el choque de las válvulas con las cabezas de los cilindros.

Distribución por correa

6.2-EL BLOQUE DE CILINDROSEl bloque es la parte más grande del motor, contiene los cilindros donde los pistones suben y bajan, conductos por donde pasa el liquido refrigerante y otros conductos independientes por donde circula el lubricante. Generalmente el bloque esta construido en aleaciones de hierro o aluminio, siendo estas ultimas mucho mas livianas y permiten mayor rendimiento. El bloque puede dividirse en varias partes que son:

1. EMPAQUE DE CULATA: Es una lámina fabricada en diferentes materiales, como son asbesto, latón, acero, caucho, bronce y actualmente se está desarrollando un nuevo material llamado grafoil. Se utiliza para sellar la unión entre la culata y el bloque de cilindros. Posee varias perforaciones por las cuales pasan los pistones, los espárragos de sujeción, y los ductos tanto de lubricación como los de refrigeración.

2. CILINDROS: Es una cavidad de forma cilíndrica, de material metálico, por la cual se desplazan los pistones en su movimiento alternativo, entre el punto muerto inferior y el punto muerto superior, las paredes interiores son completamente lisas y en algunos casos cromadas para mayor resistencia al desgaste. En el cilindro se adaptan unas camisas o el mismo cilindro constituye la ca-misa, la cual es elemento de recambio o modificación en caso de una reparación; de éstas existen dos tipos:

2.1. Camisa seca

Simplemente es un cilindro que se coloca a presión dentro del formado en el bloque, sin existir ningún espacio entre bloque y camisa. En casos de reparación este tipo de camisas permite ser maquinada, teniendo en cuenta que se aumenta el diámetro interior, cierta cantidad de veces, especificadas inicialmente por los fabricantes de motores y al llegar a estos límites debe ser cambiada por una nueva de medida original.

2.2. Camisa húmeda

En este caso la camisa reemplaza totalmente al cilindro del En este caso la camisa reemplaza totalmente al cilindro del bloque y es apoyada en éste únicamente en su parte superior e bloque y es apoyada en éste únicamente en su parte superior e inferior siendo rodeada en su totalidad por los ductos de inferior siendo rodeada en su totalidad por los ductos de refrigeración. Para una reparación simplifica el proceso ya que refrigeración. Para una reparación simplifica el proceso ya que solo se debe extraer la camisa vieja y reemplazarla por la solo se debe extraer la camisa vieja y reemplazarla por la nueva, la cual se sujeta del bloque en la parte superior por nueva, la cual se sujeta del bloque en la parte superior por medio de unas bridas, las que presionan evitando cualquier tipo medio de unas bridas, las que presionan evitando cualquier tipo de movimiento.de movimiento.

Camisas: las camisas secas están rodeadas por el metal del bloque del motor. La camisa húmeda tiene la mayor parte de su superficie en contacto con el agua del sistema de refrigeración.

3. PISTONES: Tomando el pistón como un elemento de un mecanismo cinemática puede definirse como aquel elemento que tiene como función deslizarse dentro de su guía, que en el caso de un motor es la camisa o cilindro. La superficie lateral de un pistón no es perfectamente cilíndrica, la parte más ancha se encuentra cerca del fondo o parte inferior del pistón y es allí donde se mide el diámetro del mismo.

Partes y formas de un pistón

El pistón tiene cuatro partes principales que son :- La cabeza del pistón que recibe el calor y el impulso de los gases de la combustión.- La zona de los anillos que asegura la retención de los gases y del aceite de lubricación; al mismo tiempo sirve como disipadora de calor.- El alojamiento del bulón por medio del cual se une a la biela - La falda, cuya función es guiar el movimiento dentro del cilindro y ceder el resto del calor al fluido refrigerante.

La parte que generalmente varía o que presenta mayores diferencias según el diseño es la cabeza del pistón. Estas La parte que generalmente varía o que presenta mayores diferencias según el diseño es la cabeza del pistón. Estas variaciones se realizan para aumentar o disminuir la relación de compresión y/o para acomodar las válvulas cuando variaciones se realizan para aumentar o disminuir la relación de compresión y/o para acomodar las válvulas cuando se encuentran abiertas. Dentro de las más comunes se encuentran:se encuentran abiertas. Dentro de las más comunes se encuentran:3.1. Pistón de cabeza plana

Utilizado en un principio cuando se empezó a desarrollar el motor de combustión interna y en aquellos motores que no requieren alta potencia, como pueden ser los de plantas eléctricas, vehículos pequeños y motores industriales pequeños.

3.2.Pistón de alta compresión

Son pistones diseñados para aumentar la relación de compresión, su forma en la cabeza depende del tipo de cámara de combus-tión, utilizados únicamente en motores a gasolina y no en diesel.

3.3.Pistón de cabeza cóncava

Este tipo de pistón es utilizado para disminuir la relación de compresión, generalmente en motores Diesel y/o turbos.

3.4.Pistón especial

Existen ciertos tipos de pistones que se realizan bajo pedido según sus aplicaciones como se puede ver en el caso de la fotografía un pistón forjado de alta compresión con cavidades para las cuatro válvulas por cilindro.

4.FUNCIÓN Y FORMAS DE LOS ANILLOSSon los encargados de mantener la estanqueidad en la cámara de combustión, debido a que entre el cilindro o camisa y el pistón debe existir un juego deslizante y por ser los vapores tanto de la mezcla como de los productos de la combustión tan volátiles pueden perderse a través de dicho espacio. Además de esta función cumplen con la de la distribución del aceite sobre la pared del cilindro y la falda del pistón. Los anillos de compresión son de superficie totalmente lisa. En el caso de los anillos de aceite existen diferentes tipos y su zona periférica presenta ranuras o ciertos tipos de formas, como se muestra en las siguientes figuras:Existen dos clases de anillos, los de compresión y los de aceite o rascadores. Son fabricados generalmente en hierro fundido de grano fino o alguna aleación elástica; siendo este material de menor calidad y resistencia que el de los pistones y los cilindros para que en la fricción con las camisas, sean los anillos los que se terminen y no las anteriores. El trabajo principal de los anillos es evitar que la presión de la combustión y la compresión lleguen al carter, junto a esto deben controlar la cantidad de aceite en las paredes de los cilindros y mantener una buena lubricación en los mismos, sin permitir que el aceite pase a la cámara de combustión.

Funcionalidad Segmentos

1 - Capa de aceite (Paredes Cilindro)2 - Neblina de aceite (Zona Inferior Pistón)3 - Segmento compresión (Keystone)4 - Segmento compresión rectangular o cónico5 - Segmento de engrase (regulación de aceite)6 - Orificios descarga de aceite7 - Estanquidad (aceite - cámara combustión)

1. Anillo sencillo con cara ranurada. 2. Anillo sencillo con cara cromada. 3. Anillo raspador de cara ahusada.

4. Anillo raspador de dos caras 5. Anillo raspador con expansor. 6. Anillo con cara cromada y dos rieles laterales.

7. Anillo de dos piezas con expansor.

8. Anillo de dos rieles laterales cromados y combinación de expansor y espaciador. .

5. BULONES Es el elemento que se utiliza para unir el pistón con la biela, permitiendo la articulación de esa unión. Para que este pasador no se salga por el costado del pistón y ralle las camisas se mantiene fijo con alguno de los siguientes procedimientos:

5.1. Pasador fijo Se inmoviliza el pasador al pistón por medio de un espárrago o tornillo de presión.

5.2. Pasador semi flotante El pasador queda en la biela siendo apretado por medio de una abrazadera de tornillo, pero gira libremente sobre los soportes del pistón.

5.3. Pasador completamente flotanteEl pasador gira libremente con pistón y biela; para evitar el desplazamiento se colocan pines de presión en los extremos, los cuales se aseguran en los espacios determinados para este fin en el pistón.

6. BIELAS La biela es la pieza que está encargada de transmitir al cigüeñal la fuerza recibida del pistón. Generalmente está fabricada de acero forjado debido a que debe resistir una gran tensión y esfuerzo. La biela permite la transformación del movimiento alternativo en rotativo.Aunque es una sola pieza en ella se diferencian tres partes pie, cuerpo y cabeza, el pie de la biela es el que la une al pistón por medio del pasador o bulón, el cuerpo asegura la rigidez de la pieza y la cabeza gira sobre el codo del cigüeñal y está dividido en dos partes una superior y la otra inferior, que aunque en su fabricación se hace en la misma fundición o forja se divide para que se pueda asegurar al cigüeñal por medio de espárragos o tornillos.Generalmente las bielas están perforadas, es decir, se les crea un conducto por donde circula el aceite bajo presión desde la cabeza hasta el pasador, con el fin de lograr una buena lubricación. La biela es uno de los elementos del motor que esta sometida a mayores esfuerzos y sobre todo a los de tracción, por esta razón es importante conocer y comprender su comportamiento tanto cinemático como dinámico.

6.3- EL CARTER Es el deposito de aceite lubricante, es la tapa inferior del motor, dentro de la cual se mueve el cigüeñal. En su parte inferior está provisto de un tapón de vaciado, que es el lugar por donde se extrae el aceite cuando es necesario su cambio. Generalmente esta tapa esta provista de aletas en su parte externa y se emplean para mantener el aceite a una buena temperatura de funciona-miento, que oscila generalmente entre los 80°C y los 90°C. Así mismo, para los motores de vehí-culos (no motores estacionarios) en su parte interior debe estar provisto de un sistema conocido como rompe olas, el cual consiste en una o unas placas transversales que evitan que el aceite se acumule en los extremos cuando el motor se inclina y provoque una deficiencia del mismo. Existe un sistema de carter conocido como carter seco el cual únicamente actúa como deposito indepen-diente del motor y para poder lubricarlo se necesita del funcionamiento de una bomba que lo lleve a los ductos, la diferencia básica con el sistema común es que en el segundo existe lubricación por salpicadura debida al movimiento del cigüeñal.

1.CIGÜEÑAL:1.CIGÜEÑAL: Es el encargado de la transformación final del movimiento lineal del pistón en movimiento rotativo; Es el encargado de la transformación final del movimiento lineal del pistón en movimiento rotativo; una operación que permite transmitir el par motor originado a los restantes elementos mecánicos del motor. Uno de una operación que permite transmitir el par motor originado a los restantes elementos mecánicos del motor. Uno de los extremos se aprovecha para mover el vehículo y el otro para aportar el par necesario para mover los restantes los extremos se aprovecha para mover el vehículo y el otro para aportar el par necesario para mover los restantes elementos auxiliares: sistema de distribución, generador, compresor de climatización, etc. Se considera una de las elementos auxiliares: sistema de distribución, generador, compresor de climatización, etc. Se considera una de las piezas más importantes del motor, ya que recoge y transmite todos los cambios de potencia desarrollados por cada piezas más importantes del motor, ya que recoge y transmite todos los cambios de potencia desarrollados por cada uno de los pistones. El cigüeñal es un eje, provisto de manivelas y contrapesos, dentro de los cuales generalmente uno de los pistones. El cigüeñal es un eje, provisto de manivelas y contrapesos, dentro de los cuales generalmente se encuentran orificios de lubricación. Debe poseer la fortaleza necesaria para resistir el empuje que ejercen los se encuentran orificios de lubricación. Debe poseer la fortaleza necesaria para resistir el empuje que ejercen los pistones sin sufrir ningún tipo de deformación. Además de esto debe estar balanceado tanto estática como pistones sin sufrir ningún tipo de deformación. Además de esto debe estar balanceado tanto estática como dinámicamente.dinámicamente. El cigüeñal es la pieza que completa el conjunto biela manivela. El cigüeñal es la pieza que completa el conjunto biela manivela.

2.CASQUETES: Son también llamados cojinetes, tienen forma de media luna y se colocan entre el cigüeñal y la cabeza de las bielas y entre el cigüeñal y la bancada (estructura) del motor. Están fabricados generalmente de acero revestidos de un metal antifricción conocido como metal Babbitt y son de tan exacta tolerancia que no son susceptibles de reparación si no que en el momento de alguna falla o cuando cumplen con su vida útil deben ser reemplazados. Un cojinete se define como el elemento mecánico en el que se apoya y gira un eje mediante su órgano de contacto. El material del casquete debe ser más blando que el del eje para evitar el deterioro de éste ultimo en caso de una lubricación defectuosa. La lubricación de estos elementos es forzada y se realiza por medio de orificios en los mismos y una guía que mantiene una película de aceite entre el casquete y el cigüeñal. Además de cumplir una función de protección y elementos de recambio los casquetes están sometidos a grandes esfuerzos debidos a la presión de los gases, la fuerza centrífuga producida por la rotación del cigüeñal y las fuerzas de inercia por los movimientos del conjunto de elementos del motor.

3.VOLANTE DE INERCIA: Recibe este nombre el elemento de una máquina que posee un movimiento rotatorio. Su principal característica mecánica es el momento de inercia, o resistencia a ser acelerado o desacelerado. Si se considera un motor mono-cilindrico, se tiene que el único momento en que el motor aplica fuerza al cigüeñal es en el tiempo de expansión, en los otros tres tiempos el movimiento es debido únicamente a la inercia del mismo. Para un motor bicilindrico se reducirá el espacio muerto, es decir, el tiempo que dura el motor sin ser empujado pero aun existe este caso, la función del volante es mantener el impulso impreso por los pistones en su movimiento descendente debido a la inflamación de la mezcla. Junto a esto el volante también se encarga de evitar la caída de revoluciones cuando en un motor se acopla una caja de cambios, se realiza la variación de marchas. Además es el elemento que permite la partida del motor, conectando a la corona dentada del volante a la del motor de arranque.

7.-OCTANAJE

El octanaje o índice de octano es una escala que mide la resistencia que presenta un combustible (como la gasolina) a detonar prematuramente cuando se comprime dentro del cilindro de un motor. También se denomina RON (por sus siglas en inglés, Research Octane Number).

Algunos combustibles (como el GLP, GNL, etanol y metanol, entre otros) poseen un índice de oc-tano mayor de 100. Utilizar un combustible con un octanaje superior al que necesita un motor no lo perjudica ni lo beneficia. Si se tiene previsto que un motor vaya a usar combustible de octanaje alto, puede diseñarse con una relación de compresión más alta y mejorar su rendimiento.

Si la gasolina no sale de fábrica con suficiente octanaje, se le añade algún aditivo como el etanol, el benceno o, antiguamente, el muy contaminante tetraetilo de plomo

Los índices de octano en motores de combustión :El octanaje indica la presión y temperatura a que puede ser sometido un combustible carburado (mezclado con aire) antes de autodetonarse al alcanzar su temperatura de autoignición debido a la ley de los gases ideales.

Si el combustible no posee el índice de octano suficiente en motores con elevadas relaciones de compresión (oscilan entre 8'5 y 10'5), se producirá el "autoencendido" de la mezcla, es decir, la combustión es demasiado rápida y dará lugar a una detonación prematura en la fase de compre-sión, que hará que el pistón sufra un golpe brusco y reducirá drásticamente el rendimiento del motor, llegando incluso a provocar graves averías. A este fenómeno también se le conoce entre los mecánicos como picado de bielas o cascabeleo.

Dicho índice de octano se obtiene por comparación del poder detonante de la gasolina en cuestión con el de una mezcla de heptano e isoctano. Al isoctano se le asigna un poder anti-detonante de 100 y al heptano de 0, de modo que, por ejemplo, una gasolina de 95 octanos se correspondería en su capacidad antidetonante a una mezcla con el 95% de isoctano y el 5% de heptano.

En los motores a gasolina de baja eficiencia se recomienda usar gasolinas con bajo nivel de octanaje, debido a la baja relación de compresión con la que operan en sus cilindros. Donde se nota mucho esta relación es en automóviles nuevos a los que, al suministrarles gasolina con bajo octanaje, se nota un cascabeleo generado por la explosión prematura del combustible en la cámara de combustión. A mayor compresión se requiere mayor octanaje para que sea eficiente el uso del combustible.

Índices de cetanaje en motores diésel : Otra medida, tal vez menos conocida, para medir el efecto contrario (es decir, la facilidad con la que se inflama el combustible en los motores diésel) es el índice de cetano, que tiene al cetano como combustible de referencia. En este caso, cuanta más facilidad para inflamarse, mejor es el combustible.

Índice de cetano:El cetanaje o índice de cetano corresponde a la cantidad presente (porcentaje en volumen) de cetano (hexadecano) en una mezcla de referencia con igual punto de inflamación que el carburante (hidrocarburo) sometido a prueba.

El número o índice de cetano guarda relación con el tiempo que transcurre entre la inyección del carburante y el comienzo de su combustión. Una combustión de calidad ocurre cuando se produce una ignición rápida seguida de un quemado total y uniforme del carburante.

Cuanto más elevado es el número de cetano, menor es el retraso de la ignición y mejor es la calidad de combustión. Por el contrario, aquellos carburantes con un bajo número de cetano requieren mayor tiempo para que ocurra la ignición y después queman muy rápidamente, produ-ciendo altos índices de elevación de presión.

Si el número de cetano es demasiado bajo, la combustión es inadecuada y da lugar a ruido excesivo, aumento de las emisiones, reducción en el rendimiento del vehículo y aumento de la fa-tiga del motor. Un humo y ruido excesivos son problemas comunes en los vehículos diésel, especialmente bajo condiciones de arranque en frío. En definitiva es un indicativo de la eficiencia de la reacción que se lleva a cabo en los motores de combustión interna.

8.-GASÓLEO El gasóleo, también denominado gasoil o diésel, es un líquido de color blancuzco o verdoso y de densidad sobre 850 kg/m3 (0,850 g/cm3), compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores diésel y en calefacción.Cuando es obtenido de la destilación del petróleo se denomina petrodiésel y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina biodiésel.

El gasóleo no es soluble en el agua

La palabra "diesel" se deriva del nombre del inventor alemán Rudolf Christian Karl Diesel que en 1892 inventó el Motor diésel.

9.-GASOLINALa gasolina es una mezcla de hidrocarburos derivada del petróleo que se utiliza como combus-tible en motores de combustión interna con encendido a chispa. La gasolina, en Argentina, Paraguay y Uruguay se conoce como nafta, en Chile como bencina.Tiene una densidad de 720 g/L (un 15% menos que el gasoil, que tiene 850 g/L). Sin embargo, en términos de masa, la gasolina tiene una energía de 48,31 MJ/Kg frente a los 45,47 MJ/Kg del gasóleo.

10.-CILINDRADA

Se conoce como cilindrada o desplazamiento a la suma de los volúmenes admitidos por los cilin-dros de un motor. Si tomamos en cuenta que el cilindro es un cuerpo geométrico cuyo volumen se obtiene aplicando la fórmula A x L y que "A" es la superficie o área de la cabeza del pistón y que "L" es igual a la distancia que existe entre la cabeza del pistón en su punto muerto inferior y la ca-beza de cilindros, podemos obtener fácilmente el volumen de un cilindro. Después, multiplicamos ese número por la cantidad de cilindros que tenga el motor y el resultado constituirá la cilindrada. (Figura )

Este concepto se expresa generalmente en centímetros cúbicos (cc. o cm3) aunque también se emplean los litros (L). Los norteamericanos lo expresan en pulgadas cúbicas (cu.in. cubic inches).

Cilindrada Volumen.

Cilindrada de un motor.

11.-ORDEN DE ENCENDIDO.

El orden de encendido es la secuencia en que tiene lugar la chispa de la bujía en cada cilindro. Esta chispa coincide con el inicio de la carrera de fuerza respectiva. Para poder entender más fácil-mente podemos tomar el ejemplo de un motor en línea de cuatro cilindros de ciclo de 4 tiempos Otto, de la manera siguiente: 1 - 3 - 4 - 2, es decir, que encenderá primero el cilindro número uno, después el número tres, a continuación el cuatro y por último el número dos. Este ciclo, como ya sabemos, se repite continuamente de modo que habrá sólo un pistón en carrera de fuerza, otro en carrera de compresión, uno más en carrera de admisión y otro en carrera de escape, en cualquier momento de giro del cigüeñal, siguiendo siempre ese orden de encendido.

En la figura encontramos al pistón número 1 al final de su carrera de fuerza, en su punto muerto inferior; por lo tanto, el pistón número 3 se encontrará al final de su carrera de compresión a pun-to de encender su mezcla, luego el pistón número 4 estará al final de su carrera de admisión y el pistón número 2 se encontrará al final de su carrera de escape.

TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

1.-INTRODUCCIÓN

Vimos que un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se emplean motores de combustión interna de cuatro tipos:

•El motor de explosión cíclo Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Niko-laus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáu-tica. •El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Diesel, fun-ciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. Se emplea en instalaciones generadoras de energía eléctrica, en sistemas de propulsión naval, en camiones, autobuses y automóviles.Tanto los motores Otto como los diésel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos. •El motor rotatorio. (motor Wankel).•La turbina de combustión.

Motor Rotatorio Wankel

La Turbina como motor generador

Es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimien-to produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice.

El término turbina suele aplicarse también, por ser el componente principal, al conjunto de varias turbinas conectadas a un generador para la obtención de energía eléctrica.

TIPOS DE TURBINAS

.Turbinas hidráulicas :Como turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores.

.Turbinas térmicas : Turbinas a vapor, Turbinas a gas.

.Turbinas eólicas :Una turbina eólica es un mecanismo que transforma la energía del viento en otra forma de energía útil como mecánica o eléctrica.

.Turbina Submarina :Una Turbina Submarina es un dispositivo mecánico que convierte la energía de las Corrientes Submarinas en energía eléctrica

Turbina de vapor de Siemens AG. Rotor de una turbina Pelton, ésta es una turbina hidráulica de acción de admisión parcial.

2.-ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR A COMBUSTIÓN INTERNA

Los motores Otto y los diésel tienen los mismos elementos principales.

La cámara de combustión es el lugar donde se realiza la combustión del combustible. En un motor alternativo a ciclo Otto (gasolina), la cámara de combustión es el espacio remanente entre la parte superior del pistón cuando éste se encuentra en el punto muerto superior (PMS; en inglés "Top Dead Center" o TDC) y la culata o tapa de cilindros. En un ciclo Diésel (gas oil), la cámara de combustión principal se encuentra taladrada en la cabeza del pistón. En el caso de un motor diésel de inyección indirecta, encontraremos una precámara de combustión.

2.1- CAMARA DE COMBUSTIÓN (Un motor puede tener de 1 a 28 cilindros.)

2.2-SISTEMA DE ALIMENTACIÓNEl sistema de alimentación de combustible de un motor de combustión interna consta de un depósito, una bomba de combustible y un dispositivo que vaporiza o atomiza el combustible líquido, para poder ser quemado. Se llama carburador al dispositivo utilizado con este fin en los motores Otto, aunque también se puede introducir el combustible atomizado en los cilindros a través de una Bomba de inyección de combustible.

1.BOMBA DE COMBUSTIBLE: Una bomba de combustible es un dispositivo que le entrega al fluido de trabajo o combustible la energía necesaria para desplazarse a través del carburador para luego entrar en la válvula de admisión donde posteriormente pasa al cilindro. Las presiones con las que trabaja la bomba dependen en gran medida del tipo de motor que se tenga. Así, cuanta más potencia necesite un motor, mayor cantidad de cilindros harán falta, por lo que se necesitará una bomba de mayor potencia.

Suministro de combustible: se hace por medio de una bomba de combustible que tiene la misión de aspirar el combustible del depósito y enviarlo al carburador. Esta bombas pueden ser, según su funcionamiento, de accionamiento mecánico o eléctrico. La bomba de combustible de accionamiento mecánico, esta formada por un cuerpo o carcasa (1) construido en dos mitades, entre las cuales va sujeta la membrana elástica (2) que sirve de émbolo, aspirando y comprimiendo el combustible en el interior de la recamara (3). En la parte superior van situados los orificios de entrada y salida de combustible, las válvulas de paso (4 y 5) y el filtro (8). En la parte inferior de la bomba va montado el vástago (7) unido a la membrana elástica y a la palanca de accionamiento (9), que recibe movimiento de la excéntrica del árbol de levas (10). El conjunto de la bomba se sujeta al bloque motor por medio de una brida con tornillos y se interponen unas juntas de cartón amianto y en medio de ellas la placa aislante, que protege la bomba del calor que genera el motor y evita la prematura gasificación del combustible.Funcionamiento de la bomba: cuando la membrana (2) desciende impulsada por la palanca (9), el vacío interno creado en la recámara (3) abre la válvula (4) y aspira el combustible del depósito que llega por el conducto de entrada de combustible y pasa por el filtro (6), a través de la válvula (4), para llenar el recinto de la recamara (3). Al cesar la acción de la palanca (9), la membrana (2) comprime el combustible de la recámara (3) por efecto del muelle (8). Esta presión hace que se cierre la válvula (4) y se abra la válvula (5), pasando combustible a través de ella por el conducto de salida hacia la cuba del carburador. En la posición neutra o de reposo de la bomba, la presión del combustible al no poder ir hacia el carburador por tener la cuba llena, empuja la membrana hacia abajo y mantiene las válvulas cerradas. La palanca de accionamiento y el muelle no actúan por no poder mover la membrana que esta bajo presión..

2.CARBURADOREl carburador es el dispositivo que hace la mezcla de aire-combustible en los motores de gasolina. A fin de que el motor funcio-ne más económicamente y obtenga la mayor potencia de salida, es importante que la gasolina esté mezclada con el aire en las pro-porciones óptimas. El carburador posee una división donde la gasolina y el aire son mezclados y otra porción donde la gasolina es almacenada (cuba). Estas partes están divididas pero están conectadas por la tobera principal. En la carrera de admisión del motor, la presión interior del cilindro disminuye, aspirando aire hasta el cilindro. Cuando este aire pasa a través de la porción angosta (venturi) del carburador, la velocidad se eleva, luego aspira la gasolina desde la tobera principal. Esta gasolina aspirada es soplada y esparcida por el flujo de aire y es mezclada con el aire. Esta mezcla aire-combustible es luego aspirada dentro del cilindro. La cantidad de aire es controlada por la válvula de aceleración conectada al pedal del acelerador, determinándose así la cantidad de mezcla aire/gasolina aspirada.EI carburador opera básicamente con el mismo principio de un pulverizador de pintura. Cuando el aire es soplado, cruzando el eje de la tubería pulverizadora, la presión interior de la tubería cae. El líquido en el pulverizador es por consiguiente aspirado dentro de la tubería y atomizado cuando es rozado por el aire. Mientras mayor sea la rapidez del flujo de aire que atraviesa la parte superior de la tubería de aspiración, mayor es la caída de presión en esta tubería y una mayor cantidad de líquido es aspirada dentro de la tubería.

3.INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE

La inyección de combustible es un sistema de alimentación de motores de combustión interna, alternativo al carburador, que es el que usan prácticamente todos los automóviles europeos desde 1990, debido a la obligación de reducir las emisiones contaminan-tes y para que sea posible y duradero el uso del catalizador.

Este sistema es utilizado, obligatoriamente, en el ciclo del diésel desde siempre, puesto que el combustible tiene que ser inyectado dentro de la cámara en el momento de la combustión (aunque no siempre la cámara está sobre la cabeza del pistón).

Inyectores y tubo de distribución de combustible utilizado en el Chevrolet Astra Brasil.

El convertidor catalítico o catalizador es un componente de los automóviles que sirve para el control y reducción de los gases nocivos expelidos por el motor de combustión interna.

Consiste de un espacio aislado que contiene gránulos aglutinantes, a través de los cuales pasan los gases para ser filtrados. Los hidrocarburos y el monóxido de carbono antes de ser expulsados por el escape, son convertidos en dióxido de carbono y vapor de agua.

3.1. Sistemas de inyección En un principio se usaba inyección mecánica pero actualmente la inyección electrónica es común incluso en motores diésel.Los sistemas de inyección se dividen en:

•Inyección multipunto y monopunto: Para ahorrar costes a veces se utilizaba un solo inyector para todos los cilindros, o sea, monopunto; en vez de uno por cada cilindro, o multipunto. Actualmente, y debido a las normas de anticontaminación existentes en la gran mayoría de los países, la inyección monopunto ha caído en desuso. •Directa e indirecta. En los motores de gasolina es indirecta si se pulveriza el combustible en el colector de admisión en vez de dentro de la cámara de combustión ó sea en el cilindro. En los diésel, en cambio, se denomina indirecta si se inyecta dentro de una precámara que se encuentra conectada a la cámara de combustión ó cámara principal que usualmente en las inyecciones directas se encuentran dentro de las cabezas de los pistones. Gracias a la electrónica de hoy en día, son indiscutibles las ventajas de la inyección eléctrónica. Es importante aclarar que hoy en día todos los Calculadores electrónicos de Inyección (mayormente conocidos como ECU ó ECM) también manejan la parte del encendido en el proceso de la combustión. Aparte de tener un mapa de inyección para todas las circunstancias de carga y régimen del motor, este sistema permite algunas técnicas como el corte del encendido en aceleración (para evitar que el motor se revolucione excesivamente), y el corte de la inyección al detener el vehículo con el motor, o desacelerar, para aumentar la retención, evitar el gasto innecesario de combustible y principalmente evitar la contaminación.En los motores diésel el combustible debe estar más pulverizado porque se tiene que mezclar en un lapso menor y para que el encendido del mismo sea completo. Un motor de gasolina tiene toda la carrera de admisión y la de compresión para mezclarse, en cambio un diésel durante las carreras de admisión y compresión sólo hay aire en el cilindro. Cuando se llega al final de la compresión, el aire ha sido comprimido y por tanto tiene una elevada presión y temperatura la cual permiten que al inyectar el combustible, éste pueda inflamarse. Debido a las altas presiones reinantes en la cámara de combustión se han diseñado entre otros sistemas, el common-rail y el elemento bomba-inyector a fin de obtener mejores resultados en términos de rendimiento, economía de combustible y anticontaminación.

3.2.Mapa de inyección

El mapa de inyección de combustible de un automóvil a gasolina es una cartografía o varias, según la tecnología que equipe al vehículo, en las cuales se encuentran gráficos en tres dimensiones (tres ejes x, y, z) y determinan los puntos de funcionamiento del motor, mientras que el que ejecuta y comprueba todos esto datos es el calculador de inyección de combustible. Una cartografía simple y caracterstica de las primeras inyecciones controladas electrónicamente es la que involucra los siguientes parámetros como fundamentales: presión de aire de admisión, régimen motor, tiempo de inyección.

Los actuales calculadores de inyeccón electrónicos, para motores tanto Diesel como gasolina, poseen amplias y variadas cartografías de funcionamiento para cada etapa del motor, inclusive existen cartografías especialmente diseñadas para funcionar en caso de detección de fallo de un elemento del sistema de inyección, permitiendo al conductor acercarse al concesionario o taller más cercano con la tranquilidad de que no le sucederá nada perjudicial al motor.

2.3- SISTEMA DE DISTRIBUCIÓNCada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a través de válvulas de cabezal o válvulas deslizantes. Un muelle mantiene cerradas las válvulas hasta que se abren en el momento adecua-do, al actuar las levas de un árbol de levas rotatorio movido por el cigüeñal, estando el conjunto coordinado mediante la correa de distribución.

2.4- ENCENDIDO

Los motores necesitan una forma de iniciar la ignición del combustible dentro del cilindro. En los motores Otto, el sistema de ignición consiste en un componente llamado bobina de encendido, que es un auto-transformador de alto voltaje al que está conectado un conmutador que interrumpe la corriente del primario para que se induzca un impulso eléctrico de alto voltaje en el secundario. Dicho impulso está sincronizado con la etapa de compresión de cada uno de los cilindros; el impulso se lleva al cilindro correspondiente (aquel que está comprimido en ese momento) utilizando un distribuidor rotativo y unos cables de grafito que dirigen la descarga de alto voltaje a la bujía. El dispositivo que produce la ignición es la bujía que, fijado en cada cilindro, dispone de dos electrodos separados unos milímetros, entre los cuales el impulso eléctrico produce una chispa, que inflama el combustible.Si la bobina está en mal estado se sobrecalienta; esto produce pérdida de energía, aminora la chispa de las bujías y causa fallos en el sistema de encendido del automóvil.

1. EL CIRCUITO DE ENCENDIDO ¿QUE ES?.El circuito de encendido utilizado en los motores de gasolina, es el encargado de hacer saltar una chispa eléctrica en el interior de los cilindros, para provocar la combustión de la mezcla aire-gasolina en el momento oportuno. La encargada de generar una alta tensión para provocar la chispa eléctrica es "la bobina". La bobina es un transformador que convierte la tensión de batería 12 V. en una alta tensión del orden de 12.000 a 15.000. Una vez generada esta alta tensión necesitamos un elemento que la distribuya a cada uno de los cilindros en el momento oportuno, teniendo en cuenta que los motores policilindricos trabajan en un ciclo de funcionamiento con un orden de explosiones determinado para cada cilindro (ejemplo: motor de 4 cilindros orden de encendido: 1-3-4-2). El elemento que se encarga de distribuir la alta tensión es el "distribuidor o delco". La alta tensión para provocar la chispa eléctrica en el interior de cada uno de los cilindros necesita de un elemento que es "la bujía", hay tantas bujías como numero de cilindros tiene el motor

En el esquema inferior vemos un "encendido convencional" o también llamado "encendido por ruptor".

2.BUJÍA

Una bujía es el elemento que produce el encendido de la mezcla de combustible y aire en los cilindros, mediante una chispa, de un motor de combustión interna.Una bujía debe tener las siguientes características: a) Estanca a la presión; a pesar de las distintas condiciones de funcionamiento no debe permitir el paso de gases desde el interior del cilindro al exterior del mismo. b) Resistencia del material aislante a las solicitaciones mecánicas y eléctricas. No debe ser atacado por los hidrocarburos y los ácidos que se forman durante la combustión. Debe mantenerse sus propiedades de aislación eléctrica sin partirse por las solicitaciones mecánicas. c) Adecuada graduación térmica; para asegurar a la bujía un funcionamiento correcto, la temperatura de la parte situada en el interior del cilindro debe oscilar entre 500 y 600°C. La forma de la bujía dará el grado de enfriamiento que determinará la temperatura de funcionamiento.

La bujía tiene dos funciones primarias:

1) Quemar la mezcla aire/combustible.

2) Disipar la Temperatura dentro de la cámara de combustión hacia el sistema de enfriamiento del motor (rango térmico).

Es importante recordar que las bujías no crean calor, sólo pueden remover temperatura. La bujía trabaja como un intercambiador de calor sacando energía térmica de la cámara de combustión, y transfiriendo el calor fuera de la cámara de combustión hacia el sistema de enfriamiento del motor. El rango térmico está definido como la habilidad de una bujía para disipar el calor.

La tasa de transferencia de calor se determina por:

La profundidad del aislador.

Volumen de gas alrededor

La construcción/materiales del electrodo central y el aislante de porcelana.

Bujía de automóvil

2.5- REFRIGERACIÓN

Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún tipo de sistema de refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles y de aviones y los motores fueraborda se refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de láminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro. En otros motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se hace circular mediante una bomba. El agua se refrigera al pasar por las láminas de un radiador. Es importante que el líquido que se usa para enfriar el motor no sea agua común y corriente porque los motores de combustión trabajan regularmente a temperaturas más altas que la temperatura de ebullición del agua. Esto provoca una alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques y sellos de agua así como en el radiador; se usa un anticongelante, pues no hierve a la misma temperatura que el agua, sino a más alta temperatura, y que tampoco se congela a temperaturas muy bajas. Otra razón por la cual se debe usar un anticongelante es que éste no produce sarro ni sedimentos que se adhieran a las paredes del motor y del radiador formando una capa aislante que disminuirá la capacidad de enfriamiento del sistema. En los motores navales se utiliza agua del mar para la refrigeración.

En el interior del motor de su automovil se alcanzan temperaturas increíbles de hasta 2000 grados centigrados. Si tenemos en cuenta que la temperatura mejor o ideal de funcionamiento del vehículo es de 90 grados centigrados, comprederemos la necesidad de disponer de sistemas y circuitos de refrigeracion.Principalmente tienen la funcion de eliminar el calor y por otro lado mantenerlo a la temperatura ideal para que los lubricantes no pierdan sus características. Igualmente proteger contra deformaciones por calor, grietas, gripajes, desgastes etc etc...Existen básicamente dos tipos de sistemas para refrigerar nuestro vehículo: Aire y Líquido.

Elementos básicos del sistema de refrigeración:

  1. Radiador  2. Panel del radiador  3. Depósito de agua  4. Manguito flexible  5. Ventilador  6. Bomba de agua  7. Termostato  8. Sensor de temperatura  9. Camisa de agua10. Intercambiador de calor11. Válvula regulación calefacción

1.CIRCUITO DE REFRIGERACIÓNEl sistema de refrigeración por agua de un motor, está constituido por un circuito cerrado. Su función no es otra, que establecer el equilibrio térmico en el motor, ya que solamente con temperaturas óptimas se consiguen las condiciones de funcionamiento ideales, es decir, un alto rendimiento y una combustión completa, lo que a su vez se traduce en una reducción de las emisiones contaminantes.

Los anticongelantes son compuestos que se añaden a los líquidos para reducir su punto de fusión, logrando de esta forma que la mezcla resultante se congele a una temperatura más baja. Una aplicación típica es añadirlos a la gasolina y el diésel para evitar su solidificación en invierno, así como al agua del circuito de refrigeración de los motores para que funcionen expuestos a temperaturas extremas.

Como fluido refrigerante se utiliza una mezcla de agua y de productos anticongelantes y anticorrosivos, generalmente recomendado por el fabricante del motor.

El punto de ebullición de ésta mezcla es superior al del agua, por lo que a una presión de 1,4 bars, la temperatura del refrigerante puede alcanzar los 120 °C.

La temperatura del refrigerante se mide mediante un sensor.En función de ésta temperatura, el termostato regula la apertura y/o el cierre del circuito de refrigeración.

Con el motor frío, el termostato permanece inactivo. De éste modo se conseguirá alcanzar la temperatura de servicio del motor lo más rápidamente posible.Sólo cuando se alcanza una temperatura determinada, el termostato abrirá el circuito para que el refrigerante circule por el radiador.

La bomba de agua, accionada mediante una correa, asegura la circulación del refrigerante por todo el circuito.Mediante el flujo de aire que atraviesa el panel del radiador, y ocasionalmente, por el aire aspirado por el ventilador, se produce el enfriamiento del líquido.

2.BOMBA DE AGUA...Las bombas de agua que se utilizan en los sistemas de refrigeración de circulación forzada del agua son del tipo centrífugo.Este tipo de bombas son los adecuados para obtener grandes caudales con bajas presiones de impulsión.El caudal suministrado por las bombas centrífugas estará en función de la pérdida de carga del circuito y aumentará proporcionalmente con la velocidad de rota-ción.Típicamente, el caudal oscila entre 1 m3/hr a una velocidad de 1000 rpm y 8 m3/hr al máximo régimen del motor, con presiones de impulsión inferiores a 2,5 kgs/cm2.La carcasa o cuerpo de bomba generalmente se fabrica de aluminio.La carcasa se fija al bloque motor mediante tornillos, asegurando la estanquidad por medio de una junta.La carcasa de la bomba incorpora un taladro de fugas que se utiliza para inspección.El cuerpo de bomba integra las cámaras de aspiración e impulsión.La zona o cámara de aspiración se comunica con la parte inferior del radiador y la de impulsión directamente con las camisas de agua del En los motores modernos, el acoplamiento de la bomba se realiza en la culata, así, el agua fría entra directamente en las zonas que circundan las cámaras de combustión, que son las superficies más calientes del motor.En el interior del cuerpo de bomba se aloja la turbina o rotor, que gira por medio de una polea que recibe el movimiento del cigüeñal.El rotor es una rueda provista de aletas y en su giro, centrifuga e impulsa el agua hacia la periferia (zona de impulsión).Dependiendo del modelo de bomba y de la presión que se desea obtener en el circuito, los álabes de la turbina se inclinan hacia atrás en el sentido de rotación (presión baja) o hacia delante (presión alta). El diámetro de la turbina es dependiente de la cilindrada del motor, de la velocidad de giro y de los valores de presión y caudal que se requieran para conseguir una refrigeración adecuada del motor.

El diseño de las bombas de agua depende de dos aspectos básicos:

•Del tipo de accionamiento incorporado

•De la configuración del cuerpo de bomba

•La bomba de agua es accionada por el motor mediante una correa.Esta correa puede ser, la correa de distribución del sistema de accionamiento del árbol de levas o una correa trapezoidal o acanalada accionada por el cigüeñal.Si la polea no forma parte de la bomba, será atornillada a la brida del eje.

En los sistemas por bomba y por circuio sellado, llamado también de circulación forzada, la corriente de agua es accionada por una bomba de paletas que se encuentra en el mismo eje que el ventilador.En tiempo frío, desde que se arranca el motor hasta que alcance la temperatura ideal de los 75º ó 90º, conviene que no circule agua fría del radidor al bloque, por lo que se intercala, a la salida del bloque, un elemento llamad termostato y que, mientras el agua no alcance la temperatura adecuada para el motor, no permita su circulación.Para evitar que en tiempo devasiado frío se congele el agua del circuito, se suelen utilizar otros líqudos, que soportan bajas temperaturas sin solidificarse, denominados anticogelantes.El termostato está formado por un material muy sensible al calor y consiste en una espiral bimetálica o un acordeón de metal muy fino onduladoy que ebido a la temperatura del agua abre o cierra una válvula, regulando así la circualción del refrigerante.

2.RADIADOR.

2.6- LUBRICACIÓN

Los sistemas de lubricación se proyectan de forma que suministren la suficiente cantidad de aceite a todas las partes móviles del motor para realizar su engrase.El aceite se recoge del cárter inferior, y por medio de una bomba, se envía a los distintos puntos, como los cojinetes de bancada, cabeza de bielas, bujes bulón pasador, apoyos del árbol de levas, balancines, guías de válvula, paredes del cilindro, fondos de émbolo,y otros elementos auxiliares, bomba de inyección, turbocompre-sor.La circulación del aceite, al mismo tiempo que lubrica los elementos móviles del motor, realiza una refrigeración de los mismos.

1.CIRCUITO DE LUBRICACIÓN :

El circuito de lubricación está constituido por un sistema de engrase bajo presión.Como valores de presión aproximados, podemos indicar:

•Velocidad Motor 900-1000 rpm (1 - 2 kgs/cm2)

• Velocidad Motor 4000 rpm (3,5 - 5 kgs/cm2)

¿ Cuándo se debe cambiar el aceite ?Cuando lo indique el fabricante. Evidentemente, si cambiamos antes el aceite, favorecemos que la degradación sea menor, y que el motor se mantenga en perfectas condiciones. Si analizamos los problemas que se dan en el motor, vemos que cuanto máskilómetros se realicen entre cambios, mayor es la contaminación que nos encontraremos en el aceite (polvo que entra por la admisiónde aire, carbonillas de la combustión, ...).Otras causas podrían ser: problemas en la combustión (carburante en el aceite) o en la refrigeración (presencia de agua); estosproblemas serán menos importantes si reducimos el intervalo de sustitución, ya que sus concentraciones serán menores, por lo quese disminuye el efecto que tienen sobre el motor.Por tanto, es aconsejable reducir los intervalos de sustitución en aquellos casos que, por seguridad o por los problemasmencionados, haya posibilidad de que se produzca una avería.El “relleno” de aceite, ¿ Permite evitar su sustitución ?No, el aceite sufre agresiones múltiples al desempeñar su función de lubricación. En particular se carga con impurezas, residuos decombustión y de oxidación. El aceite se degrada y pierde propiedades de viscosidad y aditivación, no garantizando así la máximaprotección del motor.

Tal y como se observa en la Fig. 2, básicamente, el circuito de engrase lo constituyen una serie de conductos o perforaciones realizados en el bloque motor y culata, con el fin de distribuir el aceite por todos los componentes que se precisan lubricar. La dis-posición, cantidad, forma... de éstos conductos está en función de las características de cada motor y de las necesidades de en-grase

Canalizaciones de lubricación y distribución de aceite

Sistema de Lubricación

1. Bomba de aceite2. Filtro de Bomba3. Varilla de empuje - Eje Bomba4. Filtro de aceite

 5. Orificios de engrase en cigüeñal  6. Orificios de engrase en biela (buje biela - bulón)  7. Surtidores de aceite: fondo cabeza pistón  8. Surtidores de aceite: Engranajes Distribución  9. Pasos de aceite árbol de levas y cojinetes10. Pasos de aceite (balancines...)

En la Fig. se muestra un diagrama de flujo, correspondiente a un sistema típico de lubricación.

Diagrama de Flujo - Sistema de Lubricación

Desde los distintos puntos de engrase, el aceite rebosa escurriendo por las paredes interiores del bloque hasta el cárter.El aceite que rebosa del eje de balancines engrasa los componentes de válvulas, muelles, guías...

2.ENGRASE DE COJINETES, BIELAS, EMBOLOS...Orificios de engrase en cigüeñal y bielas

En algunos motores, se dispone un orificio en la cabeza de biela, que cuando coincide con el orificio de la muñequilla del cigüeñal, proyecta un chorro de aceite sobre el interior de la cabeza del émbolo-pistón para refrigerarle y engrasar el bulón-pasador. En otras ocasiones, como se observa en la Fig. el aceite presurizado se hace llegar hasta el bulón a través de un orificio practicado en el cuerpo de la biela que comunica la cabeza con el pie. El aceite presurizado que llega hasta el pie de biela, engrasa el bulón (bujes pie de biela) y posteriormente se derrama sobre el fondo de la cabeza del pistón, suponiendo una cierta refrigeración de ésta parte. El movimiento del cigüeñal, centrifuga el aceite que rebosa por los extremos de los cojinetes de bancada y desde los cojinetes de las cabezas de bielas.Este centrifugado produce una "niebla aceitosa" que engrasa adecuadamente las paredes de los cilindros.El aceite depositado en las paredes de los cilindros, es rascado de ellas por medio de los segmentos y se vierte al cárter.

Cigüeñal y Biela - Conductos de Engrase

3.BOMBA DE ACEITE

El sistema de lubricación es vital para el correcto funcionamiento y vida de servicio de los motores.

La bomba de aceite es el "corazón" del sistema.Es el componente mecánico que sirve para poner en circulación el aceite, manteniendo un flujo y presión dentro de los límites apropiados a las características de diseño del motor.Las bombas se diseñan de forma que consigan un caudal adecuado a la superficie de los cojinetes y elementos a lubricar, teniendo también en cuenta la función de refrigeración del aceite.

Las bombas rotatorias de tipo de engranajes son capaces de suministrar una presión elevada, incluso a bajo régimen de giro del motor.Para mejorar su capacidad de aspiración, la bomba de aceite está montada en el bloque motor, normalmente dentro del cárter, sumergida en el aceite.

El giro de los engranajes produce el arrastre del aceite que llega a través del filtro de bomba. El aceite pasa entre los huecos de los dientes de los piñones, por ambos lados del cuerpo de bomba, para salir por el otro extremo a las canalizaciones de engrase.La presión en el circuito se regula mediante una válvula de descarga, que permite la apertura de un by-pass cuando la presión aumenta excesivamente.La presión excesiva se produce en los altos régimenes del motor o cuando el aceite está frío, siendo capaz de comprimir el muelle de la válvula de descarga.De éste modo, se mantiene en el valor deseado la presión de aceite del sistema.Generalmente, la válvula de descarga limita la presión a valores entre 4 y 6 kgs/cm2.Esta válvula, aunque usualmente se incorpora en la bomba, puede instalarse en cualquier punto de la canalización principal de engrase. El aceite sobrante, objeto de la presión excesiva, se vierte al cárter.

La mayoría de las bombas de aceite reciben su movimiento del árbol de levas, sin embargo, algunas bombas son accionadas por el cigüeñal.

El peor enemigo de las bombas de aceite es la suciedad, ya que produce desgaste por abrasión en las partes internas, y afecta la capacidad volumétrica de la bomba.

Cada vez que se realize una reparación completa del motor, recomendamos el cambio de la bomba de aceite.

Mecanismo de Bomba Rotatoria de Engranajes

2.7-SISTEMA DE ARRANQUE

Al contrario que los motores y las turbinas de vapor, los motores de combustión interna no producen un par de fuerzas cuando arrancan (véase Momento de fuerza), lo que implica que debe provocarse el movimiento del cigüeñal para que se pueda iniciar el ciclo. Los motores de automoción utilizan un motor eléctrico (el motor de arranque) conectado al cigüeñal por un embrague automático que se desacopla en cuanto arranca el motor. Por otro lado, algunos motores pequeños se arrancan a mano girando el cigüeñal con una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla alrededor del volante del cigüeñal.

Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que aceleran el volante manualmente o con un motor eléctrico hasta que tiene la velocidad suficiente como para mover el cigüeñal. Ciertos motores grandes utilizan iniciadores explosivos que, mediante la explosión de un cartucho mueven una turbina acoplada al motor y proporcionan el oxígeno necesario para alimentar las cámaras de combustión en los primeros movimientos. Los iniciadores de inercia y los explosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones.

Motor de arranqueSe denomina motor de arranque o motor de partida a un motor eléctrico de corriente continua del tipo excitación separada (cuenta con imanes) que posee reducidas dimensiones y que se utiliza para facilitar la puesta en marcha de los motores de combustión interna, para que pueda vencer la resistencia inicial que ofrecen los órganos cinemáticos del motor en su inicio de funcionamiento. Los hay tanto en motores de dos tiempos como en los de cuatro tiempos.El motor lo activa el conductor del vehículo con la llave de puesta en marcha, en el inicio de encendido del motor de combustión interna y toma la electricidad necesaria para el funcionamiento de la batería del vehículo a través de una conducción directa, el motor conecta con el cigüeñal del motor mediante un piñón conocido como piñón bendix de pocos dientes que tiene en su eje con una corona dentada reductora que lleva incorporada el volante de inercia del motor térmico, una vez arrancado el motor de combustión interna, el motor de arranque tiene incorporado un electroimán denominado solenoide, que lo acopla y desacopla inmediatamente del motor térmico, para no sufrir daños cuando funciona el motor térmico con normalidad porque su velocidad de giro sería muy alta. Con esta transmisión se consiguen pocas revoluciones pero un buen torque de partida que permite el giro del motor térmico para que éste pueda iniciar su funcionamiento. 1

Motor de arranque

Despiece del motor de arranque

Volante de inercia con corona de arranque insertada en el mismo

Batería, batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, se le denomina al dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga. Se le suele denominar batería, puesto que, muchas veces, se conectan varios de ellos en serie, para aumentar el voltaje suministrado. Así, la batería de un automóvil está formada internamente por 6 celdas del tipo plomo-ácido, cada uno de los cuales suministra electricidad con una tensión de unos 2 V, por lo que el conjunto entrega los habituales 12 V, o por 12 elementos

2.-PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESELEl motor diesel se constituye básicamente de las mismas partes que un motor de carburación, al-gunas de sus partes son:Bloque, Culata ,Cigüeñal,Volante ,Pistones, Árbol de levas, Bomba de inyección, Ductos, Inyectores, Válvulas, Toberas, Bomba de transferencia, Bujías de Precalentamiento .

Un motor diesel funciona mediante la ignición (quema) del combustible al ser inyectado en una cámara (o precamara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión(*), sin necesidad de chispa. La tempe-ratura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el según-do tiempo del motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un mo-vimiento de rotación. Para que se produzca la auto inflamación es necesario precalentar el aceite-combustible o emplear combustibles más pesados que los empleados en el motor de gasolina, empleándose la fracción de destilación del petróleo fluctuando entre los 220 ºC y 350 °C, que recibe la denominación de gasóleo o gasoil en Inglés.

1.-INTRODUCCIÓN MOTOR DIESELEl motor diesel es un motor térmico de combustión interna cuyo encendido se logra por la tempe-ratura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y paten-tado por Rudolf Diesel en 1895, del cual deriva su nombre.

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE MOTORES DIESEL.

Técnicas de Mecánica Básica

Prueba parcial N°2

Fecha: 14 de Noviembre 2009

1.-Una cañería llena un balde de agua de 60 litros en 3 horas. Cuánto es el caudal?

2.-Dé un ejemplo, en qué uso de energía podemos utilizar una turbina de vapor.

3.-Que es el PMI y el PMS de un motor de combustión interna?

4.-Cuales son las diferencias principales entre un motor de gasolina y uno a Diesel?

5. Para qué sirve el carburador?

6.-Nombre un ciclo de combustión?

7.-La cilindrada de un motor indica :

A )Capacidad total en c.c. de los cilindros del motor.

B) Calibre.

C) Carrera.

Temperatura de auto combustión es la mínima temperatura a la cual debe elevarse una mezcla de vapores inflamables y aire, para que se encienda espontáneamente sin necesidad de una fuente de ignición externa.

3.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS

La principal ventaja de los motores diesel, comparados con los motores a gasolina, es su bajo consumo de combustible. Debido a la constante ganancia de mercado de los motores diesel en turismos desde la década de 1990 (en muchos países europeos ya supera la mitad), el precio del combustible ha superado a la gasolina debido al aumento de la demanda. Este hecho ha generado grandes problemas a los tradicionales consumidores de gasóleo, como es el caso de transportistas, agricultores o pescadores.

En automoción, las desventajas iniciales de estos motores (principalmente precio, costos de mantenimiento y prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras como la inyección electrónica y el turbocompresor. No obstante, la adopción de la precámara para los motores de automoción, con la que se consiguen prestaciones semejantes a los motores de gasolina, presenta el inconveniente de incrementar el consumo, con lo que la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece.

Actualmente se está utilizando el sistema common-rail en los vehículos automotores pequeños. Este sistema brinda una gran ventaja, ya que se consigue un menor consumo de combustible, mejores prestaciones del motor, menor ruido (característico de los motores diesel) y una menor emisión de gases contaminantes

4.-INYECCIÓN ELECTRÓNICALa inyección electrónica es una forma de inyección de combustible que se diferencia en varios tipos (monopunto, multipunto, secuencial, simultánea) pero básicamente todas se basan en la ayuda de la electrónica para dosificar la inyección del carburante y reducir la emisión de agentes contaminantes a la atmósfera y a la vez optimizar el consumo.

Este es un sistema que reemplaza el carburador en los motores de gasolina, su introducción se debió a un aumento en las exigencias de los organismos de control del medio ambiente para disminuir las emisiones de los motores.

Su importancia radica en su mejor capacidad respecto al carburador para dosificar el combustible y crear un mezcla aire / combustible, muy próxima a la estequiométrica (14,7:1 para la gasolina), lo que garantiza una muy buena combustión con reducción de los porcentajes de gases tóxicos a la atmósfera. La relación estequiométrica es la proporción exacta de aire y combustible que garantiza una combustión completa de todo el combustible.

La función es la de tomar aire del medio ambiente, medirlo e introducirlo al motor, luego de acuerdo a esta medición y conforme al régimen de funcionamiento del motor, inyectar la cantidad de combustible necesaria para que la combustión sea lo más completa posible. Consta fundamentalmente de sensores, una unidad electrónica de control y actuadores o accionadores.

El funcionamiento se basa en la medición de ciertos parámetros de funcionamiento del motor, como son: el caudal de aire, la temperatura del aire y del refrigerante, el estado de carga (sensor PAM), cantidad de oxígeno en los gases de escape (sensor EGO o Lambda), revoluciones del motor, etc., estás señales son procesadas por la unidad de control, dando como resultado señales que se transmiten a los accionadores (inyectores) que controlan la inyección de combustible y a otras partes del motor para obtener una combustión mejorada.

El sensor PAM (Presión absoluta del Múltiple) indica la presión absoluta del múltiple de admisión y el sensor EGO (Exhaust Gas Oxigen) la cantidad de oxígeno presente en los gases de combustión. Este sistema funciona bien si a régimen de funcionamiento constante se mantiene la relación aire / combustible cercana a la estequiométrica, esto se puede comprobar con un análisis de los gases de combustión, pero al igual que los sistemas a carburador, debe proveer un funcionamiento suave y sin interrupciones en los distintos regímenes de marcha.

Estos sistemas tienen incorporado un sistema de autocontrol o autodiagnóstico que avisa cuando algo anda mal, además existe la posibilidad de realizar un diagnóstico externo por medio de scanners electrónicos que se conectan a la unidad de control de inyección y revisan todos los parámetros, indicando aquellos valores que estén fuera de rango.

La detección de fallas debe realizarla personal especializado en estos sistemas y deben contar con herramientas electrónicas de diagnóstico también especiales para cada tipo de sistema de inyección. La reparación de estos sistemas se limita al reemplazo de los componentes fallados, generalmente los que el diagnóstico electrónico da como defectuosos.

Los sistemas de inyección electrónicos no difieren de los demás, respecto a las normas de seguridad ya que manipula combustible y/o mezclas explosivas. Lo mismo para el cuidado del medio ambiente, se debe manipular con la precaución de no producir derrames de combustible.

5.-PRECÁMARAEn mecánica del automóvil, se llama precámara a la hendidura realizada en la parte posterior de la cámara de compresión donde entrará el aire a gran presión y seguidamente se le inyectará el gasóleo (ya que solo se usa en motor diésel). De ésta forma se consigue una combustión más progresiva y menos violenta y como consecuencia de esto se logra un funcionamiento más silencioso y con menos vibraciones del motor.

Las tecnologías actuales de inyector-bomba desarrollada por Volkswagen, common-rail (Fiat), junto con el control electrónico de la inyección (EDC) permiten usar presiones de inyección de hasta 1500 kg/cm² en el common-rail y más de 2000 kg/cm² en el conjunto inyector-bomba (diez veces mayor que la utilizada con los sistemas anteriores de inyector hidráulico y Bomba inyectora).

Estos sistemas de alta presión logran una pulverización mucho mejor del combustible, además, el control electrónico de la inyección permite realizar una pequeña pre-inyección anterior a la inyección propiamente dicha, obteniéndose como resultado mayor torque (par) y potencia con un menor consumo, esto es: mayor rendimiento, y una serenidad hasta ahora nunca imaginada en un motor diésel.

Si bien el desarrollo del common-rail es de Fiat, se le cedió la fabricación a Robert Bosch GmbH (empresa con más de 100 años fabricando equipos de inyección) quién comenzó a equipar motores para Mercedes Benz, BMW, Audi, Peugeot y Citroën (estos últimos denominan HDI, al sistema).

Estas nuevas tecnologías permiten el uso de la inyección directa (sin precámara), inclusive en vehículos pequeños, en los cuales siempre era necesario utilizar inyección indirecta (con precámara) para que éstos motores funcionaran con niveles de ruido y vibración aceptables (y aún así solían ser muy ruidosos). Estos nuevos motores (motor diésel) con tecnología Turbo inyección directa controlados electrónicamente son inclusive muchísimo mas serenos que los anteriores que utilizaban precámara.

Algunos automóviles diésel fabricados en la actualidad son incluso más serenos que su mismo modelo en versión a gasolina.

6.-INYECTORUn inyector es un dispositivo utilizado para bombear fluidos utilizando el efecto Venturi. Utiliza un fluido a alta presión que sale por una boquilla a alta velocidad y baja presión convirtiendo su energía potencial en energía cinética. En esta zona de baja presión se mezcla con el fluido que se quiere bombear y le imparte energía cinética (velocidad). A continuación ambos fluidos mezclados entran por otra boquilla donde la energía cinética vuelve a convertirse en potencial, dismiinuyendo la velocidad y aumentando la presión. El fluido bombeado puede ser o líquido o gaseoso y, en algunos casos puede llevar sólidos en suspensión. En todos los casos el fluido propulsor y el bombeado salen totalmente mezclados a la salida del inyector.

El efecto Venturi (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto

CICLOS DE FUNCIONAMIENTO

1.-CICLO DE CUATRO TIEMPOS El ciclo de trabajo termodinámico de producción de potencia para un motor de cuatro tiempos es como sigue:

• CARRERA DE ADMISIÓNMOTOR DE GASOLINADurante la carrera de descenso del pistón, se abre una válvula conocida como válvula de admisión (la de la izquierda) y entra al cilindro (según indican las flechas) la mezcla de aire y gasolina atomizada (previamente elaborada en el carburador o por la inyección), debido al vacío resultante.  La otra válvula  o válvula de escape (la de la derecha) permanece cerrada.Cuando el pistón llega a su punto mas bajo, conocido como punto muerto inferior todo el cilindro está lleno de la mezcla combustible y el pistón comenzará a subir.MOTOR DIESELPara el caso del motor Diesel solo entra al cilindro aire sin combustible.

• CARRERA DE COMPRESIÓNMOTOR DE GASOLINAEn el momento en que el pistón sube, se cierra la válvula de admisión y la de escape permanece cerrada, por lo que se produce la compresión de la mezcla de aire y combustible. Esta parte del ciclo se conoce como carrera de compresión, durante ella y debido al aumento de presión, el aire se calienta,  la gasolina se evapora y mezcla íntimamente con el aire, quedando preparada para el encendido, que se produce cuando el pistón alcanza una posición muy próxima al punto mas alto conocido como punto muerto superior.Este encendido se produce debido al salto de una chispa eléctrica en la bujía (en el centro), muy bien sincronizada en el momento preciso.La inflamación de la mezcla produce un aumento brusco de la presión que empuja el pistón hacia abajo para producir la fuerza de trabajo del motor.MOTOR DIESELSi nos referimos al motor Diesel solo se comprime el aire que también se calienta, luego cerca del punto muerto superior, se inyecta el combustible a muy alta presión dentro del cilindro finalmente atomizado, con un dispositivo conocido como inyector; la temperatura del aire enciende el combustible espontáneamente (sin bujía) y se produce el aumento de presión.

• CARRERA DE TRABAJO O DE EXPANSIÓNLa gran presión de los gases, al quemarse el combustible hace descender el pistón con gran fuerza y es en este momento que el motor puede producir trabajo útil capaz de mover una carga, en este caso el automóvil.Cerca del punto muerto inferior los gases se han enfriado un poco y perdido parte de la presión por lo que ya no son útiles para realizar el trabajo, en ese momento se abre la válvula de escape y comienza la última parte del ciclo. Esta parte del ciclo es idéntica para los motores de gasolina y Diesel.

• CARRERA DE ESCAPEEl movimiento ascendente del pistón limpia el cilindro de los gases quemados que salen a través de la válvula de escape (según las flechas) mientras la válvula de admisión permanece cerrada.Cuando llega al punto muerto superior y el cilindro está limpio, empieza un nuevo descenso y se comienza un nuevo ciclo de admisión para perpetuar el movimiento del motor. Esta parte del ciclo es idéntica para los motores de gasolina y Diesel.

CICLO ACEE A GASOLINA.

CICLO ACEE CON DIESEL.

En resumen, para completar un ciclo de trabajo, el cigüeñal a dado dos vueltas y se han completado cuatro carreras que son de admisión, de compresión, de trabajo y de escape, por tal motivo, este tipo de motor es conocido como de cuatro tiempos. En el caso de los motores con mas de un pistón, todos están acoplados a un mismo cigüeñal con diferente posición y funcionan muy bien sincronizados.

2.-CICLO DE DOS TIEMPOS Estos motores pueden ser tanto Diesel como de gasolina, siendo este último el mas común. Los motores de dos tiempos de gasolina, generalmente son de carter seco, y encuentran su mayor campo de aplicación en las pequeñas potencias: motocicletas, máquinas manuales a gasolina (so-pladores, fumigadoras, motosierras etc.), y en los pequeños motores de aeromodelismo y simi-lares. En general su rendimiento térmico es menor que el de los motores de cuatro tiempos.

Durante la carrera ascendente del pistón, se comprime la mezcla de aire y gasolina, previamente introducida en el cilindro. Al mismo tiempo y debido al movimiento del pistón, se produce vacío en el carter del motor, obligando a entrar mezcla nueva de aire y gasolina procedente del carburador, por un conducto provisto de un válvula de a-pertura por la propia succión. De manera entonces, que durante esta carrera ascendente se producen dos etapas del ciclo de trabajo, es decir:1.- Compresión2.- AdmisiónUna vez que el pistón llega al PMS,  tendremos la mezcla completamente comprimida, y lista para la aparición de la chispa en la bujía, y además,  el carter o carcasa del motor lleno con mezcla fresca procedente del carburador.

Como en todo motor de pistones, en ese momento se produce el salto de la chispa en la bujía y se inflama la mezcla, produciendo la carrera descendente del pistón y generando trabajo.Cuando el pistón realiza su carrera de descenso, impulsado por la fuerza de los gases de la combustión, y estos han perdido ya suficiente energía,  el propio pistón descubre un agujero lateral conocido como lumbrera que co-munica al exterior. La presión remanente aun en los gases, hace que estos escapen del cilindro. Al mismo tiempo, el movimiento descendente del pistón, comprime la mezcla fresca de aire y gasolina del carter ( la válvula se ha cerrado) elevando allí la presión.Con el consecuente movimiento descendente, el pistón termina por descubrir otra lumbrera inferior, que comu-nica con el carter, y permite la entrada de la mezcla fresca comprimida al interior del cilindro, para comenzar un nuevo ciclo de compresión-admisión.

3.-CICLO OTTO

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico ideal que se aplica en los motores de combustión interna. Se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen constante.

El ciclo consta de seis procesos, dos de los cuales se cancelan mutuamente:

E-A: admisión a presión constante

A-B: compresión isentrópica

B-C: combustión, aporte de calor a volumen constante. La presión se eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo útil

C-D: fuerza, expansión isentrópica o parte del ciclo que entrega trabajo

D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a volumen constante

A-E: Escape, vaciado de la cámara a presión constante.

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este último, junto con el motor diesel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen rendi-miento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina como proceso isotérmico.

El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno.

EFICIENCIA DE LOS MOTORES OTTO

La eficiencia de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros, la pérdida de energía por la fricción y la refrigeración.

En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende de la relación de compresión, proporción entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octanos. Una relación de compresión baja requiere combustible con bajo numero de octanos para hacer que el combustible alcance su punto de ignición. De la misma manera, una compresión alta requiere un combustible de alto numero de octanos, para evitar los efectos de detonación del combustible, es decir, que se produzca una auto-ignición del combustible antes de producirse la chispa en la bujía. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 25 a un 30%, inferior al rendimiento alcanzado con motores diesel, que llegan a rendimientos del 30 al 45%. En el ciclo Otto los motores trabajan en un rango de presiones de 5 a 10 bares, una relación de compresión de 7 a 10, donde el exceso de aire (factor lambda), toma valores de 0,9 a 1,1.

Valores típicos de

8 - 12 motores encendido por chispa

12 - 24 motores encendido por compresión

4.-CICLO DIESEL

Un ciclo Diésel ideal es un modelo simplificado de lo que ocurre en un motor diésel. En un motor de esta clase, a diferencia de lo que ocurre en un motor de gasolina la combustión no se produce por la ignición de una chispa en el interior de la cámara. En su lugar, aprovechando las propie-dades químicas del gasóleo, el aire es comprimido hasta una temperatura superior a la de auto-ignición del gasóleo y el combustible es inyectado a presión en este aire caliente, produciéndose la combustión de la mezcla. Puesto que sólo se comprime aire, la relación de compresión (cociente entre el volumen en el punto más bajo y el más alto del pistón) puede ser mucho más alta que la de un motor de gasolina (que tiene un límite, por ser indeseable la auto-ignición de la mezcla). La relación de compresión de un motor diesel puede oscilar entre 12 y 24, mientras que el de gasolina puede rondar un valor de 8.

Para modelar el comportamiento del motor diesel se considera un ciclo Diesel de seis pasos, dos de los cuales se anulan mutuamente:

E→A: Admisión. El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de aire en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante (ya que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior). En el diagrama PV aparece como una recta horizontal.

A→B: Compresión. El pistón sube comprimiendo el aire. Dada la velocidad del proceso se supone que el aire no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente, por lo que el proceso es adiabático. Se modela como la curva adiabática reversible A→B, aunque en realidad no lo es por la presencia de factores irreversibles como la fricción.

B→C: Combustión. Un poco antes de que el pistón llegue a su punto más alto y continuando hasta un poco después de que empiece a bajar, el inyector introduce el combustible en la cámara. Al ser de mayor duración que la combustión en el ciclo Otto, este paso se modela como una adición de calor a presión constante. Éste es el único paso en el que el ciclo Diesel se diferencia del Otto.

C→D: Expansión. La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él. De nuevo, por ser un proceso muy rápido se aproxima por una curva adiabática reversible.

Escape D→A y A→E

Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una temperatura mayor que la ini-cial, siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fría en la siguiente admisión. El sistema es realmente abierto, pues intercambia masa con el exterior. No obstante, dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la misma podemos, para el balance energético, suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este enfri-amiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón está en su punto más bajo, el volumen permanece aproximada-mente constante y tenemos la isócora D→A. Cuando el pistón empuja el aire hacia el exterior, con la válvula abierta, empleamos la isobara A→E, cerrando el ciclo.

En total, el ciclo se compone de dos subidas y dos bajadas del pistón, razón por la que es un ciclo de cuatro tiempos, aunque este nombre se suele reservar para los motores de gasolina.

CICLO DIESEL

En un motor diesel real el aire quemado y caliente es expulsado por el tubo de escape, liberando calor al ambiente y siendo sustituido por nuevo aire frío. En el ciclo Diesel ideal nos imaginamos que el aire recircula, volviendo al estado A, intercambiando sólo el calor con el ambiente. El ciclo Diesel ideal se distingue del Otto ideal en la fase de combustión, que en el ciclo Otto se supone a volumen constante y en el Diesel a presión cons-tante. Por ello el rendimiento es diferente. Para iguales razones de compresión , el rendimiento de un Ciclo diesel es mayor que el rendimiento de un Ciclo Otto.

MOTORES DIESEL

El motor Diesel, es un motor de pistones, generalmente de cuatro tiempos. También es conocido como motor de encendido por compresión o motor de combustión gradual.En este tipo de motor, a diferencia del de gasolina, el conducto de admisión es libre, por lo que el motor aspira libremente aire del exterior en todos los estados de carga y velocidad.  La potencia entregada por el motor se regula inyectando mas o menos combustible en la cámara de combustión del cilindro de trabajo.El combustible se inyecta a través de un dispositivo especial conocido como inyector, que pulveriza muy finamente el combustible a muy alta presión dentro de la cámara de combustión.Esta cámara de trabajo está llena de aire muy caliente, debido a la fuerte compresión realizada por el pistón en la carrera de compresión. El contacto del aerosol de combustible con el aire caliente lo inflama, para producir el trabajo útil.Como en este motor solo se comprime aire, no se tienen los problemas de auto detonación típica de los motores de gasolina, por lo que la relación de compresión suele ser muy alta (hasta mas de 23 a 1). Esta relación de compresión elevada hace que se logre un mayor rendimiento térmico que con los motores de gasolina.Son en general de construcción mas robusta y pesada que los motores de gasolina debido a que las cargas sobre las piezas en movimiento son, como término medio mas altas. Esta construcción mas pesada hace que en el motor Diesel no puedan alcanzarse las altas velocidades de rotación que se alcanzan en el de gasolina, y estén dotados de un regulador de velocidad máxima.

1.-SISTEMA DE ALIMENTACIÓN Se conoce como sistema de alimentación al conjunto de elementos del motor que participan en la preparación de la mezcla de aire-combustible y su introducción en el cilindro de trabajo, este sistema está compuesto por cuatro partes básicas:1.- Mecanismo de apertura y cierre de las válvulas2.- Dispositivo de preparación de la mezcla aire-combustible.3.- Sistema de conductos y limpieza del aire de alimentación.4.- Depósito, trasiego, limpieza y líneas de combustible.

1.1.- MECANISMO DE APERTURA Y CIERRE DE LAS VÁLVULAS

Engranaje acoplado al Cigüeñal

A un engrane, una cadena, o una correa dentada

Sincroniza movimiento del pistón y la apertura y cierre de válvulas

Con el eje de levas

DISTRIBUCIÓN En los motores actuales, es tendencia generalizada montar el árbol de levas en la culata, por lo que el accionamiento de la distribución se hace con cadenas o correas de gran longitud, con el desarrollo de nuevos materiales se han sustituido las cadenas metálicas por correas dentadas de caucho sintético y fibra de vidrio (neopreno), que tienen la característica de ser flexibles para adaptarse a las poleas de arrastre y por otra parte no se estiran ni se alteran sus dimensiones. También tienen la ventaja de tener un funcionamiento muy silencioso, son mas ligeras y mas fácil de reemplazar. La correa de distribución además de transmitir movimiento al árbol de levas, mueve también dependiendo de los motores: la bomba de agua, la bomba de inyección en caso de que el motor sea Diesel, como se ve en la figura inferior.

Distribución en un motor Diesel

1.2.- DISPOSITIVO DE PREPARACIÓN DE LA MEZCLA AIRE-COMBUSTIBLE.

INTRODUCCIÓN SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL

Al final de la carrera de compresión el aire que ha entrado al cilindro durante la carrera de admisión previa, ha sido confinado a un pequeño volumen llamado cámara de combustión y sometido a una fuerte compresión y está muy caliente. Si en ese momento se inyecta al interior del cilindro la cantidad adecuada de combustible Diesel pulverizado, este se inflamará y producirá el debido incremento de presión que actúa sobre el pistón para pro-ducir la carrera de fuerza del motor. El mecanismo que se ocupa de dosificar, pulverizar e introducir al cilindro en el instante y por el tiempo adecuados el combustible al cilindro se llama sistema de inyección.El proceso de inyectar combustible en el motor Diesel puede resumirse en pocas palabras como se ha hecho, y aparentemente parece ser simple, pero en realidad está rodeado de un gran número de particularidades que hacen de él, una de las mayores conquistas tecnológicas realizadas por el hombre en la mecánica de precisión del siglo XX. Baste decir que este sistema tiene que poder inyectar con gran exactitud y a grandes presiones (entre 120 y 400 kg/cm²), volúmenes de líquido que pueden ser comparables con el de la cabeza de un alfiler, con un comienzo y tiempo de duración muy exactos, a frecuencias que pueden llegar a mas de 2000 ciclos por segundo, y por un período de millones de ciclos sin fallo. Súmele a eso que la inyección se produce en una cá-mara donde hay combustión simultánea a la inyección, en un ambiente caliente y agresivo y me dirá si no es un verdadero milagro tecnológico haberlo conseguido y perfeccionado.Para preparar el terreno y que usted pueda conocer las particularidades básicas relacionadas que hacen complejo el funcionamiento del sistema de inyección, hagamos un análisis de los factores involucrados en el pro-ceso.

Continuación tabla …

Bomba de Inyección rotativa

1.-MECANISMO DE AVANCE

El combustible que entra al cilindro lo hace de forma líquida, para que este combustible se inflame luego que se pone en contacto con el aire caliente capaz de inflamarlo, tiene que calentarse, evaporarse y mezclarse con el aire para que se produzca el encendido. Este proceso aunque breve, toma cierto tiempo, por lo que el comienzo de la inyección debe hacerse un determinado tiempo antes de que el pistón haya alcanzado el punto muerto su-perior, a fin de que el combustible se evapore, mezcle e inflame antes de que el pistón llegue al punto adecua-do después del punto muerto superior, y aproveche al máximo el incremento de presión producto de la combustión para producir trabajo útil.Como este tiempo de preparación de la mezcla dentro del cilindro, antes de producirse la inflamación es un tiempo fijo (en realidad cambia, pero muy poco) mientras el motor puede girar a velocidades notablemente dife-rentes entre ralentí y la velocidad máxima, el instante del comienzo de la inyección con respecto a la posición del pistón, debe ser diferente para cada régimen de velocidad y así poder lograr que en todo el rango de trabajo del motor, las presiones máximas del ciclo se produzcan en el instante adecuado a la posición del pistón una vez comenzada la inflamación.Este tiempo de anticipación al punto muerto superior en que se comienza la inyección se mide en grados de án-gulo de giro del cigüeñal y se conoce cono ángulo de avance a la inyección. En un motor Diesel rápido puede estar para altas velocidades en el orden de los 30 a 40 grados.Nuestro sistema de inyección debe cumplir una primera condición: Condición 1: El sistema debe regular el comienzo de la inyección de acuerdo a la velocidad de rotación del motor.

CONDICIONES MINIMAS QUE DEBE CUMPLIR UN SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL

2.-PULVERIZADO DEL COMBUSTIBLE.

Para que el proceso de evaporación, mezclado e inflamación del combustible sea lo mas eficiente, estable y corto posible, este debe ser inyectado en la cámara de combustión como uno o mas aerosoles con partículas suma-mente finas, a alta velocidad y bien dirigidas para que lleguen a todas partes de la cámara de combustión, con independencia de la velocidad de giro del motor.  De esta forma se produce un mejor mezclado y un contacto ín-timo con todo el aire caliente para aprovechar su calor en la evapo-ración y preparación de la mezcla del aire y el combustible tanto antes del comienzo de la inflamación, como después, durante el proceso de quemado en todo el rango de trabajo. El comienzo y fin de la inyección (forma-ción del aerosol) deben ser abruptos, veamos:Las primeras gotas que salen del aerosol ya deben estar suma-mente pulverizadas. Si esta condición no se cum-ple, y se producen al inicio, gotas grandes de combustible, estas demoran en evaporarse, y como el combustible se inyecta de manera continua, cuando se produzca el en-cendido se habrá acumulado mucho combustibles dentro del cilindro lo que produce una inflamación masiva de excesivo combustible con el consecuente incre-mento violento de la presión. Este incremento violento de la pre-sión además de afectar las piezas del mecanismo pistón-biela-manivela reduce notablemente la eficiencia del motor. Si el sistema de inyección interrumpe el aerosol de manera gradual, las últimas gotas producidas se han atomizado a baja presión y ya no son pequeñas, el proceso de evaporación se hace lento y el quemado de este combustible puede realizarse muy tarde en la carrera de fuerza e incluso no quemarse del todo con la conse-cuente pérdida de potencia y rendimiento del motor. Aquí aparece la segunda condición a cumplir: Condición 2: El sistema debe garantizar un aerosol de partículas de combustible muy finas, rápidas y bien distribuidas con un comienzo y fin abruptos.

3.-DOSIFICACIÓN DEL COMBUSTIBLE.Los motores Diesel al igual que cualquier otro motor funcionan en el automóvil en un rango amplio de entrega de potencia y velocidad de rotación, esta potencia se obtiene a expensas del combustible por lo que a mas potencia mas combustible. Esta potencia entregada por el motor se hace a voluntad del conductor oprimiendo mas o me-nos el pedal de acelerador de acuerdo a la necesidad del camino.En el motor Diesel convencional, el conducto de entrada de aire al motor es siempre el mismo, sin nada que inter-fiera el libre paso del aire a no ser las propias pérdidas por rozamiento del conducto, de esta manera el cilindro del motor se llena siempre completamente de aire por lo que la entrega de potencia dependerá solo de la canti-dad de combustible que se inyecte.Durante el funcionamiento a las revoluciones de ralentí, solo hay que producir potencia para vencer las pérdidas internas del motor y las de los agregados acoplados (ventilador, generador etc.) durante este estado de trabajo la cantidad de combustible que se inyecta es un volumen muy pequeño, mientras que durante el trabajo a potencia máxima el volumen inyectado es muchas veces superior.De esta necesidad surge la tercera condición a cumplir: Condición 3: El sistema debe permitir cambiar continua y gradualmente la cantidad de combustible que se inyecta al cilindro.

4.-CARACTERÍSTICA DE INYECCIÓN El proceso de la inyección del volumen de combustible al cilindro comienza como ya hemos visto, algunos grados antes del punto muerto superior, como este proceso dura determinado tiempo y el cigüeñal está en constante giro, terminará algunos grados pasado el punto muerto superior y antes de acercarse al punto muerto inferior. La dinámica del mecanismo biela-cigüeñal determina la forma en que debe crecer la presión dentro del cilindro para que el trabajo del motor tenga la máxima eficiencia, al mismo tiempo que las piezas no estén sometidas a cargas excesivas. Para adaptarse a los requerimientos óptimos del mecanismo biela-cigüeñal, la cantidad de combus-tible inyectado por unidad de tiempo durante el proceso de inyección debe cumplir ciertos requisitos. El comporta-miento de la entrega de combustible al cilindro por unidad de tiempo se le llama característica de inyección. En el gráfico siguiente se muestra la forma teórica óptima en que debe producirse la inyección.El eje vertical representa el volumen de combustible inyectado y el eje horizontal el ángulo de giro del cigüeñal.Pueden diferenciarse claramente dos zonas, nombradas como 1 y 2.En la zona 1comienza abruptamente la in-yección de una pequeña cantidad de combustible por unidad de tiempo durante un breve lapso de giro del cigüe-ñal. Este combustible en pequeña cantidad se inyecta durante el tiempo de demora de la inflamación a fin de pre-parar e iniciar el encendido sin que se acumulen grandes cantidades de combustible dentro del cilindro, luego, cuando ya se ha producido la inflamación,

y dentro de la cámara de combustión hay alta temperatura y gases incandescentes que aceleran en mucho la velocidad de evaporación-inflamación del combustible, se aumenta al ritmo adecuado para su combustión gra-dual en la carrera de fuerza (zona 2). Finalmente y en el instante apropiado se interrumpe drásticamente la inyección. En los motores reales esta condición teórica no se alcanza, pero los fabricantes de motores tratan de hacer sus sistemas que cumplan lo mejor posible esta condición : Condición 4: El ritmo de inyección de com-bustible al cilindro debe corresponder a cierto patrón óptimo.

Volumen de combustible inyectado

Angulo de giro del cigüeñal

5.-VELOCIDAD MÁXIMAEn el motor de gasolina existe un estrechamiento (garganta) del conducto de admisión, este estrechamiento supone unas elevadas pérdidas por rozamiento durante el llenado del cilindro, por esta condición la velocidad final de giro del motor se auto limita, ya que a medida que crece la velocidad de giro, crece también la velocidad de entrada del aire y por consiguiente las pérdidas por rozamiento.

Finalmente y a altas velocidades de giro, la cantidad de aire que entra el cilindro es muy pobre y la potencia que se obtiene solo alcanza para vencer las pérdidas mecánicas del propio motor. El motor no puede acelerar mas.En el motor Diesel, el conducto de admisión se construye para que sus pérdidas por rozamiento sean lo menor posi-ble y así lograr siempre un llenado máximo del cilindro, de esta forma la velocidad máxima de giro del motor no se auto limita como en el caso del motor de gasolina.Como la velocidad de giro del motor Diesel no puede crecer indefinidamente debido a que dentro del motor se producen fuerzas crecientes con la velocidad, que ponen en peligro la integridad del motor, resulta imprescindible limitar la máxima velocidad de giro a un valor seguro. Esta regulación de la velocidad se consigue cortando la en-trega de combustible: Condición 5: El sistema de inyección debe regular la velocidad de giro máxima del motor.

6.-VELOCIDAD MÍNIMAA menos que se desee lo contrario, cuando se suelta el acelerador de un motor Diesel este debe mantenerse fun-cionando a baja velocidad constante de rotación (ralentí). Como la carga del motor a la velocidad de ralentí puede variar considerablemente en diferentes momentos de uso, por ejemplo; puede que esté o no esté accionando un compresor de aire acondicionado, o de refrigeración, o de los frenos de vehículo, o un sistema de accionamiento hidráulico etc. no basta con establecer una cantidad fija de combustible inyectado para que se mantenga girando a velocidad estable en ralentí. Si se hiciera así el motor se aceleraría cuando baja la carga o se detendría cuando sube, por esta razón el sistema debe cumplir otra condición : Condición 6 : El sistema debe mantener fija la velocidad de rotación en ralentí con independencia de la carga del motor.

7.-ESQUEMA BÁSICO DEL SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL

Durante el desarrollo del motor Diesel, los fabricantes han elaborado diferentes sistemas mecánicos que cumplen con los requisitos de trabajo descritos anteriormente, uno de los mas utilizados y del que nos ocuparemos aquí es el sistema Bosch. En la figura que continúa se representa de manera esquemática un sistema Bosh de inyección. En él, una bomba capaz de dosificar y elevar la presión a los valores necesarios para la inyección y en el momen-to preciso del combustible, gira arrastrada por el motor a través de un acoplamiento, esta bomba es la bomba de inyección. Unos conductos de alta presión llevan el combustible hasta los inyectores, que son los encargados de producir el aerosol dentro del cilindro.Una pequeña bomba adosada a la bomba de inyección y accionada por esta, trasiega el combustible desde el depósito y la alimenta haciéndolo pasar por un juego de filtros.

La capacidad de bombeo de esta bomba de trasiego es muy superior a las necesidades del motor, lo que sirve para incluir un regulador de presión que adecua y estabiliza la presión de alimentación a la bomba de inyección, desviando por el retorno el combustible en exceso. Este combustible en exceso sirve además para refrigerar la bomba de inyección. Un mecanismo especial encargado de regular el avance a la inyección se interpone entre el acoplamiento al motor y la bomba de inyección. Al final de la bomba y acoplado a ella, se encuentra el regulador de velocidad, este regulador incluye una palanca de accionamiento que se acopla al mecanismo del pedal del acelerador, desde donde el conductor puede aumentar y disminuir la potencia o velocidad de giro del motor.Cada uno de los elementos integrantes del sistema se ha tratado aparte para no hacer muy extensa esta página.

Variador de = avance

Bomba de trasiego = Bomba de alimentación

Tubos de los inyectores

ESQUEMA BÁSICO DEL SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL

7.1.- Variador de avance

En los sistemas de inyección Diesel y para adaptarse a la necesidad de cambiar el momento de inicio de la inyec-ción para las diferentes velocidades de giro del motor se utiliza un dispositivo llamado variador de avance. En los sistema Bosch como el que nos ocupa, este variador de avance es un dispositivo centrífugo colocado en el árbol de entrada a la bomba de inyección y cuyo cuerpo sirve al mismo tiempo como elemento de acople al motor.El dispositivo usando la fuerza centrífuga creciente con el aumento de la velocidad de rotación del motor cambia la posición relativa en sentido angular entre el cuerpo exterior acoplado al motor y el eje de salida acoplado a la bomba. Con ello se adelanta o atrasa el comienzo de la inyección con respecto a la posición del pistón en el motor.

7.2.-Bomba de trasiego

En las figuras a la derecha se muestra de manera simplificada un esquema de las dos posiciones de trabajo de una típica bomba de trasiego seccionada para ver sus piezas internas y entender su funcionamiento. En gene-ral  son bombas adosadas a la bomba de inyección y reciben el accionamiento desde una leva especial que es parte del árbol de levas de ella. Tienen otro pistón adicional que se acciona manualmente para el cebado del sistema. En el esquema presentado solo se aprecia el pistón de trabajo con el motor.Con el giro de la leva, el pistón se mueve succionando el combustible desde el tanque por una entrada al moverse en una dirección, e impulsándolo por la salida al filtro que conduce a la bomba de inyección en la otra.

A la izquierda durante la carrera de succión, a la derecha durante la de descarga

Un juego de válvulas de retención o check a la entrada y la salida permiten el trabajo del pistón durante el bombeo. Observe como las check están colocadas para que se abran y se cierren  impulsados por el propio combustible en la dirección correcta para obligarlo a circular. Una parte importante de las bombas de trasiego tienen un filtro primario como se muestra. Abajo una bomba de trasiego real. El aro estriado superior es el mango de accionamiento manual de cebado.

Bomba de alimentación

1    Tubería entrada combustible 7    Arbol con excéntricos

2    Pistón de la bomba a mano 8    Conducto de equilibrado

3    Pómulo para accionamiento pistón 9    Pistón de la bomba

4    Válvula de envío 10    Válvula de aspiración

5    Tubería envío combustible 11    Rejilla filtro

6    Rulo de la puntería mando bomba

1.-.Bomba inyectora

2.-Bomba de combustible

3.-Eje de levas

4.-Leva excéntrica

5.-Entrada del combustible

6.-Salida del combustible

7.-Bomba de cebado

8.-Tuerca de cebado

Bomba de alimentación incorporada a la bomba inyección

7.3.-La bomba de inyección.La bomba de inyección Bosh o en linea como se conoce también, es un aparato mecánico de elevada precisión que tiene la función principal en el sistema de inyección Diesel, esto es:1.Elevar la presión del combustible a los valores de trabajo del inyector en el momento y con el ritmo y tiempo de duración adecuados. 2.Dosificar con exactitud la cantidad de combustible que será inyectado al cilindro de acuerdo a la voluntad del conductor. 3.Regular las velocidades máximas y mínimas del motor.

Esta bomba, representada en gris en el gráfico , recibe el movimiento desde el motor generalmente a través de un acoplamiento flexible, de forma tal que gira sincronizada con él. Tiene la desventaja con respecto a otros tipos de bombas que es mas pesada, voluminosa y que no puede girar a altas revoluciones, no obstante es la mas uti-lizada en los motores Diesel de equipos pesados y camiones de carga cuyos motores no son muy rápidos, por su robustez, vida útil y estabilidad. En el gráfico pueden apreciarse también los tubos que salen de la bomba hacia los inyectores, en este caso seis.Es en esencia una bomba de pistones colocados en fila, cada uno de los cuales es de caudal variable, con un émbolo por cada uno de los cilindros del motor, es decir para alimentar cada inyec-tor.

Estos émbolos se mueven en la carrera de compresión del combustible accionados por una leva de un árbol de levas común que tiene una leva exactamente igual para cada uno, pero desplazada en ángulo de giro de acuerdo a la diferencia de ángulo de cada pistón del motor para que cada inyección corresponda en tiempo, al momento adecuado de cada pistón del motor. La carrera de admisión del nuevo combustible de los pistones-bomba se realiza por el empuje en sentido contrario a la carrera de bombeo por un resorte. Todos los pistones se alimentan de un conducto común elaborado en el cuerpo de la bomba presurizado con combustible por la bomba de trasie-go o de alimentación.

1.- Alimentación con combustible En la figura de abajo se muestra muy esquemáticamente como se produce la alimentación de combustible a la bomba de inyección. Se ha representado el árbol de levas así como los émbolos de bombeo de alta presión para dar mejor idea del interior. Observe que hay un conducto elaborado en el cuerpo de la bomba (señalado de color verde) que va de extremo a extremo. Por uno de los extremos del conducto se conecta el tubo procedente de la bomba de trasiego, del otro lado hay una válvula reguladora de presión, de manera que todo el conducto interno está lleno con combustible a la presión regulada por la válvula. El combustible en exceso se desvía de nuevo al depósito por el retorno.

El combustible que retorna al depósito, ha circulado por el interior de la bomba, retirando calor del sistema para mantener la temperatura a los valores adecuados. Esto es importante porque si el combustible que está dentro del conducto de alimentación de la bomba se calienta en exceso, se dilata y disminuye su densidad. Como la bomba de inyección dosifica el combustible por volumen, entonces resultaría afectada la cantidad neta de com-bustible en masa inyectado, y el motor pierde potencia. Este conducto de combustible presurizado permite que la cámara de los émbolos se llenen de combustible en el descenso y luego lo compriman en el ascenso. Los deta-lles de la operación del émbolo se describen a continuación.

2.-Émbolo de bombeoEl la figura de la derecha se muestra un esquema simplificado de una bomba seccionada de un solo émbolo. Lo que se explique aquí para este émbolo simple, sirve para el resto de los existentes en una bomba de múltiples émbolos, ya que en este caso, lo que se hace es repetir en línea los émbolos necesarios de acuerdo al número de cilindros del motor con el adecuado cambio en el ángulo de cada leva con respecto a las otras. Cuando la leva gira el resorte mantiene apretado el seguidor junto con el pistón copiando su perfil, de esta manera el pistón sube y baja constantemente. Cuando el pistón está en la posición mostrada se ha abierto el paso a la parte superior desde la cámara de alimentación visto en el punto anterior. En la carrera de ascenso el propio pistón cierra el paso al bloquear el conducto de entrada lateral y el combustible atrapado sobre la su cabeza no tiene otra posibilidad que levantar la válvula de descarga y salir por el tubo al inyector.

De esta forma se garantiza la presión adecuada para la formación del aerosol dentro del cilindro. En la próxima carrera de descenso se cierra la válvula de descarga, vuelve a descubrirse el agujero de entrada desde la cámara de alimentación y el ciclo se repite. En la figura de abajo se muestra una animación del proceso.El esquema presentado es de caudal fijo, es decir siempre irá al inyector todo el combustible atrapado sobre el émbolo por lo que a esta bomba le falta una funcionalidad muy importante, la posibilidad de regular la entrega de combustible tan importante en el trabajo del sistema.

3.-Regulación de la entrega

Para regular la entrega de combustible entre entrega nula (para detener el motor) y la entrega máxima, para máxima potencia se usan unos cortes especiales en la superficie del pistón.A la izquierda aparece un esquema de un émbolo real de la bomba de inyección en varias posiciones. El pistón está representado en amarillo, note como se han efectuado unos cortes a bajo relieve en su superficie cilíndrica. Como ya habíamos visto, cuando el pistón está en la parte inferior de la carrera de descenso, se abre el orificio de alimentación y entra combustible al volumen sobre su cabeza (dibujo superior izquierdo), luego en la carrera de ascenso (segundo dibujo) ese combustible se impulsa al inyector al quedar cerradas las lumbreras de entada.La impulsión de combustible podrá llevarse a cabo hasta que el borde del acanalado tallado en el pistón alcance uno de los orificios de alimentación (tercer dibujo), en este caso el combustible restante sobre la cabeza del pistón no será inyectado al motor, si no que retrocederá a la línea de alimentación que tiene mucha menor presión según indican las flechas. Ya no toda la carrera del pistón sirve para inyectar, solo hay una carrera efectiva de impulsión marcada como "h" en el dibujo inferior.Observe que el corte del pistón tiene un perfil helicoidal, de manera que si lo hacemos girar, la carrera efectiva crece (en la dirección de la flecha del dibujo de abajo) o disminuye en sentido contrario. De esta forma es que se consigue cambiar la entrega de la bomba.

Los dibujos de la derecha muestran como se realiza este giro en el motor real. Un engrane en forma de abrazadera se aprieta a la base del émbolo, este engrane se acciona desde una cremallera dentada solidaria con el acelerador del vehículo, por lo que el movimiento del acelerador se transforma en deslizamiento de la cremallera y esta, a giro del pistón, lo que a su vez cambia la cantidad de combustible entregado.  En una de las posiciones extremas la ranura vertical practicada en el pistón coincide toda la carrera de este con la lumbrera de alimentación, por lo que la entrega es nula y el motor se detiene.

En la figura de la izquierda se muestra un esquema del conjunto de piezas de una bomba seccionada para ver sus partes y en la de abajo una bomba real seccionada.

7.4.-Regulador de velocidadEn el sistema de inyección Bosh como en todos los otros, es necesario un regulador de las velocidades máxima y mínima de giro del motor para evitar daños por sobrecargas a altas velocidades de rotación, y para evitar además, que el motor se acelere o detenga cuando funciona en ralentí y la carga cambia.En el caso que nos ocupa, el sistema Bosh de bomba de inyección en línea, este regulador está montado formando parte de ella en el extremo trasero, esto es, en el lado contrario al montaje al motor. En ocasiones puede ser separable de la bomba de inyección como un agregado aparte y en otras el cuerpo del regulador es monolítico con el cuerpo de la bomba de inyección. En la práctica hay dos tipos de reguladores de velocidad atendiendo al modo de funcionamiento:

•Reguladores de máxima y mínima.

•Reguladores de todo régimen.

Abajo aparece un esquema de las partes funcionales del regulador de revoluciones del tipo de máxima y mínima. Es en esencia un gobernador centrífugo que a través de un juego de palancas puede accionar la cremallera de cambio de la entrega de combustible de la bomba de inyección.Un par de contrapesos colocados en una guía central giran montados en el árbol de levas de la bomba de inyección, la posición de los contrapesos en el motor detenido está determinada por la tensión de dos resortes con empuje contrario en cada contrapeso. En el esquema que se muestra solo se ve el resorte que tiende a cerrar los contrapesos, el otro está colocado en el interior del contrapeso en sentido contrario, es decir tiende a separarlos.

1.-Regulación de la velocidad máxima.

Cuando la velocidad de giro del motor crece también lo hace en proporción la del árbol de levas de la bomba, este crecimiento de la velocidad hace que la fuerza centrífuga tienda a separar los contrapesos, comprimiendo los resortes exteriores y descargando los interiores. Hasta cierta magnitud de apertura de los contrapesos el mo-vimiento de las palancas no se transmite a la cremallera de la bomba de inyección debido a una holgura pre-concebida en el juego de palancas. Cuando la velocidad de rotación se acerca a la máxima establecida para el motor la holgura del juego de palancas se acaba y la cremallera comienza a moverse en el sentido del corte del suministro de combustible a los inyectores, si la velocidad de rotación sigue creciendo se seguirá disminuyendo la entrega hasta entrega nula si fuera necesario, de esta forma la velocidad de rotación se ve limitada a un valor ca-librado en el mecanismo. La entrega nula se produce cuando el motor es arrastrado por el vehículo por ejemplo descendiendo una colina.

2.-Regulación de la velocidad mínima

Si la velocidad de funcionamiento del motor es baja (ralentí), los contrapesos están en una posición de equilibrio resultante de la interacción de los resortes opuestos y la fuerza centrífuga, en este caso la cremallera está en el lugar apropiado para la entrega necesaria para mantener esa velocidad de ralentí. Si la carga cambia; por ejem-plo crece, la velocidad del motor tiende a  disminuir, la fuerza centrífuga disminuye y los contrapesos se cierran por el efecto de los muelles exteriores alcanzando una nueva posición de equilibrio. Esto hace que la cremallera se mueva en la dirección de aumento de la entrega para establecer otra vez la posición de equilibrio anterior y la velocidad de rotación se restablece.

3.-Reguladores de todo régimen

Los reguladores de velocidad de todo régimen tiene el mismo mecanismo centrífugo de regulación, pero en este caso cuando se aprieta el acelerador se comprime un muelle que a su vez tiende a mantener juntos los contra-pesos, el crecimiento de la velocidad de rotación hace que los contrapesos venzan el muelle y recorten la entrega de combustible para establecer una cierta velocidad, que será mayor o menor dependiendo de la tensión del re-sorte y por tanto de la profundidad del acelerador.Este tipo de regulador se utiliza mucho en máquinas estacionarias y maquinaria agrícola, donde el mantenimiento de la velocidad de rotación con independencia de la carga es necesaria.

7.5.-Tubos de los inyectores

Aunque parezca muy simple, el tubo de los inyectores también tiene sus particularidades que lo hacen una pieza vital del sistema.Aunque se dice que los líquidos son incompresibles, en el sistema de inyección Diesel estamos hablando de cientos de atmósferas de presión, para estas presiones esta afirmación no es válida, especialmente cuando los volúmenes a inyectar son tan pequeños y donde cualquier efecto perturbador tiene una influencia notable. Cuando la bomba de inyección comienza a incrementar la presión, el combustible no fluye por el tubo debido a que el inyector está cerrado, primero se produce un incremento rápido pero gradual que se transmite por el líquido a través del tubo como una onda de presión.Esta onda de presión demora un tiempo en llegar hasta el inyector de manera que hay un cierto defasaje entre los valores de la presión a la salida de la bomba y el que actúa en el inyector. Este defasaje dependerá directamente de la longitud del tubo.

Además debemos considerar que aunque de acero, para estas presiones el tubo sufre en pequeña escala una deformación, tanto la compresibilidad del combustible como la expansión del tubo hacen que en el sistema exista cierta cantidad de reserva de presión elástica antes de que el inyector se abra y que además esta reserva se mantendrá en alguna medida durante la inyección.Es complejo el análisis del comportamiento de la onda de presión mencionada, pero podemos decir, simplificando el hecho, que esta onda viaja y regresa por el tubo varias veces mientras dura el tiempo de inyección, lo que puede producir que alguna onda de retorno haga una nueva e indeseable apertura del inyector unos instantes después de terminada la inyección principal, esta nueva inyección breve debido a una gran onda de presión de llegada tardía se conoce como inyección residual. Aunque no exista la inyección residual, una onda de presión llegada al inyector a la hora del cierre, puede hacer que este se cierre de forma gradual o retrasada con el consiguiente y perjudicial efecto de goteo.Para minimizar y hacer tolerable estos inconvenientes,  en los sistemas de inyección se tiene en cuenta dos cosas básicas:

Los tubos se construyen con paredes muy gruesas para reducir su expansión, se trata de reducir al máximo su longitud y se fabrican todos de la misma longitud.

Se construye la válvula de descarga que está inmediatamente encima del émbolo con una forma especial.

1.-Los tubos.

En un motor real no todos los inyectores están a la misma distancia del émbolo correspondiente de la bomba de inyección, pero si se elabora cada tubo con la longitud mínima estos tendrían diferente longitud, entonces la onda de presión que abre el inyector, llegaría a unos inyectores mas rápido que a otros y el comienzo de la inyección sería diferente entre los cilindros, esto evidentemente es indeseable, por lo que en la práctica todos los tubos se construyen de mismo largo que el tubo del cilindro mas lejano. Observe en la figura de arriba como algunos tubos tienen curvas "innecesarias" para compensar el exceso de longitud.Estos tubos son de paredes muy gruesas relativas al diámetro exterior del tubo y están hechos de acero resistente para evitar su expansión durante el trabajo. Es común que el diámetro exterior sea a 6 mm mientras el interior sea de menos de 2.La conexión tubo-bomba, tubo-inyector se hace con una sólida tuerca de tapacete que aprieta el extremo ensanchado y redondeado en frío del propio tubo de acero contra una oquedad del asiento sin que medie empaque elástico alguno.

2.-La válvula de descargaLa figura de la derecha muestra como funciona la válvula de descarga, esta válvula está colocada debajo del racor donde se conectan roscados los tubos a los inyectores (rosca superior) . Este racor está roscado en su parte inferior a la bomba de inyección y la aprieta contra su asiento, justo encima del émbolo de bombeo, de manera que el combustible que es bombeado a los inyectores pasa por el interior de la válvula de descarga.La válvula de descarga se compone de dos elementos; el cuerpo cilíndrico perforado en el centro (gris oscuro) y el elemento de cierre (rojo) que se desliza por el agujero central del cuerpo cilíndrico en dirección vertical. Un resorte mantiene apretado el elemento de cierre contra un asiento cónico en el cuerpo cilíndrico para cerrar el paso del combustible por la válvula.Cuando el émbolo de la bomba de inyección comienza su carrera de bombeo la presión dentro de la válvula de descarga crece y el elemento central se levanta venciendo la fuerza del resorte por lo que se produce el paso del combustible a los tubos y con ello a los inyectores. Luego, cuando termina la carrera efectiva de bombeo del émbolo de la bomba de inyección la presión cae, y la válvula regresa a su asiento impulsada por el resorte, para interrumpir de nuevo la comunicación y evitar que el combustible que está en el tubo sea succionado por el émbolo. Este cierre permite dejar presurizado el tubo para disminuir la demora del nuevo ciclo de inyección cuando el émbolo comience mas tarde a bombear de nuevo.

A la derecha puede verse un animado que muestra como se produce el funcionamiento de la válvula y el paso del combustible, y a la izquierda una válvula de descarga ampliada para mostrar claramente sus partes.Al principio del tema se hablaba de que la válvula de descarga jugaba un papel importante en la eliminación de la inyección residual y en el cierre abrupto del inyector, veamos como:En el cuerpo del elemento de cierre se fabrica un pequeño cilindro que entra en el orificio del cuerpo con extrema exactitud, este cilindro se muestra como volumen de descarga en el dibujo de la izquierda, cuando la válvula de descarga comienza su descenso para cerrar el paso, lo primero que alcanza el borde del cuerpo de la válvula es este cilindro, en ese momento y debido a la gran exactitud se produce el cierre, pero el movimiento continua hasta que el elemento de cierre llega hasta el asiento cónico donde descansa.Después que se ha bloqueado el paso por el volumen de descarga, el resto del movimiento descendente de el elemento de cierre produce una cierta succión en su parte superior.

Este efecto reduce drásticamente la presión dentro del tubo de manera controlada,  consiguiendo con ello la reducción de la magnitud de la onda de presión y el cierre abrupto del inyector, en concordancia de las necesidades del sistema, manteniendo cierta presión remanente en el tubo para no retrasar demasiado la próxima inyección.Resulta evidente entonces que cada sistema de inyección en dependencia de sus componente, presiones de trabajo etc, necesita un volumen de descarga que no debe ser variado, estos volúmenes para cada sistema han sido establecido por los fabricantes después de largos procesos de experimentación y no deben cambiarse.

7.6.-Inyector de combustibleLa figura de la derecha muestra de manera esquemática como se monta el inyector en el motor Diesel. Este dispositivo encargado de producir el aerosol de combustible dentro de la cámara de combustión, es un conjunto de piezas dentro de un cuerpo de acero que atraviesa en cuerpo metálico de motor y penetra hasta el interior de la cámara de combustión.Por el extremo externo se acopla el conducto de alta presión procedente de la bomba de inyección.La figura de abajo muestra un montaje real del inyector para el caso de un motor de inyección directa.El cuerpo del inyector aparece seccionado. Observe como una pieza en forma de cilindro terminado en punta entra a la cámara de combustión, esta pieza se conoce como tobera y es la encargada de pulverizar el combustible para formar el aerosol

Para entender el funcionamiento, en la figura de la derecha se presenta un inyector de manera esquemática. El combustible procedente de la bomba de inyección se alimenta a una entrada del inyector, este combustible, a través de conductos perforados en el cuerpo del inyector (señalados en rojo) se conduce hasta una aguja en la parte inferior que obstruye el orificio de salida al ser empujada a través de una varilla por un resorte. De esta manera el paso del combustible a la cámara de combustión está bloqueado.Cuando la presión en el conducto de entrada crece los suficiente por el empuje de la bomba de inyección, la presión puede vencer la fuerza del resorte y levantar la aguja, de esta forma se abre el pequeño conducto de acceso a la cámara, y el combustible sale muy pulverizado por el extremo inferior.Observe que la presión del combustible actúa sobre un área pequeña de la parte inferior de la aguja, una vez que la presión vence la fuerza del resorte entra a la cámara donde está la parte cilíndrica de la aguja que tiene mayor área, la fuerza de empuje crece y la aguja es apartada de su asiento de manera abrupta. Este efecto garantiza que la apertura del inyector de haga muy rápidamente lo que es deseable.Un tornillo de regulación sobre el resorte permite comprimirlo en mayor o menor grado y con ello establecer con exactitud la presión de apertura del inyector.Estas presiones en el motor Diesel pueden estar en el orden de hasta mas de 400 Kg/cm².

La figura de la derecha muestra un animado del funcionamiento del inyector.Observe que cuando la aguja se abre, la elevada presión actúa en el interior de la tobera, para evitar que el combustible pueda pasar por las holguras entre al aguja y el cuerpo de la tobera. Estas toberas se fabrican con una gran precisión, tanto, que para un mismo lote de ellas las agujas de unas, pueden no entrar en el cuerpo de otras, o el polvo depositado en la aguja puede impedir que se deslice dentro del cuerpo de la tobera, esto hace que cuando se trabaja con toberas de inyección haya que tener mucho cuidado en no intercambiar las piezas y mantener un ambiente muy limpio.

Aun con el gran grado de exactitud con que se fabrican las piezas de la tobera, el combustible poco a poco durante los millones de ciclos de trabajo va pasando lentamente a la cámara encima de la aguja, un conducto de retorno no representado devuelve ese combustible a la entrada de la bomba de inyección.Abajo pueden apreciarse inyectores y toberas reales, así como la formación del cono del aerosol. A la izquierda un típico cono de aerosol para el inyector del motor de cámara separada, arriba diferentes tipos de toberas y a la derecha un inyector completo.

7.7.-Tanque o depósito de combustibleConstituye la reserva de combustible del automóvil y su volumen y construcción deben estar en correspondencia con ciertas ordenanzas elaboradas por los países fabricantes del automóvil de distancia de recorrido hasta el reabastecimiento y resistencia mecánica.Como el contenido es muy inflamable y la posibilidad de un choque en el automóvil siempre está presente, este depósito se construye de manera que sea de difícil rotura aunque se deforme por aplastamiento y  se coloca en un lugar lo mas seguro posible a abolladuras e impacto durante los choques tanto frontales como laterales y traseros.Está dotado de un sensor de nivel que envía una señal a un indicador en el panel de instrumentos para que el conductor sepa en todo momento de cuanto combustible dispone, este indicador lo mas común es que indique la cantidad de combustible en fracciones del depósito, medio, tres cuartos etc. y no en cantidad absoluta, ya que así es mas práctico y apreciable.Tiene además un orificio de llenado que debe corresponder a normativas de los gobiernos sobre la posibilidad de escape de vapores de gasolina durante el reabastecimiento y cuando el automóvil esté en el parqueo, por lo general tienen una pequeña tapa que se abre y cierra automáticamente cuando se introduce o se retira el dispositivo rellenador y así evitar el escape de vapores. El conducto que va del orificio de llenado al tanque mismo, a veces muy tortuoso, tiene otro conducto de pequeño diámetro en paralelo, que puede ser interior o exterior que permite la salida del aire y los vapores dentro del tanque cuando se llena, los dispositivos de llenado modernos tienen la capacidad de absorber esta mezcla para evitar que tengan que salir al exterior durante el reabastecimiento.Esta preocupación por evitar que se escapen vapores de gasolina responde al hecho de que en ensayos de laboratorio los animales expuestos por largos tiempos a vapores de gasolina pudieron desarrollar cáncer con mas probabilidad que los que no se expusieron, además del peligro intrínseco que conlleva la salida de vapores mezclados con aire de un líquido tan inflamable como la gasolina.

Introducción

La bomba rotativa de inyección de émbolos radiales VR fue desarrollada por Bosch especialmente para motores diesel de funcionamiento rápido con inyección directa y una potencia de hasta 37 KW por cada cilindro. Esta bomba se caracteriza por un mayor dinamismo en la regulación del caudal y del comienzo de inyección, y por presiones en el inyector de hasta 1600 bar.

FuncionesUna instalación de inyección diesel con bomba rotativa de inyección de émbolos radiales VR tiene dos unidades de control para la regulación electrónica diesel: Una unidad de control del motor y una unidad de control de bom-ba. Esta división es necesaria para evitar por una parte un sobrecalentamiento de determinados componentes electrónicos y, por otra parte, para suprimir la influencia de señales parásitas que pueden producirse debido a las intensidades de corriente parcialmente muy elevadas (de hasta 20 A) en la bomba de inyección.Mientras que la unidad de control de bomba registra las señales de los sensores internos de la bomba respecto al ángulo de rotación y temperatura del combustible, y las evalúa para la adaptación del momento de inyección, la unidad de control del motor procesa sobre todo datos del motor y del entorno registrados por sensores externos, y calcula a partir de ellos las intervenciones de ajuste a realizar en el motor. En particular, los sensores registran todos los datos de servicio necesarios como p. ej.la temperatura del aire aspirado, del líquido refrigerante y del combustible, el número de revoluciones del motor, la presión de sobrealimentación, la posición del pedal acelerador, la velocidad de marcha, etc.

Los circuitos de entrada de las unidades de control preparan estos datos y los microprocesadores calculan a partir de ellos, con consideración del estado de servicio, las señales de actuación para un servicio de marcha óp-timo. Con la «vinculación en red» de diversos componentes del sistema, es posible: aprovechar varias veces las señales, adaptar con precisión las intervenciones de ajuste, ahorrar combustible y hacer que funcionen sin mucho desgaste todos los componentes que participan en el servicio.

Bomba rotativa de inyección de émbolos radiales

El intercambio de datos entre la unidad de control del motor y la unidad de control de bomba se produce a través del sistema CAN Bus. La figura inferior muestra como ejemplo una instalación de inyección diesel con la bomba rotativa de inyección de émbolos radiales en un motor diesel de cuatro cilindros, con diversos componentes

Funciones básicasLas funciones básicas controlan la inyección del combustible diesel en el momento correcto, en la cantidad correcta y con la mayor presión posible. Aseguran así un funcionamiento favorable del motor diesel en consumo, poco nocivo y silencioso.

Funciones adicionalesFunciones de control y regulación adicionales sirven para la reducción de las emisiones de escape y del consumo de combustible, o aumentan la seguridad y el confort. Ejemplos de ellas son:Retroalimentación de gases de escape, Regulación de la presión de sobrealimentación, Regulación de la velocidad de marcha, Inmovilizador electrónico, etc.

El sistema CAN Bus hace posible el intercambio de datos con otros sistemas electrónicos del vehículo (p. ej. ABS; control electrónico del cambio). Un interface de diagnóstico permite la evaluación de los datos del sistema almacenados en memoria al realizar la revisión del vehículo. El capítulo «Control del sistema con EDC» describe los procesos del registro electrónico de datos de servicio y su procesamiento, así como el funcionamiento de los diversos sensores y elementos actuadores.

1.3.-CONDUCTOS DE ADMISIÓN Y LIMPIEZA DEL AIRE.

Estas partes del motor pertenecen al sistema de alimentación y pueden separarse en dos:

•Conductos de admisión

•Filtro de aire

Conductos de admisión

El conducto de admisión puede ser desde un simple tramo de tubo que tiene en un extremo el filtro de aire y en el otro el acople al motor cerca de las válvulas de admisión para un pequeño motor Diesel, hasta un complejo y bien diseñado sistema de tuberías que puede dividirse en  dos partes:

Un haz de tubos que se distribuyen en un extremo a los cilindros del motor poli-cilíndrico y que coinciden en el otro en una cavidad común donde se apoya el carburador o la mariposa del sistema de inyección de gasolina conocido como múltiple de admisión.

Un conducto mas o menos tortuoso que trae el aire del exterior al filtro y luego lo acopla a la entrada del carburador o a la mariposa del sistema de inyección.

Para el caso del motor Diesel, en la mayor parte de los casos no existe mariposa alguna en el sistema de alimentación de aire, por lo que lo común es, que este conducto de admisión comunique el aire exterior con el fitro y luego al múltiple de admisión.

2.-SOBREALIMENTADORES Y TURBOCOMPRESORES

Tiene la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del colector de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. El compresor esta colocado en la entrada del colector de admisión, con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, el compresor eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore la alimentación del motor. El turbo impulsado por los gases de escape alcanza velocidades por encima de las 100.000 rpm, por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de engrase de los cojinetes donde apoya el eje común de los rodetes de la turbina y el compresor. También hay que saber que las temperaturas a las que se va ha estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape van a ser muy elevadas (alrededor de 750 ºC).

Constitución de un turbocompresor

Los elementos principales que forman un turbo son el eje común (3) que tiene en sus extremos los rodetes de la turbina (2) y el compresor (1) este conjunto gira sobre los cojinetes de apoyo, los cuales han de trabajar en condiciones extremas y que dependen necesariamente de un circuito de engrase que los lubricaPor otra parte el turbo sufre una constante aceleración a medida que el motor sube de revoluciones y como no hay limite alguno en el giro de la turbina empujada por los gases de escape, la presión que alcanza el aire en el colector de admisión sometido a la acción del compresor puede ser tal que sea mas un inconveniente que una ventaja a la hora de sobrealimentar el motor. Por lo tanto se hace necesario el uso de un elemento que nos limite la presión en el colector de admisión. Este elemento se llama válvula de descarga o válvula waste gate (4).

Regulación de la presión turboPara evitar el aumento excesivo de vueltas de la turbina y compresor como consecuencia de una mayor presión de los gases a medida que se aumenten las revoluciones del motor, se hace necesaria una válvula de seguridad (también llamada: válvula de descarga o válvula waste gate). Esta válvula está situada en derivación, y manda parte de los gases de escape directamente a la salida del escape sin pasar por la turbina.

IntercoolerPara evitar el problema del aire calentado al pasar por el rodete compresor del turbo, se han tenido que incorporar sistemas de enfriamiento del aire a partir de intercambiadores de calor (intercooler). El intercooler es un radiador que es enfriado por el aire que incide sobre el coche en su marcha normal. Por lo tanto se trata de un intercambiador de calor aire/aire a diferencia del sistema de refrigeración del motor que se trataría de un intercambiador agua/aire.Con el intercooler (se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% desde 100°-105° hasta 60°- 65°). El resultado es una notable mejora de la potencia y del par motor gracias al aumento de la masa de aire (aproximadamente del 25% al 30%). Además se reduce el consumo y la contaminación.

El engrase del turboComo el turbo esta sometido a altas temperaturas de funcionamiento, el engrase de los cojinetes deslizantes es muy comprometido, por someterse el aceite a altas temperaturas y desequilibrios dinámicos de los dos rodetes en caso de que se le peguen restos de aceites o carbonillas a las paletas curvas de los rodetes (alabes de los rodetes) que producirán vibraciones con distintas frecuencias que entrando en resonancia pueden romper la película de engrase lo que producirá microgripajes. Además el eje del turbo esta sometido en todo momento a altos contrastes de temperaturas en donde el calor del extremó caliente se transmite al lado mas frió lo que acentúa las exigencias de lubricación porque se puede carbonizar el aceite, debiendose utilizar aceites homologados por el API y la ACEA para cada país donde se utilice.

Se recomienda después de una utilización severa del motor con recorridos largos a altas velocidades, no parar inmediatamente el motor sino dejarlo arrancado al ralentí un mínimo de 30 seg. para garantizar una lubricación y refrigeración optima para cuando se vuelva arrancar de nuevo. El cojinete del lado de la turbina puede calentarse extremadamente si el motor se apaga inmediatamente después de un uso intensivo del motor. Teniendo en cuenta que el aceite del motor arde a 221 ºC puede carbonizarse el turbo.

El Turbo Timer es un sistema que mantiene circulando el aceite en el turbocompresor durante un lapso de tiempo después del apagado del motor. Algunos modelos funcionan con sensores que detectan la intensidad en el uso del turbocompresor para permitir la lubricación forzada del mismo por un tiempo prudencial después del apagado del motor

Biturbos

También la utilización de motores biturbo con turbos hermanados o escalonados (figura inferior) que utilizan un turbo pequeño para cuando el motor funciona a bajas r.p.m. y un turbo mas grande cuando el motor funciona a altas r.p.m.. El sistema biturbo de turbos hermanados o escalonados fue desarrollado por los ingenieros resultantes del departamento deportivo de la marca de automóviles Opel OPC (Opel Performance Center). Basta con considerar las presiones efectivas alcanzados para darse cuenta del enorme potencial del motor equipado con turbos hermanados o escalonados. Mientras que las versiones Diesel sobrealimentadas clásicas funcionan a presiones incluidas entre 1,7 y 1,9 bares, el motor de 1,9 l de turbos hermanados llega a presiones efectivas de 2,6 bares. Esta presión tiene una influencia directa sobre la potencia del motor: cuanto más alta es la cifra mayor es la potencia desarrollada por el motor. Para que se pueda utilizar la técnica de los turbos hermanados, es necesario que el bloque motor sea especialmente robusto y que pueda resistir presiones enormes, incluso después de un fuerte kilometraje.

3.-CÁMARAS DE COMBUSTIÓN DIESEL

Por cámara de combustión se entiende el volumen cerrado encima del pistón cuando se comienza la inyección de combustible, esto es, cuando el pistón está llegando al punto muerto superior en la carrera de compresión. En esta cámara ha sido confinado todo el aire que entró al cilindro durante la admisión en forma comprimida y por lo tanto muy caliente. Aquí es donde el inyector suministra el combustible.En los motores Diesel juega un papel fundamental en el comportamiento y rendimiento del motor la forma y posición de la cámara de combustión.En la práctica las cámaras de combustión pueden separarse en dos grupos, cada una de las cuales puede subdividirse en diferentes tipos:

Cámaras separadas, cámaras divididas o inyección indirecta.

•Celda de energía

•Pre cámara

Cámaras de inyección directa .

•Inyección directa

•Cámara MAN o cámara M

Veamos las diferencias básicas de los dos grupos principales.

3.1.-INYECCIÓN DIRECTAEn la figura de la derecha se muestra un esquema de una cámara de inyección directa con el pistón en la carrera de fuerza. En este caso el aerosol de combustible pulverizado se inyecta directamente sobre la cabeza del pistón, donde se ha practicado una oquedad de forma especial para producir turbulencia en el aire. En esta oquedad es donde se acumula casi todo el aire del cilindro cuando el pistón está en el punto muerto superior, por tal razón es común denominarla como cámara de combustión, aunque en realidad la verdadera cámara de combustión es todo el volumen cerrado sobre el pistón.En el dibujo se ha representado el motor cuando ya el pistón está en la carrera de fuerza; en el punto muerto superior, el pistón está muy cerca de la superficie inferior de la culata o tapa y prácticamente el aire está dentro del hueco del pistón.En este caso el incremento de presión se produce sobre el pistón, por lo que este recibe toda la fuerza generada por los gases, esto hace que sea un motor de funcionamiento brusco y ruidoso.Como la cámara de combustión solo tiene una pequeña superficie refrigerada por agua (superficie de la culata) la pérdida de calor del aire comprimido es poca y estos motores tiene una gran facilidad de arranque en frío y son muy eficientes. Hay dos tipos fundamentales de cámaras de inyección directa.

3.1.1.-INYECCIÓN DIRECTA TÍPICA

En el esquema que se muestra a la derecha se aparece un sistema de inyección directa típica. Note la forma de la oquedad practicada en el pistón terminada en una punta en el centro. Esta punta favorece el arranque en frío ya que se calienta notablemente durante la compresión. Observe también que los conductos de admisión están construidos para que produzcan un giro el aire de entrada, esto favorece la formación de la mezcla cuando se produce la inyección.En este tipo de cámara es muy común que el inyector tenga mas de un agujero de inyección, en este caso 5, para distribuir bien el combustible en la cámara dentro del pistón.

3.1.2.-CÁMARA MAN O M

Esta cámara de creación mas reciente es del tipo de inyección directa. Igual que en la inyección directa típica hay una oquedad en el pistón, pero en este caso es de forma esférica con una abertura a la cabeza del pistón. El inyector produce dos chorros de combustible, uno muy fino al centro de la cámara y otro mas grueso desviado dirigido a la pared de esta.En esta cámara los conductos de admisión están diseñados para producir un fuerte giro del aire de entrada, este aire giratorio entra en la cámara esférica formando un ciclón que distribuye el chorro desviado como una fina capa de combustible en la pared de la cámara. De esta forma, el chorro central inicia la combustión y la pared caliente de la cámara en el pistón evapora rápida pero gradualmente la fina capa combustible al mismo tiempo que el ciclón de aire arrastra los vapores se mezcla con ellos y se inflama.Estas características bien logradas producen un motor que tiene las ventajas de rendimiento y facilidad de arranque en frío de la inyección directa pero sin la brusquedad de trabajo de la inyección típica, el motor con cámara MAN es flexible, silencioso, eficiente y arranca bien en frío.

3.2.-INYECCIÓN INDIRECTAEn el caso de la cámara de combustión separada como la que se muestra a la derecha, la oquedad donde se acumula el aire en la carrera de compresión se ha practicado en la masa metálica de la culata, y la comunicación entre el volumen sobre el pistón y esta cámara es un pasaje relativamente estrecho. Este pasaje estrecho hace que el aire en la carrera de compresión, circule a alta velocidad hacia la cámara en un flujo muy turbulento que favorece la formación de la mezcla del aire y el combustible una vez comenzada la inyección.Los gases a elevada presión producto de la combustión también tienen que pasar por este pasaje estrecho, por lo que van a parar a la cabeza del pistón con cierta gradualidad, que hace que las presiones máximas que tiene que soportar el mecanismo pistón-biela-manivela nos sean tal elevadas como en el caso de la inyección directa.Estos motores son en general de un funcionamiento mas silencioso y elástico que los de inyección directa, pero el aumento del área de transferencia de calor (debido a la cámara) al agua de enfriamiento produce pérdidas y la eficiencia es menor así como se dificulta el arranque en frío.Este problema del arranque en frío se resuelve con la utilización de unas resistencias eléctricas especiales colocadas dentro de la cámara de combustión separada, conocidas como bujías de precalentamiento.

Las fronteras entre los diferentes tipos de cámaras de inyección indirecta no están bien definidos, hay motores donde prácticamente todo el aire termina en la cámara de la culata y la comunicación con la cabeza del pistón es muy estrecha, estos motores son típicamente muy elásticos y suaves en el funcionamiento y se les denomina sin duda motores de pre cámara. Hay otros, que la cámara de combustión está parcialmente en la culata y parcialmente en el pistón y el conducto de comunicación es relativamente grande, aunque la inyección se realiza en la cámara de la culata, en este caso se les llama cámaras de celda de energía.Puede asumirse entonces que hay diseños de motores que se acercan mas a un tipo que al otro y la denominación es por lo tanto algo ambigua.

Bujías de Precalentamiento.Las bujías de precalentamiento o bujías incandescentes son dispositivos dotados de una resistencia eléctrica y accionados desde la llave del encendido, que se utilizan para facilitar el arranque en frío de los motores de combustión interna, especialmente los Diesel. Estas bujías sirven para producir un punto incandescente (o muy caliente) dentro de la cámara de combustión, que es alcanzado por el aerosol del combustible inyectado. Al entrar en contacto parte del aerosol con la zona caliente de la bujía de precalentamiento, el combustible se evapora e inflama, produciendo el arranque del motor aun en condiciones de bajas temperaturas. Adicionalmente a esto, los materiales de que están hechas estas bujías tienen en su composición elementos como platino o iridio que tienen un efecto catalítico sobre el proceso de combustión.Una vez producido el arranque, y unos segundos después, se retira la corriente eléctrica de la bujía al no ser necesaria su función ya que la cámara de combustión se ha calentado como para producir la auto inflamación del combustible sin ayuda.Debido a la naturaleza de las cámaras de inyección directa, estas bujías de precalentamiento comúnmente no son necesarias en los motores provistos de este tipo de cámara, mientras que en los motores con inyección separada se convierten en un dispositivo indispensable para garantizar un arranque seguro en todas condiciones.Hay dos tipos básicos de bujías de precalentamiento:

•De resistencia eléctrica desnuda utilizadas tradicionalmente.

•De resistencia eléctrica protegida que se han introducido mas recientemente.

Bujías de resistencia desnuda Bujías de resistencia cubierta

Bujías de Precalentamiento

4.-MODERNOS MOTORES TURBODIESEL QUE UTILIZAN INYECCIÓN DIRECTAEn los motores de gasolina o diesel, se dice que el sistema es de inyección directa cuando el combustible se introduce directamente en la cámara de combustión.

4.1.- LA NUEVA INYECCIÓN DIRECTA EN MOTORES DIESELLas constantes mejoras que vienen registrándose en el sistema de inyección de los motores Diesel han desembocado de momento en el llamado "Motor Diesel de Inyección Directa a alta presión". Esta es una nueva tecnología de origen europeo que ya se comercializa con excelentes resultados. En las versiones iniciales emplea un inyector operado directamente por un árbol de levas y situado sobre el centro de la cámara de combustión para inyectar el gasóleo o diesel uniformemente. La inyección es controlada por un dispositivo electrónico que consigue la máxima eficiencia del combustible. Estas características proporcionan al motor la rápida ignición al comienzo de combustión propia de los sistemas de inyección indirecta, así como la combustión a alta presión durante el período principal de propagación, característica de los sistemas de inyección directa.

En la anterior tecnología de los motores Diesel una bomba de inyección - distribuidor crea la presión necesaria para inyectar el gasóleo. Los nuevos TDI tienen un sistema de inyección innovador, en el que cada cilindro tiene su propia bomba – integrada en el inyector (bomba inyectora). La presión actúa mecánicamente sobre levas adicionales incorporadas en el árbol de levas, lo cual supone una enorme ventaja: una muy alta presión de hasta 2050 bar es dirigida al orificio de salida de cada inyector (1000 bar era la presión normal). Esto proporciona gases de escape limpios y más rendimiento (115 PS en vez de 110 PS) y par (285 Nm en vez de 235 Nm). El sistema también mejora la atomización de gasóleo, que mejora la ignición, inhibiendo la combustión rápida al comienzo del ciclo de combustión, y reduciendo el ruido y las emisiones de NOx. El gasóleo se distribuye también más uniformemente, favoreciendo una combustión uniforme y mejorando el rendimiento.

Una nueva versión denominada "common rail" utiliza una sola bomba que envía gasóleo a cada inyector a 1350 bares de presión, en tanto que el tiempo de inyección se dosifica electrónicamente desde cada inyector.

Estos motores suelen ir equipados con doble válvula para la admisión y el escape, que incrementa el volumen de aire que entra en los cilindros y disminuye la resistencia a la evacuación de gases en la fase de escape. Este diseño mejora el coeficiente de resistencia a la admisión - escape aproximadamente un 50 por ciento en comparación con la tecnología convencional de dos válvulas por pistón. El rendimiento resulta así mejorado, y los humos negros y partículas resultan disminuidos debido a que el gasóleo se quema en presencia de más aire. Los pistones son ahora especialmente ligeros y resistentes, al fabricarse con una nueva tecnología de compuesto de aluminio infiltrado de aire.

El sistema electrónico de inyección de combustible controla constantemente los cambios registrados en el funcionamiento del motor, incluyendo la posición del acelerador, carga y la velocidad de giro, para dosificar óptimamente la cantidad y tiempo de la inyección. El ruido y las emisiones de NOx se reducen en cualquier condición de carga del motor, debido a que el tiempo de inyección es retrasado en función de esta carga, resultando así mejorada la combustión del gasóleo y permitiendo incrementar la dosis de gasóleo en cada inyección aún en condiciones de carga máxima, sin que resulten incrementados los humos negros.

El motor de inyección directa e ignición por compresión (CIDI) es el motor de combustión interna que se ha probado más eficiente y de momento es uno de los candidatos para equipar el sistema de propulsión de los vehículos del programa "Partnership for a New Generation of Vehicles (PNGV)" que pretende conseguir un vehículo con economía de combustible de hasta 3 l / 100 km. Las barreras técnicas importantes que presentan estos motores son las emisiones de partículas y óxidos de nitrógeno (NOx), así como su mayor costo en comparación con los motores de gasolina. Otras desventajas son su excesivo peso y complejidad, en tanto que su volumen tampoco es muy apropiado. Por el contrario parecen poseer la mejor eficiencia térmica probada hasta el momento en una planta motriz, lo que los hace candidatos para ser instalados en las plantas motrices híbridas.

4.2.- COMMON-RAILEl sistema de common-rail o conducto común es un sistema de inyección de combustible electrónico para motores diésel en el que el gasóleo es aspirado directamente del depósito de combustible a una bomba de alta presión y ésta a su vez lo envía a un conducto común para todos los inyectores y por alta presión al cilindro. Este sistema fue desarrollado por el fabricante de automóviles italiano Fiat. Despues el grupo Fiat cedió su industrialización a Bosch. El primer vehículo en equipar dicho sistema fue el Fiat Croma, por los acuerdos suscritos con Bosch.Es esencialmente igual a la inyección multipunto de un motor de gasolina, en la que también hay un conducto común para todos los inyectores, con la diferencia de que en los motores diésel se trabaja a una presión mucho más alta.

El gasóleo almacenado en el depósito de combustible a baja presión es aspirado por una bomba de transferencia accionada eléctricamente y enviado a una segunda bomba, en este caso, de alta presión que inyecta el combustible a entre 1500 y 1600 bar al cilindro.Hoy en los motores diesel de Toyota se inyecta el combustible con una presión de 2000 bar.La bomba de transferencia puede ir montada en la propia bomba de alta presión, accionada por el mecanismo de distribución y sobre todo en el interior del depósito de combustible. El conducto común es una tubería o "rampa" de la que parte una ramificación de tuberías para cada inyector de cada cilindro.

La principal ventaja de este sistema es que nos permite controlar electrónicamente el suministro de combustible permitiéndonos así realizar hasta 5 pre-inyecciones antes de la inyección principal con lo que conseguimos preparar la mezcla para una óptima combustión. Esto genera un nivel sonoro mucho más bajo y un mejor rendimiento del motor.

La principal ventaja de este sistema es que la presión con que trabaja es casi independiente del régimen (velocidad del motor) y de su carga; es decir, aunque el conductor no acelere a fondo y el motor gire despacio, es posible inyectar el gasóleo a una presión muy alta y casi constante durante todo el proceso de inyección.

La óptima atomización del combustible por parte de los inyectores electrónicos, controlados por una centralita de inyección electrónica, y la alta presión a la que trabaja el sistema hacen que se aumente potencia en todo el rango de revoluciones, se reduzca el consumo de combustible y se disminuya la cantidad de emisiones contaminantes, en especial los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar.

Al no haber un mecanismo mecánico que rija cuándo se debe inyectar el combustible se puede elegir libremente cuándo inyectar, incluso realizar varias inyecciones en un mismo ciclo. Esto permite la preinyección que se produce justo antes de la principal, aumentando la presión y temperatura dentro del cilindro, lo que mejora la combustión y disminuye el ruido característico de los diésel.Actualmente, casi todos los automóviles nuevos fabricados en Europa con motor diésel incorporan common-rail indentificados bajo distintas siglas según el fabricante (CRDI, CDTI, HDI, JTD, DCI, TDCI, actualmente se empieza a incorporar en los TDI, ....). Bosch, Siemens, Delphi y Denso son los fabricantes más importantes de estos sistemas. Entre los cinco sistemas mencionados existen diferencias considerables en cuanto a la regulación de la presión y el funcionamiento eléctrico de los inyectores, pero básicamente se rigen por la misma forma de trabajo mecánico.

Common-rail o conducto común

TDIDirect Injection, o inyección directa: este tipo de motor con la cámara de combustión en la cabeza del pistón no es precisamente nuevo; su origen se remonta al mismo origen del motor diésel; su mayor ventaja es que existe menor perdida en calor por ser la cámara de combustión más reducida la perdida de calor hacia las paredes del cilindro o hacia las de la cámara de combustión es menor que en los modelos de precamara, lo que se traduce en un mayor rendimiento (el calor que se pierde es energía perdida), lo que repercute en el consumo, y en un mejor arranque en frío.

Donde Turbo denomina el sistema de sobrealimentación que monta una turbina en el escape la cual gira al incidir sobre ella los gases de escape, y en la admisión un compresor unidos por un eje, el cual que se encarga de forzar la entrada de aire en los cilindros y de esta manera se consigue aumentar el rendimiento (más aire, más combustible, fuerza a la explosión).

Su mayor inconveniente radica en su mayor sonoridad y en sus vibraciones que también son más fuertes ya que la explosión es más violenta. En este apartado es en el que la firma Volkswagen ha marcado la tendencia tras conseguir minimizar los inconvenientes y mantener las ventajas.

Y ha proseguido la evolución de sus motores implementando tecnologías que permiten un mayor refinamiento y menor consumo. Al añadir el turbo a su motor SDI de inyección directa (68 cv) comenzó el mito del TDI (90 cv) logrando popularizar esas siglas bajo los capots de los Audi al igual que hiciera con las siglas GTI anteriormente; después llegaron mejoras en la bomba inyectora que junto con un turbo de geometría variable subió su potencia a los 110 cv (la i del TDI en rojo), después llegaron los grupos inyector-bomba y unos cuantos cambios estructurales para robustecerlo, con lo que se llegó a los 150 cv. Todo esto sobre los motores de 4 cilindros y 1898 cc ocurriendo otro tanto en los V6.

Los sistemas de inyector-bomba son bloques que integran los dos dispositivos, estando el embolo de la bomba actuado por el mismo árbol de levas que mueve las válvulas de admisión y escape.

El resto de marcas siguieron sus pasos y se fueron pasando a la inyección directa, utilizando cada una sus propias siglas (TDI al igual que GTI son marca registrada) y en ocasiones otros tipos de sistema de inyección como el conducto común (common rail o también riel común) que consiste en una bomba de alta presión que alimenta una tubería (en ocasiones una esfera como los sistemas de la casa Lucas) a la que están conectados todos los inyectores, estando el ciclo de inyección controlado por la electrónica que se encarga de pilotar la electroválvula que posee cada inyector.

Audi R8 V12 TDi Concept

motor V12 6.0 TDI de 500 caballos, 1.000 Nm de par y cambio manual de 6 velocidades.

HdiEl HDI es un sistema de inyección directa de alta presión para motores Diésel. Las siglas significan High Pressure Direct Injection. Es el nombre escogido por el grupo PSA para una nueva generación de motores Diésel de inyección directa y turbocompresor, siendo similar a la tecnología Common Rail, inventada por FIAT. Los primeros motores fueron comercializados en 1998.

Tradicionalmente, los motores diésel ofrecen un rendimiento del motor mayor, con un consumo medio muy inferior a los motores gasolina. A estas ventajas, tenemos que añadir las de la nueva Inyección Electrónica Directa (HDi), que ofrece un consumo de combustible mínimo (20% menos que un Diésel clásico con prestaciones equivalentes). Como ventajas adicionales, hasta -10º C no es necesaria la utilización de las bujías de precalentamiento y el combustible es inyectado directamente en la cámara de combustión

Una nueva versión en los motores HDi es la llamada Common Rail. Gracias a este nuevo sistema, se consigue una mayor exactitud y precisión en el momento y duración de la inyección y el consumo se reduce, aumentando las prestaciones del motor (50% de par motor suplementario a bajo régimen). Una ventaja adicional es que se reducen los gases nocivos expulsados al medio ambiente y la contaminación acústica, ya que se disminuyen los ruidos al ralentí y a bajo régimen.

1.6 HDi, 109 PS (108 hp/80 kW) and 177 ft·lbf (240 N·m)

Peugeot 407 (first generation)

COMENTARIOS A TURBOSDIESEL DE INYECCIÓN DIRECTA

Los modernos motores turbodiesel se caracterizan por equipar sistemas de alimentación de inyección de combustible directa a alta presión, que bajo las denominaciones de "Unijet", "Common Rail", "HDI" y otras según el productor del vehículo- remiten a una nueva tecnología caracterizada por un aumento de la potencia específica y el ahorro de combustible, en particular en regímenes de rotación altos.

 La novedad fue concebida dentro del Grupo Fiat, con la participación de sus subsidiarias Magneti Marelli, Elasis y el Centro de Desarrollo Fiat, y posteriormente fue cedido a Robert Bosch A.G. de Alemania, para su fase final de desarrollo e industrialización. PSA Peugeot-Citroën, asociada con Mitsubishi, llevaron adelante un desarrollo paralelo, con similares resultados.

 Respecto de los dispositivos de inyección tradicionales, el Unijet (lo llamaremos así para sintetizar) garantiza una mejora global importante de las prestaciones y un funcionamiento más silencioso, que llega hasta 8 decibeles menos, según el régimen de rotación del motor.

 En los sistemas usados con anterioridad, con cámara de precombustión, la alimentación de los inyectores del gasoil es accionada por una bomba mecánica (a menudo con control electrónico) y la presión de inyección crece proporcionalmente al aumento del régimen de rotación del motor, lo cual presupone un límite físico para optimizar la combustión, y por ende las prestaciones, el ruido y las emisiones contaminantes.

En cambio, en el sistema Unijet la presión de inyección es independiente de la velocidad de rotación del motor, porque la bomba de inyección genera presión por acumulación. De allí deriva la posibilidad de utilizar, por un lado, presiones muy altas y, por el otro, suministrar cantidades mínimas de combustible, e incluso de realizar una preinyección, o inyección piloto.

 Son dos características que conceden grandes ventajas al conductor: una combustión más eficiente y por lo tanto mejores prestaciones- y una reducción del ruido de combustión.

 En detalle, el sistema consta de una pequeña bomba sumergida en el depósito que envía el gasoil a la bomba principal. Esta es una bomba de alta presión, arrastrada por la cadena de distribución, que "empuja" constantemente el combustible. De esta manera en el "rail" o depósito de acumulación, siempre hay combustible a presión.

 Un sensor ubicado en el rail y un regulador en la bomba, adaptan la presión a la demanda de la central, generada por la presión sobre el acelerador. De este modo se puede variar constantemente la presión del gasoil, eligiendo para cada punto de funcionamiento el valor ideal.

 Está claro que gestionar bien la presión en todo el campo de funcionamiento del motor, significa disponer de más eficiencia de combustión y por lo tanto mejores prestaciones y menores consumos.

Esto ocurre porque cuanto más alta es la presión con la que llega el combustible al inyector, mejor se pulverizan las gotas de combustible, mezclándose bien con el aire y quemándose completamente.

Pero alta presión, significa también fuerte ruido.

 Contra esto último, el sistema Unijet acudió a otro dispositivo: la inyección piloto, una operación que tiene lugar en aproximadamente 200 microsegundos. Se trata de una solución que permite aumentar la temperatura y la presión de la cámara de combustión cuando el pistón llega al Punto Muerto Superior, preparando así la cámara para la verdadera combustión.

 Lo que se consigue, en realidad, es una curva menos escarpada de desprendimiento de calor, junto a picos de temperatura y presión más bajos, lo que redunda en obtener la misma energía, pero suministrada en forma más paulatina, lo que reduce drásticamente el ruido de funcionamiento.

 En los nuevos motores turbodiesel, el "common rail" garantiza mayor eficiencia de combustión y mejores prestaciones, mientras que la inyección piloto permite disfrutar de un funcionamiento más silencioso, arranques en frío más fáciles y un nivel de emisiones más reducido

5.-CONCEPTO REGULACIÓN ELECTRÓNICA DIESEL ( EDC)

Valvula para recirculacion de gases de escape Estas valvulas fueron diseñadas, para traer gases del multiple de escape hacia el (multiple) manifold de admision, con la finalidad de diluir la mezcla de aire/combustible que se entrega  a la camara de combustion.consiguiendo de esta manera mantener los compuestos de NOx  (Nitrogen Oxide) dentro de los limites respirables.

El nitrogeno, que constituye el 78% del aire, se mezcla con oxigeno, a temperaturas superiores a 1400gradosC. Durante este proceso de combustion, la temperatura en el cilindro subira por encima de 1900gradosC.creando la condicion ideal para la formacion de NOx.

Para reducir la formacion de NOx, es necesario reducir la temperatura de combustion; de alli la conveniencia en el uso de una valvula EGR. [EGR valv]

DIAGNOSTICO DE AVERÍAS

Los sistemas de inyección electrónica diesel disponen de un testigo de indicación de averías situado en el cuadro de instrumentos. Cuando el sistema detecta un fallo, el testigo se ilumina, informando al conductor de la existencia de una avería en el sistema. Esta avería se almacena en la memoria de fallos. La consulta de esta memoria de averías se realiza, a través de la toma de diagnosis, con un comprobador electrónico.

Para evitar que el vehículo quede detenido o se produzca una avería mayor, cuando el sistema detecta fallo en alguno de los sensores, la unidad de control entra en un programa de emergencia, que permitirá, en la mayoría de los casos, continuar circulando hasta un servicio de reparación.

PROGRAMA DE EMERGENCIA DE LA UNIDAD DE CONTROL SENSOR AVERIADO SEÑAL SUSTITUTORIA DEL

SENSOR AVERIADO PROGRAMA DE EMERGENCIA

Posición del acelerador   El motor se mantiene fijo a 1300 rpm

Señal de régimen de motor Señal del transmisor de elevación de aguja del inyector

Reducción programada del caudal y presión del turbo. Estabilización del ralentí desactivada.

Temperatura del combustible

Tema un valor fijo de temperatura

Programa normal, usando el valor fijo programado.

Temperatura del motor Señal de temperatura del combustible

Programa normal, usando los valores de temperatura del combustible

Posición de la corredera de regulación del caudal

  Se para el motor como medida de seguridad.

Electroválvula de corte de combustible

  La alimentación de combustible queda interrumpida.

6.-INYECCIÓN ELECTRÓNICALa inyección electrónica es una forma de inyección de combustible que se diferencia en varios tipos (monopunto, multipunto, secuencial, simultánea) pero básicamente todas se basan en la ayuda de la electrónica para dosificar la inyección del carburante y reducir la emisión de agentes contaminantes a la atmósfera y a la vez optimizar el consumo.

Este es un sistema que reemplaza el carburador en los motores de gasolina, su introducción se debió a un aumento en las exigencias de los organismos de control del medio ambiente para disminuir las emisiones de los motores.

Su importancia radica en su mejor capacidad respecto al carburador para dosificar el combustible y crear un mezcla aire / combustible, muy próxima a la estequiométrica (14,7:1 para la gasolina), lo que garantiza una muy buena combustión con reducción de los porcentajes de gases tóxicos a la atmósfera. La relación estequiométrica es la proporción exacta de aire y combustible que garantiza una combustión completa de todo el combustible.

La función es la de tomar aire del medio ambiente, medirlo e introducirlo al motor, luego de acuerdo a esta medición y conforme al régimen de funcionamiento del motor, inyectar la cantidad de combustible necesaria para que la combustión sea lo más completa posible. Consta fundamentalmente de sensores, una unidad electrónica de control y actuadores o accionadores.

El funcionamiento se basa en la medición de ciertos parámetros de funcionamiento del motor, como son: el caudal de aire, la temperatura del aire y del refrigerante, el estado de carga (sensor PAM), cantidad de oxígeno en los gases de escape (sensor EGO o Lambda), revoluciones del motor, etc., estás señales son procesadas por la unidad de control, dando como resultado señales que se transmiten a los accionadores (inyectores) que controlan la inyección de combustible y a otras partes del motor para obtener una combustión mejorada.

El sensor PAM (Presión absoluta del Múltiple) indica la presión absoluta del múltiple de admisión y el sensor EGO (Exhaust Gas Oxigen) la cantidad de oxígeno presente en los gases de combustión. Este sistema funciona bien si a régimen de funcionamiento constante se mantiene la relación aire / combustible cercana a la estequiométrica, esto se puede comprobar con un análisis de los gases de combustión, pero al igual que los sistemas a carburador, debe proveer un funcionamiento suave y sin interrupciones en los distintos regímenes de marcha.

Estos sistemas tienen incorporado un sistema de autocontrol o autodiagnóstico que avisa cuando algo anda mal, además existe la posibilidad de realizar un diagnóstico externo por medio de scanners electrónicos que se conectan a la unidad de control de inyección y revisan todos los parámetros, indicando aquellos valores que estén fuera de rango.

La detección de fallas debe realizarla personal especializado en estos sistemas y deben contar con herramientas electrónicas de diagnóstico también especiales para cada tipo de sistema de inyección. La reparación de estos sistemas se limita al reemplazo de los componentes fallados, generalmente los que el diagnóstico electrónico da como defectuosos.

Los sistemas de inyección electrónicos no difieren de los demás, respecto a las normas de seguridad ya que manipula combustible y/o mezclas explosivas. Lo mismo para el cuidado del medio ambiente, se debe manipular con la precaución de no producir derrames de combustible.

DIFERENTES SISTEMAS DE GESTIÓN ELECTRÓNICA DIESEL

1.- Sistema que utiliza la tecnología tradicional de los motores diesel de "inyección indirecta" basado en una bomba rotativa (por ejemplo la bomba "tipo VE" de BOSCH) que dosifica y distribuye el combustible a cada uno de los cilindros del motor. Esta bomba se adapta a la gestión electrónica sustituyendo las partes mecánicas que controlan la "dosificación de combustible" así como la "variación de avance a la inyección" por unos elementos electrónicos que van a permitir un control mas preciso de la bomba que se traduce en una mayor potencia del motor con un menor consumo. Este sistema es utilizado por los motores TDI del grupo Volkswagen y los DTI de Opel y de Renault, así como los TDdi de FORD.  

                                                                                                                                              Foto de una bomba de inyección rotativa (bomba electrónica con su centralita).

2.- Sistema de conducto común (common-rail) en el que una bomba muy distinta a la utilizada en el sistema anterior, suministra gasoleo a muy alta presión a un conducto común o acumulador donde están unidos todos los  inyectores. En el momento preciso una centralita electrónica dará la orden para que los inyectores se abran  suministrando combustible a los cilindros. Esta tecnología es muy parecida  a la utilizada en los motores de inyección de gasolina con la diferencia de que la presión en el conducto común o acumulador es mucho mayor en los motores diesel (1300 Bares) que en los motores gasolina (6 Bares máximo).Este sistema es utilizado por los motores, DCI de Renault de nueva generación, los HDI del Grupo PSA y los JTD del Grupo Fiat,

                                                                                                         

3.- Sistema de Bomba-inyector en el que se integra la bomba y el inyector en el mismo cuerpo con eso se consigue alcanzar presiones de inyección muy altas (2000 Bares), con lo que se consigue una mayor eficacia y rendimiento del motor.. Existe una bomba-inyector por cada cilindro. Este sistema es utilizado por el grupo Volkswagen en sus motores TDI de segunda generación.

                                                                                                                                                                                                                                                                

El sistema de inyección EPIC es totalmente electrónico y controlado por la DCU (unidad de control diesel). Accionada por los datos numéricos transmitidos por la DCU en forma de cientos de impulsos por segundo, la bomba convierte los impulsos en mensajes hidráulicos. Cuatro accionadores (bobinas electromagnéticas) convierten estos datos electrónicos en mandatos hidráulicos; seguidamente, los sensores en el interior de la bomba confirman a la DCU que se ha ejecutado el mandato. Aparte del eje de transmisión, no hay ninguna otra conexión mecánica a la bomba. Las bombas EPIC se instalan en los motores de inyección directa e indirecta.

Principales piezas de recambio de la bomba ►juego de empaquetaduras ►solenoide eléctrico de parada ►conjunto de carga hidráulica ►eje de transmisión ►DCU ►corona de excéntricas ►acccionador Atributos del producto ►motor más silencioso ►vibraciones del vehículo reducidas ►nivel de emisiones más bajo ►economía de combustible mejorada ►diagnóstico del vehículo más fácil

BOMBA CON INYECCIÓN ELECTRÓNICA Y CONTROLADO POR UNA DCU O EDC

7.-TRANSMISIÓNLa transmisión es la parte mas importante del automóvil y es el encargado de convertir la energía del combustible en movimiento de los neumáticos para impulsarlo,  puede ser de diversas arquitecturas de acuerdo al propósito a que se destine el vehículo. A continuación los esquemas mas comunes utilizados en los automóviles de hoy. En todos los casos es necesario la existencia de un elemento de desconexión/conexión entre el motor y el resto de la transmisión conocido como embrague.

Esquema clásico utilizado en los camiones ligeros y medianos así como en algunos coches de turismo, fue hasta los años 70 casi universalmente utilizado por la mayoría de los autos con motor delantero.

Esquema de la mayoría de los coches de turismo a partir de los años 80s, el motor es transversal al vehículo y toda la transmisión es un solo conjunto del cual salen los ejes motrices a las ruedas delanteras y directrices al mismo tiempo. Tiene sus ventajas pero la durabilidad es menor que el clásico.

Este esquema es típico de los automóviles 4x4, tiene adicionalmente una caja de reenvío que introduce mas reducción en la transmisión (mas fuerza) y además divide el movimiento a los dos ejes del vehículo. Generalmente el puente delantero puede hacer tracción o no, a voluntad del conductor

Este esquema es utilizado por camiones todo terreno y militares. Todos los ejes son motrices por lo que la capacidad de remolque es muy grande y pueden sortear grandes obstáculos. Es típico de los camiones que extraen maderas.

Es el caso típico del automóvil ligero de motor detrás, en él hay un conjunto de caja de velocidades y diferencial, del cual salen los ejes motrices directamente a las ruedas traseras.

Este esquema es utilizado en algunos ómnibus grandes ya que dada la longitud, permite colocar el motor entre los ejes delantero y trasero. También se usa el motor detrás del puente motriz con el mismo esquema, claro está, invertido.

De acuerdo a los esquemas vistos el tren de fuerza puede dividirse en:1.- Motor2.- Embrague3.- Caja de velocidades4.- Caja de reenvío5.- Barra de transmisión6.- Puente motriz

7.1.-EL EMBRAGUEEl motor del automóvil, es una máquina térmica que no tiene arranque propio, por lo que una vez puesto en marcha, debe mantenerse girando hasta tanto termine su jornada de servicio, so pena de hacer trabajar en exceso, al sistema de arranque durante las constantes arrancadas y paradas del tráfico urbano.Para poder cumplir con este propósito debe existir algún elemento que permita desconectar el motor del resto de la transmisión del vehículo durante las paradas. Este dispositivo se llama embrague, y está colocado entre el motor y la caja de cambios. Este embrague, debe hacer un acoplamiento gradual entre el motor y la transmisión durante la puesta en movimiento inicial del automóvil. En ese momento, el motor se mantiene girando a una velocidad moderada, y la transmisión que acopla a las ruedas está completamente detenida, el embrague debe entonces, encargarse de ir acelerando de manera gradual la transmisión (y con ella al automóvil), hasta sincronizarla con giro del motor.En la práctica se utilizan dos tipos de embragues:

1.- Embragues de fricción accionados por el conductor2.- Embragues hidráulicos de desconexión automática

1.-Embragues de FricciónEl esquema muestra de manera elemental, los principales componentes de un embrague de fricción acoplado. Un disco (azul) está acoplado al eje de salida hacia la transmisión, este disco se mantiene apretado contra el volante del motor (verde) que es parte del eje de entrada, por unos resortes que empujan otro disco (celeste), perteneciente a un cuerpo que está montado sobre el propio volante y gira con él. De esta forma el disco de fricción (azul) está obligado a girar junto con el volante de entrada y ambos ejes, entrada y salida están acoplados.

Unas palancas (negras), que pivotan en los puntos rojos, pueden levantar el disco opresor, cuando son empujadas por el collar, liberando el disco de fricción y desconectando el embrague.Así se permite que el volante de entrada gire y no arrastre el disco de fricción, ambos ejes están desacoplados. Estas palancas están conectadas por un mecanismo adecuado al pedal del embrague del conductor.

Eje motor (cigüeñal o eje de entrada)

Volante de inercia

Eje de transmisión ( eje primario)

Campana

Disco de fricción o plato de embrague

Collar

Eje de transmisión ( eje primario)

Eje motor (cigüeñal o eje de entrada)

Volante

Resortes

Funcionamiento en forma animada

Eje de transmisión ( eje primario)

Eje motor (cigüeñal o eje de entrada)

2.-Embragues Hidráulicos Los embragues hidráulicos utilizan un fluido como elemento de comunicación entre los ejes de entrada y salida. Si usted coloca dos ventiladores de paletas normales, como los que usamos en nuestras casas, uno frente a otro a escasa distancia, y luego ponemos uno de ellos en funcionamiento, la corriente de aire que genera, hará girar el otro como si fuera "arrastrado". En este caso estamos transmitiendo el movimiento entre dos componentes mecánicos usando como conector a un fluido: el aire. El ventilador que bombea el aire se llama bomba, y el que es arrastrado por la corriente, turbina.En este mismo principio se basan los embragues hidráulicos, con la diferencia, de que el fluido es un aceite, y el proceso se realiza dentro de una carcasa cerrada.Para el embrague hidráulico del automóvil, la bomba está acoplada al cigüeñal del motor y la turbina al eje de entrada de la caja de cambios.

http://usuarios.lycos.es/pelaomoya/Estructura%20y%20funcionamiento%20del%20acople%20hidraulico.htm

Un gráfico genérico del comportamiento del torque capaz de transmitir una unión de este tipo es como sigue: En el gráfico puede apreciarse que para las bajas revoluciones de ralentí, el torque transmitido a la turbina es cero, por lo que se produce la desconexión entre la bomba y la turbina, o lo que es lo mismo entre el motor y la caja de cambios, luego; cuando se incrementa la velocidad de rotación del motor al acelerar, y con ella la de bomba, este torque transmitido crece rápidamente para volverse asintótico a la linea de torque máximo, nuestro motor transmite fuerza motriz a la caja de cambios para convertirse en movimiento del automóvil.Es entonces bien fácil darse cuenta que funciona como embrague, solo de sacar el pie del acelerador y bajar a velocidad de ralentí para que se produzca la desconexión entre caja y motor de manera automática.

7.2.-CAJAS DE VELOCIDADES O CAMBIOSLas cajas de cambios son parte de la transmisión del automóvil, y juegan un papel muy importantes, para establecer la fuerza de tracción apropiada y así adaptarse a las necesidades del camino o la carga.La cantidad de etapas de cambio dependerá del campo de utilización del automóvil y de la elasticidad del motor.Esta caja de cambios se acopla directamente al motor, a través de un embrague mecánico, hidráulico, o de un convertidor de torque o convertidor de par. En general, pueden clasificarse como:

1.- Cajas de cambios manuales

Son aquellas donde la etapa de reducción de velocidad y aumento de torque se realiza por el conductor manualmente, al mismo tiempo que utiliza un embrague mecánico de fricción, para desconectar momentáneamente el motor de la caja de cambios.

2.- Cajas de cambio semiautomáticas

Se refiere a algunas cajas de cambios donde estos se realizan manualmente, sin necesidad de operar el embrague que es de tipo hidráulico.

3.- Cajas de cambios automáticas.

Son aquellas cajas de cambios que funcionan de manera completamente automática, y donde el conductor no realiza operación alguna.

1.-Caja de cambios mecánica o manual

La caja de cambios o caja de velocidades manual,  es aquella en la que el conductor puede a voluntad, establecer la fuerza de tracción del automóvil, utilizando diferentes etapas de  engranajes colocados dentro de un cuerpo. Este cuerpo o carcasa está lleno ,hasta un determinado nivel, de aceite lubricante de mas alta viscosidad y resistencia a la presión que el lubricante del motor.Las cajas de cambios manuales pueden utilizar diferentes esquemas de trabajo entre los engranajes, y los modos en que se acoplan para transmitir la fuerza del motor. El esquema que sigue corresponde a la caja de cambio tradicional con collares desplazables de acoplamiento con tres velocidades.

En este tipo de caja , pueden diferenciarse dos árboles o ejes, uno de entrada y otro de salida, el primero procedente del motor ( del embrague ) y el segundo acoplado al resto de la transmisión. Entre ambos árboles hay un cojinete  que permite el movimiento de rotación relativo entre ellos, de manera que pueden girar a diferentes velocidades.El árbol de entrada tiene en uno de sus extremos un engrane y un collar estriado,  este engrane está acoplado constantemente a un tren de engranes montados en un solo cuerpo rígido, conocido como tren fijo,  que gira todo el tiempo llevado por el árbol de entrada y montado en cojinetes en sus extremos.

El árbol de salida es un árbol estriado y en él, giran libremente varios engranes, que a su vez están acoplados al resto de los engranes del tren fijo. Estos engranes, al igual que el del árbol de entrada tienen un collar estriado. Con este esquema, siempre que gire el árbol de entrada, girará también, el tren fijo y los demás engranes sobre el árbol de salida que hemos supuesto detenido.Veamos ahora como se produce la transmisión del movimiento.En el árbol de salida se montan sobre las estrías, de manera que no puede haber movimiento de rotación relativo entre ellos y el árbol,  los desplazables, que se llaman así, porque pueden moverse axialmente sobre él. Estos desplazables, además de las estrías que lo acoplan al árbol de salida, tienen otras estrías interiores que pueden acoplarse perfectamente a los collares estriados de los engranes, de manera que si se mueve alguno de estos desplazables lateralmente, puede producirse un acoplamiento rígido entre el engrane correspondiente y el  desplazable, que a su vez se acopla al árbol de salida, con lo que se establece la transmisión del movimiento.Unas horquillas acopladas a través de un mecanismo apropiado, a la palanca de cambios del automóvil, realizan este desplazamiento, y con ello establecen las diferentes velocidades de acuerdo al par engranado seleccionado. Uno de los desplazables, como puede verse en la figura, acopla directamente los dos árboles, por lo que el movimiento del motor se transmite directamente. Los diferentes estados de transmisión se ilustran a continuación.

Neutro: Este estado corresponde a la posición de neutro, el movimiento del árbol de entrada se transmite solo al tren fijo, y de este, a los engranes que giran libremente sobre el árbol de salida, por lo que no hay transmisión.

Neutro

Primera: Este estado corresponde a la primera velocidad, uno de los desplazables se ha acoplado al collar estriado del engranaje de mayor diámetro al moverse a la derecha, y el movimiento del árbol de entrada, se transmite al  árbol de salida a través de la combinación de engranajes de mayor reducción de velocidad, y por lo tanto de mayor amplificación de la fuerza.

Segunda: Este estado corresponde a la segunda velocidad, el mismo desplazable se ha movido ahora a la izquierda, y se ha acoplado al collar estriado del engrane de segunda, y el movimiento del árbol de entrada, se transmite por la combinación de engranajes de menor reducción de velocidad, y por lo tanto de menor amplificación de la fuerza.

Primera

Segunda

Directa :Este estado corresponde a la directa, en la cual, el otro desplazable se ha movido a la izquierda y se ha acoplado al collar estriado del árbol de entrada, por lo que se establece la conexión directa entre directamente ambos árboles, por lo que no hay ni cambio de velocidad ni de fuerza.

Animación de los cambios

Directa

7.3.-LA BARRA DE TRANSMISIÓN

La barra de transmisión fue un elemento indispensable en casi todos los automóviles hasta la aparición masiva de la tracción delantera en los vehículos ligeros. Aun se conserva en aquellos coches que tienen el motor en la parte delantera y la tracción trasera, así como en todos los vehículos pesados.Este dispositivo tiene la función de trasmitir la fuerza motriz en forma de movimiento rotatorio desde la caja de velocidades hasta el, o los puentes motrices. En la figura 1 se muestra un esquema típico del montaje de una barra de transmisión en la que pueden verse las partes que la constituyen, en él se observa como esta barra se acopla a la caja de velocidades por un extremo y al puente motriz por el otro con el uso de unos acoplamientos especiales llamados cardanes o uniones universales, a fin de poder transmitir la rotación formando un ángulo. Puede verse además que no es una pieza monolítica, ya que está formada por dos partes acopladas por una unión estriada, desplazable axialmente. Analicemos ahora algunos detalles del porqué son necesarias todas esas partes.

Figura 1

1.-La unión universal.Hay que partir de que la barra de transmisión está trasmitiendo rotación entre dos puntos que están a diferente altura en el automóvil; la caja de velocidades y el puente motriz, de esta forma, no es posible colocar un árbol rígido directamente entre ellos y hay que acudir a una unión mecánica capaz de trasmitir las elevadas potencias y velocidades típicas de estas máquinas. Esta unión es el cardán. La figura 2 representa un corte hecho a una unión cardán, consta de dos horquillas agujereadas colocadas a 90 grados una con respecto a la otra, y cada una acoplada rígidamente a los árboles a unir; en este caso, una de las horquillas está soldada a la barra de transmisión y la otra presenta una superficie plana rectangular con agujeros, estos agujeros sirven para atornillar rígidamente la horquilla a un plato metálico solidario con el otro árbol a acoplar y que no se representa. Las dos horquillas están unidas a través de una pieza en forma de cruz conocida como cruceta, los extremos de la cruceta se introducen en los agujeros de las horquillas y se apoyan en sus respectivos cojinetes de rodillos . Esta cruceta hace que uno de los árboles sea arrastrado cuando el otro gira, sin embargo, permite el movimiento angular del eje de un árbol con respecto al del otro.Esta unión, aunque resuelve el problema de la transmisión entre árboles no alineados axialmente, tiene el inconveniente de que la velocidad de rotación del árbol movido no es constante durante los 360o  del cada vuelta, aun con velocidad constante en el árbol motor.

Figura 2

Esto significa que aunque el árbol motor mantenga una velocidad de giro constante, el árbol movido sufrirá aceleraciones y desaceleraciones durante el mismo tiempo, por lo que la velocidad angular instantánea de ambos no es la misma; el árbol movido tiende a tener un giro vibracional. Este giro vibracional a todas luces no es conveniente para introducir potencia al puente motriz, ya que generaría cargas dinámicas adicionales a la ya elevada carga que viene del motor, con la consecuente disminución de la vida del puente motriz además de la aparición de vibraciones en el vehículo.Este problema se resuelve colocando los dos árboles; el de salida de la caja de velocidades, y el de entrada del puente motriz, paralelos (Figura1), y utilizando una unión cardán en cada extremo de la barra de transmisión, de esta forma, los cambios instantáneos de velocidad de rotación que genera uno de los cardanes, son compensados por el otro, y aunque la barra de transmisión tenga el movimiento rotacional variable generado por el primer cardán, el árbol de entrada del puente motriz gira en cada instante de tiempo a la misma velocidad.Este efecto compensador se consigue solo si las dos horquillas fijas en cada extremo de la barra de transmisión se colocan con sus agujeros coincidentes sobre la misma línea axial, por el contrario si se colocaran a 90o  una respecto a la otra, el efecto perturbador se multiplica.Es muy importante tener esto en cuenta cuando se monta una barra de transmisión dividida que no tiene alguna guía de montaje.

En la figura 3 se puede ver una imagen real de una barra de transmisión de una sola pieza, observe la posición coincidente de las horquillas en cada extremo. Estas barras son comunes como extensión, en los camiones de carga con distancias grandes entre caja de velocidades y puente motriz, donde no puede utilizarse una barra única debido a su excesiva longitud.

Figura 3

2.-La unión desplazable

El puente motriz en el automóvil durante la marcha está en constante movimiento de subida y bajada de acuerdo a las ondulaciones del camino, no obstante estos movimientos verticales no se transmiten del todo al vehículo y son amortiguadas por la suspensión. El trabajo de la suspensión entonces, supone que existe un constante movimiento relativo entre el puente y el coche, lo que produce a su vez un cambio en el ángulo de inclinación de la barra de transmisión.

Si se observa la figura 4 es fácil darse cuenta de que esta barra constituye la hipotenusa del triángulo rectángulo imaginario formado por la suspensión como cateto vertical, y la distancia entre la salida de la caja de velocidades y el puente motriz como cateto horizontal, aunque en algunos vehículos esta última distancia cambia algo con la subida y bajada del puente con respecto al coche, el cambio es muy pequeño y podemos despreciarlo para simplificar, de manera que son perfectamente aplicables los cálculos trigonométricos del Teorema de Pitágoras a este triángulo.

Figura 4

Este teorema de manera simplificada dice, que cuando en un triángulo rectángulo disminuye la longitud alguno de los catetos, la longitud de la hipotenusa también disminuye, por lo tanto, cuando el vehículo se carga o encuentra una protuberancia del camino, y el puente motriz sube con respecto al coche (se reduce el cateto vertical) también tiene que hacerlo la hipotenusa (la barra de transmisión). Este cambio de longitud necesario de la barra de transmisión, se logra utilizando una barra dividida entre cuyas partes se coloca una unión estriada desplazable que garantiza la transmisión de la rotación, y al mismo tiempo el movimiento relativo axial entre dos piezas.

En la práctica se usan dos métodos:1.-Acoplando uno de los cardanes a un árbol hueco y estriado interiormente en donde se introduce el árbol de salida de la caja de velocidades estriado exteriormente. Este árbol queda mayormente dentro del cuerpo de la caja de velocidades y su superficie cilíndrica exterior sirve a su vez como superficie de contacto con el empaque que evita la pérdida de lubricante de esta.

2.-Haciendo la barra de transmisión de dos piezas entre las cuales se tallan las estrías interiores en una, y exteriores en la otra, para hacer el acoplamiento, y los cardanes se colocan rígidamente acoplados a sus árboles respectivos.

Las figuras 5 y 6 dan idea de ambos métodos.

Figura 5Barra donde en el lado de la caja de velocidades está la unión estriada

mientras el otro cardán es rígidamente acoplado al árbol del puente

Figura 6Observe la zona de empalme entre las dos

piezas que conforman la barra de transmisión

3.-La construcción de la barra.

La barra es una pieza que cuando funciona puede girar a alta velocidad, por lo que tiene que estar perfectamente balanceada dinámicamente para no producir molestas vibraciones al vehículo, además de cargas adicionales a los apoyos, y está sometida a  dos tipos de esfuerzos:

1.-Esfuerzos de torsión dinámicamente cambiantes como ya hemos visto en la descripción del cardán. 2.-Esfuerzos de flexión debido a su propio peso, ya que está libremente suspendida entre sus dos puntos de apoyo; el puente motriz, y la caja de velocidades.

Describe la función del acoplamiento deslizante de la transmisión.

Debido al movimiento vertical del puente trasero, el cual altera constantemente la longitud del árbol de transmisión, se hace necesaria la posibilidad de aumentar o disminuir esta longitud, adaptándola a la requerida en cada caso en función de los movimientos del puente trasero. Esto se consigue con un acoplamiento deslizante, que se coloca del lado de la salida de la caja de velocidades, como se muestra en (3) y en (9) de la figura. En el caso de árbol partido, se dispone además de un cojinete (10) en el extremo posterior del árbol intermedio.

La Fig. muestra un árbol de transmisión cuyo acoplamiento deslizante (9) permite las variaciones de longitud. Este dispositivo esta formado por un manguito estriado interiormente con el que ensambla la punta estriada del árbol de transmisión (5). El manguito (9) se une en este caso al eje (1) de salida de la caja de cambios por medio de la junta elástica (2), fijada en (3) y en (7) al eje de salida y al manguito deslizante, respectivamente. En su extremo posterior, el árbol de transmisión termina en la junta cardan (10) que transmite el movimiento al eje de entrada (13) del puente trasero.

                                                                                          

Acoplamiento deslizante de la transmisión.

7.4.-PUENTE MOTRIZ ( TRACCIÓN)

Para que el automóvil se mueva necesita hacer llegar a las ruedas la fuerza motriz generada en el motor. Durante muchos años del desarrollo del vehículo, esta función estaba a cargo de un dispositivo monolítico, colocado en la parte trasera del automóvil, y en cuyos extremos se encontraban las ruedas (Figura 1). Este dispositivo recibía la rotación desde la caja de velocidades, a través de la barra de transmisión colocada a lo largo del vehículo, y lo transformaba a un movimiento transversal, dividido a cada lado del vehículo para mover los neumáticos y así garantizar la tracción. Como era un cuerpo rígido que iba de un lado al otro del automóvil y en donde se apoyaba este a través de la suspensión, se le denominó puente, pero como además era el responsable de la tracción, se le puso el apellido de motriz para diferenciarlo del otro puente rígido que soportaba las ruedas delanteras y que era el directriz.

Figura 1

El desarrollo posterior de la tracción delantera hizo que este "puente" virtualmente desapareciera de los vehículos ligeros, y solo quedara reservado para los camiones y vehículos mas pesados, no obstante, aunque ya la pieza monolítica no exista, el nombre de puente motriz se conserva para todos los automóviles. Observe en la figura 2 un esquema de este tipo de puente motriz.

No existe cuerpo rígido entre las ruedas, y estas, están directamente unidas al vehículo por un mecanismo de suspensión independiente. En este tipo de puente van a parar a las ruedas solo dos árboles de transmisión del movimiento que salen directamente del mecanismo de la transmisión.

Figura 2

1.-ESTRUCTURA BÁSICA DEL MECANISMO MOTRIZ 

El torque generado en el motor y transformado en la caja de velocidades debe ser de valor adecuado para las necesidades óptimas del vehículo y deberá ser amplificado aun mas, esta última etapa de amplificación se hace en el puente motriz en una o varias etapas de amplificación; generalmente una, en los automóviles ligeros, y dos o mas, en los pesados y muy pesados. Esta necesidad genera la primera condición que debe cumplir el puente motriz:

Condición 1: El puente motriz debe amplificar el torque que recibe de la caja de velocidades.En muchos casos la colocación del motor y la caja de velocidades es longitudinal al vehículo, en estos casos el puente motriz debe convertir el movimiento de entrada a un movimiento transversal para hacerlo llegar a las ruedas. De aquí la segunda condición:Condición 2: Cuando el movimiento de entrada es longitudinal al vehículo, el puente motriz debe convertirlo en un movimiento transversal al de entrada.Es casi universalmente utilizado que la salida de la caja de velocidades sea única, es decir un solo árbol en movimiento, por lo tanto el puente motriz debe convertir esa rotación de árbol único, a la de dos árboles alineados y hacerlo llegar a cada una de las ruedas. De aquí la tercera condición:Condición3: El puente motriz debe convertir el movimiento único del árbol de entrada, al de dos árboles alineados y opuestos uno para cada rueda.Cuando el vehículo se mueve en una curva, ambas ruedas recorren un espacio diferente, la rueda interior a la curva se mueve por un arco de círculo de menor diámetro que la rueda exterior, por tal motivo ambas velocidades de rotación son diferentes. Si no se provee al puente motriz de un mecanismo que permita esta diferenciación, necesariamente alguna de las ruedas, o ambas, tendrán que deslizarse en contradicción una con la otra en las curvas. Esta necesidad establece la cuarta condición que se debe cumplir:Condición 4: El puente motriz debe permitir la diferenciación de la velocidad de rotación de las ruedas en las curvas sin dejar de trasmitir la fuerza motriz.

Veamos ahora como se pueden cumplir todas estas condiciones.

Corona

Piñón

Constituido así el mecanismo, cuando la corona empieza a girar impulsada por el piñón de ataque (Figura de arriba ), arrastra con ella a la caja del diferencial (B), que en su giro voltea a los satélites (C) y (D) que, actuado como cuñas, arrastran a su vez a los planetarios (E) y (F), los cuales transmiten el movimiento a las ruedas haciéndolas girar en el mismo sentido y con igual velocidad mientras el vehículo marche en línea recta; pero cuando toma una curva, la rueda interior ofrece más resistencia al giro que la exterior (al tener que recorrer distancias desiguales) y, por ello, los satélites (C) y (D) rodarán un poco sobre uno de los planetarios (el correspondiente a la rueda interior) multiplicando el giro en el otro (el de la rueda exterior). De esta manera, lo que pierde en giro una rueda lo gana la otra, ajustándose automáticamente el giro de cada una de ellas al recorrido que le corresponda efectuar en cada curva. Igualmente, las diferencias de trayectoria en línea recta, debidas a diferencias de la presión de inflado de los neumáticos, irregularidades del terreno, etc., son absorbidas por el diferencial.

Diferencial ensamblado

B: Caja diferencial

C, D: Satélites

E, F: Planetarios

Corona

En la figura 3 se muestra un esquema del mecanismo básico del puente motriz, la entrada del movimiento se hace por árbol de transmisión, en cuyo extremo interior tiene un piñón dentado de pequeño diámetro. Este piñón engrana con una corona de mayor diámetro cuyo eje está a 90o con respecto al eje del piñón. Este par engranado hace que se cumplan las condiciones anteriores 1 y 2, es decir el torque de entrada se amplifica, debido a la diferencia de diámetros, y además se transforma en un movimiento transversal al de entrada.Montado rígidamente y solidario a esta corona, existe una suerte de horquilla con ejes en los que se montan dos engranes cónicos conocidos como satélites. Estos satélites a su vez engranan con los planetarios, otro par de engranes cónicos empotrados en los extremos de dos árboles independientes que van a las ruedas, conocidos como palieres. Este mecanismo de planetarios y satélites se conoce como diferencial, y es el que permite el cumplimiento de las condiciones 3 y 4, es decir, divide el movimiento del árbol único de entrada, al de dos árboles opuestos y alineados que van a parar a las ruedas, y permite el movimiento relativo de una de las ruedas con respecto a la otra.

Figura 3 (Eje de entrada)

Diferencial

En las figuras 4 y 5 se presentan esquemas que sirven para ilustrar como el diferencial permite la diferencia de velocidad entre las ruedas durante las curvas.Observe la figura 4, en este caso el automóvil marcha en línea recta, los satélites no giran sobre sus ejes y solo sirven como elemento de arrastre entre la corona y los planetarios, aquí, los planetarios y con ellos los palieres y las ruedas, giran a la misma velocidad.Cuando el automóvil entra en una curva, la diferente velocidad de rotación de las ruedas se permite (Figura 5) debido a que los satélites pueden girar sobre sus ejes, con ello se establece una independencia de giro entre ambos palieres y la velocidad de cada uno se adapta automáticamente a la necesidad del giro.En la figura 6 aparece una vista de un diferencial real, observe que los dientes de la corona y el piñón son dientes inclinados del tipo helicoidales mientras que los de satélites y planetarios son dientes rectos. Todo el mecanismo está confinado a un cárter cerrado donde hay aceite de lubricación hasta cierto nivel. Este aceite es especialmente formulado para soportar la alta presión que se produce en el contacto entre los dientes de los engranes.Con el objetivo de bajar la posición del piñón con respecto a la corona y con ello bajar también la altura de la barra de transmisión acoplada a este, la unión engranada entre piñón y corona en los vehículos ligeros que aun tienen tracción trasera es del tipo hipoidal.

Figura 4 Figura 5 Figura 6

Satélite

Planetario

Corona

La figura 7 muestra una vista de este tipo de engranajes hipoidales, observe que el eje del piñón no coincide con el centro de la corona, si no, que está mas abajo, de esta forma la entrada de la barra de transmisión al puente motriz es mas baja y puede bajarse el nivel del piso del vehículo. La figura 8 es otro ejemplo de engrane hipoidal utilizado en la maquinaria en general.Estos engranajes helicoidales, tienen la ventaja de que su funcionamiento es muy silencioso, y que además participa mas de un diente a la vez en la transmisión de la fuerza (solape), que los hace muy robustos, pero su geometría tiene el inconveniente; especialmente los hipoidales, de que la posición relativa de ambos sea muy exacta para el funcionamiento silencioso y eficiente, por este motivo, todos los puentes motrices de este tipo, requieren de un montaje cuidadoso y todos tienen la posibilidad de regular la posición tanto de la corona como del piñón para lograrlo.

Figura 7 Figura 8

Para el caso de los puentes motrices de tracción delantera que no son del tipo rígido, la construcción es diferente, en ellos la corona y el diferencial en general, están dentro del mismo cárter que los engranajes de la caja de cambios, y solo los palieres salen al exterior a acoplarse con las ruedas (vea la figura 2 arriba). En el esquema de la figura 9 se ha representado uno de esto puentes motrices, observe como el movimiento procedente del motor se transmite a través de los engranes de la caja de cambios y pasa directamente a un engranaje cilíndrico de dientes helicoidales que funciona como la corona del diferencial. El movimiento entonces, sale directamente a las ruedas a ambos lados desde el mecanismo de satélites y planetarios embebido en el interior.En este caso, cada uno de los palieres funciona como si fuera una barra de transmisión, por lo que deben estar dotados de uniones que permitan el ángulo de inclinación variable de ellos cuando las ruedas se mueven arriba-abajo en las irregularidades del camino, y además la posibilidad de permitir el ángulo de giro de las ruedas que son a la vez directrices.Aunque en algunos casos se utilizan uniones del tipo cardán, en la mayoría se usan una uniones especiales denominadas juntas homocinéticas.

Figura 9

2.-JUNTA HOMOCINÉTICA

Cuando es necesario trasmitir movimiento entre dos árboles concéntricos pero desviados angularmente se utilizan acoplamientos especiales, uno de ellos, utilizado con mucha frecuencia, es el cardán, no obstante, los cardanes tienen el inconveniente de que la velocidad angular del árbol arrastrado no es constante aunque lo sea la del árbol transmisor, por lo que la transmisión no es homocinética; que significa de igual velocidad.Para lograr la igualdad entre las velocidades instantáneas de los árboles arrastrado y transmisor se acude a otros tipos de acoplamiento que si son homocinéticos.La primera posibilidad de lograr una junta homocinética es utilizando un cardán doble como se muestra en la figura 1. En este caso, los cambios instantáneos de la velocidad angular de uno de los cardanes y trasmitidos al cuerpo común, son compensados en sentido contrario por el otro, de manera que las velocidades angulares instantáneas de los árboles de entrada y salida son iguales en todo momento.Este acoplamiento simple, robusto y durable se usa en ocasiones para la transmisión de la potencia en los puentes motrices de palieres desnudos en los automóviles, pero tienen el inconveniente de que su longitud es relativamente grande y cuando el espacio es muy reducido no son utilizables.También otro inconveniente de este tipo de unión es que no permiten movimiento axial relativo entre los árboles transmisor y trasmitido, por lo que si esta condición es necesaria en el trabajo, hay que dotar al sistema con algún acoplamiento desplazable intermedio que permita el cambio de longitud.

Figura 1

Otra junta homocinética es la que se muestra en el esquema típico de la figura 2, este tipo de junta es la mas universalmente utilizada en los vehículos ligeros de tracción delantera y palieres desnudos.Observe que está constituida por un núcleo interno acoplado a uno de los árboles de la unión al que se han tallado unas pistas acanaladas con perfil especial, al otro árbol se acopla otro cuerpo exterior en cuyo interior están talladas también un número igual de pistas acanaladas. Ocupando el espacio de manera precisa entre las canales talladas de los cuerpos interior y exterior, están unas bolas de acero que pueden rodar apoyadas en ambas pistas y embebidas en un lubricante sólido. Todas estas partes están construidas de acero endurecido para aumentar su durabilidad.Con esta construcción los árboles pueden adquirir una posición angular tal y como se muestra mientras la transmisión es de igual velocidad, es decir homocinética.Este diseño puede soportar grandes ángulos de inclinación, tales como los necesarios en las ruedas directrices de los vehículos y son de dimensiones reducidas, además permiten cierta cantidad de movimiento axial entre los árboles, por lo que encuentran gran aplicación en este campo.Cabe aclarar aquí, que este no es el único diseño de juntas homocinéticas, pero esta es la "mas típica".Su principal inconveniente es que deben estar aislados del exterior, para evitar la pérdida del necesario lubricante y la entrada a la unión de materias abrasivas o agua desde el exterior. Estas materias extrañas aumentan notablemente el desgaste de bolas y pistas produciendo holguras inadmisibles en poco tiempo. Como la inclinación de los dos árboles es variable la cubierta de la junta homocinética no puede ser rígida, y se acude para ello, a una suerte de acordeón de goma, cuya durabilidad en una parte de los casos es relativamente corta.En la figura 3 se muestra una vista real seccionada de una de estas uniones para apreciar el interior, y en la figura 4, otra con mas detalle: observe el estriado interior de uno de los cuerpos para introducir uno de los árboles, y el exterior en el otro para acoplar la carga. Por último, en la figura 5 una vista real de un palier de automóvil, note el protector de goma de ambas uniones homocinéticas.

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Qué es una caja automática

Todas las cajas de velocidad cumplen la misma función:  transmitir a las ruedas la potencia generada por el motor. Aunque todavía son mayormente rechazadas en Europa, las cajas automáticas se imponen en todo el mundo, mientras que en los Estados Unidos son las reinas indiscutibles. A tal punto, que ya el viejo Ford T contaba con una caja cuyo sistema de engranajes era parecido al de las cajas automáticas de la actualidad

DEFINICIÓN 1 :

La caja automática es un sistema que, de manera autónoma, determina la mejor relación entre los diferentes elementos, como la potencia del motor, la velocidad del vehículo, la presión sobre el acelerador y la resistencia a la marcha, entre otros. Se trata de un dispositivo electro hidráulico que determina los cambios de velocidad; en el caso de las cajas de última generación, el control lo realiza un calculador electrónico. 

Mientras que la caja mecánica se compone de engranajes –su nombre en inglés, gearbox, significa justamente caja de engranajes-, la caja automática funciona con piñones, que conforman el tren epicicloidal.

 En una caja automática, el movimiento generado por el motor se transmite a la caja por un convertidor, que está compuesto, básicamente, por dos turbinas alojadas en un compartimento estanco lleno de aceite mineral. Así, es el aceite el que transmite la potencia, de modo que no hay fricción, tal como sucede con las cajas manuales. La gestión de las relaciones la realiza un distribuidor hidráulico, que maneja la repartición de presión para comandar los diferentes elementos.

DEFINICIÓN 2:

El cambio automático es un sistema de transmisión que es capaz por si mismo de seleccionar todas las marchas o relaciones sin la necesidad de la intervención directa del conductor. El cambio de una relación a otra se produce en función tanto de la velocidad del vehículo como del régimen de giro del motor, por lo que el conductor no necesita ni de pedal de embrague ni de palanca de cambios. El simple hecho de pisar el pedal del acelerador provoca el cambio de relación conforme el motor varía de régimen de giro. El resultado que aprecia el conductor es el de un cambio cómodo que no produce tirones y que le permite prestar toda su atención al tráfico. Por lo tanto el cambio automático no sólo proporciona más confort, sino que aporta al vehículo mayor seguridad activa.

Los elementos fundamentales que componen la mayoría de los cambios automáticos actuales son:

•un convertidor hidráulico de par que varía y ajusta de forma automática su par de salida, al par que necesita la transmisión.

•un tren epicicloidal o una combinación de ellos que establecen las distintas relaciones del cambio.

•un mecanismo de mando que selecciona automáticamente las relaciones de los trenes epicicloidales. Este sistema de mando puede ser tanto mecánico como hidráulico, electrónico o una combinación de ellos.

Precisamente el control electrónico es la mayor innovación que disponen los cambios automáticos actuales dando al conductor la posibilidad de elegir entre varios programas de conducción (económico, deportivo, invierno) mediante una palanca de selección, llegando actualmente a existir sistemas de control que pueden seleccionar automáticamente el programa de cambio de marchas más idóneo a cada situación concreta de conducción.Entre los datos que utilizan estos sistemas para sus cálculos se encuentran, la frecuencia con que el conductor pisa el freno, la pendiente de la carretera, el numero de curvas de la misma, etc.

Tipos de cajas

 Además de la caja automática clásica, hay otros tres tipos de sistemas.

Robotizada: derivación de la caja mecánica, en este caso la gestión del embrague y de las relaciones se realiza de manera electrónica. Carece de pedal de embrague y la palanca de cambios no tiene relación mecánica con la caja.

Doble embrague: pariente cercano de la robotizada, cuenta con dos embragues, cada uno vinculado con un árbol. Un embrague es utilizado para las relaciones impares -1ª, 3ª y 5ª- y el otro para los pares -2ª, 4ª, 6ª y marcha atrás. Diversos sensores, ubicados en cada árbol, permiten saber cuál es la velocidad, al tiempo que relevan el régimen de rotación del árbol. Es el caso de las cajas DSG, de Volkswagen, cuyos engranajes son del tipo multidisco a baño de aceite –como en una moto-, y la PSG, de Luk, que cuenta con embragues a seco.

 Todas las cajas automáticas trabajan sobre un solo eje donde se encuentran convertidor, bomba, tambores, planetarios, embragues unidireccionales y gobernadora. Y las cajas puente axod también contienen, en este mismo eje, el sistema diferencial.

 Hay dos tipos de transmisión: lineal y puente. La primera transmite el movimiento a un cardán que conecta con el diferencial trasero –caja de transferencia o reductora, si es doble tracción-, mientras que la puente transmite a los semiejes, dado que son tracción delantera. En este último caso, se pueden combinar con distintos tipos de accionamiento para los casos de tracción integral.

Pro y contra de las cajas automáticas

 Mucho se ha debatido y se debate sobre la conveniencia o no de una caja automática. En Europa, por ejemplo, su uso es muy bajo; los países con más cajas automáticas son Suiza, con un 20%, Suecia y Noruega, con un 14%, y Gran Bretaña, con un 10%. En los Estados Unidos, por el contrario, el 90% de los coches producidos tienen caja automática, y en Asia están cerca de esa cifra. En Europa consideran que la caja automática es para viejos o perezosos y que quienes la utilizan no saben conducir. Pero, poco a poco, este prejuicio va desapareciendo.

 También existe la idea de que la caja automática desperdicia energía, lo cual es cierto debido a la fricción, la necesidad de darle presión al aceite, las patinadoras del embrague o el convertidor; en suma, energía que se va en calentamiento. Para remediar este problema, los fabricantes agregan cada vez más un lock-up al convertidor, un sistema que, en determinadas velocidades, solidariza parcial o totalmente la turbina con el impulsor.

 Entre los pro de una caja automática está la facilidad del manejo y una progresión adecuada de marchas. La carencia de embrague hace, además, que sea ideal para manejar en las ciudades.

Embrague hidráulico

El embrague hidráulico que mas tarde evolucionara llamándose convertidor de par, actúa como embrague automático entre el motor y la caja de cambios que, en estos casos, suele ser automática o semiautomática. Dicho embrague permite que el motor gire al ralentí (en vacío) y además transmite el par motor cuando el conductor acelera.Está fundado en la transmisión de energía que una bomba centrífuga comunica a una turbina por mediación de un líquido que generalmente es aceite mineral.Para comprender bien este principio se puede poner el ejemplo de dos ventiladores (figura inferior) colocados uno frente al otro. El ventilador (1), conectado a la red, mueve el aire y lo proyecta como impulsor o bomba sobre el otro ventilador (2) que está sin conectar; éste último, al recibir el aire, se pone a girar como una turbina.

Convertidor de par

El convertidor de par tiene un funcionamiento que se asemeja al de un embrague hidráulico pero posee una diferencia fundamental, y es que el convertidor es capaz de aumentar por sí sólo el par del motor y transmitirlo. En la figura inferior vemos el principio de funcionamiento tanto del embrague hidráulico y del convertidor. En a tenemos una rueda con unas cazoletas como si se tratara una rueda de noria de las utilizadas para sacar agua de los pozos. Hacemos incidir un chorro de aceite a presión sobre la cazoleta, esta es empujada moviendo la rueda. Vemos que la fuerza de empuje no es grande ya que con un dedo de la mano paramos la rueda. En b hemos añadido una placa deflectora entre el chorro de aceite y la cazoleta: Ahora el chorro de aceite empuja la cazoleta pero en vez de perderse rebota en la placa deflector que lo dirige otra vez contra la cazoleta por lo que se refuerza el empuje del chorro contra la cazoleta. Vemos ahora que el empuje del chorro sobre la cazoleta es mayor y necesitamos mas fuerza en la mano para evitar que gire la rueda.

En la figura inferior se muestra un esquema de los componentes del convertidor hidráulico. Además de la bomba y de la turbina característicos de un embrague hidráulico, el convertidor de par dispone de un elemento intermedio denominado reactor. La rueda de la bomba está accionada directamente por el motor mientras que la turbina acciona el eje primario de la caja de velocidades. El reactor tiene un funcionamiento de rueda libre y está apoyado en un árbol hueco unido a la carcasa de la caja de cambios.Tanto la bomba como la turbina y el reactor tienen alabes curvados que se encargan de conducir el aceite de forma adecuada.

Engranaje planetarioTambién llamado "engranaje epicicloidal", son utilizados por las cajas de cambio automáticas. Estos engranajes están accionados mediante sistemas de mando normalmente hidráulicos o electrónicos que accionan frenos y embragues que controlan los movimientos de los distintos elementos de los engranajes.La ventaja fundamental de los engranajes planetarios frente a los engranajes utilizados por las cajas de cambio manuales es que su forma es mas compacta y permiten un reparto de par en distintos puntos a través de los satélites, pudiendo transmitir pares mas elevados.

En el interior (centro), el planeta gira en torno de un eje central.Los satélites engranan en el dentado del piñón central. Además los satélites pueden girar tanto en torno de su propio eje como también en un circuito alrededor del piñón central.Los satélites se alojan con sus ejes en el porta satélitesEl porta satélites inicia el movimiento rotatorio de los satélites alrededor del piñón central; con ello, lógicamente, también en torno del eje central.La corona engrana con su dentado interior en los satélites y encierra todo el tren epicicloidal. El eje central es también centro de giro para la corona.

Estos tres componentes (planeta, satélites y corona) del tren epicicloidal pueden moverse libremente sin transmitir movimiento alguno, pero si se bloquea uno de los componentes, los restantes pueden girar, transmitiéndose el movimiento con la relación de transmisión resultante según la relación existente entre sus piñones. Si se bloquean dos de los componentes, el conjunto queda bloqueado, moviéndose todo el sistema a la velocidad de rotación recibida por el motor.

Las relaciones que se pueden obtener en un tren epicicloidal dependen de si ante una entrada o giro de uno de sus elementos existe otro que haga de reacción. En función de la elección del elemento que hace de entrada o que hace de reacción se obtienen cuatro relaciones distintas que se pueden identificar con tres posibles marchas y una marcha invertida. El funcionamiento de un tren epicicloidal es el siguiente:

1ª relación: si el movimiento entra por el planetario y se frena la corona, los satélites se ven arrastrados por su engrane con el planetario rodando por el interior de la corona fija. Esto produce el movimiento del porta satélites. El resultado es una desmultiplicación del giro de forma que el porta satélites se mueve de forma mucho más lenta que el planetario o entrada.

2ª relación: si el movimiento entra por la corona y se frena el planetario, los satélites se ven arrastrados rodando sobre el planetario por el movimiento de la corona. El efecto es el movimiento del porta satélites con una desmultiplicación menor que en el caso anterior.

3ª relación: si el movimiento entra por el planetario y, la corona o el porta satélites se hace solidario en su movimiento al planetario mediante un embrague entonces todo el conjunto gira simultáneamente produciéndose una transmisión directa girando todo el conjunto a la misma velocidad que el motor.

4ª relación: si el movimiento entra por el planetario y se frena el porta satélites, se provoca el giro de los planetarios sobre su propio eje y a su vez estos producen el movimiento de la corona en sentido contrario, invirtiéndose el sentido de giro y produciéndose una desmultiplicación grande.

Relación Corona PlanetaPorta

satélitesDesmultiplicació

n

1ª FijaSalida de

fuerza Impulsión Grande

2ªSalida de

fuerza Fijo Impulsión Menor

3ª Fija FijoSalida de

fuerza

Sin desmultiplicació

n

4ª ImpulsiónSalida de

fuerza FijoInversión de

giro

Invirtiendo la entrada y la salida en las relaciones de desmultiplicación se obtendrían relaciones de multiplicación.Estas relaciones se podrían identificar con las típicas marchas de un cambio manual, sin embargo se necesitarían para ello distintos árboles motrices por lo que en la aplicación de un tren epicicloidal a un automóvil las posibilidades se reducen a dos marchas hacia delante y una hacia atrás. La entrada del par motor se realizaría por el planetario y la salida por el porta satélites o la corona. La primera relación descrita y la tercera serían la 1ª marcha y la directa respectivamente y la cuarta relación seria la marcha atrás.

Para poder combinar tres o más velocidades se usan habitualmente combinaciones de engranajes epicicloidales. Las cajas de cambio automáticas utilizan combinaciones de dos o tres trenes epicicloidales que proporcionan tres o cuatro relaciones hacia adelante y una hacia detrás. Como ejemplo tenemos la figura inferior.

Caja de cambios automática Hidramatic

Esta caja cuenta con cuatro velocidades y marcha atrás, esta formada por un embrague hidráulico o convertidor de par y tres trenes de engranajes epicicloidales (I - II - III), que comunican movimiento del motor al árbol de transmisión de forma automática y progresiva según la velocidad del vehículo.

CURVA CARACTERÍSTICA DEL MOTOR (ELASTICIDAD DE UN MOTOR )

Los índices principales del motor de combustión interna no son constantes para todo su rango de trabajo. El gráfico a continuación representa el comportamiento genérico de alguno de ellos.Aunque estos índices varían un tanto dependiendo del tipo y naturaleza del motor, en reglas generales en los motores de combustión interna se comportan como se indica en el gráfico.El eje horizontal representa el crecimiento de la velocidad de rotación, mientras que el vertical, el crecimiento de la potencia, par motor o torque y el consumo específico de combustible.Se entiende por consumo específico de combustible, la cantidad de combustible que se consume para producir la unidad de potencia; por ejemplo: gramos/ kilowatts-hora

1.-POTENCIALa potencia en el motor de combustión interna crece todo el tiempo con el aumento de la velocidad de rotación, hasta un máximo en el valor de la velocidad nominal, a partir de la cual comienza a decrecer drásticamente, especialmente en el motor Diesel.

2.-PAR MOTORLos motores de combustión interna tienen muy bajo torque a bajas y altas velocidades de rotación, según se muestra en la curva azul del gráfico.Los valores altos del par motor se obtienen a las velocidades medias con un máximo en un punto que depende del tipo y naturaleza del motor, cuando un motor tiene el par máximo a bajas velocidades de rotación, se dice que es un motor elástico, ya que puede adaptarse mejor a los cambios de carga bajando la velocidad y aumentando el torque; por ejemplo: subiendo una colina.En forma general este punto de par máximo responde a las reglas generales siguientes:

1.- Los motores de gasolina tienen el punto de velocidad de par máximo en un valor mas bajo del rango de trabajo que los motores Diesel.2.- Para el motor de gasolina, el punto de par máximo será mas bajo a medida que aumente la carrera del pistón. Como durante el desarrollo del motor de gasolina, cada vez la carrera se ha ido haciendo mas pequeña, puede decirse que: los modernos motores tienen el par máximo en un punto mas alto que los antiguos.3.- Los motores Diesel de inyección directa, tienen el punto de par máximo a mas alta velocidad de rotación, mientras que los de inyección indirecta y de cámara MAN a mas bajas (son mas elásticos).

3.-CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLEEl consumo de combustible para producir la potencia se comporta en el motor de gasolina como se muestra en la curva roja, puede apreciarse que hay un punto con el consumo de combustible mínimo, y un relativo ancho rango donde se mantiene muy próximo al mínimo, cambiando drásticamente al alza, para la bajas velocidades y especialmente para las altas.De este comportamiento se desprende, que si quiere ahorrarse gasolina, deben evitarse las altas velocidades.Los motores Diesel tienen su punto de menor consumo específico a velocidades de rotación mas altas, por lo que en este caso, lo mas conveniente, es utilizarlo cerca de la potencia máxima. 

El mantenimiento es el mayor costo controlable en una faena minera ya que hay mucho espacio donde optimizar. En este marco, las opciones de servicio que den los proveedores son una importante herramienta a considerar.El sector minero es catalogado como una industria intensiva en el uso de capital, considerando los no despreciables montos que abarcan sus proyectos. Pero más allá de dichas inversiones, resultan sumamente importantes los enormes flujos de dinero a lo largo del ciclo de vida que se gastan mientras los equipos operan. “Se dice que del orden del 70% y 80% de los costos de ciclos de vida aparecen en la fase de operación de los equipos, lo cual incluye el mantenimiento”, explica Rodrigo Pascual, profesor de la cátedra Gestión de Equipos del Centro de Minería de la Escuela de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile.

En las industrias intensivas en el uso de capital, el desempeño de los activos instalados es una fuente de valor y retorno fundamental, por lo que el proceso de mantenimiento de esos activos, entendido como el conjunto de operaciones que aseguran el correcto funcionamiento y desempeño de los mismos, es igualmente importante para el negocio. “Entre el 20% y el 40% de los costos de operación del rubro minero tiene que ver directamente con mantenimiento”, agrega Pascual.

Señala que el mantenimiento es el mayor costo controlable y hay mucho espacio donde optimizar. Asimismo, indica que el mantenimiento preventivo se desarrolla con la idea de reducir, minimizar o eliminar la mantención correctiva. Mientras que la mantención correctiva no es planificada e involucra costos más altos que hacer mantenimiento preventivo.

LA MANTENCIÓN COMO UNA OPORTUNIDAD

“Por ello es que se busca un buen balance en las plantas concentradoras al minimizar las fallas y hacer crecer las mantenciones preventivas, pero sin exagerar, porque las preventivas también implican detener el equipo y por ende la producción”, puntualizaSi bien el balance entre preventivas y correctivas se puede lograr “por ensayo y error”, el académico plantea que “es peligroso porque el tomador de decisiones se puede tentar a extender los intervalos entre las preventivas y, por ejemplo, puedes romper los revestimientos y las corazas de los molinos por haberlos gastado demasiado o por el otro lado, podrías subutilizar recursos que son caros”, explica Pascual.

Los revestimientos se gastan por los procesos abrasivos y corrosivos que sufre. Entonces, cada cuatro o cinco meses hay que cambiarlos, lo cual ocupa bastante mano de obra, recursos y muchos días de detención de la planta. Así que mientras tanto, se puede aprovechar de hacer la mantención a equipos auxiliares, por ejemplo, las bombas de pulpa.

Pascual expresa que en relación con el personal que se dedica a las mantenciones, “se han seguido varios caminos: uno es hacerlo con personal interno y otro tercerizar. Esta última opción acorta los tiempos de las intervenciones porque hay un personal que está haciendo siempre la misma intervención, lo cual se vuelve más eficiente y, además, están mejor capacitados y motivados y por ahí hay un mejoramiento en los tiempos fuera de servicio”, analiza.

Sin embargo, las empresas deben tener un cierto número de personal en casa de manera de cubrir las espaldas contra las fallas que puedan ocurrir y eso implica disponer de personal propio. Pascual manifiesta que en el mundo se dice que las funciones (como el mantenimiento) pueden no ser parte del núcleo duro del negocio. Sin embargo, en su opinión, en minería el mantenimiento no es un negocio lateral, sino que es un negocio central.

En relación con la tendencia de los proveedores a integrar el negocio de las operaciones, Pascual afirma que hay una tendencia a que los proveedores originales de los equipos estén pensando en tomar los contratos integrales, ya sean de la planta u otros sistemas. “Si bien esta modalidad reduce la eterna lucha entre las dos funciones, mantención y operación, lo negativo está en que el oferente del servicio se puede convertir en un proveedor monopólico que vaya incrementando sus tarifas, aparte de la pérdida de know how interno”, señala. Pascual añade que una de las lecciones que dejó la crisis económica recientemente experimentada es ir a un mantenimiento más flexible, a estrategias de mantenimiento que aseguren un sistema robusto a los altos y bajos de los ciclos del negocio.

NOCIONES DE MANTENCIÓN PREVENTIVA Y DE MANTENCIÓN CORRECTIVA

QUÉ ES EL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

1.-INTRODUCCIÓNDefinimos habitualmente mantenimiento como el conjunto de técnicas destinado a conservar equipos e instalaciones industriales en servicio durante el mayor tiempo posible (buscando la más alta disponibilidad) y con el máximo rendimiento.A lo largo del proceso industrial vivido desde finales del siglo XIX, la función mantenimiento ha pasado diferentes etapas. En los inicios de la revolución industrial, los propios operarios se encargaban de las reparaciones de los equipos. Cuando las máquinas se fueron haciendo más complejas y la dedicación a tareas de reparación aumentaba, empezaron a crearse los primeros departamentos de mantenimiento, con una actividad diferenciada de los operarios de producción. Las tareas en estas dos épocas eran básicamente correctivas, dedicando todo su esfuerzo a solucionar las fallas que se producían en los equipos.A partir de la Primera Guerra Mundial, y sobre todo, de la Segunda, aparece el concepto de fiabilidad, y los departamentos de mantenimiento buscan no sólo solucionar las fallas que se producen en los equipos, sino, sobre todo, prevenirlas, actuar para que no se produzcan. Esto supone crear una nueva figura en los departamentos de mantenimiento: personal cuya función es estudiar qué tareas de mantenimiento deben realizarse para evitar las fallas. El personal indirecto, que no está involucrado en directamente en la realización de las tareas, aumenta, y con él los costes de mantenimiento. Pero se busca aumentar y fiabilizar la producción, evitar las pérdidas por averías y sus costes asociados. Aparece el Mantenimiento Preventivo, el Mantenimiento Predictivo, el Mantenimiento Proactivo, la Gestión de Mantenimiento Asistida por Ordenador, y el Mantenimiento Basado en Fiabilidad (RCM). El RCM como estilo de gestión de mantenimiento, se basa en el estudio de los equipos, en análisis de los modos de fallo y en la aplicación de técnicas estadísticas y tecnología de detección. Podríamos decir que RCM es una filosofía de mantenimiento básicamente tecnológica.

Paralelamente, sobre todo a partir de los años 80, comienza a introducirse la idea de que puede ser rentable volver de nuevo al modelo inicial: que los operarios de producción se ocupen del mantenimiento de los equipos. Se desarrolla el TPM, o Mantenimiento Productivo Total, en el que algunas de las tareas normalmente realizadas por el personal de mantenimiento son ahora realizadas por operarios de producción. Esas tareas ‘transferidas’ son trabajos de limpieza, lubricación, ajustes, reaprietes de tornillos y pequeñas reparaciones. Se pretende conseguir con ello que el operario de producción se implique más en el cuidado de la máquina, siendo el objetivo último de TPM conseguir Cero Averías. Colmo filosofía de mantenimiento, TPM se basa en la formación, motivación e implicación del equipo humano, en lugar de la tecnología.

TPM y RCM no son formas opuestas de dirigir el mantenimiento, sino que ambas conviven en la actualidad en muchas empresas. En algunas de ellas, RCM impulsa el mantenimiento, y con esta técnica se determinan las tareas a efectuar en los equipos; después, algunas de las tareas son transferidas a producción, en el marco de una política de implantación de TPM. En otras plantas, en cambio, es la filosofía TPM la que se impone, siendo RCM una herramienta más para la determinación de tareas y frecuencias en determinados equipos.

Por desgracia, en otras muchas empresas ninguna de las dos filosofías triunfa. El porcentaje de empresas que dedican todos sus esfuerzos a mantenimiento correctivo y que no se plantean si esa es la forma en la que se obtiene un máximo beneficio (objetivo último de la actividad empresarial) es muy alto. Son muchos los responsables de mantenimiento, tanto de empresas grandes como pequeñas, que creen que estas técnicas están muy bien en el campo teórico, pero que en su planta no son aplicables: parten de la idea de que la urgencia de las reparaciones es la que marca y marcará siempre las pautas a seguir en el departamento de mantenimiento.

POR QUÉ DEBEMOS GESTIONAR EL MANTENIMIENTO

¿Por qué debemos gestionar la función Mantenimiento? ¿No es más fácil y más barato acudir a reparar un equipo cuando se averíe y olvidarse de planes de mantenimiento, estudio de fallas, sistemas de organización, que incrementan notablemente la mano de obra indirecta? Veamos por qué es necesario gestionar el mantenimiento:

1. Porque la competencia obliga a rebajar costes. Por tanto, es necesario optimizar el consumo de materiales y el empleo de mano de obra. Para ello es imprescindible estudiar el modelo de organización que mejor se adapta a las características de cada planta; es necesario también analizar la influencia que tiene cada uno de los equipos en los resultados de la empresa, de manera que dediquemos la mayor parte de los recursos a aquellos equipos que tienen una influencia mayor; es necesario, igualmente, estudiar el consumo y el stock de materiales que se emplean en mantenimiento; y es necesario aumentar la disponibilidad de los equipos, no hasta el máximo posible, sino hasta el punto en que la indisponibilidad no interfiera en el Plan de Producción.

2. Por que han aparecido multitud de técnicas que es necesario analizar, para estudiar si su implantación supondría una mejora en los resultados de la empresa, y para estudiar también como desarrollarlas, en el caso de que pudieran ser de aplicación. Algunas de estas técnicas son las ya comentadas: TPM (Total Productive Maintenance, Mantenimiento Productivo Total), RCM (Reliability Centered Maintenance, Mantenimiento Centrado en Fiabilidad, Sistemas GMAO (Gestión de Mantenimiento Asistido por Ordenador), diversas técnicas de Mantenimiento Predictivo (Análisis vibracional, termografías, detección de fugas por ultrasonidos, análisis amperimétricos, etc.).

3. Porque los departamentos necesitan estrategias, directrices a aplicar, que sean acordes con los objetivos planteados por la dirección. 4. Porque la Calidad, la Seguridad, y las interrelaciones con el medio ambiente son aspectos que han tomado una extraordinaria importancia en la gestión industrial. Es necesario gestionar estos aspectos para incluirlos en las formas de trabajo de los departamentos de mantenimiento.

Por todas estas razones, es necesario definir políticas, formas de actuación, es necesario definir objetivos y valorar su cumplimiento, e identificar oportunidades de mejora. En definitiva, es necesario Gestionar Mantenimiento.

2.-TIPOS DE MANTENIMIENTO

Definición de Mantenimiento: Asegurar que todo activo continúe desempeñando las funciones deseadas.Objetivo de Mantenimiento: Asegurar la competitividad de la empresa por medio de:•    Garantizar la disponibilidad y confiabilidad planeadas de la función deseada,•    Satisfacer todos los requisitos del sistema de calidad de la empresa,•    Cumplir todas las normas de seguridad y medio ambiente, y•    Maximizar el beneficio global.

Confiabilidad es la probabilidad de estar funcionando sin fallas durante un determinado tiempo en unas condiciones de operación dadas.Mantenibilidad es la probabilidad de poder ejecutar una determinada operación de mantenimiento en el tiempo de reparación prefijado y bajo las condiciones planeadas.Soportabilidad es la probabilidad de poder atender una determinada solicitud de mantenimiento en el tiempo de espera prefijado y bajo las condiciones planeadas.

RCM Reliability-Centered-Maintenance (Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad) Es un procedimiento sistemático y estructurado para determinar los requerimientos de mantenimiento de los activos en su contexto de operación.Consiste en analizar las funciones de los activos, ver cuales son sus posibles fallas, luego preguntarse por los modos o causas de fallas, estudiar sus efectos y analizar sus consecuencias.A partir de la evaluación de las consecuencias es que se determinan las estrategias mas adecuadas al contexto de operación, siendo exigido que no solo sean técnicamente factibles, sino económicamente viables.

Las consecuencias en el RCM son clasificadas en cuatro categorías:

   Fallas ocultas

   Seguridad y medio ambiente

   Operacionales

   No operacionales

Las estrategias que se prevén son:

  Preventivo

Predictivo

   Correctivo

Detectivo

  Mejorativo.

Mantenimiento Preventivo o Basado en el Tiempo, consiste en reacondicionar o sustituir a intervalos regulares un equipo o sus componentes, independientemente de su estado en ese momento.

Mantenimiento Predictivo o Basado en la Condición, consiste en inspeccionar los equipos a intervalos regulares y tomar acción para prevenir las fallas o evitar las consecuencias de las mismas según condición.Incluye tanto las inspecciones objetivas (con instrumentos) y subjetivas (con los sentidos), como la reparación del defecto (falla potencial)

Mantenimiento Correctivo o A la Rotura, consiste en el re acondicionamiento o sustitución de partes en un equipo una vez que han fallado, es la reparación de la falla (falla funcional), ocurre de urgencia o emergencia.

Mantenimiento Detectivo o Búsqueda de Fallas, consiste en al inspección de las funciones ocultas, a intervalos regulares, para ver si han fallado y reacondicionarlas en caso de falla (falla funcional).

Mantenimiento Mejorativo o Rediseños, consiste en la modificación o cambio de las condiciones originales del equipo o instalación.No es tarea de mantenimiento propiamente dicho, aunque lo hace mantenimiento.

MANTENIMIENTO PREDICTIVO.1.-INTRODUCCIÓN.Sin dudas, el desarrollo de nuevas tecnologías ha marcado sensiblemente la actualidad industrial mundial. En los últimos años, la industria mecánica se ha visto bajo la influencia determinante de la electrónica, la automática y las telecomunicaciones, exigiendo mayor preparación en el personal, no sólo desde el punto de vista de la operación de la maquinaria, sino desde el punto de vista del mantenimiento industrial.

La realidad industrial, matizada por la enorme necesidad de explotar eficaz y eficientemente la maquinaria instalada y elevar a niveles superiores la actividad del mantenimiento. No remediamos nada con grandes soluciones que presuponen diseños, innovaciones, y tecnologías de recuperación, si no mantenemos con una alta disponibilidad nuestra industria.

Es decir, la Industria tiene que distinguirse por una correcta explotación y un mantenimiento eficaz. En otras palabras, la operación correcta y el mantenimiento oportuno constituyen vías decisivas para cuidar lo que se tiene.

2.-DEFINICIÓN DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO.El mantenimiento predictivo es una técnica para pronosticar el punto futuro de falla de un componente de una maquina, de tal forma que dicho componente pueda reemplazarse, con base en un plan, justo antes de que falle. Así, el tiempo muerto del equipo se minimiza y el tiempo de vida del componente se maximiza.

3.-ORGANIZACIÓN PARA EL MANTENIMIENTO PREDICTIVO.Esta técnica supone la medición de diversos parámetros que muestren una relación predecible con el ciclo de vida del componente. Algunos ejemplos de dichos parámetros son los siguientes:

Vibración de cojinetes

Temperatura de las conexiones eléctricas

Resistencia del aislamiento de la bobina de un motor

El uso del mantenimiento predictivo consiste en establecer, en primer lugar, una perspectiva histórica de la relación entre la variable seleccionada y la vida del componente. Esto se logra mediante la toma de lecturas (por ejemplo la vibración de un cojinete) en intervalos periódicos hasta que el componente falle. La figura muestra una curva típica que resulta de graficar la variable (vibración) contra el tiempo. Como la curva lo sugiere, deberán reemplazarse los cojinetes subsecuentes cuando la vibración alcance 1,25 in/seg (31,75 mm/seg). Los fabricantes de instrumentos y software para el mantenimiento predictivo pueden recomendar rangos y valores para reemplazar los componentes de la mayoría de los equipos, esto hace que el análisis histórico sea innecesario en la mayoría de las aplicaciones.

4.-METODOLOGÍA DE LAS INSPECCIONES. Una vez determinada la factibilidad y conveniencia de realizar un mantenimiento predictivo a una máquina o unidad, el paso siguiente es determinar la o las variables físicas a controlar que sean indicativas de la condición de la máquina. El objetivo de esta parte es revisar en forma detallada las técnicas comúnmente usadas en el monitoreo según condición, de manera que sirvan de guía para su selección general. La finalidad del monitoreo es obtener una indicación de la condición (mecánica) o estado de salud de la máquina, de manera que pueda ser operada y mantenida con seguridad y economía.

Por monitoreo, se entendió en sus inicios, como la medición de una variable física que se considera representativa de la condición de la máquina y su comparación con valores que indican si la máquina está en buen estado o deteriorada. Con la actual automatización de estas técnicas, se ha extendido la acepción de la palabra monitoreo también a la adquisición, procesamiento y almacenamiento de datos. De acuerdo a los objetivos que se pretende alcanzar con el monitoreo de la condición de una máquina debe distinguirse entre vigilancia, protección, diagnóstico y pronóstico.

Vigilancia de máquinas. Su objetivo es indicar cuándo existe un problema. Debe distinguir entre condición buena y mala, y si es mala indicar cuán mala es.

Protección de máquinas. Su objetivo es evitar fallas catastróficas. Una máquina está protegida, si cuando los valores que indican su condición llegan a valores considerados peligrosos, la máquina se detiene automáticamente.

Diagnóstico de fallas. Su objetivo es definir cuál es el problema específico. Pronóstico de vida la esperanza a. Su objetivo es estimar cuánto tiempo más Podría funcionar la máquina sin riesgo de una falla catastrófica.

En el último tiempo se ha dado la tendencia a aplicar mantenimiento predictivo o sintomático, sea, esto mediante vibroanálisis, análisis de aceite usado, control de desgastes, etc.

5.-TÉCNICAS APLICADAS AL MANTENIMIENTO PREDICTIVO.Existen varias técnicas aplicadas para el mantenimiento preventivo entre las cuales tenemos las siguientes:

1. Análisis de vibraciones.

El interés de de las Vibraciones Mecánicas llega al Mantenimiento Industrial de la mano del Mantenimiento Preventivo y Predictivo, con el interés de alerta que significa un elemento vibrante en una Maquina, y la necesaria prevención de las fallas que traen las vibraciones a medio plazo. 

Registro de vibraciones en un ciclo de trabajo de la pala Transformada Tiempo-Frecuencia.

El interés principal para el mantenimiento deberá ser la identificación de las amplitudes predominantes de las vibraciones detectadas en el elemento o máquina, la determinación de las causas de la vibración, y la corrección del problema que ellas representan. Las consecuencias de las vibraciones mecánicas son el aumento de los esfuerzos y las tensiones, pérdidas de energía, desgaste de materiales, y las más temidas: daños por fatiga de los materiales, además de ruidos molestos en el ambiente laboral, etc. 

Parámetros de las vibraciones.

Frecuencia: Es el tiempo necesario para completar un ciclo vibratorio. En los estudios de Vibración se usan los CPM (ciclos por segundo) o HZ (hercios).

Desplazamiento: Es la distancia total que describe el elemento vibrante, desde un extremo al otro de su movimiento.

Velocidad y Aceleración: Como valor relacional de los anteriores.

Dirección: Las vibraciones pueden producirse en 3 direcciones lineales y 3 rotacionales

Tipos de vibraciones.

Vibración libre: causada por un sistema vibra debido a una excitación instantánea.

Vibración forzada: causada por un sistema vibra debida a una excitación constante las causas de las vibraciones mecánicas

A continuación detallamos las razones más habituales por las que una máquina o elemento de la misma puede llegar a vibrar.

Vibración debida al Desequilibrado (maquinaria rotativa).

Vibración debida a la Falta de Alineamiento (maquinaria rotativa)

Vibración debida a la Excentricidad (maquinaria rotativa).

Vibración debida a la Falla de Rodamientos y cojinetes. 

Vibración debida a problemas de engranajes y correas de Transmisión (holguras, falta de lubricación, roces, etc.)

2. Análisis de lubricantes.

Estos se ejecutan dependiendo de la necesidad, según: 

Análisis Iniciales: se realizan a productos de aquellos equipos que presenten dudas provenientes de los resultados del Estudio de Lubricación y permiten correcciones en la selección del producto, motivadas a cambios en condiciones de operación 

Análisis Rutinarios: aplican para equipos considerados como críticos o de gran capacidad, en los cuales se define una frecuencia de muestreo, siendo el objetivo principal de los análisis la determinación del estado del aceite, nivel de desgaste y contaminación entre otros 

Análisis de Emergencia: se efectúan para detectar cualquier anomalía en el equipo y/o Lubricante, según: 

Contaminación con agua

Sólidos (filtros y sellos defectuosos).

Uso de un producto inadecuado 

Equipos

Bombas de extracción

Envases para muestras

Etiquetas de identificación

Formatos

Este método asegura que tendremos:

Máxima reducción de los costos operativos.Máxima vida útil de los componentes con mínimo desgaste.Máximo aprovechamiento del lubricante utilizado.Mínima generación de efluentes.Consumo general de lubricantes

En cada muestra podemos conseguir o estudiar los siguientes factores que afectan a nuestra maquina: Elementos de desgaste: Hierro, Cromo, Molibdeno, Aluminio, Cobre, Estaño, Plomo.Conteo de partículas: Determinación de la limpieza, ferrografía.Contaminantes: Silicio, Sodio, Agua, Combustible, Hollín, Oxidación, Nitración, Sulfatos, Nitratos.Aditivos y condiciones del lubricante: Magnesio, Calcio, Zinc, Fósforo, Boro, Azufre, Viscosidad.Gráficos e historial: Para la evaluación de las tendencias a lo largo del tiempo.

De este modo, mediante la implementación de técnicas ampliamente investigadas y experimentadas, y con la utilización de equipos de la más avanzada tecnología, se logrará disminuir drásticamente:

Tiempo perdido en producción en razón de desperfectos mecánicos.

Desgaste de las máquinas y sus componentes.

Horas hombre dedicadas al mantenimiento.

Consumo general de lubricantes

3. Análisis por ultrasonido.

Este método estudia las ondas de sonido de baja frecuencia producidas por los equipos que no son perceptibles por el oído humano.

Ultrasonido pasivo: Es producido por mecanismos rotantes, fugas de fluido, pérdidas de vacío, y arcos eléctricos. Pudiéndose detectarlo mediante la tecnología apropiada .

El Ultrasonido permite:Detección de fricción en maquinas rotativas.Detección de fallas y/o fugas en válvulas.Detección de fugas de fluidos.Pérdidas de vacío.Detección de "arco eléctrico".Verificación de la integridad de juntas de recintos estancos.

Se denomina Ultrasonido Pasivo a la tecnología que permite captar el ultrasonido producido por diversas fuentes.

El sonido cuya frecuencia está por encima del rango de captación del oído humano (20-a-20.000 Hertz) se considera ultrasonido. Casi todas las fricciones mecánicas, arcos eléctricos y fugas de presión o vacío producen ultrasonido en un rango aproximado a los 40 Khz Frecuencia con características muy aprovechables en el Mantenimiento Predictivo, puesto que las ondas sonoras son de corta longitud atenuándose rápidamente sin producir rebotes. Por esta razón, el ruido ambiental por más intenso que sea, no interfiere en la detección del ultrasonido. Además, la alta direccionalidad del ultrasonido en 40 Khz. permite con rapidez y precisión la ubicación de la falla.

La aplicación del análisis por ultrasonido se hace indispensable especialmente en la detección de fallas existentes en equipos rotantes que giran a velocidades inferiores a las 300 RPM, donde la técnica de medición de vibraciones se transforma en un procedimiento ineficiente.

De modo que la medición de ultrasonido es en ocasiones complementaria con la medición de vibraciones, que se utiliza eficientemente sobre equipos rotantes que giran a velocidades superiores a las 300 RPM.

Al igual que en el resto del mundo industrializado, la actividad industrial en nuestro País tiene la imperiosa necesidad de lograr el perfil competitivo que le permita insertarse en la economía globalizada. En consecuencia, toda tecnología orientada al ahorro de energía y/o mano de obra es de especial interés para cualquier Empresa.

4. Termografía.

La Termografía Infrarroja es una técnica que permite, a distancia y sin ningún contacto, medir y visualizar temperaturas de superficie con precisión. 

Los ojos humanos no son sensibles a la radiación infrarroja emitida por un objeto, pero las cámaras termográficas, o de termovisión, son capaces de medir la energía con sensores infrarrojos, capacitados para "ver" en estas longitudes de onda. Esto nos permite medir la energía radiante emitida por objetos y, por consiguiente, determinar la temperatura de la superficie a distancia, en tiempo real y sin contacto. 

La gran mayoría de los problemas y averías en el entorno industrial - ya sea de tipo mecánico, eléctrico y de fabricación - están precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados mediante la monitorización de temperatura con sistema de Termovisión por Infrarrojos. Con la implementación de programas de inspecciones termográficas en instalaciones, maquinaria, cuadros eléctricos, etc. es posible minimizar el riesgo de una falla de equipos y sus consecuencias, a la vez que también ofrece una herramienta para el control de calidad de las reparaciones efectuadas. 

El análisis mediante Termografía infrarroja debe complementarse con otras técnicas y sistemas de ensayo conocidos,  como pueden ser el análisis de aceites lubricantes, el análisis de vibraciones, los ultrasonidos pasivos y el análisis predictivo en motores eléctricos. Pueden añadirse los ensayos no destructivos clásicos: ensayos, radiográfico, el ultrasonido activo, partículas magnéticas, etc.

El análisis mediante Cámaras Termográficas Infrarrojas, está recomendado para:

Instalaciones y líneas eléctricas de Alta y Baja Tensión.

Cuadros, conexiones, bornes, transformadores, fusibles y empalmes eléctricos.

Motores eléctricos, generadores, bobinados,  etc.

Reductores, frenos, rodamientos, acoplamientos y embragues mecánicos.

Hornos, calderas e intercambiadores de calor. 

Instalaciones de climatización.

Líneas de producción, corte, prensado, forja, tratamientos térmicos. 

Las ventajas que ofrece el Mantenimiento Preventivo por Termovisión son:

Método de análisis sin detención de procesos productivos, ahorra gastos.

Baja peligrosidad para el operario por evitar la necesidad de contacto con el equipo.

Determinación exacta de puntos deficientes en una línea de proceso.

Reduce el tiempo de reparación por la localización precisa de la Falla.

Facilita informes muy precisos al personal de mantenimiento.

Ayuda al seguimiento de las reparaciones previas

5. Análisis por árbol de fallas.

El Análisis por Árboles de Fallos (AAF), es una técnica deductiva que se centra en un suceso accidental particular (accidente) y proporciona un método para determinar las causas que han producido dicho accidente. Nació en la década de los años 60 para la verificación de la fiabilidad de diseño del cohete Minuteman y ha sido ampliamente utilizado en el campo nuclear y químico. El hecho de su gran utilización se basa en que puede proporcionar resultados tanto cualitativos mediante la búsqueda de caminos críticos, como cuantitativos, en términos de probabilidad de fallos de componentes.

Para el tratamiento del problema se utiliza un modelo gráfico que muestra las distintas combinaciones de fallos de componentes y/o errores humanos cuya ocurrencia simultánea es suficiente para desembocar en un suceso accidental.

La técnica consiste en un proceso deductivo basado en las leyes del Álgebra de Boole, que permite determinar la expresión de sucesos complejos estudiados en función de los fallos básicos de los elementos que intervienen en él.

Consiste en descomponer sistemáticamente un suceso complejo (por ejemplo rotura de un depósito de almacenamiento de amoniaco) en sucesos intermedios hasta llegar a sucesos básicos, ligados normalmente a fallos de componentes, errores humanos, errores operativos, etc. Este proceso se realiza enlazando dichos tipos de sucesos mediante lo que se denomina puertas lógicas que representan los operadores del álgebra de sucesos.

Cada uno de estos aspectos se representa gráficamente durante la elaboración del árbol mediante diferentes símbolos que representan los tipos de sucesos, las puertas lógicas y las transferencias o desarrollos posteriores del árbol.

Un ejemplo de árbol de fallos es el siguiente:

Los símbolos representan tanto sucesos, puertas lógicas y transferencias. Los más importantes son los siguientes:

1 2 3

1 2

3

Optimización del Mantenimiento

MANTENIMIENTO CORRECTIVO

Definición de Mantenimiento Preventivo:

La programación de inspecciones, tanto de funcionamiento como de seguridad, ajustes, reparaciones, análisis, limpieza, lubricación, calibración, que deben llevarse a cabo en forma periódica en base a un plan establecido y no a una demanda del operario o usuario; también es conocido como Mantenimiento Preventivo Planificado - MPP . 

Su propósito es prever las fallas manteniendo los sistemas de infraestructura, equipos e instalaciones productivas en completa operación a los niveles y eficiencia óptimos. 

La característica principal de este tipo de Mantenimiento es la de inspeccionar los equipos y detectar las fallas en su fase inicial, y corregirlas en el momento oportuno. 

Con un buen Mantenimiento Preventivo, se obtiene experiencias en la determinación de causas de las fallas repetitivas o del tiempo de operación seguro de un equipo, asi como a definir puntos débiles de instalaciones, máquinas, etc. 

MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Ventajas del Mantenimiento Preventivo: 

- Confiabilidad, los equipos operan en mejores condiciones de seguridad, ya que se conoce su estado, y sus condiciones de funcionamiento. 

- Disminución del tiempo muerto, tiempo de parada de equipos/máquinas.

- Mayor duración, de los equipos e instalaciones. 

- Disminución de existencias en Almacén y, por lo tanto sus costos, puesto que se ajustan los repuestos de mayor y menor consumo. 

- Uniformidad en la carga de trabajo para el personal de Mantenimiento debido a una programación de actividades. 

- Menor costo de las reparaciones. 

Fases del Mantenimiento Preventivo: 

- Inventario técnico, con manuales, planos, características de cada equipo.- Procedimientos técnicos, listados de trabajos a efectuar periódicamente,- Control de frecuencias, indicación exacta de la fecha a efectuar el trabajo.- Registro de reparaciones, repuestos y costos que ayuden a planificar. 

MANTENIMIENTO PREVENTIVO-RCM Mantenimiento centrado en la fiabilidad.

Indicamos esta versión del mantenimiento preventivo como técnica para reducir costes a la par que fiabilizar el trabajo en puestos críticos. Consiste en mantener la funcionalidad de una instalación como objetivo principal, salvaguardando aquellos equipos prioritarios (con preventivo, predictivo, etc). De este modo se centran actividades según la importancia del equipo en la operativa global de la empresa \ instalación.

MANTENIMIENTO PRODUCTIVO TOTAL (T.P.M.)

Mantenimiento productivo total es la traducción de TPM (Total Productive Maintenance). El TPM es el sistema Japonés de mantenimiento industrial la letra M representa acciones de MANAGEMENT y Mantenimiento. Es un enfoque de realizar actividades de dirección y transformación de empresa. La letra P está vinculada a la palabra “Productivo” o “Productividad” de equipos pero hemos considerado que se puede asociar a un término con una visión más amplia como “Perfeccionamiento” la letra T de la palabra “Total” se interpresta como “Todas las actividades que realizan todas las personas que trabajan en la empresa”

Definición

Es un sistema de organización donde la responsabilidad no recae sólo en el departamento de mantenimiento sino en toda la estructura de la empresa “El buen funcionamiento de las máquinas o instalaciones depende y es responsabilidad de todos”.

Objetivo

El sistema esta orientado a lograr:

•Cero accidentes

•Cero defectos.

•Cero fallas.

Historia

Este sistema nace en Japón, fue desarrollado por primera vez en 1969 en la empresa japonesa Nippondenso del grupo Toyota y de extiende por Japón durante los 70, se inicia su implementación fuera de Japón a partir de los 80.

Ventajas

•Al integrar a toda la organización en los trabajos de mantenimiento se consigue un resultado final más enriquecido y participativo.

•El concepto está unido con la idea de calidad total y mejora continua.

Desventajas

•Se requiere un cambio de cultura general, para que tenga éxito este cambio, no puede ser introducido por imposición, requiere el convencimiento por parte de todos los componentes de la organización de que es un beneficio para todos.

•La inversión en formación y cambios generales en la organización es costosa. El proceso de implementación requiere de varios años.

Sistema Integral de Gestión de Mantenimiento

Información técnica de mantenimiento

Información sistema mantenimiento correctivo

Información sistema preventivo

Información sistema de parada

Información seguimiento y control gestión

Otras aplicaciones informáticas

FALLAS

Tempranas Adultas Tardías

Clasificación de las Fallas

Criterios de la Gestión del Mantenimiento

Mantenimiento

Usuario Correctivo Preventivo Predictivo Productivo total

Problemas

Observación de la saturación

Análisis Toma de decisiones

Seguimiento y control de la decisión tomada

Conceptos Generales de Solución de Problemas

Analisis situación actual

definir política de mantenimiento

establecer y definir grupo piloto para realización de pruebas

recopilar y ordenar datos grupo piloto

procesar información

analizar resultados

readaptación del sistema

mejora continua

ampliar gestión o más grupo

Método Implementación Gestión Mantenimiento

Jefe de Departamento Mantenimiento

Supervisor Electromecánico

Supervisor de Obras Civiles

Electricidad Sección Refrigeración

Mecánica Plomería Carpintería

Pintura Albañilería

Organigrama del Departamento de Mantenimiento

CodFalla Frecuencia Porcentaje Acumulado Descripcion Falla Total Fallas 88 Naturaleza CodFalla0,00% 0,00% Fecha Revision 20-11-2009 Sensor Temp F1

F1 36 41% 41% Motor Elect F2F2 27 31% 72% Mala Lub F3F3 9 10% 82% Agua F4F4 5 6% 88% Rayas F5F5 4 5% 92% Turn off motor F6F6 4 5% 97% Poleas F7F7 1 1% 98% Mordazas Inf F8F8 1 1% 99% Sierras F9F9 1 1% 100% OTRASOTRAS 0 0% 100%

No para el motor cuando alcanza la temperaturaEl motor arranca pero no enfria

No alcanza a lubricar la maquinaEl agua no sale con suficiente presion

Rayas en la superficie externa del productoEl motor no arranca

No sujetan correctamente la banda transpNo sujetan bien las mordazas inferiores

No cortan bien el empaque

TPM-Pareto

36

27

9

54 4

1 1 10

41%

72%

82%88%

92%97% 98% 99% 100% 100%

0

5

10

15

20

25

30

35

40

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 OTRAS

Fallas

Frec

uenc

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alla

s

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

20-11-2009

Materias Primas Proceso

MaquinaPersonal

Declaracion Falla

Porque ?

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Porque ?

Porque ?

F1

ISHIKAWA

Analisis de Fallas Mantenimiento Area: ______________________________________

Ficha de Planeacion 5W-2H Responsable:________________________________

WHAT WHO WHERE WHEN WHY HOW HOW MUCH

Que?(Actividades o servicios serán

ejecutados)

Quien?(Responsabl

e)

Donde?(Aréa/Departamento/Sector/Linea/

Maquina/Otros)

Cuando?(Cronograma)

Porque

?(Objetivo)

Como?(Metodologia)

Cuanto Cuesta?(Inversion)

MANTENIMIENTO EXTERNALIZADO SUBCONTRATADO

Partiendo de unos requerimientos hacia el mantenimiento y confrontándolos con los recursos existentes, se subcontrata el trabajo de mantenimiento hacia una entidad externa. La gestión puede mantenerse en la empresa o también retirarse hacia el exterior. En cualquier caso se debe realizar un cálculo de costes y obtener índices de disponibilidad de equipos.

MANTENIMIENTO PROPIO

Partiendo de unos requerimientos hacia el mantenimiento aquí se define un departamento de mantenimiento, o en su defecto un grupo de trabajo encargado de aplicar técnicas de gestión, planificación y ejecución de las operaciones necesarias. Son necesarios unos medios humanos, materiales y de conocimiento-tecnología.Una vez iniciado, se debe contemplar un análisis de costes y obtención de índices de disponibilidad de equipos (rendimiento del mantenimiento).

EJEMPLO DE PLAN DE MANTENIMIENTO

Un plan de mantenimiento programado no es más que el conjunto de gamas de mantenimiento elaboradas para atender una instalación. Este plan contiene todas las tareas necesarias para prevenir los principales fallos que puede tener la instalación. Es importante entender bien esos dos conceptos: que el plan de mantenimiento es un conjunto de tareas de mantenimiento agrupados en gamas, y que el objetivo de este plan es evitar determinadas averías

Los técnicos que tienen que abordar el trabajo de realizar un plan de mantenimiento en ocasiones se encuentran sin un modelo o una base de referencia. Este artículo trata de ofrecer al lector un modelo posible, que puede ser modificado y mejorado a voluntad de quien realiza el trabajo.

Información que debe tener una gama de mantenimiento 

Una gama de mantenimiento es una lista de tareas a realizar en un equipo, en una instalación, en un sistema o incluso en una planta completa. La información básica que debería tener una gama de mantenimiento es la siguiente: 

Equipo en el que hay que realizar la tarea

Descripción de la tarea a realizar

Resultado de la realización

Valor de referencia, en el caso de que la tarea consista en una lectura de parámetros, una medición o una observación.

 Las tareas se agrupan en gamas siguiendo alguna característica común a todas las que la integran. Así, existen gamas por frecuencia (gamas diarias, gamas mensuales, gamas anuales, etc.) o por especialidad (gamas de operación, gamas mecánicas, gamas eléctricas, gamas predictivas, etc). 

Gamas  diarias 

Las gamas o rutas diarias contienen tareas que se realizan fácilmente. La mayor parte de ellas se refieren a controles visuales (ruidos y vibraciones extrañas, control visual de fugas), mediciones (tomas de datos, control de determinados parámetros) y pequeños trabajos de limpieza y/o engrase. En general, todas las tareas pueden hacerse con los equipos en marcha. Son la base de un buen mantenimiento preventivo, y permiten ‘llevar al día’ la planta. Es además, la parte de trabajo de mantenimiento más fácilmente trasladable al personal de producción (o de operación), y que por tanto mejor puede integrarse en un TPM. 

Por la gran cantidad de papel que generan (el 90% del total al cabo de un año), no es conveniente que estén en el sistema informático de Gestión de Mantenimiento Asistido por Ordenador. Es más práctico generar las hojas de ruta manualmente. Si se generaran a partir del sistema informático habría que completar todo el ciclo de una O.T. (apertura, aprobación, carga de datos, cierre, aprobación del cierre, etc.); todo este esfuerzo no está justificado, pues genera demasiado trabajo burocrático que no añade ningún valor.

 Tras la realización de todas las rutas diarias es conveniente rellenar un Parte de Incidencias, en el que se reflejen todas las anomalías observadas en la planta. A partir de ese parte, una persona autorizada (un mando intermedio de mantenimiento) o el propio operario encargado de realizar las rutas debe generar tantas Órdenes de Trabajo como anomalías haya encontrado

EJEMPLO 1 GAMA diaria de la zona 1100 de una planta quimica

Gamas  semanales y mensuales

Las gamas semanales y mensuales contemplan tareas más complicadas, que no está justificado realizar a diario. Implican en algunos casos desmontajes, paradas de equipos o tomas de datos más laboriosas. Es el caso de limpiezas interiores que necesiten del desmontaje de determinados elementos, o medidas del consumo de un motor (medida de intensidad) en cuadros de acceso complicado, etc. También incluyen tareas que no se justifica realizar a diario, como los engrases

Ejemplo 3.4 ejemplo de gama mensual de la zona 1100 de una planta quimica

Gamas anuales

Suponen en algunos casos una revisión completa del equipo (Overhaul), y en otros, la realización de una serie de tareas que no se justifica realizar con una periodicidad menor. Es el caso de cambios de rodamientos, limpieza interior de una bomba, medición de espesores en depósitos, equilibrado de aspas de un ventilador, por citar algunos ejemplos. Siempre suponen la parada del equipo durante varios días, por lo que es necesario estudiar el momento más adecuado para realizarlo.

Ejemplo 3.5 gama anual de la zona 1100 de una planta quimica

Informes tras la realización de gamas y rutas

 La realización de Gamas y Rutas de Mantenimiento debe ser completada con la redacción de un informe en el que se detallen todas las anomalías encontradas y todas las reparaciones que se han efectuado o que son necesarios.

Es conveniente recoger todas las incidencias encontradas en la realización de todas las rutas diarias en un único informe, que puede denominarse Parte de Incidencias. En él se deben detallar todos los parámetros observados fuera de rango, todas las observaciones referentes a fugas, vibraciones y ruidos anómalos, y todas las observaciones que se consideren de interés. Posteriormente, una persona autorizada debe revisar este Parte de Incidencias y emitir tantas Órdenes de Trabajo como anomalías se hayan detectado.

La redacción del informe, la emisión de las Órdenes de Trabajo y su seguimiento son tareas tan importantes que si no se realiza en es inútil poner en marcha estas rutas diarias. Sus principales objetivos son dos: por un lado, detectar anomalías en una fase inicial, cuando todavía no han supuesto un grave problema, y por otro, conocer en todo momento el estado de la planta.

 Muchas de las Órdenes que se emitan no estarán resueltas al realizar la siguiente ruta diaria siguiente, por lo que queda la duda de si es necesario consignar en cada ruta diaria todas las anomalías que se encuentren o tan solo las fallas nuevas no detectadas en inspecciones anteriores. Una solución práctica puede ser consignar tan solo las nuevas anomalías, pero un día a la semana consignarlas todas, indicando de cuales se ha emitido ya Orden de Trabajo (y fecha de emisión) y de cuales se emite en ese momento. Por ejemplo, si se toma la decisión de anotar todos los lunes todas las fallas que se encuentren y reflejarlas en el informe de incidencias, si un jueves queremos revisar el estado de la planta bastará con tomar el informe del lunes anterior e incluir las aparecidas en la semana.

LAS 10 MAYORES FALLAS AUTOGENERADAS POR MANTENIMIENTO

El presente cápitulo hace referencia a las fallas y averías que se producen en las plantas industriales por culpa del personal de la planta por no tomar las medidas adecuadas y malas prácticas en la gestión de mantenimiento.

Fallas Mecánicas:

1. Problemas en rodamientos debidos a mal engrase (grasa no adecuada, e instrucciones no respetadas en cuanto a la cantidad y forma de realizar el engrase)

2. Problemas en cojinetes y partes móviles en equipos rotativos por una deficiente alineación

3. Roturas en piezas móviles al no respetar holguras y tolerancias, bien por realizar ajustes incorrectos o bien por utilizar piezas inadecuadas.

4. Roturas de piezas móviles y fijas al no respetar pares de apriete (sobre todo, cuando son mayores que los permisibles).

5. Fugas de líquidos y de gases por colocación incorrecta de elementos de estanqueidad.

6. Fugas de líquidos y gases por reutilización de elementos de estanqueidad ya usados.

7. Fallos diversos por mala realización de calibración, o por no realizarla (fallo por omisión).

8. Recalentamiento de motores eléctricos por falta de limpieza (Polvo, virutas, y otros) en las aéreas de ventilación del motor.

9. Roturas de bandas y correas por desajuste y contacto de elementos protectores de las bandas.10. Esta falla me sucedió hace muchos años, cambio de giro del motor por intercambiar dos fases del motor.

Para concluir las fallas mecánicas la podemos agrupar en tres categorías:

- Fallos de lubricación (quizás lo más habitual).- Fallos relacionados por no respetar instrucciones (utilizar repuesto incorrecto, no respetar tolerancias o ajustes).- Fallos por no respetar las frecuencias de realización de las tareas de mantenimiento.

Desde el punto de vista eléctrico, ¿cuales son las fallas mas frecuentes?:

1.La sobrecarga de las líneas es el peor y más grave de los problemas, generando que se quemen o se disparen los elementos protectores como fusibles, que se estropeen las tarjetas o dispositivos electrónicos.

2.Generación de ruidos eléctricos (armónicos).

3.El resultado de ir dando soluciones a las instalaciones “sobre la marcha” y “con lo que hay”.

4.Fallas que se generan por que el equipo se encuentra ubicado en zona de de acceso difícil, o las condiciones ambientales son difíciles como alta temperatura, humedad, etc.

5.Motores muy viejos (Jaula de ardilla) esta abierto, generando una reducción de potencia del motor. Además miedo al desmontarlos (muy viejos), por si se deshace alguna pieza al tocarlos.

6.Rotura o picadura de cables por mal trato de los operarios (pellizcar cables con tapas, puertas o herramientas, golpear o lubricar sensores, etc.).

7.Algo que tampoco se tiene muy en cuenta es en la utilización de los Magneto-térmicos como interruptores. Para el servicio de interruptores existen los interruptores o seccionadores, los magneto-térmicos son elementos de protección y seguridad, que no están diseñados para ser conectados y desconectados a diario, ya que se acaban rompiendo los contactos por dentro. Tener que parar una planta por cambiar de urgencia un magneto- térmico de 600 o 1000 Amperios no le hace mucha gracia a nadie.

8.Las conexiones de líneas grandes que sabes que una está floja, mal embornada o con el terminal dando problemas, dejarla pendiente para una próxima revisión o muchas veces por no parar la línea de producción.

9.Exceso o Carencia ¡Y cómo no! los miles de apaños con cinta aislante, esparadrapo, empalmes al aire sin tapar, etc. que se hacen en las máquinas y sobre todo en las herramientas portátiles. de trabajo

Falla Neumática e Hidráulica:

1.El exceso de humedad o agua en la red por falta de purgas.

2.La falta de lubricación de los elementos finales (pistones, válvulas, actuadores), por no reponer lubricante.

3.Y por el contrario, la sobre lubricación de elementos finales de acción por membranas, normalmente a baja presión (1’5 atm.), las cuales se quedan enganchadas si están lubricadas

Un Poka Yoke (en japonés ポカヨケ , literalmente a prueba de errores) es un dispositivo destinado a evitar errores; Algunos autores manejan el poka yoke como un sistema anti-tonto el cual garantiza la seguridad de los usuarios de cualquier maquinaria, proceso o procedimiento, donde se encuentren relacionados, evitando accidentes de cualquier tipo, que originarían piezas mal fabricadas si siguieran en proceso con el consiguiente costo. Estos dispositivos fueron introducidos en Toyota en la década de los 60’s, por el ingeniero Shigeo Shingo dentro de lo que se conoce como Sistema de Producción Toyota (TPS). Aunque con anterioridad ya existían Poka Yokes, no fue hasta su introducción en Toyota cuando se convirtieron en una técnica, hoy común, de calidad. Afirmaba Shingo que la causa de los errores estaba en los trabajadores y los defectos en las piezas fabricadas se producían por no corregir aquéllos. Consecuente con tal premisa cabían dos posibilidades u objetivos a lograr con el Poka-Yoke:1.Imposibilitar de algún modo el error humano; por ejemplo, los cables para la recarga de baterías de teléfonos móviles y dispositivos de corriente continua.2.Resaltar el error cometido de tal manera que sea obvio para el que lo ha cometido; por ejemplo, cuando un trabajador ha de montar dos pulsadores en un dispositivo colocando debajo de ellos un muelle; para evitar la falta de éste último en alguno de los pulsadores se hizo que el trabajador cogiera antes de cada montaje dos muelles de la caja donde se almacenaban todos y los depositase en una bandeja o plato; una vez finalizado el montaje, el trabajador se podía percatar de inmediato del olvido con un simple vistazo a la bandeja, algo imposible de hacer observando la caja donde se apilaban montones de muelles.

POKA YOKEConocido sistema japonés de evitar errores en producción.

Técnicas PokaYoke

Las Técnicas Poka Yoke pretenden eliminar los defectos en dos posibles estados:1. Antes de que ocurran (PREDICCIÓN): Se trata de diseñar mecanismos que avisen al operario cuándo se va a cometer un error para que lo evite (ALARMA), que paren la cadena cuando se ha hecho algo mal (PARADA) o que simplemente incorporen nuevos elementos al puesto de trabajo que hagan imposible o difícil un determinado error (CONTROL).2.Una vez ocurridos (DETECCIÓN): Se trata de diseñar mecanismos que avisen cuando se ha fabricado un producto defectuoso (ALARMA), que paren la cadena si esto ocurre (PARADA) o que simplemente eviten que ese producto defectuoso pase al siguiente proceso (CONTROL).

Muchas de estas técnicas hacen posible la inspección al 100% incorporando mecanismos económicos. Por lo tanto, estas técnicas evitan que se cometan errores humanos en dos ámbitos de trabajo: las actividades de producción (PREDICEN y evitan errores de producción) y las actividades de supervisión de la producción (evitan errores de DETECCIÓN).

Existen tres tipos de PokaYoke1.Tipo Contacto.El uso de formas, dimensiones o algunas otras propiedades físicas para detectar el contacto o no contacto de una parte en especial2.De numero constante.En caso de que un numero de movimientos o actividades no son hechas, una señal de error se dispara. 3.De secuencia de desempeño.Asegura que los pasos a realizar se ejecutan en el orden correcto.V.gr.: el uso de un checklist para revisiones previas a un vuelo o el completar el llenado de registros en una secuencia lógica

Tipos de PokaYoke [ejemplos] Aunque no hay reglas fijas, sino que todo depende del ingenio de los responsables de los procesos, algunos mecanismos máshabituales son:Tacos de guía y topes para evitar colocar piezas o herramientas de forma incorrectaAlarmas y señales luminosas que avisen de posibles defectos

Conmutadores de límite para comprobar la posición de las piezas o si éstas se retiran antes de terminar el proceso

Contadores que midan si se han hecho todas las operaciones a todos los productos

Listas de chequeo de tareas, para comprobar se han realizado todas las partes del proceso

Errores Ejemplos Errores por olvido

Un trabajador puede olvidar ensamblar una pieza, de cambiar de herramienta

Errores por desconocimiento o inexperiencia

Ser puede utilizar mal una maquina o herramienta por desconocimiento o inexperiencia

Errores de identificación

Se puede montar una pieza incorrecta porque no se ha visto bien o porque no es fácil distinguirla de otras

Errores voluntarios

El operario puede ignorar reglas o procedimientos pensando que no pasara nada

Errores por inadvertencias

El operario puede distraerse y confundir distintas piezas o herramientas con las que trabaja

Errores por lentitud

El operador puede tardar demasiado en realizar determinadas tareas y hace que los productos se deterioren (sacar a tiempo un producto de un torno)

Errores debido a la falta de estándares

No esta claro que hay que hacer en cada caso y determinadas medidas o tareas se realizan según el propio juicio del operario

Errores por sorpresa

A veces una maquina puede funcionar defectuosamente sin dar muestras de anomalías

Errores intencionales

Algunos operarios pueden cometer errores deliberadamente (sabotaje0

Tres reglas de oro del PokaYoke Un sistema a prueba de errores debe considerar lo siguiente:

Implementación de PokaYoke

1.-Identifique el problema de la operación o proceso que requiere un Pokayoke (áreas donde hay un numero grande de errores o donde un solo error represente un costo alto)

2.-Utilice los 5 porqués o el análisis causa y efecto para llegar a la causa raíz del problema

3.-Decida el tipo de PokaYoke a utilizar y técnica para atacar el problema (puede haber razones técnicas o económicas)

4.-Diseñe un PokaYoke adecuado5.-Pruébelo para ver si funciona (evite un gasto alto antes de que haya completado este paso)6.-Una vez que ha seleccionado el tipo y técnica de PokaYoke, asegúrese que tiene las herramientas, listas de revisión, software, etc para que funcione correcta y consistentemente7.-Capacite a todos en el como utilizarlo8.-Después de que este operando por un tiempo (el periodo de tiempo depende de la frecuencia de la actividad) revise el desempeño para asegurarse de que los errores han sido eliminados

Tome cualquier paso necesario para mejorar lo que ha realizado.

Cuando se evitan errores, se reduce el desperdicio y el proceso opera continuamenteRefuerza procedimientos operacionales o secuencialesAsegura la calidad en la fuente no en el resultadoElimina las decisiones que llevan a las acciones incorrectas

Los PokaYoke mas convenientes

EconómicosSimples y fáciles de implementarEspecificas para la necesidad determinadaDesarrollados por todos los empleados

Beneficios del PokaYoke

Ejemplos POKA YOKE

GRACIAS POR ASISTIR

DATOS SOBRE ACEITES

 

Este documento trata sobre la interpretación de los datos que aparecen en el envase de aceite de automoción, para tener en consideración a la hora de elegir el mismo.

SAE

En 1950 la ( Society of Automotive Engineer) diseño una escala de viscosidades que pretendía ofrecer mas clara y cómoda su consulta.

La viscosidad cinemática máxima recomendable en un aceite normal se estima en 12,9 cSt (centistoke medidos a 99 ºC) y la mínima 9,6 cSt (es una unidad de viscosidad cinemática, un stoke = 1 poise/ densidad) a este intervalo de viscosidades se le adjudico la numeración SAE 30 , y se recomienda para climas normales.

Para climas normales: intervalo SAE 30

Para climas fríos: intervalo SAE 20 mínima 5.7 cSt max 9.6 cSt

Para climas calurosos: intervalo SAE 40 mínima 12.9 cSt max 16.8 cSt

Todas las medidas de viscosidad se refieren a 99 º c.

Si la viscosidad se mide a -18 ºC = 0º Faherenheit el SAE se escribe seguido de una W ( winter)

Esto es lo que se conoce como monogrados.

Para obtener los multigrados se parte de un aceite base muy ligero, y a base de aditivos se eleva su capacidad de mantener la viscosidad a altas temperaturas.

Los aceites multigrados 20W-50, se comportan a –18 º c como un SAE 20 y a 99ºC como un SAE 50.

El consumo esta relacionado con la fricción, un motor 1600 cc y 4 cilindros con un aceite SAE 10W se pierde un 34% menos potencia de la perdida con un SAE 40.

El uso de un aceite multigrado SAE 5w30 frente a un SAE 10 W monogrado aun reducen el consumo de potencia por rozamiento en un 5.8 %.

Evidentemente la potencia perdida en rozamientos es solo una fracción de la potencia del motor del orden de un 13% .

Untuosidad, es la característica del aceite de quedarse impregnando las zonas por las que ha circulado, permitiendo en los primeros momentos de arranque una lubricación eficaz hasta que la presión de aceite es suficiente. Los aceites sintéticos son mas untuosos que los minerales.

Antioxidantes y anticorrosivos.

Las elevadas presiones y temperaturas, presencia de agua, partículas metálicas, así como restos de carburante y azufre, degradan el aceite.

El aceite a su vez se oxida en su contacto con el aire, generando ácidos, siendo en los arranques en frío, donde mas rápidamente se forman estos materiales corrosivos.

La humedad genera emulsiones, que aceleran el efecto corrosivo.

La alta temperatura descomponen el aceite en barnices y gomas que obstruyen los circuitos.

Los aceites se proveen de aditivos que retrasan la aparición de estos efectos, un aceite nuevo será de un carácter básico, conforme envejece.

Aditivos detergentes

Mejoran el índice de viscosidad, y reducen el punto de congelación, así como dispersan barros formados a baja temperatura.

Estos no limpian el motor de carbonilla añeja, pero si arrastran los restos de combustión hacia el cárter, evitando que se depositen, y haciéndolos circular , el motor se mantiene limpio por tener el aceite sucio.

No se puede saber si un aceite esta nuevo o usado por su color (ya que no se puede saber cuanto le queda hasta saturarse, ni por su viscosidad, ya que esta varia con la temperatura y es difícil de apreciar sin ensayo, pero el grado de alcalinidad si es síntoma de aceite nuevo, volviéndose mas ácido con el uso.

Aditivos antiespumantes

Para evitar la formación de espumas, mas acusada, en los aceites , con aditivos detergentes se le añaden aditivos antiespumantes, la elaboración de un aceite , se complica en función de el petróleo que se use para su obtención, por lo que la mezcla de dos clases diferentes, pueden presentarse reacciones entre los aditivos, que perjudiquen mas que beneficie.

API

Al igual que se fijo el SAE de un aceite, con la misión principal de dar una idea de como se comporta la viscosidad en función de la temperatura.

La API ( American Petroleum Institute) ha normalizado una serie de especificaciones ( sin mencionar la viscosidad) se ocupa de la calidad y las posibles aplicaciones.

En 1947 se elaboro la primera clasificación con tres escalas, hoy en desuso, “Regular” “Premium” “HD”

En 1952 se elaboro una segunda clasificación, en función de las condiciones de servicio, introduciéndose una separación entre gasolina y gasoil.

Gasolina ML, MM , MS y para gasoil DG,DM,DS

SAE y ASTM

En 1969 se fija una clasificación conjunta con la SAE y ASTM (esta ultima es un organismo americano para fijar normas de ensayo de materiales), esta clasificación no es cerrada.

Plantea dos series una SA,SB,SC,SD,SE,SF,SG ... y la otra CA,CB,CC,CD,CE,CF .....

No existe distinción tajante entre ambas aunque la S hace mención de los primero y la C a los segundo: La “S” corresponde a servicio y la “C” a comercial.

SERIE ”S”

SA: aditivos, solo depresores del punto de congelación y antiespumante

SB: motores de gasolina muy suaves se le añaden además anticorrosivos y antioxidantes

SC: motores de gasolina trabajo tipo medio, contienen una proporción considerable de aditivos antioxidantes, gozando además de cierta capacidad detergente para sobre todo a baja temperatura evitar la formación de depósitos.

SD: motores de gasolina, para trabajo tipo severo (años 68-71) evitan mejor que los ''sc'' la formación de depósitos, sobretodo a alta temperatura.

SE: motores de gasolina en trabajo severo años(71-72)

SF: Motores de gasolina (década de los 80)

SG: motores de gasolina (década 90) con sistema de inyección, a veces turboalimentados, cumple a su vez la norma API CC.

Puede usarse un SG en motores que solo precisan la SC, sin embargo cuando el fabricante recomienda la SA o SB no es recomendable escoger una categoría superior, por su marcado poder detergente dispersaste.

SERIE “C”

CA: aptos para motores diesel atmosféricos (y gasolina) y trabajo suave, con gasoil de bajo contenido en azufre.

CB: motores diesel atmosféricos (y gasolina), trabajo moderado con gasoil del alto contenido en azufre o atmosférico, con trabajo suave y gasoil de alto contenido en azufre.

CC: aptos para motores de gasoil ligeramente sobrealimentados ( y gasolina), en condiciones de trabajo moderado, protegen contra barros a baja temperatura y contra oxidación y corrosión.

CD: motores diesel sobrealimentados , en condiciones de trabajo severo, protegen contra corrosión , formación de depósitos y gasoil en alto contenido de azufre.

CD II: para motores diesel de dos tiempos.

CE: diesel sobrealimentados, trabajo muy severo, alta velocidad y alta carga.

La serie ''c'' es aplicable en gasolina, no así la serie ''s'' que no esta recomendada de forma general, ya que la serie ''s'' no protege el aceite para trabajar con gasoil de alto contenido en azufre.

Especificaciones militares norteamericanas.

Se establecen para usar dentro de las tropas del pacto de la OTAN.

MIL-L-2104 A del año 1945

- Se hace trabajar el aceite 480 horas, en un diesel monocilindrico de 3400 cc a 1000 rpm con aceite a 64º y el agua a 80ºc, el gasoil con un 0.4 % azufre

- Durante 40 horas en uno de gasolina de 700 cc a 3150 rpm con el aceite a 143ºc y el agua a 93 º c.

MIL-L-2104B del año 1964

Además de las dos anteriores

- 180 horas a 1800 rpm en motor de gasolina de 700 cc

- 180 horas en un v-8 de gasolina a 1500 rpm con el aceite a 49ºC y el agua a 43ºC (depósitos a bajas temperaturas)

- 480 horas diesel monocilindrico de 1800 cc con aceite a 82ºC y agua a 71ºC gasoil del 0.4% de azufre esta norma es equiparable a la SC y CC de API

MIL-L-46152 A equiparable a SE y CC de API

MIL-L-46152 B equiparable a SF y CD

MIL-L-46152C equiparable a SF y CC

MIL-L-46152D equiparable a SG

MIL-L-45199 equiparable a CD de API

ESPECIFICACIONES “CCMC”

Comité de Constructores del Mercado Común

Se someten a varios ensayos del tipo siguiente.

Ensayo motor fiat de 767 cc para averiguar la capacidad dispersante del aceite.

315 horas en 63 ciclos de 5 horas cada uno, con una hora de reposo, se hace girar el motor con distintas revoluciones y a distintas temperatura de aceite. Luego se pesan los depósitos , y deben ser inferiores a 55 gramos.

La especificación CCMC establece varias secuencias subdivididas en series G y D para gasolina y diesel, seguidas de una cifra (1,2,3,..)

G1 equivaldría a SE año 89

G2 comparable a SF año 90

G3 superior a G2

G4 se define para multigrados SAE 10WNN o SAE20WNN

G5 se define para SAE 5WNN

En diesel

D1 equiparable a CC

D2 comparable a CD

D3 superior a la D2

D4 reemplaza a la D2 motores diesel ligeros y pesados

D5 reemplaza a la D3 motores diesel estrapesados

D4y D5 sirvan ambas en motores turboalimentados.

Este orden de equivalencias se establece a nivel orientativo, ya que cada una requiere unas pruebas determinadas, o un tipo de aditivos específicos.

Además hay fabricantes como VW , porshe , etc que tienen una clasificación mas especifica, adaptada a sus modelo.