Motores Diesel Marinos LIBRO

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CONTENIDO

CAPÍTULO l. HISTORIA DEL MOTOR DIESEL. - SUS APLICACIONES EN LOS BUQUES: Breve biografía de Rodolphe Diesel - Sus teorías e ideas. - Los primeros motores Diesel. Dificultades para adaptarlos a los buques y cómo fueron superadas. - Propulsión moderna. CAPÍTULO 2. COMBUSTIBLES: Combustión; elementos combustibles y comburentes. - Molécula y átomo. - Mezcla y combinación. - Hidrocarburos. - Diversas clases de hidrocarburos. - Petróleos: clasificación de los mismos. - Destilación del petróleo y obtención de sus derivados. - Su aplicación en el funcionamiento de los motores. - Pro- piedades de los combustibles. - Peso específico. - Poder calorífico. Viscosidad. - Punto de inflamación. - Punto de combustión. Punto de encendido.. - Aceites de engrase. CAPÍTULO 3. MOTORES DE DOS Y DE CUATRO TIEMPOS: Ciclo de funcionamiento. - Fases que componen estos ciclos. - Ciclos teóricos y ciclos prácticos. - Diagramas. - Indicador de diagramas. - Rendimiento de los diagramas. - Presión media. - Presión máxima. - Presión de compresión. - Planímetro. - Potencias. - Rendimiento. CAPÍTULO 4. FORMAS CONSTRUCTIVAS: Aplicaciones de los motores de dos y cuatro tiempos. Ventajas e inconvenientes. - Motores lentos y rápidos. - Velocidad de giro. - Carrera y diámetro. - Valor de la presión media. - Motores de simple y doble efecto. - Motores en V. Motores de émbolos opuestos. 2

CAPÍTULO 5. EMBOLOS: MOTORES DE EMBOLO BUZO. - MOTORES DE CRUCETA: Condiciones que debe reunir un émbolo. - Aros de estanqueidad. - Material de los aros. - Sus huelgos. – Construcción de los émbolos. - Sus diversos tipos. - Motores de émbolo buzo. - Motores de cruceta. - Refrigeración de los émbolos. - Líquidos refrigerantes. - Tubos telescópicos. Reconocimiento y conservación de los émbolos. - Precauciones a observar en sus reconocimientos. CAPÍTULO 6. BIELAS CRUCETAS. - CONJUNTOS: Tren alternativo. – Biela Cabeza y pie de biela. Construcción de la biela. - Cojinetes de biela. - Sus huelgos. - Patines. -Correderas. Engrase. CAPÍTULO 7. BOMBAS DE BARRIDO Y SOPLADORES: Necesidad de aire de barrido. - Dificultades para efectuar un barrido perfecto. - Distintos sistemas. - Barrido lateral por lumbreras. - Barrido uniflujo por válvulas en la culata. - Diversos tipos de bombas. - Bomba alternativa. - Rotativa o soplador. - Centrífuga o turbosoplante. CAPÍTULO 8. SOBREALIMENTACION: Principio de la sobrealimentación. - Motores sobrealimentados. Ventajas e inconvenientes de la sobrealimentación. - Diversas formas de sobrealimentar. Turbina de gases de escape. - Su funcionamiento. CAPÍTULO 9. ARRANQUE: Diversas maneras de arrancar los motores. - Arranque a mano. - Arranque por embrague automático: eléctrico y neumático. - Arranque por aire comprimido. - Válvula de arranque. - Número mínimo de cilindros que ha de llevar esta válvula. - Arranque del motor. Motores de un solo sentido de giro. - Motores reversibles. - Cambios de marchas: Formas de conseguir lo. - Cambios de marcha por engranajes. - Id. por aire comprimido. - Id. por hélice de palas reversibles. - Telégrafos; mandos. CAPÍTULO 10. BANCADA. - BASTIDOR. - Importancia de la bancada. - Su constitución. - Bandeja. Cojinetes de bancada. - Cárter. - Bastidores o columnas. - Tapas de cárter. - Precauciones en el cárter. - Correderas. CAPÍTULO 11. EL EJE DE CIGÜEÑALES. - Objeto del cigüeñal. - Condiciones que ha de reunir. - Orden de trabajo. - Tipos de cigüeñal. - Su construcción. - Huelgos. - Engrase. - Volante. - Grado de irregularidad. - Virador. 3

CAPÍTULO 12. CILINDRO. CAMISA. CULATA. - Conjunto del cilindro. - Cilindro. - Su refrigeración. Construcción. - Camisa. .- Su colocación. - Engrase de la misma. - Engrasadores. Conservación de la camisa. - Desgaste. - Electrógenos. - Culata. - Válvulas de aspiración y escape. - Su entretenimiento y conservación. - Accionamiento de las válvulas. - Eje de levas. - Válvulas de seguridad y de indicador CAPÍTULO 13. INYECCION DEL COMBUSTIBLE. - Sistemas de inyección. - Por aire o insuflación y sólida o directa. - Bombas de inyección. - Diversos tipos de bombas: Bosch, Burmeister, Sulzer. Entretenimiento de las bombas de combustible. CAPÍTULO 14. DISTRlBUCION: Significado de la distribución. - Distribución por transmisión de engranajes o de cadenas. CAPÍTULO 15. ENGRASE Y REFRIGERACION: Necesidad de engrase. - Sistemas de refrigeración. Bombas de circulación de agua. - Refrigeradores de agua y aceite. CAPÍTULO 16. COMPRESORES DE AIRE. BOTELLAS: Necesidad de aire para el arranque. - Compresión del aire. - Razones para subdividir la compresión. - Compresores de varias fases. - Su construcción. – Manejo y entretenimiento. - Botellas. CAPÍTULO 17. LINEA DE EJES: Transmisión del movimiento del motor a la hélice. - Constitución de la línea de ejes. - Construcción de los ejes. - Chumaceras. - Eje de empuje. - Chumacera de empuje: diversos tipos. - Chumacera Mitchell: su principio y funcionamiento. - Cuidados que requiere la chumacera de empuje. - Ejes de cola. - Bocina. CAPÍTULO 18. HELICE: Propulsores. - Ruedas de paletas: Ventajas e inconvenientes - Hélices. - Paso y circunferencia de la hélice. – Helicoide.- Su desarrollo. - Construcción de la hélice. Electrógenos. - galvánica. - Cavitación. - Resbalamiento. - Formas de obtener el paso de la hélice. CAPÍTULO 19. INSTALACION. ALINEACION: Instalación de los motores a bordo. - Trazado de la línea de ejes. - Su instalación. - Monta motor. - Nivelación de la bancada. – Flexímetro su empleo 4

Fatigas. - Gráfico de las flexiones. - Estado del cigüeñal según el valor de las flexiones. Suplementos asiento bancada. CAPÍTULO 20. LA CONDUCCION y EL MANEJO DEL MOTOR: Puesta en cha.- Sus preparativos. Circulación del aceite. – Circuitos de agua. - Circuito del aire. - Circuito del combustible. – Cuidados durante la marcha. - Preparativos en la llegada. – Estancia en puerto. - Averías más corrientes y forma de corregirlas. - Sociedades Clasificadoras.

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PROLOGO

Antes de la Primera Guerra mundial, en 1912, la fábrica danesa BURMEISTER & W AIN construía un motor Diesel de ocho cilindros que alcanzaba los 1250 CV. destinado a propulsar un buque de gran tonelaje. Hasta este momento el motor Diesel se había aplicado sólo a pequeñas embarcaciones y se tenía dudas de que dichn motor pudiera dar buen resultado. Sin embargo las dudas se aclararon cuando se pudieron comprobar los re- sultados. Desde entonces el motor Diesel fue ganando puestos contra todo tipo de motores destinadns a la pro- pulsión de barcos hasta el extremo de que hoyes, prácticamente, el dueño y señor de la tracción marina. Las potencias alcanzadas con este tipo de motores han llegado a lns 25000 CV. lo que puede dar una idea de sus grandes posibilidades. Por lo tanto decir motores marinos o motores Diesel marinos viene a ser la misma cosa por el gran campo de aplicación que la tracción Diesel tiene en marina, en la actualidad. Ahora bien: los motores Diesel aplicados para la navegación tienen que resolver sus propios problemas. Ni que decir tiene que las grandes potencias a que llegan sólo pueden alcanzarse con motores de dimensiones extraordinarias, de gran capacidad de embolada y escaso número de revoluciones por minuto. La propulsión, que se ha de realizar por medio de una hélice, debe ser tal que permita la marcha hacia atrás para hacer las maniobras. Por otra parte el motor ha de tener una seguridad absoluta de funcionamiento de modo que hay que controlar todos los circuitos de refrigeración, aceite, etc. Todas estas cuestiones y otras muchas más, por supuesto, han sido desarrolladas por el autor de este libro cuyo título viene a enriquecer nuestra colección de monografías con un tema de gran interés para los interesados por el mundo del motor.

Los Editores

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CAPITULO 1

Historia del motor Diesel. Sus aplicaciones en los buques

EN septiembre del año 1853, nace en París, hijo de padres alemanes, Rodolphe Diesel, el que con los años habría de ser el inventor del motor que lleva su nombre. Comienza y sigue los estudios de ingeniero hasta obtener su título en 1879 en la Escuela Politécnica de Munich, pasando poco después a trabajar en los talleres de la casa Sulzer en Winthertur. Ya desde sus primeros estudios y experiencias tiene Diesel la idea de llegar a construir un motor que funcione según el llamado Ciclo de Carnot (o sea, un ciclo que estuviese formado por dos isotérmicas y dos adiabáticas; dándose el nombre de transformación a aquella que se realiza manteniendo constante su temperatura, es decir, añadiendo o quitando calor para que la temperatura no varíe, y el de transformación , a aquella en la cual no hay cambio alguno de calor con el exterior, con lo que su temperatura aumenta o disminuye). En el año 1892, solicita Diesel la patente para poder , y al año siguiente publica en Berlín un folleto de 96 páginas sobre la construcción y funcionamiento de un nuevo tipo de máquina, documento técnico famoso, que habría de revolucionar la industria, titulado , pensando emplear como combustible para el funcionamiento de este motor, el carbón finamente pulverizado. Por aquel entonces, todos los estudios y experiencias estaban destinados a perfeccionar los distintos tipos de máquinas existentes, tales como maquinas de vapor o motores de gas y nada podía hacer presumir que el lanzamiento de las ideas de Diesel, podrían alcanzar, en tan poco tiempo, tan gran importancia

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Figura 1 Ciclo Diesel original

Y es que Diesel, en sus estudios, concibe un nuevo tipo de maquina por completo distinta de las demás, ya que al introducir en un cilindro una cantidad de combustible, el calor desarrollado en su combustión con el aire allí encerrado a alta presión, se transformaba directamente en trabajo al actuar sobre el embolo y este, por la conexión biela-manivela, en movimiento del eje cigüeñales. Comienzan inmediatamente los trabajos para llevar a la práctica estas ideas y en mismo año de 1893, la casa M,A,N. de Nuremberg, en Alemania construye el primer motor experimental bajo la dirección de Diesel. Este motor estaba constituido por un, cilindro de hierro forjado limitado por dos bridas a él remachadas, La brida inferior o fondo, a través de un agujero en su parte central permitía el paso del vástago del émbolo el cual, mediante una cruceta, se unía a la barra de conexión que a su vez conectaba con el eje cigüeñal. Durante las pruebas de este primer motor ocurrió un accidente que hizo explotar en pedazos el aparato indicador y estuvo a punto de costar la vida al inventor. Transcurren varios años de intensos estudios hasta que en 1897, se construye ya el primer motor en el que pueden medirse su potencia y consumo. Las experiencias de estos estudios son dados a conocer seguidamente, y si bien los resultados obtenidos no son señalados por Diesel, ya que son inferiores a lo por el calculados, pues llevado por un error en sus cálculos y formulas y formulas para la combustión, obtenía para su máquina un rendimiento superior al de la llamada , este rendimiento era no obstante mayor que el de cualquiera de las máquinas conocidas hasta entonces.

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Figura 2 Ciclo Diesel modificado Pensaba Diesel emplear para el funcionamiento de su motor, cualquier clase de combustible, especialmente el carbón finamente pulverizado ya citado, realizando la combustión por procedimientos distintos de los empleados en aquella época. Comprimiría el aire puro hasta alcanzar una presión de 2'88 atmósferas (hecho que ocurriría hacia la mitad del camino recorrido por el émbolo), por vía isoterma, o sea, manteniendo constante la temperatura; esto se conseguiría a base de inyectar agua, en el interior del cilindro. A partir de este punto, la compresión del aire sería adiabática, es decir sin robar el calor al aire, y de esta forma al llegar el émbolo al punto superior habría alcanzado una presión de 250 atmósferas calculándole una temperatura de 800°. En este momento, el combustible (carbón pulverizado), se introducía en el cilindro pero regulando su entrada lentamente de tal forma que la combustión fuese isotérmica. Cuando el émbolo, en movimiento descendente, hubiese recorrido una fracción de su carrera y la presión de los gases hubiese disminuido hasta 90 atm. se interrumpiría la introducción de combustible, y entonces el movimiento del émbolo continuaría por la expresión de los gases, hasta llegar a alcanzar éstos su presión final. Como vemos, un motor funcionando así habría descrito el ciclo de Carnot, más pronto pudo comprobar Diesel las dificultades Que representaba el llevar sus ideas a la práctica, por lo Que tuvo que modificar el ciclo de trabajo de su motor, presentando un nuevo ciclo con la ven- taja de una mayor sencillez, pero con la consiguiente pérdida de rendimiento. La modificación del ciclo consistía en que la compresión del aire se efectuaría toda ella por vía adiabática, eliminando su parte isotérmica, con lo cual, al alcanzar la presión de 90 atm., la temperatura es ya de 800º C. El primer motor experimental y sobre el que hemos dicho se efectuaron las medidas de potencia y consumo, fue un motor monocilindrico trabajando por el sistema de cuatro tiempos, con una potencia de 18 CV. Era vertical y con cruceta; empleaba el petróleo como combustible y hacia llegar la compresión tan sólo a 40-45 atm. 9

Con sus múltiples ensayos y experiencias el motor se fue desarrollando e imponiendo en la industria terrestre a las demás máquinas existentes. Pero en la Construcción Naval, siendo siempre algo reacios a las innovaciones debido a los enormes gastos que la instalación de un buque representa, al poco espacio de que se dispone, a la facilidad y rapidez de maniobra que se requiere y sobre todo a la seguridad de la vida del buque en la mar, hicieron que la aplicación del motor Diesel para la propulsión de buques fuese algo retrasada con relación a sus aplicaciones terrestres. No obstante todos estos obstáculos fueron vencidos. En un principio el motor solo fue empleado para mover pequeñas embarcaciones, más cuando el tamaño de éstas se hizo mayor, al estar el motor concebido para trabajar en un solo sentido, hubo que estudiar la forma de poder invertir el sentido de la marcha de la embarcación, para ello se pensó que la marcha avante la facilitaría el motor, y la marcha Atrás, se obtendría empleando motores eléctricos o maquinas de vapor. Se emplearon también hélices de pasos reversibles, es decir, hélices que cambiaban la posición de sus palas, invirtiendo así el impulso efectuado sobre el buque, mientras que el motor seguiría girando en el mismo sentido. Pero todos estos sistemas serian definitivamente abandonados, cuando en el año 1905, la casa Sulzer lograría construir el primer motor, con cambio del sentido de marcha o sea reversible, obteniendo con ello la seguridad y rapidez tan necesaria para la maniobra de un buque. En la actualidad todos los motores instalados para la propulsión de buques son reversibles, y tan sólo en breves casos suele emplearse la hélice de paso reversible o bien, los embragues generalmente hidráulicos. El tener que emplear como combustible el petróleo representó en los buques una enorme ventaja sobre el carbón. El carbón hay que almacenarlo en grandes depósitos o carboneras, que habían de ser de fácil acceso para su almacenado y extracción. Los espacios así empleados eran robados así a otros usos y necesidades; hay que tener en cuenta que el espacio siempre fue un problema primordial en los buques. En cambio, para almacenar combustibles líquidos, debido a su facilidad de manejo y transvase con bombas y tuberías, se pueden emplear depósitos o compartimientos que de otra forma no tienen utilidad, tales como son los tanques de doble fondo. En cuanto a la seguridad del buque, a medida que el motor se iba perfeccionando, se comprobó que todos los temores eran infundados, y al ser estos desechados, el motor entró en franca competencia con las demás clases de maquinas a las que con el tiempo se fue imponiendo. Hasta el año 1910, todos los buques propulsados por motores eran pequeñas embarcaciones, pero a partir de entonces, los grandes buques van adoptando este sistema, y así, en 1912 entra en servicio el primer gran buque de motores para carga y pasaje, el dinamarqués SEELANDIA, equipado con dos motores de cuatro tiempos BURMEISTER WAIN, de ocho cilindros y 1.250 CV. cada motor. A medida que crecen las necesidades de la navegación, cada vez van siendo mayores los buques, y necesitándose con ello mayores potencias. Aunque parecía que el uso del motor estaría reservado al empleo exclusivo de buques de mediano tonelaje, ya que su más firme competidor, la turbina de vapor ocupaba las altas potencias, he aquí que, en los últimos años, con los materiales empleados en la construcción, con la consiguiente reducción de 10

peso, los sistemas de aire de sobrealimentación aumentando su potencia, el poder emplear petróleos residuales con su bajo valor de coste, hacen que los mayores buques del mundo, los enormes , de cien mil toneladas de carga, vayan equipados con motores Diesel (el japonés YAMUZY MARU, propulsado por un motor BURMEISTER WAIN, con 12 cilindros, sobrealimentado, trabajando con el ciclo de dos tiempos, de 25.000 CV. de potencia). Con ello vemos lo muy generalizado que está el empleo del motor, utilizándose ya no sólo para la propulsión de cualquier tipo de buques, sino como máquina auxiliar a bordo, tales como son los grupos electrógenos. Hemos visto como fue el nacimiento del motor Diesel, como se desarrolló e impuso hasta llegar a conseguir la gran preponderancia de que hoy disfruta, haciendo concebir para él, las más halagüeñas esperanzas. Más no obstante es indiscutible, de que con el tiempo, el hombre, en su afán creador, construirá nuevas máquinas que a su vez se impondrán al motor, y así ya hoy, una nueva fuente de energía comienza a emplearse en la propulsión de buques, la energía atómica. En esta ocasión la Construcción Naval, trabaja rápidamente y en el año 1955 efectuaba ya sus pruebas el primer buque dotado de este nuevo sistema de propulsión, el submarino norteamericano Nautilus; en 1962, entraba en servicio el primer buque atómico de superficie, el rompehielos soviético Lenin, y recientemente el primer buque mercante, el norteamericano Savanah, llamado así en honor del primer buque que con el mismo nombre y equipado con máquina de vapor, atravesó el Atlántico. Como final de este capítulo podríamos decir que, probablemente, Rodolphe Diesel no llegase a sospechar la magnitud de sus teorías e inventos, y lo que ello habría de representar en la vida industrial. En un viaje relacionado con sus trabajos y estudios, Diesel embarcó en el puerto de Amberes (Bélgica) el 29 de septiembre de 1913, en el buque Dresden con des- tino a Harwich en Inglaterra, desapareciendo misteriosamente en la noche de aquel mismo día, sin llegar al término de su viaje.

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CAPITULO 2

Combustibles

SABEMOS por la Física que el calor puede transformarse en trabajo y viceversa; estas dos formas de energía van íntimamente ligadas. Pues bien, para conseguir el calor necesario para el funcionamiento de los motores, hemos de introducir en el interior' de sus cilindros una cantidad de aire comprimido, y en el momento convenido hacer Ilegal; hasta él, el agente capaz de producir el foco calorífico que nos produzca el movimiento. Al agente lo llamaremos combustible, y al foco calorífico le daremos el nombre de combustión. Se llama combustible a todo cuerpo capaz de combinarse con el oxígeno con desprendimiento de luz y calor, y al fenómeno químico que se desarrolla al efectuarse esta combinación, la más conocida de las reacciones, se la conoce con el nombre de combustión. Al oxígeno se le designa con el nombre de comburente. O sea que para que se produzca una combustión hacen falta siempre dos elementos, uno de ellos habrá de ser el oxígeno, y el otro, el cuerpo que con él se combine para producir el calor. Otros elementos entran también en la combustión, los llamados inertes que son aquellos que aún interviniendo en ella no toman parte activa pasando a formar las cenizas, hollines y escorias. Se designa con: el nombre de molécula, a la menor cantidad de materia que podemos tener de un cuerpo, conservando sus propiedades. Las moléculas son de tamaño sumamente pequeño, pero a su vez aún pueden subdividirse en otras partes infinitamente más pequeñas llamadas átomos. Según el número de átomos que se precisen para la formación de una molécula, que puede ser de uno, dos, tres, etc., el cuerpo así formado se llamará monoatómico, biatómico, triatómico, etc. Cuando tenemos dos o más cuerpos y los juntamos todos ellos formando uno nuevo, si en este, cada componente sigue teniendo sus propiedades, características, decimos entonces que tenemos una mezcla. En cambio, si al unir los cuerpos, aparece uno nuevo, de propiedades distintas a los que se han unido, decimos que hemos obtenido una combinación. También podríamos definir estas dos palabras diciendo, que mezcla es la unión de dos o 12

más cuerpos por procedimientos físicos, y combinaci6n, cuando esta unión se lleva a cabo por procedimientos químicos. Se conocen con el nombre de hidrocarburos, a las substancias obtenidas con la combinación del carbono con el hidrogeno. Teniendo en cuenta cuanto hemos dicho acerca de mezcla y combinación, el hidrocarburo se nos presenta ahora, como un cuerpo de propiedades distintas completamente de las de los cuerpos que han entrado en su formación. El número de combinaciones que se pueden formar con un número de átomos de carbono con otros de hidrogeno, es ilimitado, por tanto también será ilimitado el número de hidrocarburos que pueden existir, más para nuestros estudios solo tres de ellos nos merecen el especial interés. 1. Hidrocarburos de la serie acíclica sobresaturada, llamados también de la "serie grasa o alifática". Químicamente vienen representados por la formula Cn H2n + 2, en la que C, es el átomo de carbono; H, el de hidrogeno; n el número de átomos de carbono que son necesarios para la formación de la molécula de hidrogeno junto con el 2n + 2, número de átomos de hidrogeno, siendo el metano, de formula CH4, llamado también grisú y gas de los pantanos, el hidrocarburo tipo de esta serie. 2. Hidrocarburos de la serie acíclica, semisaturados llamados también "etilénicos". Su formula Cn H2n., siendo el "etileno" C2 H2N, el tipo de esta serie. 3. Hidrocarburos "serie cíclica o aromática", llamados así por su característico olor, representados por la formula Cn H2n, siendo el benzol. el primero de esta serie C6 H6. Tras estas breves nociones físicas, pasemos a estudiar los combustibles. Para su aplicaci6n al funcionamiento de los motores, solo nos interesan los llamados combustibles líquidos, y de ellos el petróleo con todos sus derivados. El petróleo natural Q "petróleo bruto" es un líquido inflamable, de menor densidad que el agua, de un característico y desagradable olor con un color que puede ser desde el amarillo al negro, que se encuentra en bolsas en el interior de la tierra, estando formado por una mezcla, bastante compleja de hidrocarburos con otros cuerpos, en mucha menor proporción y que generalmente constituyen sus impurezas. Según los componentes que entren en su formación, los petróleos se " clasifican de la siguiente forma: 1. De base parafínica, estando constituidos por hidrocarburos de la serie acíclica Cn H2N + 2, siendo ricos en combustibles para motores, aceites lubrificantes, cera parafínica y una pequeña proporción de azufres y asfaltos. 2. De base asfáltica, que están constituidos por los hidrocarburos saturados cíclicos Cn H2N, son muy viscosos y de color oscuro por su gran cantidad de asfalto; dan buenas gasolinas si bien sus lubrificantes son de peor calidad y dejan, en su destilación, breas y asfaltos. 3. Los de base mixta, o sea la mezcla de los parafínicos con los asfálticos. 13

En cuanto a las diversas teorías que existen para explicamos la formación del petróleo, podemos reducirlas a dos, que se consideran fundamentales: la teoría que le atribuye un origen mineral y la otra, que le supone una formación orgánica, siendo ésta última, la generalmente aceptada en nuestros días. La teoría orgánica atribuye la formación del petróleo, a la descomposición de diversas materias grasas, que por largo tiempo han estado sometidas a grandes presiones y temperaturas. Estas grandes cantidades de grasa provienen al parecer, de restos de peces y animales marinos. En épocas remotas y cuando por la constitución de la tierra eran muy frecuentes las convulsiones geológicas, originando levantamientos y hundimientos de la corteza terrestre, debieron quedar incomunicados trozos de mares que se transformaron en grandes lagos salados. En estos lagos la vida de las especies marinas siguió desarrollándose con la proliferación rápida de aquellos tiempos, a la par que, con la evaporación, el agua iba siendo más densa cada vez, con lo que al transcurso de los siglos, toda la fauna dejó de existir y sus restos siguieron un proceso de putrefacción, quedando tan sólo sus materias grasas de difícil descomposición. Esta sustancia orgánica se fue acumulando en el fondo de estas aguas y, bajo la acción de determinados elementos se fue transformando en una especie de fango, el cual, con la intervención de las sales del agua y al ser cubiertas con los sedimentos del terreno, estuvieron durante largo tiempo sometidas al alto calor y presión de la tierra, dando lugar a la formación de la masa viscosa que son los hidrocarburos, base de los petróleos. Por lo que se refiere a la teoría mineral, ésta atribuye la formación del petróleo, a la acción del agua de los mares sobre grandes cantidades de carburas metálicos existentes en el interior de la tierra, estando también sometidos a las altas presiones Y temperaturas existentes en las capas inferiores de la superficie de la tierra. En cuanto al conocimiento del petróleo se remonta a tiempos lejanos, pues incluso en hechos bíblicos tales como el Arca de Noé o la Torre de Babel, ya se nos habla de él; los antiguos egipcios lo emplearon en medicina; griegos Y romanos en sus guerras, yendo evolucionando sucesivamente sus empleos pero siempre a base de pequeñas cantidades. En el año 1859, en Pensilvania (Estados Unidos), se conseguía abrir el primer pozo importante, haciendo surgir de él unas 3 toneladas diarias. Normalmente, el petróleo se encuentra cerrado en grandes bolsas de la superficie terrestre Y a distintas profundidades, siendo la mayor registrada hasta la fecha de 6.000 metros. Para llegar a estas bolsas se emplean distintos tipos de máquinas, las cuales son como enormes taladros que abriendo agujeros llegan hasta estas cavidades donde está el petróleo, y según se acierte el punto de la bolsa, el petróleo fluirá a la superficie impulsado por las presiones a que está sometido debido a los gases allí existentes, o bien habrá que utilizar un sistema de bombas para su extracción. La distribución geográfica de estas bolsas, o mejor dicho, los países productores de petróleo son: Estados Unidos, Rusia, Arabia Saudí, Irán, Irak y Venezuela, y según cálculos basados en los estudios geológicos, las reservas existentes de petróleo, dan cifras fabulosas de miles 14

de millones de toneladas, siendo la reserva más importante la del Oriente Medio, conocida con el nombre de «Polo del petróleo». Tal y como encontramos el petróleo en la naturaleza es de difícil aplicación para fines industriales, ya que viene acompañado de otras substancias tales como, oxígeno, azufre, nitrógeno, sales minerales, agua, arena..., por lo que hay que refinarlo para poderlo utilizar. Esta operación se lleva a cabo mediante su destilación fraccionada, obteniendo así una serie de productos, cada uno de los cuales presenta unas propiedades características dependientes de la temperatura a que se efectúa dicha destilación. Pueden agruparse estos productos en tres grupos: 1.º, los obtenidos entre la temperatura normal y los 150º; 2.º, los obtenidos entre los 150 y 250º, y 3.º, los que se obtienen entre los 250 y 400º. Si a su vez los productos así obtenidos volvemos a destilarlos haciéndolos pasar por temperaturas intermedias, obtendremos una nueva serie de ellos, más para nosotros bastará agruparles de la siguiente manera: 1. Volátiles (pertenecen al primer grupo anterior), los que fraccionando la temperatura entre normal y 150°, se consiguen el éter, obtenido entre los 30 y 50º; la gasolina,' entre los 50 y los 80°; bencina, entre los 80 y 150 °. 2. Medios (corresponden al segundo grupo anterior). - El petróleo lampante entre los 150 y 250°; gas-oil, entre los 200 y 350º. 3. Pesados (son el tercer grupo anterior). - El Diesel oil, los aceites lubrificantes y las parafinas. De todos estos productos el que mejores ventajas presenta para su aplicación en los motores Diesel es el gas-oil que, como vemos, es un producto intermedio cuya destilación está entre los 200 y los 350º. Pero generalmente para el funcionamiento de los motores se emplea el Diesel-oil, combustible de calidad inferior al anterior de precio más económico. Debido al alto grado de perfeccionamiento que se ha conseguido en la construcción de los sistemas de inyección de combustible en el cilindro, en nuestros días se está empleando con magnífico resultado el llamado fuel-oil. Se designa con este nombre a la sustancia que queda del petróleo bruto tras extraerle los productos más ligeros, comprendiendo fácilmente que si este combustible es de más baja categoría que los gas-oil y Diesel-oil, en cuanto a su refinado se refiere, también será menor su precio de coste, razón por la cual se impone su empleo. Pasemos ahora a 'estudiar las diversas propiedades de los combustibles. Por definición se llama peso específico de un cuerpo, al peso en kilos de un litro de esta sustancia.

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En el caso de los combustibles este dato se obtiene fácilmente, ya que tomando una cantidad de agua (cuyo peso específico se toma por unidad), se pesa; seguidamente se toma un volumen igual del combustible que estamos tratando, y se pesa también. El cociente entre el peso del combustible y el del agua, es su peso específico, que en el caso de los petróleos es siempre menor que la unidad, oscilando normalmente entre 0'820 y 0'900. Poder calorífico es el número de calorías que es capaz de desprender un kilo de combustible, siendo la caloría el calor que hace falta para aumentar la temperatura de un litro de agua en un grado. Se comprende que cuanto mayor poder calorífico tenga un combustible, mejor será su rendimiento. La determinación del poder calorífico se lleva a cabo en los laboratorios debiendo añadir que en el caso del gas-oil, Diesel-oil y fuel-oil éste oscila alrededor de las 10.000 calorías. La viscosidad es la resistencia que todo líquido opone cuando se le hace pasar por un orificio; Este dato merece especial interés por cuanto a los combustibles pesados se refiere, tales como el fuel-oil, ya que para que los sistemas de inyección trabajen satisfactoriamente, al combustible hay que darle la suficiente fluidez para que pueda atravesar todos los conductos de tuberías, bombas e inyectores.

Figura 3 Viscosímetro Engler

Figura 4 Aparato para la medición del punto de inflamación

Como vemos, viscosidad y temperatura van ligadas entre sí, observando que, al aumentar la temperatura, disminuye la viscosidad (aumenta la fluidez), y viceversa, siendo norma general expresar la viscosidad a la temperatura de 20°. Diversos aparatos se emplean para hallar la viscosidad de un combustible, siendo el llamado viscosímetro de Engler, el más conocido. Consiste en un recipiente A (figura 3), que va colocado en el interior de otro mayor B, en el que se coloca agua a fin de poder calentar el primero de forma muy lenta. El recipiente A, tiene en su fondo un orificio con un grifo a través del cual habrá de pasar el combustible, estando además dotado de un termómetro t para 16

saber la temperatura a que se lleve a cabo la prueba. En el recipiente A, se coloca una cantidad del combustible cuya viscosidad estamos tratando de averiguar; entonces mediante la aplicación de un mechero m, se va calentando muy poco a poco el agua del recipiente B, que a su vez irá calentando muy lentamente el combustible colocado en A. Cuando este combustible alcance la temperatura deseada (generalmente los 20°), se retira el mechero y abriendo el grifo g, mediante el reloj, se mide el tiempo que el combustible tarda en pasar por el orificio, recogiéndole en la vasija V. Seguidamente se repite la operación pero llenando ahora el depósito A con agua, igual cantidad de la de combustible. Dividiendo el tiempo que tardó en pasar el combustible por el que ha tardado el agua, nos dará la viscosidad del primero expresada en “grados Engler”. Punto de inflamación es la temperatura a que ha de estar un combustible para que desprenda vapores inflamables que arderán al contacto de una llama, pero sin que la masa líquida entre en combustión; Este dato es importante conocerle con el fin de evitar el peligro que pueda ocasionar el manejo del combustible. Para averiguar el punto de inflamación podemos valemos del aparato representado en la figura 4. Consiste en un recipiente A,' dotado de un termómetro t, y provisto de un orificio o en su parte alta; este recipiente va colocado en el interior de otro mayor B, que se llena de agua para que rodee al primero, de manera que al aplicar un mechero y a medida que vaya calentándose el agua, se calienta A, lentamente. En el citado recipiente A colocaremos el combustible a ensayar que no deberá llenarlo del todo sino dejar, como mínimo, una altura de un centímetro, para los gases. A medida que aumentemos la temperatura del agua irá aumentando la del combustible desprendiendo gases. Sobre el orificio o dirigiremos la llama de un mechero. En el momento en que los gases desprendidos ardan (cual una pequeña explosi6n), habremos alcanzado su "punto de inflamación», cuya temperatura nos la dará el termómetro t. Punto de combustión, es la temperatura que debe alcanzar un combustible para que al acercarle una llama, éste arda de forma continua hasta su consumo total. En el mismo aparato que hemos empleado para averiguar el punto de inflamación podemos hallar el ”punto de combustión”. Acerca del punto de combustión podemos decir también, lo dicho para el punto de inflamación, o sea que es un dato cuyo único valor nos sirve para evitar los peligros que entraña el manejo o almacenamiento del combustible. Se llama punto de encendido, a la temperatura que debe alcanzar un combustible para que pueda arder de forma espontánea. Según la constitución de los combustibles este dato varía notablemente, influyendo también, en gran manera, la presión del aire con el que el combustible ha de efectuar su combusti6n, pudiendo decir que, en el gas-oil, por regla general, alcanza los 200° C cuando el aire está baj o la presión de 30 kilos. Además de todas las propiedades enunciadas anteriormente, todo combustible ha de presentarse exento de impurezas, tales como el azufre, asfaltos, arenas, etc., ya que todas ellas influyen grandemente en la buena marcha del motor, con pérdida de su rendimiento. Con la destilación fraccionada del petróleo y cuando ya se han obtenido todos sus productos ligeros hasta llegar al gas-oil, nos queda entonces una sustancia viscosa, que sometida a un nuevo proceso de destilado entre los 250 Y 400° de temperatura, nos proporciona los aceites minerales tan necesarios para la lubricaci6n de toda máquina. Según que estos aceites se 17

obtengan de menor a mayor temperatura, su fluidez irá de mayor a menor, y así los tendremos en sus distintos grados de viscosidad. El aceite lubrificante es indispensable para el funcionamiento de cualquier clase de máquina, debido a que todas las superficies que están en contacto y sometidas a las presiones y roces del movimiento, por muy bien trabajadas que estén, aun con rectificado y pulido final, siempre presentan , unas rugosidades, imperceptibles al tacto, debidas a la constitución del material. En estas condiciones, al deslizar una pieza sobre la otra rápidamente, éstas se agarran produciendo gran cantidad de calor, consiguiendo que en pocos minutos se produzca un agarrotamiento o fundan los materiales. Manera de evitar el que esto pueda ocurrir es introduciendo entre las dos superficies de contacto una capa de aceite lubrificante, el cual, al rellenar las rugosidades existentes en sus materiales, hace que las piezas se deslicen ahora sobre una superficie suave y además de facilitar su deslizamiento evita la formación del calor. Comprendida la importancia de los aceites diremos una serie de cualidades que deben reunir para poder ser aceptados. 1. Deben ser de constitución homogénea y de difícil descomposición, no debiendo tener cuerpo duro alguno, ya que esto traería consigo la destrucción del material de las superficies de contacto. 2. Estar exentos de cualquier sustancia alcalina o ácida, pues en este caso, deterioran el material corroyéndolo. 3. El aceite no debe emulsionarse (saponificarse), aunque se mezcle y agite con agua.

4. Debe tener un punto de inflamación alto a fin de evitar que por el calor que se desarrolla en los roces de las piezas en movimiento, llegue a inflamarse causando las consiguientes averías. Generalmente la temperatura de inflamabilidad debe ser superior a los 200°. 5. La viscosidad ha de ser lo suficientemente alta para que pueda adherirse a las superficies que lubrique, sin empastarlas ni poder ser despedido. 6. Hay que tener en cuenta su peso específico, ya que el aceite habrá de circular por un sistema de tuberías que forman el circuito del motor. Normalmente oscilará entre 0'87 y 0'90.

Además de los aceites minerales aquí tratados, existen también, otros de origen vegetal y animal que prácticamente carecen de Importancia, en cuanto a su aplicación a los motores se refiere.

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CAPITULO 3

Motores de dos y de cuatro tiempos.

EN un motor Diesel el ciclo teórico de su trabajo está caracterizado porque la combustión de la mezcla combustible se efectúa a «presión constante» y mediante el calor facilitado por la compresión del aire en el interior del cilindro. Según se lleve a cabo la realización de este ciclo en una, vuelta del eje motor, o bien, en dos de ellas, nos sirve a nosotros para hacer una clasificación general de los motores reuniéndoles en dos grupos fundamentales: motores de dos tiempos, los que efectúan un ciclo completo de trabajo en una vuelta del eje, y motores de cuatro tiempos, los que efectúan el ciclo en dos vueltas. Considerando que en una máquina cualquiera, el ciclo de funcionamiento es la serie de operaciones que, repitiéndose de forma continua, nos dan el trabajo total que la máquina, nos facilita, pasemos a estudiar las distintas fases que constituyen estos ciclos. En un motor Diesel, las fases que componen su ciclo de trabajo se resumen de la siguiente manera: 1. Llenar el cilindro con aire atmosférico. 2. Efectuar la compresión de este aire hasta que alcance una temperatura que sea superior ala de combustión del combustible. 3. Inyección del combustible con su proceso de combustión. 4. Expansión de los' gases producidos en la combustión. 5. Evacuación de estos gases a la atmósfera. Todas estas fases se realizan en una vuelta del motor si es de dos tiempos y en dos vueltas cuando es de cuatro tiempos de la manera siguiente:

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Figura 5 Esquema del Motor de dos tiempos 1a. fase. - Supongamos que tenemos el embolo en su punto muerto bajo (extremo inferior de su carrera). En este momento, el aire, impulsado por un sistema cualquiera de ventilador o bomba adecuado a una baja presión, generalmente de hasta 0.5 kilos, se precipita a través de las lumbreras o galerías, al interior del cilindro para llenarlo totalmente al tiempo que con su empuje limpia “barriendo” los residuos de gases que allí pudieran quedar de ciclo anterior. Es necesario que el aire entre en el cilindro con esta pequeña presión para aprovechar el breve espacio de tiempo disponible durante el que las lumbreras están abiertas. A este aire así impulsado se le llama aire de barrido. 2a. fase - El émbolo comienza su movimiento ascendente (figura 6, primer tiempo), con lo cual, cierra por las que hemos introducido el aire Entonces este aire va siendo comprimido al tiempo que su temperatura va aumentando. Cuando el embolo llega muerto alto (extremo superior de su carrera) el aire comprimido ha alcanzado una presión de 40 a 45 kilos, con una temperatura de 700 a 800º.

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Figura 6 Ciclo Diesel de dos tiempos 3a. fase. - Estando el émbolo en este punto, y con el aire a la presión y temperatura indicadas, se efectúa entonces la introducción del combustible finamente pulverizado o inyección (figura 6, segundo tiempo). Al encontrar el combustible esta masa gaseosa caliente, de forma espontánea se produce su combustión con lo que se origina un aumento del volumen de dicha masa; esta expansión de los gases actúa sobre el émbolo al que transmite su impulso con lo que comienza su movimiento descendente. 4a. fase. - Los gases quemados se van expansionando, y el émbolo desciende como hemos dicho, debido a su impulso. A esta fase es la que podríamos llamar "útil", ya que es la única en la cual se realiza el trabajo de mover el motor, mientras que las restantes tan sólo nos sirven para hacemos realizable ésta. 5a. fase. - En su descenso, el émbolo llega a descubrir las lumbreras del cilindro; entonces, los gases expansionados ya, se precipitan al exterior por un número de ellas al tiempo que por las restantes comienza la entrada de aire fresco que nuevamente llenará todo el cilindro y barrerá hacia el escape cuantos gases quemados pudieran quedar. El émbolo llegará a su punto muerto bajo y comenzará la repetición del ciclo explicado. Así, pues, vemos que para completa un ciclo de trabajo el motor ha tenido que dar una vuelta completa, habiendo efectuado el embolo dos carreras, ascenso y descenso.

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Figura 7 Esquema de un motor de cuatro tiempos

Motor de cuatro tiempos (figura 7) 1a. fase. - En este caso supondremos que el embolo lo tenemos situado en el punto muerto superior, observan que la parte alta del cilindro está dotada de las válvulas A, para la admisión o entrada del aire, y E, para la evacuación o escape de los gases quemados. Al descender el émbolo está abierta la válvula A (figura 8) con lo que la succión originada por el vacío del émbolo, precipite hacia el interior del cilindro llenándolo totalmente, hasta que dicho émbolo llega al extremo inferior de su carrera (punto muerto bajo).

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Figura 8 Ciclo Diesel de cuatro tiempos 2a. fase; - En el punto muerto bajo invierte el émbolo su sentido de mar- cha. Se cierra la válvula A. En el movimiento de ascenso va comprimiendo el aire encerrado en el cilindro, aumentando su presión al tiempo que su temperatura, y cuando el émbolo ha llegado a su punto muerto alto, el aire alcanza los 40 kilos de presión, con unos .700° de temperatura. 3a. fase. - Alcanzada esta presión y temperatura, y estando el émbolo en su punto muerto superior, inyectamos el combustible en el cilindro, y en estas condiciones, espontáneamente, entra en combustión formando los gases que han de actuar impulsando al émbolo. 4a. fase. - Estos gases, en su expansión, empujan al émbolo en movimiento descendente. Al igual que en los motores de dos tiempos, esta fase es la que llamamos útil por ser la única que nos produce trabajo. Desciende el émbolo hasta llegar al punto muerto bajo, donde invertirá su movimiento. 5a. fase. - Al comenzar el movimiento ascendente tenemos abierta la válvula E, por la que los gases quemados de la combustión, impulsados por el émbolo son lanzados al exterior. Al alcanzarse el punto muerto alto la válvula E se cerrará, abriéndose la A y comenzando un nuevo ciclo. En esta ocasión, para que el ciclo de trabajo se complete, el motor ha tenido que dar dos vueltas o sea, que el émbolo ha efectuado cuatro carreras, ascenso, descenso, ascenso y descenso.

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Quede con ello comprendido el por qué de la clasificación de los motores en dos y cuatro tiempos. Tal y como hemos expuesto e] funcionamiento de los motores, diremos que los ciclos de trabajo realizados se pueden considerar como «ciclos teóricos», es decir, aquellos que sólo en la teoría pueden existir, ya que para poderles realizar en la práctica, o sea obteniendo «ciclos prácticos», hay que tener en cuenta una serie de circunstancias todas ellas importantes que vamos a detallar. Así tenemos que en el motor de dos tiempos, en el movimiento ascendente del émbolo, comprimimos el aire. Como hemos dicho, habría que inyectar e] combustible, al estar el émbolo en su punto muerto alto, y la combustión se desarrollaba a presión constante de manera uniforme. Pero hay que tener presente que el combustible inyectado, precisa de un tiempo para trasladarse desde el inyector a la cámara de combustión; también ha de calentarse y mezclarse con el aire comprimido, por lo que precisa de otro tiempo. Bien es verdad que la suma de estos tiempos es muy pequeña, pero dada la velocidad con que se mueve el émbolo, resultaría que de inyectarse el combustible cuando aquél se encontrase en su punto muerto, el tiempo que tardaría en entrar en combustión el combustible, sería suficiente para que el émbolo hubiese comenzado su movimiento descendente, con lo cual variaría la presión del aire junto con su temperatura, dando motivo a una combustión irregular y de escaso rendimiento. Manera de evitar este inconveniente es efectuando la inyección del combustible, el tiempo que necesitará para entrar en combustión, antes de que el émbolo llegue a su punto muerto alto, con lo que, al encontrarse en esta posición, se originará una combustión rica, aunque no realizada a presión constante, y aprovecharemos al máximo la expansión de sus gases. Se comprende que este adelanto de la inyección, dependerá en gran manera de lo rápido que sea el motor, ya que cuanto más revolucionado sea, a mayor distancia el émbolo de su punto muerto habrá que comenzar a inyectar, pues a igualdad de tiempo será mayor el ángulo girado por el cigüeñal para que la combustión tenga lugar en el momento oportuno. Tras el proceso de combustión se expansionan los gases hasta llegar a descubrir las lumbreras de escape, pero estos gases no se precipitan al exterior de forma instantánea tal como supusimos en teoría, sino que precisan de un cierto tiempo para ir saliendo. Además, el aire de barrido al entrar en el cilindro, tropieza con los gases quemados que dificultan su entrada necesitando de otro tiempo para entrar, lo que difiere también de lo supuesto teóricamente.

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Figura 9 Ciclo teórico

Figura 10 Ciclo practico

En los motores que efectúan su admisión y escape mediante lumbreras eliminamos este inconveniente haciendo que las lumbreras por las que salen los gases, sean de forma o tamaño distinto de las destinadas a la entrada del aire de barrido, con lo que al tiempo que se adelanta la salida del escape consiguiendo su caída de presión, se logra que el nuevo aire entre en el cilindro con mayor facilidad. Por otra parte, las fases de compresión del aire y de la expansión de los gases de la combustión, que en teoría los hemos efectuado por vía adiabática (sin cambio alguno de calor con el exterior), no nos es posible obtenerlas en la práctica, ya que debido al calentamiento de los cilindros del motor nos vemos obligados a refrigerarlos para evitar el agarrotamiento. Este robo de calor modifica el comportamiento del aire y de los gases, no siguiendo las leyes físicas debidas, causa ésta que influye en la variación del ciclo teórico. En las figuras 9 y 10 se comprende cuanto acabamos de explicar, acerca de los ciclos teórico y práctico. En estas figuras, las circunferencias O y O' representan, cada una de ellas,' una vuelta completa del eje cigüeñal, siendo sus diámetros AF y A'E el recorrido del émbolo. Sobre el sistema de ejes de Presión y Volumen vamos a llevar a los distintos valores por los que pasa el aire en el interior del cilindro, y así tenemos en el «Ciclo Teórico» (figura 9), que al estar el émbolo en su punto muerto ,bajo, F, la presión y el volumen del aire corresponden al punto f. Gira el cigüeñal el arco FE, ascendiendo el émbolo, recorrido F4, cerrando las lumbreras del escape y admisión al llegar a E, punto e de presión y volumen cerradas las lumbreras, el giro del arco EA por el cigüeñal hasta llega al punto muerto alto lo emplea el embolo en su recorrido 4-2-A. comprimiendo el aire, línea e En este momento es cuando se inyecta el combustible y efectúa su combustión, giro del cigüeñal A-B, recorrido del émbolo A-2, presión-volumen a-b. Comienza aquí la expansión de los gases describiendo el cigüeñal el arco B-C, recorrido del émbolo 2-4, presión-volumen h c. Al llegar el cigüeñal a C, el 25

émbolo en 4, descubre las lumbreras del escape y admisión cayendo la presión de c a e al escapar los gases quemados al exterior continuando el cigüeñal hasta llegar a F, punto muerto inferior con el recorrido 4-F del émbolo, y e f el valor de la presión y el volumen, por lo que se ha completado el ciclo teórico. A partir de este punto comienza la repetición de las fases sucesivamente. En el ciclo práctico (figura 10), tal como hemos dicho anteriormente, ha habido necesidad de adelantar el momento de introducir el combustible en el cilindro y modificar la apertura y cierre de las lumbreras de admisión y escape. Tenemos pues, el cigüeñal y émbolo en punto muerto bajo E'; lumbreras de admisión y escape abiertas, siendo e' la presión y el volumen. Gira el cigüeñal el arco E'-F', recorrido del émbolo E'-5', presión-volumen f'; se cierran las lumbreras de admisión con lo que comienza a aumentar suavemente la compresión f -g' durante el recorrido 5'-4' del émbolo, con el giro F'.G' del cigüeñal. Al llegar a G', se cierran las lumbreras del escape, el aire queda ya encerrado y aumenta su compresión g' -h'; el cigüeñal pasa a H' y el émbolo recorre 4'-3'-2'. En este momento, cuando aún no se ha alcanzado el punto muerto superior, se inyecta el combustible efectuándose su combustión, observándose que la representación gráfica de los valores de presión y volumen h'-h'-a'; es diferente de la obtenida en el ciclo teórico (a-h); durante la combustión el cigüeñal ha girado H'-A'-B', y el émbolo ha recorrido 2'-A'-2'-3', llegando al punto muerto e invirtiendo el movimiento. Sigue ahora la expansión de los gases hasta alcanzar el cigüeñal el punto C'; el émbolo pasa de 3' a 4' la línea de presión-volumen es' b'-c'. En C', punto 4' del émbolo, se abren las lumbreras del escape y los gases salen al exterior (c' –a’), y cuando el émbolo llega a 5' se abren las lumbreras de admisión, punto D' del cigüeñal, con lo que comienza la entrada del nuevo aire. Por cuanto hemos dicho en el calentamiento y refrigeración de los cilindros, también la representación gráfica de la compresión y de la expansión es distinta de la del ciclo teórico, siendo prácticamente de inferior valor. Se llega al punto muerto inferior E', cigüeñal y émbolo, dándonos los gases la línea d’-e’, con lo que de nuevo comienza la repetición del ciclo. En cuanto al motor de cuatro tiempos también nos presenta idénticos inconvenientes, por lo que lo dicho acerca de la inyección del combustible y su combustión para un motor de dos tiempos, es aplicable a aquellos, así como la forma de evitar dichos inconvenientes. El comportamiento del gas en el interior del cilindro es distinto del de un motor de dos tiempos, ya que distintas son sus fases de funcionamiento, pero sus dificultades son las mismas. Así tenemos que al estar el émbolo en su punto muerto superior y comenzar el movimiento descendente, tenemos abierta la válvula de admisión, hasta alcanzar el punto muerto inferior en que se cierra. Los movimientos de la válvula no son instantáneos y además, el aire atmosférico, al entrar en el cilindro, sufre una estrangulación a su paso por la válvula, con lo que al final del período de admisión, en el interior del cilindro, no existe la cantidad de aire necesaria, y, si el aire admitido es poco, la compresión no alcanza tampoco los límites debidos motivando que la combustión se origine en muy malas condiciones. Lo mismo ocurre en el período de escape, pues su válvula precisa de un tiempo para moverse; los gases al evacuar encuentran resistencia para atravesar la válvula, de manera que al terminar esta fase, en el interior del cilindro quedan gran cantidad de gases quemados que dificultan la entrada del nuevo aire, y además, al mezclarse con él, son causa de que la siguiente combustión se efectúe en condiciones poco propicias.

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A fin de evitar estos estrangulamientos en la admisión y el escape, a sus válvulas respectivas se les dan las máximas dimensiones posibles. El momento de apertura de la válvula de admisión, lo adelantaremos de forma que, al llegar el émbolo a su punto muerto superior, aquélla se encuentre completamente abierta y haya comenzado ya a entrar el aire. El cierre lo retrasaremos para después de que el émbolo haya rebasado el punto muerto inferior; de esta manera, aun cuando el émbolo haya comenzado el movimiento ascendente, el aire, por la fuerza de inercia adquirida, seguirá entrando en el cilindro hasta que esta fuerza de entrada se anule ron la presión interior del cilindro, que será el momento en que cerrará la válvula. La válvula de escape, la abriremos antes de que el émbolo llegue al punto muerto inferior, para que al comenzar el movimiento ascendente los gases estén ya saliendo y no presenten resistencia a este movimiento de ascenso. Con objeto de dar más tiempo para la salida de los gases, efectuaremos el cierre cuando el émbolo rebase el punto muerto superior. Observamos con lo dicho, que existe un momento del ciclo en que las válvulas de admisión y escape están las dos abiertas, intentándose con ello, que parte del nuevo aire que ingresa en el cilindro pueda pasar al escape efectuando así una limpieza arrastrando los gases quemados y dejando para la siguiente combustión un aire más puro. Representando mediante gráficos (figuras 11 y 12), al igual que en el motor de dos tiempos, los movimientos del cigüeñal, carrera del émbolo, y los valores presión-volumen en el interior del cilindro tendremos lo siguiente.

Figura 11 Ciclo teórico de cuatro tiempos 27

Ciclo teórico (figura 11). - Cigüeñal y émbolo en A, punto muerto superior; presión-volumen en 1; abierta la válvula de admisión. - Al describir el cigüeñal el arco A-C-B, el émbolo recorre su camino descendente A-O-B (fase de admisión), el aire entra a través de la válvula, en la que teóricamente no sufre estrangulación, y nos da la línea 1-2, que se confunde con la línea atmosférica. A partir de B (punto muerto inferior), el cigüeñal gira el arco B-A; habiéndose cerrado la válvula en B, de ad- misión, el émbolo, en su carrera ascendente B-O-A, comprime el aire en el interior del cilindro, fase de compresión, representada por: la línea 2-3. De nuevo cigüeñal y émbolo en A (punto muerto superior), se inyecta el combustible y origina su combustión, describiendo el cigüeñal el arco A-C; el émbolo desciende A-c, siendo la línea 34, el valor de la presión durante esta fase. Desde C hasta B, el giro se efectúa por la expansión de los gases, recorriendo el émbolo c-O-B, en movimiento descendente y estando representada por la línea 4-5 el valor de la presión durante esta fase. Otra vez en el punto muerto inferior; se abre la válvula de escape y cae la presión de los gases, 5-2; el cigüeñal gira el arco B-A, recorriendo el émbolo B-O-A y expulsando los gases quemados, que como en su salida no encuentran resistencia alguna describen la línea 2-1, que vuelve a confundirse con la línea atmosférica. Al llegar al punto muerto superior se inicia la repetición del ciclo.

Figura 12 Ciclo practico de cuatro tiempos Ciclo práctico (figura 12). - Antes de llegar al punto muerto superior (cigüeñal en G y émbolo en g) se abre la válvula de admisión (punto 1) para comenzar la entrada del aire al cilindro. En el punto muerto superior A, empieza el movimiento descenderte del émbolo, y la succión 28

que produce el descenso, admite el aire cuya presión, debido a las inevitables estrangulaciones que sufre, en válvula y conductos, caerá algo por debajo de la línea atmosférica, describiéndonos la 2-3; cigüeñal y émbolo, tras un giro de 180°, llegan al punto muerto inferior A' y lo rebasan pasando al movimiento ascendente comenzando entonces la compresión del aire que nos describe la línea 3-4. Como vemos, el punto 3, momento que comienza la compresión del aire, está situado debajo de la línea atmosférica. Ya en ascenso, estando el cigüeñal en B y el émbolo en b se cierra la válvula de admisión (punto 4). En su giro, el cigüeñal llega a C antes del punto muerto superior recorriendo el émbolo desde b hasta c, comprimiendo el aire según la línea 4-5. Se efectúa en este instante la inyección del combustible seguida de su combustión con un giro del cigüeñal C-A-F-D y recorrido del émbolo c-A-c-g-f-d, siendo 5-6-7 el valor de la presión durante esta fase. Estamos ya en movimiento descendente durante el cual, los gases quemados se expansionan, siendo esta carrera de descenso en la que tenemos la combustión y expansión, la única carrera útil, en la que el motor nos produce trabajo, ya que como en el motor de dos tiempos, las carreras restantes son preparatorias para la realización de ésta. En expansión, el cigüeñal gira el arco D-E, el émbolo recorre d-e, describiéndonos los gases la línea 8-9. Se abre ahora la válvula de escape dando comienzo el período de evacuación cayendo la presión de los gases rápidamente según la línea 8-9. Se alcanza y rebasa el punto muerto inferior ascendiendo nuevamente, girando el cigüeñal durante la evacuación E-A'-B-G-C-H-A-F (rebasado el punto muerto superior), el recorrido del émbolo e-A'-A-f, mientras que los gases, impulsados por el émbolo, nos describirán la línea 9-1-2-10, que irá ligeramente P9r encima de la línea atmosférica en casi todo su trazado. Se observa ahora lo dicho anteriormente, de que al final del período de evacuación, y al principio de la admisión, teníamos abiertas las dos válvulas al mismo tiempo por las razones explicadas. Y a partir de este momento, se repite el ciclo de trabajo. Estas variaciones en los momentos de apertura y cierre de las válvulas, son los llamados «avances», sobre los cuales insistiremos nuevamente al hablar de la distribución del motor. La forma de representar los distintos valores del volumen y presión a que se ve sometido el aire en el interior del cilindro, son los diagramas del motor, y fácilmente se comprenderá su importancia al decir que con su observación sabemos, no sólo el trabajo que el motor nos está suministrando, sino las anomalías que en su funcionamiento puedan existir y poder así evitarlas. Por todo lo explicado, tanto para los motores de dos tiempos como para los de cuatro, puede verse que los diagramas que en la práctica se nos presentan, son bastante diferentes de los que obteníamos en teoría. El diagrama práctico de un motor obtenido mediante el aparato indicador f es bastante menor que el diagrama teórico, y la comparación de ambos es lo que se conoce con el nombre de rendimiento del diagrama, valor éste bastante difícil de conocer dependiente de las circunstancias de cada máquina, obteniéndolo por comparación entre un número de diagramas teóricos y reales. Podríamos decir que, generalmente, le asignamos un valor de un 75 %.

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Figura 13 Aparato indicador de diagramas La obtención de los diagramas se lleva a cabo mediante el «aparato indicador», del cual damos una idea en la figura 13. Consiste en un pequeño émbolo A que se desliza muy ajustado en el cilindro B. El émbolo va dotado del vástago V, que presenta una hendidura sobre la que actúa un resorte R, oponiéndose al movimiento del émbolo, apoyando el otro extremo del resorte en la parte fija del aparato. Sobre el brazo D, tenemos el tambor E, que por el eje F, va fijo con la roldana G, que le comunica un movimiento rotativo alternativo. Este movimiento se consigue conectando la roldana mediante un cordón a una pieza móvil del motor ya dispuesta para el caso, y generalmente situada sobre los ejes de levas; con el fin de que el tambor recupere siempre su posición, lleva en el interior un resorte de recuperación que actúa al variar el tiro del cordón que le da movimiento. Un sistema de palancas a-b-d, que se mueve accionado por el " émbolo A, lleva en c un estilete o punta de marcar que se desliza sobre la superficie del tambor. En unas pletinas que lleva el tambor se coloca el papel en el que se va a trazar el diagrama, donde apoyará el estilete c. Mediante la tuerca C, el indicador se afirma a un grifo ya preparado de que están dotados los cilindros del motor, y que están en comunicación con la cámara de combustión. Afirmando el indicador se conecta el cordón de la polea G a la pieza móvil destinada, y abriendo el grifo del motor, ponemos en comunicación el indicador con el cilindro, y el aparato entrará en funcionamiento con los movimientos combinados del émbolo y tambor; entonces apretando suavemente la punta de marcar, nos trazará sobre el papel el diagrama indicado. Efectuar esta operación requiere bastante práctica, ya que hay que hacerla rápidamente sin que el estilete pase dos veces sobre la misma línea a fin de que los contornos salgan claros por completo. Trazado el diagrama, se cierra el grifo de comunicación con la cámara de combustión, se desconecta el cordón de accionamiento, y se desmonta el aparato. 30

Como el indicador puede aplicarse a motores que trabajen a distintas presiones cada uno, va dotado de una serie de resortes R, en los que está grabada su presión de trabajo, debiendo elegirse el más indicado en cada caso. Obtenido el diagrama, con su simple observación, la experiencia nos indica las irregularidades que pueden existir en el funcionamiento del motor. Más para llegar a conocer la potencia que el motor nos está desarrollando, hay que hacer el cálculo del diagrama y una serie de operaciones. Se ha visto, que las líneas que formaban el diagrama representaban los distintos valores de la presión por los que pasaba el aire en el interior del cilindro durante la realización de un ciclo, y que la fuerza expansiva de los gases de la combustión era la que actuaba sobre la cabeza del émbolo comunicándole su impulso. Esta fuerza no es constante, variando notablemente de un punto a otro. Nosotros, para llevar a cabo el cálculo del diagrama necesitamos dar a esta fuerza un valor que no nos varíe, o sea, un promedio de los valores de la presión que se está ejerciendo sobre el I émbolo, para considerarla así, una fuerza constante y con ella, llegar a hallar la potencia indicada o del diagrama, que nos está desarrollando el motor. Este dato que vamos a buscar recibe el nombre de presión media y también ordenada media. Además de esta presión media, encontramos también en el diagrama, la llamada presión de compresión, que es aquella que llegan a alcanzar los gases al final del período de compresión, o sea, la presión que existe en el cilindro en el instante en que va a inyectarse el combustible, la presión máxima o presion de combustión, que es el valor máximo que se alcanza, correspondiendo a la fase de combustión del combustible. Podemos decir, a título de información, que los valores que normalmente suelen alcanzar estas presiones suelen ser, presión media, de 5 a 7 kilos; presión de compresión, unos 40 kilos; y la presión máxima, de 50 a 60 kilos.

Figura 14 Método practico de división del diagrama. Vamos a explicar dos maneras con las que se puede llegar a conocer el valer de la presión media, siendo éstas, la de subdividir el diagrama en una serie de figuras, o medio práctico, o mediante el empleo del planímetro. 31

En el primer caso, se divide la longitud total del diagrama A (figura 14) en un número de partes iguales, 1, 2, 3... 10 (generalmente 10), aunque cuanto mayor sea este número, más exacto será el resultado. Por cada una de estas divisiones trazamos las perpendiculares A, B, C,...K, con lo que la figura diagrama, nos quedará dividida en una serie de ellas que prácticamente pueden considerarse como paralelogramos, en los que sus lados menores, son por completo irregulares, lo que nos representará un pequeño error de aquí la razón, de que cuanto mayor sea el número de divisiones del diagrama, menor será el error final de la operación. Se trata ahora de hallar el área de todos estos paralelogramos (entendemos por tales, las figuras comprendidas dentro de los trazos del diagrama), cuya suma representará el área del diagrama. Para ello, por el punto medio de cada una de las divisiones efectuadas, se trazará una nueva perpendicular, a, b, c, .. .f, que será la base media de cada paralelogramo, en la que Y será su altura. Así tendremos: Área total = S = (Y X a) + (Y X b) + (Y X c) +………….. + (Y x f), que equivale a S = Y (a + b + c + …………….+ f) Conocida esta área total, la dividimos por la longitud del diagrama 0-10, con lo que nos dará la altura media de la figura, o sea, su ordenada media que era lo que queríamos averiguar, y que será la presión media constante que estará actuando sobre el .émbolo durante su carrera útil. Habrá que tener en cuenta, al llegar a la ordenada media, el resorte R que empleamos en el indicador al obtener el diagrama pues, como dijimos, había una serie de ellos para los distintos valores de presión. Si el resorte empleado era 1 kilo = 1 milímetro, la presión media nos vendrá representada, en kilos por centímetro, Caso de ser este resorte de otra, relación, nos basta una sencilla regla de tres, para hacer su reducción, aunque hay que reseñar, que cada resorte va dotado de una reglilla, con la que efectuamos la medida de las ordenadas, dándonos directamente el valor kilos/centímetro.

Figura 15 Planímetro 32

En cuanto al planímetro diremos que es un aparato que nos da el área del diagrama. Está formado el planímetro por dos brazos (figura 15), uno móvil A-B, y otro fijo A-C. El extremo del brazo fijo se afirma en C, por un pequeño peso con una, aguja. Sobre el brazo móvil tenemos el manguito H que se puede deslizar a voluntad. En este manguito está la articulación de los brazos A, y un tambor D, con su contorno dividido en cien partes y un nonio en el que se miden las décimas de estas partes. Mediante un husillo, el tambor D está conectado con el disco graduado L, de forma que si hacemos girar el tambor se mueve el disco, dando el disco una vuelta por cada diez del tambor. Al hacer funcionar el aparato, el tambor D se desliza sobre el papel. En el brazo móvil, en B, hay un estilete con el que se recorren las líneas del diagrama. Para operar con el aparato, se toma lectura del tambor y del disco, y teniendo la aguja C fija, se hace recorrer al estilete B toda la figura del diagrama, girando siempre a la derecha hasta volver al punto inicial. Se toma entonces nota de la numeración existente y la diferencia entre ésta y la tomada al comenzar la operación, multiplicada por un número constante que se indica en el aparato, nos dará el área del diagrama. Dividiendo esta área por la longitud del mismo diagrama obtendremos el valor de la ordenada media. Normalmente, los planímetros destinados al cálculo de diagramas llevan también dos puntas M-N, situadas en el brazo móvil, y que pueden desplazarse. Antes de operar con el aparato, se colocan estas puntas de forma que la distancia entre ellas sea exactamente la longitud del diagrama. Se toman las lecturas de la numeración, y su diferencia multiplicada por la constante del aparato nos dará directamente el valor de la ordenada media. También en el caso del planímetro debemos observar lo dicho acerca del resorte empleado en el indicador al obtener el diagrama, ya que éste es de 1 kilo = 1 milímetro, la presión ya nos viene expresada en kilos/centímetro, y de ser de otra relación habrá que hacer la reducción correspondiente. Debido a la facilidad de manejo del planímetro, así como a la exactitud con que nos facilita el valor de la ordenada media, es el sistema que generalmente se emplea para realizar esta operación, y tan sólo cuando se carece de este aparato se recurre al método práctico de dividir el diagrama mediante el trazado de las perpendiculares, operación ésta mucho más engorrosa y con mayores errores en el resultado final. Obtenido el valor de la ordenada media, pasemos a calcular la potencia del motor. Esta potencia es igual al producto del empuje total en kilos con que el gas empuja al émbolo por su velocidad en metros/segundo. Llamando N a la potencia, P a la presión total del gas, y V a la velocidad del émbolo, tendremos: N=PxV D2 el área del embolo de 4 diámetro D sobre la que está actuando esta presión media la presión total P ejercida sobre el

Siendo p la presión media indicada obtenida del diagrama y

émbolo será p x

D2 4

kilos/centímetro cuadrado

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Si la carrera del émbolo es H y el motor da n revoluciones por minuto su velocidad será: V = 2H x n metros/segundo: 60 D2 x 2 H x n , potencia expresada en en kilográmetros, 4 60 y para transformarla en caballos de vapor habrá que dividir por 75, o sea, Así pues, N = P x V = p x

N=px

D2 4

x 2 H x n x 1 caballos 60 75

Al explicar los ciclos de los motores vimos que, tanto en los de dos tiempos como en los de cuatro, el trabaja útil desarrollado correspondía a una sola carrera de descenso del émbolo, siendo ésta la de las fases inyección-combustión y expansión de los gases. En los motores de dos tiempos esto ocurría en cada vuelta del motor, mientras que en los de cuatro tiempos, a cada dos vueltas, detalle éste que ahora, al calcular la potencia, hay que tener en cuenta, y así tenemos, en el de dos tiempos: N=px

D2 4

x 2H x

n 60

x

1 2 x 75

D2 x Hn x 1 caballos 4 60 75

=

p

p

D2 x Hn x 4 60

Y en el de cuatro tiempos N=px

D2 x 2 H x 4

n x 1 60 4 x 75

1 2 x 75

caballos.

Si consideramos que el motor tiene un número de cilindros, X habrá que multiplicar la potencia así obtenida por X, para tener la potencia total del motor, aunque prácticamente, con el diagrama de cada cilindro, se halla su potencia correspondiente, y la suma de todos ellos, será la potencia que vaya desarrollando el motor. Hasta aquí hemos estado hablando acerca de motores en los cuales la fase útil de trabajo se desarrolla solamente por la cara superior del émbolo. Este tipo de motores, y que en general es el utilizado en la práctica, se les conoce por motores de simple efecto. Mas si esta fase útil de trabajo, se desarrollase por las dos caras del émbolo, como al hablar de las diversas formas constructivas veremos que puede realizarse, entonces, el trabajo desarrollado por el motor sería el doble (en la realidad algo menor), dato éste, que habrá que tener presente al calcular la potencia de un motor de esta clase, conocidos por motores de doble efecto. La potencia que acabamos de estudiar deduciéndola del diagrama, es la medida del trabajo que los gases han desarrollado realmente en el interior del cilindro, conociéndola por el nombre de potencia indicada.

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Mas si sobre el eje del motor instalamos un aparato cualquiera, por ejemplo un freno, que sea capaz de medir la potencia que el motor está desarrollando en este eje veremos, que el valor de esta última es menor que la que obteníamos mediante el diagrama. Esta, podríamos llamar perdida, tiene su explicación y es que parte de la potencia que el motor desarrolla, la absorbe el mismo en su funcionamiento para mover, ejes de camones, válvulas de admisión y escape, bombas de combustible, bombas de barrido, y toda una serie de accesorios que precisa para su marcha. Además tenemos también pérdidas por los rozamientos en los cojinetes, aros del émbolo y articulaciones en general. He aquí por que la potencia medida en el eje, es menor que la que obteníamos a partir del diagrama. Esta potencia que nos desarrolla el motor, que es el trabajo real, recibe el nombre. de potencia efectiva. A la relación existente entre la potencia efectiva y la potencia indicada la designamos por rendimiento mecánico del motor, cuyo valor suele oscilar de 0'80 a 0'90.

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CAPITULO 4

Formas constructivas

DENTRO de la clasificación general que hemos hecho de los motores, según que éstos realicen su ciclo de trabajo en una o dos vueltas (motores de dos y cuatro tiempos), existen gran variedad de tipos y modelos, en los cuales cada constructor intenta por procedimientos diversos, obtener un mejor entendimiento. En la práctica pueden aplicarse indistintamente el motor de dos o cuatro tiempos para todos los fines, aunque hoy día se ha impuesto el motor de dos tiempos en las grandes potencias, generalmente para la propulsión de buques siendo, en este caso, motores de bajo número de revoluciones y de gran carrera del émbolo, circunstancias que favorecen el funcionamiento de la hélice, ya que ella, cuanto más despacio gire, más alto es su rendimiento. Para pequeñas y medianas potencias se emplea en marina el motor de cuatro tiempos, normalmente destinado al movimiento de los aparatos auxiliares, tales como grupos electrógenos, compresores, bombas, etc., siendo en estas ocasiones más revolucionados, lo que se adapta a las necesidades de marcha de esta clase de aparatos. No podemos decir qué motor es mejor para un determinado cometido, si el de dos o el de cuatro tiempos, pues ambos presentan sus ventajas e inconvenientes, haciéndonos difícil la elección. Por ejemplo tenemos en los de cuatro tiempos, que para su funcionamiento precisan mover una serie de válvulas de aspiración y escape, que son accionadas por ejes de camones con su correspondiente transmisión del movimiento, lo que lleva consigo el absorber parte de la potencia del motor, representando una pérdida de rendimiento. En los de dos tiempos, normalmente no llevan estas válvulas y ejes, pero en cambio tienen que estar equipados con los sopladores o bombas del barrido, aparatos que son muy voluminosos y que, al tener que 36

ser arrastrados por el propio motor, absorben también parte de su potencia con la consiguiente pérdida del rendimiento.

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En los motores de cuatro tiempos se dispone de una carrera completa para cada una de las fases de aspiración y escape. El aire que comprimimos en el cilindro, por lo tanto, dispone de un mayor tiempo de entrada y también para la expulsión de los gases quemados y es siempre más puro, de forma que la combustión del combustible se realiza en óptimas condiciones. En los de dos tiempos, como sólo se puede disponer de una fracción de carrera para que ambas fases de aspiración y escape se realicen, el aire comprimido no alcanza la pureza del caso anterior, ya que dentro del cilindro quedan siempre una cantidad de gases residuales del ciclo anterior; con ello la combustión no puede ser tan perfecta como en los motores de cuatro tiempos, lo que representa una pérdida de rendimiento. En la práctica, este inconveniente es eliminado con los modernos sistemas de barrido existentes, como veremos más adelante, pudiendo anticipar, que es precisamente un motor que desarrolla el ciclo de dos tiempos, el de más alto rendimiento que se conoce en la actualidad. En la figura 16 puede ver el lector un motor Diesel marino de dos tiempos que desarrolla 12.600 CV a 110 rpm. Por otra parte, la primitiva idea de que el motor de dos tiempos debía desarrollar doble potencia, ya que producen trabajo todos los movimientos descendentes del émbolo, que otro motor idéntico trabajando a cuatro tiempos, que sólo nos facilita trabajo cada dos carreras de descenso, dista mucho de la realidad, ya que su ciclo de trabajo no llega a alcanzar en la práctica estos valores por diversas razones. Podríamos ir enumerando una serie de circunstancias en favor o en contra de los motores de ambas clases, mas para este estudio bástenos, como hemos dicho, el saber que tanto unos como otros, pueden aplicarse a todas las instalaciones con magnífico resultado. En los párrafos anteriores hablábamos de motores de bajo número de revoluciones para grandes potencias y altos para los de medianas o pequeñas potencias. Entendemos por velocidad de giro, el número de revoluciones que da el motor por minuto. Este dato es muy importante para la buena marcha del motor pues en él se tienen en cuenta las fuerzas de inercia que se desarrollan durante el funcionamiento del mismo, que están sujetas a una serie de cambios bruscos de su dirección, cambios éstos que van repitiéndose a cada vuelta. Comprenderemos esto observando que cuando el émbolo efectúa su movimiento ascendente, en su impulso, es lanzado hacia arriba y al llegar al punto muerto superior, cuando invierte su movimiento, todas las fuerzas de que estaba animado desaparecen, debiendo ser absorbidas por los cojinetes de bancada, cigüeñal o cruceta, en sus tapetas o partes altas. A continuación, en el proceso de combustión, la fuerza expansiva de los gases actúa sobre el émbolo y las fuerzas que se desarrollan ahora son opuestas a las anteriores, actuando al igual que aquéllas sobre los cojinetes pero en esta ocasión, sobre sus mitades inferiores. Estos cambios bruscos y alternativos de las fuerzas repercuten directamente en los materiales de los cojinetes que se ven sí sometidos a, un esfuerzo Irregular, debiendo ser de muy buena calidad y estar dotados además de un buen sistema de lubricación para soportar esta, clase de trabajo. Se comprende que la creación de estas fuerzas de inercia va íntimamente ligada con el número de revoluciones. Otras razones influyen en el número de revoluciones. Así, cuanto más lento sea el motor, al ser menores las fuerzas de inercia que se crean, mejor funcionamiento mecánico obtendríamos del motor, pero esta idea de una marcha lenta, está en contraposición de lo 38

que nos enseña la Termodinámica, ya que nos indica que, cuanto mayor sea la rapidez con que se realicen los ciclos de trabajo, más alto será el rendimiento termodinámico del motor, pues el calor no tendrá tiempo suficiente de propagarse al exterior, y será todo él absorbido en el más perfecto desarrollo del ciclo. Con lo explicado fácilmente se ve que el número de revoluciones depende de varios factores, no olvidemos tampoco lo reseñado acerca del movimiento de la hélice, dato más importante de un motor destinado a la propulsión de un buque), y que deben tenerse presentes, en cada caso particular. Como cada día, aparecen nuevos materiales, que a la vez que van siendo más ligeros son también de mayor resistencia, esto trae consigo que los inconvenientes de las fuerzas de inercia vayan siendo eliminados. Ello parece indicar cierta tendencia a iniciar la construcción de motores rápidos o sea, de alto número de revoluciones, ya que con poco peso del motor se van consiguiendo potencias más elevadas, razón comercial muy importante. Como las revoluciones del motor serán las veces que el émbolo suba y baje en el mismo tiempo, diremos que dicho émbolo, estará animado de una velocidad lineal que será la longitud total de sus dos carreras, las veces que las recorra. Como dato general añadiremos, que esta velocidad lineal viene a ser de 6 a 8 metros por segundo, normalmente. Otros datos importantes del motor, son su carrera y diámetro. Al hacer el cálculo de la potencia vimos que dependía directamente de estos datos. Es tendencia general en los motores Diesel marinos dar una gran carrera al émbolo reduciendo su diámetro, ya que con ello las presiones que se ejercen sobre dicho émbolo y que él transmite a su vez a crucetas, cojinetes y cigüeñales, tienen un valor unitario más reducido, con lo que al tiempo que se protegen todas estas piezas, se mejora el rendimiento mecánico. Podemos decir como norma general, que la relación existente entre las dos medidas de carrera y diámetro C D

, viene a oscilar normalmente entre 2 y 3.

Al estudiar el cálculo de un diagrama vimos que el valor de la presión media dependía del área del mismo, y que cuanto mayor fuese esta área, mayor sería el valor de dicha presión, dato éste también muy importante. El área o superficie del diagrama, está ligada a la cantidad de aire existente en el cilindro, o sea al volumen de su embolada y a la cantidad de combustible inyectado con su proceso de combustión, y su rendimiento será tanto mayor, cuanto más perfecta sea esta combustión, es decir, cuando todo el combustible sea quemado y no produzca gases en el escape. Son valores corrientes de la presión media los comprendidos entre los 7 y 10 kilos. Observando cuanto llevamos dicho acerca de la velocidad de giro, carrera, diámetro y presión media, comprenderemos que son ellos un problema que, de manera general, afecta por igual a cualquier tipo de motor. Así tenemos que para unas medidas de cilindro, aproximadamente iguales, las revoluciones vienen a ser las mismas para todos los motores; para una determinada potencia, todos los constructores suelen dar idénticas medidas de carrera y diámetro; y en cuanto a la presión media, su valor viene a oscilar siempre sobre los mismos valores. 39

Hasta el momento hemos estado hablando de motores en los cuales el combustible se inyectaba en la cámara de aire formada, entre la tapa del cilindro y la parte superior del émbolo. Esta cámara, o sea, el espacio comprendido entre la tapa del cilindro y el émbolo cuando se encuentra en su punto muerto superior, recibe el nombre de espacio muerto y también espacio neutro. Los gases, al actuar sobre el émbolo, lo impulsan en su movimiento descendente, y de esta manera, el motor sólo produce trabajo cada carrera de descenso. Estos motores en los que sólo se utiliza la parte superior del émbolo junto con la tapa del cilindro para la inyección y combustión del combustible, o sea para desarrollar trabajo, reciben el nombre de motores de simple efecto. Pero ha habido constructores que han querido conseguir que el mismo motor nos facilite trabajo también en la carrera de ascenso. Para ello, la parte baja del cilindro ha sido cerrada con otra tapa, de parecidas características a la tapa superior. De esta forma el émbolo, al descender, origina en su punto muerto inferior una nueva cámara de aire, en la que éste, al ser comprimido, alcanza los valores debidos de presión y temperatura; se le inyecta combustible originándose su combustión, y entonces los gases creados, impulsan ahora el émbolo por su cara inferior o sea, en movimiento ascendente, ocurriendo que en la parte baja, estamos desarrollando otro ciclo de trabajo, y así tenemos, que el motor nos facilita energía, tanto en los movimientos de descenso como de ascenso.

Figura 17 Esquema del funcionamiento de un motor de doble efecto y de cuatro tiempos

Esta clase de motores que nos producen doble trabajo son los llamados motores de doble efecto, y en la figura 17 puede verse un esquema de su funcionamiento. Al parecer, los motores de doble efecto deberían ser más ventajosos que los de simple efecto, ya que con sólo adaptar la parte baja del cilindro obtendríamos un doble de potencia, pero en la práctica estos motores no han dado el resultado esperado, ya que la ejecución de la tapa inferior del 40

cilindro presenta una serie de dificultades en su construcción. Entre ellas, como el vástago del émbolo ha de atravesar esta tapa, queda enormemente debilitada, por el orificio central que debe llevar, precisando además, de un obturador especial que adaptándose al vástago sea por completo hermético, no permitiendo la salida del aire comprimido, o bien de los gases de la combustión al exterior. También el escape, la inyección del combustible, así como los circuitos de refrigeración y engrase, son modificados. Tampoco la potencia que suponíamos llegaría al doble alcanza este valor, debido a la disminución de la superficie de la parte inferior del émbolo por el vástago. Todo ello unido a las dificultades que representan, la conservación y entretenimiento de esta clase de motores, han hecho que en la actualidad estén prácticamente en desuso y por el contrario, sean los motores de simple efecto los que se hayan impuesto definitivamente. Cuando la potencia que se necesita es muy pequeña, bien sea para mover pequeños compresores, grupos electrógenos de emergencia, y en general pequeños aparatos, entonces el motor suele construirse de un solo cilindro. Y

Figura 18 Esquema de un motor de émbolos opuestos

Pero cuando esta potencia toma ya un cierto valor, el motor se construye de dos o más cilindros, que suelen colocarse en línea, los cuales pueden estar construidos en un mismo bloque, o bien en bloques separados para después unirlos firmemente mediante tornillos formando un armazón de gran solidez. En las medianas potencias, normalmente hasta 41

alcanzar los 1.000 caballos, suelen ser de un armazón común, y en las más altas potencias, los bloques separados para facilitar la construcción. El motivo de construir los motores de varios cilindros, tiene varias razones. Así, por ejemplo, hay que tener en cuenta el sitio disponible donde haya que instalar el motor, pudiendo repartir la potencia que se necesite, en un determinado número de cilindros; si el lugar es de poca longitud, pero con altura, conseguiremos la potencia a base de pocos cilindros dando mayor carrera al émbolo; en cambio, si disponemos de poca altura, un mayor número de estos cilindros pero con menor carrera nos dará el mismo resultado. Si el motor va a ser destinado a la propulsión de un buque, deberemos tener presente que aquél ha de ser de fácil arranque para la rapidez de las maniobras, y ello se consigue pudiendo arrancarle a partir de cualquier posición sin necesidad de colocarle en un punto determinado. Normalmente, los motores de propulsión suelen ser de seis cilindros en adelante, llegándose hoy día hasta los doce cilindros. De esta manera en el momento de dar paso al aire comprimido siempre habrá una válvula dispuesta para dar paso a este aire y con ello impulsar el émbolo correspondiente, iniciando así el movimiento. El número mínimo de cilindros que haría falta para arrancar un motor desde cualquier posición será de cuatro para los motores de dos tiempos, y de seis, para los de cuatro tiempos. Para una misma potencia, a medida que aumentamos el número de cilindros, los esfuerzos a que se someterá el motor estarán más repartidos, al tiempo que serán menores las vibraciones durante su funcionamiento. Estos detalles son de suma importancia para todos los motores que vayan a ser instalados en un buque. Los motores instalados a bordo de los buques, los de esta clase son los generalmente usados, es decir, los que constan de varios cilindros, situados todos en línea. En algunos casos, no obstante, tales como embarcaciones de recreo o lanchas de tipo militar, con el fin de conseguir mayor" potencia en el reducido espacio de que se dispone, suelen emplearse los motores llamados de (IV J), que llevan doble fila de cilindros y se unen, formando dicha V, a un cigüeñal común. El trabajo de esta clase de motores es idéntico al de los de cilindros en línea, diferenciándose tan sólo en la posición de los citados cilindros. Hemos visto que cuando el émbolo, en su carrera ascendente, llegaba al punto muerto superior, se inyectaba el combustible y los gases de la combustión ejercían su fuerza expansiva, actuando sobre el propio émbolo que, impulsado, efectuaba el descenso. Mas esta misma fuerza expansiva, no sólo actúa sobre el émbolo, sino también, sobre la tapa del cilindro fuerza ésta que se pierde al ser absorbida en parte, por una pieza fija del motor. Con el fin de aprovechar estas pérdidas, se han construido motores en los cuales la tapa del cilindro pasa a ser otro émbolo colocado encima del normal del motor. Este nuevo émbolo A (fig. 18), lleva en su parte superior una especie de yugo o cruceta Y, el cual, por unas barras de conexión C, está unido al cigüeñal, no al cuello principal D, en que está conectado el émbolo inferior B, sino, a dos cigüeñales auxiliares E (pueden ser dos excéntricas) contiguas a la D. En este caso, la cámara de combustión H, del motor, queda formada por el espacio comprendido entre los dos émbolos y al ser inyectado el combustible y efectuarse la combustión, sus gases actuarán ahora empujando ambos émbolos, uno descendiendo y el otro ascendiendo. Así la fuerza que antes se perdía absorbida por la tapa del cilindro, es de esta forma aprovechada por el émbolo superior A, el cual, a su vez, lo transmite al cigüeñal por las barras de conexión C.

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Figura 19 Motor de êmbolos opuestos NAPIER Deltic, de tres hileras de cilindros en triangulo Este tipo de motor que hemos representado esquemáticamente, se le conoce por el nombre de motor de émbolos opuestos, trabaja desarrollando el ciclo de dos tiempos, y cabe decir de él, que es el motor de más alto rendimiento hasta la fecha. Su constructor original fue la casa Junkers de Alemania, siendo construido modernamente por las fábricas inglesas DOXFORD, NAPIER (figura 19), ROLLS-ROYCE, etc.

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CAPITULO 5

Motores de émbolo buzo. Motores con cruceta

En todo motor se pueden distinguir, en cuanto a su trabajo, todas sus piezas, en móviles y fijas, según estén afectadas de movimiento o no. Como piezas fijas importantes .citaremos la bancada, carter, bastidores o columnas para apoyo de los cilindros, los cilindros, camisas de los cilindros, culatas, corredera, etc. Siendo las piezas móviles los émbolos, crucetas y bielas (trenes alternativos), eje de cigüeñales, volante, ejes de levas o camones, etc. El émbolo es la pieza móvil encargada de transformar la fuerza expansiva de los gases de la combustión, en un movimiento rectilíneo alternativo. Este movimiento alternativo, a través del vástago y biela, es conducido al eje cigüeñal donde, a su vez, es transformado en circular continuo que será el que nosotros aprovecharemos. Se comprende pues, la gran importancia de este elemento que, aparte de lo reseñado, ha de estar dispuesto de forma tal, que pueda llevar el aire al interior del cilindro, en unas condiciones de presión y temperatura en las que pueda desarrollarse el proceso de la combustión. Durante la fase de la combustión la temperatura desarrollada es muy alta y el émbolo ha de ser capaz de soportarla, aún estando sometido a las altas tensiones que esta temperatura origina. Con ello vemos que un émbolo, debe ser estanco sobre las superficies de la camisa del cilindro, entre las que se desliza, para que eleve la compresión a los límites debidos, y también, evitar la fuga de los gases de la combustión, debiendo además absorber y propagar el calor que tome su parte superior, con facilidad.

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Las dimensiones del émbolo son ligeramente inferiores a las de la camisa en las que se mueve, con el fin de que deslice sin rozamientos, pero para darle la estanqueidad necesaria y que el aire o los gases no escapen entre él y las paredes de la camisa, se abren en su superficie lateral una serie de ranuras de forma cuadrada, en las que se colocan unos aros o anillos de hierro fundido, cortados, a de que su libre elasticidad permita colocarlos en sus respectivas cajeras, al tiempo que queden adaptados a las paredes de la camisa. Estos anillos se designan con el nombre de aros de estanqueidad, y más comúnmente por aros (figura 20).

Figura 20 Aros de estanqueidad Los aros son, como hemos dicho] de hierro fundido no muy duro, ya que al estar rozando constantemente con las paredes de la camisa, es-preferible que se desgasten ellos, que no la propia camisa, pieza ésta más cara y de más difícil sustitución, Se construyen los aros normalmente de sección cuadrada, siendo su ancho el 1/40 del diámetro del cilindro. Su corte puede ser de diversas formas siendo las más comunes la oblicua o en "S", llamadas así porque, en el primer caso, su corte es inclinado (figura 21) y en el segundo forma la "S” (figura 22), teniendo todos ellos por misión dar más estanqueidad a la cámara de 45

combustión, En las cajeras, estos cortes deben quedar situados en generatrices opuestas del émbolo, nunca en fila vertical (figura 23), para que los gases que escapen a través de ellos estén obligados a recorrer un camino en zigzag, haciendo más difícil su fuga, Algunos émbolos, para evitar el que los aros puedan girar llegando a coincidir las bocas, llevan en sus cajeras unos pequeños pivotes rascados o puestos a presión, aunque estos pivotes, en la práctica no suelen dar el resultado apetecidos, pues si bien evitan el movimiento del aro, el algunas ocasiones, causan roturas en la superficie del propio émbolo, con sus graves inconvenientes.

Figura 21 Aros con corte oblicuo y apertura de bocas El número de aros que suele llevar un émbolo suele variar con su tamaño y según el constructor, siendo lo normal el colocar cuatro de ellos en émbolos de pequeño diámetro y pudiendo llegar hasta ocho en los mayores. Entre dos aros consecutivos debe quedar como mínimo un espacio igual al ancho de uno de ellos.

Figura 22 Aros con corte en “S” en su sección sobre la cajera con el pivote 1, para evitar su giro Al colocarlos en el émbolo se procura que el primer aro de arriba quede lo más alejado posible de su borde superior, a fin de protegerlo de los gases de la combustión. Así, antes de llegar a él los gases se ven obligados a pasar por un espacio anular estrecho formado entre las superficies del émbolo y la camisa que estarán refrigerados. De esta forma, los gases

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tendrán un notable descenso de temperatura consiguiéndose con ello atenuar los efectos de corrosión sobre el aro y su cajera, al tiempo que se protege la elasticidad del aro.

Figura 23 Aros mal colocados. Los gases (G) pueden escapar fácilmente a través de los huelgos para dilatación de los aros al estar todos en la misma posición.

Antes de poner los aros a un embolo hay que comprobar bien los huelgos. Para ello se coloca el aro dentro de la camisa (tenemos el émbolo desmontado), procurando que entre sus bocas quede una abertura que dependerá del diámetro del émbolo así como su tipo de corte. Este huelgo o abertura tiene por objeto que el aro, con la temperatura que alcanza durante su trabajo, pueda dilatarse libremente sin llegar a agarrotarse. También el aro ha de quedar libre en su cajera para que pueda moverse con libertad y adaptarse al la superficie de la camisa, pero sin llegar a tener huelgo vertical sobre la mis a cajera, pues en este caso el movimiento alternativo del émbolo pronto originaría su rotura con las consecuencias de un anormal funcionamiento. Para calcular los huelgos que habremos de dar a los aros, tanto de aberturas como vertical en la cajera, tenemos dos fórmulas prácticas de aplicación general, suponiendo siempre que el motor se encuentre a la temperatura ambiente y no la que lleva durante su marcha. Así pues, el huelgo o abertura que debe quedar entre sus bocas, siendo D el diámetro del émbolo en milímetros, es: HUELGO = 0'00628 D, milímetros. Mientras que el huelgo vertical que deberá tener en su cajera nos vendrá expresado por otra fórmula, en la que D también representa el diámetro en milímetros del émbolo: HUELGO = 0'0002 D. Algunos tipos de motores llevan, además de los aros de estanqueidad, otros aros de una aleación de cobre que suelen ir embutidos en unas cajeras, sin ser elásticos. Caso de recalentarse el émbolo por un anormal funcionamiento se produce la dilatación del cobre, y el aro, al deslizarse roza sobre la camisa produciendo un ruido característico con el que advierte de la anomalía que se está produciendo.

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Al estar en contacto con los gases de la combustión que se desarrolla a tan alta temperatura, la parte superior del émbolo se calienta considerablemente, por lo que su forma ha de ser tal, que permita una rápida propagación del calor, evitando así que en sus materiales se creen tensiones perjudiciales que pronto ocasionarían su rotura. Todos los constructores intentan solucionar este inconveniente haciendo que el calor se reparta uniformemente a través de todo el émbolo, haciéndose, con este fin, múltiples experimentos y ensayos para llegar a conocer cuál sería la forma mejor que podría dársele, con objeto de evitar las averías que en ellos se presentan, especialmente sus grietas y roturas. El émbolo ha de ser resistente por los esfuerzos a que está sometido, pero en oposición a este detalle, es conveniente que sea lo más ligero posible, para, sin tener que recargarlo de material, atenuar con ello el efecto perjudicial de las fuerzas de inercia que crea su masa con el movimiento. El material empleado para su construcción, debe ser resistente tanto al calor como a los esfuerzos que ha de soportar, empleándose el hierro de fundición perlítica cuando se trate de émbolos construidos de una sola pieza. En el caso de no ser enterizos lo normal es construir su cabeza o parte superior de una aleación de acero especial, de alta resistencia calorífica, y la parte inferior, o sea la faldilla donde van colocados los aros, bien de fundición perlítica o simplemente de hierro fundido. Diremos que, según el tamaño de los émbolos, suelen construirse enterizos o bien en piezas. Es corriente que los que llegan a desarrollar los 125 caballos de potencia, se construyan de una sola pieza, pero al sobrepasar esta cantidad se construyan ya de dos o más piezas. Hoy día también suelen construirse los émbolos de diversas aleaciones en las que entra el aluminio y el cobre, intentándose con ello, que al tiempo que siguen siendo resistentes y pueden soportar todos los esfuerzos de su trabajo, sean mucho más ligeros eliminando, en parte, los inconvenientes de las fuerzas de la inercia. Según el tipo de motor existen varias formas y tamaños de émbolos. Podemos decir que su longitud será suficiente con tal de que en ella podamos situar los aros a sus distancias normales y teniendo en cuenta la separación del primer aro a la parte superior del émbolo. Figura 24 O sea que pueden ser relativamente cortos y así ocurre en los Tren alternativo de un motores de cuatro tiempos; pero en los de dos tiempos, en los motor Diesel marino Sulzer que la entrada del aire de barrido se efectúa por lumbreras situadas en la parte inferior de la camisa, el émbolo ha de ser de gran longitud con objeto de que, aun estando en su punto muerto alto, su faldilla siga tapando las lumbreras para que el aire no pase al escape permitiendo tan sólo su entrada al interior del cilindro cuando, en su descenso, abre estas lumbreras, tal es el caso del motor Sulzer. Es claro que en este caso, la gran longitud de la faldilla no precisa ser tan resistente como la cabeza sobre la que van colocados los aros, sino de un espesor reducido evitando así peso al émbolo. En la figura 24 puede ver el lector un émbolo de un motor Diesel marino SULZER de dos tiempos. 48

Si el motor aún siendo de dos tiempos tiene el sistema de barrido por ", válvulas en la cabeza, como los tipos Burmeister o Gotaverken, en este caso el émbolo es de poca longitud, al igual que en motores de cuatro tiempos, ya que entonces no precisa estar cerrando las lumbreras de la entrada del aire, cuando se encuentra en la zona alta del cilindro por estar todas ellas situadas en una cámara de aire común; ahora bien, al descender el émbolo, al igual que en los otros casos, es su canto superior el que descubre las lumbreras permitiendo el paso del aire al interior del cilindro. Un tipo de émbolo corto puede verlo el lector el la figura 25, perteneciente a un motor Diesel de dos tiempos de la firma MTM. Fabricado con licencia de la casa danesa BURMEISTER-WAIN. En cuanto a su diámetro hemos dicho que suele ser ligeramente inferiores al de la camisa, evitando así rozamientos sobre ella, adoptando en su cabeza, y a partir desde el primer aro, la forma ligeramente cónica para evitar también que esta superficie, a tan alta temperatura, pueda estar en contacto con la misma camisa. Existe una fórmula práctica que nos da el huelgo que debe quedar entre la camisa y el émbolo y en la que representamos por D, el diámetro del mismo en milímetros. Considerando que el motor está a temperatura normal tendremos: HUELGO=O'OOO75 D milímetros. También la cabeza es decir la superficie superior del émbolo, es corriente que sea distinta de un tipo de motor a otro, y mientras en unos son planas completamente, en otros son algo esféricas, bien cóncavas o convexas.

Figura 25 Embolo de un motor Maquinista Terrestre y Marítima (M.T.M.)

Esta variedad de formas, además de dar la resistencia necesaria, tiene por objeto crear una adecuada cámara de combustión en la que el combustible pueda repartirse por igual a través de toda la masa gaseosa, quemándose lo más perfectamente posible. También, en el sistema de dos tiempos, sirve para guiar el aire de barrido dándole un movimiento con el que pueda arrastrar todos los gases que hubiera en el cilindro, del ciclo anterior, y permitiendo así una mayor entrada de aire puro.

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Figura 26 Embolo mostrando sus dos aros rascadores de aceite

En el émbolo tenemos un movimiento alternativo que se transmite al cigüeñal, como dijimos, a través de vástagos y bielas. Según la clase de conexión que una al émbolo con el cigüeñal, tendremos dos tipos de émbolos que darán motivo para una nueva clasificación general de los motores en dos series, motores de émbolo buzo y motores con cruceta. En los primeros, los émbolos llamados de "tronco”, van conectados directamente al cigüeñal por la biela. En este caso, la faldilla que es la encargada de transmitir el esfuerzo, está dispuesta de forma que pueda alojar en ella, el bulón sobre el que habrá de conectarse la biela. Dicho bulón es de acero de la mejor calidad, debiendo ajustar perfectamente en los orificios en que va colocado, y con el fin de darle la máxima seguridad, está dotado de tornillos prisioneros o arandelas de fijación que impiden el que pueda moverse de su alojamiento. Se procura que el bulón quede hacia la parte baja de la faldilla para protegerlo del calor que alcanza la zona alta del émbolo, teniendo en cuenta que sobre él ha de girar el cojinete del pie de la biela. Los émbolos de tronco suelen construirse de mayor longitud que los destinados a motores con cruceta. Es debido, a que en este caso las camisas han de servir de guía al émbolo, que al carecer ahora de la cruceta, todos los esfuerzos perjudiciales que se originan con la oblicuidad de la barra de conexión (biela), deben ser absorbidos por el propio émbolo que a su vez los transmite a la camisa, y así, al darles mayor longitud se reduce la presión unitaria que puedan ejercer en sus deslizamientos con lo que se protegen dichas camisas. A título de información diremos que se acostumbra a dar una longitud igual al doble de su diámetro. 50

Además de los aros de estanqueidad, los émbolos de tronco llevan dos nuevos aros llamados rascadores, que van situados uno por encima y el otro por debajo del bulón. Estos aros tienen su superficie exterior ligera- mente cónica y su misión es arrastrar al cárter el aceite que llega hasta las camisas, bien para su engrase, o el que es lanzado por el chapoteo del cigüeñal evitando que pase a la cámara de combustión (figura 26). En los motores con cruceta, los émbolos presentan, en su parte baja, una superficie plana, generalmente circular, a la que se adapta el vástago que ahora va firmemente unido al émbolo mediante una serie de tornillos o espárragos y a través del cual transmitimos el esfuerzo recibido. Tanto el vástago como la superficie del émbolo a la que va unido, llevan pivotes guías para no variar su posición caso de tener que desarmarle. En su extremo inferior va afirmado a la cruceta (a la que atraviesa) terminando en una zona tronco-cónica, con una espiga rascada en la que va la tuerca que sirve de amarre. El vástago es normalmente construido de acero, y en algunos tipos de motores es hueco, aprovechándose esta circunstancia para la llegada y salida del líquido refrigerante a la cabeza del émbolo (tal es el caso del motor BURMEISTER). Hay motores (él Sulzer del ejemplo de la figura 24), en el que, aún siendo de cruceta, se ha suprimido el vástago siendo en este caso sustituido por el mismo émbolo que, debido a su gran longitud (hablamos del motor de dos tiempos), se apoya directamente sobre la cruceta, transmitiendo el esfuerzo a través de la faldilla, como ocurría con los motores de tronco, pero ahora el émbolo va guiado por la propia cruceta. De la comparación de un motor de émbolo buzo, con otro dotado de cruceta, vemos que en los primeros, al ir conectados directamente con la biela, les ha sido suprimido el vástago con la consiguiente reducción de su altura. Esta circunstancia les hace propicios para instalaciones de poca altura, y así en la propulsión de buques de poco calado, tales como los destinados a la navegación por ríos, o los ferry-boats, en los que el motor queda todo bajo cubierta (también en submarinos), hacen que este tipo de motores sean de gran aplicación. No sólo en la propulsión se aplican estos motores ya que, por regla general, todos los aparatos auxiliares, grupos electrógenos por ejemplo, son movidos por motores de émbolo buzo. Si bien presentan la ventaja ya dicha de la reducción de la altura, diremos como inconvenientes que al tener que ser guiados por la camisa las fuerzas perjudiciales que se crean con el cambio de dirección de la biela, hacen que el émbolo vaya rozando siempre sobre dicha camisa originando unos desgastes transversales de mayor consideración que en los del tipo de cruceta, en los que, como veremos, la fuerza perjudicial es absorbida por las correderas guías de la misma cruceta. Este inconveniente es el que tratábamos de eliminar cuando hablábamos de la mayor longitud que se da a un émbolo de tronco. En pequeñas y medianas potencias, hasta alcanzar los 350 caballos por cilindro, se emplean casi generalmente los motores de tronco, pero de aquí en adelante se ha impuesto el motor de cruceta. El motor con cruceta es por su construcción de una mayor robustez, y siendo 51

cada día mayores las potencias que se necesitan para la propulsión de los buques, hacen que sea el más utilizado comúnmente. Decíamos que, por estar en contacto con los gases de la combustión, la cabeza del émbolo tomaba una temperatura considerable, por lo que debía estar dispuesta para propagar todo el calor. Cuando los émbolos son de pequeño diámetro, de hasta unos 300 milímetros, entonces el calor adquirido se propaga fácilmente, perdiéndose a través de sus faldillas y las paredes de la camisa, ya que éstas se hallan refrigeradas y lo absorben, por lo que no precisan de medio alguno de enfriamiento. Pero a medida que se va aumentando el diámetro, el calor necesita más tiempo para propagarse desde el centro del émbolo a los bordes y a su faldilla, lo que en vez de descender, motiva un aumento progresivo, no pudiendo ya confiar su enfriamiento, a la sola propagación. De aquí nace la necesidad de robar este calor, protegiendo al émbolo para que siga desarrollando su normal funcionamiento, y ello se consigue a base de refrigerarlo. Se consigue esto, haciendo circular una corriente de líquido refrigerante por el interior del émbolo. El líquido usado, por regla general, es el aceite, y también en algunos casos el agua dulce. En un principio se usó el agua de mar, habiéndose descartado su empleo, por los inconvenientes que reporta, tales como son la formación de capas de sal en el interior de la cabeza y sobre todas las superficies calientes con las que está en contacto, dificultando con ello la refrigeración, siendo causa de frecuentes y graves averías (roturas de émbolo). Además caso de existir alguna pérdida de esta agua en el circuito interior del motor, por alguna junta o grieta en la tubería, rápidamente estropearía el aceite que hubiese dentro del mismo, por lo que la ventaja que pudiera representar el tomar el agua del mar y con un simple circuito hacerla llegar al motor y tras enfriarlo, volverla a descargar al mar, no es suficiente para contrarrestar los inconvenientes que reporta. Bien es verdad que el aceite, al estar en contacto con una superficie caliente, también forma una capa o costra que impide su enfriamiento, pero si procuramos que el aceite esté en contacto con esta superficie el menor tiempo posible, es decir, si lo hacemos circular con velocidad, entonces ocurre, que sí absorbe calor de la superficie caliente, no permitiendo que su temperatura aumente, ni llegando a formar las citadas capas o costras. Por otro lado presenta la ventaja de poder utilizar para la refrigeración, el mismo aceite que se emplea para el engrase de todo el circuito del motor, con lo que un ramal de tubería será destinado al engrase, y otro a la refrigeración, bastándonos con que aumentemos suficientemente el caudal impulsado por la bomba de lubricación. Además, si refrigerando con aceite ocurriese cualquier anomalía que ocasionase pérdida por el circuito interior del motor, este aceite se mezclaría con el del ramal del engrase, sin dañarle en absoluto, puesto que sería el mismo. El inconveniente que se puede achacar al aceite es que su calor específico es menor que el del agua, por tanto en igualdad de condiciones, su poder refrigerante también es menor, por lo que, la cantidad necesaria para refrigerar con aceite es mayor que la que se necesitaría de agua. En cuanto a refrigerar con agua dulce, ésta no nos forma incrustaciones ni capas en el interior del émbolo, pero hemos de tener en cuenta la posibilidad de pérdida y su mezcla con el aceite, lo que aparte de llegar a estropearlo, podría ocasionar averías de consideración. No obstante, como hemos dicho, el agua dulce se puede emplear con resultado satisfactorio, 52

y en todo momento es preferible al agua del mar, aunque su circuito reporte más gastos de instalación. Veamos ahora cómo es posible hacer llegar el líquido refrigerante hasta el émbolo y cómo es posible hacerlo circular por su interior y recogerlo a su salida, habida cuenta de que el émbolo, en su movimiento continuo, no permite conectar sobre él tubería alguna en forma rígida.

Figura 7. Embolo de un motor Burmeister – Wain, dos tiempos, con cruceta. Este embolo es de 740 milímetros de diámetro, con una carrera de 1,600 milímetros, desarrolla una potencia efectiva de 1,350 caballos, agrupándose varios de ellos para formar el motor de la potencia necesaria destinado a la propulsión de un buque. En su sección puede verse que consta de dos piezas, la cabeza 1, y la faldilla porta aros 2, las cuales se unen con el vástago 3, formando un solo cuerpo mediante los tornillos 4. Lleva seis aros de estanqueidad 5, y dos de una aleación de cobre 6, que están embutidos en sus cajeras. 53

Para ello nos servimos de los llamados tubos telescópicos, que constan de un tubo, y otro conducto, que bien puede ser otro tubo, concéntricos, uno de ellos sujeto a una parte fija del motor y el otro afirmado a la cruceta, o vástago o el mismo émbolo, acompañándole en su movimiento. El tubo interior, que es el designado con el nombre de telescopio, puede estar construido de latón estirado sin soldadura, o de acero, empleándose también algunas aleaciones a base de cobre o níquel, dándoles ligereza y resistencia. Este tubo se desliza dentro del otro, pues como hemos dicho, uno de ellos sigue el movimiento del émbolo. En la figura 27 se puede ver su funcionamiento, observándose que, con el fin de evitar pérdidas de agua o aceite (según el líquido que se emplee), con su consiguiente caída de presión, entre uno y otro tubo existe un prensa 14, que está revestido de un material blando, generalmente antifricción, el cual, además de servir de guía al tubo interior (13), le da la estanqueidad necesaria, con respecto al conducto fijo 15. La colocación de estos tubos es bastante delicada, debiendo tener en cuenta durante su montaje, que deben estar perfectamente alineados, siendo por completo concéntricos uno con otro y no quedando agarrados en ningún momento, ni teniendo roces fuertes, con objeto de que su deslizamiento se realice de la manera más suave. De no ser así y estar montados en posición forzada, o teniendo roces, los tubos se parten con gran facilidad pues, a pesar de su resistencia, los cambios bruscos en los movimientos del émbolo, ocasionan pronto su rotura. El que un telescopio se rompa puede acarrear al motor una avería de consideración, ya que con ello faltaría la refrigeración a la cabeza del émbolo, con lo que éste, pronto alcanzaría una elevada temperatura, y con las tensiones que se originarían en el material y sus dilataciones, podrían ser causa de que se agarrotase sobre la camisa del cilindro, pudiendo incluso llegar a frenar el motor bruscamente, ocasionando la inutilización de ambas piezas, émbolo y camisa. Por ello, repetimos, los tubos telescopicos merecen especial atención, y una constante vigilancia durante la marcha del motor. La temperatura con que salga del émbolo el líquido refrigerante nos dará una idea del normal funcionamiento. Por esta razón, cada descarga de émbolo, se hace a través de unos tubos con mirillas, que van a pasar por los mandos del motor o sus proximidades para fácil observación, y dotados de termómetros, por medio de los cuales se pueda apreciar el caudal de refrigeración con su temperatura, que debe ser prácticamente igual en todos los émbolos del motor. Un anormal aumento o disminución del caudal y la temperatura, que ocurre en breves minutos, significan irregularidad en el circuito del telescopio, debiendo pararse inmediatamente el motor y efectuar su reconocimiento, antes de llegar a ocasionar una avería de mayor consideración, y caso de que, por cualquier circunstancia como por ejemplo en una maniobra del buque, o en navegación por un canal o zona peligrosa, el motor no pudiese ser parado entonces debe quitarse rápidamente el combustible al cilindro en cuestión, incomunicando su bomba de inyección, con lo que el émbolo seguirá funcionando arrastrado por el motor pero sin desarrollar trabajo alguno ni tener aumento alguno de su temperatura, si bien esto llevará consigo la proporcional reducción de la potencia suministrada por el motor. En algunos motores (véase el dibujo de la figura 27), el vástago del émbolo es hueco, colocándose en él dos conductos (tubos 8 y 9), por los que se hace llegar y salir --camino indicado por las flechas-, el refrigerante de la cabeza del émbolo. En este caso, el tubo telesc6pico 13, mediante un soporte 12, y la tuerca 11 se sujeta a la cruceta 10, y de ella al vástago 3. Así el aceite o agua procedente del circuito, pasa directamente al interior del émbolo. Con el fin de que el refrigerante esté el menor tiempo en contacto con la superficie que ha de refrigerar, se le obliga a seguir un camino determinado por el interior de la cabeza del émbolo, colocando cual unos diafragmas (pieza 7), a través de los cuales se ve forzado a pasar a la vez que adquiere mayor velocidad, antes de alcanzar el conducto de salida por el 54

que pasará al tubo exterior 9, del vástago, y de allí des- cargará ya al tubo que le conducirá al circuito de recuperaci6n, después de pasar por los registros o mirillas de control, para nuevamente volver a iniciar el recorrido. Todo esto queda fácilmente comprendido, con la observación de dicha figura. Cuando se trate de motores de tronco en los que carecemos de vástago para la conducción del aceite, entonces, los telescopios, sujetos a una parte fija, permanecen inmóviles y su tubo exterior son conductos labrados dentro de la faldilla del émbolo, desde donde el aceite ya pasa a la, zona de refrigeración y a su salida es recogido por otro tubo telescópico, igual al de entrada, que le conduce al circuito de refrigeración. Como vemos, en este caso hemos empleado dos tubos telescópicos, uno de entrada y otro de salida, mientras que en el caso de un motor con cruceta con sólo uno podía ser suficiente. En algunos motores de cruceta pero de gran longitud de émbolo, también se emplea el mismo sistema de dos tubos telescópicos por cilindro, pudiéndose citar entre ellos el Sulzer. Existen otros sistemas de hacer llegar el refrigerante a la cabeza del émbolo, pero que no citamos por estar prácticamente en desuso. Vista la constitución en sí del émbolo y comprendida la importancia que tiene para el buen funcionamiento del motor, veamos la manera de conservarlo en las mejores condiciones de trabajo. Cuando un motor es nuevo los émbolos deben desmontarse con la mayor frecuencia posible para reconocerlos y comprobar su estado de conservación. De su observación se irá fijando posteriormente el tiempo que se habrá de dejar transcurrir hasta un nuevo reconocimiento, pudiendo decir, sólo a título de información, que ya el motor en su trabajo normal, será suficiente el desmontarlos una vez al año; pero es claro que ello dependerá, entre otras cosas, de las horas que haya estado en funcionamiento. En concreto no existe norma alguna a este respecto. Según el tipo de motor, el émbolo se desmonta por la parte alta o tapa del cilindro, o por la parte baja, es decir, por el cárter. Modernamente es más frecuente el primer caso. Supongamos que el émbolo sale por arriba; entonces hay que desmontar la cabeza del cilindro o culata, para lo cual habrá que desconectar cuantas tuberías o articulaciones vayan fijadas a ella, como pueden ser los tubos de escape, tuberías de aire yagua, etc. Descubierto el cilindro se procede a extraer el émbolo que en su cabeza lleva unos agujeros roscados, con los que, mediante tornillos, se le afirma una herramienta ya prevista en la que se enganchará el aparejo diferencial o grúa que haya de levantarlo. Si el motor lleva algún tiempo trabajando, hay que limpiar la zona alta de la camisa, y observar si se ha formado retalón como consecuencia del roce de los aros. De ser así, habrá que rebajarlo, operación que se lleva a cabo con una piedra o muela de esmeril, para que el émbolo pueda salir, ya que de no hacerlo, quedaría enganchado en dicho resalte. Siendo motor de cruceta, en su parte baja, hay que aflojar la tuerca que le sujeta al vástago, y de ser motor de tronco, hay que sacar los tornillos que le unen al cojinete de la cabeza de biela (cojinete sobre el cigüeñal). Así tendremos, en el primer caso, el émbolo con el vástago, y en el segundo, con la biela. En ambos casos hay que tener muy en cuenta las conexiones 55

de los tubos telescópicos, pues todo cuanto vaya unido al vástago, debe quitarse para poder extraerlo. Listo cuanto antecede, con la ayuda de la grúa (hablamos de motores cuyas dimensiones así lo requieren), se levanta el émbolo. Este debe presentarse limpio y con todos los aros sueltos, lo que nos indica haber trabajado en buenas condiciones de refrigeración y engrase. Si se presenta seco y con los aros desgastados, denota falta de engrase; por el contrario, si aparece empastado y con los aros pegados, tenemos engrase excesivo, pudiendo decir que tan malas consecuencias reportan la falta como el exceso, ya que en ambos casos, los aros dejan de comportarse en la forma debida, con la consiguiente pérdida de rendimiento por el motor. Influyen también en la vida de los aros y por tanto en la del émbolo, las condiciones en que se realice la combustión, por lo que habrá que vigilar y comprobar el sistema de inyección del combustible para que éste se queme de la manera más perfecta, no afectando por tanto a aquéllos. Los sucesivos reconocimientos y la práctica, nos señalarán la cantidad de aceite que deberemos consumir para un engrase efectivo de cada émbolo, que en el mismo motor será aproximadamente igual para todos ellos. Todos los aros que aparezcan rotos, y esto suele ocurrir en todos los motores, deben ser sustituidos por otros nuevos. Lo mismo decimos respecto a aros con excesivo desgaste, o que por el tiempo de trabajo hayan perdido su elasticidad. En los que vayan a montarse nuevos, hay que comprobar sus huelgas como se dijo anteriormente, y antes de colocarlos se deben limpiar las cajeras de los residuos carbonosos allí formados. La experiencia aconseja que cuando los aros no hayan de ser cambiados, no deben ser sacados de sus cajeras ni tampoco limpiar éstas, ya que el aro está adaptado así, entre émbolo y camisa y al sacarle para su limpieza pierde la estanqueidad. Tampoco es conveniente cambiar todos los aros de un émbolo a la vez, si ello no es estrictamente necesario, si no ir sustituyéndolos en sucesivos reconocimientos. De cambiarlos todos al mismo tiempo, como tienen que adaptarse a la forma que por desgaste tiene la camisa, habrá de transcurrir cierto tiempo hasta que volvamos a tener la debida estanqueidad en la cámara de combustión. Con mayor frecuencia es el aro superior el que se presenta roto o desgastado, ya que es el que más cerca se halla de la cámara de combustión, siendo el primero que encuentran los gases en su intento de fuga por entre el émbolo y camisa. Por esta razón, los aros inferiores suelen durar más tiempo. Una buena costumbre es, al reconocer el émbolo, ir colocando nuevos los aros bajos, a la vez que éstos se colocan en las cajeras superiores, en lugar de los suyos que se van retirando. Pero para llevar a cabo estas combinaciones hacen falta práctica y experiencia. No es necesario insistir sobre la importancia que tiene la buena conservación de los aros y de los cuidados que requiere, para obtener un buen rendimiento en el motor. A pesar de los sistemas empleados para que el refrigerante circule por el interior del émbolo con el tiempo llegan a formarse capas o incrustaciones; por ello, aunque de tarde en tarde, 56

hay que desarmarlo efectuando limpieza y reconocimiento de los conductos y diafragmas. Entonces también suele someterse el émbolo a la prueba hidráulica, a fin de comprobar la existencia de alguna posible grieta. En los motores con cruceta, hay que vigilar los espárragos de unión del vástago con el émbolo, así como su correcto apriete, ya que un defecto en ellos podría ocasionar una avería de consideración. En cuanto a los de tronco, se debe reconocer muy detenidamente su bulón, repasando todos sus tornillos y arandelas de seguridad, para cercioramos de su posición normal, prestando especial atención al cojinete del pie de la biela (el que va sobre el bulón), ya que la alta temperatura a que trabaja, podía afectar sus materiales, siendo conveniente comprobar que el aceite del engrase llega hasta él normalmente y con abundancia. Con el émbolo desmontado se puede reconocer el interior del cilindro, comprobando no existan en él ralladuras con señales de roces o agarrotamiento, ya que de haberlas, habría que suavizarlas o rectificar la propia camisa. Una buena costumbre es calibrar la camisa del cilindro a cada reconocimiento, tomando nota de las medidas obtenidas, para saber los desgastes que vamos teniendo con el transcurso del tiempo. También es conveniente comprobar el huelgo existente entre émbolo y camisa, observando la correcta alineación de uno con otro para que el trabajo se realice sin desgastes ni roces innecesarios. Listo cuanto hemos dicho vuelve a montarse el émbolo. Si el reconocimiento ha sido normal, todo se reduce a montar, mas si se hubiese, al mismo tiempo, retocado cojinetes o efectuado alguna otra operación, o bien que el émbolo a montar fuese otro, habrá que tener en cuenta el valor del espacio neutro, que debe seguir siendo el mismo, para lo cual, como veremos al hablar de la biela, existen unas planchas o suplementos destinados a este fin. El valor del espacio neutro va en el libro de instrucciones que para el manejo se entrega con cada motor y sirve de guía en todo momento. Finalizado el montaje hay que repasar si todas las operaciones se han realizado debidamente, por lo que, antes de tapar el cilindro y el cárter, se hace girar el cigüeñal comprobando que el émbolo efectúe sus movimientos de ascenso y descenso de manera suave y uniforme, sin golpes ni señales de enganchamientos. Cuando se ha reconocido un pistón y ha habido necesidad de cambiarle los aros, es conveniente, durante las primeras horas de su funcionamiento, forzar el engrase al cilindro para que así, los aros puedan ir adaptándose con suavidad hasta obtener la debida estanqueidad.

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CAPITULO 6

Bielas. Crucetas. Conjuntos

Al clasificar los motores en los dos grupos, de tronco y de cruceta, vimos, que en los primeros el émbolo iba conectado al cigüeñal directamente por la biela, y en los segundos lo estaba por el vástago, cruceta y biela. Al conjunto del émbolo con su conexión al cigüeñal, es decir, con su biela o con vástago, cruceta y biela, según del tipo que se trate, se le llama tren alternativo del motor, Visto ya el vástago pasemos ahora a la biela y cruceta. La biela (figura 28) llamada también barra de conexión, se construye de acero forjado, siendo de sección circular en la mayoría de los casos, pues en pequeñas potencias se construye también en sección de doble »T», Según que se destine a motores de tronco o de cruceta, su extremo superior, llamado pie de biela, adoptará una forma, mientras que el extremo inferior, el de conexión al cigüeñal, que es la cabeza de biela, viene a ser para ambos casos la misma. Debido al poco espacio de que se dispone en un émbolo de tronco para conectar la biela al bulón, ésta suele terminar en un orificio, en el que va colocado un casquillo que sirve de cojinete sobre el que se mueve el bulón. Si es motor de cruceta, entonces la biela, en su pié, toma la forma de una horquilla llevando sobre ella dos cojinetes con los que se une a dicha cruceta. Cuando se trate de unidades pequeñas, los cojinetes tanto del pie como de la cruceta, pueden ir forjados en la misma biela, aunque claro, han de ser divididos, para poderlos

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montar. Pero ya al alcanzar alguna potencia lo normal es construir la biela y separados de ella los cojinetes, con lo que se facilita el trabajo de vigilancia y entretenimiento.

Figura 28 Biela de motor Diesel marino mediano

Exceptuamos los cojinetes pié de biela de los motores de tronco en los que el tipo general es el indicado anteriormente. Así pues, la biela queda reducida a una viga circular, cuyo diámetro es ligeramente mayor hacia su cabeza, terminando en superficies planas sus extremos. Acostumbran a construirse huecas y al igual que ocurría con el vástago, se aprovecha este conducto haciendo llegar por él el aceite de engrase hasta los cojinetes de la cruceta y también a los patines y correderas. Su longitud equivale a 2'5 veces el valor de la carrera del émbolo aproximadamente, siendo su diámetro medio alrededor de 0'30 del diámetro del cilindro. Los cojinetes, tanto de la cabeza como del pie, se construyen de acero forjado y también de acero moldeado, estando sus superficies interiores, o sea, las que han de rozar con los cuellos del cigüeñal o de la cruceta recubiertos de metal antifricción de distintas aleaciones en las que entran el cobre y el estaño. En las bocas de los cojinetes, el metal antifricción debe terminar en forma de bisel en toda su zona central llevando en el medio una ranura circular por la cual llegará el aceite de engrase. En los cojinetes de la cabeza no es conveniente abrir más canales transversales, pues contra lo que se supone, rompen la película del aceite con lo que el engrase deja de ser correcto. En cambio en los de pié, sí pueden abrirse éstos, pues aquí, al no ser un movimiento rotatorio completo, se facilita un mejor engrase. Tratándose de émbolos de tronco, el casquillo que forma el cojinete del pie de biela, si es de tamaño pequeño se construye enterizo, de bronce de la mejor calidad, pero cuando aumenta la potencia, los casquillos son de acero forjado y van recubiertos también con el mismo tipo de metal antifricción que los otros cojinetes. Tanto los casquillos enterizos como los recubiertos de antifricción, van dispuestos con ranuras y canales para un abundante engrase, ya que estos cojinetes nos han de merecer especial interés, habida cuenta que el bulón, al estar situado dentro del émbolo, alcanza temperaturas que fácilmente les estropearía, si dicho engrase fuese defectuoso. Los cojinetes se afirman a la biela y a la vez al cigüeñal o cruceta, con tomillos, generalmente dos en cada uno de ellos. Estos tornillos están construidos en diámetros distintos, dándoles unas zonas de ajuste para que sirvan de guía, yendo dotados de tuercas y contratuercas, con arandelas y fijadores de seguridad.

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Figura 29. Embolo de tronco motor Ruston A-B, suplementos para variar el espacio neutro. C-D, suplementos para rectificar los huelgos del cojinete , F-F, plancha de proteccion del bulon y casquillo del pie de biela. Al afirmar un cojinete, no ha de quedar pegado a la superficie que esté abrazando, sino que ha de quedar entre él y el cuello o muñón, un espacio libre para que pueda formarse la capa de aceite del engrase, permitiendo además la libre dilatación que por el trabajo puedan tener las piezas en movimiento. Este espacio se llama huelgo o tolerancia, y naturalmente viene a variar con el tamaño del motor, pudiendo decir que oscila entre 0.15 y 0.25 milímetros aunque si son de pequeñas dimensiones aún puede reducirse más este valor llegando incluso a 0.05 milímetros. Cuando este huelgo es excesivo, bien por el trabajo del motor o por no haber sido dejado a su valor normal, el motor produce un ruido característico, que inmediatamente se nota en la práctica, diciéndose que el motor »pica», debiendo proceder a reajustar los cojinetes, ya que un aumento de este huelgo trae consigo el que el aceite del engrase escape por él, con lo que la presión del circuito descenderá notablemente pudiendo llegar a no ser suficiente para un engrase correcto del motor con las consiguientes averías que ello puede acarrear. Para saber el huelgo existente en un cojinete nos servimos de hilos de plomo, que se colocan sobre el muñón; entonces se monta el cojinete y se lleva a su apriete normal para, seguidamente, volverle a aflojar y tomando los hilos se mide el grueso a que han quedado, que será el huelgo. Esta misma operación puede también efectuarse con unas pequeñas láminas de acero de distinto espesor, llamadas tientas, las que se van introduciendo entre el 60

cojinete y muñón hasta encontrar la que entre ajustada, siendo su medida el huelgo que tengamos. Las tientas presentan la ventaja de poder efectuar el trabajo sin necesidad de desmontar el cojinete.

Figura 30. Biela y manera de conectarla a la cruceta y cigüeñal con sus cojinetes de pie y cabeza respectivamente . puede apreciarse la conexión del vástago del embolo sobre la cruceta. El aceite de engrase sigue el camino atravesando los cojinetes de bancada, interior del cigüeñal, cojinete cabeza biela, interior de la biela, cojinetes pie de biela, interior cruceta y patines.

Conocido el huelgo todo se reduce a quitar el número de suplementos necesarios al cojinete para que quede en él su valor normal. Estos suplementos con los que rectificamos el huelgo están situados entre las dos mitades del cojinete (figura 29), y constan de una serie de planchas de latón de distinto espesor, con igual número de ellas a cada lado del cojinete, y con las que se forman distintas combinaciones para obtener los valores necesarios. Con el tiempo, a medida que vayamos teniendo desgastes en el motor, tanto en los cojinetes de asiento de cigüeñal, como en los de la biela, el émbolo nos irá cayendo, con lo que tendremos un aumento del espacio neutro variando con ello la cámara de combustión. Para evitar que esto ocurra, entre la biela y su cojinete de cabeza, se puede colocar un suplemento de plancha de hierro o acero, cuyas caras han sido rectificadas por completo para que sean paralelas. Cuando el espacio neutro ha aumentado demasiado y queremos llevarlo a su valor normal, se toma la medida que hace falta levantar el émbolo y con ella se construye este suplemento que ha de ser enterizo y único. Si por el contrario quisiéramos 61

aumentar el valor de este espacio neutro con el fin de disminuir el valor de la compresión, nos bastaría con rectificar a la medida necesaria el suplemento que tuviésemos puesto. La biela está sometida a un trabajo de compresión, de manera que el medio cojinete alto de su cabeza y el medio bajo del pie, son los que soportan todo el esfuerzo que se transmite por lo que, con el fin de reducir la presión unitaria que se ejerce sobre ellos, en algunos motores se les da a aquéllos una mayor superficie en anchura, y así vemos que en unos el cojinete de la cabeza es mucho mayor su mitad superior que la inferior, que prácticamente sólo sirve de guía (BURMEISTER), mientras que en otros, es mayor la mitad inferior del de pie, quedando el superior reservado para guía (SULZER), consiguiendo con ello, como hemos dicho, disminuir la presión ejercida protegiendo el material de los cojinetes. Todo lo que antecede puede observarse en las figuras, del émbolo Sulzer con su biela, así como la de conexión de la biela al cigüeñal del BURMEISTER.

Figura 31 Cruceta Sulzer con dos patines. Para poder unir la biela con el vástago nos servimos de la cruceta (figura 30). Es esta una pieza prismática construida de acero forjado, y su forma viene a ser bastante común en todos los motores. En su zona central, lo que podríamos llamar su núcleo, está dispuesta para poder alojar el extremo del vástago, el cual la atraviesa, afirmándose a ella con su correspondiente tuerca. En otros el émbolo se apoya directamente sobre ella: siendo afirmado por sólidos espárragos roscados, como ocurre con el motor SULZER. Hacia sus lados termina la cruceta en dos brazos o muñones a los cuales se unirán los cojinetes del pie de biela. Colocados en los extremos de estos muñones, y afirmados a ellos con tornillos en piezas independientes, construidas de acero fundido, van los patines, normalmente cuatro que, recubiertos de metal antifricci6n, se deslizarán sobre las correderas, piezas fijas situadas en el armazón del motor, destinadas a absorber los esfuerzos perjudiciales creados con la distinta inclinación que toma la barra de conexión. En un principio sólo se colocaban patines a un lado de la cruceta, que era el que correspondía a la marcha avante del motor, y aún hoy, en motores de un solo sentido de giro, 62

así continúa haciéndose, pero si su construcción es más económica, su resultado práctico es peor, por lo que se adopto el sistema actual en el que dichos patines se colocan a ambos lados (figura 31) guiando así la cruceta de una manera más perfecta, eliminándose todo efecto perjudicial que no llega a repercutir en el émbolo y cilindro.

Figura 33. Figura 32. Fuerza que concurren en el tren alternativo

Estas fuerzas perjudiciales de que hablamos tienen su origen en las distintas posiciones que toma la barra de conexión, al transformar el movimiento rectilíneo alternativo del émbolo, en circular continuo del eje cigüeñal. Veamos de manera elemental qué es lo que ocurre. Consideremos el motor representado esquemáticamente en la figura 32, con el sentido de giro indicado por la flecha. La fuerza con que los gases de la combustión empujan al émbolo hacia abajo, la representamos por la línea C-A, siendo el punto C, su cruceta. Esta fuerza la podemos descomponer en otras dos, la C-B, en el sentido de la barra de conexión, y la C-D, transversal a ella. La C-B es la que se encarga de mover el eje cigüeñal, y cuyo valor C'-B', trasladamos al punto C', cojinete de cabeza de biela, donde a su vez se vuelve a descomponer en otras dos fuerzas, la C'-C, perpendicular al brazo del cigüeñal, y la C'-F, tangencial a la circunferencia de giro. La C'-C, intenta doblar el eje cigüeñal, siendo absorbida y anulada por los cojinetes de apoyo o bancada del propio cigüeñal. En cuanto a la C'-F, que es la que hace mover el punto C' tangencialmente, es la que produce el movimiento circular y es, en realidad, la única fuerza útil que aprovechamos de toda cuanto nos transmite el émbolo.

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A la fuerza C'-F, se la llama componente útil, y su valor variará según la posición que tenga la barra, al igual que las demás fuerzas componentes. Alcanzará su valor máximo C'F igual a CB, cuando la barra de conexión sea perpendicular al brazo del cigüeñal. Cuando así sucede decimos que el motor está en punto de arranque. La componente transversal C D, llamada perjudicial, la descomponemos también en otras dos, la C-I, en dirección del vástago que la absorbe, y la C-H, perpendicular al mismo, intentando doblarle, y que la cruceta, a través de los patines y correderas, será la encargada de eliminar. Esta componente C-D tendrá un valor que, al igual que las anteriores, dependerá de la inclinación que tenga la barra de conexión, alcanzando su máximo X (figura 33), al estar el brazo del cigüeñal R perpendicular al vástago V del émbolo. Cuando esto ocurre se nos forman los triángulos representados en la figura, y de cuya semejanza podemos formar la siguiente proporción:

Viéndose que la fuerza perjudicial disminuirá aumentando la longitud de la biela, y disminuyendo el radio del cigüeñal, por lo que, si pudiésemos dar a la biela una longitud infinita, desaparecería el efecto perjudicial. Lo normal es darle una longitud, como ya indicamos, de unas dos veces y media la carrera del émbolo, con lo que, en ocasiones, la fuerza C-H, componente de la C-D, alcanza valores de consideración originando grandes rozamientos entre patines y correderas, y cuya única reducción se consigue con las superficies de metal antifricción en los patines y un abundante engrase. Si repitiésemos esta misma explicación para distintos puntos de la circunferencia de giro del cigüeñal veríamos que siempre que su sentido de marcha fuese el mismo, la componente perjudicial C-D actuaría en el mismo sentido. Esta es la razón por la que los motores de una sola marcha sólo necesitan patines a un solo lado de la cruceta, que será la que corresponda a esta marcha. Ahora bien, si se trata de motores propulsores, y repetimos el mismo razonamiento para la marcha atrás, veremos que la componente perjudicial es idéntica a la de la marcha avante pero de sentido contrario, e intentando doblar el vástago en esta dirección, haciendo así necesario dotar a la cruceta de patines en sus dos lados. Refiriéndonos a un motor de tronco, comprobaríamos que esta des- composición de fuerzas se obtendría ahora sobre el bulón que obliga al émbolo a trabajar forzado sobre la camisa del cilindro, y de aquí la razón por la que el desgaste de estas camisas se presente en forma ovalada, transversal, y también en evitación de ello, la mayor longitud que dábamos a un émbolo de tronco. El sistema más empleado para hacer llegar el aceite de engrase a los cojinetes de cabeza y pie de biela, así como a los patines consiste en hacer circular el aceite por el interior del cigüeñal que es hueco, o al menos tiene conductos interiores. El aceite llega a los cojinetes de asiento y de allí, por agujeros abiertos al efecto, pasa al interior del cigüeñal, yendo a engrasar el cojinete de la cabeza de biela; este cojinete lleva otros agujeros por los que parte del aceite escapa al interior de la barra de conexión, que también es hueca, subiendo hasta la cruceta, donde se reparte a los cojinetes del pie. Otros conductos abiertos dentro de los 64

muñones de la cruceta permiten el paso del aceite a la superficie de los patines. Después de engrasar, todo el aceite cae al interior del cárter del motor donde es recogido para ser impulsado nuevamente a recorrer el circuito. En el dibujo de la figura 30 de la biela y la forma de unirse a la cruceta y cigüeñal, se ve claramente cuanto acabamos de explicar. Si se trata de un motor de tronco, también el aceite pasa por el interior del cigüeñal al cojinete de la cabeza, y de allí a la barra de conexión, subiendo por ella hasta el cojinete del pie al que engrasa conjuntamente con el bulón.

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CAPITULO 7

Bombas de barrido y sopladores.

CON anterioridad hemos dicho que el barrido era una de las fases que componían el ciclo del motor de dos tiempos. Esta fase era la que permitía la entrada del aire fresco al interior del cilindro al tiempo que, con su empuje, los gases quemados del ciclo anterior eran lanzados hacia el exterior por los conductos de escape. Además de llenar el cilindro de la necesaria cantidad de oxígeno para un nuevo período de combustión, el aire admitido tiene la misión de limpiar todo residuo de gas existente en el interior de dicho cilindro, es decir, barrerle, con cuya limpieza obtendremos las mejores condiciones para la repetición del ciclo. Se comprende pues la gran importancia que tendrá la forma de efectuar este barrido de los gases inertes que quedan en el cilindro después de una combustión, ya que si el nuevo ciclo de trabajo se comienza sin la total expulsión de estos gases con su sustitución por un aire limpio, en el nuevo período de combustión, el combustible encontrará una masa gaseosa muy pobre en oxígeno, por lo que esta combustión no podrá ser completa, teniendo con ello una pérdida de potencia con la consiguiente disminución de rendimiento del motor. He aquí la razón por la que cada tipo de motor presenta un distinto sistema para llevar a cabo el barrido, intentándose en todos ellos alcanzar la mayor perfección. Se tropieza con serias dificultades para poder conseguir una limpieza total del interior del cilindro, siendo las más importantes, la forma de construcción del mismo, así como del poco espacio de tiempo que disponemos para la realización de la fase.

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Figura 34 Idea fundamental del barrido. Las flechas indican la direccion del aire. Las lineas de puntos los gases inertes

Figura 35 Barrido del motor MAN

Figura 36 Barrido del motor Krupp

La forma circular del cilindro, y su limitación por la tapa superior o culata, crean unas zonas en su parte alta en las que es muy difícil hacer llegar hasta ellas una corriente de aire lo suficientemente intensa, que pueda limpiar los gases inertes allí acumulados. No obstante, con diversas disposiciones adoptadas en la abertura de las lumbreras del barrido y escape, y también con la forma dada a la cabeza del émbolo, se consigue que el aire, al entrar en el cilindro, se vea obligado a recorrer un determinado camino para que alcance todos los rincones, eliminando así, dentro de lo posible, estas zonas perjudiciales. El esquema fundamental del barrido y escape lo representamos en la figura 34 donde podemos ver las lumbreras destinadas a este fin, indicándonos las flechas el camino recorrido por el aire. Aquí se observan las citadas zonas perjudiciales, creadas en su parte alta, dándose la circunstancia de que en estas zonas es donde más se precisa del aire puro, por ser allí donde se efectúa la inyección del combustible, con lo que, al introducirse éste en el interior del cilindro, encuentra una masa gaseosa enrarecida, motivo por el que la combustión dista mucho de ser perfecta. A partir de esta base existen diversos sistemas, característicos de cada tipo de motor, que van siendo perfeccionadas.

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Figura 37. Barrido del motor Sulzer.

Figura 38. Barrido del motor Burmeiter

Vemos por ejemplo, que el motor MAN (figura 35), lleva dos series de lumbreras superpuestas, siendo la entrada de aire por las inferiores y la salida de los gases por las superiores. Las zonas de los gases inertes son ya menores. En el Krupp (figura 36), las lumbreras tienen una gran inclinación con lo que el aire va, dirigido hacia la parte alta del cilindro, pero además se permite la entrada de aire por unas pequeñas lumbreras circulares, situadas transversalmente a aquéllas, con lo que el choque de estas venas de aire, obligan a, éste a ascender en sentido vertical consiguiendo un buen barrido. El SULZER (figura 37) dispone de dos series de lumbreras para la entrada de aire y una para la salida de los gases. Las dos series del barrido van superpuestas quedando la superior colocada a más altura que la del escape. Se consigue así que aún después de haber tapado el émbolo las del escape, continúe entrando aire al cilindro, obteniendo un mayor volumen de aire puro, circunstancia ésta que sirve para sobrealimentar el motor. En todos los sistemas hasta aquí empleados vemos que el aire entra a través de una serie de lumbreras abiertas sobre la parte baja de la camisa y los gases de escape pasan al exterior atravesando otras lumbreras que vienen a estar situadas en las mismas posiciones que las anteriores. Este tipo de barrido es el llamado barrido lateral. Otro sistema de barrido empleado es el de válvulas en la culata del cilindro (figura 38). En realidad fue éste el primero que se empleó, y si bien con él se conseguía una limpieza prácticamente completa del cilindro, no tuvo su total aceptación por los inconvenientes y complicaciones que reportaba el accionamiento de estas válvulas mediante ejes y transmisiones.

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Entre otros, el motor BURMEISTER-WAIN, adopta este sistema. En él, y sobre la parte baja de la camisa, se abre una serie circular de lumbreras, a través de las cuales, cuando el émbolo desciende y las descubre, pasa el aire. Al mismo tiempo se abre la válvula del escape accionada por un eje de levas de tal forma que todo el flujo del aire se precipita hacia esta válvula, arrastrando todos los gases quemados, y quedando el cilindro lleno de aire, prácticamente puro para la nueva combustión. Este tipo de barrido es el llamado barrido' uniflujo. Diremos, a título de información, que el barrido más perfecto conseguido hasta hoy es el obtenido en los motores de émbolos opuestos (tipo DOFORD), ya que en ellos el aire entra por un extremo del cilindro, a través de lumbreras, recorriéndole todo él hasta salir por su extremo opuesto por otras lumbreras, coN lo que se consigue una limpieza total. Vistos de manera general los distintos sistemas de barrido pasemos ahora a estudiar la forma de conseguir el aire necesario a la presión conveniente. Para ello nos valemos de las llamadas bombas de barrido, que son unos compresores de baja presión que tomando el aire atmosférico lo comprimen unas décimas de kilo tan solo. Su capacidad ha de ser tal que suministre a cada cilindro un volumen algo mayor que el total de la embolada, a fin de que al efectuar el barrido parte de este aire pase al escape arrastrando con él los gases inertes y quedando el cilindro lleno para el nuevo ciclo. ' Existen diversos tipos de bombas pudiendo ser alternativas, rotativas o centrífugas. Las de tipo alternativo van accionadas por el propio motor, pudiendo ir colocadas en sus extremos de proa a popa, en lo que una de ellas habrá de suministrar el aire a todos los cilindros. Este sistema tiene el inconveniente de aumentar la longitud del motor, ya que de por sí, estas bombas son muy voluminosas, necesitando además de grandes tuberías para conducir el aire hasta los cilindros. Más general es que cada cilindro disponga de su propia bomba, si bien la descarga del aire comprimido va a parar a un colector común del que pasa a los cilindros. En este caso, las bombas van colocadas a lo largo' de todo un costado del motor y su accionamiento se realiza mediante un balancín, que une cada una de ellas a la cruceta del émbolo correspondiente. También pueden accionarse con un brazo rígido que vaya unido al vástago de su émbolo. Estas bombas alternativas son de doble acción para obtener así una gran cantidad de aire con un reducido volumen de la bomba, y como su presión de descarga es muy baja, sus émbolos se pueden construir muy delgados, ya que con poder colocar un aro que separe las dos regiones superior e inferior, ya es suficiente, evitando de esta manera el poner más pesos en movimiento, con la construyen de alguna aleación de aluminio. Las válvulas de aspiración e impulsión de estas bombas suelen ser automáticas, aunque en determinados casos se ha procurado accionarlas mediante transmisiones de varillas o ejes auxiliares, para evitar el estrangulamiento que sufre el aire cuando atraviesa las válvulas automáticas. Estas válvulas han de ser lo suficientemente dimensionadas y también ligeras, para que el aire pueda moverlas con facilidad. Ello representa Figura 39. una mejora en el rendimiento, pudiendo ser de forma de disco o de lámina, y construyéndose de acero inoxidable, de bronce al níquel o de una aleación similar. 69

Figura 39 Bomba de barrido del motor Sulzer

Como ejemplo de una de estas bombas representamos en la figura 39 la del motor SULZER. Cada cilindro lleva, su bomba que es accionada por el tirante 1, conectado a su cruceta correspondiente por un extremo y por el otro al balancín 2, cuyo punto de giro es el soporte 3. El extremo 4, del balancín, es el de conexión con el vástago 5, que mueve la bomba. Este vástago 5, lleva la cruceta 6 donde va unido el vástago 7 del pistón de la bomba 8. El movimiento alternativo de la cruceta del motor se transmite así al pistón 8, que en el dibujo queda situado en su punto muerto bajo. El aire llega a la cámara de aspiración 9, como indican las flechas. Esta cámara 9 es común a las dos regiones, superior e inferior de la bomba, siendo las válvulas 10 las que permitirán la entrada de aire al cilindro de la bomba durante la fase de aspiración. El aire comprimido saldrá por las válvulas 11 de descarga, al colector general del aire de barrido 12, desde donde, en el momento oportuno., pasará al cilindro del motor por las lumbreras 13. Tal como se encuentra en el dibujo, al ascender el émbolo, la succión que producirá en su región baja, hará que se abran las válvulas 10 de aspiración, de esta región, y el aire entrará a ella llenándola, durante todo el movimiento de ascenso. Mientras tanto, en la región superior, todo el aire que allí tenemos será comprimido en este ascenso hasta alcanzar la presión que abra las válvulas de descarga 11 de esta región, pasando al colector general de aire de barrido. Durante la carrera de descenso ocurrirá lo mismo, o sea, el aire entrará en la región superior por las válvulas 10 de esta región, y saldrá por las 11 de la región inferior, con lo que obtendremos un chorro continuo de aire al colector general. 70

Figura 40 Soplador de barrido del motor Burmeister

Las bombas del tipo rotativo son también accionadas por el propio motor, generalmente por la misma cadena que mueve los ejes de levas de las bombas de combustible o de las válvulas de escape, y suelen ir colocados en la parte posterior del motor, adosadas al bloque de cilindros. Están constituidas por dos piezas móviles o rotores A con aspas (véase la figura 40), de dimensiones bastante grandes, que engranan una con otra pero sin rozarse, siendo movido cada uno de estos rotores por un eje independiente que a su vez es accionado por el eje común que mueve la cadena. También aquí, con el fin de evitar los pesos en movimiento, estas aspas se construyen de fundición, pero con una fina pared, siendo huecas en su interior habida cuenta la poca presión del aire que impulsan y que no han de soportar rozamiento alguno cuando su funcionamiento es correcto. Como la cantidad de aire que se necesita es grande, estas bombas van muy revolucionadas, consiguiendo el alto número de vueltas con un tren de ruedas dentadas colocado entre el eje movido por la cadena y los ejes de accionamiento de los rotores. En el esquema representado vemos su forma de trabajo; el aire atmosférico, a través de unas rejillas o filtros (no visibles en el dibujo), que suelen estar colocadas en su parte baja, llega al soplador tal como indica la flecha, después de pasar por entre unos amortiguadores de ruidos (conductos forrados de algún tejido o sustancia), y llena el hueco entre cada dos aspas que lo arrastran en su giro hasta que la pala del otro rotor, también con su giro, viene a encajar en este hueco, obligando al aire a precipitarse por unas galerías B, que lo conducen al colector general del barrido, de donde pasará ya al interior de los cilindros en el momento oportuno. Como el motor puede girar en ambos sentidos, también los rotores podrán hacerlo, y con el fin de que el aire no escape y sea debidamente conducido, en la parte alta del soplador va una válvula de charnela V, que se sitúa en la posición correspondiente al efectuar el cambio de marchas el motor, obligando al aire a seguir un camino determinado. 71

La presión de impulsión de estas bombas, al igual que las del tipo alternativo, viene a ser muy baja, siendo su valor unas décimas de kilo. Cabe decir que estas bombas rotativas normalmente no necesitan válvulas de aspiración o Impulsión para llevar a cabo su trabajo. Este sistema de bomba de barrido es el empleado en los motores BURMEISTER & WAIN, con válvula de escape en su culata. El tipo centrífugo de bomba de barrido, es independiente del motor. Este viene a ser un ventilador de grandes dimensiones, que pueda suministrar el aire necesario, Este ventilador, llamado turbosoplante, es movido por un motor eléctrico, por una máquina de vapor, por un motor independiente, o por los gases de escape del propio motor. En todos los casos, debido al volumen de aire que se necesita, las medidas de los turbosoplantes son grandes, lo que significa que para moverlas se precisa un gran consumo de energía. Tan sólo cuando aprovechamos los gases de escape del motor, que habrían de perderse sin utilización, nos resultará económico este sistema de barrido. Por regla general, los sistemas más empleados son el de la bomba alternativa o el de rotores, instalándose el de tipo centrífugo para casos de emergencia, es decir, que el motor trabaja normalmente, con uno de aquellos sistemas, y por si ocurriese una avería en alguno de ellos, en determinados casos suele llevar una instalación centrífuga, a fin de que el motor pueda seguir funcionando hasta la llegada del buque a puerto. Otros tipos de motores, en vez de usar bombas de uno u otro tipo para conseguir el caudal y presión de aire necesarios, utilizan el espacio existente bajo los émbolos, debidamente acondicionado y son los propios émbolos los encargados de efectuar el trabajo de la bomba de barrido.

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CAPITULO 8

Sobrealimentación

Para que el proceso de la combustión del combustible inyectado en el cilindro se realice de una manera satisfactoria, aprovechando al máximo todas sus calorías y no tengamos humos en el escape, es necesario que, durante el período de la aspiración, introduzcamos en el cilindro la cantidad de aire necesario para que se queme de una manera total y completa. Hemos visto que, en motores de cuatro tiempos, al abrirse la válvula de admisión el aire atmosférico se precipitaba a través de ella, mientras que en los de dos tiempos, era la bomba de barrido la encargada de suministrarnos el aire. En uno u otro caso, la presión inicial con la que comenzaba la compresión, era prácticamente la atmosférica. Pero si en vez de esperar a que el aire vaya a llenar el cilindro nosotros, por un medio cualquiera, le empujamos, o sea, hacemos que entre ya con una presión, lograremos que dentro de este cilindro se nos acumule una mayor cantidad de aire que la normal. Ello traerá consigo que para poder consumir tal cantidad de aire tengamos que aumentar el combustible inyectado, con lo cual también aumentará la duración de la combustión y será mayor el número de calorías desarrollado, lo que se transformará en un incremento del trabajo desarrollado por el motor. Este aumento de caudal de aire se conoce con el nombre de «sobrealimentación«, llamándose «motores sobrealimentados«, los que trabajan admitiendo el aire en estas condiciones. El principio fundamental de la sobrealimentación trata de aumentar el área del diagrama de trabajo del motor, a base de una mayor fase de 1\1 combustión, aumentando así la presión media, procurando que la presión máxima aumente relativamente poco. El diagrama representado en la figura 41, corresponde a un motor de dos tiempos con aspiración del aire atmosférico. El B, representa al mismo motor en el que el aire entra, ya con una determinada presión, observándose ser mayor su área que la del A, debido a la 73

mayor duración de la combustión lo que transforma en un mayor valor de la presión media, y por tanto de un aumento de potencia.

Figura 41. Comparación de un diagrama de motor Diesel normal con otro sobrealimentado

Podemos decir que este aumento de potencia viene a, ser, en los modernos motores sobrealimentados, de un 30 a un 40 % más de la potencia normal del motor de aspiración, valor éste de muy apreciable consideración. Este mayor valor de la presión media repercutirá naturalmente, sobre los cojinetes de cabeza y pie de biela pero éstos, además de construirse de materiales adecuados que puedan soportar estas presiones, están dimensionados de manera tal, que la presión unitaria queda muy reducida. Ya al hablar de la biela tratábamos de este asunto, diciendo las formas constructivas de dichos cojinetes. También este mayor esfuerzo repercute sobre la cruceta y sus patines, debido a que por ser de más duración la combustión, la presión máxima actúa más tiempo, con lo que las fuerzas perjudiciales que se originan serán mayores pero, en evitación de ello, al igual que en los cojinetes, las superficies de roces de los patines, son dimensionadas para con ello reducir el valor de la presión unitaria. Contra estos inconvenientes de la sobrealimentación tenemos la ven- taja de que con ella se obtiene una mayor pureza del aire en el cilindro, debido a que tanto en motores de dos como en los de cuatro tiempos, se consigue expulsar mejor los gases inertes existentes por la presión que lleva el aire, que limpia todos los rincones del cilindro. Ello representa que la nueva combustión pueda efectuarse en mejores condiciones, de las que se producen en un motor de aspiración normal. Por otra parte, como el aire entra en el cilindro de una manera precipitada por la presión a que está sometido, al chocar contra la cabeza del émbolo, la camisa y la culata, es decir, con las piezas que forman la cámara de combustión que son las que alcanzan más temperatura, contribuye a enfriarlas, lo que representa una enorme ventaja para el buen funciona- miento del motor. Se ha podido comprobar también, que el consumo de combustible, por caballo y hora en un motor sobrealimentado, es menor que en otro igual de aspiración normal, pudiéndose calcular esta economía en un 3 por ciento. Si queremos alcanzar una determinada potencia, el volumen de la instalación de un motor sobrealimentado es también menor que en el motor normal, considerándose esta reducción en un 20 por ciento con el consiguiente ahorro del peso de la misma.

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Fotografía 42 Fotografía de un motor marino sobrealimentado por turbina de gases de escape, tipo “Maquinista”

Con todo lo dicho vemos que el motor sobrealimentado presenta una serie de ventajas que hacen se haya impuesto al motor con aspiración normal y que en la actualidad sea prácticamente el que se construye para las propulsiones marinas. Para poder suministrar el aire necesario de la sobrealimentación nos valemos de un aparato auxiliar, capaz de facilitarnos el caudal a la presión deseada. En un principio sólo se sobrealimentaron los motores de cuatro tiempos (figura 42) y para ello se emplearon ventiladores que, siendo accionados por motor eléctrico, por máquina de vapor, o por otro motor, des- cargaban el aire a un colector del que pasaba al cilindro en el período de la aspiración. Pero, como dijimos al hablar de las bombas de barrido, el accionamiento de este tipo de ventiladores trae consigo un gran consumo de energía, lo que hacía que las ventajas de la sobrealimentación se redujesen de forma considerable. Se pensó entonces en aprovechar la energía que conservan los gases del escape del motor al marchar a la atmósfera. Estos gases normalmente se perdían, o si acaso, servían para alimentar alguna caldereta auxiliar de la instalación. Con ello se consiguió eliminar el consumo que representaba el tener que mover un ventilador auxiliar, dando un gran paso en la sobrealimentación. Al mismo tiempo, vencidas una serie de razones técnicas, los motores de dos tiempos, comenzaron a adoptar también el sistema sobrealimentado.

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Hoy en día, el sistema de sobrealimentación mediante turbina movida por los gases de escape es el único empleado, correspondiendo las mayores potencias conseguidas a motores que trabajan por el ciclo de dos tiempos.

Figura 43. Representación esquemática de la instalación de un motor sobrealimentado por la turbina de gases de escape, descargando a una caldera auxiliar

Las turbinas de gases de escape o turbosoplantes, vienen a ser todas ellas de idénticas o parecidas formas de construcción. Constan general- mente de un eje en el que, en uno de sus extremos, va un disco, en cuya periferia van colocados los álabes o paletas, siendo lo que en realidad constituye la turbina. Hacia el otro extremo del eje va el compresor forma- do por unas palas en forma de laberinto, a través de las cuales es aspirado y conducido el aire. La zona de la turbina va separada, de la del compresor formando cada una de ellas una región independiente. Los gases de escape del motor (figura 43), mediante tubos, se conducen al colector de entrada a la turbina desde donde se hacen pasar por unos conductos o toberas y adquieren la velocidad y dirección necesarias con que se dirigen a las paletas de la turbina con las que chocan, comunicándoles su impulso y originando así el movimiento de giro que mueve el compresor, el cual al aspirar el aire atmosférico por unas cribas o filtros lo impulsa con la correspondiente presión a un enfriador, en el que se le quita la temperatura que ha adquirido a su paso por el compresor y, ya refrigerado, pasa al colector de donde se precipitará al cilindro del motor durante la fase de aspiración. Representamos en las figuras 44,45 y 46 el corte de un motor de cuatro tiempos con la turbina de sobrealimentación.

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Figura 44. Primera fase de la Sobrealimentación

En la primera de ellas se ve el émbolo en movimiento ascendente, en la fase de evacuación. Los gases, a través de la válvula de escape, pasan al tubo que los conduce a la turbina impulsándola. El compresor a su vez aspira el aire por el filtro y lo lanza como indica la flecha al enfriador, y comprimido y refrigerado, queda en el colector de admisión.

Figura 45. Segunda fase de la sobrealimentación.

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En la figura 45, cuando el émbolo está llegando al punto muerto alto, se abre la válvula de aspiración y durante un breve espacio de tiempo, coincide abierta con la de escape. El aire acumulado se precipita en el cilindro, y parte de él va hacia la válvula de escape, arrastrando los gases inertes que aun pudieran quedar, con lo que se ha efectuado una limpieza total y el nuevo ciclo comienza con un aire completamente puro. También el aire a su entrada ha enfriado al émbolo y la culata, así como las paredes de la camisa.

Figura 46. Tercera fase de la Sobrealimentación

En la figura 46 ya cerrada la válvula de escape, el aire llena el cilindro a la presión de sobrealimentación, aproximadamente 0'50 kilos/centímetro cuadrado, con lo que conseguimos, al ser mayor su densidad, aumentar la cantidad del combustible inyectado, y con ello, mayor potencia del motor. Tanto en los motores de dos tiempos como en los de cuatro que trabajan sobrealimentados, la realización de sus ciclos de trabajo es idéntica a cuando trabajan con aspiración normal ya que, como hemos visto, la única variación consiste en introducir el aire &1 cilindro a mayor presión que la atmosférica. Según la potencia y características del motor puede llevar una o más turbinas. En pequeñas potencias suele colocarse una generalmente, pero ya cuando ésta aumenta, se montan dos o más. Se instalan adaptándolas al mismo bloque del motor; de ser una sola se adapta a uno de sus extremos proa o popa, pero si son dos o más, van situadas en su lateral trasero. En el primer caso, o sea, cuando se trata de una sola turbina, todos los gases de escape por sus tuberías correspondientes, se unen a la entrada de la misma en un colector del que ya pasan a las toberas que las guían. Cuando se trata de dos o más turbinas, entonces los escapes de los cilindros, se agrupan en varios grupos, dirigiéndose cada uno de ellos a su 78

turbina correspondiente. En ambos casos, después de mover las turbinas, todos los escapes pasan a un colector general y de él, a alimentar alguna caldereta auxiliar, o bien a la atmósfera. El aire de la sobrealimentación, tanto si se trata de una como de varias turbinas, va a descargar a un colector común del que pasa a todos los cilindros, con lo que la presión es la misma para todos ellos. Las turbinas alcanzan una velocidad que depende de la cantidad de gases de escape que el motor produzca. De ello se deduce que, según el número de revoluciones que dé el motor, producirá más o menos gases y las turbinas girarán de acuerdo con ello. Queremos decir con esto que, en el motor sobrealimentado, la turbina se adapta automáticamente a las necesidades del motor, por lo que no precisa se la regule mecánicamente cada vez que tengamos que modificar el régimen de carga del motor. Las turbinas son siempre muy revolucionadas, siendo frecuente alcanzar las 15.000 revoluciones por minuto, disminuyendo esta velocidad a medida que aumenta su tamaño, claro es, aunque entonces giren a 6.000- 7.000 rpm. Se comprende que para conseguir esto, se necesiten materiales de la mejor calidad, por lo que a su construcción sólo se dedican fábricas que están especializadas en ello, suministrándolas después para los distintos tipos de motores.

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CAPITULO 9

Arranque

La operación de arranque o puesta en marcha de un motor puede Conseguirse de distintas maneras que dependen principalmente del tamaño del motor de que se trate. Pero todas estas formas las podemos agrupar, de una manera general, en tres grupos: arranque a mano, arranque por embrague automático y arranque por aire comprimido. , Cualquiera que sea el sistema adoptado todos ellos tienen la misma misión a realizar: partiendo del estado de paro del motor hacerle tomar una velocidad de giro tal, que pueda comprimir el aire en las debidas condiciones para que se realice la combustión del combustible a partir de cuyo instante, el motor gira ya por sus propios medios. Con ello vemos que el funcionamiento del dispositivo de arranque queda reducido a un corto espacio de tiempo, lo que dura la puesta en marcha. Cuando los motores son de muy pequeña potencia, o sea de reducido tamaño, se utiliza el primero de estos sistemas, que es el del arranque a mano. Este sistema es el más simple de todos ellos y consiste en hacer girar el motor adaptándole una manivela a un extremo del eje cigüeñal (figura 47), sobre el que se actúa haciéndole dar vueltas hasta alcanzar la velocidad necesaria, momento en el que se desacopla dicha manivela para ya seguir girando el motor. Al arrancar el motor de esta manera, gira por la fuerza que estamos actuando sobre la manivela pero en el momento de alcanzar su velocidad mínima necesaria y efectuarse la primera combustión, la velocidad del motor aumenta considerablemente siendo entonces cuando debemos desacoplar la manivela. Con este fin, dicha manivela va dispuesta para salirse de la pieza de acople por sí misma, evitando así el lastimar a la persona que estuviese actuando sobre ella.

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La citada figura 47 representa uno de estos sistemas de arranque. El motor es de un solo sentido de giro y deslizando la manivela hacia el cigüeñal, los encajes de ambas piezas coinciden, con lo que la manivela s610 arrastrará al cigüeñal cuando actuemos en su mismo sentido de giro.

Figura 47. Arranque a mano

Al alcanzar la velocidad necesaria, el cigüeñal, por la forma achaflanada de su encastre y además ayudado por el resorte, despedirá a la manivela hacia fuera quedando así desacoplada, eliminando de esta forma la posibilidad de un accidente. En algunos casos, en vez de actuar la manivela directamente sobre el cigüeñal, lo hace a un piñ6n, el cual, mediante una cadena de transmisi6n, arrastra al cigüeñal, con lo que se consigue el mismo efecto. El funcionamiento no deja de ser idéntico. Como a pesar de las disposiciones tomadas para la seguridad del manejo de estos sistemas, cabe siempre la posibilidad de que la manivela quedase agarrada y siguiese girando arrastrada por el motor, en evitación, pues, de los posibles daños que pudiese ocasionar, es conveniente que al estar actuando sobre ella solo hagamos fuerza durante su giro hacia arriba, con lo que caso de agarrotamiento seríamos despedidos y no arrastrados por ella. Este sistema de arranque se emplea, como hemos dicho, en pequeños motores instalados en botes o embarcaciones de recreo, así como en motores que muevan compresores o aparatos de emergencia, por no necesitar ninguna instalación especial. Con el fin de evitar resistencias y necesitar menor esfuerzo para arrancar, en algunos de los motores que montan este sistema llevan unos dispositivos o válvulas, que permanecen abiertas durante el arranque para que los émbolos puedan ser lanzados a mayor velocidad sin efectuar la compresión, cerrándolos en el momento que se considera se ha alcanzado la velocidad suficiente. El segundo sistema de arranque, el del embrague automático, consiste en hacer girar el motor mediante un dispositivo adaptado al mismo que es movido por un motor eléctrico (sistema eléctrico), o por una turbina movida, por aire comprimido (sistema neumático). Tratándose del caso en que el dispositivo sea movido por motor eléctrico, la energía necesaria nos la suministran una serie de baterías de acumuladores de la debida capacidad.

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La pérdida, de carga que durante el arranque tengamos en los acumuladores, la restituiremos mediante su conexión a una dínamo que podrá ser movida por motor independiente o por el propio motor que tratamos durante la marcha. Este tipo de arranque es utilizado en los motores de los submarinos, y también .en embarcaciones de recreo, y siempre en motores de pequeñas potencias, pues presentan la ventaja de pode!: controlar la velocidad de giro durante la puesta en marcha, observándose si su funcionamiento es normal. Además, los mismos acumuladores pueden servirnos también para el alumbrado de la instalación, sin necesidad de tenor otros aparatos en servicio. . Si es de turbina de aire de lo que disponemos para arrancar, este aire lo tenemos comprimido y almacenado en unas botellas o recipientes de acero, destinadas al efecto, y por tubería es conducido a la turbina a la que se le da paso abriendo la válvula o grifo dispuesto a este fin.

Figura 48 Arranque por dispositivo automático

Este sistema es utilizado generalmente para arrancar motores auxiliares o grupos electrógenos. Tanto en el dispositivo eléctrico como en el neumático, movemos un eje, el del motor eléctrico o la turbina, en el que va una rueda dentada, que engrana con una corona también dentada, del mismo paso que la rueda, y que va situada sobre la superficie del volante del eje del motor. Al ser movida la turbina o el motor eléctrico, gira la rueda dentada arrastrando el volante y con ello el eje motor. Veamos sobre la figura 48 el funcionamiento de uno de estos sistemas. El motor o turbina M, mueve el eje E, que por el resorte R, que hace de acoplamiento elástico va unido al eje F. Este eje F, va roscado con un paso cuadrangular, y sobre esta rosca H, sirviéndole de tuerca se desliza la rueda dentada P que lleva adaptado a ella el contrapeso N, con objeto de que al girar el eje F la rueda no lo haga y se vea obligada a desplazarse sobre la rosca cuadrangular hacia la derecha hasta alcanzar el tope T. Entonces, al no poder desplazarse más la rueda P por impedírselo el citado tope T, es arrastrada por el eje F que, a su vez, está recibiendo el movimiento del eje E del motor M. Pero también entonces, la rueda P, ha en82

granado con los dientes de la corona dentada V del volante, con lo que se consigue hacer girar el "motor y hacerle arrancar. O sea que al poner en marcha el motor M, la rueda P es lanzada hasta engranar con V, haciéndola girar, pero cuando ya hemos conseguido el arranque, y paremos el motor M, cesa la fuerza que impulsaba a la rueda P, y deslizándose sobre la rosca, automáticamente, vuelve a su posición inicial de reposo. Por último, el tercer sistema, el de arranque por aire comprimido, que es el más usado para toda clase de motores cualquiera que sea su potencia y tamaño, consiste en hacer llegar este aire comprimido al cilindro del motor cuando el émbolo se encuentra por su punto muerto superior, y actuando sobre él, lo impulsa fuertemente con lo que adquiere la velocidad necesaria para ponerse en marcha. El aire comprimido a una presión de 25 a 30 kilos, lo tenemos almacenado en grandes recipientes, casi siempre dos, de acero. Una tubería lo conduce al motor donde, después de pasar por una válvula principal, se distribuye a los distintos cilindros. Cada cilindro' lleva su correspondiente válvula de arranque que es la encargada de dejar pasar el aire en el momento oportuno, siendo automático el funcionamiento de las citadas válvulas. En algunos casos, cuando el motor es de varios cilindros, puede darse el caso de que no todos ellos dispongan de dicha válvula, la cual sólo se instala en un determinado número de dichos cilindros con los que se obtiene la seguridad de la puesta en marcha. Pero, repetimos, esto sólo ocurre en determinados casos, ya que lo normal es que cada cilindro lleve su propia válvula que va colocada generalmente sobre la culata o tapa del cilindro, junto a las demás válvulas (inyector, aspiración, escape, etc.).

Figura 49. Válvula de aire de arranque 83

Representamos en la figura 49 una de estas válvulas que nos sirve de base para comprender el funcionamiento de los distintos tipos existentes ya que en todas ellas es idéntico. Corresponde a un motor BURMEISTER & WAIN. Consta la válvula de un cuerpo de fundición A, dentro del cual se aloja el vástago V. En dicho vástago tenemos el émbolo P sujeto a él por el resalte R y la tuerca T. Actuando sobre la parte inferior de este émbolo, va el resorte H, que lo empuja hacia arriba y mantiene la válvula cerrada. En el vástago tenemos otro émbolo, el Q, cuyo diámetro viene a ser el mismo que el del asiento de la válvula (zona S). La parte alta del cuerpo I de la válvula va cerrada por la pieza B, roscada a, dicho cuerpo, quedando entre ella y el émbolo P, la cámara C, a la que una tubería no visible en el dibujo, llevará el aire procedente del distribuidor de arranque. Cuando se va a poner en marcha el motor, se abre el recipiente de aire dándole paso con la válvula correspondiente para que llegue al colector general, que está en comunicación con todas las válvulas de arranque, pasando a llenar los espacios E, entre el émbolo Q y el asiento S. Siendo iguales los diámetros de Q y S, la válvula queda equilibrada, manteniéndose cerrada, cierre que aumenta con la tensión del resorte H. Al encontrarse el émbolo motor en su punto de arranque, el distribuidor de aire permite que éste pase a llenar la cámara C, cuya presión actúa sobre el émbolo P, obligándole a descender, comprimiendo el resorte H. Como el vástago V está unido a dicho émbolo P, la válvula se abre, con lo que el aire del espacio E se precipita al cilindro, impulsando al émbolo motor, dándole la velocidad necesaria para la puesta en marcha. El distribuidor del aire de arranque está regulado para que la válvula permanezca abierta sólo el tiempo necesario, por lo que, cuando deja de suministrar aire a la cámara C, momento en que el motor lanzado comienza a quemar combustible, al fallar la presión, el émbolo P recupera su posición inicial, empujado por el resorte H, cerrándose la válvula e interrumpiéndose la entrada de aire al motor.

Figura 50. Válvula aire arranque motor KRUPP-MAQUINISTA. 84

Otro tipo de válvula que también representamos en la figura 50 corresponde a un motor KRUPP-MAQUINISTA. Vemos consta también de una caja de fundición A, en la que va situado el vástago V, Y de dos émbolos, , el P, de diámetro ligeramente superior al asiento de la válvula, para que al pasar el aire a la cámara C, ésta no se abra; y el Q, sobre el que actúa el aire procedente del arrancador. Un resorte R ayuda al émbolo P a mantener cerrada la válvula. Al dar paso al aire, éste se dirige a llenar las cámaras C, y parte de él pasa por la tubería T a la parte alta del émbolo Q empujándole e intentando abrir la, válvula, cosa que sólo conseguirá cuando el rodillo del tirante que actúa sobre el brazo B, se lo permita la leva sobre la que se desliza, dando paso entonces al aire hacia el interior del cilindro y comenzando a girar el motor. Al suspender el suministro de aire cesará la presión sobre el émbolo Q, la válvula se cerrará por su efecto, ayudado por el resorte R, volviendo a su posición inicial. Para arrancar el motor, se abre el recipiente del aire a presión y la válvula de paso al motor con lo que se llenarán todas las válvulas de arranque. Se lleva entonces la palanca de mando a la posición de «arranque» y la válvula que se encuentra en este punto actuará y comenzará a girar el motor, al tiempo que también las demás válvulas, al pasar por su posición correspondiente, irán actuando y el motor adquirirá la velocidad necesaria en muy breves segundos. Cuando esto sucede la palanca de mando se coloca en «Servicio», cerrándose automáticamente el paso del aire al girar ya el motor con combustible. La posición óptima para arranque del motor, como veremos al hablar de la distribución, es desde poco antes de alcanzar el émbolo el punto muerto superior, hasta la mitad de la carrera descendente. Anticipamos aquí que el espacio recorrido por el émbolo durante el arranque, expresado en grados de giro del cigüeñal viene a ser desde 5 grados antes del punto muerto superior hasta 90° después de rebasada esta posición aproximadamente. Por esta razón se necesita, dotar a un mínimo de cilindros con la válvula de arranque, para asegurarnos una puesta en marcha segura y eficaz, sin necesidad de tener que colocar el motor en una posición determinada, cosa totalmente imposible cuando éste sea dedicado a la propulsión de un buque. El número mínimo de cilindros que habrá de llevar esta válvula será . de cuatro en los motores de dos tiempos, y de seis en los de cuatro, con lo que tendremos un ciclo completo del motor trabajando con aire de arranque y de ahí la seguridad de su puesta en marcha. Hemos visto las distintas maneras de poder arrancar el motor y tratándose, de motores estacionarios, grupos electrógeno s, aparatos auxiliares, etc., ya no presenta dificultad alguna que añadir, pues el motor sólo tiene un sentido de giro y no hay necesidad de invertirlo, tan sólo cuando no nos sean necesarios sus servicios se para dejándole disponible para arrancarle cuando se precise. Pero en el caso de que el motor esté aplicado a la propulsión de un buque, entonces ya hemos de tomar algunas disposiciones. El motor ha de ser reversible, es decir, poder girar en uno u otro sentido para que la hélice en su movimiento haga desplazar el buque en la dirección necesaria. Varios sistemas existen para lograr este fin de los que damos idea a continuación. Si se trata de motores de pequeñas potencias como son los destinados a botes, embarcaciones de recreo, o buques de escaso tonelaje, hasta unos 200 caballos, por regla 85

general, para no complicarles con nuevos accesorios, el motor es de un solo sentido de giro, buscando una disposición mediante la que podamos mover la hélice según nos convenga. A partir de esta potencia y al aumentar su tamaño, se construyen los motores de forma que puedan girar en los dos sentidos, lo que se consigue con el cambio de marchas. En el primero de los casos, el eje motor va unido al eje de transmisión por una caja de engranajes o conos de fricción, que constituirán su cambio de marcha, y en el segundo el eje motor va firmemente conectado al de transmisión y por tanto a la hélice. Veamos en el primero de ellos como logramos este cambio de marcha es decir, manteniendo constante el sentido de giro del motor invertir el de la hélice.

Figura 51. Embrague y cambio de marcha por ruedas dentadas

En la figura 51 tenemos uno de estos casos. El eje del motor E, termina por su extremo en forma ensanchada, pudiendo desplazarse longitudinalmente en su interior el manguito A, pero siendo arrastrado por el giro del eje motor debido a la chaveta B. Este manguito lleva con él, la rueda dentada Q. El manguito está atravesado, sin rozamiento, por el eje de transmisión T, sobre el que tenemos la rueda dentada R. Cuando la palanca C se encuentra en el punto medio 2, el motor gira sin transmitir movimiento alguno. La rueda S gira loca pero engranada con la R. La palanca C en el punto 2, es la posición que se aprovecha para arrancar el motor ya que no presenta resistencia exterior alguna. Pero al colocar la palanca en el punto 1, el manguito A embraga por el extremo delantero con el eje T, y como el manguito está girando arrastrado por el eje motor, resulta que el eje de transmisión se ve obligado a girar en la misma dirección del motor, motivando el movimiento de la hélice acoplada a él. Con ello se obtiene la marcha avante de la embarcación. Si trasladamos la palanca al punto 3, es la rueda Q, solidaria con el manguito, la que engrana con la rueda loca S, que a su vez está engranada con la R, haciendo así girar al eje de transmisión en sentido contrario del eje motor En este caso, la hélice movida por el eje de transmisión nos facilita el desplazamiento opuesto, o sea, la marcha atrás. 86

Existen diversidad de tipos de estas cajas de engranes, llamadas también embragues, cuyo funcionamiento, más o menos complicado; parte siempre del aquí explicado. En los grandes motores que hoy se construyen (ya que son muy frecuentes las potencias de 20.000 caballos en un solo motor habiéndose alcanzado como ya indicamos los 25.000, en la propulsión de buques enormes), el intentar siquiera la inversión de su marcha por un procedimiento como el explicado, es bajo todo punto de vista imposible. Por ello hay que dotar al motor de un sistema que sea capaz de hacerle cambiar su sentido de giro, al tiempo que arranque con facilidad empleando en estas operaciones breves segundos, y pudiendo efectuarlas cuantas veces sean necesarias durante las maniobras del buque. Esto se consigue con el cambio de marcha. Cada tipo de motor adopta un sistema de estos cambios existiendo gran número de ellos más o menos ingeniosos. Todos en general funcionan con aire comprimido y pueden llevar además algún dispositivo hidráulico, a base del aceite lubrificante. Con el fin de dar una idea del funcionamiento de estos cambios de marcha, explicamos a continuación uno de los más característicos, el empleado en los motores del tipo BURMEISTER y que representamos en la figura 52.

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Figura 52. Esquema del funcionamiento del inversor de marcha en grandes motores

Supongamos el motor parado, pendiente de maniobra. Tenemos abierta la válvula de paso de aire al motor que nos llega según indica la flecha a la válvula automática A. Una tubería nos conduce parte de este aire a la válvula piloto B, y pasando a través de ella va a la parte alta de la válvula automática A. Esta válvula

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automática lleva dentro un vástago 1, en el que está el émbolo de equilibrio 2; el asiento de la válvula 3; y otro asiento 4, para la descarga del aire a la atmósfera. En el cuadro de mandos del motor, hay dos palancas (no constan en el dibujo), una de ellas es la de maniobra o cambio de marchas y la otra para el arranque y regulación de la velocidad. Si el motor estaba funcionando en marcha «avante», cuando se ha parado, ahora queremos arranque en marcha «atrás». Para ello colocamos la palanca del cambio en esta posición atrás». Al hacer este movimiento, una serie de palancas nos ha desplazado el eje C del distribuidor del aire de arranque y lo ha colocado de forma que las levas 5 que actúan, sean las que corresponden a la marcha atrás. Un gatillo nos ha levantado el vástago 6, de la válvula piloto D, con lo que ésta queda abierta. Llevamos ahora la palanca de arranque desde la posición «paro» en que se encuentra a la de arranque . Con ello levantamos el vástago 7 de la válvula piloto B, cerrando el paso del aire y poniendo en comunicación con la atmósfera la cámara 8 sobre el émbolo de equilibrio 2, de la válvula automática A, y al quedar desequilibrada esta válvula, el vástago 1, obligado por la mayor presión que actúa sobre la cara inferior del pistón 2, asciende y el asiento 3 descubre el paso al aire que se precipita al interior de las válvulas de arranque F. El asiento 4 ha incomunicado la zona del aire con la atmósfera. Del mismo aire que llena las válvulas de arranque parten dos tuberías, G y H. La H conduce al aire atravesando la válvula piloto D, que tenemos abierta, al cilindro de freno 1, empujando su émbolo 12, que obliga al rodillo 13 a asentarse sobre la corona dentada 14, con lo que se impide que esta corona pueda girar. La corona va unida al eje de levas que acciona las bombas de combustible y las válvulas de escape. Este eje queda pues frenado por dicha corona dentada 14. En la corona tenemos las trócolas 15 que encajan con las 16, que son parte del manguito K, permitiendo entre ambas un giro de 130 grados, que son el desplazamiento que ha de efectuar el eje de levas], para pasar de la marcha «avante» a la «atrás» y viceversa. Vemos en la figura que este manguito K, va montado sobre el mismo eje de levas], pero sin estar unido a él, con el fin de poderle hacer girar los 130° indicados, mientras que el eje de levas, sujeto por la acción del freno sobre la corona dentada, permanece quieto. Montada en el manguito K, y unida firmemente a él, va la rueda dentada L, que mediante una cadena de transmisión está conectada con el eje cigüeñal, y que es arrastrada con el giro de éste. El giro de esta rueda, con sus trócolas 16, apoyando sobre las 15 del eje de levas, son las que originan el giro de este eje de levas. La otra tubería que indicábamos, la G, lleva el aire al distribuidor E, y actúa sobre sus vástagos 9, los aprieta sobre la superficie de la leva 5, y al encontrar uno de ellos en posición de arranque, permite que el aire pase por unas galerías a la tubería que le conduce a la parte alta del émbolo 10 de la válvula de arranque F, empujándole y haciendo que la válvula se abra. El aire almacenado en las cámaras 11, se precipita al cilindro, impulsando al émbolo con lo que comienza a girar el motor.

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Hemos dicho que con la actuación del cilindro freno, tenemos sujeta la corona 14, y por tanto que el eje de levas no puede girar. Al abrirse la válvula de arranque F que se encuentra en posición, el aire en el cilindro empuja al émbolo, el cigüeñal gira en el sentido de la nueva marcha en que esté colocada la palanca de cambio de marcha, y arrastrando la cadena que le une a la, rueda dentada L, hace girar el manguito K, mientras el eje de levas continúa frenado. Cuando el manguito K, con la rueda L, ha girado el ángulo de 130°, que como hemos dicho e s el que corresponde al giro del eje de levas para la marcha avante o atrás, las trócolas 16 pasan a apoyarse sobre las 15, pero en su cara opuesta, para comenzar a arrastrar el eje de levas. Pero mientras giraba el manguito K y permanece frenado el eje de levas ], la tuerca M, con rosca cuadrangular (17) sobre el eje de levas, por su empalme (18) con el manguito, se ve obligada a desplazarse hacia la derecha hasta alcanzar la posición indicada en la figura que es la correspondiente a la marcha «atrás.. Este desplazamiento de la, tuerca M, sirve para accionar un juego de palancas que conectado a su cajera 19, está unido por su otro extremo al gatillo que abría el vástago 6 de la válvula piloto D. Supongamos que está girando el cigüeñal, gira la rueda L y el manguito K, las trócolas 16 van a apoyarse sobre las 15, para arrastrar el eje de levas. En este instante la, tuerca M, desplazada ya, acciona el juego de palancas indicado, disparando el gatillo que sujetaba el vástago 6, cerrándose la válvula, piloto D, e incomunicando el paso del aire al cilindro del freno L, cuyo émbolo 12, falto de presión y ayudado por su resorte 20, recuperará su posición inicial levantando el rodillo 13, cesando así, la fuerza que se oponía al giro del eje de levas], que ahora, al apoyarse las trócolas 16 sobre las 15, lo arrastrarán y las levas comenzarán a accionar las bombas de combustible y las válvulas del escape. La palanca de arranque y regulación la habíamos colocado en la posición de «arranque.. El motor, efectuada la inversión del movimiento, gira ahora movido sólo por aire. Pasamos la palanca de «arranque. a «servicio., con lo que el vástago 7 de .la válvula piloto B caerá, dando nuevamente paso al aire desde la válvula de entrada a la cámara 8, sobre el émbolo 2 de la válvula automática A, volviendo a equilibrarla, cerrando entonces el asiento 3, el paso de aire a las válvulas de arranque F. El asiento 4 descenderá y todo el aire que exista en 1as válvulas de arranque, por las lumbreras 21, como indica la flecha, pasará a un silenciador que lo descargará a la atmósfera. Falto de presión, el distribuidor E, sus émbolos (9), ayudados por el resorte 22, se levantarán cerrando el paso a la cámara 10 de las válvulas de arranque, lo que ocasiona el cierre de éstas, interrumpiéndose así la entrada de aire al motor. Como la palanca de regulación la hemos colocado en servicio habrá inyecci6n de combustible y el motor comenzará a girar por sus propios medios. Según hemos dicho al principio, el motor estaba funcionando en marcha «avante» se paró y arrancó en marcha «atrás». Si ocurriese lo contrario y tuviésemos que pasar de «atrás» a «avante», las operaciones que se realizan son las mismas, repitiéndose cuanto se ha explicado. Cada tipo de motor tiene su sistema propio de cambio de marchas que varía en distintos detalles constructivos. Pero todos ellos están dispuestos de forma tal, que les dan una 90

seguridad prácticamente completa. Así tenemos que la palanca del cambio de marchas no puede moverse de la posición en que se encuentra, o sea, pasar de «avante» a «atrás» o viceversa, si el motor no está completamente parado, por quedar bloqueada con unos dispositivos de seguridad. Tampoco la palanca de arranque y regulación, podrá moverse ni arrancar el motor, si la palanca del cambio de marcha no está en la posición debida. Con todo esto, para efectuar una inversión de marcha, nos vemos obligados a realizar unas operaciones en las que, si por descuido u olvido, una de ellas no está bien hecha, el motor no arranca obligándonos a rectificar. Hay que decir que tanto el arranque como la inversión de marcha se llevan a cabo con muy pocos segundos de tiempo, rapidez que es necesaria para las maniobras del buque. Añadiremos que si estando parado el motor, hemos de arrancarle en el mismo sentido de marcha que estaba funcionando, al llevar la palanca de arranque a esta posición comenzará a girar dándole inmediatamente combustible. En este caso todo el mecanismo del cambio de marcha girará arrastrado pero no efectuará trabajo alguno, ya que éste sólo actuará al efectuar inversión de marcha. Además de los cambios de marcha por engranajes o conos de fricción, y los de aire como los aquí explicados, existe también un sistema para invertir la dirección del buque que consiste en variar el ángulo de las palas de la hélice. En este caso el motor gira siempre en el mismo sentido, y las palas de la hélice son postizas, variando su posición mediante unas cremalleras colocadas en el interior de los ejes que son huecos, lo que hace que el ángulo que tomen cambie el empuje de la hélice sobre el agua, y con ello la dirección del buque. Este sistema, muy interesante, no está muy generalizado. Para arrancar el motor en el momento oportuno y efectuar los cambios de marcha que se requieran, desde el puente de gobierno del buque se dan las órdenes al departamento de motores. Con este fin, en el puente y en la sala del motor se instalan unos aparatos llamados telégrafos de órdenes. Estos aparatos son dos, uno de ellos se instala en el puente, y el otro en el motor, unidos ambos por cables eléctricos y estando su funcionamiento basado en unos principios de electricidad. Según se ve en la figura 53 constan de una superficie circular en la que tenemos marcadas dos secciones, normalmente pintadas con distinto color para mayor resalte. Una de estas secciones corresponde a la marcha «Avante», y la otra a «Atrás». Cada una de estas secciones va dividida en cinco partes, que son los distintos regímenes de marcha a que ha de funcionar el motor, yendo marcada en cada, una de estas partes la marcha correspondiente. Estas son: «Muy Despacio» o «Poco a Poco»; «Poca»; «Media» y «Toda». La quinta división de la marcha «Avante» indica «Atención», o sea que debemos estar preparados para maniobrar, y en la misma pero de «Atrás» nos dice «Terminado con Máquinas», con lo que se da por finalizado el régimen de maniobra:

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Figura 53 Aspecto del mando de un telégrafo

Entre las dos secciones «Avante» y «Atrás» tenemos otra con la palabra «Para». Un eje central lleva una flecha A. Una manivela que gira por su periferia, lleva otra flecha B. Ambas flechas A y B, deben estar situadas siempre sobre la misma división, o sea indicando la misma marcha. En el interior, debajo de esta superficie, va, un dispositivo eléctrico del que se alimentan un timbre y una serie de bombillas, colocadas en cada división o régimen de marcha. Cuando en el telégrafo del puente se acciona la manivela de la flecha B, y la colocamos en el régimen de marcha deseado, en el del motor, el eje que lleva la flecha A, se mueve y pasa a señalar la marcha pedida. Puesto en cortocircuito el dispositivo eléctrico, comienza a sonar el timbre al tiempo que se enciende la luz de la marcha que se solicita. Hasta que nosotros no accionemos la manivela de la flecha B, y la hagamos coincidir con la A, colocándola en la misma marcha, no cesará el timbre ni se apagarán las luces. Como esto sucede en los dos telégrafos, el de ellos que haya transmitido la orden sabrá que ha sido comprendida cuando para el timbre y se apaguen las luces. Normalmente la maniobra se comienza poniendo el telégrafo en "Atención», con lo que hay que estar en el control del motor pendiente de arrancar el motor en la marcha que nos soliciten, efectuando las maniobras pedidas tan pronto se reciba la orden. Cuando el buque queda atracado o navegue ya por mar abierto, finaliza la maniobra, marcando entonces el telégrafo "Terminado con máquinas. Antiguamente, y aún hoy en pequeños buques, el telégrafo, en vez de estar accionado por dispositivo eléctrico, se movía por unas transmisiones de varillas y cadenas, que combinaban los movimientos de las flechas para los distintos regímenes de marcha, obteniendo el mismo resultado, pero este sistema ha caído en desuso, sobre todo en los gran- des buques en los que se requiere una absoluta seguridad de funcionamiento.

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Figura 54. Caja de maniobra con telégrafo.

El telégrafo instalado en el departamento del motor se coloca junto a los mandos del motor, es decir donde están las palancas de maniobra y los cuadros de manómetros, indicadores, y demás aparatos de control, de manera que la persona, encargada de la vigilancia del motor, pueda recibir las órdenes del telégrafo y contestar a ellas, arrancar o poner el régimen de marcha pedido y controlar el buen funcionamiento. Como puede darse el caso de recibir una orden en el telégrafo y por cualquier circunstancia o descuido ejecutar una orden contraria a la recibida, el telégrafo se conecta a los mandos del motor y al igual que decíamos que las palancas de maniobra y regulación debían estar en la posición debida para arrancar o cambiar el sentido de marcha del motor con esta conexión del telégrafo a los mandos conseguimos que el motor sólo pueda arrancarse en el sentido indicado por el telégrafo, evitando así toda posibilidad de equivocación y con ello un motivo de graves averías. 93

Una idea de la instalación del telégrafo nos la da la figura, 54, en la que se ve la caja de mandos del motor. La palanca de la izquierda es la de maniobra o cambio de marcha. La de la derecha es la de regulación del combustible, es decir, la de la velocidad del motor. Sobre la caja un tacómetro o contador de revoluciones que da el motor. En su parte alta y conectado a la caja de mandos por una varilla, que es la que nos combina la posición del telégrafo con el control, tenemos el propio telégrafo. Este tipo de control corresponde a un motor SULZER.

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CAPITULO 10

Bancada. Bastidor

Designamos con el nombre de bancada, a aquella pieza del motor sobre la cual se apoyan todas las piezas que forman el conjunto del mismo (figura 55). La bancada es la base del motor pudiéndola considerar como sus propios cimientos, y ha de estar concebida de manera tal, que pueda absorber y soportar todos los pesos y esfuerzos a que están sujetas las piezas que lo forman. Comprenderemos la importancia de esta pieza observando que las piezas móviles del motor, en su movimiento, crean una serie de fuerzas perjudiciales en todos los sentidos y direcciones, fuerzas éstas de muy compleja composición, que para que el funcionamiento del motor sea correcto han de ser eliminadas, hecho que conseguimos con la bancada. Pero además de estas fuerzas perjudiciales tenemos el esfuerzo normal del motor, es decir, el trabajo que nos está desarrollando que ha de transmitirse también a través de la bancada absorbiendo el esfuerzo del cigüeñal, al tiempo que lo transmite al eje de transmisión o aparato al que esté destinado accionar el motor. Para que cumpla con estos requisitos ha de ser pues, de robusta constitución y de suficiente rigidez con la que se evite toda posible deformación del motor. Sin estos requisitos una bancada débil o poco rígida, será incapaz de soportar el trabajo a que está sometida siendo ello motivo de continuas averías, o de un anormal funcionamiento del motor. Según el tipo de motor la bancada adopta una u otra forma, y si bien su construcción es diferente, podemos considerar, de una manera general, que está formada por dos vigas longitudinales, cuya longitud es la del motor, y que están unidas entre sí por una serie dé nervios o puentes transversales consiguiendo así la robustez y rigidez de que hablamos. 95

Figura 55. Bancada motor BURMEISTER-WAIN. Normalmente, la bancada suele construirse de hierro fundido, o de acero también fundido, y observando las figuras con que ilustramos el capítulo vemos que, la cara inferior de las dos vigas longitudinales terminan en una superficie maquinada, siendo planas por completo, pues esta cara será la que asentará sobre el basamento o polin, donde haya de instalarse el motor. La superficie superior es también plana, para sobre ella apoyar: los bastidores o columnas que servirán de sustentaci6n a la parte 1 alta del motor, al tiempo que entre ellas formarán el cárter. Cuando se trata de motores pequeños, es decir, de pequeña o mediana potencia, por sus dimensiones, la bancada suele construirse enteriza, pero al aumentar de tamaño, entonces para mayor facilidad se construye en varias secciones, que después se unen entre sí mediante tomillos ajustados, formando de esta manera un conjunto de gran solidez. Hay tipos de motores, el SULZER por ejemplo (figura 56) en que la parte baja de la bancada está cerrada con la misma fundición de que están construidas las vigas longitudinales, formando así un espacio cerrado, Otros en cambio, caso del BURMEISTER (hablamos de grandes potencias), donde este espacio cerrado está constituido por una pieza postiza, construida de plancha fina para ahorrar peso, que se atornilla a la cara inferior de la bancada, colocada lógicamente a todo lo largo del motor. Este espacio cerrado, de una u otra forma constituido, tiene por objeto recoger todo el aceite que tras lubricar todas las piezas en movimiento (cigüeñal, cojinetes, correderas, etc.), derrama a él y es lo que constituye la parte baja del cárter, o bandeja del motor.

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Figura 56. Bancada motor SULZER. Estas bandejas o bateas van dotadas de tubos de gran diámetro para t que el aceite pueda pasar libremente y por su propio peso al tanque de lubricación, que se coloca más bajo de manera que el aceite descargue allí con más facilidad y no motive acumulación alguna en la propia bandeja, ya que, de no ser así, con el funcionamiento llegaría un momento en que todo el aceite quedaría acumulado en ella, se nos vaciaría el tanque de lubricación, la bomba encargada de aspirar el aceite de este tanque nos fallaría, y al no poder impulsarlo al circuito del motor, éste quedaría , sin engrase con todas sus graves consecuencias. En motores pequeños, generalmente los destinados a mover aparatos auxiliares, el tanque de lubricación queda reducido a la bandeja o parte baja del cárter (véase la figura 57), pues en este caso a la bancada se le da la altura necesaria para que en ella podamos tener el aceite necesario. La bomba de engrase aspirará de allí, y tras hacer pasar el aceite por su enfriador, lo Impulsará al circuito del motor. Los puentes transversales de la bancada (figura 58), de los que tenemos uno entre cada dos cilindros, además de unir entre si las dos vigas

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Figura 57. Sección transversal de un motor de dos tiempos. longitudinales, llevan en su parte central un hueco o cajera, en los que van colocados los cojinetes de bancada o asiento, en los que apoya el eje de cigüeñales. Estos cojinetes de bancada constan de dos medios casquillos, de acero forjado o fundido, cuya superficie interior, o sea, la de apoyo del eje cigüeñal, va recubierto de metal antifricción al igual que lo estaban los cojinetes de cruceta o biela, con objeto de que el rozamiento se efectúe de una manera suave, y sea mínimo su valor. Con el fin de que el aceite pueda llegar a toda la superficie del cojinete, también en éstos se abren las correspondientes ranuras del engrase, siendo aplicable a estos cojinetes todo cuanto con anterioridad dijimos con respecto a los de biela y cruceta. Es norma general construir los dos medios casquillos redondos por su parte exterior y concéntrico con el eje, disposición ésta que presenta la ventaja de poder desmontar el medio casquillo inferior, cuando sea necesario su reconocimiento o sustitución, con una simple herramienta que aprovecha el giro del eje, y sin necesidad de levantar el cigüeñal (figura 59), tal como ocurría en los cojinetes de forma exterior poligonal caídos hoy en desuso. Como el trabajo de estos cojinetes es el de soportar sobre ellos el eje cigüeñal, en realidad todo el esfuerzo recae sobre el medio casquillo inferior, pudiendo considerar el medio alto 98

cual una guía. Unos puentes transversales o tapetas, apoyados en el casquillo superior, y que se afirman por dos o cuatro espárragos, según tamaño y tipo del motor, mantienen al cojinete en la posición debida, sirviéndoles además de refuerzo. Para evitar que los cojinetes puedan girar dentro de las cajeras en que están situados, llevan unos pivotes o prisioneros que suelen enganchar en la tapeta la posición de estos prisioneros nos sirve también para llevar a cabo un correcto montaje. Cuando se trata de motores estacionarios o sea los destinados a accionar cualquier aparato auxiliar, se acostumbra a que el último cojinete, es decir el que va al lado del volante, sea ajustado lateralmente. Ello tiene por objeto mantener el eje cigüeñal siempre en su misma posición a pesar de las dilataciones que sufre por la temperatura que alcanza durante su trabajo, evitando así el que dicho eje pudiese llegar: a rozar sobre todas las caras laterales. En cambio, en los restantes cojinetes, se procura tengan huelgo lateral, huelgo que irá aumentando a medida que sea mayor su distancia al cojinete ajustado antes citado, permitiendo así la libre dilatación del cigüeñal sin rozar con ellos. Tratándose de un motor destinado a la, propulsión de un buque, la posición exacta del eje cigüeñal se consigue entonces, mediante la chumacera de empuje, de la que hablaremos más adelante.

Figura 58. Cojinete de bancada o de asiento

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Figura 59 Manera de sacar el medio cojinete

Los razonamientos que hacíamos en los cojinetes de biela o cruceta, en cuanto a los materiales que debían emplearse en su construcción, así como las dimensiones que habían de tener para reducir la presión unitaria, la, conveniencia de un abundante engrase, Y la necesidad de unos huelgos, son también aplicables a los cojinetes de bancada, no siendo necesario volver ahora sobre estos detalles. Decíamos que la cara superior de la bancada estaba maquillada quedando una superficie plana, y que sobre ella apoyaban los bastidores o columnas. Estos bastidores o columnas tienen por misión separar la bancada de los cilindros, creando un espacio en el que puedan moverse vástagos, crucetas y bielas, es decir, los trenes alternativos. Este espacio es el que recibe el nombre de cárter. Cuando son motores de grandes potencias, los bastidores se construyen uno por cada puente transversal de la bancada, o sea entre cada dos cilindros, para, .después unirlos todos entre sí con una serie de travesaños y tornillos ajustados formando un conjunto de gran solidez. Normalmente estos bastidores tienen la forma de una gran “A” siendo construidos de hierro fundido, y en su parte baja llevan los orificios para los tornillos o espárragos con los que se afirmarán a la bancada, También en su parte alta van dispuestos para recibir a los bloques de los cilindros o a los colectores del aire de barrido, según que sean de uno u otro tipo de motor. 100

En los motores pequeños y medianos, el conjunto del bastidor se construye enterizo, para obtener así la suficiente rigidez, al tiempo que se logra un ahorro de peso, con una mejor facilidad de construcción. Podemos decir que en algunos casos, el conjunto del bastidor forma parte de la misma bancada, o bien del bloque de los cilindros, es decir, formando la misma pieza que ellos cosa no muy común ya que lo general es construirlos en piezas independientes ya sea en secciones, o bien enterizo. Si el bastidor está formado por distintas secciones, el espacio por él creado o sea el cárter, queda cerrado de forma hermética con unas planchas, bien de fundición o de plancha de hierro que apoyan sobre los bastidores con el fin de evitar pérdidas de aceite, y también que el gas que allí dentro se acumula, debido a los vapores del mismo aceite, o de los gases de la combustión que puedan pasar través de los aros, en los motores de tronco, pasen a la cámara de máquinas, con lo que la atmósfera allí existente se haría irrespirable. Ahora bien, para reconocer las piezas del interior del motor, en las tapas del cárter se abren unos registros o puertas según el tamaño del motor, a través de los cuales se pueden efectuar los trabajos necesarios de su entretenimiento y conservación. Estas puertas han de ser de fácil manejo permitiendo un rápido acceso al interior. Debido a la estanqueidad del cárter, los vapores desprendidos por el aceite del engrase, se van acumulando en su interior y, de no darles salida, llegaría un momento en que la presión que existiría podría alcanzar un valor que sería peligroso para el funcionamiento del motor, produciéndose una explosión. Para evitar esto se coloca en el cárter un tubo, que lo pone en comunicación con la atmósfera, y así el vapor va saliendo lenta y continuamente al exterior, sin llegar a acumularse. De la observación de esta salida de vapores tendremos una idea de que las piezas en el interior del cárter funcionan de manera normal, ya que un aumento en la salida de éste nos denotará un aumento de temperatura que significará recalentamiento de una pieza en movimiento, debiendo parar el motor para llevar a cabo un reconocimiento. Advertimos en este punto que cuando por cualquier circunstancia se para un motor, no debe destaparse su cárter ni abrir puerta alguna, bajo ningún concepto, hasta tener la seguridad de que el motor se ha enfriado, para lo cual habrá que esperar de media a una hora. Cuando esto ocurra se evitará el llevar luces al descubierto. De no operarse así, se corre el riesgo de que se produzca una explosión, ya que el vapor acumulado dentro del cárter, es una mezcla gaseosa muy rica en sustancia combustible, y al permitirse la entrada del aire fresco, su oxígeno se combina rápidamente produciéndose la explosión. Este hecho, al parecer sin importancia, es en la mayoría de los casos, motivo de averías de muy graves consecuencias.

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Figura 60. Columna de motor SULZER

figura 61. Bastidor de un motor de tronco tipo MAQUINISTA 102

En algunas ocasiones, este tubo de desaireación del cárter, suele conectarse al colector de aspiración del motor, facilitando así la, salida de los vapores, cosa que no recomendamos, entre otras razones, porque esta aspiración trae consigo un aumento de consumo del aceite, con un empastamiento de los aros de los émbolos, ocasionando un irregular funcionamiento del motor. Además de este tubo de desaireación, en el cárter y generalmente sobre sus puertas, se colocan unas válvulas de seguridad, para que en el caso que se produjese una acumulación de gas, estas válvulas se abran automáticamente, permitiendo la salida de este gas al exterior.

figura 62 Válvula de seguridad en tapas del carter

Representamos en la figura 62 una de estas válvulas y, como vemos, consta de un plato de gran superficie, que está mantenido en un asiento por la acción de un resorte. Normalmente la tensión del resorte es débil, y así, cuando el gas se acumula, antes de que la presión alcance un valor peligroso, vence la tensión de este resorte saliendo a la atmósfera, en este caso a la cámara de máquinas. Repetimos que una anormal salida de vapor desde el cárter, bien por el tubo de desaireación, o por las seguridades, nos anuncia una irregularidad en el funcionamiento del motor que debe ser rápidamente solucionada. 103

Figura 63. Vista vertical de la cruceta deslizándose por las correderas

Cuando hablábamos de la cruceta vimos que ésta, además de servir de conexión entre el vástago del émbolo y la biela, era la encargada de absorber las fuerzas perjudiciales creadas por la inclinación de la barra. En los motores de tronco, la fuerza perjudicial era absorbida dando una mayor longitud de la faldilla del émbolo. En los de cruceta disponíamos, hacia los extremos de la misma cruceta, de los patines, que es donde se destruye dicha fuerza perjudicial. Para, lograr esta absorción de la fuerza, los patines, recubiertos de metal antifricción, se deslizan apoyados sobre unas piezas verticales, adaptadas en el bastidor, llamadas paralelas o correderas, que son de hierro fundido, y van empernadas fuertemente al bastidor, por una serie de pernos ajustados. Si el motor es de un solo sentido de giro, la fuerza perjudicial actúa siempre en una misma dirección por lo que, colocando estas correderas solo en la cara correspondiente a la dirección de la fuerza, es suficiente. Pero en caso de un motor reversible vimos que según sea la marcha será la dirección de la fuerza, viéndonos pues, obligados a colocar correderas en ambas caras (figura 63). La tendencia actual es instalar el último sistema en todos los tipos de cruceta, ya que con ello también conseguimos una mejor guía en su funcionamiento. Se comprende que el sistema de correderas es sólo propio de los motores con cruceta. 104

Al igual que en todas las piezas sujetas a fuertes rozamientos, entre patín y corredera se desarrolla calor, y para eliminarlo hacemos llegar hasta ellos, a través de cruceta y cruceta y patín, por unos canales labrados, un ramal del aceite de engrase, con lo que aseguramos el suave deslizamiento de una pieza sobre otra. Observando la figura 60 del bastidor correspondiente al motor SULZER, podemos ver la colocación de las correderas y, en la vista horizontal de la figura 63, la forma como la cruceta se desliza sobre las correderas, con los patines y los conductos del engrase a los mismos. Como final de este capítulo podríamos decir que modernamente se está imponiendo el tipo de motores en los que la bancada y bastidor se construyen a base de plancha y soldadura presentando la enorme ventaja del ahorro de peso con respecto a la fundición.

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CAPITULO 11

El eje de cigüeñales

EL eje de cigüeñales o eje motor (figura 64), es la pieza móvil encargada de transformar el movimiento rectilíneo alternativo de los émbolos en circular continuo, con el que se mueve la hélice propulsora del buque, o el aparato auxiliar, grupo electrógeno, compresor o bomba, al que lo tenemos acoplado. Así pues, el cigüeñal recibe de los émbolos por su conexión con ellos por vástagos y bielas, el esfuerzo procedente de los gases de la combustión, por un lado, y por el otro, nos facilita ya la fuerza necesaria para mover el sistema a que está dedicado. Debido al trabajo que ha de realizar, la construcción del eje cigüeñal es bastante difícil de llevar a cabo, ya que ha de reunir una serie de condiciones que han de ir ligadas entre sí, tales como son, citando sólo las más importantes, el número de cilindros del motor con su orden de trabajo, para que los esfuerzos ejercidos queden repartidos de manera uniforme no actuando todos al mismo tiempo y, el estar completamente equilibrado, para que, con la velocidad de giro, no se originen fuerzas de inercia con gran perjuicio de su funcionamiento. La primera de estas circunstancias queda eliminada haciendo que las distintas cigüeñas de que consta el cigüeñal vayan desfasadas unas con otras un determinado ángulo, de forma que la suma de estos ángulos equivalga a 360 grados cuando sea un motor de dos tiempos, o 720 si se trata de cuatro tiempos. De esta manera, en cada momento sólo habrá en período de combustión, o de máximo esfuerzo sobre un émbolo, mientras que los restantes estarán, bien en expansión, o en compresión, o escape. De aquí deducimos que cuanto mayor sea el número de cilindros, más uniforme será el esfuerzo ejercido, y por tanto la marcha más regular. Se procura además, que el orden de trabajo no sea el correlativo de los cilindros, sino que sea alterado, para contribuir así a repartir los esfuerzos. Para esta distribución del orden de trabajo no existe norma alguna y así vemos que, en igual número de cilindros, pero en distintos motores, estos órdenes son diferentes. 106

Figura 64. Cigüeñal en dos secciones de un motor Burmeister-Wain, cuyos contrapesos son fundidos en los mismos brazos de las cigüeñas.

A título de información daremos los siguientes ejemplos. Así por ejemplo en un motor de cuatro cilindros, el orden de trabajo puede ser 1 - 4 - 3 - 2, o también 1 - 3 - 2 - 4. En uno de 5 cilindros, 1 - 5 - 3- 4 - 2, Y también 1 - 3 - 5 - 2 - 4. En uno de 6 cilindros, 1 - 6-4 - 2 - 5 - 3, o bien, 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4. En uno de 12 puede ser 1 - 12 - 5 - 7 - 3 - 11 - 4 - 9 - 2 - 10 - 6 - 8. En cuanto a la segunda circunstancia, es decir, la de su equilibrado, se consigue haciendo que su construcción sea lo más correcta posible, empleando para ello los materiales adecuados, para que los pesos de todas las piezas que lo componen sea uniforme. Con este fin, bien por sus pocos cilindros, o por el número irregular de ellos, en determinadas cigüeñas se adaptan unas piezas postizas, o ya de la fundición llamadas contrapesos. Estas piezas salen con las mismas cigüeñas, de forma que sus pesos añadidos sirvan para compensar cualquier irregularidad en el movimiento de rotación, consiguiendo la uniformidad de éste. Para soportar todos los esfuerzos a que está sometido, el cigüeñal se construye de acero de la, mejor calidad y de gran dureza, normalmente de 50 a 60 kilos de resistencia a la rotura. Si el motor es de pocos cilindros y poca potencia, puede construirse el cigüeñal de una sola pieza, pero cuando aumentan los cilindros, entonces éste puede ser de varias secciones, generalmente una por cada tres o cuatro cilindros (figura 65). Cada sección de estas termina en un ensanchamiento o plato de acople, y con pernos ajustados y colocados a presión en orificios rectificados, se unen unas a otras formando el cigüeñal total.

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Figura 65. Eje cigüeñal de un motor SULZER, de 7 cilindros, construido en dos secciones y con eje de empuje y volante. Al aumentar la carrera del émbolo, aumenta el radio del cigüeñal, con el lógico aumento del tamaño de las piezas que lo forman. Estas piezas son: los cuellos del eje, o sea, los apoyos o asientos del cigüeñal sobre los cojinetes de bancada; los cuellos del cigüeñal, es decir, donde están conectadas las cabezas de biela a través de sus cojinetes; y, las guitarras o brazos, piezas éstas que, uniendo los cuellos del eje con los del cigüeñal, forman los codos, dando la forma característica al cigüeñal. ‘ Ya en medianas potencias el cigüeñal deja de construirse enterizo, para hacerse de piezas independientes. Así tenemos que se construyen sus cuellos y brazos por separado y como al armar todas estas piezas ha de quedar un conjunto de gran solidez, lo que se hace es que los agujeros de los brazos donde van metidos los cuellos se tornean a un diámetro ligeramente inferior (milésimas de milímetro), del diámetro de los cuellos, con unos sopletes, lámparas u hornos especiales, se calientan los brazos, con lo que, por efecto de su dilatación, aumentará el diámetro de sus agujeros, aprovechándose para colocar los cuellos en estas condiciones. Al enfriarse y recuperar sus medidas normales, los agujeros cierran abrazan- do los ejes de tal forma, que puede considerarse que brazos y cuellos están formados por una sola pieza, debido a la firmeza con que ha quedado hecha la unión. En algunas ocasiones y aún para mayor seguridad, en la periferia del cuello del eje, entre él y el brazo, se abren unos agujeros roscados en los que se colocan unos prisioneros o espárragos, con el fin de eliminar toda posibilidad de giro del cuello respecto al brazo. Este dispositivo está cayendo en desuso y es del todo innecesario en

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Figura 66. Ejemplo de los huelgos que deben quedar en el cigüeñal de 12 cilindros que veremos en la figura 67 en su vista frontal: A=13 milímetros; B=7; X=33; Y=27.Ante la imposibilidad de conseguir en todos los cilindros los mismos huelgos, se permiten ciertas tolerancias y así tenemos que, mientras en el cuello que está ;unto a la chumacera de empuje, donde la variación del eje es mínima, los valores de A y X, pueden llegar a ser de 3 y 24 milímetros, en el extremo más alejado del eje, o sea en el último cuello, estos valores pasan a ser de 13 y 33 mm. respectivamente

Al hablar de los cojinetes de bancada, decíamos que uno de ellos, el más cercano al volante en motores estacionarios, y la chumacera de empuje en los marinos, tenían por misión el mantener el cigüeñal en una posición axial fija, a pesar de las dilataciones que por efecto de la temperatura" alcanza durante su trabajo. Como los cigüeñales pueden ser hoy de grandes tamaños, sus dilataciones son de gran valor, incluso de varios milímetros, hemos de tener muy en cuenta los huelgos axiales que deben quedar, es decir, distancias entre los brazos y cojinetes de bancada para no llegar a empotrarse en ésta, y también entre brazos y cojinetes de cabeza de biela para que éstas no sean arrastradas axialmente, con lo que se las forzaría ocasionando averías de gran consideración.

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Como orientación pueden verse en la figura 66 el valor que pueden tener estos huelgos en un motor marino de 12 cilindros, con una carrera de émbolo de 1.600 milímetros, y cuyo cigüeñal es el representado en la vista frontal de la figura 67.

Figura 67. Sección frontal de un cigüeñal de motor Burmeister-Wain de 12 cilindros. Angulo de calaje de las cigüeñas, 30°. Orden de trabajo 1-12-5-7-3-11-4-9-2-10-6-8. Potencia en el eje 16,200 C. V. E.

Cuando su tamaño lo permite, los cuellos del cigüeñal se construyen huecos, y de ser de pequeñas dimensiones, se les practican por su interior unos taladros, al igual que por los brazos o guitarras estos taladros o canales, sirven para conducir el aceite del engrase a los cuellos del cigüeñal y cojinetes de cabeza de biela, a los que lubrican, y los que en algunos casos, permiten que éste pase por la barra de conexión engrasando también las crucetas, o los bulones del pie de biela en los motores de tronco. Normalmente, el aceite de engrase se hace llegar a los cojinetes de bancada, como en anteriores dibujos se ha representado, impulsado por la bomba de lubricación. Los agujeros 110

abiertos en el cuello del eje, cuatro por regla general, y en sentido diametral, están en comunicación con el agujero central, por lo que el aceite se precipita a ellos y circula por su interior para llegar a los puntos que ha de engrasar. Como para abrir estos conductos hay que taladrar desde su superficie los cuellos y brazos, se colocan unos tapones rascados o tapetas, en los agujeros de dichas superficies con el fin de dar la estanqueidad necesaria evitando pérdidas, que motivarían una caída de presión y el aceite no alcanzaría los puntos de lubricación. Innecesario es decir que la colocación del eje cigüeñal sobre los cojinetes de bancada no ha de ser forzada, sino que éste, debe asentar por igual en todos ellos para que el esfuerzo total que reciba quede repartido de una manera uniforme. De no ser así ocurriría, que mientras unos cojinetes irán sobrecargados, otros quedarán al aire. Con ellos el cigüeñal, que se puede considerar como una viga apoyada en distintos puntos, al faltarle alguno de estos apoyos, se verá obligado a flexar, hecho éste, que se conoce con el nombre de flexión o fatiga y que, como veremos más adelante, puede llegar a causar su rotura. Por tanto el rozamiento sobre los cojinetes ha de ser suave y uniforme en todos ellos. Con ello el cigüeñal, una rueda dentada, que mueve un tren de engranajes, o una cadena de transmisión que accionan dichos ejes. Esta rueda dentada, construida en dos mitades y afirmada al eje con chaveta y tornillos ajustados, va colocada, en la mayoría de los casos, en motores pequeños y medianos, junto al volante, y en los grandes, sobre el plato de unión central de los cigüeñales, tomándose estos dos puntos por ser donde, precisamente, el movimiento es más uniforme y carente de vibraciones, tal como conviene para la buena marcha de las ruedas dentadas. Se tiende actualmente a desechar el sistema de accionar aparatos auxiliares cualesquiera que estos sean, bombas de aceite, agua, achique, compresores, etc. por el propio eje cigüeñal como se hizo anteriormente, pues las ventajas que en un principio se apreciaron han ido desapareciendo por los inconvenientes encontrados, mayor coste de construcción, mantenimiento y conservación engorrosos, frecuentes averías, etc. Así pues, el cigüeñal queda para servicio único del motor, instalándose motores auxiliares, que con los motores eléctricos, son los que mueven todos los aparatos. Sobre todo esto insistiremos más adelante. El impulso que origina el movimiento del motor es debido a la combustión de los gases sobre los émbolos. Como esto sucede de manera brusca y alternativa, resulta que el esfuerzo sobre el cigüeñal también actúa a golpes, por lo que, durante su giro y en cada vuelta, habrá momentos en que se verá impulsado fuertemente, mientras que en otros, al no recibir empuje alguno, girará debido a su propia fuerza de inercia, incluso absorbiendo fuerza al motor. Tratándose de un motor de pocos cilindros este hecho es muy acusado. Como el motor realiza su ciclo completo en una vuelta del eje o de dos, según que sea de dos o cuatro tiempos, tenemos por ejemplo, en un motor de dos cilindros y dos tiempos, en cada vuelta existirán dos puntos de máximo empuje, girando el resto por el impulso adquirido. En el segundo caso, el empuje máximo corresponderá, uno a cada vuelta tan sólo, con lo que aún será mayor esta irregularidad.

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Figura 68. Cigüeñal enterizo de un motor tipo MAQUINISTA, de ocho cilindros.

Si el motor fuese de un solo cilindro, cuanto acabamos de explicar aún sería más notorio, mientras que, por el contrario, aumentando el número de cilindros irán aumentando los puntos en que el esfuerzo será máximo y con ello disminuirán estas irregularidades, obteniéndose un movimiento más uniforme. Tal es el caso, por ejemplo, de la figura 68 donde se presenta al lector un cigüeñal de ocho cilindros. Esta discontinuidad en la uniformidad del movimiento se conoce con el nombre de grado de irregularidad. Para obtener un grado de irregularidad mínimo, y con ello un movimiento más uniforme del cigüeñal tenemos el volante, cuyo trabajo consiste en absorber parte del esfuerzo del motor cuando éste es máximo, para devolverlo cuando sea mínimo. Dicho de otra manera «absorber trabajo cuando el par motor es mayor que el par resistente, para cederlo cuando el par resistente sea mayor que el par motor». Consiste el volante en una rueda de hierro fundido, construida enteriza en pequeños motores, y en dos mitades para los grandes. Consta de un núcleo que se abraza al cigüeñal, con un alma generalmente fina, y cuya periferia es una gruesa llanta. Va montado sobre el cigüeñal, en uno de sus extremos, casi siempre en el de unión al eje 'de transmisión o aparato que mueva, y suele colocarse precisamente, en el plato de acople de esta unión. Si es enterizo va colocado con fuerte ajuste en el eje, y si es en dos mitades, se unen estas dos con pernos fuertemente ajustados, abrazando firme dicho eje, y tanto en uno como en otro caso, se disponen las chavetas, una o dos, según el tamaño, para la completa seguridad de afirmaci6n y evitar el que pudiese llegar a girar independiente del eje. Diremos que, en algunos casos, al volante se le colocan también unos pesos postizos que tienen por objeto afinar en lo posible el grado de irregularidad. Para efectuar los trabajos de reconocimiento y sus reparaciones se necesita mover el motor, dándole vueltas colocándole en las posiciones que nos interese. Con este fin, cuando son motores pequeños, sobre la misma llanta del volante, se practican unos agujeros en los que, 112

colocando una barra, y actuando sobre ella a mano, se gira el eje cigüeñal y con él, todas las articulaciones del motor. Pero si se trata de grandes potencias, como generalmente ocurre con los motores destinados a la propulsión de buques, para poderlos girar nos servimos ya del virador. Sobre la llanta del volante se coloca postiza una corona dentada o bien como ocurre en la mayoría de los casos, es en la misma llanta del volante donde se labran estos dientes. En dichos dientes se hace engranar un piñón o husillo sin fin, que son movidos por un motor eléctrico, en combinación con un eje y rueda dentada, de forma que accionando el motor eléctrico, movemos el eje cigüeñal. El aparato' así descrito es el llamado virador. El virador está dispuesto de manera que se pueda acoplar o desacoplar según las necesidades. Naturalmente, cuando el motor está en marcha el virador queda fuera de servicio, debiendo tenerse gran precaución, de antes de arrancar el motor comprobar que el virador ha sido retirado y que el motor queda listo para poner en servicio; de no ser así puede ocurrir una avería de consideración. Nos basta añadir que, antes de virar el motor, bien a mano o con el virador, han de abrirse las válvulas de purga de los cilindros, para evitar la compresión y con ello el gran esfuerzo que hay que realizar. Con estas válvulas abiertas el motor gira suave y sin presentar resistencia.

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CAPITULO 12

Cilindro. Camisa. Culata

Podríamos decir que el cilindro es la parte del motor en la que la energía almacenada en el combustible inyectado en una masa gaseosa, a determinada presión y temperatura, se transforma en energía calorífica, lo que origina un rápido aumento del volumen de dicha masa gaseosa. Este aumento del volumen trae consigo un impulso que actuando sobre e] émbolo le impulsa dándole movimiento, de manera que, al final, la energía obtenida es la mecánica. Todas estas transformaciones, como vemos, han ocurrido en e] interior del cilindro, que es en realidad donde se produce el verdadero trabajo del motor. E] conjunto de que está formado un cilindro (figura 69) lo podemos descomponer en tres partes: la envuelta del cilindro, prácticamente llamada cilindro, es la parte externa del conjunto, y cuyas paredes están dispuestas de forma tal que puedan alojar en ellas la otra parte llamada camisa, pieza ésta que, por su forma, es la única que deberíamos designar como cilindro. Por último, la tercera de las partes, llamada tapa del cilindro o culata, es la que tapa la parte superior del cilindro. Entre cilindro y camisa tenemos un espacio en el que, con los nervios de las propias paredes del cilindro, se crean unas galerías o laberintos, por los que se hace circular el agua de refrigeración con objeto de enfriar la camisa y evitar así que con el trabajo alcance una temperatura que llegue a ser perjudicial para el buen funcionamiento del motor, lo que ocasionaría el agarrotamiento de los émbolos. El agua procedente de la bomba de circulación se hace llegar a la parte baja del cilindro donde entra en él, subiendo por el espacio de la refrigeración. Hacia la parte alta es donde el cilindro alcanza su mayor temperatura, por estar allí la cámara de combustión, y es en esta zona, donde el agua, obligada a recorrer un camino determinado, ha de tener su mayor velocidad de circulación, absorbiendo el calor que va tomando la camisa.

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Por conductos labrados, o por tubos adosados que es lo empleado actualmente, el agua se hace pasar ahora a la culata, a la que refrigera pasando por galerías entre sus válvulas y también, como veremos, por el interior de las mismas válvulas, para salir ya por su parte alta, yendo a descargar a una tubería general donde se recogerá pasando a los tanques o enfriadores, donde nuevamente será aspirada por la bomba de circulación.

Figura 69. Conjunto cilindro - camisa - culata de un motor BURMEISTER, de dos tiempos. En todos los casos el agua de circulación se hace llegar al motor por su parte más fría y salir por la más caliente, es decir, cuando el agua va a entrar y está fría, deberá estar en contacto con la parte fría del motor, y al ir aumentando su temperatura se irá poniendo en contacto con las partes más calientes, hasta llegar a la salida que habrá alcanzado su máxima temperatura. En la figura 70 va marcado este camino por las flechas correspondientes. Tiene esto por objeto el evitar las fuertes tensiones perjudiciales que se originan en los materiales al estar sometidos a distintas temperaturas por cada una de sus partes. Aunque en motores pequeños puede darse el caso de que cilindro y camisa, o culata y camisa, estén construidos de una sola pieza, lo normal es que cada una de estas piezas sea independiente de las otras, para después unirlas formando el conjunto. A primera vista parece que la construcción enteriza sea más económica y haya de presentar mayores ventajas, pero tanto lo uno como lo otro desaparecen cuando se observan los 115

trabajos a que están sometidas cada una de estas piezas, pues las distintas tensiones que por la temperatura sufren sus materiales ocasionan frecuentes averías, que quedan totalmente eliminadas cuando su construcción es independiente

Figura 70. Sección de un bloque de cilindros de un motor Burmeister de dos tiempos

Además, siendo independientes, para cada una de ellas tiempos. podremos emplear en su fabricación los materiales más indicados en cada caso y, por otra parte, de ocurrir alguna avería sólo habremos de sustituir la pieza dañada y no todo el conjunto. En los pequeños motores todos los cilindros se construyen en una sola pieza, o sea en un bloque para mayor facilidad de construcción, colocando después a cada uno de ellos su camisa correspondiente. Pero ya en tipos medianos los cilindros se construyen por separado formando con su camisa y culata, un conjunto de motor por completo independiente de los 116

restantes cilindros. Ahora bien, estos distintos conjuntos se unen entre sí por medio de tornillos y pernos ajustados, obteniendo así un bloque de gran solidez que forma el motor. El material para la construcción de los cilindros es siempre el hierro fundido. El bloque de cilindros va asentado sobre la parte alta de los bastidores o columnas, y unido a ellos por los necesarios tornillos con los que se le da la solidez que se precisa. En los motores de tronco, la parte baja o fondo del cilindro, es abierta para que la barra de conexión pueda moverse libremente. No ocurre lo mismo en los de cruceta, en los cuales, al ser guiado el vástago del émbolo, el fondo del cilindro puede ser cerrado, de manera que el recinto del cárter queda aislado, evitando que el aceite o sus vapores pasen al cilindro, o también, en caso de anormal funcionamiento del émbolo, que los gases de la combustión, pasen al cárter. De ocurrir una u otra cosa, influye notablemente en la buena marcha del motor, porque en el primero de los casos, se ensucia el émbolo y empastan sus aros y en el segundo, los gases de la combustión ensucian el aceite del cárter. Este fondo puede formar parte del propio cilindro o bien, adoptar variadas disposiciones, pero en todos ellos, en su parte central, llevará un orificio por el que se deslizará el vástago del émbolo. La estanqueidad necesaria entre vástago y orificio, se consigue mediante un empaquetado, formado por unos aros cortados en varias secciones y colocados en la cajera del orificio, que por la tensión de unos resortes se adaptan al vástago, impidiendo que el aceite del cárter pueda pasar al cilindro, o que los residuos de la combustión lleguen al cárter. En cuanto a la camisa diremos que es sencillamente un tubo de hierro fundido, material éste que hasta el presente, es el más indicado para soportar el desgaste originado por el rozamiento de los aros. Pero, además de resistir el desgaste, ha de ser resistente al tiempo que permita una buena transmisión del calor, para conseguir una refrigeración satisfactoria. Por su interior la camisa es cilíndrica, pues sobre ella ha de deslizarse el émbolo, pero su exterior está dotado de distintos resaltes o nervios. Normalmente, su parte alta termina en una brida circular, mediante la que asentará en el cilindro y sirviéndola de guía para su colocación en el cilindro, llevará unas franjas ajustadas o torneadas que la encajarán dentro del mismo. Teniendo en cuenta que la camisa no ha de efectuar movimiento alguno, se coloca en el cilindro con una ligera presión para que quede encajada en sus franjas de asiento, pero sin tornillo alguno que la sujete. Por otro lado, su parte baja queda completamente libre y colgando, para que con el aumento de la temperatura que alcanza durante el trabajo pueda dilatarse con facilidad, sin estar sujeta a nada que la domine. Diremos que la culata, al colocarla en el cilindro, va asentada sobre la brida circular alta de la camisa, con lo que ésta queda sujeta de manera firme, siendo imposible el que pueda moverse de la posición en que ha sido colocada. 117

Figura 71. Sección del cilindro de un motor SULZER de dos tiempos. Decíamos que entre cilindro y camisa quedaba un espacio por el que se hacía pasar el agua de refrigeración. Este espacio debe ser estanco, con objeto de que el agua no pueda perderse o bien, pasar al interior del motor. Para ello, en la propia camisa, en una de las franjas torneadas, se colocan unos aros de goma o cordón de empaquetadura (figura 71), de modo que queden apretados entre cilindro y camisa, obteniendo así la estanqueidad necesaria. Estos aros se colocan únicamente en la parte baja, pues la alta, como el asiento de la camisa sobre el cilindro, se efectúa entre dos superficies mecanizadas y quedan apretadas firmemente, no precisando de esta clase de empaquetados.

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Figura 72. Colocación de los engrasadores del cilindro.

Para facilitar el montaje del émbolo con sus aros, la parte interior alta de la camisa se tornea cónica en una pequeña sección de su longitud. De esta manera, al colocar el émbolo, los aros van siendo cerrados por esta conicidad y al llegar a la medida normal de la camisa, émbolo y aros se introducen con la mayor facilidad. En motores de cuatro tiempos también la parte alta de la camisa suele llevar dos rebajes circulares, que corresponden a la posición en que quedan las válvulas de aspiración y escape. En un motor de dos tiempos, hacia la parte baja, se abren a la camisa una serie de lumbreras en toda su periferia, que servirán para efectuar el barrido y el escape. Como el émbolo y sus aros, durante el funcionamiento del motor, están constantemente rozando sobre la camisa, ésta precisa de un engrase con el fin de protegerla contra el desgaste, al tiempo que evite que los aros queden agarrados produciéndose su rotura. En los motores de tronco, el chapoteo del aceite del cárter cae sobre la faldilla del émbolo que lo arrastra al cilindro, siendo suficiente para engrasarlo. En los motores con cruceta, aislados por completo los cilindros del cárter, hay que recurrir a un sistema de engrase independiente. Para ello, a la camisa se le practican, según su diámetro, cuatro o seis agujeros, en los que van colocadas unas toberas o cánulas (figura 72). Estas toberas están dispuestas de forma que el aceite las atraviese llegando al interior del cilindro, pero los gases de la combustión no pueden salir a través de ellas, ya que unas pequeñas retenciones les cierran el paso. El aceite que para el engrase de los cilindros suele ser distinto del empleado en el circuito general del motor, llega a las toberas impulsado por unos engrasadores destinados a tal fin

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(figura 73). Son éstos, unas pequeñas bombas que impulsan un reducido caudal, y que van accionadas por un eje auxiliar del mismo motor.

Figura 73. Detalle de un engrasador del cilindro. La cantidad de aceite que se impulsa es de unas gotas por minuto dependiendo, naturalmente, de la velocidad del motor. Debe prestarse gran atención a este consumo ya que, de ser excesivo, los aros del émbolo se empastarán y quedarán agarrados y, por el contrario, de ser poco, los mismos aros pronto se romperán con lo que, por una u otra causa, el funcionamiento del émbolo dejará de ser normal. Con los sucesivos reconocimientos de émbolo y camisa y con la debida experiencia, se podrá tener una idea de cómo ha funcionado el engrase. Cuando existan manchas o aros pegados, el engrase ha sido excesivo; camisa y émbolo secos denotan falta de engrase. Lo normal es que émbolo y camisa aparezcan limpios y brillantes, estando sueltos los aros. Por último diremos que, mientras en unos motores indican que el aceite ha de entrar en el cilindro en un momento determinado de la carrera del émbolo, (BURMEISTER, por ejemplo), otros (GOTAVERKEN), estiman que esto no influye en absoluto para la buena marcha del motor. Se ha de procurar que la camisa se conserve lo más limpia posible. En su interior, a cada reconocimiento, se limpiarán los residuos carbonosos que pudieran haber en la cámara de combustión; de existir ralladuras o señales de agarrotamiento s, deberán eliminarse por completo, repasándolas y suavizándolas; se comprobarán los engrasadores cerciorándonos de que el aceite llega hasta todos los orificios. En cuanto a su exterior, como forma parte de la cámara de refrigeración, habrá que tener en cuenta las incrustaciones que se forman, ya que ellas dificultan grandemente una buena propagación del calor. Actualmente, al emplear casi exclusivamente el agua dulce para la refrigeración, el inconveniente de las incrustaciones ha desaparecido en gran parte. Para evitar que la acción galvánica ataque las paredes del cilindro o de la camisa, en el interior de estas cámaras de refrigeración, se colocan los llamados electrógenos, que son trozos de zinc, los cuales, por sus propiedades electrolíticas se descomponen con facilidad, protegiendo con su descomposición, al cilindro y a la camisa. Estos electrógeno s han de ser reconocidos y cuando se observe que están desgastados deben cambiarse

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Un detalle muy importante para tener en cuenta en los reconocimientos de la camisa, es el de comprobar su desgaste. Debido al continuo rozamiento de los aros sobre ella, aumentado con la temperatura a que está sometida, las camisas se desgastan, no pudiendo dar unas normas generales para decir cuando este desgaste es natural o excesivo ya que, en la actualidad, -este problema dista mucho de haber sido aclarado, dándose la circunstancia de que en un mismo motor, cilindros distintos, presentan con frecuencia desgastes diferentes. La zona de mayor desgaste viene a ser siempre la que corresponde a la posición del tercer aro del émbolo cuando se encuentra en su punto muerto superior. La razón de ello parece ser la influencia de la cámara de combustión, con su alta temperatura. De esta zona al punto muerto alto, o sea, hasta el punto alto del recorrido del émbolo, el desgaste disminuye, ocurriendo lo mismo hacia la parte baja de la camisa en la que, en su región inferior, apenas si se desgasta. Normalmente el desgaste debe ser circular en toda la camisa, sin que ésta llegue a tener ovalización, es decir, que irá aumentando su diámetro. Pero si son motores de tronco, por la mayor longitud del émbolo que en este caso sirve de guía. y además, obligado por la inclinación de la barra de conexión, con la creación de las fuerzas perjudiciales, el desgaste se hace mayor en la sección transversal del cilindro, y en este caso, sí que la camisa llega a tener la forma ovalada. Influyen poderosamente en el desgaste de camisas, el material de los aros, que en todo caso ha de ser siempre más blando que el de la camisa. Esto, además de hacerlos más económicos, es conveniente porque resultan mucho más fáciles de cambiar. También el aceite empleado para el engrase influye, debiendo tener muy en cuenta en el momento de su elección, las cualidades que posee. No por ser más barato resulta el aceite más económico, pues a la larga es la duración de las piezas del motor lo que nos interesa, por ser todas ellas caras debido a su costosa fabricación. Por otra parte, la velocidad de giro del motor, así como el combustible empleado, son factores que también influyen grandemente en el des- gaste de la camisa. Llegará un momento en que la camisa desgastada hace necesaria su sustitución. Esto ocurre, cuando su diferencia de medida con el émbolo es tal, que ya la compresión no alcanza los límites debidos por escapar los gases entre ambas piezas, ocasionando con ello la pérdida de potencia y por tanto de rendimiento. No hay tiempo indicado para la duración de las camisas, pues mientras en un motor se hace necesaria su renovación, a los cinco años de funcionamiento, en otros puede llegar a los diez en condiciones normales.

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Figura 74. Sección de una culata de un motor de cuatro tiempos. Serán la práctica y la experiencia la que nos indicarán el momento oportuno. Por último y relativo al desgaste, hemos de tener en cuenta el retalón que en su parte alta forman los aros, retalón que es necesario rectificar con piedra de esmeril si hay que llevar a cabo el reconocimiento del émbolo, pues al sacarle los aros, ayudados por los residuos carbonosos de la combustión, al llegar a este punto se agarrarán 'a la camisa y, como ésta va colocada con una ligera presión en el cilindro, al forzar el émbolo, la arrastrará consigo, lo que hará necesario tener que desmontarla totalmente ya que nos habrá variado su posición, y también es probable que los aros de goma del empaquetado para la estanqueidad de la cámara de refrigeración, se hayan estropeado. Pasemos ahora a ver la tercera parte importante del cilindro, es decir, su tapa o culata. La culata cuando es para un motor de cuatro tiempos (figura 74), ha de estar dispuesta de forma tal, que en ella se puedan alojar las válvulas de aspiración y escape; válvula de combustible o inyector; y las de aire de arranque, seguridad y de indicador. Si es para un motor de dos tiempos (figura 75), entonces se eliminan las válvulas de aspiración y escape, si bien esta última continúa empleándose en algunos tipos de motores, BURMEISTER, GOTAVERKEN. Debe estar dotada además, de los necesarios conductos para que pueda circular el agua de refrigeración, ya que al formar parte de la cámara de combustión llega a alcanzar gran temperatura. Con ello se comprende que la culata es una pieza bastante delicada y que, por las condiciones que ha de reunir, su construcci6n merece especial atención. . 122

Figura 75. Culata de un motor SULZER dos tiempos. Suelen construirse de hierro fundido y actualmente de acero especial de gran resistencia calorífica, con el fin de contrarrestar las tensiones que se originan en el material por las razones ya expresadas. En su cara baja se asienta. sobre la camisa, pudiendo llevar un reborde torneado que le sirva de guía, yendo también dotada de algún pivote o prisionero, que nos fije la posición que deba tener. Mediante tomillos se afirma al bloque del bastidor o del cilindro y así, con su afirmación, queda también sujeta la camisa. Ha de merecer atención su conservación y entretenimiento, en especial sus circuitos de refrigeraci6n, con el fin de que no alcance temperaturas peligrosas. Con, el empleo del agua dulce han desaparecido grandemente los Inconvenientes que se presentaban con el agua del mar, debido a las incrustaciones de sal y de otras substancias calcáreas que la acompañaban. No obstante hay que vigilar, para que tanto empleando un agua como otra, estas incrustaciones lleguen a tener un espesor ya que dificultan de manera total la buena refrigeración, pudiendo ocasionar grietas y roturas con la inutilización de la pieza. Según su forma de trabajo habrá que espaciar más o menos sus reconocimientos, pero normalmente es conveniente que una vez por año, se reconozca y limpie su interior, aprovechando la oportunidad para repasar o reponer los electrógenos de que también van provistas. Al mismo tiempo se las puede probar a presión hidráulica, es decir con una pequeña bomba se las llena de agua dándoles presión, igual a la que hayan sido probadas en fábrica que es, 123

por regla general, de 5 a 10 kilos. De existir algún poro o grieta nos lo acusará en seguida y podremos obrar en consecuencia. De ser un poro, se elimina colocándole un pequeño espárrago que después se remacha. Si es una grieta, hay que recurrir a su metalización, o bien, a algún sistema de los empleados en la actualidad con los que se consiguen óptimos resultados, quedando la pieza en condiciones completamente normales para poderla utilizar indefinidamente. No es admisible la soldadura debido a las tensiones que motiva en el material. Las válvulas de aspiración y escape son las destinadas a permitir la entrada del aire fresco al cilindro, o bien, la salida de los gases de la combustión a la atmósfera siendo características de los motores de cuatro tiempos. El funcionamiento en sí de ambas válvulas es idéntico y en cuanto a su construcción, en determinados casos, cuando su tamaño lo requiere, se diferencian en que las destinadas al escape, están provistas de conductos para que circule por ellas el agua de refrigeración (figuras 76 y 77), detalle necesario habida cuenta la alta temperatura que alcanzan al ser atravesadas por los gases de escape, temperatura ésta que puede ser de 500 grados fácilmente. Esta refrigeración es del todo innecesaria en las de aspiración, pues el mismo aire al atravesarlas las refrigera. En un principio, las válvulas estaban todas ellas constituidas por una caja de fundición de hierro, en cuyo interior se movía el vástago de la válvula. El vástago, con su plato, solía construirse independiente, uniéndolos después por rosca u otra forma especial. Esta construcción del vástago de la válvula está totalmente desechada en la actualidad, por las averías que con frecuencia reportaba, por lo que es ahora de una sola pieza empleándose para ello aceros de la mejor calidad que puedan so- portar el fuerte régimen de trabajo. Modernamente se han eliminado las cajas que formaban las válvulas y sobre !a misma culata se dispone ya, para alojar el vástago, con su guía correspondiente. Este tipo de construcción presenta el inconveniente de que, al ser el asiento la misma culata. puede ocasionar pronto su inutilizaci6n por el desgaste, por lo que hay que utilizar buenos materiales con los que se elimina dicho inconveniente. A veces, los vástagos destinados a las válvulas de aspiración y escape, suelen ser idénticos, diferenciándose tan s6lo en el material de que han sido construidos. Para distinguir a simple vista una válvula de otra a la de aspiración se le hace una ranura o regate por la que se reconoce. Son las de escape las que nos han de merecer más atención, desmontándolas y reconociéndolas con bastante frecuencia. Los gases, al escapar, arrastran residuos carbonosos, y estos se pegan en el asiento de la válvula haciendo que no cierre con la debida estanqueidad. Entonces el gas, con su alta temperatura, se escapa por allí, abriendo pronto grietas y quemándola.

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A fin de evitarlo hay que desmontar la válvula, se limpia y reconoce y, caso de existir algún fallo o. defecto en el vástago o en su asiento, hay que rectificarlos. Si estos fallos o defectos son muy profundos, se hace necesario rectificar las piezas con el torno hasta desaparecer toda su señal, para después, con polvo de esmeril, terminar de rectificar una sobre la otra hasta conseguir un buen asiento, con una completa estanqueidad. Para un buen control, las válvulas de escape deberán desmontarse y reconocerse, cada 1.500 horas de servicio, tiempo que podrá ser aumentado o disminuido según lo que la práctica nos aconseje. No merecen tanta atención las de aspiración, ya que en ellas difícilmente pueden producirse averías, reduciéndose su entretenimiento a una buena limpieza, pero sus reconocimientos suelen ser más espaciados que en las de escape. Como hemos dicho, las válvulas de aspiración y escape, son propias de los motores de cuatro tiempos. Pero en algunos tipos de motores de dos tiempos (Gotaverken, Burmeister), el escape de los gases, en vez de hacerse por lumbreras en la camisa como es clásico en estos motores, se efectúa a través de una válvula, que va situada en el centro de la culata. Esto tiene por objeto, el conseguir un barrido más eficiente. Este tipo de válvulas suelen construirse de fundición perlítica sus cuerpos, y sus vástagos de aceros especiales, siendo muy empleadas en la actualidad las del estilita, material que soporta satisfactoriamente las altas temperaturas de trabajo. El asiento de la válvula es postizo, y así, caso de necesidad, para rectificarle o sustituirle, se hace con facilidad sin tener que manejar todo el cuerpo de la válvula. Puede verse en la figura correspondiente, los fuertes resortes de que están dotadas para obtener un cierre enérgico, y al llevar dos juegos de estos resortes, uno interior y otro exterior, sus espiras son de mano contraria, para que no puedan llegar a engancharse. El accionamiento de estas válvulas se consigue por un balancín cuyo punto de giro, es un soporte en la misma culata, apoyando por un extremo, sobre el vástago de la válvula y por el otro lleva, una barra con un rodillo que se desliza sobre la superficie de un camón, situado en un eje auxiliar del motor destinado a este fin, llamado eje de levas o camones. Este eje de levas corre a lo largo de todo el motor, llevando uno de estos camones por cada válvula que haya de accionar. De ser motor reversible puede darse el caso, como en los motores antiguos, de tener que llevar doble juego de camón para cada válvula, o sea, uno para cada marcha. En la actua,lidad un solo camón es suficiente pues con sólo variar su posición mediante un pequeño giro del eje de levas, este camón queda ya adaptado a la marcha correspondiente. En este mismo eje de levas pueden ir también colocados los camones que accionen las bombas de combustible como veremos y, además, según el tipo de válvula de arranque empleada, también el suyo. En cada cilindro se instala una válvula de seguridad que va colocada en la culata. Esta válvula, como indica su nombre, tiene por objeto evitar el que si por cualquier circunstancia, en el interior del cilindro se produjese un súbito aumento de presión, los gases allí acumulados salgan rápidamente a la atmósfera, evitando con ello una avería de consideración, que podría ocasionar incluso la rotura del bloque del cilindro. Este aumento de 125

presión puede ser ocasionado por un fallo en el circuito de combustible, pudiendo éste llegar en mayor cantidad de la debida, y por tanto al producirse la combustión, la presión máxima alcanzaría valores superiores a los normales que pueden soportar las piezas del conjunto del cilindro. Aun siendo ésta la más importante, existen otras causas que también podrían motivar este aumento súbito de presión.

Figura 78. Válvula de seguridad. Cuando así ocurre, la válvula de seguridad, al alcanzar la presión para la que está calculada, automáticamente se abre, poniendo en comunicación el cilindro con la atmósfera, los gases escapan y, por tanto, el cilindro, ya no se somete a esfuerzos anormales. Generalmente, las válvulas de seguridad están dispuestas para abrirse entre los 60 y 70 kilos de presión. Constan de una caja de fundición, con su correspondiente vástago (figura 78). Un fuerte resorte la mantiene cerrada constantemente, regulando, por medio de una tuerca, la tensión de este resorte, y con ello la presión a que deberá saltar la válvula. La válvula de indicador, es la destinada a la obtención de los diagramas, disponiéndose también una para cada cilindro, yendo a veces colocada, como ocurre en los motores de pequeña y mediana potencia, en el mismo cuerpo de la válvula de seguridad. Su construcción no tiene especial interés, pudiendo ser un pequeño grifo, dotado de volante para su apertura y cierre manual. Su extremo va dispuesto para poder adaptar allí el aparato indicador y, como es natural, su trabajo sólo será durante el tiempo que hayan de obtenerse los diagramas.

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CAPITULO 13

Inyección del combustible

Para hacer llegar el combustible al interior del cilindro nos valemos de las bombas de inyección o de combustible y de los inyectores o válvulas de combustible. Son las bombas de combustible la parte del motor más delicada, por cuanto al trabajo que han de realizar según vamos a ver. Hay dos formas de introducir el combustible en el cilindro, conocidas por el nombre de inyección por aire o insuflación, y la inyección sólida o directa, que si bien el fin conseguido es el mismo prácticamente para las dos, la forma de llegar a él difiere bastante. En la inyección por aire, muy usada hace muchos años y hoy por completo abandonada, el combustible llega al cilindro, mezclado con una cantidad de aire, llamado aire del soplado, con el que, obligado a seguir un camino en zig-zag, a través de su válvula de inyección, se pulveriza para obtener así la mezcla gaseosa capaz de producir la combustión. La idea inicial de Diesel era que el combustible llegase al cilindro finamente pulverizado pero puro, es decir, sin aire, que, su grado de pulverización fuese tal, que en el cilindro se mezclase con el aire allí existente, y así se produciría la combustión. Pero por dificultades entonces insalvables, no pudo llegar a conseguir este grado de pulverización que necesitaba, de ahí pues, que tuviera que recurrir al aire comprimido como ayuda, dando así motivo de la inyección por aire. Con los estudios y experiencias posteriores, se consiguió lo que entonces fue un imposible. Con el empleo de nuevos materiales y con la alta precisión que se requería, el combustible pudo ser inyectado en el cilindro, finamente pulverizado, sin la ayuda del aire, consiguiéndose así la inyección directa, único sistema que montan todos los motores en la actualidad. 127

Si bien el sistema de insuflación ha quedado desechado por las frecuentes averías que reportaba haremos un breve comentario sobre él. En este caso, además de las bombas de inyección y de los inyectores, el motor llevaba consigo un compresor que, accionado por el eje cigüeñal, nos facilitaba el aire necesario para la insuflación. Este compresor, de por sí muy voluminoso y de complicada construcción, era motivo de una serie de averías, en ocasiones de gran consideración 10 que, unido a la absorción de potencia del motor que acarreaba, era quizá, el más grave inconveniente de la inyección por aire.

Figura 79. Esquema bomba de inyección por aire

Solía estar instalado en un extremo del motor, montado sobre un cuello del cigüeñal destinado a este fin. Constaba de tres fases, alta, media y baja, cual un compresor corriente, llevando en la descarga de cada fase, el correspondiente enfriador de aire, alcanzando una presión final de 80 a 100 kilos aproximadamente. Este aire llega hasta una botella en donde se almacena, pasando después a un tubo colector general que lo reparte a las distintas válvulas inyectoras. En un principio, el motor disponía de una sola bomba que iba facilitando el combustible a todas las válvulas de inyección por una serie de ramificaciones con distribuidores, con objeto 128

de que fuese la misma cantidad la que llegase a cada inyector. Como esto resultaba bastante difícil de conseguir, se pasó entonces a dotar a cada cilindro, de su bomba correspondiente, si bien todas ellas iban montadas en un bloque enterizo, pero de esta manera el reparto de combustible era más uniforme. La bomba cuyo esquema representamos en la figura 79, consta sencillamente de un émbolo A, que es movido alternativamente por el eje B. En la caja de la bomba tenemos las válvulas C de aspiración y D, de impulsión. El combustible llega según indica la flecha, y en el movimiento descendente del émbolo, pasando por la válvula de aspiración, llena la bomba; cuando el émbolo asciende se cierra la válvula de aspiración, y el combustible es lanzado por las de impulsión y su tubería correspondiente a las válvulas de inyección. Como según la potencia exigida se necesitará de consumo de combustible, existe un dispositivo que regula la abertura de la válvula de aspiración, permitiendo que éste pase en mayor o menor cantidad al cilindro. La presión a que se impulsa el combustible en este sistema de inyección, es relativamente bajo, pues basta con vencer la presión del aire de soplado, que viene a ser de 80 kilos. El combustible así descargado, llega a la válvula de inyección esperando el momento en que ésta se abra y, arrastrado por el aire, se precipita al cilindro. La cantidad de combustible que se inyecta es siempre muy pequeña en cualquier clase de motor, pues son sólo gramos los que se requieren por caballo y hora de funcionamiento, oscilando alrededor de los 160 gramos. El accionamiento del eje B que ha de mover las bombas, se obtiene desde el eje motor, por mediación de excéntricas. Hay que tener en cuenta que, si el motor es de dos tiempos, como las bombas han de efectuar una inyección a cada vuelta del motor, el eje B girará a igual velocidad que el eje motor, pero cuando se trate del sistema de cuatro tiempos, dicho eje B, habrá de girar a la mitad de vueltas. Pasemos ahora a la inyección directa. Su funcionamiento es bastante diferente. Aquí tenemos que la pulverización del combustible se consigue con la alta presión que le imprime la bomba. Por otra parte, mientras que en el sistema de insuflación, el momento de llegada del combustible al inyector carece de importancia, ya que allí permanece en espera de la apertura de éste para, mezclado con el aire, entrar precipitadamente al cilindro, en la, inyección directa, este momento de llegar el combustible al inyector es fundamental, debiendo coincidir siempre con el mismo instante del desarrollo del ciclo al final de la compresión. Al tiempo que la bomba inyecta, el combustible impulsado abre el inyector y pasa ya al cilindro pulverizándose. La presión de descarga en la inyección directa es más elevada; pudiendo alcanzar varios centenares de kilos, si bien, la más comúnmente utilizada oscila alrededor de los 300 kilos. De aquí la mayor robustez y precisión que precisan los órganos de este tipo de bombas. Como el final de la inyección ha de corresponder con una determinada posición del émbolo, necesitaremos, para adaptamos a ello, dotar a cada .cilindro de su bomba correspondiente, que será accionada por un camón del eje de levas del motor. El accionamiento por camón es necesario, debido a los bruscos saltos de presión a que trabajan las bombas, ya que durante 129

la llegada del combustible a la bomba, su presión es prácticamente nula, teniendo que pasar en una fracción de segundo a la presión de inyección, para volver a caer seguidamente a la llegada del combustible.

Figura 80, Conjunto bomba de inyección directa TIPO BOSCH Como ejemplo típico de bomba de inyección directa explicamos a continuación la del tipo “BOSCH”, bomba que, con más o menos variantes, es la que generalmente emplean la mayoría de los motores que se construyen. Consiste, según la figura 80, de un bloque de acero 1, dentro del cual está la camisa 2, en la que desliza, en movimiento alternativo, el émbolo 3, perfectamente ajustado en ella. Al conjunto de la camisa con el émbolo, se le llama guarnición de la bomba, siendo piezas éstas que han sido rectificadas una con otra, para obtener la precisi6n de ajuste necesaria para su completa estanqueidad, lo que significa que, caso de tener que sustituir una de ellas, deben cambiarse las dos; no se admite cambiar un émbolo para otra camisa o viceversa, pues no se conseguirá el que la bomba funcione normal, por carecer del rectificado en común de las dos piezas. Con todo diremos que, por la sencillez de funcionamiento, difícilmente se producen averías en estas piezas, cuya vida dura miles de horas de continuo funcionamiento. Siguiendo con la descripción de la figura 80, la parte alta de la camisa va cerrada por la válvula de impulsión 4, por la que pasa el combustible inyectado a la tubería que le conducirá al inyector. La llegada del combustible 'a la bomba es por los canales, como indica la flecha, y es por su propio peso para que no se produzca succión. 130

Enchavetado al émbolo está el casquillo 5, que engrana con la cremallera 6, que se mueve perpendicular a la figura. Con este movimiento, el émbolo puede ser girado un cierto ángulo dentro de la camisa, variando la cantidad de combustible inyectado, según veremos. La bomba está dotada de unos resortes 7, que empujan al émbolo hacia abajo de manera que la guía inferior 8, que lleva con su correspondiente rodillo, quede apretado en todo momento, contra el camón de acciona- miento, efectuándose su trabajo sin golpes ni brusquedades. Otra vista de la bomba BOSCH puede observarla el lector en la figura 81.

Figura 81. Bomba BOSCH seccionada. 1. Embolo. 2. Camisa. 3. Cámara impulsión. 4. Válvula retención. 5. Cremallera regulación. 6. Casquillo giro émbolo. 7. Corona dentada. 8. Llegada combustible. El émbolo, como se ve en la figura 82, termina en su parte alta en una superficie plana, que lleva en su lateral un corte, una de cuyas aristas AB es vertical, y la otra CD, es helicoidal. En las tres secciones que representamos en las figuras 82, 83 Y 84, puede verse, en la primera de ellas, que el émbolo está en su punto bajo, y el combustible fluye por los canales de entrada a llenar cámara de impulsión de la bomba. Al iniciar el émbolo su ascenso (figura 83), tapa los ductos de entrada, comprimiendo el combustible en la cámara de impulsión, donde es obligado a pasar por la válvula de impulsión al inyector. Comprende de esto a la segunda fase del trabajo.

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Figura 82 1a fase – El embolo en el punto bajo de su carrera, descubre los canales de llegada del combustible y éste entra, llenándola cámara de impulsión.

Figura 83 2a fase – El embolo asciende tapando los canales de entrada. El combustible en la cámara de impulsiones obligado a pasar por la válvula de impulsión al inyector.

Figura 84 3a fase – Cuando la arista helicoidal CD, descubre en su parte baja el canal de entrada, pone en comunicación la aspiración con la impulsión. La presión cae

El aumento de presión es rápido alcanzando la tensión a que está regulado el inyector, y le obliga a saltar, con lo que el petróleo, finamente pulverizado; entra en la cámara de combustión. Pero cuando en el ascenso del émbolo, su arista helicoidal CD, descubre el canal de entrada, vuelve a ponerse en comunicación la zona de impulsión con la de aspiración, cayendo la presión e interrumpiéndose la inyección. Trabajo correspondiente a la 3a fase (figura 84). Con ello vemos que el final de la inyección depende del momento en que la arista helicoidal CD descubre el canal de entrada poniendo en comunicación las dos regiones de la bomba, de manera que si hacemos girar el émbolo un ángulo determinado, variaremos el momento en que finaliza la inyección, ya que habremos variado el punto en que la. arista CD, descubra el canal de entrada. Variando la cantidad de combustible inyectado, variamos también la potencia del motor. Si por el contrario, en el giro el émbolo precisa de todo su recorrido para que la arista CD, llegue a descubrir el canal de entrada, la cantidad de combustible inyectada será máxima, y el motor nos facilitará toda la potencia. Esta posición se llama de plena carga. Cabe añadir, que los materiales de que están construidos émbolo y camisa. son especiales y de alta calidad para evitar que, con la alta presión a que trabajan, sufran desperfecto alguno. 132

Fundada en el principio de la bomba BOSCH, está la del motor BURMEISTER, que en la figura 85 se muestra. Vemos que está formada por el cuerpo A que, por una pieza de distancia E, asienta sobre la base. En el cuerpo tenemos la camisa B con el émbolo C, y en la parte alta de la cámara de impulsión la tubería que llevará el combustible hasta los inyectores. La llegada del combustible a la bomba es por el canal H, conectado por tubería con el filtro de combustible. El émbolo lleva una cuña cuyas caras se deslizan por la guía E. Esta guía va conectada por una transmisión a la palanca de regulación, de manera que, actuando sobre ella, variamos la posición del émbolo, y con ello la cantidad de combustible a inyectar.

Figura 86. Bomba de inyección SULZER. 1. Embolo. 2. Camisa. 3. Bloque. 4. Válvula impulsión. 5. Válvula sobrante. 6. Llegada combustible. 7. Regulación válvula sobrante. 8. Rodillo accionamiento. La parte inferior del émbolo tiene un pie que encaja en una guía G, dotada del rodillo 1 que, deslizándose por el camón, da al propio émbolo el movimiento de ascenso y descenso. U nos fuertes resortes K, harán que el rodillo esté constantemente apoyado en el camón. Como se ve este tipo de bomba carece de válvula de sobrante, ahora bien, el combustible llega a ella impulsado a baja presión desde otra bomba, que es accionada por el motor, para que no haya de producirse succión alguna, evitando la posible formación de burbujas de aire perjudiciales para el buen funcionamiento. En efecto, las burbujas de aire, por ser éste muy compresible, durante la aspiración, expansiona y dificulta así la llegada del combustible, mientras que en la impulsión se comprime disminuyendo su volumen, con lo que la bomba no 133

es capaz de dar al combustible la presión necesaria para hacer abrir el inyector. Llega pues el combustible a la bomba impulsado a una presión de 2 a 3 kilos. En cada inyección, se toma la cantidad necesaria y el sobrante, por unos canales de la propia bomba, es conducido a una tubería auxiliar, aprovechándolo para la refrigeración de los inyectores, por un circuito dispuesto a tal efecto. Otro tipo de bomba representado en la figura 86 es la del motor SULZER. Su émbolo (1), accionado por el rodillo 8, se mueve dentro de la camisa 2. Un brazo (7) que es arrastrado por el mismo émbolo, y que su punto de apoyo es el eje excéntrico O, sirve para regular el recorrido de la válvula de sobrante 5. Este eje excéntrico O, puede variar de posición por medio de la palanca de regulación del motor. La llegada del combustible es por el canal 6. Cuando el émbolo 1 asciende, al arrastrar el brazo 7, la válvula de sobrante 5 comienza a bajar, no produciéndose impulsión alguna hasta que esta válvula cierre la descarga al quedar sobre su asiento. Entonces el combustible que hay en la cámara de impulsión, se ve impulsado al inyector, por la válvula de impulsión 4. La bomba continuará impulsando, hasta que en su descenso el émbolo vuelva otra vez a levantar la válvula 5 de sobrante y caiga súbitamente la presión. Vemos que, según la posición del eje excéntrico 0, la válvula de sobrante permanecerá más o menos tiempo abierta, de lo que dependerá el período de inyección, y por tanto la potencia desarrollada por el motor. A! igual que decíamos para las bombas de inyección por aire, también éstas trabajan, en motores de dos tiempos, una vez por cada vuelta y en los de cuatro tiempos, una por cada dos vueltas del motor. Para el entretenimiento y conservación de las bombas de combustible diremos que, dentro de la precisión con que realizan su trabajo, son éstos unos órganos del motor que no requieren demasiado cuidado. Difícilmente se producen en ellas averías, siendo la más frecuente la de su agarrotamiento, y esto ocurre cuando el combustible empleado no es el indicado, o bien no se encuentra en las condiciones de temperatura o depurado que requiere. Hoy que frecuentemente se emplean los combustibles pesados de bajo coste (el fuel-oil), se ha de procurar que éste sea pasado por las depuradoras que le quitarán toda impureza, pasando después por los filtros del motor y los calentadores, donde se le dará la temperatura que requiera en cada caso. Llevando estas operaciones a cabo debidamente, no tendremos dificultad alguna en el funcionamiento de las bombas de combustible. De ocurrir un agarrotamiento de bomba, hecho que se nota en seguida, porque tanto la bomba como las tuberías del inyector aumentan la temperatura rápidamente, y también, por la práctica en la apreciación del ruido del motor, hay que desmontar la bomba para reconocerla. No hace falta parar el motor para llevar a cabo esta operación, ya que cada bomba suele llevar un dispositivo para ponerla fuera de servicio, efectuando así estos trabajos. 134

El émbolo debe entrar dentro de la camisa suave, y sin golpearla. Si así no ocurre, se suavizan ambas piezas, una sobre otra, dándoles un poco de sidol y frotándolas; después se enjuagan con petróleo limpio para volver a montar. Cuando se trabaja en las bombas de combustible, ha de observarse la más absoluta limpieza. Si no se nota anomalía alguna en las bombas de combustible, éstas no deben desarmarse nunca, por el solo hecho de reconocerlas, pudiendo permanecer en servicio durante miles de horas. Vistas las bombas de combustible, veamos los inyectores o válvulas de combustible que, junto con aquéllas, son las encargadas de que el combustible llegue al cilindro en el momento preciso y en la cantidad combustible exacta, con el mejor grado de pulverización. Al igual que ocurría con las bombas, también los inyectores pueden agruparse en dos grupos los destinados a la inyección por aire y los de inyección directa, pudiendo ser cada uno de ellos de tobera cerrada o tobera abierta. Los inyectores para la inyección por aire, están en la actualidad en desuso como ocurre con sus bombas. Veamos un breve resumen de ellos. Los de tobera cerrada pueden ser con pulverizador de placa o de ranuras.

Figura 87 Inyector de discos para inyección por aire Llevan los primeros en su interior (figura 87) unos discos con una serie de agujeros cuya misión es dar al aire del soplado y al combustible, un camino en zig-zag para que, al precipitarse al cilindro, se facilite su pulverización.

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La bomba inyecta el combustible, que va a depositarse en el inyector, al que a su vez llega también el aire de soplado. En el momento oportuno, se abre el inyector, que en este tipo de inyectores precisa accionamiento mecánico para su apertura, siendo el sistema más corriente el de un balancín movido por el eje de levas. Al abrirse, aire y combustible se precipitan en el cilindro y entre el camino en zigzag que han de seguir y la diferencia de presión existente, entre la cámara de combustión y el aire de soplado que arrastra al combustible, hacen que éstos entren en el cilindro a gran velocidad, consiguiendo con ello una fina pulverización de dicho combustible que, seguidamente, entra en combustión. El inyector del pulverizador de ranura, es parecido al anterior pero en él, se han suprimido los discos con agujeros que llevaban aquéllos y en su lugar se obliga al combustible a pasar por unas pequeñas ranuras, donde se mezcla con el aire para ser pulverizado. En cuanto a los de tobera abierta son iguales a los anteriores pero en este caso, la válvula sólo sirve para el paso del aire del soplado, mientras que el combustible llega directamente a la cámara de combustión. 7 Como hemos dicho estos tipos de inyectores no se construyen hoy en día, encontrándose sólo en motores antiguos, ya que actualmente los únicos empleados son los de inyección directa explicados a continuación.

Figura 88. Inyector BOSCH. Decíamos que podían ser de tobera cerrada y abierta. Entre los primeros tenemos el Inyector BOSCH, que como su bomba, es un ejemplo típico consta, según vemos en la figura 88, de un bloque de acero forjado (1), en cuyo interior va la aguja 2, situada dentro de la tobera 3, en la que se mueve pero estando perfectamente ajustado en ella.

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La aguja 2 recibe por su parte alta, por mediación del vástago 4, la tensión de un fuerte resorte 5, que la mantiene apretada contra su asiento. La tensión de .este resorte se regula por el tornillo 6. El combustible llega desde la bomba como indica la flecha, y por el conducto del inyector, va a la parte baja de la aguja, al espacio 7. Por la tensión del resorte 5, el inyector permanece cerrado. Cuando la bomba impulsa al combustible, todo el conducto desde la bomba al inyector, está lleno del mismo. Lo que hace la bomba es comprimir este combustible, que actúa sobre la parte baja de la aguja, en su zona 8, y cuando la presión sobre la aguja supera a la de la tensión a que está regulado el resorte 5 (300 kilos generalmente), se levanta dicha aguja (unas décimas de milímetro) y el combustible, a esta presión, se precipita al cilindro atravesando la tobera 3, por unos agujeros de reducido diámetro (décimas de milímetro), viéndose obligado a pulverizarse, fina y rápidamente para en seguida entrar en combustión. La apertura del inyector dura una fracción de segundo, tiempo breve como es el necesario, para la entrada del combustible al cilindro. A pesar del gran ajuste entre la aguja 2 y la tobera 3, siempre existe alguna ligera pérdida entre ellas. Con objeto de que estas pérdidas puedan salir al exterior, en el bloque 1 hay unos conductos, que comunican con la tubería rascada 9, en conexión con un colector de derrames.

Figura 89 Inyector Burmeister

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Representamos otro tipo de inyector en la figura 89, el BURMEISTER, que consta de una caja A, en la que está la aguja B, y su guía C (aguja y guía reciben también aquí el nombre de guarnición, pero del inyector) con el pulverizador o tobera EF, los cuales quedan fijados a la caja A, por la tuerca G. Aguja y guía están rectificadas entre sí, y las dos sobre la tobera para lograr una perfecta estanqueidad. El resorte H, cuya tensión se regula por el tomillo I, actúa mediante el vástago sobre la aguja B. Una pequeña varilla K, colocada en su parte alta, sirve para controlar el funcionamiento, apretándola suavemente. El combustible procedente de la bomba, llega por la tubería al racord L, pasando al inyector como indican las flechas. A la impulsión de la bomba se vence la tensión del resorte H, abriéndose el inyector y el combustible atravesando la tobera pasa al cilindro pulverizándose. Para evitar que por la temperatura la tobera llegue a obstruirse, por coquificarse el combustible, hay unos canales no visibles en el dibujo, por los que se hace pasar una corriente del mismo combustible que sirve de refrigeración. Este combustible proviene de la bomba y, como decíamos al explicarla, es el sobrante de cada fase de inyección.

Figura 90 Inyector Sulzer Otro tipo de inyector (figura 90) que también representamos en el SULZER, no entrando en detalles de su funcionamiento y construcción, por ser fácilmente comprensible, con la observación de la figura. Sirvan pues los tres inyectores expuestos para damos una idea general de todos los que funcionan con el principio de tobera cerrada que son los más utilizados en la práctica.

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Por último el inyector para inyección directa, con tobera abierta se reduce, en esencia, a un tubo de pequeño diámetro interior, pero de gruesas paredes, que soportan la presión de la inyección. Por un extremo, este tubo que carece de válvulas, agujas, resortes, etc., va conectado al cilindro y por el otro a la bomba, que en realidad hace además el papel propio del inyector. El tubo está lleno de combustible y como que en su interior carece de aire, no hay posibilidad de combustión en él. Cuando la bomba inyecta, la misma cantidad que entra en el tubo sale de él hacia el cilindro, a tan alta presión y velocidad, que pronto se pulveriza para entrar en combustión. Si bien este tipo de inyector es el más sencillo de todos, una serie de inconvenientes le acompañan por lo que, en la práctica, no ha alcanzado la difusión y perfeccionamiento de los del tipo de tobera cerrada. Los inyectores merecen especial atención de limpieza y entretenimiento, para tener un buen funcionamiento. Normalmente es conveniente desmontarlos cada 1.000 horas de servicio aproximado, desarmándolos y reconociéndolos con detenimiento. Los asientos de toberas y guarniciones no deben tener defecto alguno y, caso de existir, se eliminarán con , sidol o bien con pasta de esmeril muy fina, especial para ello. El rectificado se hará sobre la superficie de un mármol. Listo todo ello, se montará de nuevo con absoluta limpieza. Con la bomba de pruebas destinada a tal fin, se comprobarán dándoles la tensión necesaria, para que salten a la presión indicada. El combustible debe salir por los agujeros de la tobera en finos dardos, que a poco de alejarse formarán una pequeña nube, por su pulverización. No deben gotear ni presentar señal de agarramiento. Cuando el inyector funciona bien, se escucha un sonido característico al probarlo; se dice entonces que “canta”. Es frecuente que el inyector quede agarrado a la culata del cilindro, presentando a veces dificultades para su extracción. Para que ello no ocurra, antes de colocarlo en su alojamiento, es conveniente embadurnarlo de lápiz plomo, o mejor aún, Apexior, con lo que tal inconveniente desaparece.

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CAPITULO 1 4

Distribución

Por distribución designamos al conjunto de operaciones que deben efectuarse para la realización de un ciclo completo de trabajo del motor. En los primeros capítulos vimos, que el ciclo Diesel, tanto el del sistema de dos tiempos, como en el de cuatro, se componían de una serie de fases, que al ser combinadas debidamente, hacían posible su realización. Estas fases, admisión, compresión, inyección-combustión, expansión y escape, en su significado teórico, no era posible llevarlas a la práctica, por unas razones y circunstancias ya entonces expuestas. En realidad, el ciclo que obteníamos con el trabajo del motor, difería bastante de lo que en teoría se había proyectado. Nos veíamos obligados a variar los momentos de apertura y cierre de todas las válvulas, con objeto de disponer del tiempo necesario para que éstas pudiesen efectuar sus movimientos y además contando con que el aire, combustible, o gases, también precisaban de este tiempo para moverse. El cálculo de los momentos que habrán de ser los más oportunos para apertura y cierre de las válvulas, es operación que se lleva a cabo durante las pruebas en fábrica del motor y es motivo. de largos estudios y experimentos. Cuando un motor llega a nuestras manos, debemos limitarnos a comprobar, mediante los datos que el fabricante suministra, que los movimientos de las válvulas y sus tiempos de apertura y cierre son los indicados. Nunca deben ser variados, pues lo único que se conseguirá con ello, será empeorar el funcionamiento del motor. 140

Figura 91. Transmisión del movimiento del eje de levas a la válvula

Figura 92 Accionamiento de una válvula por doble juego del camón, uno para cada marcha

Estos movimientos de las válvulas los conseguimos, como ya se ha indicado, por medio del eje de levas (figura 91). Este eje de levas va colocado en sentido longitudinal del motor y en toda su longitud en moto- res de cuatro tiempos, dándose el caso, en los de dos tiempos, según la forma de efectuar su barrido y escape, de disponer también de este eje (tal es el caso de BURMEISTER Y GOTAVERKEN, por ejemplo, que efectúan el escape por válvula en la culata), o bien, quedar reducido a un eje de poca longitud, que sólo acciona las bombas de combustible (caso del SULZER).

Figura 93 Tren de engranajes de la distribución de un motor Krupp-Maquinista 141

Repetimos que, en los primeros motores reversibles, según el sentido de marcha del motor precisaba de un camón para el accionamiento de las válvulas, es decir, que cada válvula disponía de un doble juego de estos camones. De acuerdo con la marcha pedida se hacía actuar el camón correspondiente que, mediante el dispositivo del cambio de marchas, hacía trasladar el eje de levas, en sentido longitudinal, un espacio igual al existente entre los dos camones que iban montados el uno junto al otro, como en la figura 92 representamos. Pero ya en la actualidad es el capón único el empleado, obteniéndose la distinta posición que corresponde a una u otra marcha mediante el giro de un ángulo, del eje de levas. O sea, que el desplazamiento axial ha pasado a ser angular. El eje de levas es siempre movido por el eje cigüeñal, bien por trenes de engranajes o por cadena. Y como el eje de levas, según vemos, es el encargado de dar los movimientos a las válvulas o bombas, a este conjunto de transmisión de movimiento, es lo que conocemos por distribución.

Figura 94 Tren de engranajes de la distribución de un motor Sulzer de dos tiempos Cualquiera que sea el sistema empleado, trenes de engranajes o cadena, en el eje cigüeñal, sobre sus platos de acople de la unión central, cuando se trate de grandes motores, o en el extremo del volante en los pequeños, habrá una rueda construida y colocada en dos mitades, que será la encargada de facilitarnos el movimiento. Como se dijo, la elección de estos puntos para la colocación de esta rueda, era porque en ellos el movimiento es más uniforme, con un menor grado de irregularidad como conviene al trabajo de los engranajes. Si la distribución es por engranajes, la rueda del cigüeñal arrastrará consigo, la serie de ruedas intermedias que puedan haber entre ella y el propio eje de levas, teniendo en cuenta que, según sea de dos o cuatro tiempos el motor, este eje habrá de girar a igual o mitad de 142

vueltas, cosa que se consigne por el número de dientes de las ruedas. El mismo número de dientes en dos ruedas colocadas en distintos ejes, la primera arrastra a la segunda con igual número de vueltas; el doble número de dientes en la primera hará girar a la segunda a doble número de vueltas; y si la primera es de la mitad de dientes que la segunda, ésta girará a mitad de vueltas que aquélla. Representamos la distribución por engranajes de un motor Krupp-Maquinista, de cuatro tiempos en la figura 93. La rueda motriz o del cigüeñal A, mueve la rueda intermedia B, que en la parte posterior y en su eje, lleva otra rueda que es la que a su vez mueve la C, montada ésta sobre el eje de levas. Todas estas ruedas, al igual que en la mayoría de los casos, suelen ser de dientes helicoidales, con las que se obtiene un trabajo más uniforme. Además de las ruedas citadas vemos en la figura 93, dos de dientes C cónicos, E y D, que sirven para accionar el eje vertical que mueve el reguIador centrífugo, para estabilizar las variaciones de carga del motor. Otro sistema de distribución por engranajes que representamos en la figura 94, corresponde a un motor SULZER, de dos tiempos, reversible. La rueda 1 es la motriz montada en el eje cigüeñal; la 2, es la intermedia; y la S, montada sobre el eje de levas E, que en este tipo de motor sólo está destinado al accionamiento de las bombas de combustible. El ángulo A, es el giro que efectúa el eje de levas para pasar de un sentido de marcha al otro. Cuando la distribución es por cadena, ésta, es también arrastrada por la rueda del eje cigüeñal y debidamente guiada por ruedas intermedias, se hace llegar hasta el eje o ejes de levas, a los que comunica el movimiento. Tal es el caso de la figura 95 que corresponde a un motor Burmeister de dos tiempos, reversible y con cruceta. La rueda A es la motriz o de cigüeñal y la cadena, pasando por la rueda intermedia B, que la guía, pasa a la C, dotada del tensor T, cuyo objeto es dar a la cadena una tensión para que vaya siempre adaptada a las ruedas, al tiempo de poder absorber en él, los aumentos de longitud que dicha cadena experimenta por el trabajo. Pasa ahora la cadena a la rueda D, montada en eje de levas de las válvulas de escape. Esta rueda D forma en este motor el cambio de marcha, con el que se consigue la variación de la posición del eje de levas, haciéndole girar un cierto ángulo. De esta rueda la cadena pasa a la E, montada en el eje de levas de las bombas de combustible, para de allí ir a la F, que corresponde al accionamiento del regulador, de donde irá nuevamente a la rueda del cigüeñal. Como vemos, este motor dispone de dos ejes de levas. El mismo tipo pero con émbolos de tronco funciona con uno solo de estos ejes. Cualquiera que sea el sistema empleado, todos ellos vienen ya de fábrica debidamente marcados en sus correctas posiciones. Si por necesidades de reparación o reconocimiento, hubiese que desmontar estos trenes de engranajes o cadenas, al volver a montar de nuevo, hay que tener muy en cuenta estas marcas, que deben coincidir todas ellas en un punto determinado. De no hacerlo así, el motor no arrancará, o no funcionará en las debidas condiciones.

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Figura 95. Esquema de la cadena de la distribución de un motor Burmeister, de dos tiempos, con cruceta. En el volante del motor está colocada una llanta, que va marcada en grados sexagesimales y además señala los puntos muertos correspondientes a todos los émbolos. Cuando queramos comprobar los momentos de apertura y cierre así como la duración de estos períodos, hemos de servimos de estas divisiones. Con ello y los datos de pruebas del motor, no habrá dificultad alguna para obtener un mejor funcionamiento. Con cuanto dijimos al hablar de los diagramas teóricos y prácticos, junto a lo aquí explicado, creemos es suficiente para no extendemos más en este tema.

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CAPITULO 15

Engrase y refrigeración

El engrase y la refrigeración son fundamentales para la vida del motor, pues de fallar una cualquiera de ellas, en tan sólo breves minutos, quedaría inutilizado. De ahí pues, la constante atención que ha de prestarse a estos circuitos. Sabemos que la misión del engrase es hacer que el aceite pase por entre todas las superficies que estando en contacto, están además animadas de movimiento. Tales son los cojinetes de asiento del cigüeñal y también los de sus cuellos, crucetas, correderas, etc. Al introducir el aceite entre estas superficies, crea una finísima capa que evita el que las piezas lleguen a estar en contacto, deslizándose entonces sobre esta capa aceitosa de manera suave, con lo que eliminamos el calor que siempre se produce por el frotamiento. Para que el aceite llegue a todas las articulaciones del motor y fluya a ellas con la debida cantidad y presión, nos servimos de las llamadas bombas de engrase. En pequeños y medianos motores, estas bombas son accionadas por el mismo motor, casi siempre por un acoplamiento dispuesto en el extremo del eje cigüeñal. En grandes motores las bombas ya son independientes, es decir, son movidas por un aparato auxiliar, por regla, general un motor eléctrico y también por máquina de vapor. En el primero de los casos, cuando son movidas por el mismo motor, solo existe una de estas bombas, mientras que en el segundo, se disponen un mínimo de dos para eliminar el peligro de avena. Puede verse también en algunas instalaciones dedicadas a la propulsión, que el motor disponga de su bomba accionada, existiendo además otra independiente. Ello tiene por objeto el que durante las maniobras trabaje la bomba auxiliar y ya una vez el motor en servicio normal funcione su propia bomba parándose la auxiliar 145

Figura 96. Bomba engrase por engranajes para un motor reversible.

Esta clase de bombas suele ser generalmente de engranajes o de husillos Vemos, según la figura 96, que constan de una caja de fundición A, en é cuyo interior van los piñones B y C. Uno de estos piñones, el C, tiene su eje prolongado, y es el que acopla sobre el eje cigüeñal para recibir su movimiento, mientras que el B girará loco arrastrado por éste. Ambos piñones giran en una especie de cajera, donde la cresta de sus dientes roza ligeramente, consiguiendo así la estanqueidad necesaria. En los dos lados de los piñones tenemos las válvulas E, F, Y G, H. Las E y F, corresponden a la aspiración, y las G y H, a la impulsión. El aceite llega a la parte baja de la bomba, como indica la flecha 1, teniendo su salida por la alta, según la flecha 2. Supongamos que el piñón C gira en el sentido de la flecha y arrastra por tanto al B En la, región M, se produce un vacío, abriéndose la válvula E y permaneciendo cerrada la G, con lo que el aceite de la aspiración, pasa por dicha válvula E, llenando los huecos de los dientes de los piñones que lo arrastran a la región N donde, al engranar estos piñones, le obligan a . salir de los huecos. La región N se llena de aceite y con su presión levanta la válvula H, pasando a la cámara de impulsión, y de allí al circuito de engrase del motor. Si el piñón C girase en sentido contrario al que indica la flecha, la región N pasaría a ser la aspiración y la M la descarga, de donde vemos que este tipo de bomba podemos adaptarlo a un motor reversible, pues cualquiera que sea su sentido de marcha, tendremos impulsión de aceite.

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Figura 97. Bomba de engrase, de paletas.

Si se trata de un motor de un solo sentido de giro, con sólo que la bomba ,disponga de un juego de válvulas de aspiración en una región, y otro de impulsión en la descarga, será suficiente, ya que los piñones girarán siempre en una misma dirección. Debemos resaltar que, debido a la poca fuerza de aspiración de las bombas de engranaje, deben estar situadas por debajo del tanque de aceite para que éste fluya por su peso, y no haya de producirse aspiración. Otro tipo de bomba de engrase, éste de paletas, está representado en la figura 97. Consta de un cuerpo 1, en cuyo interior gira sobre eje excéntrico, el cilindro 2, en el que van colocadas las paletas 3 y 4, que por el resorte 5, van siempre rozando las paredes del cuerpo. Se comprende fácilmente su funcionamiento con la observación de la figura. Si las bombas son movidas por motor independiente, su funcionamiento en sí es idéntico a lo explicado, siendo, como se ha dicho, las más utilizadas hoy día, las de engranaje o husillo. El circuito de lubricación es como sigue (figura 98): El aceite se encuentra depositado en el cárter (pequeños motores), o en un tanque de retorno destinado a ello (grandes motores), de donde lo aspira la bomba impulsándolo a través de unos filtros en los que le será separado cualquier impureza que pudiera tener; a continuación pasa al refrigerador, que puede ser uno o varios, generalmente montados en serie (uno a continuación de otro), donde es refrigerado, y llega así a la entrada del motor, repartiéndose por todo su interior, para efectuar su engrase. Tras engrasar, todo el aceite se derrama de nuevo al cárter, de donde es aspirado por la bomba de manera continua; en los motores pequeños, o bien pasa al tanque de retorno, en los grandes, para comenzar un nuevo recorrido. En cuanto al recorrido que hace el aceite por el interior del motor, ha quedado señalado en las, distil1tas figuras representadas a lo largo de estos capítulos. Vista de manera general la lubrificación del motor, pasemos a su refrigeración.

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Figura 98. Esquema del circuito de aceite al motor. 1. Motor. 2. Tanque retorno. 3. Bomba engrase. 4. Filtro. 5. Enfriador. Sabemos que mientras se efectúa la fase de combustión, se desarrolla una alta temperatura que puede oscilar alrededor de los 2.000 grados. Esto trae consigo, el que todas las piezas en contacto más o menos directo con la cámara de combustión, absorban gran cantidad de calor, y que, caso de no ser enfriadas, pronto ocasionarían el agarrotamiento de los órganos en movimiento. No se puede pensar absorber este calor tan sólo por medio del engrase, pues los aceites, aun de la mejor calidad, se descomponen a temperaturas mucho más bajas. Para evitar estas temperaturas nos servimos de la refrigeración, siendo el aire y el agua, los escogidos para este fin. Se. emplea la refrigeración por aire, únicamente ,en motores de poca potencia, destinados a mover pequeños grupos electrógenos, compresores, o servicios de emergencia. Un ejemplo típico de este sistema de refrigeración, lo tenemos en los motores de las motocicletas, que van dotados todos ellos de una serie de aletas, a través de las cuales se efectúa el enfriamiento. Es el agua lo que empleamos como refrigerante en toda instalación marina normal. Al describir los conjuntos de los cilindros decíamos, que entre el propio cilindro y la camisa quedaba un espacio, por el que había de circular esta agua de refrigeración. Para impulsar el agua a estos circuitos, nos valemos de las bombas de circulación y que, como ocurría con las bombas de lubrificación, pueden ser accionadas por el mismo motor que refrigeran o bien, por motor independiente. Hay tendencia general hacia este último sistema y queda reservado el de accionamiento por el motor, a motores de pequeña potencia o grupos auxiliares. Pueden ser estas bombas alternativas de émbolo buzo (destinadas a pequeñas potencias) o centrífugas (para grandes instalaciones), que son las más utilizadas.

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Figura 9.9. Bomba de circulación alternativa

Las alternativas o de émbolo buzo, constan, según vemos en el esquema de la figura 99, de un cuerpo A, en cuyo interior se mueve el émbolo B. Una caja C, en la que están colocadas las válvulas de aspiración D y las de impulsión E. Son de simple efecto y para que el chorro de agua impulsado sea continuo, en la descarga de la bomba, se coloca el recipiente F, que al estar lleno de aire sirve de amortiguador y evita así los golpes propios de la impulsión. Su accionamiento desde el motor puede ser por medio de engranajes o de excéntricas, que son movidas por el cigüeñal. Teniendo en cuenta que para el buen funcionamiento de estas bombas, se requieren velocidades reducidas, suelen ir dispuestas con la reducci6n correspondiente, para conseguir la marcha que se precisa. Las de tipo centrífugo generalmente van accionadas por motor independiente, y constan, como se representa en el esquema de la figura 100 de un armazón A, dentro del cual gira la rueda de paletas R, llamada caracol. El agua que llega según la flecha 1, pasa a la parte central de la rueda de paletas, por los extremos del eje y esta rueda, por la fuerza centrífuga, durante su giro, la expulsa por la periferia pasando, como indica la flecha 2 a la descarga. Estas bombas tienen la ventaja de que con pocas dimensiones puede alcanzarse gran caudal de agua, de ahí su aplicación en la refrigeración de los grandes motores. En cambio, su aspiración no es muy potente; por ello deben estar siempre instaladas a un nivel más bajo que el agua a fin de que trabajen solo como impelentes. El Circuito de agua se reduce al conjunto del motor. La bomba impulsa el agua a unos enfriadores Y de ellos pasa al motor. Dijimos que su entrada se hace sIempre por la parte mas fría, que era la zona baja de los cilindros; por ellos asciende refrigerándolos y, en su parte alta, después de envolver la 149

cámara de combustión, va a la culata, de la que sale pasando al tubo colector que le conduce a la aspiración de la bomba nuevamente.

Figura 100. Bomba de circulación centrífuga.

Como vemos es un circuito cerrado, Y para que en él no existan contrapresiones originadas por la temperatura, y que pueda dilatar libremente, un pequeño tanque, llamado de compensación, situado en la parte' C alta de la cámara del motor, está unido al circuito por una tubería, al tiempo que comunica con la atmósfera. El aceite empleado para el engrase del motor, como se ha visto, forma un circuito cerrado, es decir, siempre es el mismo aceite el que está circulando, Y si bien la cantidad que tenemos en el circuito alcanza varias toneladas, en un motor de tan sólo mediana potencia, ocurriría, que de no enfriarlo llegaría a tener una temperatura, con la que pronto perdería sus cualidades. Lo mismo nos sucedería con el agua. En la actualidad la refrigeracion de los motores es casi exclusivamente con agua dulce habiendo quedado desechado el empleo de agua de mar, echo ya indicado anteriormente con las razones de ello. De esta manera, el agua que tenemos en el circuito+debe ser utilizada de forma continua Y debemos también enfriarla, para que pueda seguir circulando y refrigere el motor. Para enfriar aceite y agua están los enfriadores y se emplea como líquido refrigerador el agua del mar.

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Figura 101. Enfriador de água o aceite. . Los refrigeradores (figura 101), consisten en un cuerpo de fundición 1, cuya forma más corriente es la cilíndrica. En el interior de este cuerpo 1, van colocadas las placas de bronce 2 y 3. Estas placas llamadas “tubulares", están taladradas en toda su superficie, para alojar en estos orificios una serie de tubos de latón 4, que irán de una a otra placa, estando unidos a ellas, por un pequeño prensa estopas rascado o mandrilado. Al conjunto de las placas tubulares con los tubos, se le llama haz tubular. Las dos bases del cuerpo 1, quedan cubiertas por las tapas 5 y 6, también de fundición. En el haz tubular hay colocadas unas paredes o diafragmas 7, que obligarán al agua o aceite a recorrer un camino determinado, reteniéndolos así durante más tiempo dentro del enfriador. La tapa 5 lleva un nervio diametral 8, que la divide en dos regiones, para que el agua del mar haga un recorrido de ida por la mitad de los tubos, y vuelta por la otra mitad, antes de pasar a la descarga. Dentro del refrigerador y para evitar la acción galvánica, se colocan l diversos electrógenos, 9, casi siempre situados en las tapas 5 y 6. El líquido a enfriar, agua dulce o aceite, pasa por el exterior de los tubos, mientras que el agua del mar circula por el interior de los mismos. Como se ve en la figura 101, el agua o aceite, impulsados por su bomba. llegan por A. Al entrar en el enfriador los diafragmas 7, le hacen recorrer un camino en zigzag, como indican las flechas, para poder llegar a la salida B. El agua del mar llega por C, y por el medio 8 de la tapa 5, también se ve obligada a pasar, primero según la flecha, para en su retorno alcanzar la salida D. El agua del mar se toma a través de una válvula del costado del buque, por una bomba idéntica a las empleadas para la circulación del agua dulce. Después de pasar por el enfriador, esta agua es descargada nuevamente al mar.

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Circulando de forma continua el agua y el aceite del motor por el enfriador, al tiempo que se circula por el interior de los tubos con agua del mar, se reduce la temperatura de aquellos, pudiendo regularse incluso esta temperatura por unas válvulas instaladas en el circuito. El tipo de refrigerador descrito puede usarse, como hemos visto, indistintamente para agua o aceite, si bien, en algunos casos, según que se destinen para uno u otro líquido, se emplean materiales distintos en su construcción. En pequeñas potencias o grupos auxiliares, los motores disponen de un solo enfriador de agua y otro de aceite, pero en grandes instalaciones, se montan dos o tres de cada uno de ellos con sus correspondientes ramales de tuberías y válvulas, con las que se combinan y pueden ponerse en servicio de acuerdo con las necesidades del funcionamiento.

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CAPITULO 16

Compresores de aire. Botellas

La puesta en marcha de los motores, cuando éstos son ya de alguna potencia, se lleva a cabo siempre por aire comprimido. Teniendo en cuenta que los motores destinados a la propulsión de los 1: buques han de estar dispuestos para arrancar y cambiar el sentido de la marcha, tantas veces como se requiera, durante las maniobras de atraque o desatraque, se comprende que la cantidad de aire que se consuma, será f bastante elevada y que, por tanto, habremos de disponer en la instalación del aparato destinado a suministrarnos este aire. Estos aparatos son los compresores. El compresor aspira el aire de la atmósfera y a su correspondiente presión, para comprimirlo dándole una nueva presión, casi siempre de unos 30 kilos, con la que se almacena en unos grandes recipientes de acero, que son las botellas, y que están en comunicación con el dispositivo de arranque del motor por tuberías y válvulas. Cuando la inyección del combustible era por aire, tal como se explicó, el compresor era parte fundamental del motor, y era movido por el mismo. Pero al imponerse definitivamente la inyección directa, el papel del compresor ha quedado reducido al de almacenar el aire debidamente comprimido para poder disponer de él cuando lo requieran las maniobras. En ocasiones, siempre en pequeños motores, en alguno de los cilindros se dispone de una válvula llamada de “carga”, con la que, aprovechando la compresión, tomamos el aire que. almacenamos a la presión necesaria. Pero este sistema no puede aceptarse en las grandes instalaciones como son la mayoría.

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Figura 102. Esquema de un compresor de 3 fases. Si bien el compresor puede ser movido por el mismo motor, cual lo era el compresor para el soplado, en la actualidad éstos son siempre movidos por motor eléctrico u otro tipo de máquina. Cuando el aire se comprime, aumenta su temperatura, según nos enseñan las leyes físicas. Si estando caliente el aire lo almacenamos, resultará, que al irse enfriando irá disminuyendo de volumen, y la presión a que nos quedará en las botellas será muy inferior a la que lo necesitamos. Para que este inconveniente no se produjese, podríamos comprimirlo a una presión mucho mayor de la necesaria y así, después, al enfriarse quedaría a la normal. Pero entonces, al elevar tanto la presión, su temperatura seria muy alta, lo que ocasionaría frecuentes y peligrosas averías en todo el conjunto del compresor. Manera de alcanzar la presión que sé necesita y que el compresor trabaje en condiciones normales, es subdividir la presión total a que se ha de llegar, en varias fases, dos, tres, y hasta cuatro, designándose por fase, las distintas compresiones que va sufriendo el aire. Entre cada dos fases consecutivas se instala además el correspondiente enfriador, para refrigerar el aire antes de entrar en la fase siguiente. De aquí pues, la existencia de los compresores de varias fases, siendo los más comunes los que constan de dos o tres de ellas.

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Cuando son dos fases, la que corresponde a la aspiración de la atmósfera o primera de ellas, es la de bata presión, siendo la de alta, la segunda, o sea, la de descarga del compresor. Si son de tres, la primera de ellas será la de baja, la segunda la de media, y la tercera la de alta. En la figura 102 tenemos un compresor de tres fases. Como se ve en él, el émbolo tiene tres diámetros diferentes, siendo también los diámetros del cilindro, de tres medidas distintas. El mayor diámetro corresponde a la fase de Baja Presión; el intermedio es el de Media Presión; y el menor el de Alta Presión. Su funcionamiento es como sigue: Al descender el émbolo, en el cilindro correspondiente a la B.P. se produce un vacío que hace se abra la válvula de aspiración de esta fase, permitiendo la entrada del aire atmosférico. Asciende el émbolo, se cierra la válvula de aspiración y comienza a comprimir; el aire a unos 4 ó 5 kilos de presión, levanta la válvula de descarga, pasando al refrigerador de la primera fase. Como al tiempo que la región de B.P. está comprimiendo, la de M.P. está aspirando, el aire procedente del refrigerador, abre ahora la válvula de aspiración M.P. y llena este cilindro. Llega, el émbolo al punto muerto superior, comenzando el descenso. En la región de B.P. se cierra la válvula de descarga, y abre la de aspiración entrando nuevo aire. En M.P., al descender el émbolo, comprime el aire que lo había llenado, cerrándose la válvula de aspiración, abriéndose la descarga, y a una presión de alrededor de los 15 kilos, el aire es enviado al enfriador de esta fase de M.P. Pero en la región de A.P. está descendiendo el émbolo, lo que aprovecha el aire procedente de M.P. para precipitarse por la válvula de aspiración a la fase de A.P. Al llegar el émbolo al punto muerto inferior, comienza el ascenso. La región I de B.P. está en compresión; la de M.P. pasa a la aspiración; y la A.P. comprime el aire recibido en su aspiración de la fase de M.P., elevando u presión a 25 ó 30 kilos, y lanzarlo por su válvula de descarga al enfriador de la tercera fase, para de allí ser conducido ya a la botella de almacenamiento comprimido y refrigerado. Se comprende que durante el funcionamiento del compresor estas fases estarán repitiéndose constantemente. Las presiones que se han indicado son las más utilizadas en la práctica, si bien, pueden alcanzar valores muy distintos. El compresor explicado es el de forma más común. La B.P. se ha intercalado entre la ,A.P. y la M.P., intentando con ello conseguir, un mejor reparto de los esfuerzos, a que se ve sometido, combinando los pe- nodos de compresión de unas fases con la aspiración de la otra. Aunque el émbolo en todas sus fases lleva sus aros de compresión dando la estanqueidad necesaria, es conveniente que la fase que corresponda a la región inferior no sea la de B.P., para evitar con ello, el que durante la aspiración los gases del aceite del cárter puedan pasar al cilindro y ser comprimidos, hecho que podría acarrear averías de consideración. Con todo, existen también los compresores llamados telescópicos, en los cuales las fases están escalonadas, es decir, unas colocadas encima de las otras, como se ve en la figura 103, pero en éstos, los esfuerzos a soportar son mayores ya que las fases están todas al mismo tiempo en aspiración o en descarga.

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Figura 103. Compresor tipo telescopico, de 3 fases

Ahora, en el descenso del émbolo, el aire entra en la región B.P. para ser comprimido y descargado al ascender. En el nuevo ascenso aspiran las fases de B.P. y M.P., ésta tomando el aire de la descarga de B.P. Vuelve el ascenso y comprimen las fases de B.P. y M.P, y, al descender otra vez, estas fases aspiran como tambIén lo hace la A.P. que toma el aire de la M.P., y ya sucesivamente, cada vez que el émbolo descienda, las tres fases aspirarán para comprimir durante su ascenso, De ahí pues el que los esfuerzos sean mayores por efectuarse la compresión al mismo tiempo en todas las fases. Representamos también un tipo de compresor de dos fases, muy utilizado en la práctica, y de cuyo funcionamiento nos da idea la misma figura 104. De la construcción de compresores diremos que el bloque del cilindro es de hierro fundido, de la misma calidad que el empleado en los cilindros del motor y, a pesar de los enfriadores de aire, el cilindro está , dispuesto para poder circular agua de refrigeración, con lo que se evitan los excesos de temperatura. El émbolo es del mismo material que los émbolos del motor. Es hueco cual uno de tronco y es idéntico su accionamiento.

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Figura 104. Compresor de 2 fases.

Las válvulas son automáticas, ayudadas en sus movimientos por pequeños resortes. El tipo más empleado es el de platillo, como se ve en la figura 104, estando construidos estos platinos de acero inoxidable, acero al níquel o una aleación de sus características. Las válvulas son iguales para la aspiración que para la descarga, la unica diferencia es que en su colocación en el compresor unas van montadas al revés de las otras, según que correspondan a la entrada o salida del aire. El refrigerador de aire que existe uno para cada fase, está construido con haz; de tubular de cobre o acero. Su constitución en sí, es la de un refrigerador normal y corriente. El cuidado y vigilancia de un compresor requiere mucha atención. Las averías que pueden presentarse en estos aparatos, suelen ser de consideración, no ya por el hecho de la inutilización de las piezas, sino porque pueden acarrear graves consecuencias para el personal encargado de su manejo. Si bien en la actualidad, la perfección de esta clase de máquinas ha eliminado en gran parte estas anomalías, diremos que una de las averías que pueden ocurrir es la de explosión. Cualquier: ruido o anormalidad que se note en el funcionamiento, ha de bastarnos para pararle inmediatamente y reconocerlo. No intentar averiguar la causa estando en marcha el compresor, pues puede tener funestas consecuencias. Parado, debe reconocerse detenidamente hasta localizar el motivo de la anomalía y sólo una vez encontrado y corregido, podrá ponerse nuevamente en marcha con atenta vigilancia. Puede producirse la explosión de un compresor por anormal funcionamiento o manejo de sus válvulas aun estando dotado de las correspondientes seguridades en todas sus fases. Nos dará idea de ello la observación de todos sus manómetros. Las válvulas (figura 105) se 157

reconocen y rectifican con frecuencia, sustituyendo las que no estén en condiciones normales, teniendo en cuenta, que aun no ocasionando averías, de su estado de conservaci6n depende el rendimiento de la máquina.

Figura 105. Válvula de compresor.

Otra causa que puede ser motivo de averías y de explosión, es el aceite empleado. Este ha de ser mineral puro, de alta calidad, y del indicado exclusivamente para compresores. Al efectuar el engrase del cilindro, parte de este aceite pasa a la cámara de compresión, siendo arrastrado por el aire a través de conductos y enfriadores, donde queda pegado a sus superficies, no permitiendo una buena refrigeración. Así la temperatura final de la compresión alcanza límites mucho más elevados que los normales, con lo que se produce la avería. Si hubiese que desmontar un émbolo, para reconocimiento, trabajo que se efectuará cual el descrito para los émbolos del motor, se comprobarán sus espacios neutros. Estos acostumbran a ser muy reducidos, influyendo notablemente en la buena marcha cualquier variación que en ellos tengamos, por lo que al montar de nuevo debemos cercioramos, de que han quedado en su justo valor. A! poner en marcha el compresor es conveniente que todas las válvulas de purga que lleva en sus fases estén abiertas, para que empiece a girar con suavidad y expulse el agua que de la humedad pueda haber en su interior. Durante la marcha, de vez en cuando, se abrirán estas purgas, eliminando así el agua que por la compresión del aire, se va acumulando en el circuito. Se comprobará la presión del aceite del cárter en su manómetro correspondiente. Por último, el aire procedente del compresor, se almacena en botellas. Son éstas unos grandes recipientes de acero, de forma cilíndrica, pudiendo ser de varios metros de longitud y diámetro. Están construidas con planchas unidas entre sí, por remaches o soldaduras. Van dotadas de todas las válvulas necesarias para su relleno, comunicación con el motor y aparatos auxiliares, seguridad, purgas y manómetros.

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Como el aire comprimido arrastra agua de la humedad del ambiente ésta se va acumulando en el fondo de la botella, siendo aconsejable purgarle una vez al día, para eliminarla. Las botellas de aire, con tal de que sus válvulas sean completamente estancas, no merecen ningún cuidado especial, debiendo procurar que en todo momento se encuentren llenas a la debida presión para poderlas comunicar tan pronto sea preciso.

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CAPITULO 17

Línea de ejes

Cuando un motor es del tipo estacionario, es decir, que está destinado al accionamiento de grupos electrógenos, compresores, bombas, etc., el eje va acoplado directamente al eje del aparato que debe mover, bien mediante plato de acople y tornillos ajustados, por un manguito elástico o también por reductor. Pero si el motor se destina a la propulsión, la transmisión de su esfuerzo a la hélice que será la encargada de hacer avanzar el buque, entonces la conexión entre el motor y hélice se efectúa a través de una serie de ejes que con unas disposiciones especiales, forman la llamada línea de ejes. Según el tipo de buque, el departamento de motores estará situado en su centro o en la popa y lógicamente la línea de ejes será más o menos larga, constando de distintos ejes, de varios metros de longitud cada uno de ellos, cinco o seis metros por regla general. Los ejes, que en la mayoría de los casos se construyen de acero forjado, aunque se emplea también el hierro, son cilíndricos, terminando en sus extremos, en forma de bridas o platos de acople, de manera que puedan unirse unos a otros para formar la línea. Toda línea de ejes está formada por un eje de empuje, uno o varios ejes de transmisión o intermedios, según la longitud de la línea, y el eje de cola, llevando además los cojinetes de apoyo o asiento de todos los ejes. Los ejes se unen entre sí formando la línea. Para ello, en sus bridas o platos de acoplamiento llevan unos agujeros en los que se colocan unos tomillos o pernos fuertemente ajustados. Antes de colocar estos tornillos de unión, hay que efectuar el trazado y alineación de la línea y ya cuando los ejes están en la posición que deben quedar, los agujeros de los platos de acople son escariados. Se toma entonces la medida de cada uno de estos agujeros y como los tornillos vienen suministrados con exceso de material, se rectifican y adaptan uno por uno a su agujero correspondiente, debiendo quedar tanto agujero como tornillo, en forma 160

ligeramente cónica (unas centésimas de milímetro de diferencia de diámetro en su conicidad), para un mejor trabajo del tornillo.

Figura 106. Chumacera. Es conveniente, antes de colocar los tornillos, darles una ligera capa de sebo o pasta de mercurio que facilitará su colocación y con la ayuda de un gato hidráulico se van colocando en sus agujeros respectivos. Después se colocan sus tuercas que se aprietan de manera firme y aseguran con pasadores de seguridad. Es preciso que todos los tornillos de unión se coloquen de esta manera estando perfectamente ajustados en sus agujeros. De no ser así y existir huelgo entre ellos y sus tornillos, por pequeño que sea, debido al gran esfuerzo que se transmite, este huelgo pronto irá en aumento y los tornillos se verán sometidos a esfuerzos irregulares que pueden llegar incluso a ocasionar su rotura. Todos los ejes de la línea van apoyados en unos cojinetes o asientos llamados chumaceras (figura 106) las que a su vez apoyan en unos polines que, debidamente reforzados, se afirman al plan del buque, o sea a las planchas que forman el llamado doble fondo. Es norma casi general disponer de dos de estas chumaceras por cada eje, estando situadas hacia sus extremos. Estas chumaceras se construyen de fundición o acero fundido y como su misión es soportar el peso de los ejes, van recubiertas de metal blanco o antifricción, pudiendo darse el caso en pequeñas potencias de que sólo la mitad inferior esté recubierta de antifricción ya que la parte alta o tapa sólo sirve de guía. Las chumaceras están dimensionadas para soportar estos pesos pero además van dotadas de su correspondiente engrase para evitar con ello el calor del rozamiento que, como en todo cojinete, se origina. Por esta circunstancia la mitad inferior se suele construir hueca, aprovechando este espacio como depósito del aceite para su lubricación. En un principio se colocaban sobre el eje unas pequeñas cadenas que quedaban colgando dentro de este depósito de aceite; el giro del eje las arrastraba de manera continua con lo que el aceite era arrastrado hacia el propio eje consiguiéndose así la lubricación de la 161

chumacera. Actualmente estas cadenillas han sido sustituidas por unos aros o anillos bipartidos, cuyo trabajo es idéntico al de las citadas cadenillas. Según las dimensiones de la chumacera van en ella una o dos ranuras en las que debidamente guiados pueden girar estos aros. Son de un diámetro algo mayor que el eje y quedan apoyados en él y su parte baja sumergida en el aceite del depósito con lo que, con el movimiento de giro que les imprime el eje, arrastran parte de este aceite consiguiendo así el engrase de la superficie de roce entre eje y chumacera. Hemos indicado que los anillos son bipartidos estando dispuestos de un sistema de bisagras, a fin de poderlos colocar o desmontar con facilidad caso de tener que efectuar algún trabajo en ellos o en el cojinete. Para poder comprobar en todo momento la cantidad de aceite que tenemos en el depósito, se dispone del correspondiente nivel con lo que, cuando se observa que éste desciende podemos añadir nuevo aceite. En la figura 106 podemos observar cuanto estamos diciendo. Cabe añadir que el interior de este depósito o cárter de aceite es atravesado por un tubo en forma de serpentín y que va conectado a un circuito de refrigeración de la cámara de motores y haciendo pasar por él agua de dicho circuito conseguimos que el aceite sea refrigerado, ya que de no ser así, con su trabajo irá aumentando la temperatura, tanto del aceite como de la propia chumacera pudiendo llegar a ocasionar las correspondientes averías. Como veremos al hablar de la alineación de los ejes, las chumaceras que van situadas sobre polines, según hemos indicado, llevan en sus zonas de asiento unas piezas postizas o suplementos de hierro fundido que tienen por misión, el que éstas alcancen todas la misma altura, con lo que los ejes quedan todos en igual posición y por tanto el funcionamiento de la línea es correcto. N o existe detalle especial ni particularidad alguna, en los ejes intermedios que forman la línea, siendo suficiente cuanto hemos dicho acerca de ellos. En toda línea de ejes, existe uno que generalmente es el que va unido al eje cigüeñal que es llamado eje de empuje. Asimismo este eje lleva una chumacera única, que al igual que el eje recibe el nombre de chumacera de empuje. Tanto la chumacera como el eje de empuje son distintos a los demás componentes de la línea y merecen una atención especial. Reciben este nombre de empuje debido a que en ellos es donde se recibe toda la fuerza de impulso que la hélice comunica al buque para su movimiento y podemos comprender fácilmente su importancia si pensamos que toda la instalación de máquinas o motores del buque se dispone principalmente para producir una fuerza que sea capaz de moverlo y que esta fuerza la recibimos precisamente con el eje y chumacera de empuje, que podríamos considerar, en realidad, como un punto en donde actúa toda la energía que mueve el buque. Veamos su construcción y trabajo. En un principio las chumaceras de empujé empleadas fueron las de discos múltiples, hoy caídas en desuso prácticamente aunque daremos una breve explicación sobre ellas. 162

Figura 107. Chumacera de discos fijos.

Pueden ser de discos o móviles. Las primeras constan, según se ve en la figura 107, de una caja de fundición construida en dos mitades, unidas fuertemente entre sí por una serie de tomillos. La mitad inferior queda asegurada al plan del buque. La caja en su interior lleva dos bronces, alto y bajo, en los que están labradas unas ranuras. El eje de empuje que ha de trabajar sobre esta chumacera dispone de unos discos que forman parte integrante del mismo y que se deslizarán por entre las ranuras de los bronces de la caja. Este eje, en su giro, recibe el impulso de la hélice y al apoyar sus discos por medio de las ranuras, con los bronces de la caja, transmiten a ella dicho impulso motivando así el movimiento del buque. Un depósito situado en la parte superior de la chimenea sirve de engrasador y por unas ranuras o patas de araña abiertas en las superficies de los bronces, permiten lubrificar las superficies de rozamiento.

Figura 108. Chumacera de discos móviles.

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Figura 109. Sección transversal de la chumacera de discos móviles.

Figura 110 En cuanto a las superficies de discos móviles constan de un basamento, en cuyos extremos llevan unos soportes o cojinetes donde apoya el eje, que sigue teniendo los mismos discos del tipo anterior, pero ahora en vez de apoyarse en unas ranuras, lo hace en unos collarines cual grandes herraduras de acero y cuya superficie va recubierta de metal antifricción. Estos collarines están apoyados y afirmados en unos tirantes que, en sentido longitudinal, unen los dos soportes que hemos indicado lleva la chumacera. El impulso de la hélice es transmitido por los discos del eje a los collarines que a su vez lo transmiten ya al buque. Representamos esta chumacera en la figura 108. Podemos añadir que en los dos tipos de chumaceras descritos el empuje de marcha avante se transmite por un número de discos y collares, y la marcha atrás por otro número de ellos, que acostumbran a ser los dos últimos de cada chumacera. Es decir, que siendo la marcha atrás mucho más breve, no precisa de tanta superficie de apoyo como la de avante que es la que de continuo está trabajando. Como se ha dicho, esta clase de chumaceras y ejes ha sido abandonado, ya que para las potencias que hoy se utilizan presentaban grandes inconvenientes siendo de difícil ejecución. Modernamente el sistema empleado en la casi totalidad con más o menos variantes es el llamado tipo Michell en memoria de su realizador. En estas chumaceras el eje lleva un solo disco que gira entre dos series de sectores de acero recubiertos de metal antifricción, conocidos con el nombre de riñones. 164

El cuerpo de la chumacera lleva ahora unas cajeras donde van coloca- dos los riñones girando el disco entre ellos. El principio de funcionamiento de este tipo de chumacera está basado en la división de la superficie que apoya el disco del eje en varias secciones, que son los sectores o riñones, permitiéndoles que durante su trabajo puedan tomar determinadas posiciones. Se ha podido comprobar experimentalmente que cuando una superficie mojada en aceite se mueve con cierta velocidad (en este caso lo es el disco del eje) , las pequeñas superficies que puedan deslizarse sobre ella (lo serán los sectores), sometidos a una presión, toman una cierta inclinación que dependerá de la velocidad con que se mueva aquélla. Como vemos en la figura 110 el disco H que se mueve según la flecha V, actúa como indica X sobre el sector S. La capa de aceite arrastrada por el disco se introduce entre las dos superficies obligando al sector a tomar una inclinación que dependerá de la velocidad del propio disco, al tiempo que se consigue su completa lubricación. De esta manera podemos llegar a conseguir que la presión del disco sobre los sectores alcance valores unitarios muy elevados (25 a 30 kg/cm.), de ahí que con poca superficie de roce pueda absorberse todo el esfuerzo que nos proporciona la hélice, siendo ésta la gran ventaja que este tipo de chumacera presenta sobre las demás, es decir, el poco espacio que precisa para su instalación, aunque claro es, para su funcionamiento precise gran cantidad de aceite, cosa que se consigue haciendo llegar hasta ella un ramal del circuito de lubricación forzada del motor. Este aceite que mediante tubos debidamente orientados va a chocar entre disco y sectores, cae después al fondo de la chumacera, de donde es recogido y pasa otra vez al circuito del motor. El número de sectores suele ser de 6 a 8 para cada cara del disco viniendo a ocupar unas 3/4 partes de su superficie, quedando la cuarta parte restante, que corresponde a su parte alta, libre de sectores.

Figura 111. Chumacera de empuje. 165

Tanto en las chumaceras de varios discos como en la que ahora estamos describiendo, el disco o discos del eje de empuje llevan superficies de empuje en ambas caras. Ello se debe a que en el cambio de marchas del motor la hélice girará en uno u otro sentido dando el empuje al buque en la dirección correspondiente, motivando que en la marcha avante el eje actúe por una de sus caras y en la de atrás por la otra. Por esta razón el eje tiene cierto desplazamiento, o sea que entre el disco y los anillos o sectores existe un huelgo que viene a ser alrededor de un milímetro y que es absorbido por el eje al iniciarse cada inversión y ser empujado por la hélice, desplazándose de una posición a otra para que el disco pueda apoyarse en los sectores de la marcha iniciada. De aquí que los sectores se designen por el nombre de la marca a que van destinados que serán sectores de marcha avante o de marcha atrás, si bien todos ellos están construidos de idénticas características. En la figura 111 vemos el eje de empuje E, cuyo disco H gira entre dos series de sectores, 6 para la marcha avante y 6 para la de atrás, que van colocados en la cajera o ranura R. C es el eje cigüeñal en su unión al empuje, siendo el plato P el de unión al eje intermedio. Dentro de la misma chumacera va el cojinete B que sirve de apoyo al propio empuje. El sector M colocado en su parte alta sirve para mantener en su sitio a los sectores S. El aceite de la lubrificación llega por unos tubos, no visibles en la figura, a la parte alta pasando, después de engrasar, al conducto N de donde pasa nuevamente al circuito de recuperación del motor. Un termómetro T introducido dentro de uno de los sectores, nos indica en todo momento la temperatura existente.

Figura 112 Manguito de unión del eje de cola con el intermedio.

Por su importancia, requiere el empuje una especial atención, ya que una irregularidad en su funcionamiento puede ocasionar averías de gran consideración. Por ello hay que vigilar de manera constante el sistema de engrase y observar su temperatura. Un fallo en el aceite motiva que, rápidamente puedan fundirse los sectores o sea, su metal antifricción por el aumento de temperatura tan enorme que ocasiona el roce del disco del , eje sobre ellos. Además del termómetro T, anteriormente indicado, suelen instalarse en las modernas chumaceras, un sistema de alarma, acústico u óptico, los cuales están dispuestos de manera tal que si llega a fallar el aceite, o bien si la temperatura alcanza un límite fijado de antemano, nos avise inmediatamente. 166

Debemos tener en cuenta que siendo el empuje el punto en el que recogemos todo el impulso de la hélice al tener alguna avería en él, queda el buque sin movimiento hasta que la citada avería pueda ser reparada. Comprendamos pues la importancia que tiene así como los constantes cuidados y atenciones que nos merece. Hemos hablado del empuje y ejes intermedios de transmisión. Veamos ahora en qué forma el eje pasa al exterior del buque para mover la hélice. Cuando la línea de ejes llega al extremo de popa donde las líneas del casco ya se afinan, entonces, el último de los ejes, que es el llamado eje de cola, atraviesa dicho casco, pero es necesario para ello tener una estanqueidad a fin de que el agua del mar no pase al interior del buque. El eje de cola, por el extremo de unión al eje intermedio, puede terminar en plato de acople, como los demás ejes, aunque también es corriente que no disponga de tal plato de unión sino, como se indica en la figura 112, en la que vemos que sobre unas ranuras labradas en los propios ejes van los aros A y B, bipartidos y ajustados a sus ranuras; en estos aros I se anula el esfuerzo de tracci6n que la unión pueda ejercer en los ejes sobre los cuales tenemos también las chavetas C y D. Un manguito de acero fundido E, ajustado a los ejes, los abraza mediante una serie de tornillos T, de manera firme, con lo que tenemos la unión de ambos.

Figura 113. Bocina y eje de cola.

Figura 114 Sección bocina-eje. 1. - Eje. 2 - Camisa bronce. 3. -Tiras guayacán. 4. - Tubo bocina 167

Esta forma de unir los ejes tiene por objeto, el que cuando tengamos que efectuar en el eje de cola algún trabajo, podamos con mayor facilidad desmontarlo; ya que al ir situado en el tubo llamado bocina, que ahora explicaremos, desabrochando el manguito E, podemos arrastrar al eje hacia el exterior, cosa que no nos sería posible de tener plato de acople pues por su mayor diámetro no pasaría por el citado tubo, y habría que desmontarlo hacia el interior, donde el reducido espacio de que se dispone, hace que el trabajo se realice con mayor dificultad. El eje de cola se construye de hierro o acero al igual que los demás ejes de la línea, pero se recubre de una camisa de bronce que puede cubrirle en toda su longitud, o sólo en las secciones de roce. Para llevar a cabo la colocación de esta camisa suele tornearse a un diámetro interior ligera- J mente inferior (décimas de milímetro). Después se calienta para que se dilate y en estas condiciones, rápidamente, se introduce en el eje. Así, al enfriarse de nuevo y volver a su medida normal, se adapta de manera firme al eje. El otro extremo del eje que será el extremo final de la línea, termina en un cono en donde se ajusta el núcleo de la hélice, llevando a continuación una mecha roscada para la colocación de la tuerca que sujeta dicha hélice. La camisa de bronce que recubre el eje, llegará hasta el cono de la hélice y ajustará sobre ella con la interposición de un anillo de goma, con lo que se protegerá al propio eje de la acción galvánica a que se vería sometido si llegase a estar en contacto con el agua del mar. El eje de cola sale al exterior del buque por el tubo de la bocina. Es éste un tubo de hierro fundido, debidamente reforzado con nervios de sentido longitudinal y transversal, yendo colocado en agujero tornado sobre el codaste, que es la pieza de fundición donde termina la parte posterior del buque. Según se ve en la figura 113, su extremo interior termina en un ensanchamiento o cajera para colocación de la empaquetadura ensebada que, siendo sujetada por el prensa A, sirve para dar mayor estanqueidad eliminando así las posibles pérdidas de agua que hubiesen entre eje y bocina. El extremo exterior va roscado para la colocación de la tuerca B, con lo que la bocina quedará apretada al codaste. Hemos de decir que el agujero del codaste en el que se coloca la bocina se tornea con unas medidas en su diámetro, ligeramente inferiores (centésimas de milímetro), a las del diámetro exterior de la bocina, para que ésta entre con presión en su alojamiento, presión que se consigue por medio de un gato hidráulico. De esta manera queda afirmada colocándole la tuerca B de que hablábamos con anterioridad. El interior de la bocina, se recubre con tiras de madera de guayacán, madera ésta que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. El eje gira apoyado sobre estas duelas que están colocadas en cola de milano y hacen el trabajo de un cojinete. Resaltemos que las duelas situadas en la mitad superior están construidas cortando el guayacán en el sentido de las betas de la madera mientras que las de la mitad inferior se construyen cortando la madera al través, ya que de esta forma, son más resistentes al desgaste, cosa conveniente pues ellas son las que soportan el peso del eje, mientras que las superiores sirven más bien 168

de guía. Como se comprende el eje entra en la bocina, con huelgo normal para que permita su giro tan solo, ya que de ser excesivo, no podríamos conseguir la necesaria estanqueidad. Según los casos, los guayacanes, cubren la bocina en toda su longitud, o bien en dos secciones que normalmente serán las de sus extremos. En ambas circunstancias su trabajo viene a ser el mismo. Si bien hemos hablado de las bocinas recubiertas de guayacán, también pueden estarlo de metal antifricción, en cuyo caso el eje no precisa de la camisa de bronce, apoyándose directamente sobre dicho antifricción. También pueden ir recubiertas las bocinas con caucho especial, siendo este tipo empleado especialmente en buques fluviales, o que naveguen por aguas que arrastren arenas, ya que resisten los desgastes en mejores condiciones. A pesar de ello, el tipo de bocina con duelas de guayacán es, en general, el más utilizado.

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CAPITULO 1 8

Hélice

Conocemos con el nombre de propulsores a aquellos órganos destinados a transformar el movimiento circular continuo del eje motor en rectilíneo del buque. Así vimos, como la fuerza expansiva de los gases de la combustión empujaban los émbolos del motor, con lo que teníamos un movimiento rectilíneo alternativo, que por el eje cigüeñal se transformaba en circular continuo para ahora, por medio del propulsor, pasar a ser rectilíneo continuo y con él, mover el buque. Como propulsores utilizados tenemos las ruedas de paletas, que fueron las que en un principio se usaron, y las hélices, únicas empleadas actualmente. Las ruedas de paletas, que hoy están por completo abandonadas, eran dos, colocadas una en cada costado del buque, si bien se daba el caso, de que cuando el buque era de poco calado o había que navegar por aguas poco profundas, sólo se disponía una de estas ruedas que iba colocada en su popa. Demos una ligera idea de su construcción y manejo. Se componían de un fuerte núcleo de fundición, con dos o tres platillos reforzados con nervios y se unían al eje motor por una o dos chavetas, de manera firme. Una serie de radios unidos a los platillos, debidamente afirmados, llevaban en sus extremos las palas. . Estas palas podían ser de madera o de plancha de hierro, teniendo forma rectangular, y quedaban aseguradas a los radios por medio de ganchos o pernos.

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Figura 115. Rueda de paletas articuladas

Figura 116. Línea hélice.

El movimiento del eje motor ocasionaba el giro de estas ruedas, con lo que las palas, apoyándose en el agua, motivaban el impulso que movía el buque. Hubo diversos tipos de ruedas propulsoras, tendiendo todos ellos a eliminar los esfuerzos perjudiciales que se creaban y disminuían su rendimiento, así como los choques de las palas con el agua. De aquí nacieron las ruedas cuyas palas eran articuladas (figura 115), por medio de unos juegos de palancas con lo que se conseguía que dichas palas entrasen en el agua con un ángulo determinado que variaba con el giro de la rueda, siendo mayor o menor según su posición, con el consiguiente aumento del rendimiento. Las ruedas fueron un propulsor excelente en todos los casos en que el buque navegó por aguas tranquilas como ríos y lagos, pero cuando salió a mar abierto, y con ello vinieron los balanceos, desaparecieron las ventajas de las ruedas, ya que con las inclinaciones del buque, las ruedas emergían con facilidad sin poder proporcionar por tanto su fuerza impulsora.

Figura 117. Línea hélice paso variable.

Figura 118. Desarrollo de las hélices. 171

Otro inconveniente para las ruedas fue la dificultad de maniobra del buque, en especial en los atraques y desatraques. Por otro lado, teniendo en cuenta que el rendimiento del propulsor será tanto mayor cuanto mayores sean sus dimensiones, de ahí que las ruedas serían muy voluminosas, lo que representaría una resistencia al avance al navegar con viento en contra, al tiempo que si las palas se hacían muy anchas la velocidad de los puntos de su extremo sería mucho mayor que los de la parte inferior, pudiendo incluso darse el caso, de que en estos últimos puntos dicha velocidad fuese menor que la del propio buque acarreando con ello toda una serie de inconvenientes Todos estos detalles trajeron consigo la necesidad de buscar un nuevo propulsor: la hélice. Por definición se llama hélice (figura 116) a la línea A-B-C, trazada por un punto animado al mismo tiempo de un movimiento circular alrededor del eje y otro en el sentido de la generatriz. Es propiedad fundamental de esta línea que la tangente a la curva en uno cualquiera de sus puntos forme un ángulo siempre constante. La parte de generatriz A-C, comprendida entre dos puntos de la espira, es el paso de la hélice y la base del cilindro donde está trazada, la circunferencia de la hélice. El desarrollo de esta línea de la hélice viene representada por la diagonal M del paralelogramo en que se desarrolla el cilindro cuya altura H es el paso, y la base E, el desarrollo de la circunferencia de la hélice. Si en vez de considerar un punto deslizándose sobre la superficie lateral del cilindro, tenemos dos puntos que generen dos líneas hélices distintas de paso' (figura 117), pero que coincidan en su punto medio A, y tomamos como línea única la B-A-C, tendremos una hélice cuyo paso será variable, ya que en este caso, V-C será la mitad del paso de la hélice menor y V-B la mitad de la del paso mayor. Si esta línea la desarrollamos Mas si en lugar de dos puntos tomásemos un número infinito de ellos, al efectuar su desarrollo sobre el paralelogramo, esta línea quebrada (cuyo número de líneas que la formaban sería también infinito) pasaría a ser una línea curva cóncava tal como representamos en la figura, 118. Supongamos que sobre la hélice descrita por el punto en su movimiento por la superficie del cilindro, tenemos una línea vertical capaz de desplazarse siguiendo la curva de la hélice, que ahora recibirá el nombre de directriz. En su movimiento sobre la generatriz, la línea nos generará una superficie que será la helicoide. La helicoide (figura 119) puede considerarse ilimitada, mas si consideramos que su superficie queda reducida a la comprendida entre dos o cilindros de diferentes diámetros, pero con un eje común, tal como vemos en la figura, tendremos entonces una helicoide ilimitada, siendo su paso el mismo de la línea que la ha generado.

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Figura 119. Limitación de la helicoide.

Si queremos obtener una superficie helicoidal (figura 120) tracemos dos semicírculos de diámetro A-B y A'-B', que serán los de los cilindros concéntrico s que la limitan. Por los extremos de dichos diámetros, levantemos perpendiculares cuya longitud sea Igual a la mitad del paso y tanto éste como las semicircunferencias se dividen en un número cualquiera de partes iguales. Por los puntos de división de las semicircunferencias tracemos perpendiculares al diámetro y por los puntos de división del paso, paralelas al mismo. Uniendo ahora los puntos de división tal como se ve en la figura, tendremos que CDA'ADE será la proyección vertical deseada. Trazando ahora los planos FG perpendiculares al eje del cilindro, la porción de superficie helicoidal que queda entre ellos será una pala de un propulsor helicoidal, donde A-B será el diámetro de la circunferencia descrita por el extremo exterior de la pala; F -G su fracción de paso corres pendiente y H -y -.1 - K su proyección horizontal. La hélice, que es el propulsor helicoidal empleado, está compuesta de un núcleo cuyo interior está taladrado para alojamiento del eje de cola al que se unirá con chaveta longitudinal y asegurada por medio de tuerca, cuya rosca será de paso contrario al del giro del motor a fin de tener la máxima seguridad de afirmación. La tuerca va cubierta con capuchón convenientemente asegurado (figura 121). Las hélices se construyen de hierro fundido, si bien actualmente es el bronce el que más se está empleando. Tienen ventaja las de bronce y aunque son más caras de fabricación y como su superficie es más suave, su contacto con el agua se efectúa con mayor rendimiento y, por otra parte, es mayor su duración. Su inconveniente mayor, es que son corroídas por la acción galvaniza, pero esto es grandemente eliminado por los electrógenos.

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Figura 120. Desarrollo de la superficie de la hélice. Los electrógenos son unas piezas de zinc que por tornillos se adaptan al codaste o a zonas del casco próximas a la hélice. Con ello la corriente que se ocasiona debido a la acción galvánica al ser el zinc de los electrógenos electrolíticamente más fácilmente atacado por esta corriente, los descompone al tiempo que la hélice queda protegida. Se acostumbra a poner .varios electrógenos que dependen de sus pro- porciones o tamaño, y en cada ocasión que el buque efectúa reconocimientos o limpiezas de sus fondos, hay que repasarlos con detenimiento, limpiándolos y sustituyendo los que estén agotados. Debemos añadir que también se colocan electrógenos en las válvulas y aspiradores o descargas de agua del mar, a fin de proteger al igual que a las hélices, las propias válvulas. Diremos que la corriente debida a la acción galvánica, se crea siempre cuando dos metales diferentes se introducen en un líquido. Se origina entonces una corriente eléctrica en la que los dos metales se comportan cual los polos de una pila circulando del uno al otro y destruyendo al más débil de ellos, que en este caso es siempre el bronce de la hélice. Generalmente cada hélice suele tener tres o cuatro palas que suelen formar una sola pieza con el núcleo. En algunas ocasiones las palas son independientes como ocurre en las hélices de palas reversibles, o sea aquellas que modifican su paso y con ello su impulso y movimiento del buque, pero acostumbran a ser de pequeño tamaño y apenas utilizadas en buques de gran porte. Con más o menos variantes, las palas tienen la forma de elipse, en la mayoría de los casos, pudiendo verse también algunas palas de forma circular. Designamos con el nombre de cara activa de la hélice a aquella que hace la fuerza empujando el buque en la marcha Avante, es decir, su cara posterior es además plana. La otra cara se deforma para darle un mayor espesor y poder reforzarla para el trabajo que debe realizar, teniendo en cuenta que sus aristas deben ser finas para que puedan 'cortar el agua de manera suave con un mínimo de pérdida de rendimiento. 174

/Figura 121. Núcleo y pala de la hélice.

Con más o menos variantes, las palas tienen la forma de elipse, en la mayoría de los casos, pudiendo verse también algunas palas de forma circular. Designamos con el nombre de cara activa de la hélice a aquella que hace la fuerza empujando el buque en la marcha Avante, es decir, su cara posterior es además plana. La otra cara se deforma para darle un mayor espesor y poder reforzarla para el trabajo que debe realizar, teniendo en cuenta que sus aristas deben ser finas para que puedan 'cortar el agua de manera suave con un mínimo de pérdida de rendimiento. Supongamos que tenemos un buque al que colocamos una hélice pequeñísima y la hacemos girar. El esfuerzo que desarrollará será tan pequeño que no podrá mover al buque. Pero si vamos aumentando progresiva- mente sus dimensiones, llegará un momento en que ya la fuerza desarrollada impulsará al buque. Esta fuerza de impulso será tanto mayor cuanto mayor sea la velocidad de la hélice, así como mayor sea la masa de agua movida, pudiéndose demostrar por la Mecánica que Fuerza es igual a la Masa líquida por la Velocidad, o sea, F = M X V. Ahora bien, esta masa de agua será la columna que lance la hélice y cuyo valor volumétrico será D2 P, siendo D el diámetro y P la fracción de paso correspondiente a una pala. D Para un buque, el ponerlo en marcha requerirá siempre la misma masa de agua, de donde podemos decir que el producto D X p, será siempre constante, con lo que paso y diámetro estarán en razón inversa. Quiere esto decir, que si aumentamos uno de ellos tendremos que disminuir el otro, si bien la relación más común entre ambos viene a ser: P = 1'5. D

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En la práctica se ha podido comprobar que hélices de menores dimensiones, a gran profundidad, dan mayor rendimiento que las mayores no tan sumergidas. Ello se debe a que al ser mayor la columna de agua, es mayor su presión y que las palas encuentran un mayor apoyo en donde efectuar su impulso. Si hacemos girar la hélice a una velocidad excesiva, entonces el agua que está rodeándola se ve sometida a una fuerza centrífuga que la lanza hacia el exterior de las palas, pudiendo darse el caso de que la hélice se encuentre girando en una zona vacía de agua. Este fenómeno, que puede llegar a anular el rendimiento del propulsor es conocido con el nombre de cavitaciòn, de ahí que cuanto mayor sea la profundidad de la hélice, por la presión de la columna de agua, más difícil será el que llegue a producirse esta Cavitaciòn. Tal como hemos expuesto, la hélice puede considerarse como un gran tornillo que gira enroscándose en el agua. A cada vuelta de la hélice, el buque deberá avanzar una distancia igual a su paso, mas esto solo ocurre en la teoría, ya que debido a la gran movilidad del agua, la hélice resbala, avanzando tan solo una parte de su paso. Esta parte de camino recorrido que se pierde es lo llamado resbalamiento.

Figura 122. Forma de hallar el paso cuando la hélice está desmontada.

Su valor suele expresarse en tanto por ciento y se calcula conociendo el número de revoluciones que da la hélice por minuto y multiplicándola por el paso. Este valor, multiplicado por 60, será su valor hora. Como por medio de la observación se conoce el camino real recorrido por el buque su diferencia con el valor teórico, será el resbalamiento hora, para expresarlo ya en tanto por ciento. Así tenemos que, Resbalamiento en tanto por ciento será igual a Camino real recorrido x 100 Camino teórico Claro es que, cuanto menor sea el resbalamiento, mayor será el rendimiento de la hélice o sea, que mejor se aprovecharán sus vueltas. 176

Puede darse el caso de tener un resbalamiento negativo, es decir, que el buque avance más del camino que haya recorrido la hélice, soliendo esto ocurrir generalmente cuando se navega con corriente a favor, pues dichas corrientes impulsan también al buque siendo la causa de este mayor avance. En algunos casos tendremos necesidad de conocer el paso de la hélice, si no nos han sido facilitadas sus características y vamos a dar para ello la solución práctica. Supongamos que tenemos la hélice desmontada y apoyada en tierra (figura 122). Su cara activa deberá estar mirando hacia arriba. El orificio del núcleo o sea el del alojamiento del eje de cola, se tapa con una madera y se busca el centro del agujero. Desde este centro y con un compás a un radio cualquiera, se traza una circunferencia sobre el núcleo. Esta circunferencia se divide en un número cualquiera de partes iguales.

Figura 123. Forma de hallar el paso estando la hélice montada.

Tomemos ahora una regla y marquemos en ella dos puntos, siendo conveniente que la distancia entre ambos, sea aproximadamente la que existe entre el núcleo (su centro), y la parte más ancha de la pala. Coloquemos la regla de forma que una de las marcas esté sobre el centro del núcleo, haciéndola pasar por una de las divisiones de la circunferencia que habíamos trazado y venga a situar la otra señal de la regla hacia una arista de la pala. Mediante una plomada o calibre, tomemos la distancia existente entre la regla y la cara de la pala. Esta medida puede ser A. Manteniendo la señal de la pala sobre el centro del núcleo, hagamos girar la regla un número de divisiones C de la circunferencia, hasta llegar lo más próximo posible a la otra arista de la pala, y coincidiendo con una I división. Tomemos aquí también la distancia entre la regla y la superficie de la pala. Esta medida será B. Sea E la diferencia existente entre A y B, que será la fracción de paso que corresponderá cuando la hélice haya girado un ángulo igual al descrito por la regla de una a otra división. 177

Sirva para aclarar todo ello el siguiente ejemplo en el que damos valores. Supongamos que la circunferencia trazada la hemos dividido en 16 partes. Para pasar del punto en que se ha obtenido la medida A, al que hemos tomado la B, ha habido que pasar cuatro divisiones. Si el valor E de la diferencia entre A y B, es de 1250 milímetros, por medio de una sencilla regla de tres obtendremos el paso, o sea 1.250 x16 = 5.000, es decir 4 que el paso de la hélice es de 5 metros. Veamos también cómo podríamos hallar el paso en el caso de que la hélice estuviese montada (figura 123). En realidad es una variación del caso anterior. Sobre uno de los ejes de transmisión y junto a una chumacera, se arrolla una tira de papel que de antemano habremos dividido en un número cualquiera de partes iguales. A una tuerca o tornillo de la chumacera, sujetaremos una flecha o índice, que podrá deslizarse sobre la tira de papel. En el codaste afirmaremos una regla A, por completo paralela al eje Sobre esta regla colocaremos otra, la B, que podrá deslizarse sobre la primera, para apoyarse en la pala de la hélice. En una posición en que el índice colocado en la chumacera coincida en una de las divisiones de la tira de papel, apoyamos la regla B sobre la pala. Marquemos un trazo o señal en las dos reglas. Por medio del virador hacemos girar eje y hélice, el máximo número de divisiones de la tira de papel, pero siempre que la regla pueda apoyar en la misma pala, y así habremos podido pasar de una arista a la otra. Apoyando la regla B en la pala, se toma la medida entre la señal mar- cada en la regla A y la que lleva la B, que se habrá desplazado una longitud que será la fracción de paso correspondiente al ángulo girado. Como habremos contado el número de divisiones de la tira de papel que habrá girado el eje, nos encontramos ya en el ejemplo del caso anterior. Es decir, la distancia entre A y B, será el valor de la fracción correspondiente al número de divisiones girado. Teniendo el número total de ellas planteemos la regla de tres y de nuevo estamos ya en el valor del paso total.

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CAPITULO 19

Instalación. Alineación

La construcción de los motores se lleva a cabo en fábricas especialistas que tras largos años de experiencias y estudios han llegado a conseguir los modernos tipos de esta clase de máquinas que conocemos en la actualidad. Un estudiado proceso es preciso hasta llegar a la construcción del motor. Se comienza diseñándolo para la forma y tipo que interese, según el trabajo a desarrollar y se hacen los cálculos de potencia velocidad, etc. Se funden y maquinan sus piezas. En el taller y en bancos de pruebas des- tinados a tal fin se arma el motor hasta quedar terminado. Aquí se efectúan sus pruebas. Con dispositivos especiales tales como frenos hidráulicos, se procura que el motor trabaje en idénticas condiciones a las que después se someterá. Se halla su potencia, consumos, se afina su regulación, es decir, se procura dejarlo en condiciones óptimas de trabajo durante este período de pruebas. Finalizadas éstas, el motor queda listo para ser instalado en su lugar de trabajo. Tratándose de motores marinos, el motor ha de ser colocado a bordo, por lo que cuando alcanza potencias de algún valor (de mil caballos en adelante generalmente), hay que volver a desarmarlo, para así, en piezas, enviarlo al astillero en que se armará de nuevo pero en esta ocasión ya dentro del buque. Tanto si el motor se envía entero como si va desarmado, para poder situarlo a bordo, hay que tomar una serie de disposiciones, al objeto de que pueda trabajar en las debidas condiciones de alineación y nivelado, con el fin de que ninguna de las piezas que lo componen se vea sometida a esfuerzos anormales, que redundarían en perjuicio del buen funcionamiento, motivando incluso averías de consideración.

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Figura 124. Disposición de la línea de ejes, en un buque de carga de 125 m. de eslora y 11.500 toneladas de desplazamiento, cuyo motor va instalado en el centro del buque. La potencia del motor es de 7500 CV. Hagamos un breve resumen de la forma en que el motor es colocado en el buque cuando todavía el buque se encuentra en la grada, en proceso de construcción de su casco, se efectúa la primera operación para llevar , a cabo una buena instalación del motor, esto es, se tira la línea, consistiendo esto en hallar la posici6n que ocupará la línea de los ejes para con respecto a ella situar el motor. Para ello, en el codaste y en su cara de popa, taponando el orificio de alojamiento de la bocina, se coloca un soporte de plancha o ángulo que se puede desplazar hasta que ocupe la posición que nos interesa. En el soporte y hacia su parte central tenemos un pequeño agujero de unos dos o tres milímetros de diámetro. En el plano de construcción del buque se nos facilita la medida que a partir del canto inferior de la quilla y en el plano longitudinal, deberá estar el centro de la línea de ejes (figura 124). Así pues podemos colocar el agujero del soporte en esta posición exacta. En la parte exterior del soporte se coloca una luz que será visible a través del agujero. Otro dato que se nos facilitará será la altura del eje cigüeñal en su extremo de proa a la plancha de la quilla y situada también sobre el plano longitudinal del motor. En este punto delantero del motor y apoyado en un soporte, coloquemos a la altura aproximada, una mirilla cuya posición pueda variarse hasta conseguir la exacta. Es claro que si nosotros miramos por esta mirilla podremos ver la luz situada en la parte exterior del buque en el soporte allí colocado y entre estos dos puntos el rayo de luz que los atraviesa nos materializa la línea de ejes. Entre estos dos puntos o sea, entre el exterior del buque y el delantero del motor podemos situar varios soportes, tales como en el extremo interior del tubo que ha de soportar la bocina, en un mamparo transversal, y en el extremo popa del motor. Todos estos soportes irán dotados de regletas de posición variable, normalmente dos regletas cada juego, una de ellas con su mirilla horizontal y la otra vertical.

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Figura 125. Detalles de la hélice de la línea 5 de ejes antes reseñada.

Mirando por la mirilla extremo proa del motor, veremos la luz exterior del codaste a través del agujero del soporte en él apoyado. Poco a poco se va regulando una de las regletas de un soporte, la horizontal, por ejemplo, hasta poder ver la luz a través de ella, y cuando así ocurre, se afirma está regulando entonces la vertical. Ahora sólo podremos ver la luz cuando las ranuras vertical y horizontal en su punto de intersección coincidan con el rayo de luz que nos llega hasta la mirilla del extremo delantero del motor y cuando esto ocurra tendremos un nuevo punto que corresponderá a la línea de ejes. Suponiendo que el soporte que hemos regulado sea el correspondiente al extremo interior del codaste el punto que habremos encontrado será el del extremo interior de la bocina. A continuación buscamos los otros puntos, los situados en mamparo transversal que puede ser el mismo que el de la cámara de máquinas y el del extremo popa del motor. Esta serie de puntos nos representan la línea de ejes. Con los dos puntos hallados en el codaste, el interior y el exterior, y sirviéndonos como centro, trazaremos sobre el codaste la circunferencia de diámetro igual al del tubo de la bocina que vayamos a colocar. Hemos de decir que para llevar a cabo estos trabajos se requiere una gran experiencia si queremos llevarlos a buen término con facilidad, ya que un pequeño error en este trazado puede alcanzar valores muy elevados en el extremo correspondiente al motor, valor que será tanto más elevado cuanto mayor sea la longitud de la línea. Continuando el orden del trabajo se efectúa ahora el torneado del agujero del codaste donde va colocada la bocina. Para este trabajo nos sirven las circunferencias trazadas con anterioridad. 181

Se hace un montaje especial de una máquina herramienta que nos servirá de tomo y con él, en sucesivas pasadas, se irá torneando el agujero hasta que su diámetro sea el correspondiente al exterior del de la bocina. Como ya antes se dijo, hay que procurar que la bocina se aloje a presión en este agujero, a fin de que quede afirmada totalmente. Ya colocada la bocina se coloca el eje de cola, que ocupará en ella la misma posición dada por el rayo de luz que nos sirvió para el trazado de la línea. Este eje, una vez colocado en la bocina, ya no podrá variar su posición vertical ni horizontal, ya que estará guiado por los guayacanes de la propia bocina. Lo normal ahora es continuar colocando los ejes intermedios tomando como referencia el eje de cola e ir situándolos a todos ellos en su posición. Dijimos que cada eje solía llevar dos chumaceras, una hacia cada uno de sus extremos, y que estas chumaceras asentaban en polines con la interposición de unos suplementos de hierro fundido con los que regulábamos su altura. Pues bien, de manera provisional, las chumaceras las asentamos en cuñas o tomillos con objeto de poder ir variando su posición hasta conseguir la exacta. A partir del eje de cola colocamos el eje intermedio que le sigue de manera que sus platos de unión queden por completo centrados y paralelos el uno con el otro. Esto se consigue con la ayuda de tientas o calibres y, como hemos dicho que el eje de cola está guiado por la bocina, sólo podremos variar la posición del eje intermedio, cosa que conseguiremos con la ayuda de las cuñas en que apoyan las chumaceras. Insistimos en que, para poder realizar este trabajo, será la práctica la mejor consejera, por ello cuando se están centrando los platos de unión, que teóricamente habríamos de dejar con el mismo espesor de sonda para dejarlos completamente rectos, lo que hacemos es dar una abertura ligera- mente mayor (0'1 de milímetro según el diámetro), en su parte baja, para que al colocar los tornillos de unión y apretarlos, tengan tendencia a levantar los ejes en esta zona, compensando así los pesos sobre las chumaceras. Pero como hemos dicho, estos y otros muchos detalles son frutos de la práctica, y ya el operario que efectúa el trabajo, recurre a ellos y actúa según las circunstancias. Continuando el trabajo. Hemos logrado que la unión del eje de cola con el eje intermedio estén paralelas; si así ocurre, todo el eje intermedio estará ocupando una posición que será la prolongación del eje de cola, materializando también la línea que nos daba el rayo de luz. De igual manera iremos situando los demás intermedios hasta completar la línea, pero al mismo tiempo que los ejes van quedando en su posición, es conveniente ir tornando las medidas de los suplementos que habrá que colocar a las chumaceras para que conserven su altura debida. Estos suplementos maquinados son después rectificados a lima para adaptarlos a su medida exacta y, ya la chumacera asentada sobre ellos, puede afirmarse al polín con lo que la línea quedará hecha.

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Tenemos la línea de ejes. Ahora hay que conectar el eje del motor, mejor dicho su eje de empuje a esta línea y como el eje de empuje está unido al eje del cigüeñal, será el motor completo el que vamos a unir a la línea. La conexión del motor a la línea debe hacerse de la manera más perfecta posible para que en ningún caso puedan producirse esfuerzos anormales que serían de graves consecuencias. Además, el cigüeñal, que está recibiendo por un extremo a la línea y recibe por el otro lado el esfuerzo de los émbolos motores que le transmiten su movimiento, precisa de esta perfecta alineación para que el motor trabaje en condiciones normales. Tanto si el motor es de baja potencia y se recibe a bordo ya armado, o bien si por su tamaño viene desarmado y hay que montarlo dentro del buque, el primer trabajo a realizar es siempre el mismo, o sea la nivelación de su bancada hasta conseguir que el cigüeñal forme la prolongación de la línea. En el primero de los casos, es decir, en el de un motor pequeño, conseguida la nivelación de la bancada, ya tenemos el motor listo para afirmarlo al polín. Supongamos que el motor es de gran potencia y está despiezado por completo. Se comienza por colocar la bancada y el cigüeñal dentro del buque y se procede a su nivelado y alineación. El buen funcionamiento del motor depende de que este trabajo esté bien realizado. La bancada la asentaremos sobre cuñas o tornillos a igual que hacíamos con las chumaceras para poder rectificar su posición y así, ayuda, podremos llevarla aproximadamente donde debe quedar.

Figura 126 Esfera del fleximetro mostrando sus valores positivos y negativos partiendo de cero

Seguidamente se efectúa su alineación, trabajo éste que puede realizarse de distintas maneras como son, con la ayuda de hilos de acero colocados de manera tirante a ambos lados de la bancada y en toda su longitud; con la ayuda del fleximetro, o bien por medios ópticos. 183

Figura 127 Colocación del fleximetro

Figura 128 Posiciones de lectura del fleximetro

El sistema más empleado en la actualidad para llevar a cabo la nivelación es el del fleximetro. Con él, la bancada se lleva a su posición de forma que el cigüeñal quede en línea con el eje intermedio y totalmente asentado sobre sus cojinetes pero sin estar sometido a esfuerzo alguno. Diremos que el fleximetro (figura 126) es un aparato de medida dotado de una esfera graduada y en el que se aprecian centésimas de milímetro. Dotado de unas varillas que son extensibles, puede colocarse entre los brazos del cigüeñal, con objeto de que, al ser girado, si no se encuentra I asentado en forma correcta, los esfuerzos que efectúa para adaptarse a estas posiciones son causa de una falta de paralelismo entre sus brazos y son reflejados inmediatamente por el fleximetro.

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Al comenzar el montaje del motor, el cigüeñal nos llega de fábrica perfectamente fabricado. Hemos llevado la bancada a la posición en que dicho cigüeñal es prolongación de la línea de ejes y para comprobación colocamos el fleximetro (figura 127). Si el cigüeñal está en realidad recto con la línea, y asentado en sus cojinetes, al dar una vuelta completa de giro, la flecha indicadora del fleximetro no acusará variación alguna por no existir esfuerzo anormal alguno. Pero si las cuñas de nivelación en que teníamos apoyada la bancada lo están levantando más en una de sus zonas, ahora ya, en el cuello correspondiente del cigüeñal, está sometido a un esfuerzo anormal y al colocar el fleximetro y girar, vemos que su flecha varía marcándonos un valor más o menos alto según el fallo de la alineación. Normalmente el fleximetro se coloca (figura 128) teniendo el cigüeñal en el punto muerto bajo y a partir de esta posición, que suele ser 0, se gira 90°, tomando la lectura del valor en este punto; seguidamente se gira otros 90º que será cuando el cuello del cigüeñal esté en el punto muerto superior, tomando también la lectura; se gira otros 90º y de nuevo se toma lectura y ya se gira hasta volver a la posición inicial del 0.

Figura 129 Medición y trazado de un cigüeñal montado 185

Estas lecturas se toman en todos los cuellos del cigüeñal y de su estudio podemos averiguar en qué posición lo' tenemos colocado y que apoyos hemos de retocar para dejarlo nivelado. Para poder efectuar este estudio hemos de hallar las diferencias de las lecturas obtenidas entre dos puntos opuestos, es decir, de arriba abajo y de derecha a izquierda, como se ve en la tabla adjunta (figura 129). En ella supongamos un cigüeñal de cuatro cuellos que al iniciar la lectura partimos del número 25 de la esfera del flexímetro. Tomando las lecturas correspondientes a los cuatro puntos de cada cuello los anotamos como se indica, con las diferencias en su parte inferior. Estas diferencias las llevamos ahora sobre unos gráficos, en uno de ellos las diferencias en el sentido vertical y en el otro el horizontal. Iniciemos este trazado a partir de un apoyo más o menos central que consideramos recto y, a partir de él, llevamos a uno y otro lado los valores de estas diferencias, teniendo en cuenta que el valor de cada cuello lo estamos comparando con el del cuello anterior. Los puntos representativos de estos valores unidos por medio de una línea, nos marcan la posición en que tenemos situado el cigüeñal para, de acuerdo con ella, poder rectificarla. En la práctica no suele trazarse esta línea sino que, con sólo observar los valores obtenidos, es suficiente para conocer la posición del cigüeñal. Por otra parte esta operación de tomar lecturas se hace repetidas veces hasta encontrar unos valores que sean aceptables. Siendo la variación de estos valores siempre muy pequeña, recuérdese que estamos midiendo en centésimas de milímetro, se comprende que cualquier causa los haga variar, de ahí que, durante el montaje del motor, hay que ir comprobándolos a medida que se realizan los trabajos. Hay distintos tipos de esferas de flexímetros y también distintas maneras de interpretar su lectura, pero el resultado en todas es el mismo. Es muy corriente que, según la saeta se desplace en un sentido u otro, se designen sus valores en más o en menos “Más”, cuando los brazos del flexímetro aumentan de longitud, o sea que, los brazos del cigüeñal se abren, y amenos» cuando la longitud del flexímetro disminuye, que será cuando los brazos del cigüeñal se cierran. A este fin incluso hay esferas que llevan marcados los signos + ó -. Otras esferas en cambio, llevan la numeración graduada en ella sin signo alguno (figura 130).

Figura 130 Esfera del fleximetro 186

La realidad es que esta diferenciación por los signos es puramente una cuestión práctica, sirviéndonos una ojeada para conocer inmediatamente los desniveles del cigüeñal, aunque es necesario haber efectuado muchas veces este trabajo para llegar a su total comprensión, al ser muy elevado el número de casos que se presentan. Con el fleximetro obtenemos estas medidas que nos llegan en centésimas pero veamos qué representan. En Resistencia de Materiales, y de manera experimental se considera que el eje cigüeñal, es decir, cada uno de sus cuellos, es cual una viga empotrada por uno de sus extremos. De ahí se nos facilita la siguiente fórmula: F = 500.000 x D x f, en donde F es el esfuerzo a que esta R (a x 1’5R sometido el cigüeñal y que se suele designar como "fatiga”; R, la distancia entre el flexímetro y el eje del muñón, o sea R = C + D , siendo C la carrera del embolo ; “a” la distancia entre 2 manivelas; D, el diámetro del muñón y “f” el valor dado por el fleximetro. En la fórmula habremos de expresar los valores de D, R, y a, en centímetros y el de f en centésimas de milímetro para obtener el valor de F en kilos/centímetro cuadrado.

Figura 131. Gráfico de las flexiones admisibles. 187

Cuando F alcance valores de hasta 25 kg/cm, se considera que el cigüeñal se halla en buenas condiciones de trabajo. Los valores hasta 50 kgs. son admisibles, siendo recomendable rectificar asientos cuando se rebase este valor. Valores de 75 gs. o más, son totalmente inadmisibles, debiendo procederse, de inmediato, al rectificado pues de no hacerlo nos exponemos a la rotura del propio eje cigüeñal. No es corriente el tener que efectuar las operaciones para hallar el valor cada vez que tomemos las flexiones del cigüeñal. Tratándose del montaje de un motor y cuando esta operación hay que hacerla repetidas veces, lo que hacemos es hallar lo que le corresponde de «fatiga» a una centésima y con ello, sabemos inmediatamente los valores de las distintas lecturas del fleximetro. También es lo más general hacer uso de la tabla como la adjunta en la figura 131. Conocida la carrera en milímetros del émbolo y la lectura del fleximetro, sólo con buscar el cruce de estas líneas, tenemos el punto en que se halla la fatiga. El gráfico va dividido en zonas donde se nos indican las condiciones de ajuste del cigüeñal para poder obrar en consecuencia. Hemos de resaltar el detalle de que, cuanto más rápido sea el motor, es decir, más revolucionado, su carrera será menor y el valor de la flexión habrá de ser menor. En cambio, en motores de gran carrera y marcha lenta, el valor de la flexión puede ser más alto. No confundamos la velocidad de giro del motor, o su número de revoluciones, con la velocidad lineal de sus émbolos. Fácilmente se comprenden estos detalles con la observación del gráfico. Queremos decir con esto que un valor determinado de flexión, puede ser excelente para un motor, y en cambio ser del todo inadmisible para otro. Veámoslo en el gráfico: por ejemplo, 5 centésimas es un valor para un motor nuevo de 800 milímetros de carrera y en cambio es indispensable el reajuste, si el motor tiene 100 milímetros de carrera. El fleximetro no sólo se usa en el montaje o alineación de un motor, sino cuando éste ya lleva algún tiempo trabajando y queremos ver las condiciones en que se encuentra, ya que entonces es conveniente tomar flexiones. Una buena norma es tomar estas flexiones cada cierto tiempo para apreciar las variaciones que existen. Hay que tener en cuenta que se deben tomar las flexiones siempre en las mismas condiciones de carga del buqué, siendo absurd6 el tomarlas cuando el buque se halla por ejemplo en dique, pues debido a estar: apoyado en los picaderos y sin flotabilidad, el casco sufre una deformación que repercute directamente sobre el motor y es acusado de inmediato por el fleximetro dándonos unos valores totalmente falsos. Tampoco es aconsejable sacar las flexiones cuando acaba de pararse el motor, pues los valores que encontraremos no son buena referencia. Lo normal es esperar a que el motor esté frío y en estas condiciones, si los valores que encontremos son aceptables y están dentro de las normas, podemos tener la seguridad de que el cigüeñal está en buenas condiciones de trabajo. Se da el caso de que el motor frío da valores de flexión por completo aceptables y, en cambio recién parado, caliente, estos mismos valores pasan a ser inadmisibles. 188

Otras muchas aplicaciones tiene el flexímetro, pero sólo con la práctica suficiente y en determinados casos puede recurrirse a él. Hemos trazado la línea y colocado todos sus ejes. En las chumaceras, ajustados sus tacos de asiento, se afirman a los polines. Colocamos los tornillos y unimos todos los ejes intermedios dejando así lista la línea. La bancada alineada y con valores de flexión aceptables, se toman medidas para la maquinación de sus suplementos que habremos de colocar en lugar de las cuñas en las que la tenemos apoyada ahora. Antes de la colocación de la bancada en el buque (figura 132), la zona f de los polines en que se apoyará, habrá sido rectificada y aplanada, para ahora poder tomar estas medidas y ajustar los suplementos. Los suplementos, al igual que los de las chumaceras, son de hierro fundido, aunque de mayores dimensiones, claro es, y deben quedar perfectamente ajustados para que la bancada haga un buen asiento y el cigüeñal continúe conservando la buena alineación.

Figura 132. Sección transversal de la bancada de un motor de 7.500 C.V. sobre los polines de asiento. Colocados todos ellos se taladran y colocan sus tornillos de anclaje o de afirmación del motor con lo que éste quedará sujeto a los polines del buque. Si el motor se coloca en el buque ya armado, tras el ajuste y afirmación de los suplementos queda finalizado su montaje pero si, por el contrario, éste se va colocando por piezas, entonces se va armando según un orden.

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En ambos casos, cuando el motor está montado, se une a la línea de ejes, tras el es cariado de los agujeros y ajuste de los tomillos de unión, comprobando una vez más el valor de las flexiones, pues en estas condiciones será ya como habrá de funcionar.

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CAPITULO 20

La conducción el manejo del motor

Demos en este capítulo unas ideas generales acerca de cómo debe conducirse el motor y los cuidados que esto requiere. Comencemos por los preparativos de la puesta en marcha. Si se trata del final de un montaje o reparación, antes de poner en marcha el motor, debe reconocerse todo él de forma muy detenida, tanto su interior como su exterior, debiendo reconocerse todas las articulaciones y comprobar que, los tornillos, tuercas y pasadores de seguridad, está todo en las debidas condiciones Es necesaria una total y escrupulosa limpieza, siendo conveniente que todo el motor, interior y exterior, sea lavado con gas-oil y trapos (nunca estopas o algodones). Hemos de tener en cuenta que sobre el motor no debe haber nunca pieza alguna ni herramienta, pues con la puesta en marcha esto puede ocasionar accidentes Limpio y reconocido el motor, se ponen en marcha las bombas de aceite. A fin de comprobar que éste fluye por todos los conductos, es una buena norma el desconectar las tuberías en la entrada de los cojinetes. De esta manera, al tiempo que efectuamos esta comprobación, evitamos que cualquier basura u objeto que estuviese dentro de las tuberías pase al interior de los cojinetes. Además suelen también colocarse filtros o rejillas a la entrada general del motor, para obtener la máxima limpieza. Ya transcurridas unas cuantas horas, de seis a ocho, circulando el aceite y descargando por las tuberías al interior del cárter, se conectan éstas ya definitivamente, haciendo circular ahora el aceite por todo el circuito, comprobando que todas las superficies de roce son lubricadas en la medida necesaria. Es conveniente que esta circulación del aceite por todo el 191

circuito se efectúe durante diez o doce horas, como mínimo para tener la seguridad completa de una buena limpieza de todo el circuito. Lógicamente durante todo el tiempo que dura la circulación se van limpiando los filtros del circuito, procurando ir virando el motor para que éste pase por todas las posiciones de su funcionamiento. El aceite empleado debe ser de la mejor calidad posible debiendo reunir todas las características que le hagan apto para su uso. Economizar a base de utilizar aceites de baja calidad no es aconsejable pues nunca dará buenos resultados. Un buen aceite y en buenas condiciones de limpieza es uno de los factores que más influyen en la vida del motor. Todos los engrasadores de cilindros, cuyo sistema es independiente del circuito forzado del motor deben llenarse. Después se mantienen desconectadas las tuberías en sus entradas a cilindros, se bombea a mano hasta expulsar todo el aire que hay en ellas, asegurándonos que llega el aceite a todos los puntos del motor. Las articulaciones exteriores que lleven engrase a mano, tales como balancines de las válvulas, ejes, etc., deberán ser abundantemente engrasadas. En la línea de ejes limpias y reconocidas las chumaceras, se llenarán éstas de aceite hasta el nivel indicado. También el circuito de agua de refrigeración debe ser llenado y comprobado, debiendo repasarse todas las bridas de las tuberías y en especial las que puedan ir situadas dentro del cárter ya que una pérdida por ellas, haría que el agua se mezclase con el aceite, emulsionándolo, con lo que perdería su poder de lubricación, con todas las graves consecuencias que podría acarrearnos. En los motores actuales la refrigeración se efectúa con agua dulce como ya se ha dicho anteriormente, estando dispuesto el circuito con un tanque de compensación, en el que se absorben todas las variaciones de volumen a que está sometido el agua, permitiendo además la desaireación de las posibles bolsas de aire que puedan formarse. Este tanque va dispuesto del nivel correspondiente y con su observación sabremos en seguida, la presencia de las posibles pérdidas que pudieran existir. Se comprueba el circuito del aire de arranque. En la actualidad sólo disponemos de este aire, ya que el sistema de insuflación, casi ha desaparecido. Una buena prueba es hacer rodar el motor sólo con aire. Para ello con todas las purgas abiertas en los cilindros y colectores del aire abiertas, se acciona la palanca del arranque aguantándola en esta posición para que el motor dé varias vueltas. TODAS LAS PRUEBAS DEBERÁN EFECTUARSE CON EL VIRADOR DESCONECTADO, habiéndose repasado la línea de ejes y también se mirará la hélice comprobando que no hubiese en ella nada que pudiese ser arrastrado en su giro. Comprobado el sistema de arranque, se llena el circuito de combustible abriendo todas las purgas para expulsar las bolsas de aire. Sólo cuando por los grifos de control salga el combustible sin mezcla alguna del aire, se cerrarán estos grifos.

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Si el colector del escape lleva válvulas o charnelas o bien alguna caldera para el aprovechamiento de los gases de escape, se procurará que estén abiertos, para que estos gases puedan escapar libremente a la atmósfera. Listo cuanto antecede se arranca el motor. Estas pruebas normalmente se efectúan estando el buque amarrado y sólo sirven para comprobar que en realidad el motor está en condiciones de trabajo. Primeramente se tiene en marcha unos diez minutos, transcurridos los cuales se para, efectuando un reconocimiento total, tanto interior como exterior para asegurarnos de que todo ha funcionado a satisfacción. Duran- te el tiempo de la marcha hay que prestar gran atención por si se produjese algún ruido anormal parar inmediatamente y efectuar el debido reconocimiento. De nuevo se pone en marcha, ahora durante media hora, para parar y volver a reconocerlo totalmente y a continuación otra vez se arranca para tenerlo ya en funcionamiento durante una hora, transcurrida la cual se para y reconoce. Si todo a ido normal se puede tener ya en marcha cuatro o cinco horas y si al cabo de las cuales el motor no acusa anomalía alguna, ya se puede preparar para, salir a la mar, donde se efectuarán toda clase de pruebas, potencia, consumos, maniobras, etc., hasta tener la total seguridad de un buen funcionamiento. Cuanto estamos diciendo es en el caso del montaje del motor en el buque o después de una reparación general porque, como es lógico, ya el buque en servicio, esto queda simplificado. Así por ejemplo, cuando se da la orden de salir el buque, en la mayo- ría de los casos, con una hora de anticipación se comienza a preparar el motor. Lo primero en este caso es poner en marcha los motores auxiliares necesarios y acoplarles al cuadro eléctrico. Seguidamente se pone en funcionamiento la bomba de aceite, siendo una buena costumbre, engranar el virador e ir virando el motor mientras se comprueba la suavidad de sus movimientos. El virador hay que desengranarle antes de maniobrar, no debiendo olvidarse nunca, este detalle que podría ocasionar una avería de importancia. Hay que comprobar las botellas de aire de arranque, debiendo rellenarse con los compresores a su presión máxima. Se ceba el circuito del combustible para eliminar toda bolsa de aire que pudiera haberse acumulado durante la parada Es conveniente comprobar los telégrafos de ordenes antes de comenzar la maniobra. Se pone en funcionamiento la bomba de circulación del agua. Hay que vigilar esta operación teniendo en cuenta la temperatura existente. Si ésta fuese muy baja, con el motor también frío, serían causa de un anormal funcionamiento, por lo que, todos los motores, llevan un ramal de vapor o agua caliente de la instalación conectado al circuito del motor para poderle dar temperatura y así ir templando el motor. Debido a la gran masa del motor esta operación requiere algunas horas cuando hay que realizarla, teniendo que comenzar a circular con bastante antelación a fin de no producir cambios bruscos en los órganos del motor. Pero si es una temperatura normal con poner en servicio la bomba poco antes de arrancar el motor ya será suficiente. 193

Tenemos ya el motor dispuesto para arrancar. Siguiendo las indicaciones del telégrafo de órdenes se efectúan las maniobras y se sale al mar. Es conveniente no forzar el motor ya de salida, sino a medida que va aumentando su temperatura se va aumentando el régimen de revoluciones, poco a poco, siendo recomendable alcanzar el régimen normal, al cabo de unas dos horas de funcionamiento. Cuando se nos indique ya estamos listos de maniobra, se cierran todas las botellas de aire en sus pasos al motor. Se rellenan y dejan a presión normal para poder, en todo momento, disponer de aire y maniobrar rápidamente si fuese necesario. Como al terminar la maniobra se reducirá en parte el consumo de corriente, se puede parar algún motor auxiliar, dejando tan sólo en servicio el que haga falta preparando los demás para ponerlos en servicio tan pronto se necesiten. Navegando ya el buque hay que vigilar el motor de manera continua, debiéndose prestar atención a cualquier ruido anormal que se presente. Con la práctica, sólo escuchando el ruido, se aprecia si el motor está o no funcionando en las debidas condiciones. Se deben observar todos los manómetros y termómetros. En el cuadro de mandos estarán en un panel todos estos aparatos: manómetros del aceite de engrase; aceite refrigeración de los émbolos; agua de circulación; termómetros llegada del aceite y del agua al motor, y también en cada una de las descargas de aceite de los émbolos y agua de los cilindros; presión de aceite y temperatura de la chumacera de empuje; aire de barrido; en fin, todos los aparatos de medida y control necesarios. Además de este panel del cuadro de mandos, estos mismos aparatos de control están también situados sobre las correspondientes partes del motor, debiendo ser observados constantemente. También al tacto apreciaremos la temperatura, que junto con el oído serán nuestros más eficaces anunciadores de cualquier anomalía. Aparte de los aparatos de control, se dispone de un sistema de alarmas ópticos o acústicos, conectados especialmente en los circuitos de agua y aceite, y también en la chumacera de empuje, por si en un momento dado el personal encargado descuidara la vigilancia y hubiese algún fallo, de inmediato nos avisaría. Es norma anotar todas las incidencias que ocurran, así como las presiones, temperaturas, número de revoluciones, etc., en unos impresos destinados a ello, de donde después se pasan al cuaderno de motores, donde quedan registrados para el buen control del funcionamiento. Si en algún momento de la navegación se notase alguna irregularidad en el motor, debe procederse inmediatamente a su reconocimiento, siendo conveniente hasta parar el motor, siempre que las condiciones de navegación lo permitan. Toda anomalía o defecto debe ser eliminado buscando su causa o razón, para que no vuelva a reproducirse.

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Cuando se nos indica estar próxima la llegada a puerto, se prepara para la maniobra. Se abren las botellas de aire de arranque, que deben estar a presión normal, pues durante la navegación se habrán ido recargando; se ponen en marcha los motores auxiliares necesarios y se queda en espera de las indicaciones de maniobra, hasta que ésta haya finalizado. Terminada la maniobra se dejan en marcha las bombas de agua y aceite, para que el motor se enfríe de manera lenta. No es conveniente pararlas enseguida por las contracciones que sufren los materiales con los cambios bruscos de temperatura, además, los circuitos en que ésta alcanza mayor valor, como son las cabezas de los pistones por ejemplo, el aceite que queda en su interior es coquificado con gran rapidez, re cubriendo las paredes de la cámara de esta sustancia, que después dificultará la buena circulación y refrigeración del émbolo. Hay que tener en cuenta la temperatura ambiente, y si existe peligro de helada, el circuito de agua debe ser vaciado, ya que se corre el peligro de causar roturas en cilindros o culatas. Durante la estancia en puerto habrá que combinarse los distintos trabajos a realizar en el motor en el tiempo disponible. Si durante la navegación se ha notado algún detalle, ahora podrá reconocerse con detenimiento poniéndolo en orden. La salida al mar deberá hacerse siempre en las mejores condiciones y con la confianza de que el funcionamiento del motor es correcto. Siempre que tengamos que hacer un trabajo en el motor hay que engranar el virador, no entrar en el motor sin antes tomar esta medida, de no hacerlo pueden ocurrir desgracias. Además estarán abiertas las purgas de los cilindros por si es necesario virar. Cuando se finalicen los trabajos, nunca olvidemos el desengranar. Aunque la posibilidad de avería y defectos puede ser de muy diferente procedencia, damos a continuación una serie de ellas con sus posibles causas y formas de remediarlas, debiendo tener presente en todo momento, que el motor no funciona por casualidad, sino que, será una casualidad la que hará que el motor no funcione y va esto con el fin de evitar todo temor de si no seremos capaces de dominar el motor. Así pues tenemos: 1.° Si el motor no arranca puede ser debido a: La presión del aire de arranque es insuficiente, o no se han abierto las válvulas de paso al motor teniendo que comprobar esta presión y repasar las válvulas del circuito. Las válvulas de arranque no trabajan bien. Deben desmontarse efectuando limpieza y reconocimiento. En el distribuidor del aire de arranque algunos vástagos están agarrotados. Hay que suavizarlos. También podría ocurrir que lo antedicho estuviese en las debidas condiciones, pudiendo estar los aros de los émbolos desgastados o existir exceso de huelgo entre camisa y émbolo, entonces el motor frío, el aire escaparía entre ellos sin mover el motor.

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2.º Si el motor gira con aire y al pasarle a combustible no alcanza velocidad El circuito del combustible no está bien cebado y existen en él bolsas de aire. Hay que cebarle. Aun teniendo combustible en el tanque de servicio, existe alguna válvula cerrada, en la aspiración de la bomba. Hay que repasar el circuito. Agua en el combustible. Hay que purgar el tanque de servicio. Las válvulas de aspiración e impulsión de la bomba no trabajan bien. Deben repasarse. Los émbolos de las bombas de impulsión tienen huelgo excesivo y no impulsan el combustible. Deben ser cambiados. 3.° Irregularidad en la marcha del motor: Falla .alguna bomba de inyección y por tanto el correspondiente cilindro. Hay que reconocer esta bomba y suavizarla. Algún émbolo se recalienta y engancha en la camisa. Defecto en su engrase. Falla el regulador cortando el combustible. Repasar sus articulaciones. El período de inyección no se efectúa a su debido tiempo, o bien no es normal. Sacar diagramas y rectificar. Agua en el combustible. Purgar los tanques de consumo hasta que éste salga puro. 4.° Se aprecia mucho humo en el escape: Es baja la compresión en los cilindros. Comprobar obteniendo diagramas y rectificar. El motor va sobrecargado. Comprobar con los diagramas. Los inyectores no están bien timbrados o bien tienen algún resorte roto. Repasarlos y timbrar de nuevo. El reparto de potencia no es igual en todos los cilindros por lo que un grupo de ellos va arrastrado por el otro. Se comprueba obteniendo diagramas y rectificando la regulación de las bombas. Falta de aire en la aspiración en motores de dos tiempos, o baja presión de barrido. Puede haber suciedad en las galerías o conductos del aire y también en sus válvulas. Llega aceite a la cámara de combustión, será humo blanco. Defectuosos los aros del émbolo o alguna cabeza de émbolo agrietada.

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5.° El motor se para: Se ha terminado el combustible en el tanque de consumo. Rellenar. Filtros de combustible atascados. Desmontar y limpiar. Agua en el combustible. Purgar los tanques. Recalentamiento de algún émbolo habiéndose agarrado al cilindro. Exceso de carga o fallo en su refrigeración y engrase. Comprobar. Recalentamiento en los cojinetes, por demasiado apriete o falta de lubricación. Hay que repasarlos. Poca presión del aire de barrido, que nos lo acusará por la presencia de humo en el escape. Probable suciedad en las válvulas o conductos de aire. Hay que limpiar todo ello. 6.° Golpes anormales en los cilindros: Queda colgada alguna válvula de aspiración o escape por probable falta de engrase. Hay que engrasar. Exceso de carga en algún cilindro. Sacar diagramas y repartir la potencia. La inyección no se efectúa debidamente. Sacar diagramas y rectificar. Recalentamiento de algún émbolo. Forzar su engrase o bien quitarle la carga. 7º Si los golpes se aprecian en el cárter: Exceso de huelgo entre émbolo y camisa. Este ruido se nota mayormente en motores de tronco, si bien de no ser muy elevado su valor después de unos minutos de marcha y cuando se va alcanzando alguna temperatura desaparece. Excesivo huelgo entre bulón y émbolo, en motores de tronco o entre bulón y cruceta en los de este tipo. Hay que rectificar los huelgos. Exceso de huelgo entre patines y correderas. Rectificar los huelgos. Por regla, general el golpeteo en el interior del cárter suele ser siempre debido a exceso de huelgos en algunas de sus articulaciones, debiendo comprobarlo y rectificarlos antes de que lleguen a ser excesivos. Además de las averías en el. propio motor hemos de tener, muy en cuenta que los aparatos que trabajan independientemente de el, en especial las bombas de circulación de aceite y agua, han de ser objeto de gran atención para evitar en ellas un posible fallo. Si, por ejemplo, la bomba de aceite no suministra al circuito la presión necesaria y en cambio disminuye puede ser debido a: 197

Que el filtro en la aspiración de la bomba, está sucio, cosa que fácilmente se comprueba observando los manómetros situados a la entrada y salida de la bomba La diferencia de presión entre ambos es conveniente no sobrepase de 05 kgs. Cuando esto ocurre hay que limpiar los filtros poniendo en servicio los de reserva. Puede también estar el defecto en las válvulas de aspiración o descarga de la bomba, si bien esto no es muy frecuente, ya que al trabajar las válvulas mojadas en el aceite con dificultad se producen averías en ellas. Irregularidades en la bomba de circulación de agua pueden ser debidas a defectos en las válvulas del circuito, o de la misma bomba, siendo conveniente reconocerlas de vez en cuando Hemos tratado aquí de dar a conocer algunas averías y de la posible solución que puede dárseles, pero esto es de una manera muy reducida, ya que éstas podrán presentarse de muy distinta manera y en cada caso será diferente la solución que quizás podamos dar, por lo que debemos tener siempre presente, que con una constante atención y, claro está, con una buena experiencia, en la mayoría de los casos, podremos prevenir y evitar la avería. Sólo con la apreciación de los ruidos del motor nos será suficiente para tener una idea de su funcionamiento. También una medida siempre precisa es el comprobar las piezas de recambio. Estas deben ser las necesarias y estar convenientemente protegidas. En todo momento han de estar dispuestas para poder ser utilizadas, no teniendo que esperar a que se produzca la avería para preparar la pieza de sustitución. Evitaremos muchos accidentes teniendo esto muy' 1 en cuenta. Asimismo, todo el herramental disponible debe estar siempre en orden y preparado para poder ser utilizado. Observemos en todo trabajo la más absoluta limpieza. En el libro de trabajos del motor, donde iremos anotando todas las incidencias, nos servirá de buen control, si junto a los trabajos realizados v los especificando las piezas o materiales sustituidos, que deberemos poner siempre antes de salir a la mar. En evitación de posibles accidentes existen las llamadas Compañías Clasificadoras, tales como la LLOYDS REGISTER OF SHIPPING, inglesa, la más famosa en el mundo entero; la BUREAU VERITAS, francesa; AMERICAN BUREAU OF SHIPPING, americana, citando sólo las más importantes. Estas Compañías, dispersas por el mundo, tienen establecidas una serie de normas tanto para la construcción como para la conservación, no ya solo del motor, sino de todos los componentes del buque, normas que de ser seguidas, hacen mas difícil se produzcan los accidentes, Y poniendo fin a este resumen de motores Diesel marinos, insistimos en que, con el cuidado y atención debidos, el motor funcionará siempre a nuestra entera satisfacción, obteniendo de él los máximos rendimientos, siendo esta la causa de que el motor en general, haya, alcanzado el alto grado de desarrollo y perfecci6n en que se encuentra actualmente.

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I N D I C E

Prologo

6

Capitulo 1 Historia del motor Diesel. Sus aplicaciones en los buques………………………………

7

Capitulo 2 Combustibles. ………………………………………………………………………………….

12

Capitulo 3 Motores de dos y de cuatro tiempos…………………………………………………………

19

Capitulo 4 Formas constructivas………………………………………………………………………...

36

Capitulo 5 Embolos, Motores de embolo buzo. Motores con cruceta..............................................

44

Capitulo 6 Bielas, Crucetas. Conjuntos...........................................................................................

58

Capítulo 7 Bombas de barrido y sopladores…………………………………………………………….

66

Capitulo 8 Sobrealimentación……………………………………………………………………………..

73

Capitulo 9 Arranque………………………………………………………………………………………..

80

Capitulo 10 Bancada. Bastidor. ……………………………………………………………………………

95

199

Capitulo 11 El eje de cigüeñales …………………………………………………………………………..

106

Capitulo 12 Cilindro. Camisa. Culata. ……………………………………………………………………..

114

Capitulo 13 Inyección del combustible…………………………………………………………………….

127

Capitulo 14 Distribución……………………………………………………………………………………..

140

Capitulo 15 Engrase y refrigeración………………………………………………………………………..

145

Capitulo 16 Compresores de aire. Botellas……………………………………………………………….

153

Capitulo 17 Línea de ejes…………………………………………………………………………………..

160

Capitulo 18 Hélice.…………………………………………………………………………………………...

170

Capitulo 19 Instalación. Alineación…………………………………………………………………………

179

Capitulo 20 La conducción y el manejo del motor………………………………………………………..

191

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