REPARACION Y MANTENIMIENTO BASICO DE MOTORES DIESEL.doc

Mantenimiento y Reparación de Motores Diesel

MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN DE MOTORES DIESEL

INDICE 1. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO ......................................................... 6 2. APORTES A LOS RESULTADOS DEL PROGRAMA ................................. 6 UNIDAD I SEGURIDAD EN EL TRABAJO 1. 2. 3. 4. 5. 6.

OBJETIVOS …………………………………………………………………… ¿QUÉ ES LA SEGURIDAD EN EL TRABAJO? ……………………………. ¿QUÉ ES ACCIDENTE DE TRABAJO? ……………………………………. CAUSAS DE LOS ACCIDENTES DE TRABAJO ……………………………. ACTOS INSEGUROS MÁS FRECUENTES ……………………………. ¿QUÉ DA ORIGEN AL ACTO INSEGURO? …………………………….

7 7 7 7 8 8

UNIDAD II MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA CONCEPTO ………………………………………………………………….... COMBUSTIÓN…………………………………………………………………. Elementos de la Combustión………………………………………………… 11 3. CLASIFICACIÓN………………………………………………………………. 4. MOTOR DIESEL……………………………………………………………….. Motor………………………………………………………………………… 15 Constitución…………………………………………………………………. 15 5. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO………………………………………… 5.1Ciclo de Cuatro Tiempos…………………………………………………….. 5.2Ciclo de Dos Tiempos………………………………………………………. 6. DIFERENCIAS ENTRE LOS MOTORES DIESEL Y GASOLINA………….. 7. CICLO PRÁCTICO DE FUNCIONAMIENTO……………………………….. 8. DIMENSIONES EN LOS MOTORES…………………………………………. Cálculo de la cilindrada de un Motor……………………………………….. 22 Relación de Compresión de un Motor………………………………………. 23 9. PROCEDIMIENTOS DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE DIESEL………. Procedimiento de Inyección Directa ......................................................... 23 Procedimiento M …………………………………………………………… 24 9.3 Procedimiento de la Cámara de Precombustión ……………………………. 9.4 Procedimiento de Turbulencia ……………………………………………. 1. 2.

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10 11 11 14 15 16 18 20 21 22 23 25 25

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UNIDAD III ÓRGANOS DEL MOTOR 1. LA CULATA …………………………………………………………… 26 Nomenclatura …………………………………………………………… 26 Tipos …………………………………………………………………… 26 Construcción …………………………………………………………… 27 Características…………………………………………………… 27 Uso y Condiciones de Uso ……………………………………………. 27 Mantenimiento ……………………………………………………. 27 Precauciones ……………………………………………………………. 27 2. BLOQUE DEL MOTOR ……………………………………………………. 28 Constitución ……………………………………………………………. 28 Construcción ……………………………………………………………. 28 Características ……………………………………………………. 29 3. CONJUNTO MÓVIL DEL MOTOR …………………………………….. 29 Constitución ……………………………………………………………. 29 Características Constructivas …………………………………………….. 29 4. CIGÜEÑAL ……………………………………………………………. 31 Constitución ……………………………………………………………. 32 Construcción ……………………………………………………………. 32 Características……………………………………………………. 32 Uso y Condiciones de Uso …………………………………………….. 33 Precauciones ……………………………………………………………. 34 5. BIELA ……………………………………………………………………. 34 Constitución ……………………………………………………………. 34 Tipos ……………………………………………………………………. 35 Construcción ……………………………………………………………. 35 6. PISTÓN ……………………………………………………………………. 36 Constitución ……………………………………………………………. 36 Esfuerzos o Solicitaciones sobre el Pistón …………………………….. 37 Materiales para los Pistones …………………………………………….. 37 7. PIN DEL PISTÓN …………………………………………………….. 38 Construcción …………………………………………………………….. 38 Tipos de Fijación …………………………………………………….. 38 Formas de Lubricación del Pin o Bulón …………………………….. 39 8. ANILLOS ……………………………………………………………………. 39 Construcción …………………………………………………………….. 39 Tipos ……………………………………………………………………..40 Uso y Condiciones de Uso …………………………………………….. 41 9. COJINETES DEL MOTOR ……………………………………………. 42 Ubicación ……………………………………………………………. 42 Metal Antifricción ……………………………………………………. 42 Tolerancias de Fabricación ……………………………………………. 42 Nomenclatura ……………………………………………………………. 42 Presión Radial…………………………………………………… 43 Realto de Localización …………………………………………… 43 2

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Ranuras de Lubricación …………………………………………… 43 Cojinete Principal …………………………………………………… 44 Causas de Averías …………………………………………………… 44 10. CAMISAS DEL MOTOR …………………………………………… 44 Construcción …………………………………………………… 44 Tipos …………………………………………………………… 44 Características…………………………………………………… 45 Ventajas y Desventajas …………………………………… 45 11. CÁMARA DE COMBUSTIÓN …………………………………………… 46 12. VOLANTE DEL MOTOR …………………………………………… 47 Constitución …………………………………………………… 47 Construcción …………………………………………………… 48 Función ………………………………………………….... 48 Uso y Condiciones de Uso …………………………………… 48 13. CARTER ………………………………………………………………….. 48 Constitución …………………………………………………… 48 Características…………………………………………………… 48 14. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DEL MOTOR……………………. 49 Misión y Constitución ……………………………………. ………………………49 Elementos …………………………………………………… ………………………51 Válvulas …………………………………………………… ………………………51 Tipos de Válvulas …………………………………………… ………………………52 Válvulas Especiales …………………………………………… ………………54 Rotadores …………………………………………………… ………………………54 Asiento de Válvula …………………………………………… ………………55 Resortes de Válvulas …………………………………………… ………………56 Guías de Válvulas …………………………………………… ……………………...57 Buzos, Varillas y Balancines …………………………………… ………………57 Retenes de Válvulas …………………………………………… ………………59 15. ÁRBOL DE LEVAS …………………………………………………… 60 Partes …………………………………………………………………………… 61

UNIDAD IV SISTEMA DE LUBRICACIÓN INTRODUCCIÓN …………………………………………………… 61 PRINCIPIO DE LUBRICACIÓN ……………………………………. 62 EL ACEITE LUBRICANTE ……………………………………………. 62 FRICCIÓN …………………………………………………………… 62 Fricción Deslizante …………………………………………………… ………62 Necesidad de la Fricción …………………………………………… ………………63 Clases de Fricción ……………………………………………………. ………63 Reducción de la Fricción ……………………………………………. ………………63 5. LUBRICACIÓN ……………………………………………………………. 64 ¿Para qué Lubricar? …………………………………………………… ………64 Funciones del Aceite …………………………………………………… ………64 1. 2. 3. 4.

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5.3 Métodos de Aplicación de los Aceites Lubricantes ……………………. 65 6. PROPIEDADES DEL ACEITE ……………………………………………. 66 Viscosidad …………………………………………………………… ………66 Punto de Desprendimiento de Gases ……………………………………. ………67 Punto de Combustión …………………………………………………… ………67 Punto de Fluidez y Congelación ………………………………………………. 67 Gravedad …………………………………………………………… ………………67 Color …………………………………………………………………… ………67 Índice de Viscosidad …………………………………………………… ………67 Untuosidad …………………………………………………………… ………67 Volatilidad …………………………………………………………… ………67 6.10Acidez …………………………………………………………… 67 6.11Porcentaje de Cenizas …………………………………………… 67 7. LOS ADITIVOS …………………………………………………………… 67 8. CARTER …………………………………………………………………… 68 8.1 Características …………………………………………………… 68 8.2 Ventilación del Carter…………………………………………… 68 9. BOMBA DE ACEITE …………………………………………………… 69 10. FILTRO DE ACEITE …………………………………………………… 73 11. TIPOS DE FILTRADO DE ACEITE …………………………………… 76 12. VALVULA DE DERIVACIÓN DE ACEITE …………………………… 78 13. VALVULA REGULADORA DE LA PRESIÓN DE ACEITE ……………. 78 13.1 Funcionamiento …………………………………………………… 79 13.2 Etapas de Funcionamiento de la válvula reguladora ……………. 79 14. REGRIGERADOR DE ACEITE…………………………………… 79 14.1 Constitución …………………………………………………… 80 14.2 Mantenimiento …………………………………………………… 80 UNIDAD V SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

1. REFRIGERACIÓN ……………………………………………………. 81 Misión ……………………………………………………………………… 81 Refrigeración por Aire ……………………………………………. ……………...82 Refrigeración por Líquido (Refrigeración por Agua) …………….. ……………...83

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UNIDAD VI DIAGNÓSTICO DE MOTOR 1. MOTOR PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO …………………………… 2. MOTOR PROPIAMENTE DICHO …………………………………… Medición de la Presión de Compresión …………………………… 93 Procedimiento de Medición …………………………………………… 93 3. SISTEMA EN EL MOTOR DIESEL …………………………………… Procedimientos Diagnóstico …………………………………………… 95 Presión del Aceite del Motor …………………………………………… 95 4. DIAGNÓSTICO DEL MOTOR DIESEL ……………………………. Condiciones del Sistema de Aire ……………………………………. 95 Instrumentos …………………………………………………………… 95 Lugares de Medición …………………………………………………… 96 5. DIAGNÓSTICO EN EL MOTOR DIESEL …………………………… Sistema de Combustible: Funciones …………………………………… 96 Condiciones del Sistema …………………………………………… 96 Precauciones …………………………………………………………… 97 Sistema de Refrigeración: Función …………………………………… 97 Funciones …………………………………………………………… 97 6. DIAGNÓSTICO EN EL MOTOR DIESEL …………………………… Condiciones del Sistema de Refrigeración …………………………… 97 7. SISTEMA DE LUBRICACIÓN …………………………………………… Condición del sistema …………………………………………… 98 Diagnóstico en el Sistema de Lubricación …………………………… 98 8. MANTENIMIENTO Y CONSERVACIÓN ……………………………

93 93 95 95

96

97 98 99

UNIDAD VII SOBREALIMENTACIÓN A ALTA PRESIÓN SOBREALIMENTACIÓN A ALTA PRESIÓN …………………… 100 Modo de Obtener la Sobrealimentación …………………………… 101 2. MOTOR SOBREALIMENTADO …………………………………… 101 Modificaciones necesarias en el motor …………………………… 104 El nuevo motor Intercooler …………………………………………… 106 1.

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OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO



Identificar y utilizar adecuadamente las herramientas utilizadas en la reparación y mantenimiento de motores diesel.



Utilizar adecuadamente los manuales de fabricación según el fabricante.



Efectuar los procedimientos y normas de seguridad para evaluar las partes y componentes de los sistemas constitutivos de los motores diesel.



Practicar hábitos de orden, limpieza y responsabilidad dentro del taller.



Utilizar los equipos e instrumentos de taller, al realizar el servicio y evaluación de los sistemas del motor de combustión interna.

APORTES A LOS RESULTADOS DEL PROGRAMA



Habilidad para el trabajo con herramientas y equipos de acuerdo a los avances tecnológicos.



Habilidad para aplicar conocimientos actualizados de acuerdo a los avances tecnológicos.



Alcanzar una capacidad de poder trabajar en equipo.



Habilidad para poder analizar, identificar y solucionar problemas que se presenten en los motores de combustión interna.



Compromiso con la calidad, la seguridad en el trabajo, el aprendizaje permanente y un buen comportamiento.



Dominio del conocimiento asociado a la tecnología de motores diesel.

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UNIDAD I SEGURIDAD EN EL TRABAJO 1. OBJETIVOS: -

El alumno aplicará las normas de seguridad en las tareas u operaciones requeridas para el servicio y evaluación de los sistemas y/o elementos que conforman el motor de combustión interna. El alumno aplicará el criterio para mantener limpio y organizado el taller de trabajo.

2. ¿QUÉ ES LA SEGURIDAD EN EL TRABAJO? “Es el conjunto de acciones que permiten localizar y evaluar los riesgos y establecer las medidas para prevenir los accidentes de trabajo”. Es responsabilidad tanto de las autoridades como de los empleadores y los trabajadores. 3. ¿QUÉ ES ACCIDENTE DE TRABAJO? Es toda lesión orgánica o perturbación funcional, inmediata o posterior, producida repentinamente en ejercicio o con motivo del trabajo. 4. ¿CUÁLES SON LAS CAUSAS DE LOS ACCIDENTES DE TRABAJO? En los accidentes de trabajo intervienen varios factores. Entre éstos, las llamadas causas inmediatas, que pueden clasificarse en 2 grupos: a. Condiciones inseguras.  Son las causas que se derivan del medio en que los trabajadores realizan sus labores (ambiente de trabajo), y se refieren al grado de inseguridad que pueden tener los locales, la maquinaria, los equipos y los puntos de operación. b. Actos inseguros  Son las causas que dependen de las acciones del propio trabajador y que pueden dar como resultado un accidente.

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5. ¿CUÁLES SON LOS ACTOS INSEGUROS MÁS FRECUENTES?

Los actos inseguros más frecuentes que los trabajadores realizan en el desempeño de sus labores son:  Llevar a cabo operaciones sin previo adiestramiento.  Ejecutar el trabajo a velocidad no indicada.  Bloquear o quitar dispositivos de seguridad.  Limpiar, engrasar o reparar el automóvil cuando se encuentre en movimiento.  Trabajar en líneas o equipo eléctrico energizado.  Viajar sin autorización en vehículos o mecanismos.  Transitar por areas peligrosas.  Usar herramientas inadecuadas.  Trabajar sin protección en lugares peligrosos.  No usar equipo de protección indicado.  Hacer bromas en el sitio de trabajo.

6. ¿QUÉ DA ORIGEN AL ACTO INSEGURO? Los factores principales que pueden dar origen a un acto inseguro son: 1. Los que dependen de la empresa: La falta de capacitación y adiestramiento para el puesto de trabajo. 2. Los que dependen del trabajador:  El desconocimiento de las medidas preventivas de accidentes laborales y la carencia de hábitos de seguridad en el trabajo.  La confianza excesiva.  La actitud de incumplimiento a normas y procedimientos de trabajo establecidos como seguros.  Los atavismos y creencias erróneas acerca de los accidentes.  La irresponsabilidad, la fatiga y la disminución, por cualquier motivo, de la habilidad para el trabajo.

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La

Principales causas de accidentes del trabajo debidos a las herramientas de mano

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UNIDAD II MOTORES DE COMBUSTION INTERNA 1.

CONCEPTO

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

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2. COMBUSTION La combustión es una reacción química en cadena en la cual participa el oxigeno del aire por consiguiente esta reacción química es una oxidación. 2.1 ELEMENTOS DE LA COMBUSTIÓN AIRE. Es un fluido compuesto por 21 % de oxigeno, 78% de Nitrógeno y 1 % de otros. Propiedades del aire. El aire tiene 2 propiedades. 1. Es compresible. 2. Al comprimirse se calienta. TEMPERATURA. Para que los combustibles entren en proceso de combustión tienen que alcanzar su punto de inflamación, cada combustible tiene un punto de inflamación diferente. Condiciones para una buena combustión. • Combustible finamente pulverizado y distribuido de manera uniforme dentro de la cámara. • Aire fuertemente comprimido, que supere la temperatura de inflamación de los combustibles. • Que el combustible en caso de los motores Diesel sea inyectado dentro del cilindro a una presión superior de la que reina en el interior de la cámara. • Que la combustión sea violenta, es decir sea una explosión.

3.

CLASIFICACION

1. Según el ciclo de trabajo

__________________________________________________________________

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__________________________________________________________________ 2. Según el encendido

________________________________

____________________________

3. Por la disposición de los cilindros

______________________ ______________________ ______________________

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_______________________________ _______________________________ 4. Según el uso

5. Según la refrigeración

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6. Según el llenado

7. Según el combustible 1. ___________________________

2. _______________________

3. ___________________________

4. _______________________

4.

MOTOR DIESEL

El motor diesel que se usa hoy en día en vehículos industriales o comerciales y en coches de turismo se ha desarrollado partiendo del motor Diesel estacionario, de marcha lenta. Ha sido necesario para ello disminuir notablemente las dimensiones y el peso. Simultáneamente hubo que elevar de modo importante el número de revoluciones (hasta unas 5000RPM). La rápida sucesión de los combustibles que esto exigía, se consiguió mediante una adecuada conformación de la cámara de combustión. Hoy se construyen cada vez más frecuentemente para vehículos industriales y comerciales motores diesel con inyección directa, que si bien son por lo general algo más ruidosos conducen un menor consumo de combustible y con ello se consigue una mejor economía. Para aumentar la potencia se nos ofrece la sobrealimentación de los motores Diesel. La energía contenida en los gases del escape del motor se utiliza para 14

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accionar un turbocompresor. Al admitirse mayor cantidad de aire puede también inyectarse una cantidad de combustible mucho mayor, con lo que, a igualdad de dimensiones de los cilindros, se consigue un aumento de potencia que puede llegar al 40%. Otra ventaja de la sobrealimentación es que el consumo específico de combustible y, en la mayor parte de los casos, la proporción de óxidos de nitrógeno en los gases de escape son menores. 3.1. Motor Durante los últimos años ha aumentado considerablemente el uso de motores Diesel en los automóviles de turismo. Han contribuido a ello el consumo específico de combustible, que es relativamente bajo, la escasa concentración de componentes nocivos en los gases de escape (contenido de CO), la ausencia de compuestos de plomo en los gases de escape y la mejoría del peso por unidad de potencia debida a la sobrealimentación del motor. 3.2. Constitución La constitución de un motor Diesel se diferencia de la de un motor Otto por el hecho de que ambos tipos de motores funcionan según distintos principios. Especialmente el motor Diesel, a causa de las más altas solicitaciones a que está sometido por una más elevada compresión (más alta presión final de compresión, más alta presión máxima de combustión y temperaturas más altas), tiene que tener una construcción más robusta que el motor Otto. Las bielas del motor Diesel son de gran diámetro en los cojinetes porque los muñones del cigüeñal están construidos con gran sección, a causa de las grandes solicitaciones a que están expuestos. Con objeto de que puedan, pese a su tamaño, desmontarse hacia arriba a través del cilindro se divide oblicuamente la cabeza de biela. La economía del motor Diesel es mayor que la del motor Otto, porque el motor Diesel por razón de su más elevada compresión consigue un mejor aprovechamiento del calor (mejor rendimiento térmico).

5. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Los motores Diesel presentan básicamente los mismos componentes internos que los motores a gasolina. Las diferencias más importantes son el combustible, el encendido del combustible y la forma en que este combustible es conducido hasta las cámaras de combustión. Los motores diesel son de construcción más robusta para poder soportar las mayores relaciones de compresión y las mayores fuerzas que desarrollan. Se fabrican motores diesel desde un solo cilindro hasta 24 cilindros. Los motores que se utilizan en el sector de los vehículos comerciales normalmente poseen 4, ,6 u 8 cilindros. El motor Diesel no posee encendido por chispa, sino que depende del calor producido por la compresión del aire dentro del cilindro para encender el combustible pulverizado y atomizado, inyectado en un momento determinado dentro del cilindro cuando el pistón se acerca al punto 15

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muerto superior (PMS) al final del tiempo de compresión. Cuando la mezcla aire – combustible se enciende y quema, se forman gases de expansión a gran presión, que fuerzan el desplazamiento del pistón hacia abajo en el tiempo de expansión. Se utilizan dos motores diesel de distinto diseño, el de ciclo de cuatro tiempos y el de dos tiempos.

5.1. Ciclo de cuatro tiempos

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Para que un motor diesel de cuatro tiempos funcione adecuadamente, las válvulas y los inyectores deben encontrarse en relación directa unos con otros y con los cuatro tiempos del motor. Las válvulas de admisión y de escape se accionan a través del árbol de levas, al que le unen los taqués varillas y balancines. Los inyectores funcionan a través de sistemas hidráulicos o mecánicos, sincronizados por la rotación del cigüeñal y/o del árbol de levas para que pulvericen el combustible en la cámara de combustión en el momento preciso para que ésta sea efectiva. 5.1.1 Tiempo de admisión. Durante el tiempo de admisión, el pistón se desplaza hacia abajo con la válvula de admisión abierta y la válvula de escape cerrada. El descenso del pistón permite que el aire atmosférico entre en el cilindro por los conductos de llenado. La carga de admisión consiste sólo en aire y no contiene mezcla de combustible. 5.1.2 Tiempo de compresión. Al final del tiempo de admisión, con el pistón situado en el punto muerto inferior (PMI), la válvula de admisión se cierra y el pistón inicia el ascenso en su tiempo de compresión. La válvula de escape permanece cerrada. Al final de este tiempo el pistón ha obligado al aire a ocupar un volumen mucho más pequeño que el que ocupaba al inicio de este tiempo. La compresión del aire en un pequeño espacio ocasiona el aumento de su temperatura hasta un punto en que es capaz de encender el combustible inyectado.

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Durante el inicio del tiempo de combustión (o expansión), el pistón se ve empujado hacia abajo por los gases que se queman y expanden. Tanto la válvula de admisión como la de escape permanecen cerradas. A medida que se añade más combustible al cilindro y se quema los gases son más calientes y se expanden con mayor fuerza que obliga al cigüeñal a girar produciendo trabajo. 5.1.3 Tiempo de escape. Cuando el pistón alcanza el PMI, se abre la válvula de escape y el pistón empieza a moverse hacia arriba. La válvula de admisión permanece cerrada. El desplazamiento hacia arriba del pistón obliga a que los gases quemados salgan al medio ambiente. Cuando el pistón alcanza el PMS e inicia el movimiento hacia abajo, se repite el tiempo de admisión y el ciclo de los distintos tiempos continúa en la misma secuencia.

5.2 Ciclo de dos tiempos.

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En este tipo de motores existe un “soplador” para que fuerce la entrada de aire en los cilindros aportando aire fresco para la combustión y expulsar los gases quemados. En las paredes de los cilindros existe una hilera de lumbreras por encima de la posición del pistón cuando se halla en el PMI. Estas lumbreras permiten al aire pasar desde el soplador hacia el cilindro tan pronto como el borde superior del pistón las descubre. Las válvulas de escape están situadas en la culata y se abren y se cierran por un sistema regulador de válvulas, comandado por un árbol de levas sincronizado con el cigüeñal. Con el pistón en el PMI, las lumbreras de admisión se abren y se obliga al aire fresco a penetrar en el cilindro. Las válvulas de escape están abiertas para permitir que el aire fresco “barra” los gases quemados del cilindro. El pistón continúa ascendiendo en la fase de compresión y cuando casi alcanza el PMS, se inyecta el combustible finamente pulverizado en el cilindro e inmediatamente empieza a quemarse por el aumento de temperatura del aire comprimido. A medida que progresa la combustión, los gases se expanden y obligan al pistón a desplazarse hacia abajo en el tiempo de combustión producto del trabajo. Las válvulas de escape vuelven a abrirse cuando el pistón ha llegado a la mitad de la carrera y permiten que los gases quemados salgan por el colector de escape. Cuando el pistón se desplaza hacia abajo, se descubren las lumbreras de admisión y el cilindro vuelve a ser barrido por aire fresco. Este ciclo de combustión se completa en cada cilindro y en cada revolución del cigüeñal o, lo que es lo mismo, cada dos tiempos.

Un motor de dos tiempos precisa de la asistencia de un soplador para barrer los gases quemados, lo que absorbe potencia. A carga parcial, el soplador continúa bombeando a su máxima capacidad, reduciendo la eficiencia del motor.

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6.

DIFERENCIAS ENTRE LOS MOTORES DIESEL Y GASOLINA GASOLINA

1. 2. 3. 4. 5. 6.

DIESEL

aire gasolina bobina encendido bruja carburador

1. 2. 3. 4.

aire gas – oil inyector bujía de precalentamiento

ADMISIÓN Aspiración de una mezcla Aire + gasolina

ADMISIÓN Aspiración de aire puro

COMPRESIÓN Compresión de una mezcla aire + gasolina (10 a 15 bar) temperatura 300º aproximadamente.

COMPRESIÓN Compresión elevada del aire (30 a 40 bares temperatura de 600º aprox.)

COMBUSTIÓN EXPANSIÓN Encendido de la mezcla aire + gasolina por chispa eléctrica

COMBUSTIÓN EXPANSIÓN Inyección de gas-oil con fuerte presión (100 a 175 bar) el cual se inflama en contacto con el aire sobrecalentado

ESCAPE Evacuación de gases de escape

ESCAPE Evacuación del gas quemado

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7.

CICLO PRÁCTICO DE FUNCIONAMIENTO

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

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8.-

DIMENSIONES EN LOS MOTORES

8.1.

Cálculo de la Cilindrada de un Motor

Para poder calcular la cilindrada de un motor, es necesario recordar: D = Diámetro

Es la medida que corresponde al cilindro del motor.

S = Carrera

Es la distancia limitada que recorre el pistón entre ambos puntos muertos, sea el PMS al PMI o viceversa.

Vh = Volumen

Es la cantidad de aire o mezcla que el pistón desplaza al moverse del PMI al PMS

Formula: Vh =

Dx Dx xs 4

 V=

D2 x  x s 4

VT = Volumen total del motor. Es la cantidad de aire o mezcla que desplazan los pistones del motor. Se mide en litros o centímetros cúbicos. Formula : Vt =

D2 x  x s xn 4

n = número de cilindros del motor

Ejemplo 1 Calcular la cilindrada total de un motor VW Passat GLS de dimensiones 79 – 5 / 74 - 4 de 5 cilindros Datos D = 79.5 mm

Solución Vt =

(

)x

x

x

4

S = 77.4 mm  = 3.1416

Vt =

0 litros

h = 5 cilindros Ejemplo 2 Calcular la cilindrada total de un motor Renault de 4 cilindros de dimensiones 76 / 77 Datos D = 76

Solución Vt =

(

)x

x

x

4

S = 77  = 3.1416

Vt =

cc

h = 4 cilindros 22

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Relación de Compresión de un Motor Es la comparación de los volúmenes que ocupa el aire o la mezcla cuando el pistón está en el PMI y cuando el pistón está en el PMS. 

= ______________________

Vh = ______________________ Vc = ______________________

9.

PROCEDIMIENTOS DE INYECCION DE COMBUSTIBLE DIESEL

9.1.

Procedimiento de inyección directa

En el caso de la inyección directa, la cámara de combustión tiene la forma más sencilla. Con objeto de conseguir la mínima cesión de calor posible se ha hecho su superficie tan pequeña como se ha podido en el pistón (por ejemplo en forma esférica o cilíndrica). La formación de la mezcla depende en gran parte de la clase y del estado del inyector. En el caso de una presión correcta, se obtiene un buen reparto del combustible con el empleo de inyectores tipo tetón o de orificios. La condición previa es siempre un combustible limpio, pues en caso contrario los inyectores se calientan mucho, se forman resinas y las agujas correspondientes se agarrotan (se pegan), cosa que podría conducir a importantes daños. El combustible inyectado se inflama en el aire caliente y se quema muy rápidamente. Un inconveniente de estos motores es el pronunciado ruido de la combustión que viene provocado por la rapidez de la combustión. El desarrollo de los motores con inyección directa ha conducido al motor Diesel con picos de presión bajos, combustión suave, marcha silenciosa y baja proporción de CO en los gases de escape.

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9.2.

Procedimiento M

El procedimiento de esfera central, llamado brevemente procedimiento M, muy notables ventajas con respecto a la inyección directa corriente. En el tipo constructivo que contemplamos se tiene en el eje del pistón un espacio hueco de forma aproximadamente esférica que es refrigerado por el aceite que salpica del carter. El borde superior del espacio hueco está protegido por un anillo de hierro fundido aleado con níquel que forma una pieza fundida con el soporte anular, que constituye la ranura para el aro superior del pistón. Esta disposición sirve, además, para aumentar la rigidez de la parte superior del pistón.

El conducto de aspiración que está conformado helicoidalmente produce, un torbellino del chorro de aire aspirado. El combustible se inyecta, hacia las paredes de la cámara de combustión de forma esférica situada en el pistón. El intenso movimiento de giro del aire causado por el conducto espiral, continúa hasta la cámara de combustión. El aire roza la película de combustible y produce su vaporización. A causa del fuerte movimiento de giro del aire, las partículas de combustible vaporizadas son arrastradas con gran rapidez. El combustible en estado gaseoso forma con el aire una mezcla inflamable. La formación de la mezcla se produce con gran rapidez, ya que el combustible está ya gasificado y la velocidad del aire es muy grande. Los motores Diesel que funcionan por el Procedimiento M (de esfera central), por sus favorables condiciones respectivas se utilizan con frecuencia, en la actualidad, equipados con turbocompresores.

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9.3.

Procedimiento de la cámara de precombustión.

La cantidad de oxígeno que existe en la cámara auxiliar es suficiente para la combustión de una parte del combustible inyectado. La parte restante no quemada es soplada a la cámara de combustión principal en virtud de la sobrepresión que se ha producido con la combustión. Allí se quema totalmente gracias a la buena gasificación y repartición.

9.4.

Procedimiento de turbulencia

También en el procedimiento de la cámara de turbulencia la totalidad del combustible es inyectado en una cámara separada de la principal. El canal de enlace entre la cámara principal de combustión y la cámara de turbulencia tiene una sección transversal relativamente grande. En la compresión del aire que llega sin gran resistencia a la cámara de turbulencia, se produce un gran remolino provocado por la forma esférica de la citada cámara y por la desembocadura tangencial del canal de enlace con la cámara principal de combustión. En este remolino de aire caliente es donde se inyecta entonces el combustible.

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UNIDAD III ORGANOS DEL MOTOR 1.

LA CULATA

Es un elemento del motor, montado en la parte superior del bloque, que cubre los cilindros y forma la cámara de combustión con la cabeza del pistón. Sirve como tapa de los cilindros y como alojamiento del mecanismo de válvulas. Se fija al bloque por medio de pernos o espárragos. 1.1.

Nomenclatura

La culata presenta numerosas perforaciones y partes mecanizadas destinadas a recubrir algunas piezas postizas, accesorios del motor y diversos conductos. Partes 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Conductos de Escape. Guías de válvula. Alojamiento del inyector o roscado para las bujías de precalentamiento. Alojamiento de cámara de combustión (en algunos casos). Superficies mecanizadas. Conductos de admisión.

Tipos Según el sistema de refrigeración en los motores, las culatas se pueden clasificar en dos tipos generales: a) Las que se utilizan en motores refrigerados por agua. b) Las que se utilizan en motores refrigerados por aire. 27

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Existen motores equipados con una sola culata para todo el bloque, o bien con una culata para cada grupo de dos o tres cilindros, o una para cada cilindro. 1.3.

Construcción

Generalmente, son construidas de una sola pieza de hierro fundido o de aleaciones de aluminio. Su diseño es robusto para soportar las elevadas presiones de compresión. 1.4.

Características

Las culatas de hierro fundido presentan característica propias del metal con que se las construye: son de mayor peso y menor capacidad de disipación del calor, pero también es mayor su coeficiente de dilatación. Las culatas de aleaciones de aluminio son más livianas y con mayor capacidad de disipación del calor, pero también es menor su coeficiente de dilatación, lo que obliga a extremar las precauciones cada vez que se realiza una operación en este tipo de culata. 1.5.

Uso y Condiciones de Uso

Las superficies de contacto de la culata deben estar en buenas condiciones. Las superficies planas no deben presentar irregularidades. Los asientos de válvulas deben estar rectificados. La culata debe conservar perfectas condiciones de estanqueidad interiormente y entre las superficies de contacto con el bloque. La estanqueidad entre el bloque y la culata se logra con empaquetaduras metaloplásticas o con superficies encajadas. 1.6.

Mantenimiento

La culata se debe reajustar, y regular las válvulas, según las especificaciones del fabricante.

1.7.

Precauciones

-

Evite el recalentamiento.

-

No aplique agua fría con el motor sobrecalentado.

-

No suelte los pernos de la culata con el motor caliente, a fin de evitar deformaciones.

-

De acuerdo a su peso, debe ser manipulada con tecle.

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2.

BLOQUE DEL MOTOR

Es el cuerpo del motor. En su interior se montan los elementos del conjunto móvil, el sistema de lubricación y parte del sistema de distribución. También sirve de apoyo a piezas de otros sistemas del motor. 2.1.

Constitución

Generalmente, el bloque del motor está constituido por las siguientes partes: (fig. 1). 1. Bloque. 2. Cilindros. 3. Bancadas principales. 4 .Galerías de refrigeración. 5 Conductos de lubricación. Cuando el eje de levas se aloja en el Bloque se le identifica con las letras OHV, cuando el eje de levas se aloja en la culata se le identifica con las letras OHC, cuando el motor lleva dos ejes de levas en la culata se le identifica con las letras DOHC o 2OHC.

2.2.

Construcción

Normalmente el bloque de los motores se fabrica de hierro fundido o aleaciones de aluminio. Las superficies superior e inferior son mecanizadas para obtener un cierre hermético, así como las partes donde se apoyan el cigüeñal y el árbol de levas, las cuales requieren una correcta alineación para su funcionamiento. En un extremo del bloque, se ubican los engranajes del sistema de distribución, y en el otro la volante del motor. En el interior del bloque se encuentran, además, los conductos de refrigeración y de lubricación que se comunican con el exterior para su limpieza a través de sellos y tapones. 2.3.

Características

Las más importantes se resumen en: Gran rigidez y estabilidad dimensional de fundición. La primera se consigue por medio de aleaciones y procesos especiales de fundición. 29

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La segunda, utilizando refuerzos internos y externos, nervaduras dispuestas de modo y en número adecuado, según el tipo, fundición y potencia del motor. 3.

CONJUNTO MOVIL DEL MOTOR

Es el encargado de transformar la energía calorífica del combustible desprendida durante la combustión en energía mecánica o de movimiento. 3.1 Constitución Está compuesto por el cigüeñal, las bielas y los pistones. (fig. 2). Cigüeñal Es el eje principal del motor que recibe el impulso del conjunto pistón – biela y describe un movimiento circular continuo. Bielas Son los elementos del motor que se encargan de convertir el movimiento rectilíneo alternativo del pistón en movimiento circular continuo del cigüeñal. Pistones Son elementos que se desplazan alternativamente en el cilindro y reciben la fuerza originada por la expansión de los gases en el tiempo de la combustión. Para obtener un cierre hermético en el cilindro el pistón lleva anillos con la misión de bloquear el paso de gases al interior del motor y prevenir el paso de aceite lubricante a la cámara de combustión.

Figura 2.

3.2.

Características constructivas

Cuando se dan las características de un motor, se indica primero el calibre o diámetro del cilindro y después la carrera. (fig. 3).

30

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Figura 3.

Por ejemplo a) Motor SKODA : 720 x 750 (en mm). b) Motor FORD : 3 1/4 x 3 5/6 (en pulgadas). Constituye una característica principal la relación entre el diámetro del cilindro y la longitud de la carrera del pistón o volteo del cigüeñal. Según la magnitud de la relación entre la carrera y el diámetro, se dan los siguientes casos: a. Motor largo. b. Motor cuadrado. c. Motor corto o supercuadrado. a. Motor Largo En este motor el diámetro del cilindro es menor que la carrera del pistón. Exigen un cilindro largo y un cilindro largo y un cárter de gran tamaño. En su mayoría desarrollan bajo número de revoluciones. Por ejemplo: -

Motor TAUNUS 12 M: 63.5. mm. x 92.5 mm. Motor FORD ECW 272: 3.26” x 3.80”. Motor BERLIET – M6202: 120mm. x 140 mm.

b. Motor Cuadrado En este caso el diámetro del cilindro y la carrera del pistón son iguales. A fin de reducir la velocidad lineal del pistón y por consiguiente disminuir el desgaste entre el pistón y el cilindro. Por ejemplo: -

Motor HILLMAN : 76.2 mm. x 76.2. mm. Motor HISPAÑO – SUIZA HS – 120 mm. x 120 mm.

c.

Motor super cuadrado 31

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El diámetro del cilindro es mayor que la carrera del pistón. La tendencia actual es reducir aún más la carrera del pistón, tratando de obtener mejor llenado de la mezcla a los cilindros y mejor evacuación de los gases resultantes de la combustión. -

Motor VW : 77 mm. x 74 mm. Motor TAUNUS 15 M : 82 mm. x 70.9 mm. Motor VOLVO B – 18 A: 84.15 mm. x 80 mm. Motor PEUGEOT – INDENOR TMD: 85 mm. x 80 mm.

Considerando los motores largo, cuadrado y corto a un mismo régimen de revoluciones, el pistón del motor corto realiza un menor recorrido en sus cuatro carreras. Esta característica permite disminuir la altura del motor. Otra de sus características constructivas es el desplazamiento del cigüeñal respecto a la línea central del cilindro y el mismo efecto se trata de obtener con el pin del pistón colocado excéntricamente, con la finalidad de reducir el empuje lateral del pistón sobre la pared del cilindro durante la carrera de explosión, porque el efecto sobre el pistón no se transmite íntegramente a la biela. 4.

CIGÜEÑAL

Es la pieza móvil del motor que recibiendo el impulso del conjunto pistón biela, describe un movimiento circular continuo.

32

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4.1. Constitución Está constituido por las siguientes partes: 1.2.3.4. 4.2. Construcción Se fabrica de Acero forjado de gran resistencia. En su composición puede entrar el Níquel, el Cromo, el Molibdeno, el Magnesio y el Silicio. Los muñones se tratan térmicamente para darles mayor dureza. (fig. 5). El cigüeñal viene perforado por su interior para facilitar la lubricación en los muñones.

Figura 5.

4.3.

Características

El cigüeñal debe reunir una serie de condiciones para que pueda trabajar satisfactoriamente, algunas de las más importantes son: El número de cilindros del motor con su orden de trabajo, permite que los esfuerzos ejercidos queden repartidos de manera uniforme en su longitud. Los esfuerzos durante el funcionamiento no actúan al mismo tiempo, lográndose el equilibrio para que a grandes velocidades no se produzcan vibraciones que perjudiquen al motor. Para eliminar este inconveniente, los muñones de biela van repartidos unos con otros, en determinado ángulo, para que la suma de éstos ángulos equivalga a 360° en un motor de dos tiempos y a 720° en uno de cuatro tiempos. De esta forma solo hay un muñón recibiendo la carga del pistón en el 33

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período de fuerza, mientras que los restantes estarán en admisión, compresión o escape. Además el orden de trabajo no es correlativo a la posición de los cilindros, si no que es distribuido para repartir los esfuerzos. Cuanto mayor sea el número de cilindros, más uniforme será la marcha del motor. El cigüeñal debe estar equilibrado, lo que se logra teniendo cuidado de que su construcción sea la más correcta, empleando materiales adecuados para que el peso de todas las piezas que lo forman sea repartido uniformemente y usando los contrapesos. La fortaleza de su construcción. (fig. 6).

Figura 6.

4.4.

Uso y Condiciones de Uso

Cada vez que el técnico mecánico desmonta el cigüeñal se debe comprobar los aspectos siguientes: -

Los muñones deben estar exentos de rayaduras, grietas, calentamientos o deformación y dentro de los límites de desgastes indicados por el fabricante.

-

Verificar la línea de eje para comprobar que no está torcido.

-

Verificar que los conductos de lubricación estén libres. (fig. 7).

Figura 7.

34

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4.5.

Precauciones

Cuando el cigüeñal no está instalado, se debe mantener en posición vertical. Si es necesario mantenerlo en posición horizontal durante su instalación, se deben seguir las normas de montaje, así como la torsión de ajuste recomendada por el fabricante. 5.

BIELA

La biela es un elemento del motor que se encarga de convertir el movimiento alternativo lineal del pistón en movimiento circular continuo del cigüeñal. 5.1.

Constitución

La biela está constituida por: (fig. 8).

3

2

1

a. Cabeza. b. Cuerpo. c. Pie. 1.

Cabeza: Se fija al muñón del cigüeñal. Está dividida en dos partes, cabeza propiamente dicha y la tapa de fijación.

2.

Cuerpo: Es la parte media de la biela.

3.

Pie: Es la parte que se conecta con el pistón por medio del pasador.

35

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5.2 Tipos Las bielas se pueden clasificar por las siguientes características:

a) Por la forma del cuerpo:

1.

Sección de doble “T”

2.

Sección “Tabular”.

b) Por el tipo de unión en la cabeza de la biela

5.3.

Construcción

Las bielas se construyen de acero especial y pueden recibir tratamientos especiales. El asiento para los cojinetes en la cabeza y el pie se mecanizan con cuidado para obtener un ajuste de interferencia preciso en el pie y en un margen de presión adecuado en la cabeza. Igualmente el mecanizado de la bocina del pie de biela se hace con precisión, para lograr un montaje suave del pin. Las tolerancias de peso entre las bielas de un mismo motor varían según los fabricantes. En algunos casos en el montaje del estampado, se dejan unos resaltos en el pie y la cabeza que pueden rebajarse cuidadosamente para igualar el peso sin perjudicar el equilibrio. La tapa de la biela va unida por medio de tornillos o espárragos de acero especial con tuercas. 36

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6.

PISTON

El pistón es una pieza móvil del motor, sobre la que ejercen presión los gases de la combustión que lo impulsan durante el tiempo de expansión que constituye el tiempo útil del ciclo de trabajo. 6.1.

Constitución

Está constituido por las siguientes partes: (fig. 9).

37

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1

3

2

4 . 1.Cabeza. 2. Zona de anillos. 3. Alojamiento del pin. 4. Falda.

6.2.

Esfuerzos o Solicitaciones sobre el pistón

Fuerza Lateral El pistón es comprimido alternativamente contra la pared del cilindro. Calor Debido a la combustión de la mezcla combustible – aire alcanza en la cámara de combustión temperaturas que oscilan entre los 2000°C. Una gran parte de calor de la combustión pasa a través de la cabeza del pistón, a la zona de los aros y a través de estos mismos, llega al cilindro que está refrigerado. También el aceite lubricante sustrae calor. 6.3.

Materiales para los pistones

A un material para los pistones se le exigen que tenga las siguientes propiedades: - Elevada resistencia incluso a altas temperaturas. -

Buena conductibilidad térmica.

-

Poca resistencia de rozamiento (buenas propiedades de deslizamiento) frente al desgaste. Para los automóviles de carrera, deportivos y Diesel, se fabrican estampados (forjados) o de materiales en base de aluminio.

38

Mantenimiento y Reparación de Motores Diesel Tabla 1. Materiales para pistones Grupo de Densidad Observación aleación kg/dm3 Al Si 12 2.7 Cuanto mayor sea el Cu Ni contenido de Si, tanto menor es la dilatación Al Si 18 2.68 Aleaciones térmica y tanto menor el Cu Ni de aluminio desgaste pero mayores las 2.65 y silicio dificultades de mecanizado Al Si 25 y fabricación. Cu Ni Fundición en coquillo o prensada, tratamiento.

Los pistones de hierro fundido a pesar de sus buenas propiedades de deslizamiento, se usan hoy en día muy raramente, por ejemplo en compresores en motores estacionarios. Tienen una conductividad térmica baja y no admiten un número de revoluciones alto, a causa de su gran masa. Una solución de compromiso es el denominado pistón compuesto cuyo cuerpo de metal alado va roscado a un fondo de acero o de hierro fundido. 7.

PIN DEL PISTON

Es una pieza de acero que sirve para lograr la unión articulada entre el pistón y la biela. 7.1.

Construcción

El pasador esta hecho de acero tratado térmicamente, de tal forma que la superficie es endurecida con un proceso de cementación permaneciendo su interior con otras características par mantener un determinado grado de flexibilidad; puede ser enterizo o hueco.

7.2.

Tipos de Fijación

Existen tres alternativas de conexión entre el pistón y el pie de biela: a.

Flotante: Libre tanto en la biela como en el pistón.

b.

Oscilante: Fijo en pistón y libre en la biela.

c.

Fijo: Fijo en la biela y libre en el pistón. 39

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7.3.

Formas de lubricación del pin o bulón

Presión

8.

Tobera de inyección de aceite

ANILLOS

Son elementos que forman parte del conjunto móvil. Van instalados en las ranuras del pistón. 8.1.

Construcción

Se fabrica de hierro fundido de alta calidad. Su forma corresponde a una curva para tener una tensión natural que puede ser reforzada con resortes que se colocan debajo de los anillos. Regularmente, el primer anillo de compresión lleva una protección de cromo duro en la cara de contacto.

8.2.

Tipos

40

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Diversas colocaciones de los segmentos, 1 de compresión, 2 rascador de aceite

Los anillos de acuerdo con su finalidad son: 1. De compresión Los anillos de Compresión tienen la función de mantener la estanqueidad entre la cámara de combustión y el cárter, además disipan gran parte del calor producido en la cabeza del pistón transfiriéndolo a las paredes refrigeradas de los cilindros. Para desempeñar estas funciones, los anillos de compresión tienen comúnmente la sección cuadrada o trapezoidal. En algunos casos tienen formas especiales. El primer anillo de compresión está sometido a grandes presiones y altas temperaturas, por lo tanto está expuesto a mayor desgaste, siendo necesario protegerlo con una película de Cromo para aumentar su resistencia. Algunas veces este anillo lleva un perfil especial.

2. De lubricación Los anillos de lubricación tienen la función de controlar la formación de una película lubricante en la falda del pistón, para facilitar el deslizamiento del pistón dentro del cilindro. También permiten el retorno del aceite hacia el cárter a través de los orificios del fondo de las ranuras del pistón. Actualmente en lugar de un anillo de una sola pieza (enterizo) se utiliza un conjunto de láminas de acero cromadas y con un resorte separador y expansor entre las láminas. Existen anillos con diferentes perfiles, tal como muestra la tabla siguiente:

41

Mantenimiento y Reparación de Motores Diesel Aros de pistón Forma del aro Prescripción de montaje Sección transversal Designación Símbolo Aro rectangular R Posible en ambas (DIN 709 10, aro direcciones de compresión ) Aro rectangular RIF El bisel hacia la cabeza del con bisel interior pistón (Aro de bisel interior) Aro de minutos M La cara marcada “Top” del aro hacia la cabeza del pistón Aro trapezoidal Tr El flanco cónico del aro (unilateral) hacia la cabeza del pistón Aro en L

LR

Aro de nariz N (con talón)

El diámetro interior mayor hacia la cabeza del pistón, o sea borde superior aro = borde de cabeza de pistón El talón torneado hacia el vástago

Aro rascador de O aceite con ranura (normal) Aro rascador de Oex aceite con resorte de expansión Aro rascador de SF aceite con muelle de gusanillo

Posibles en ambas direcciones

Objeto de forma Facilidad fabricación

Presión de apriete reforzada por los gases de la combustión. Acción suplementaria de rascado del aceite. Acción de rascado con paso del aceite. Acción de rascado con paso del aceite interior del pistón. Aumento de la presión de apriete, mejor aspecto de rascado.

Para el montaje de anillos deben ser observados los siguientes aspectos: -

Juego lateral en las ranuras.

-

Juego entre puntas (luz de anillos).

-

Distribución de las aberturas en el pistón (observando el principio de laberinto). Se divide la circunferencia (360°) entre el número de anillos del pistón.

COJINETES DEL MOTOR 42

de

Aceleración del proceso de adaptación (principalmente en la ranura superior)

8.3. Uso y Condiciones de Uso:

9.

la

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Los cojinetes del motor son piezas que van intercaladas entre los ejes y los apoyos de los órganos vitales, para ayudar a reducir la fricción permitiendo mejorar la eficacia de los motores y prolongar su vida. 9.1.

Ubicación

Estos cojinetes se intercalan entre: 1. El eje cigüeñal y sus bancadas (cojinetes de bancada). 2. El eje cigüeñal y las bielas (cojinetes de biela). 3. Eje de levas y sus apoyos (cojinetes de levas). 9.2.

Metal antifricción

La superficie de los cojinetes, expuestas a los efectos del movimiento está recubierta por aleación de metales suaves llamada metal antifricción. El metal antifricción posee buenas características de deslizamiento y su punto de fusión es mucho más bajo que el de los metales de las piezas que protege. Tiene un alto índice de resistencia a la fatiga, lo que permite larga vida. La aleación que compone el metal antifricción varía de acuerdo con el tipo de motor y las características de trabajo a que se destina. Las más empleadas son hechas a base de babbit, aluminio, cobre y plomo.

Metal Base Babit Aluminio cobre y plomo

9.3.

Tolerancias de fabricación

El cojinete del motor es una pieza muy precisa y sus tolerancias de fabricación deben ser mantenidas en milésimas de milímetro. 9.4.

Nomenclatura

La figura siguiente detalla la nomenclatura más usual para determinar las partes de los cojinetes de motor.

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9.5.

Presión Radial

El cojinete permanece fijo, con toda su superficie de apoyo en contacto con el alojamiento que permite la disipación del calor. 9.6.

Resalto de Localización

El resalto de localización permite instalar el cojinete solamente en su posición correcta. Normalmente el resalto se proyecta fuera de la línea de separación de los cojinetes y encaja perfectamente en su alojamiento. En algunos de los casos, el cojinete es localizado por medio de un pin guía. 9.7.

Ranuras de lubricación

Sirven para distribuir el aceite lubricante, en forma de película sobre toda la superficie de contacto, del cojinete con el eje.

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9.8.

Cojinete Principal

En todos lo motores existe un cojinete de bancada, llamado cojinete principal o de empuje que sirve para regular el juego longitudinal del cigüeñal. Para el efecto, sus flancos están revestidos en material antifricción. Puede ser entero o de varias piezas.

9.9.

Causas de Averías

Bajo condiciones normales de funcionamiento los cojinetes tienen una vida bastante larga. Sin embargo por efecto de montaje o por operación inadecuada del motor pueden sufrir desgaste prematuro. Las causas más comunes de desgaste prematuro son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 10.

Partículas extrañas en el lubricante. Montaje defectuoso de los cojinetes. Deslizamiento con relación del eje. Lubricación insuficiente o inadecuada. Sobrecarga. Corrosión. CAMISAS DEL MOTOR

Son piezas en forma de tubo de poco espesor. En su interior cilíndrico y liso se desliza el pistón. 10.1. Construcción Las camisas pueden construirse con materiales diferentes a los del bloque, utilizando en su fabricación hierro fundido, acero todo estirado y cromado y aleaciones especiales. 10.2. Tipos Hay dos tipos de camisas: - La húmeda - La seca Ambas se usan en motores de dos tiempos y cuatro tiempos.

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Camisa Seca

Camisa Húmeda

10.3. Características La característica principal de la camisa húmeda, reside en que entre el bloque del cilindro y la superficie externa de la camisa queda un espacio por donde circula el agua que refrigera la camisa. Para lograr la estanqueidad se instalan aros de goma o cordones sellados, de modo que queden apretados entre la camisa y el bloque, evitando de esta manera las fugas de agua. La parte alta no precisa de empaques o sellos, debido a que el asiento se efectúa entre dos superficies mecanizadas y firmemente apretadas por el efecto que ejerce la culata sobre la pestaña de la camisa, no obstante cuando se utilizan láminas o suplementos de ajuste estos actúan como sellos. La camisa seca se caracteriza porque no está en contacto con el agua de refrigeración y tiene menos espesor que la camisa húmeda. Algunos tipos no tienen pestaña. 10.4. Ventajas y Desventajas Camisas Húmedas Ventajas: -

Debido a su contacto directo con el agua de refrigeración, la camisa húmeda tienen una buena disipación del calor.

-

Se puede cambiar devolviendo la medida de origen al cilindro sin alterar las características generales del motor.

-

Para un mismo bloque, se puede instalar diversos juegos de camisas a fin de aumentar o disminuir y obtener cilindradas distintas.

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Desventajas: -

La pestaña de la parte superior requiere un mecanizado bastante delicado.

-

Ciertos motores (poco corrientes) tienen un apoyo en la parte baja de la camisa para facilitar la instalación de los sellos, que en caso de dilatación, puede causar la deformación de la camisa.

-

Para evitar los riesgos de corrosión, las paredes exteriores de la camisa deben ser sometidas a tratamientos especiales.

Camisa Seca Ventajas: -

Permiten mayores diámetros de cilindros y válvulas en la cabeza de mayor diámetro.

-

No presta problemas de estanqueidad: por lo tanto no lleva sellos.

-

Se puede adaptar a bloque con cilindros integrales para lograr el diámetro de origen de los cilindros.

-

No tiene peligro de corrosión externa.

Desventajas: -

El montaje de la camisa seca a presión requiere un procedimiento más cuidadoso y algunos casos un rectificado posterior.

-

El mecanizado exterior debe hacerse con tolerancias muy estrictas con la finalidad de lograr un contacto perfecto con el bloque.

-

Evitar puntos de concentración térmica y la ascensión por capilaridad del aceite del cárter entre el bloque y la camisa.

11.

CAMARA DE COMBUSTION

El tamaño de la cámara de combustión está determinado por la relación de compresión. No obstante la forma es el factor más determinante, ya que influye en la turbulencia de la mezcla, el proceso de combustión, las propiedades de resistencia al pistón del motor y finalmente la potencia del mismo.

La cámara de combustión debe ser un espacio lo más compacto posible y con poca superficie. La forma más favorable sería la esférica, ya que con esta forma sería mínimo el recorrido del frente de combustión. Sin embargo, debido a la ubicación de las válvulas de los motores de cuatro tiempos, la solución debe apartarse de esta forma ideal.

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12.

VOLANTE DEL MOTOR

Es una rueda pesada que va fijada en un extremo del cigüeñal. 12.1. Constitución Consta de las siguientes partes: 1. Superficie de ficción. 2. Cremallera. 3. Superficies de acoplamiento. 4. Alojamiento del cojinete piloto.

1. Superficie de fricción Es una superficie completamente lisa donde generalmente hace contacto el disco de embrague. 2. Cremallera Esta situada en la volante. Por medio de ella se posibilita el arranque de los motores.

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3. Superficie de acoplamiento Es la parte que sirve para unirse con el cigüeñal. 12.2. Construcción Se fabrica de acero o de fundición. Su peso lo determina el fabricante considerando el número de cilindros y la aplicación que va a tener el motor. 12.3. Función Tiene por función acumular energía en forma de movimiento para devolverla en los tiempos negativos del motor, o sea cuando falta el impulso motriz creado por la carrera de fuerza o expansión. La volante esta equilibrada para lograr un funcionamiento regular, sin variaciones que alteren la uniformidad de la rotación del motor. 12.4. Uso y Condiciones de Uso Para que la volante trabaje satisfactoriamente debe reunir ciertas condiciones de uso: -

La superficie de fricción debe estar completamente lisa. La cremallera y el cojinete piloto deben estar en buenas condiciones. Se debe comprobar el alineamiento, debido a que una volante torcida o desalineada por defectos del montaje, produce vibraciones y giro irregular del motor.

13. CARTER Es el elemento del motor que protege sus partes internas y almacena en principio el aceite utilizado en el sistema de lubricación. 13.1Constitución Normalmente en motores de regular tamaño el depósito o cárter propiamente dicho, se fija por medio de tornillos interponiendo una junta o empaquetadura.

13.2Características Generalmente y según el diseño, la potencia y uso del motor, el cárter se fabrica en acero laminado o fundido de aleación de aluminio con deflectores internos que evitan el desplazamiento brusco del aceite. Para aumentar la disipación del calor y dar mayor rigidez estructural, el cárter de aluminio posee aletas externas que integran la unidad. En su parte más inferior un tapón roscado posibilita el drenaje del aceite. Para equilibrar las presiones provocadas por el funcionamiento del motor dentro del cárter, se coloca un tubo de respiradero, que se aloja en el bloque de cilindros o en la tapa de válvulas. En ciertos motores, en las partes delantera y posterior del cárter se encuentran los alojamientos de retenes o sellos que evitan perdidas de aceite. 49

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14. SISTEMA DE DISTRIBUCION DEL MOTOR 14.1 Misión y Constitución

50

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La distribución del motor tiene por misión hacer posible la admisión de gases frescos en los cilindros, y la expulsión de los gases quemados en determinados momentos. La constitución del sistema de distribución, sobre todo la disposición de las válvulas, influye básicamente en la estructura del motor. Se acciona el sistema de distribución desde la rueda del cigüeñal al árbol de levas. Las levas abren las válvulas de admisión y de escape contra fuerzas de resortes por medio de elementos de transmisión de fuerzas, por ejemplo los taques o empujadores.

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Puesto que a altas revoluciones las piezas que transmiten las fuerzas, por ejemplo los taques y varillas de empuje, como consecuencia de su masa producen fuerza de inercia en la abertura y cierre rápido de los válvulas, a menudo éstas son accionadas directamente por el árbol de levas a través de palancas basculantes o balancines.

A menudo no hay balancines ni palanca basculante, ni tampoco sus soportes. En estos casos el árbol de levas actúa directamente sobre las válvulas a través de empujadores en forma de taza. Para ello con cámaras de compresión en forma de tejado suelen utilizarse dos árboles de levas. 14.2 Elementos 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Cigüeñal. Engranajes del eje de levas y del cigüeñal. Eje de levas. Buzos. Varillas impulsoras. Conjunto de balancines. Mecanismo de válvulas (resortes, guías asientos, retenes).

14.3. Válvulas Son los órganos de la distribución que se encargan de controlar el ingreso y salida de la mezcla fresca y los gases quemados. Cada cilindro de un motor de cuatro tiempos tiene por lo menos una válvula de admisión y una de escape. Los diámetros de la cabeza de válvula y la carrera de válvula tienen que ser de magnitud tal que la resistencia opuesta a la corriente de gases frescos como a la de los quemados sea lo menor posible. Gracias a la elevada presión de los gases quemados al abrirse las válvulas de escape, el vaciado rápido del cilindro se consigue en válvulas de escape de diámetro más pequeño. Los motores de alto rendimiento tienen a veces dos válvulas de admisión y dos de escape por cilindro. 52

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La válvula se compone de la cabeza con asiento cónico de 45° y el vástago. Puesto que la cabeza junto con el asiento de válvula de la culata debe cerrar herméticamente la cámara de combustión, tiene un torneado o rectificado fino. El extremo de vástago posee una entalla o uno o más canales, en los cuales encajan piezas cónicas o chavetas de válvula. Mediante los platos de resortes de válvula se comprimen las piezas cónicas de sujeción en los canales del cuerpo de la válvula. Las válvulas están sometidas a solicitaciones extremadamente altas. Se levantan aproximadamente 3000 veces por minuto y son impulsadas de nuevo a sus asientos por sus resortes de válvulas. En el vástago y en su extremo están sometidas a desgastes. La válvula de admisión está refrigerada constantemente por los gases frescos de entrada pero puede alcanzar temperaturas hasta de 500°C. La válvula de escape está sometida a solicitaciones térmicas elevadas debido a los gases calientes de la combustión (hasta 800°C en el platillo de válvula), y a fuerte corrosión química. De acuerdo con su utilización, las válvulas de admisión y escape se fabrican de diferentes materiales. Constitución 1.

Cabeza o parte circular de la válvula. Puede ser plana, convexa o cóncava.

2.

Margen o espesor que presenta la válvula entre la cabeza y su cara, para evitar que por efecto del calor se deforme o se queme.

3.

Cara de asiento o parte de la válvula que se apoya sobre el asiento y se produce un cierre hermético. El ángulo de la cara, normalmente, es de 30° y 45°, en su extremo las cámaras de fijación de los seguros.

4.

Talón o cola, zona que entra en contacto con el balancín.

14.4 Tipos Hay diversos tipos pero la más usada es la válvula llamada Hongo, por la forma de su cabeza. Se clasifican según su función que desempeñan, en: a. Válvulas de admisión. b. Válvulas de escape. La válvula de admisión es la encargada de permitir la entrada de aire al interior de los cilindros. La válvula de escape permite la salida de los gases. 53

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Constitución a.

Válvulas de admisión: normalmente se construye de acero – cromo – níquel. Algunas poseen un deflector cuya finalidad es crear la turbulencia del aire durante la admisión (motor Diesel).

Estelita

En algunos tipos la cara del asiento de las válvulas es recargada con Estelita (aleación de acero con cromo, tungsteno y carbono) la cual se aplica por medio de soldaduras especiales. Mediante este sistema se obtiene mayor endurecimiento y resistencia para disminuir el desgaste y prolongar la duración. Cuando la válvula es sometida a este tratamiento requiere un asiento de características idénticas, y no puede ser esmerilada o pulida en forma normal, sino por medio de materiales abrasivos especiales. Válvulas de escape: los materiales son similares a los de admisión, pero se les agrega tungsteno para soportar las altas temperaturas. Los vástagos de las válvulas son prácticamente iguales en diversos modelos; se usa acero y níquel para los vástagos de las válvulas de admisión, y aleaciones diversas de acero para los vástagos de las válvulas de escape. En algunos casos los vástagos de las válvulas de escape tienen una zona de menor diámetro en la cabeza con la finalidad de evitar que se acumule exceso de carbón en el vástago y pueda trabar el movimiento de la válvula. En el extremo del vástago de las válvulas está situada la ranura que aloja los seguros. Los tipos de ranuras para los seguros son muy diversos. Características La válvula de admisión se caracteriza por tener la cabeza mayor diámetro que la de escape. La válvula de escape tiene la cabeza de diámetro menor, pero sus materiales resisten elevadas temperaturas. Uso y Condiciones de Uso Deben presentar un cierre hermético entre el asiento y la cara de la válvula. 54

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Mantenimiento Se deben desmontar, limpiar y rectificar según indicaciones del fabricante de acuerdo con el estado que presentan después de cierta cantidad de horas de trabajo del motor. Igualmente, se deben comprobar la regulación de las válvulas. 14.5 Válvulas especiales a. Válvulas con relleno de sodio para resolver el problema del calentamiento se usan válvulas con vástagos huecos, el relleno con sodio metálico que al licuarse el calor a las guías y cámaras de refrigeración. Estas válvulas se construyen con un tratamiento especial que les da un mayor endurecimiento. Para rectificarlas o pulirlas se requiere materiales abrasivos de una dureza correspondiente a la válvula. Se debe evitar usar este tipo de válvulas para construir herramientas, debido a que el sodio puede explotar al tener contacto con chispas. b. Válvulas bimetálicas algunos fabricantes usan dos aleaciones o metales diferentes para construir las válvulas; una clase de metal para la cabeza, y otra para el vástago. Se usan materiales resistentes a las altas temperaturas para la cabeza y otros resistentes al desgaste y la corrosión para el vástago. Los metales se unen por procedimientos especiales de fusión.

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14.6 Rotadores Debido a las condiciones normales de funcionamiento, los asientos y caras de válvulas tienden a picarse y corroerse. Hasta cierto grado, esto puede contrarrestarse usando giradores de válvulas. Haciendo girar las válvulas, se limpiarán las acumulaciones de carbón reduciéndose o eliminándose las picaduras y quemaduras, lográndose además, una temperatura más uniforme alrededor de la circunferencia de la válvula lo cual es un factor importante en promover una mayor duración de las válvulas. Ha sido diseñado para ser instalado en la misma forma que un resorte de válvula corriente y se usa cuando es imperativo lograr una máxima duración de las válvulas. La rotación ocurre como resultado del movimiento regular de las válvulas siendo dependiente de la diferencia en la carga de resorte de válvula entre la posición cerrada de la válvula y la abierta. En recorridos de prueba, la duración de las válvulas se ha extendido de 20 000 a 85 000 millas (32 000 a 137 000 Km), por uso de giradores de válvulas.

14.7 Asiento de válvula Es el elemento en el cual se apoya la cara de asiento de la válvula propiciando con este un cierre hermético. Normalmente en las culatas de hierro fundido los asientos de válvulas se tornean o se fresan directamente en el material de aquella. En las culatas de aleación de aluminio, y también en algunos de hierro fundido se insertan a presión o por contracción, unos anillos de aleación de cobre y estaño, de acero de alta aleación al cromo – manganeso y también de acero duro, con el fin de aumentar la resistencia del asiento de la válvula. Generalmente los asientos de válvula de la culata tiene el mismo ángulo de la cara de asiento de la válvula, siendo normalmente de 45°. Para reducir la resistencia a la corriente de gas se ajusta la anchura de los asientos, se biselan a 15° y 75° (ángulos correctores).

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Para conseguir un cierre hermético el apoyo de la válvula en el asiento de la culata no debe ser demasiado ancho. En las válvulas de admisión es de máximo 1.5 mm, en las de escape es de máximo de 2 mm. A veces los ángulos de asiento en la cara de la válvula y en el asiento se hace algo diferente por ejemplo 44° en la cara de asiento de la válvula y 45° en el asiento. De esta manera se forma una arista de cierre hacia la cámara de combustión, que durante el tiempo de funcionamiento aumenta hasta alcanzar la anchura de asiento normal.

Tipos Existen dos tipos de asientos. a. El fijo. b. El de asiento removible o postizo. El asiento fijo está mecanizado en la culata, (fig. a) en cambio el postizo consiste en un anillo metido a presión en el alojamiento de la culata, (fig. b) los asientos de las culatas de aleación ligera son siempre postizos. Mantenimiento Cada vez que se desmontan las válvulas, los asientos se deben limpiar, pulir o rectificar, según su estado. 14.8

Resortes de válvulas

Los resortes de válvulas tienen por misión la de cerrar las válvulas y mantenerlas cerradas, tienen que ser lo suficientemente fuertes para que el cierre se realice rápidamente y se eviten ampliamente las oscilaciones (ruidos de válvulas). Si son demasiado fuertes aumenta el desgaste de la cara de la válvula y asiento de la culata. Como resorte de válvula se emplea los helicoidales. Se montan con tensión previa. En los motores con distribución en culata, las roturas de los resortes producen daños graves en el motor, ya que entonces la válvula penetra en la cámara de combustión. En las válvulas con dos resortes se evita la caída de la válvula si se rompe uno de ellos. Tipos El tipo usado normalmente en los motores es el resorte helicoidal. Existen resortes cilíndricos o rectos y resortes cónicos.

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Construcción Se fabrican normalmente con alambre de acero elástico, hierro puro aleaciones especiales. Características Los resortes se caracterizan por la forma de sus espiras. En algunos están uniformemente espaciadas, en otros, hay un número de espiras unidas en ambos extremos. Cuando las espiras están unidas en un solo extremo, ese lado debe colocarse hacia la culata. 14.9 Guías de Válvulas Las guías de válvulas tienen la función de orientar el desplazamiento de las válvulas para que puedan asentar correctamente sin variación durante el funcionamiento del motor. Se construyen de hierro o de bronce fosforoso, en el segundo caso, ocasionan muy poco desgaste y transmiten muy bien el calor. En algunas marcas de motores, la guía de válvulas forma parte del bloque o de la culata lugar donde es mecanizada y es denominada Guía Fija. En otros casos se emplean guías postizas o removibles, que se instalan con ajuste por interferencia llamado así porque el diámetro de la guía es mayor que el taladro donde va instalada, cuando ambas piezas están a la temperatura ambiente. Por la dilatación que soportan las válvulas durante el trabajo requieren una tolerancia entre el vástago y la guía respectiva, que evita el agarrotamiento. Tipos Hay dos tipos de guías: a. La fija. b. La postiza. Construcción Generalmente se construyen de hierro fundido. En algunos casos la superficie interior esta cubierta con grafito para mejorar las condiciones de lubricación. La guía fija es mecanizada en la culata. 14.10 Buzos, Varillas y Balancines Son elementos que transmiten el movimiento del árbol de levas hasta las válvulas para que estas realicen su cierre y su apertura durante los ciclos de trabajo correspondiente. Buzos Son piezas cilíndricas que actúan como elemento intermedio en la transmisión del movimiento del eje de levas a las válvulas, suprimiendo el desgaste y las reacciones laterales en el vástago producidos por la leva. Se fabrican en diferentes formas, con acero cromo – níquel o un acero nitrurado. Es cementada la superficie exterior para resistir la fricción y las presiones durante el funcionamiento del motor. 58

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Se instalan en las cámaras de los buzos en el bloque del motor y para facilitar su desplazamiento se les reduce el peso por medio de perforaciones o lados abiertos. a. Características Para facilitar su rotación en algunos casos el buzo se encuentra descentrado con respecto a la leva. Otros tipos tienen la superficie de contacto elevada para lograr la misma finalidad.

b. Tipos Según la característica se fabrican dos tipos: B1. Mecánicos

B2. Hidráulicos

Varillas Son piezas rectas construidas de acero, sus extremos son terminados de forma que pueden adaptarse a las superficies de apoyo de los buzos y los balancines. La forma más común es la mostrada, donde un extremo termina en forma de semiesfera y el otro en una especie de copilla. Las dimensiones de las varillas varían de acuerdo con las características de cada motor y su función es la de transmitir el movimiento de los buzos a los balancines. Observaciones Los motores que tienen el árbol de levas en la culata no usan varillas de empuje. Balancines a. Construcción Se fabrican de diversos materiales por proceso de estampado, fundición y forja, normalmente están alojados en lo que se denomina árbol de balancines. b. Árbol de balancines. 59

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Constitución 1. Balancín. 2. Bocina de balancín. 3. Resortes de separación. 4. Tornillo y tuerca de regulación de válvulas. 5. Eje de balancines. 6. Soporte. 7. Tornillos de fijación. 8. Tapón. 9. Resorte de reten. 10. Reten de seguridad. c. Función La función de los balancines es la de abrir las válvulas, algunos motores Diesel disponen de un balancín para accionar el inyector. El eje del conjunto de balancines bien pulido generalmente es hueco, con orificios para la lubricación y para los tornillos de fijación de los soportes. Por el eje de balancines circula el aceite que lubrica los balancines y los vástagos de las válvulas. El largo del eje depende del tipo de motor. Los tornillos de fijación en algunos casos tienen rosca en la cabeza, y sirve para alojar el tornillo de la tapa de los balancines. También es común que algunos de estos tornillos sean huecos, para permitir la entrada del aceite lubricante desde los conductos de lubricación del bloque al eje de balancines. 14.11 Retenes de Válvulas Son elementos que se usan en el sistema de distribución para evitar el paso del aceite entre el vástago de la válvula y la guía, eliminando así el consumo excesivo del aceite y la formación del carbón en la parte interior de la válvula. Tipos Debido a la variedad de motores existen varios tipos de retenes, tenemos de anillo, capucha y de presión.

Materiales de Construcción Generalmente los diferentes tipos de retenes se fabrican de caucho sintético o teflón, los retenes tienen la propiedad de no ser corroídos ni deformados por las altas temperaturas del motor, conservándose en buenas condiciones para cumplir con su función. Ventajas de los retenes. 60

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1. Elimina el consumo de aceite por la guías de válvulas. 2. Detiene el humo de escape producido por las pérdidas de aceite. 3. Facilita el afinamiento del motor y permite una marcha mínima más suave porque impide el ingreso de aire a los múltiples. 4. Aseguran la economía del aceite después de un cambio de anillos aumentando el vacío en la aceleración. 15. ARBOL DE LEVAS Tiene la misión de efectuar el movimiento de la carrera de las válvulas en el momento correcto y en el orden debido y hacer posible el cierre de las mismas por medio de los resortes de válvulas: del instante de apertura de las válvulas y de la duración de las misma se construye el diagrama de mando del motor. El instante de la abertura viene determinado por la posición de la leva. El tiempo que está abierta, la magnitud de la carrera de la válvula y el desarrollo de los movimientos de apertura y cierre de las válvulas están determinados por la forma de la leva. En el caso de una leva plana oval la válvula se levanta y cierra despacio estando brevemente completamente abierta. Con una leva más empinada llamada también leva en punta la válvula se abre y cierra rápidamente estando más tiempo completamente abierta. Pero puesto que con estas levas las fuerzas de la aceleración generadas y el desgaste de las mismas son mayores solo se emplean en los motores de alto rendimiento. Para mejorar el intercambio de gases a menudo las levas son asimétricas, la parte plana provoca una abertura lenta, mientras que en la parte de mayor pendiente hace posible un mayor tiempo de abertura y un cierre rápido.

Generalmente los árboles de levas son de fundición dura en coquilla, de fundición gris con grafito esferoidal, o de fundición maleable negra. Otras veces son de acero forjado para aumentar la resistencia al desgaste; las superficies de las levas y los puntos de apoyo se templan superficialmente excepto la fundición en coquilla. Los árboles de levas giran sobre cojinetes de fricción que tienen la forma de soportes colocados en la culata o bien son taladros de apoyo hechos en la culata y también pueden ser fijados en alojamientos propios sobre la culata. 61

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15.1. Partes 1. 2. 3. 4. 5.

Eje. Leva. Muñones. Engranaje de accionamiento del distribuidor y de la bomba de aceite. Excéntrica de accionamiento de la bomba de gasolina.

UNIDAD IV

SISTEMA DE LUBRICACION

1. INTRODUCCION La eficacia y duración de un equipo mecánico, depende tanto de la lubricación correcta como de un diseño apropiado. La importancia de la lubricación correcta, es cada día mayor debido a que los dientes de los engranajes, los cojinetes y las paredes de los cilindros trabajan a mayores cargas y velocidades en las máquinas modernas. Si no se usa correctamente, un lubricante de la más alta calidad, puede reducir la duración de cualquier máquina, la experiencia ha demostrado, que muchos problemas de servicio, pueden ser atribuidos al uso del lubricante incorrecto o a utilizarlos en forma indebida.

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2.

PRINCIPIO DE LUBRICACION

La lubricación ya era conocida por los hombres primitivos, que usaron formas para transportar sus materiales con mucho esfuerzo, untando partes de apoyo con aceites o grasas que obtenían de los animales que cazaban. Pero conforme evolucionaba gracias a sus experiencias combinaron con otras grasas de origen vegetal. Con la aparición de las máquinas, sus piezas no podían soportar los esfuerzos a que se sometían, sin tener una sustancia que permitía deslizarse o moverse con mayor facilidad. 3.

EL ACEITE LUBRICANTE

Es un líquido grasoso que se extrae generalmente del reino mineral, vegetal y animal, sirve para interponer entre dos superficies en movimiento y disminuir en lo posible la pérdida de potencia por fricción o rozamiento. 4.

FRICCION

Es la resistencia al movimiento, al rozar un cuerpo contra otro. Es decir que a la fuerza opuesta al movimiento se conoce como fricción. Si los cuerpos son rígidos, se llama fricción sólida o de deslizamiento. 4.1.

Fricción Deslizante

La fricción deslizante existe en todas las superficies de los cuerpos . Ninguna superficie, aún pulida por una máquina, es lo suficientemente lisa. 63

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A simple vista no se nota, pero si la observamos, con un microscopio, la superficie se verá como si fuera una cadena montañosa, valles o quebradas. Las diminutas protuberancias, en la superficie se llaman asperezas. Cuando dos sólidos rozan entre sí, la interferencia entre asperezas opuestas, causa una porción considerable de fricción. Todos los cuerpos se ven afectados por la fricción en una u otra forma.

Así tenemos que: -

La fricción convierte la energía en calor.

-

La energía produce trabajo.

-

La fricción reduce la capacidad de trabajo y la eficiencia de cualquier máquina.

4.2.

Necesidad de la fricción

Si todos los cuerpos están expuestos a la fricción, lógico que a menudo sufran sus efectos. Es decir: a) Desgaste. b) Soportar altas temperaturas. Todo esto constituye un serio peligro para los motores y demás maquinarias. Sin embargo la fricción es útil y necesaria, sin ella no sería posible caminar. Las ruedas de un vehículo no tendrían agarre con suficiente fuerza en la pista. Los embragues de los vehículos no transmitirían potencia, Ni los frenos tendrían ningún efecto para detener las ruedas. 4.3.

Clases de Fricción

Fricción Sólida por deslizamiento, se produce cuando una superficie se desliza sobre otra sin lubricación. Fricción Fluida si dos cuerpos deslizantes son separados por un líquido o una especie de película líquida, la fricción entre ellos se disminuye. El contacto de estos metales en movimiento, trae consigo: 64

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1. 2. 3. 4.

Calor. Dilatación. Desgaste. Agarrotamiento.

4.4.

Reducción de la fricción

Uno de los problemas que se presentan en la mecánica es controlar la fricción, es decir, aumentar la fricción donde se requiere y reducirla donde no es conveniente. Cuando hay dos superficies deslizantes separadas por una película de aceite, se crea un flujo laminar. Este flujo se comporta como un camino de rodamiento que está constituido por capas superpuestas.

Rozamiento en Seco

Rozamiento semilíquido

Rozamiento líquido

5.

LUBRICACION

Se conoce como lubricación, al hecho de introducir un fluido entre dos superficies en movimiento, para mantener una película de separación evitando el contacto de metal con metal, con el objeto de disminuir la fricción. Se disminuye de esta manera el calentamiento y el desgaste. Al fluido se le llama lubricante y aplicarlo lubricar. 5.1.

¿Para que Lubricar?

1. Reducir la fricción. 2. Disipar calor. 65

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3. Evitar la dilatación excesiva. 4. Disminuir el desgaste. 5. Prevenir el agarrotamiento. 5.2. -

Lubricar. Reducir la pérdida de fuerza por fricción. Absorber y disipar el calor. Hacer hermético el cierre de anillos. Amortiguar los ruidos del motor. Limpiar las piezas y arrastrar la suciedad.

5.3. -

Funciones del Aceite

Métodos de Aplicación de los Aceites Lubricantes

Lubricación por Salpiqueo o Barboteo En este método se emplea la parte mas baja del cárter como depósito del aceite. En los motores de combustión interna, la circulación del aceite se obtiene colocando unas cucharas en los extremos de las cabezas de las bielas. Las cucharas se encargan de paletear el aceite para hacerlo salpicar mientras el motor funciona, llegando de esta forma el aceite a los muñones del cigüeñal, paredes de los cilindros y demás partes interiores que deben lubricarse Este método de salpique se emplea para engranajes de transmisión y rodamientos.

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Desde la cabeza de biela se engrasan las paredes del cilindro y fondo del émbolo.

-

Lubricación por gravedad Consiste en efectuar una circulación de aceite que llega a la parte que se va a lubricar colocando un depósito en la parte superior del mecanismo que se va a lubricar.

Engrase con cárter seco.

-

Lubricación de presión En la totalidad de los motores se utiliza este método En este sistema el aceite es forzado entre las superficies flotantes bajo el impulso de una bomba la cual lo mantiene en circulación constante, Permitiendo que parte del calor engendrado por la fricción de los cojinetes y demás elementos flotantes del motor se disipe por el aceite que circula por los conductos del sistema. Un manómetro mecánico o eléctrico, comunicado con un conducto del sistema indica la presión existente, la cual es originada por la acción de la bomba. 67

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-

Lubricante por Gotas o Lubricador Mecánico En algunos motores de gran tamaño se utiliza un lubricador mecánico. Este aparato es accionado por el motor, pero también está dotado de una manivela, la cual puede ser accionada a mano cuando se desea abastecer una buena cantidad de lubricante a determinados órganos del motor. Antes de poner en marcha el motor es preciso hacer girar la manivela unas cuantas vueltas, con el objeto de pre - lubricar los órganos del motor, Lo cual no sólo facilita la puesta en marcha, sino que ayuda a prolongar la vida de todos los elementos del motor.

6.

PROPIEDADES DEL ACEITE

6.1.

Viscosidad

La viscosidad constituye una medida del rozamiento interior que se opone a que fluya el aceite lubricante. La viscosidad dinámica resulta como la medida del espesor o bien la resistencia a fluir de un líquido. Los aceites lubricantes tienen una amplia gama de viscosidad que varía con la temperatura. 6.2.

Punto de desprendimiento de Gases

Cuando el aceite llega a un grado de temperatura, desprende vapores en suficiente cantidad. 68

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6.3.

Punto de combustión

Es la temperatura a la cual el aceite continúa ardiendo cuando se le somete a la prueba anterior. 6.4.

Punto de fluidez y congelación

El punto de fluidez crítica de un lubricante es la temperatura más baja a la cual fluirá el lubricante sin congelarse. 6.5.

Gravedad

Es la relación de peso que existe entre el agua y el lubricante. 6.6.

Color

El color se controla por el refinado, con el fin de mantener un color estable para cada marca de fabricación y para cada tipo de aceite. 6.7.

Índice de viscosidad

Nos indica la variación de la viscosidad de un aceite frente a la acción de temperatura. 6.8.

Untuosidad

Es la adherencia del aceite a las superficies metálicas a lubricar debido a la estructura de las moléculas Las cuales se fijan fuertemente en las superficies de lubricación. 6.9.

Volatilidad

La volatilidad de un aceite nos interesa, En especial en los casos de temperaturas elevadas, Las cuales ocasionan pérdidas de aceite y residuos carbonosos. 6.10. Acidez Es el porcentaje de ácidos libre que contiene el aceite. Los ácidos son perjudiciales para el lubricante porque atacan a los metales que se encuentran en contacto con el lubricante. 6.11. Porcentaje de cenizas Las impurezas siempre son indeseables, en los aceites, Generalmente proceden de los elementos utilizados en la refrigeración y Que no han sido eliminados en su totalidad. 69

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7. LOS ADITIVOS. Son sustancias químicas que en pequeña cantidad se añaden a los Aceites para proporcionarles ciertas propiedades que son necesarios o También para reducir o suprimir ciertos defectos del lubricante.

Antioxidantes Evitan que el oxígeno del aire ataque el aceite y lo oxide. Detergente Mantiene en suspensión el material sólido que siempre existe en el motor, manteniendo limpias las superficies de los motores. Dispersantes Son compuestos de metal orgánico, que proporciona la propiedad de variar poco su viscosidad con los cambios de temperatura. Extrema presión EP En aquellos casos en que las presiones entre las superficies en trabajo son muy elevadas, la película de aceite debe ser lo suficientemente tenaz para que no se rompan e impida el contacto de metal, caso de coronas helicoidales. Anticorrosivos Protegen las piezas del motor neutralizando los ácidos orgánicos e inorgánicos que se mezclan con el aceite del cárter y que son producto de la combustión. Reductores del punto de solidificación Estos aditivos bajan la temperatura a la cual se solidifica la parafina del aceite. El proceso de desparafinación ayuda a obtener esto, pero se necesita ayuda de reductores para obtener mayor fluidez del aceite a muy bajas temperaturas sin sacrificar otras cualidades deseadas.

8.

CARTER

Es el elemento del motor que protege las partes internas y almacena el aceite que utiliza el sistema de lubricación. El cárter y su empaquetadura se ubican en la parte inferior del bloque del motor mediante tornillos. 8.1.

Características

Según el diseño y el uso del motor, el cárter se fabrica de hierro laminado o de aleaciones de aluminio fundido. En su interior, tabiques o deflectores evitan 70

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el desplazamiento brusco del aceite y le dan más consistencia para evitar abolladuras o deformaciones. Para facilitar el drenaje o evacuación del aceite del cárter, debajo lleva un tapón con un imán permanente que atrae las partículas metálicas que arrastra el aceite al cárter. Algunos fabricantes de motores emplean cárter con aletas, que disipan mejor el calor y facilitan el enfriamiento del aceite, evitando que pierda rápidamente sus propiedades lubricantes. 8.2.

Ventilación del Cárter

La mayoría de los motores de combustión interna tienen instalaciones de ventilación para eliminar los gases de la combustión que fugan de los pistones, anillos y cilindros, vapores de agua o petróleo. Estos vapores se expulsan al exterior por el aire que renueva su ingreso al interior del motor, Evitando que se condensen y reaccionen con el aceite lubricante, Para prevenir la corrosión y el desgaste prematuro de las piezas del motor. El aire que ingresa al motor debe ser filtrado y carecer de elementos abrasivos o extraños. Entre los sistemas más conocidos tenemos: a) El aire que ingresa al cárter atraviesa sólo un filtro de aire. b) El aire que ingresa, atraviesa un filtro y una válvula. La abertura de la válvula la controla el sistema de ventilación cuando funciona el motor.

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9.

BOMBA DE ACEITE

Debido a que el sistema de lubricación debe mantener una constante circulación de aceite lubricante, cuando el motor está en funcionamiento, el sistema, provisto de una bomba de aceite, aspira el aceite desde el cárter y lo envía a las diferentes piezas del motor. 9.1. 1. 2. 3. 4.

Tipos

Bomba de engranaje. Bomba de rotor. Bomba de paletas. Bomba de pistón.

9.1.1. Bomba de Engranajes Consta de los siguientes elementos: a) Cuerpo Es un elemento de hierro fundido o aleaciones de aluminio, que tiene los conductos de entrada y salida del aceite. Una tapa de hierro fundido o acerado que cubre el alojamiento de engranajes. b) Engranajes Son los elementos principales de la bomba. Uno está fijo en el eje de mando y se llama conductor, el otro recibe el nombre de conducido. Se fabrican de acero. c) Colador. Es el elemento que aspira el aceite, se comunica con el cuerpo por un tubo de succión y atrapa algunas partículas que se encuentran en suspensión en el aceite. d) Válvula reguladora de presión. Es un dispositivo que elimina sobre la presión del aceite en el sistema de lubricación. Funcionamiento Cuando funciona el motor el engranaje conductor es movido por el eje de levas o por otros engranajes accionados por el cigüeñal. El otro engranaje libre está sobre el eje fijo al cuerpo de la bomba, y es arrastrado por el engranaje conductor, girando en sentido inverso a éste. En el lado del conducto de entrada, el espacio libre del cuerpo de la bomba aumenta, dando lugar a que en estos espacios se llene de aceite lubricante, para ser transportado hacia el conducto de salida con una determinada presión. 72

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Para que la bomba funcione debe estar llena de aceite, lo mismo que los conductos de aceite en el lado de succión.

Vista y funcionamiento de la bomba de engranajes

9.1.2 Bomba de Rotor Está constituida por: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Cuerpo. Tapa. Anillo dentado. Rotor. Eje del Rotor. Piñón.

A. Funcionamiento Al funcionar el motor, el árbol de levas acciona el rotor por medio del piñón y el eje de la bomba que al girar, arrastra a su vez el anillo dentado y forma un espacio creciente, que se llena de aceite y cuando disminuye el espacio, por acción de rotación, el aceite es expulsado a presión hacia los conductos de lubricación. 73

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Bomba de rotor

9.1.3. Bomba de paletas Cuerpo. O casco metálico, dentro del cual va una excéntrica con las paletas ubicadas en la cámara de la bomba. Excéntrica. O pieza circular que gira dentro del cuerpo de la bomba, pero que está descentrada respecto al eje del cuerpo. Paletas. O elementos que se deslizan al girar la excéntrica. Conductos. U orificios, a través de los cuales entra y sale el aceite. A. Funcionamiento Al girar la excéntrica, también giran las paletas deslizantes, que se adaptan a la pared interior del cuerpo de la bomba, manteniéndose en esta posición por acción de un resorte que las separa Cuando las paletas pasan por el conducto de entrada de aceite, provocan una depresión por el aumento gradual del espacio entre el rotor y el cuerpo y por ello ingresa el aceite de la bomba. Cuando la paleta pasa por el punto de máxima excentricidad, el espacio de la cámara disminuye y se expulsa con presión el aceite por el conducto de salida. El desgaste de las paletas, por rozamiento, se compensa con la acción de su resorte. 9.1.4. Bomba de pistón Consta de un cuerpo cilíndrico con un pistón que recibe movimiento de una biela, accionada por una excéntrica o manivela desde el eje de levas o cigüeñal. En el fondo del cilindro hay dos conductos, uno de entrada y otro de salida, controlados por sus respectivas válvulas de bola y resorte. A. Funcionamiento 74

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Al subir el pistón, se origina en el cilindro una succión que vence la resistencia de la válvula de entrada, haciendo que el aceite entre en la bomba hasta que cese la succión y se cierre la válvula de entrada por acción de su resorte. Al bajar el pistón, presiona el aceite en el cilindro y la válvula de salida se abre, dejando pasar el aceite a los conductos de lubricación del motor.

Bomba de émbolo

10.

Bomba de hoz

FILTRO DE ACEITE

Los filtros de aceite se instalan para evitar que el lubricante se deteriore prematuramente a causa de las impurezas (hollín, limaduras metálicas, polvo). Además, suelen mejorar la refrigeración del flujo de aceite. Hay que distinguir entre filtros del circuito principal y del circuito secundario. Normalmente se montan filtros de circuito principal, porque así todo el caudal impulsado pasa a presión por el filtro antes de llegar a los puntos de lubricación y se eliminan previamente las impurezas. Una válvula de desvío colocada delante del filtro del circuito principal garantiza que, en caso de obstrucción del filtro el aceite puede llegar, sin filtrar, a los puntos de lubricación a través de un conducto de derivación (“by – pass”). La válvula de sobrepresión situada a continuación de la bomba de aceite impide que la presión en los conductos de aceite resulte inadmisible, cosa que puede ocurrir, especialmente, en el arranque en frío. Una válvula de retención situada después de la bomba impide que se vacíen los conductos de alimentación con el motor parado.

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A través de un filtro del circuito secundario, no circula más que una parte del caudal de aceite impulsado (flujo secundario) Porque se encuentra en un ramal paralelo al conducto principal. De esta manera, a los puntos de lubricación puede llegar aceite sucio. Por esta razón se mejora la finura del filtro y el aceite se limpia ciertamente, con mayor lentitud pero con más intensidad. Como sólo pasa una parte del aceite por el circuito secundario, no necesita válvula de desvío. Los filtros obstruidos no pueden bloquear el flujo del aceite hacia los puntos de lubricación. En una hora de funcionamiento, toda la carga de aceite del motor pasa de 6 a 8 veces a través del filtro plegado en estrella (gran superficie). Los filtros del circuito principal y del circuito secundario, dispuestos en un sistema de tuberías a modo de filtro combinado limpian el aire rápidamente y finamente. En este caso se necesita también una válvula de sobrepresión en el filtro del circuito principal. Según las exigencias se montan filtros de distintos tipos. El filtro de rendija (fig. 1), está compuesto por laminillas anulares de acero. Entre las distintas láminas hay dispuestos rascadores. Sí el paquete de láminas se gira mediante una carraca o chicharra, actuando por ejemplo sobre el pedal de embrague, los rascadores separarán la suciedad acumulada que caerá a una cámara para recoger los lodos. Con este filtro se eliminan partículas de suciedad hasta de 0.1 mm.

Figura 1. Filtro de rendija

El filtro – tamiz (fig. 3), limpia el aceite algo mejor que el filtro de rendija. La finura del filtro, que suele ser de bronce fosforoso, acero de cromo – níquel o de tejido plástico, viene limitada por la anchura de la malla. Los juegos de 76

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tamices tiene la forma cilíndrica (camisa – tamiz), de disco (acordeón) o de estrella. Por lo general pueden ser extraídos y limpiarse. Elimina partículas hasta un orden de magnitud de 0.03 mm.

Figura 3. Filtro de tamiz.

Los filtros finos, como por ejemplo los de papel, están dimensionados de forma que su resistencia al paso del líquido no sea demasiado alta a pesar de que el aceite quede bien filtrado. Los elementos filtrantes tienen que recambiarse de acuerdo con las instrucciones de los fabricantes. Los filtros del circuito principal poseen un canal y una válvula de desvío que se abre cuando el filtro está taponado u ofrece al paso del aceite frío y viscoso una resistencia demasiado grande. Los recambios están equipados con papel de filtro o con un relleno de fibras. Estos filtros finos eliminan partículas de suciedad hasta de 0.001 mm. El filtro de uso único (fig. 2), para el filtrado fino del aceite lubricante. Está formado por un recipiente de chapa de acero con tapa rebordeada totalmente estanca a presión y lleva un elemento filtrante de papel impregnado plegado en estrella o de un material especial de fibra. Por razones de seguridad suele llevar una válvula de derivación tarada para abrirse con una presión de 2 bar.

Figura 2. Filtro de uso único.

La centrifugadora (fig. 4), se emplea igualmente como filtro de aceite. Consisten esencialmente en un cuerpo y un rotor que gira en su interior. El aceite separado del circuito principal a un ramal secundario fluye, desde abajo, 77

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a la centrifugadora y después, a través de un árbol hueco, al rotor. De éste llega a través de tamices a tubos inclinados que llevan en su otro extremo toberas de impulsión. Las fuerzas de repulsión o reacción del rotor. En virtud de la fuerza centrífuga las partículas de suciedad contenidas en el aceite son lanzadas contra la pared interior del rotor y quedan allí adheridas en forma de capa de suciedad. Esta capa se elimina periódicamente, según prescripción, después de desmontar la centrifugadora. Las centrifugadoras son accionadas por el aceite con una presión de 2.5 a 5 bar. Alcanzan con ello un número de revoluciones comprendido entre las 3000 y las 8000 por minuto. Las centrifugadoras se atienden y cuidan en cada cambio de aceite. Filtros centrifugadores de parecido tipo de construcción pueden también fijarse en el eje cigüeñal o ser accionadas por éste.

Figura 4. Centrifugadora de chorro libre.

A veces se montan separadores magnéticos. (fig. 5). Generalmente el imán va unido al tornillo de purga del aceite. Este separador retiene las partículas de acero y fundición provenientes del desgaste. En frecuente reunir diversos tipos en uno combinado.

Figura 5. Separador magnético.

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11.

TIPOS DE FILTRADOS DE ACEITE

Durante el funcionamiento del motor, se mezclan con el aceite partículas de polvo, carbón y otras impurezas menores de 0.005 mm, que para la lubricación deben eliminarse del flujo de aceite. 11.1. Tipos El aceite del motor, antes de llegar a lubricar las piezas del motor, debe completar un circuito. Según el circuito, los tipos son los siguientes: -

Filtrado en Derivación

-

Filtrado de Flujo Completo.

Tanto el filtrado en Derivación como el de Tiempo Parcial operan bajo un mismo principio: “Solo una parte del aceite que envía la bomba pasa por el filtro de Aceite”. A. Filtrado en Derivación En este tipo sólo un parte del suministro de aceite procedente de la bomba circula a través del filtro. Se estima que aproximadamente, un 10% del volumen bombeado pasa por el filtro y regresa al cárter, el otro 90% sigue su recorrido y regresa también al cárter. Después de cierto tiempo, todo el aceite resulta filtrado. Según este tipo, el filtro está en una derivación, y en caso de obstruirse el elemento, la circulación del aceite puede continuar a las piezas del motor.

Filtro en derivación.

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B. Filtrado de flujo completo Se caracteriza porque todo el aceite que envía la bomba desde el cárter se filtra antes de lubricar las piezas del motor. Por esta razón, cuenta con una válvula automática de paso, lugar por donde el aceite pasa, cuando el elemento filtrante queda completamente obstruido por las impurezas que en él se acumulan durante el funcionamiento del motor, de tal manera, al quedar anulada la acción filtrante del elemento, no se interrumpe la lubricación. Es necesario cambiar inmediatamente el elemento filtrante, para evitar que las piezas del motor sufran un rápido deterioro, y por estas razones, los filtros están colocados en el exterior del motor y son fácilmente desmontables. Este tipo de filtrado es el más empleado en los motores modernos, además garantiza la limpieza lubricante, que llega a las diferentes partes del motor, contribuyendo así una mayor duración de los motores.

Filtrado total.

12.

VALVULA DE DERIVACION DE ACEITE

La válvula de Derivación de Aceite es un dispositivo de seguridad del sistema de lubricación de flujo total. Ubicada en la base del filtro, permite que el aceite pase directamente a la galería principal y al resto del sistema, cuando: a. El filtro está obstruido. b. El aceite está demasiado viscoso para fluir libremente a través de él. 13.

VALVULA REGULADORA DE LA PRESION DE ACEITE

La válvula reguladora de la presión de aceite, es un elemento que mantiene una presión más o menos constante en el sistema de lubricación, de modo que asegura una amplia lubricación a todas las bancadas y otras piezas lubricadas bajo presión en el motor. 80

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Consta de una pequeña bola o un émbolo, ambas generalmente de acero que se mantienen apoyados sobre su asiento por acción de un resorte calibrado, actúa cuando la presión del aceite es menos que la tensión o cuando el motor no funciona. En algunos casos esta válvula es parte del conjunto de la bomba de aceite. En otros, puede estar colocado en la galería principal de lubricación o en el filtro de aceite. 13.1. Funcionamiento A medida que la bomba de aceite trabaje a una presión mayor que la deseada, la válvula es forzada a despegarse de su asiento, venciendo la tensión del resorte y descubriendo un conducto por donde escapa parte del aceite al cárter aliviando el exceso de presión. Para regular la presión en el sistema se puede aumentar o disminuir la tensión del resorte, alternando el ajuste de un tornillo regulador. 13.2. Etapas de funcionamiento de la válvula reguladora 1. Cuando la presión del aceite es menos que la tensión del resorte, la válvula permanece cerrada. Con la válvula cerrada, todo el aceite pasa a las galerías de lubricación y luego al cárter. 2. Cuando la presión de aceite es mayor que la tensión del resorte, el émbolo o bola se desprende de su asiento abriendo la válvula y parte del aceite fluye hacia el cárter y otra parte a las galerías de lubricación. -

En condiciones normales de operación, el volumen de aceite proporcionado por la bomba, siempre es mayor que el volumen que cabe en las galerías y el filtro, de manera que la presión del aceite siempre sobrepasa la tensión del resorte de la válvula.

Válvula de descarga.

14.

REFRIGERADOR DE ACEITE

Es un dispositivo para enfriar el aceite, del que están provistos casi todos los motores enfriados por aire y también la mayoría de los motores Diesel de gran tamaño, refrigerados por agua. 81

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14.1

Constitución

Es un enrollamiento en forma de serpentín, o en una serie de tubos rectos ensamblados como una unidad dentro de los cuales circula el aceite a presión, antes de lubricar los órganos del motor. -

En el caso de motores refrigerados por agua, esta unidad está situada dentro de un depósito en el que circula agua de refrigeración. Dentro el funcionamiento del motor, se produce un intercambio de calor entre el aceite y el agua de manera que se mantenga la temperatura óptima del aceite, sean cuales fueran las condiciones de trabajo.

-

En los motores enfriados por aire, el enfriador se instala de modo que la corriente de aire activada por la turbina de enfriamiento circule a su alrededor, extrayendo el calor y manteniendo el aceite a su temperatura normal de funcionamiento.

14.2

Mantenimiento

El mantenimiento de los intercambiadores de calor de motores refrigerados por aire, se deben limpiar exteriormente en periodos más frecuentes, a fin de retirarles pequeños insectos u otros elementos extraños que, al acumularse obstruyen el paso del aire de enfriamiento.

Refrigerador de aceite, con refrigeración por líquido.

82

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UNIDAD V SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

1.

REFRIGERACION

1.1.

Misión

La refrigeración tiene la misión de ceder a un medio refrigerante el calor que, debido al proceso de combustión, se ha transmitido a partes del motor (tales como pistones, cilindros, culata) y al aceite del motor, dada la limitada resistencia al calor de los materiales y del aceite lubricante. Aproximadamente un 25% a 30% de la energía suministrada por el combustible se pierde con ese calor. La creciente potencia de los modernos motores exige una mejor acción refrigerante, debiendo por otro lado disminuirse el peso de la instalación de refrigeración. Esto puede alcanzarse por ejemplo mediante una acelerada circulación del medio refrigerante y con grandes superficies enfriadoras de metal ligero. Con objeto de que con el paso de calor de las piezas del motor al medio refrigerante no se produzcan fuertes diferencias de calor y con ello puedan presentarse tensiones, es importante que la circulación del medio refrigerante sea lo más regular y que la transmisión de calor no se impida en algunos puntos por suciedad o por incrustaciones calcáreas. Una buena refrigeración posibilita un aumento de potencia porque con ello mejora la carga de los cilindros y porque en los motores Otto la mezcla combustible – aire puede comprimirse más fuertemente sin que se inflame por sí misma. Se distingue entre refrigeración por aire y refrigeración por agua.

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1.2.

Refrigeración por aire

En el caso de refrigeración por aire se cede el calor sobrante directamente a la atmósfera. Con objeto de mejorar la conductibilidad de los cilindros y las culatas, se hacen unos y otras de aleaciones de material ligero y se proveen de aletas con objeto de aumentar la superficie de refrigeración. La refrigeración por el viento de marcha es la forma más sencilla de refrigeración por aire. Suele utilizarse en las motocicletas ya que sus motores, o tapados, reciben el viento de marcha. Los cilindros, la culata de los cilindros, y en algunos casos, el cárter, llevan aletas de refrigeración que producen la máxima refrigeración posible. La refrigeración por el viento de marcha es irregular ya que depende de la velocidad del vehículo y de la temperatura exterior. Un ventilador aspira el aire axialmente y lo expulsa hacia el exterior por medio de un rotor de paletas. El aire se lleva desde la caja del ventilador, a través de conductos y chapas conductoras, hasta los cilindros entre los que se reparte uniformemente. El rotor de aletas puede montarse directamente en el cigüeñal o accionarse por medio de correas trapeciales. Un termostato puede regular el caudal de aire, por ejemplo, por medio de un anillo estrangulador.

Figura 6. Refrigeración con aire por turbina.

Ventajas de la refrigeración por aire. El motor refrigerado por aire tiene un peso por unidad de potencia pequeño. La refrigeración por aire es de funcionamiento más seguro y casi no necesita cuidados. El motor alcanza más rápidamente su temperatura de servicio. Esta es independiente de la temperatura de ebullición de un líquido refrigerante y por esta razón puede ser

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un poco mayor. Las altas temperaturas de servicio evitan la acción corrosiva de los residuos de la combustión del combustible. Inconvenientes de la refrigeración por aire. Se tiene ruidos más fuertes como consecuencia de haber desaparecido la envolvente de agua, un relativamente alto gasto de potencia para el accionamiento del ventilador, mayores oscilaciones en la temperatura de servicio, mayores juegos entre pistón y cilindro.

1.3.

Refrigeración por líquido (refrigeración por agua)

En la refrigeración por líquido, tanto los cilindros como la culata tienen doble pared. La cámara intermedia está llena de líquido, por ejemplo agua, y conformada de modo que se forme un circuito de refrigeración por líquido. La refrigeración con circulación por convección, (fig. 7), se basa en que el agua caliente tiene menor densidad que el agua fría. El agua, al calentarse, asciende por la camisa de los cilindros y retoma por abajo al radiador. Como la circulación se hace sin bomba, sólo puede establecerse cuando la instalación está completamente llena. El efecto refrigerante es relativamente pequeño porque el agua circula lentamente.

Figura 7. Refrigeración con circulación por convección.

La refrigeración por circulación forzada (circuito de refrigeración con bomba), (fig. 8.), es la más utilizada. Una bomba hace circular con gran velocidad de circulación al líquido de refrigeración, a través de un circuito de refrigeración por lo general de tipo circuito cerrado. De esta manera, las tensiones térmicas del motor se mantienen bajas ya que la diferencia de temperaturas entre la entrada y la salida del líquido en el motor no es más que de 5 a 7°C. Con el motor frío, la bomba de agua impulsa el líquido refrigerante por la envolvente de los cilindros, la baña y llega a la culata a través de los orificios

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de paso. De ahí pasa a través del termostato, que aún cierra el paso al radiador, y vuelve a la bomba. Si está conectada la calefacción del coche, una parte del líquido refrigerante vuelve a la bomba por el intercambio de calor de calefacción (circuito pequeño de refrigeración). Cuando se ha alcanzado la temperatura de régimen, por medio del termostato se intercala en el circuito de refrigeración el radiador (circuito grande de refrigeración). El contenido del recipiente de compensación mantiene constante el nivel de líquido en el sistema de refrigeración.

Figura 8. Refrigeración con circulación, por bomba.

La bomba de agua, (fig. 9), suele ser de tipo centrífugo. Se acciona, normalmente, por medio de una correa trapecial y una polea montada sobre el cigüeñal. En el cuerpo de la bomba, lleno de líquido, gira una rueda de aletas que impulsa el líquido hacia el exterior de la cámara y lo pone en circulación. Desde el radiador o desde el termostato, retorna constantemente líquido refrigerante a la rueda de aletas. En frecuente que en el eje de accionamiento de la bomba de agua esté montado también el ventilador.

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El ventilador tiene la misión de hacer pasar por el radiador la cantidad de aire suficiente para la refrigeración cuando no basta el viento de la marcha, por ejemplo, cuando el vehículo circula lentamente o está parado con el motor en marcha. En muchos motores se utiliza un ventilador de conexión automática (fig. 9 y 10). Este ventilador no empieza a funcionar hasta que se llega al límite superior de la temperatura de régimen. Deja de funcionar cuando el viento de la marcha basta para la refrigeración. De esta manera se ahorra gasolina o se gana potencia en el motor, se reduce el ruido del ventilador, y la temperatura de régimen se alcanza con mayor rapidez y se mantiene constante.

Figura 9. Ventilador de conexión automática.

Figura 10. Embrague hidrodinámico del ventilador.

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El accionamiento del ventilador puede hacerse dependiendo de la temperatura por medio de un embrague de fricción, o con variación no escalonada del número de revoluciones por medio de un embrague hidrodinámico (fig.10). En los acoplamientos mecánicos, el termostato se calienta gracias a la radiación térmica del ventilador y por el aire caliente de refrigeración. El líquido que lo llena se dilata, mueve un émbolo que abre una chapa elástica provista de un revestimiento de embrague. Este muelle establece la unión, por la acción de fuerzas con el tambor giratorio o en la polea del ventilador, y éste se pone en marcha. Al reforzarse el caudal de aire de refrigeración, el líquido del radiador y el termostato se enfrían. El pistón se retira y el acoplamiento se suelta por la acción del muelle. El ventilador queda desconectado. Cada vez se utilizan más los motores eléctricos termointerruptores para el accionamiento del ventilador.

con

mando

de

El refrigerador o radiador (fig. 11), tiene la misión de ceder al aire el calor que ha sustraído al motor el agua de refrigeración. Está constituido por una caja superior y otra inferior. Entre una y otra está dispuesto el panal o parrilla. En la caja superior de agua va fijado el tubo de entrada y en la de debajo el de salida así como el grifo de vaciado. Las cajas de agua están hechas generalmente con chapa de latón, metal ligero o plástico. El radiador está fijado generalmente mediante uniones goma –metal de modo elástico al chasis o a la carrocería con objeto de que con las tensiones y vibraciones no resulte dañado. El radiador va unido al motor mediante mangueras especiales para agua caliente (mangueras de goma con inserciones de tejido). Las mangueras van sujetas a los tubos mediante abrazaderas de tal modo que quede garantizada una buena estanqueidad. En la parrilla se aumenta la superficie de refrigeración mediante un sistema de tubos o láminas con objeto de que el aire que pasa lamiéndolas encuentre una superficie de contacto bien grande y sustraiga la mayor cantidad posible de calor. En la caja inferior, sobre todo en los automóviles de cambio automático, suele ir un refrigerador de aceite. A veces va montado al lado. En la caja superior va la boca de llenado de donde arranca el tubo rebosadero. Este tiene la misión de llevar al exterior el agua en exceso y la de equilibrar las presiones con objeto de que no se desarrolle en el sistema de refrigeración una sobrepresión no deseada. La boca de llenado se cierra mediante un tapón.

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Figura 11. Radiador.

El tapón de cierre (fig. 12), va provisto de una válvula de sobrepresión y una de depresión. La instalación de refrigeración se cierra así de modo estanco a los vapores. La válvula de sobrepresión no abre hasta que la sobrepresión llega a valores de 0.2 a 0.3 bar. Para esta sobrepresión el agua de refrigeración puede llegar hasta temperaturas de 104° C a 108°C sin que se produzca ebullición. Con esto se mejora la eficacia de la instalación de refrigeración, cosa que interesa mucho especialmente en los casos en que el motor se ve muy cargado, como pasa por ejemplo al subir montañas. Además se producen muy pequeñas pérdidas de agua por evaporación de modo que raramente se presenta la necesidad de un rellenado. Cuando con el enfriamiento se condensa el vapor de agua se presenta una depresión. Entonces se abre la válvula de depresión y se impide con esto que el radiador se aplaste. Los modernos sistemas de refrigeración son de circuito cerrado. El radiador está unido a un depósito de compensación por medio de un tubo de rebose. Hoy se emplean generalmente radiadores de tubos de agua y solo raramente los de láminas.

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Figura 12. Tapón de cierre del radiador.

En los radiadores de tubos de agua, (fig. 13), las cajas de agua están unidas entre sí por tubos metálicos de paredes delgadas a través de los cuales fluye el agua de refrigeración. Para aumentar superficie de refrigeración, dichos tubos están unidos entre sí por medio de finas chapas de cobre o de aluminio, que forman las laminillas o aletas de refrigeración. Los tubos de agua, las aletas y los fondos pueden estar soldados entre sí o enchufados sin soldadura. Forman la parrilla o panal de refrigeración, que en la actualidad, suele estar unida por apriete a las cajas de agua con interposición de una junta de elastómero. El radiador de tubos es muy resistente. En los vehículos para cargas pesadas y vehículos especiales hay también radiadores repartidos en varios bloques parciales de refrigeración. Los bloques parciales pueden cambiarse por separado. Las distintas clases de radiadores de tubos de agua se diferencian entre sí generalmente sólo por la disposición de los tubos y la forma y número de las aletas de refrigeración. Del modo de estar constituido dependen la capacidad refrigeradora y la resistencia contra solicitaciones mecánicas, como por ejemplo contra vibraciones.

Figura 13. Radiador de tubos de agua.

En los radiadores de láminas el agua de refrigeración es conducida a lo largo de muchos canales planos. Los canales se forman mediante la unión por soldadura de tiras delgadas (láminas) de cobre o latón. El radiador de láminas tiene para las mismas dimensiones que uno de los tubos un efecto refrigerador más potente, pero su resistencia no es tan grande. Además, los canales planos de paso se pueden obstruir con más facilidad.

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En la mayoría de los radiadores fluye el agua directamente de arriba abajo. En los de corriente transversal, (fig. 14), fluye horizontalmente de un lado al otro. En estos radiadores la entrada y la salida de la circulación están en un mismo lado, de modo que la caja de agua está dividida. La circulación es pues hacia la izquierda en la parte superior y en sentido contrario en la inferior. El agua del circuito tiene así que recorrer dos veces el ancho del radiador, con lo que se mejora el enfriamiento. Además, estos radiadores necesitan poca altura en el automóvil. Suelen ir provistos de un depósito compensador para absorber dilataciones del agua por refrigeración.

Figura 14. Instalación de refrigeración con radiador de circulación transversal.

Una instalación de refrigeración con depósito de compensación puede ser cerrada con carácter permanente, es decir, precinta por el fabricante. El líquido refrigerante, (agua de refrigeración) debe estar lo más exento posible de impurezas, ya que la cal, la suciedad y la grasa reducen la conductibilidad térmica. Además, se corre el riesgo de que obstruyan los conductos y tuberías. El líquido refrigerante es una mezcla de agua con el menor contenido posible de cal, anticongelante y aditivos para la protección contra la corrosión así como para la lubricación, por ejemplo, de la válvula de calefacción. Antes de iniciarse la estación fría hay que ajustar el contenido de anticongelante a la cantidad prescrita para que el agua no se congele, lo que causaría graves daños en el bloque del motor, en la culata, en la bomba de agua y en el radiador. La relación de la mezcla, que depende del punto de congelación, puede ser distinta para los diversos productos anticongelantes (por ejemplo, 5 partes de agua y 4 de anticongelante dan un punto de congelación de unos –30°C). La relación de la mezcla y, por tanto, la temperatura de congelación pueden determinarse por medio de un areómetro. La medición se basa en la determinación de la densidad. Como ésta depende de la temperatura del líquido, el areómetro lleva un termómetro. El anticongelante puede quedarse también en el circuito de refrigeración durante la estación calurosa. Un regulador de temperatura (termostato) intercalado en el circuito de refrigeración se encarga de que el motor alcance rápidamente la temperatura de régimen necesaria y la mantenga con escasas oscilaciones durante el funcionamiento. El termostato puede colocarse en las boquillas de salida del

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agua del motor, en la tubería superior del circuito de refrigeración o en la inferior. Hay dos tipos distintos de termostatos. El termostato de fuelle consiste ordinariamente en una caja de chapa, cerrada, con superficie lateral plegada en forma de acordeón. La caja, vacía de aire, está llena parcialmente con un líquido de ebullición fácil. A unos 75°C existe en la caja una sobrepresión, con la cual se dilata, se extiende. Con ello se abre una válvula que va fijada al termostato, quedando libre el paso de agua de refrigeración al radiador. En el sistema de refrigeración con circuito cerrado la sobrepresión influye en el termostato de fuelle por lo que respecta a la temperatura de apertura y de cierre y por esta razón apenas se usa en estas instalaciones. No obstante se monta en las instalaciones de refrigeración por aire con turbina. El termostato con elemento de dilatación (fig. 15), consta de una caja metálica cerrada herméticamente y resistente a la presión, el elemento de dilatación, que está lleno de un material ceroso dilatable. En este material se eleva un émbolo embutido en una membrana de goma el cual está firmemente unido al cuerpo del termostato. La caja metálica, por el contrario, es desplazable sobre el émbolo. Lleva fijada la caja un plato de válvula, que cuando el motor está frío cierra el paso del agua al refrigerador. Cuando la temperatura del agua sube a unos 80°C el material de relleno se funde, aumenta de volumen y desplaza a la caja metálica sobre el émbolo y empieza a abrir la válvula. A unos 95°C está completamente abierta. Si baja la temperatura del agua un resorte oprime la caja metálica sobre el émbolo en sentido contrario y cierra la válvula. El elemento de dilatación trabaja casi independientemente de la presión del sistema de refrigeración y logra grandes fuerzas de accionamiento de la válvula.

Figura 15. Elemento de dilatación.

Se emplean frecuentemente sobre todo en vehículos con motores medianos y grandes, termostatos con doble válvula (fig. 16). Estas instalaciones de refrigeración van provistas de una tubería de cortocircuito que conduce del termostato a la bomba de agua. Cuando todo está frío fluye el agua de refrigeración a los cilindros y a través de la culata y en su caso del sistema de calefacción del vehículo nuevamente al termostato y de este directamente a la bomba de agua. El paso al radiador está cerrado. El agua no es refrigerada y alcanza rápidamente la temperatura de servicio.

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Una vez alcanzada ésta la válvula inferior cierra la tubería de cortocircuito y la de arriba abre el conducto que va al radiador. El agua se refrigera ahora. Mediante abertura y cierre alternativo se mantiene una determinada temperatura de servicio dentro de un margen pequeño. Si los termostatos de elemento de dilatación están defectuosos puede quedar cerrado el paso al refrigerador y hervir el agua de refrigeración. En un caso así deberá desmontarse inmediatamente el termostato. Pero hay también ya termostatos de dilatación que abren el circuito cuando se averían.

Figura 16. Termostato de material dilatado con doble válvula.

El termostato del agua de refrigeración indica la temperatura del líquido refrigerante. Así se conoce con antelación suficiente si existe amenaza de sobrecalentamiento o si el líquido está demasiado frío. En esencia, hay que distinguir entre dos sistemas de termómetros para agua de refrigeración. En el termómetro de tubo capilar, dentro del agua de refrigeración se encuentra un sensor termométrico lleno de líquido (normalmente alcohol) conectado con un manómetro graduado en °C a través de un tubo delgado y flexible. Se utiliza, pues, la dilatación volumétrica del líquido de transmisión al calentarse para medir la temperatura del agua de refrigeración. Otro tipo es el termómetro de resistencia eléctrica. En el circuito de refrigeración se encuentra una resistencia eléctrica que varía al aumentar o disminuir la temperatura del agua. La resistencia está conectada a la red eléctrica del vehículo a través de un amperímetro graduado en °C. En vez de un termómetro puede haber una luz de control de la temperatura del agua de refrigeración. Cuando se ha alcanzado una temperatura de unos 98°C se enciende la luz de control. Del mismo modo puede ser detectada una temperatura que baje de la temperatura de servicio. Ventajas de la refrigeración por agua. Tiene una acción refrigeradora más uniforme que la refrigeración por aire. El consumo de potencia de la bomba de agua y el ventilador es en la mayoría de los coches relativamente pequeño. Los ruidos de la combustión resultan muy amortiguados por la camisa de agua que envuelven al motor. Se garantiza una buena calefacción del interior del vehículo.

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Inconvenientes de la refrigeración por agua. La instalación de refrigeración es relativamente pesada y ocupa mucho sitio. Además pueden presentase perturbaciones debidas a daños producidos por las heladas, faltas de estanqueidad, sobrecalentamiento del motor por causa de pérdidas de agua, incrustaciones, falta de cuidado. Además, un motor refrigerado por agua exige un tiempo de calentamiento más largo.

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UNIDAD VI DIAGNOSTICO DE MOTOR 1.

MOTOR PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO

Poner en marcha el motor y dejarlo funcionando en vacío durante unos momentos para verificar el funcionamiento de todas las partes del mismo. Verificar que no existan muestras de fugas de aceite ni refrigerante, y que no se produzcan sonidos anormales. 2.

MOTOR PROPIAMENTE DICHO

2.1.

Medición de la presión de compresión

Antes de desarmar el motor, es necesario medir la presión de compresión. Es de suma importancia mantener un registro correcto de los cambios de la presión de compresión, efectuando mediciones a intervalos regulares. Cuando el motor es nuevo o al instalar partes nuevas en el mismo, la presión de compresión tiende a ser mayor debido a los bordes ásperos y a la fricción entre piezas tales como los aros de pistón y los asientos de las válvulas. Sin embargo, la misma se reduce gradualmente a medida que se produce el asentamiento de las partes nuevas. 2.2.

Procedimiento de medición

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(1) Reajustar los pernos de la culata de cilindros hasta el par de apriete especificado y dejar calentar el motor hasta que alcance una temperatura de 75°C a 85°C.

(2) Sacar todas las boquillas de inyección de la culata de cilindros. Tapar los orificios de montaje de las boquillas y los tubos de inyección para evitar la entrada de polvo o materias extrañas.

(3) Instalar el adaptador para el manómetro (herramienta especial) y la junta en el orificio de montaje de la boquilla de inyección y conectar el manómetro (equipo de medición de presión). (4) Para obtener la velocidad especificada (es decir, 200 rpm), colocar la palanca de topo del regulador en la posición de tope y sostenerla para mantener el estado en el cual no se produce inyección. (5) Poner en marcha el motor del vehículo con el motor de arranque y leer la indicación del manómetro cuando el motor funciona a 200 rpm. Notas: 1.

Asegurarse de medir la velocidad del motor al mismo tiempo, ya que la presión de compresión varía según la velocidad del motor.

2.

Verificar el estado de cada uno de los cilindros, ya que las condiciones de desgaste varían de un cilindro a otro.

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3. SISTEMA EN EL MOTOR DIESEL 3.1.

Procedimientos Diagnóstico

Esta sección describe en detalle los procedimientos que deben seguirse al reparar un motor Diesel. Se puede esperar que un motor reparado proporcione muchas millas de buen servicio sólo si se han seguido correctamente las recomendaciones de reacondicionamiento y las tolerancias corresponden a las recomendadas por el fabricante en sus especificaciones. Para determinar la importancia de la reparación a realizar, deben comprobarse los sistemas del motor que a continuación se detallan. 3.2. Presión del Aceite del Motor La presión del aceite motor debe compararse a la presión recomendada por el fabricante necesaria para proporcionar aceite lubricante a los circuitos del motor. Si la presión está por debajo de las especificaciones, debe localizarse la causa y repararla. En este apartado debe considerarse los siguientes puntos de desgaste:       

Bomba de aceite – comprobar tolerancia de los engranajes. Cojinetes y muñequillas del cigüeñal – comprobar tolerancias, conicidad y ovalación. Cojinetes y muñequillas de bielas – comprobar tolerancias, conicidad y ovalación. Arbol de levas y sus cojinetes – comprobar el desgaste de balancines y su eje, bola y soportes. Taqués – comprobar tolerancias entre los taqués y sus alojamientos y fugas excesivas en los taqués hidráulicos. Pérdida de presión del aceite a lo largo de los conductos de lubricación externos e internos o en las juntas. Deformaciones por golpes externos en el cárter, que ocasionan obturación o desplazamiento del tubo de bombeo del aceite, con pérdida de capacidad de bombeo de aceite.

4. DIAGNOSTICO DEL MOTOR DIESEL Aproximadamente a las 3,000 horas de trabajo el motor empieza a mostrar problemas en su funcionamiento. Para efectuar el diagnóstico en un motor Diesel se debe verificar que los sistemas de: Alimentación de aire, combustible, sistema de refrigeración y lubricación estén funcionando adecuadamente porque podrían ser los causantes de problemas en su operación. 4.1. 1. 2. 3. 4. 5.

Condiciones del Sistema de Aire

Restricción admisión. Presión en la caja de aire. Presión en el cárter. Contra – presión en el escape. Compresión del motor.

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4.2. 1. 2. 3. 4.

Instrumentos

Manómetro diferencial de mercurio. Manómetro diferencial de agua. Compresímetro. Pirómetro digital de contacto. 1 PSI = 2. 049” Hg = 27.7 “ H2O 1 “Hg = 13.58” H2O

4.3.

Lugares de Medición

1. Restricción de admisión: después del filtro de aire. Manómetro diferencial de H2O. 2. Presión en la caja de aire: en el múltiple de admisión en GM, conexión al tubo de drenaje de la caja, manómetro diferencial de Hg. 3. Presión en el cárter: en el tubo de control del nivel de aceite. Manómetro diferencial de H2O. 4. Contrapresión en el escape: en la salida del tubo. Manómetro diferencial de Hg. 5. Compresión del motor: En el agujero del inyector, en la bujía de pre – calentamiento o en la válvula correspondiente. Compresímetro con escala hasta 80 bar. Humo negro – Causas: - Excesiva contrapresión en el escape. - Restricción alta de entrada de aire. Humo blanco – Causas: - Falta de compresión. - Dificultad para arrancar. Nota: Si la compresión es baja, pero la presión en el cárter es normal, la causa del problema son las válvulas. 5.

DIAGNOSTICO EN EL MOTOR DIESEL

5.1.

Sistema de Combustible: Funciones

1. Suministrar petróleo limpio sin agua. Normalmente existe un filtro primario que separa el agua. 2. Enfriar internamente a los inyectores. 3. Lubricar las partes móviles del sistema. 4. Mantener una presión constante en el sistema, dependiendo del tipo. 5. Purgar el sistema, eliminando las burbujas de aire. 5.2.

Condiciones del Sistema

1. Restricción de entrada de combustible. En la entrada del filtro. Manómetro diferencial de agua. 2. Máxima temperatura del combustible. En los tubos de alimentación a los inyectores. Pirómetro digital. 3. Restricción en la línea de retorno de los inyectores. Manómetro diferencial de Hg. 4. Presión. En el circuito de baja. 5. Cantidad de retorno. En la línea de retorno, en un recipiente graduado.

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5.3.

Precauciones

- Drenar el grifo del tanque diariamente. - Si se usa 2 filtros, nunca el secundario reemplazará al primario. - No usar tuberías de fierro galvanizado (forman lacas y destruye filtros). Nota: - Si la restricción es mayor. Filtro sucio. - Si es menor, tuberías rotas o flojas. 5.4.

Sistema de Refrigeración: Función

Debe mantener el motor dentro del rango establecido de temperatura. Circuitos de enfriamiento. - Interno: Desde la bomba de agua hasta la caja del termostato. Solamente trabaja cuando el motor está frío. - Externo: Desde la caja del termostato, radiador y bomba. Trabaja cuando abre el termostato. 5.5.

Funciones

Para el agua de la refrigeración debe usarse agua blanda, con bajo porcentaje de sales y carbonatos: calcio, sodio y potasio. Su acumulación origina mala transferencia del calor. Ej.: Costra de 0.012” disminuye la transferencia en un 40%. 6.

DIAGNOSTICO EN EL MOTOR DIESEL

Las superficies críticas son: -

Las culatas en las partes bajas. Chaquetas de agua alrededor de las camisetas. Las camisetas.

Por lo tanto, debe usarse aditivos antioxidantes o filtros de agua. Porcentaje aproximado 1/8 G1 x 8 G1 de agua. Tapa de presión:

Disminuye la evaporación del agua. La presión de apertura está en función del nivel del mar, que será de 7 PSI, a más de 3000m., su presión deberá ser 14 PSI

Termostatos:

Su temperatura de apertura está especificada, si no abren deberán cambiarse. El valor anotado indica el inicio de apertura, 20°F más se abre.

6.1.

Condiciones del Sistema de Refrigeración

Condición anormal: Alta temperatura.

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Instrumentos -

Pirómetro con bulbo de inmersión. Comprobador de presión de tapón. Tensiómetro.

7.

SISTEMA DE LUBRICACIÓN

Funciones:

- No debe producirse un desgaste anormal. - Temperaturas elevadas. - Agarrotamiento de piezas.

Aceite: Funciones - Enfriamiento: Recorre partes móviles y recoge el calor de puntos calientes, especialmente de la corona del pistón. - Lubricante. - Sellado: Particularmente en el cilindro y el émbolo. Hace las veces de retenes. - Limpieza : Recoleta partículas de la combustión y las mantiene en suspensión. 7.1.

Condición del sistema

1. Aceite del motor:

Elegido de acuerdo a las características del motor, al servicio que presta. SAE, API y ASTM 2. Filtros de aceite: Cambiarlos por uno de las mismas características. 3. Enfriador: No debe provocar una caída de presión mayor de 20 PSI. 4. Válvula de derivación: Debe abrirse a partir de 15 PSI, Nota: El motor puede consumir 14 G1n. cada 200 h. de trabajo, si es mayor parar el motor y efectuar una reparación. 7.2.

Diagnóstico en el Sistema de Lubricación

Instrumentos - Manómetro de escala hasta 80 PSI. - Pirómetro digital. Fallas más frecuentes: Baja presión. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Bajas RPM por cada 100 RPM – 1.5 PSI. Bajas temperaturas del cárter. La presión aumenta. Si la carga baja, baja la presión. Viscosidad del aceite deficiente. Filtro de aceite destruido o enfriador de aceite. Válvula reguladora de presión no tiene buen cierre. Excesivo consumo de aceite.

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8.

MANTENIMIENTO Y CONSERVACIÓN

Diariamente Verificar el nivel del refrigerante. Verificar el nivel de aceite en el cárter. Comprobar las presiones de aceite (cuando esté montando un manómetro). En situaciones de mucho polvo, limpiar el filtro de baño de aceite o vaciar el vaso recolector de polvo, del filtro de aire tipo seco. Cada 150 horas, 4000 millas (7,500 Km) ó 3 meses (lo que alcance antes) Engrasar la conexión angular del tacómetro (cuando se monte con racord) Cada 200 horas, 5,000 millas (7,500 Km) ó 4 meses (lo que alcance antes) Vaciar y renovar el aceite lubricante del motor. Sustituir el elemento del filtro de aceite lubricante. Limpiar el purificador de aire en baño de aceite o vaciar el vaso recolector de polvo en el purificar tipo seco. Verificar la tensión de la correa de mando. Comprobar fugas de aceite, agua o combustible (cuando se monte). Engrasar el cojinete trasero de la dinamo (cuando se monte). Cada 400 horas, 10,000 millas (15,000 Km) ó 12 meses (lo que alcance antes) Renovar el elemento del filtro final de combustible (Agrícola e Industrial). Verificar manguitos y abrazaderas. Limpiar el filtro de malla de la bomba elevadora. Limpiar el elemento del filtro de aire tipo seco o renovarlo (si no fue necesario antes). Cada 800 horas, 20,000 millas (30,000 Km) (lo que alcance antes) Renovar el elemento del filtro final de combustible (Aplicación vehículos). Limpiar la carbonilla de la culata del compresor. Sólo par motores T6.3542 y T6. 354 Limpiar el impulsor, difusor y tubería de salida de aceite del turboalimentador. Cada 2,400 horas, 60,000 millas (90,000 Km) (lo que alcance antes) Disponer para su examen y atención para el equipo de proveedor; esto es, compresor / depresor, motor de arranque, dinamo, etc. Repasar inyectores. Verificar y ajustar los taques.

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UNIDAD VII SOBREALIMENTACION A ALTA PRESION

1.

SOBREALIMENTACION A ALTA PRESION

En la sobrealimentación normal o a baja presión la potencia aumenta de un 30 a un 50%, suministrando aire a una presión de aproximadamente 1.4 atmósferas. Pero en la sobrealimentación a alta presión del aire aumenta hasta casi 2 atmósferas y la potencia del motor aumenta de un 80 a un 100%. La temperatura del aire pasa de unos 30°C a unos 120°C. En un turboalimentador los gases procedentes del motor penetran por la caja de la turbina, entran por las toberas y pasan a las turbina, a la que imprimen un rápido giro para salir ya casi sin energía por el centro de la cubierta. El eje fijo a la turbina es solidario con el compresor, que aspirando el aire lo comprime y lo impulsa por medio de los álabes hacia fuera, hacia la entrada del colector de admisión. Dado que un motor sobrealimentado necesita doble cantidad de aire que un motor normal, debe disponerse de un filtro de aire bastante más grande. La entrada de impurezas o de cuerpos extraños puede dar lugar a frecuentes averías en el turboalimentador. Con turboalimentación el motor Diesel recibe un mayor caudal de aire a mayor presión, y al propio tiempo se le inyecta una mayor cantidad de combustible, el calor desarrollado en su interior será mayor que en un motor atmosférico, y en consecuencia todos sus órganos estarán sometidos a unas condiciones más duras de trabajo. Se debe tener en cuenta que en un Diesel sobrealimentado, al aumentar el caudal de aire que penetra, se aumenta la refrigeración interna, lo que trae como consecuencia que los pistones vayan más fríos. Por consiguiente, a igualdad de cargas se obtiene una potencia mayor en un motor sobrealimentado que en un atmosférico. Debido al hecho de que la expansión de los gases de escape dentro de los cilindros es parcial, habida cuenta de que no terminan hasta que pasen por la turbina de escape, la temperatura de estos gases a su paso por las válvulas de escape es mayor que en el motor atmosférico, lo que determina un mayor calentamiento, tanto las válvulas de escape, como en el colector de escape. En la actualidad se consigue que estas temperaturas no excedan en mucho a las de un motor atmosférico. El aumento de potencia que logra un motor sobrealimentado, lo consigue a base de aumentar la presión media efectiva, pero no a las presiones máximas, que son las que pueden llegar a dañar el motor. 102

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La presión máxima de un motor Diesel depende de la presión final de compresión y el retardo de encendido. En un motor sobrealimentado, el primer factor aumenta. Sin embargo, es compensado por una reducción del retardo de encendido. Esto se debe a que la actuación del turbocompresor hacer aumentar la temperatura de final de compresión, así como la turbulencia en la cámara, factores ambos que permiten el retardo de encendido y un funcionamiento del motor en condiciones más próximas al ciclo del Diesel teórico.

Los motores sobrealimentados presentan dos ventajas sobre los atmosféricos. En primer lugar, la potencia útil aumenta en torno a un 25% sin que por ello el número de revoluciones aumente. Esta mejora, unida a un aumento de par motor todavía más alto – en torno a un 35%, que puede llegar según casos hasta el 45% - , le dan al motor una energía extraordinaria que se traduce en una notable mejoría de las prestaciones y de la velocidad punta. 1.1.

Modo de obtener la sobrealimentación

Para sobrealimentar un motor se introduce en el cilindro una mayor cantidad de combustible. Por otra parte, en el cilindro debe existir suficiente cantidad de aire para quemar el combustible; normalmente quince gramos de aire por cada gramo de combustible, aunque el motor Diesel puede precisar un exceso de aire que llegue a duplicar la cantidad teórica: 25 gramos de aire por cada gramo de combustible. Por consiguiente, para sobrealimentar un motor es necesario introducir más aire en los cilindros mediante un sistema que comprima el aire y lo introduzca en el cilindro a una presión superior a la atmosférica. 2.

MOTOR SOBREALIMENTADO

La potencia de un motor de combustión depende de la cantidad de combustible (admisión) de que dispone en el cilindro para la combustión. Para mejorar la potencia hay que mejorar la cantidad admitida o el número de revoluciones del cigüeñal. En el motor de aspiración, el aumento de la potencia puede conseguirse aumentando la cilindrada de cada uno de los cilindros, aumentando el número de cilindros o aumentando el número de revoluciones. El aumento de la cilindrada nos daría motores más grandes y pesados; el aumento del número de revoluciones exigiría construcciones más complicadas y más costosas y tiene sus inconvenientes. Para aumentar la potencia del motor sin modificar la cilindrada y sin variar el número de revoluciones, pueden utilizarse sobrealimentadores (fig.36), con los que se aumenta la cantidad de combustible en la admisión y, por tanto, se aumenta la potencia del motor.

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Figura 36. Esquema de un motor con turbocompresor.

La rueda compresora de aleación de aluminio es fabricada por el método de fundición fina. Va sujeta al eje del rotor por medio de una tuerca. El conjunto giratorio, según el tipo de compresor, alcanza 50000 RPM a 100000 rpm en funcionamiento continuo. Al conjunto giratorio se le impone exigencias muy rigurosas con respecto a la precisión de forma, a la calidad de la superficie, al equilibrio dinámico y a la lubricación. Este va apoyado en cojinetes de fricción rotativos en la caja de cojinetes.

En el apoyo rotativo, los cojinetes de fricción giran dentro de la caja de cojinetes lubricados, en el mismo sentido que el eje del rotor. De esta manera, se reduce la velocidad relativa, es decir, la diferencia entre los números de revoluciones del eje del rotor y del cojinete de fricción, con lo que se reducen también el rozamiento y el desgaste. La lubricación de los cojinetes se efectúa por medio de una conexión al circuito de lubricación del motor. Entre la turbina y el compresor se coloca un escudo aislado de calor para mantener en un valor lo más pequeño posible la transmisión de calor de la turbina al compresor. La caja de la turbina es de hierro fundido y la del compresor es de aluminio.

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. Figura 39. Esquema de la sobrealimentación por turbocompresión.

Ventajas de la sobrealimentación por turbocompresores La energía para el accionamiento del compresor se obtiene de la energía residual de los gases de escape (que de lo contrario se perdería). Al llenar mejor los cilindros se consigue un considerable aumento de potencia (fig. 40). También resulta favorable el desarrollo del par de giro del motor. Como el aumento de la potencia se consigue sin alterar las dimensiones del motor y su número de revoluciones, el motor sobrealimentado tiene menor peso por unidad de potencia. El consumo específico de combustible se reduce en los intervalos medio y superior de revoluciones. La mezcla más intensa de combustible y aire reduce también la tendencia al pistoneo y la emisión de materias nocivas. Los turbocompresores actúan como silenciadores complementarios (predistensión). La reducción de potencia a grandes altitudes se sitúa en tan sólo el 1 al 12% por cada 1000 m de elevación frente al 10% del motor de aspiración. El aumento de potencia queda limitado, ciertamente, por las solicitaciones térmicas y mecánicas a que se somete al motor.

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Figura 40. Ventilador de Roots.

Figura 41. Curvas características de motores.

2.1.

Modificaciones necesarias en el motor

Al sobrealimentar un motor este debe sufrir ciertas modificaciones en los siguientes elementos: Inyección. Al tener que inyectar una mayor cantidad de combustible hay que adaptar la bomba para que pueda suministrar un caudal mayor; para ello se coloca un émbolo de diámetro superior. Cámara de combustión. La cámara ha de aumentar de volumen a fin de que quepa más aire para la combustión. Debe aumentarse, pues el espacio muerto del cilindro. Naturalmente este espacio debe ser rigurosamente ajustado al volumen de mezcla prevista en el nuevo régimen. Refrigeración. Hay que aumentar algo el caudal de agua en circulación, pues cuando el motor trabaja a plena potencia alcanza temperaturas más elevadas. Con frecuencia se aprovecha la entrada de aire fresco con destino a la sobrealimentación para disminuir la temperatura del agua de refrigeración de una forma forzada mediante un intercambio de calor. Con ello se mejora el rendimiento del motor. Tubo de escape. Se sustituye por una serie de tubos. Estos tubos unen el conducto de escape de la culata con la entrada de gases de la turbina. Sus codos y curvas deben ser poco pronunciados para que los gases no pierdan presión aunque la turbina acostumbra a estar en una zona próxima a la culata. Válvulas. Al quemarse más combustible las válvulas se calientan excesivamente. Hay que aumentar el cruce de válvulas, para que se adelante la abertura de las válvulas de admisión y se retrase el cierre de las válvulas de escape. 106

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2.2.

El nuevo motor Intercooler

En el “intercooler” se enfría la temperatura del aire de admisión desde unos 150º a 50º disminuyendo así su volumen, lo que hace que en una entidad dada de aire contenga más oxígeno lo que, a su vez hace que la combustión sea más eficiente. Otro resultado es el aumento de la potencia y par debido a que se quema más combustible. Aumenta el grado de rendimiento del motor y se reducen las solicitaciones térmicas en la cámara de combustión. Todo ello contribuye a un aumento de las prestaciones en la zona de bajas revoluciones, gases de escape más limpios, mayor longevidad y mayor flexibilidad.

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Mantenimiento y Reparación de Motores Diesel Esquema de refrigeración con intercambiador de calor aire/aire.

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