El Motor Diesel Marino

Constitución de los motores diesel de dos y cuatro tiempos.

2011-10-30T05:55:00.000-07:00

DESCRIPCIÓN DE LOS ÓRGANOS MAS IMPORTANTES QUE INTEGRAN UN MOTOR DIESEL Y MATERIAL DE QUE ESTÁN CONSTRUIDOS.

Las diferentes partes que constituyen el conjunto motor, presentan una estructura perfectamente diferenciable que permite realizar su clasificación en tres grandes grupos.

El primer grupo está constituido por la estructura estática de sostén, al cual pertenecen: la cimentación o fundación, la bancada, el bastidor, los cilindros, etc.

El segundo grupo comprende todos aquellos órganos móviles que dan lugar al desarrollo del cielo de trabajo, tales como: el embolo, las válvulas, los órganos de alimentación y distribución, el movimiento de manivela de transformación del movimiento alternativo en circular, etc.

Y por último, al tercer grupo corresponden los accesorios indispensables para el funcionamiento del motor, como son las bombas de refrigeración, de lubricación, de barrido, etc.

Base de sustentación o fundación. Es el elemento sobre el cual se realiza la afirmación de la bancada del motor. En las instalaciones marinas la base de sustentación está constituida por los polines del barco, los cuales deben de afirmarse convenientemente al mayor número de consolidaciones del buque.

Figura 1 Bancada de un motor Diesel Burmeister-Wain

Figura 2 Bancada de un motor Diesel Burmeister-Wain

Figura 3 Bancada de un motor Diesel Burmeister-Wain

Bancada. Dase este nombre a una pieza, única y sólida, construida con robustos tabiques transversales que constituyen, coma se aprecia en las figuras 1, 2 y 3, la base de asentamiento de los cojinetes para el cigüeñal.

La bancada a través del movimiento de manivela de transformación, soporta todos los esfuerzos desarrollados en los diferentes cilindros, los fuertes momentos de torsión provocados por el par motor y las fuerzas de tracción de la hélice.

Normalmente, toda la estructura de la bancada se construye de fundición de hierro o acero. La parte inferior o fondo de la bancada, herméticamente cerrada con la estructura resistente, se utiliza coma recipiente colector de aceite de engrase. La parte superior está perfectamente maquinada en aquellos sitios donde espera anclarse los bastidores o columnas.

Bastidor. El bastidor descansa sobre la bancada y soporta a su vez los cilindros motrices (Fig. 4). El espacio sobre la bancada, en el que se mueven los trenes alternativos, recibe el nombre de carter.

Figura 4 Bastidor del motor Diesel de cuatro tiempos

En los motores de elevadas potencias, los bastidores se disponen entre cada dos cilindros convenientemente unidos entre sí, formando un conjunto perfectamente salido.

Generalmente estos bastidores tienen la forma de una gran «A» (fig. 5a y b) que van sujetas por pernos a la bancada. Entre dichas columnas en «A» van sujetas las guías de las crucetas. Tanto estas como las barra guías, son de hierro fundido de grano fino alisado para el buen deslizamiento del patín de la cruceta.

Figura 5a Columna de un motor diesel

Figura 5 b Vista de las columnas que constituyen un bastidor unidas rígidamente

Figura 6 Bastidor

En los motores de pequeñas potencias, el conjunto del bastidor se construye de una sola pieza al objeto de eliminar las deformaciones propias de los servicios duros, y obtener una mejor facilidad de construcción. En algunos casos el bastidor forma parte de la bancada o bien del bloque de cilindros, en cuyo caso el bastidor contiene los alojamientos que van a ocupar los cilindros, dejando entre estos y el bastidor la camisa de agua de refrigeración (fig. 6).

Actualmente los motores Diesel se construyen con cárter cerrado, estanco a las salpicaduras de aceite. Las paredes laterales están pro vistas de grandes aberturas con sus correspondientes tapas que facilitan el acceso al mecanismo de accionamiento y a los cojinetes.

Las tapas de acceso al cárter están pro vistas de válvulas de seguridad que se abren automáticamente cuando se produce cualquier elevación anormal de la presión en el interior del cárter, a consecuencia del carácter explosivo de la combustión del aceite.

Cilindro y camisa. El cilindro es el órgano fijo del motor en cuyo interior se producen las combustiones que han de originar el movimiento alternativo del embolo, estando por ello sometido a un intenso rozamiento, motivo por el cual el cilindro debe de estar perfectamente alisado.

El cilindro es, en general, de fundición de grano fino con aleaciones de cromo u otras composiciones patentadas.

Generalmente, en los motores de medianas y grandes potencias, los cilindros se construyen individuales, empernados robustamente formando un bloque rígido, quedando sujetos por un reborde del bastidor.

Figura 7 Cilindro con sus galerías de barrido y escape del motor Diesel Sulzer.

Figura 8 se representación esquemática del cilindro un motor diesel de cuatro tiempos

C = Cilindro

T = Camisa del cilindro

G = Galería de refrigeración

J = Espacio para la junta del asiento de la culata.

D = Diámetro de la camisa

En la figura 8, se representa esquemáticamente el cilindro de un motor Diesel de cuatro tiempos con su correspondiente camisa. El espacio que queda entre ambos constituye la cámara de refrigeración.

El empleo de la camisa en los motores de combustión interna, constituye un medio fácil y económico de sustituir la superficie gastada del cilindro sin necesidad de tener que recurrir a la renovación del mismo.

Embolo. Es el órgano móvil del cilindro que recibe el empuje de los gases durante el periodo de combustión y expansión. Se construyen, por 1o general, de hierro fundido especial que reúne las propiedades que se exigen para resistir el calor y el desgaste.

El embolo toma formas muy diversas con objeto de transmitir eficazmente el calor y evitar dilataciones peligrosas, pero siempre de manera que la cámara de combustión que forma, asegure una perfecta combustión.

Figura 9

En la figura 9, representamos un embolo con su biela de transmisión de movimiento, apreciándose en alas ranuras para el alojamiento de los aros destinados a interceptar la fuga del aire durante la compresión y la de los gases durante la combustión y expansión, el ultimo aro h, de forma apropiada, actúa como rascador de aceite, y el aro c de la parte baja controla el aceite para no dejarlo pasar al cárter.

El pie de biela d se articula al embolo a través del bulón correspondiente,e representa la cabeza de biela, fel eje de la muñequilla del cigüeñal y g el conducto de aceite de lubricación.

En los motores rápidos interesa una activa agitación del aire para producir una compenetración intima de los elementos combustible y aire, a fin de originar una pronta y total combustión del combustible inyectado. Para ello, se recurre a variadas formas de la cabeza del embolo y de la cámara de combustión.

En la figura 10, se representan tres formas especiales embolo, constituyendo su oquedad todo el volumen de combustión.

Los aros, alejados cada uno de ellos en una ranura circular alrededor del embolo, desempeñan un importante papel. Aros de embolo rotos, desgastados o agarrotados pueden ocasionar fugas de gases entre el embolo y la camisa, lo que significa una reducción de la cantidad de aire para la combustión y de las presiones de compresión máxima, así como un incremento de las temperaturas de combustión y de expansión, con un calentamiento anormal de los émbolos, lo que aumenta el riesgo de agarrotamiento de los mismos.

Figura 10

Los aros se construyen de hierro fundido común; despliegan estando libres un diámetro mayor que en el cilindro, de forma que cuando están en funciones operen una fuerte y uniforme presión contra las paredes del cilindro.

El aro se desliza a lo largo de la pared del cilindro y sus extremidades no han de llegar nunca a tocarse, porque se podría acuñar y ocasionaría una ruptura inmediata.

Para asegurar la estanqueidad, el aro debe tener:

a) Un contacto riguroso en toda su superficie exterior con el cilindro.

b) Un apoyo perfecto sobre el embolo.

Los aros, han de ser de un material más blando que el de la camisa o cilindro, ya que indudablemente, es preferible que se desgasten los aros a que se gasten las camisas.

Fig. 11 Culata del motor Diesel English Electric, tipo RK/V.

Mostrando el conjunto de las válvulas y sus mecanismos.

Culata. Se llama también cabeza del cilindro, son de hierro fundido de aleación especial para obtener una buena resistencia al calor, provistas de resistentes refuerzos para evitar deformaciones. Cada cilindro está dotado de una culata propia, a fin de facilitar la posible extracción del embolo y la biela.

En la culata van alojadas las válvulas de aspiración, escape y arranque, así como la tobera de inyección de combustible, a las que se agrega una válvula de seguridad; debe ser por tanto la parte más refrigerada, por ser también la pieza que ha de soportar las altas temperaturas de compresión y combustión.

Figura 12

En los motores de cuatro tiempos, las culatas son más complicadas por ser mayor el número de válvulas que en ella se alojan.

En la figura 12, se representa una sección de la culata en la que pueden apreciarse las válvulas de aspiración y escape, así como la oquedad para las galerías de refrigeración.

Figura 13 Culata con culatin de un motor Sulzer de dos tiempos.

Figura 14 Tren alternativo de dos tiempos Sulzer RD

Diagrama ideal de un motor diesel de cuatro tiempos

2011-10-29T14:16:00.000-07:00

Representamos el diagrama práctico tal y como debe de resultar aproximadamente en todo motor Diesel de cuatro tiempos bien regulado. En la parte inferior presentamos el diagrama circular, en correspondencia con el diagrama de trabajo, y en el que se indican los ángulos de giro del cigüeñal motor correspondiente a cada adelanto o atraso, teniendo en cuenta que estos no son iguales para todos los tipos de motores, pero los que indicamos servirán de referencia para todos los demás.

Detalle de las posiciones ocupadas por el cigüeñal de motor en correspondencia con los diferentes periodos de trabajo experimentados en el interior del cilindro.

Diagrama ideal de un motor diesel de dos tiempos

2011-10-28T14:22:00.000-07:00

Representamos el diagrama práctico tal y como debe de resultar en todo motor Diesel de dos tiempos debidamente regulado.

Así como en la parte inferior el diagrama circular, en el que se indican los ángulos de giro del cigüeñal motor correspondiente a las distintas fases.

La formación de la mezcla y la combustión

2011-10-27T06:11:00.000-07:00

Factores que intervienen en la formación de la mezcla.

Cortesía Bosch

En los motores de explosión se comprime una mezcla homogénea de proporciones adecuadas de los pesos de aire y combustible previamente preparada en el carburador.

En cambio, en los motores Diesel la mezcla del combustible con el aire se realiza al mismo tiempo que su combustión, únicamente las primeras partículas de combustible inyectado encuentran a su entrada en el cilindro aire puro, las restantes tienen que atravesar los productos de una combustión en los que el aire ya ha sido utilizado. Esto da lugar a que en el cilindro existan zonas con exceso de combustible, mientras que en otras el aire es difícilmente alcanzado por el combustible.

Por consiguiente, es necesario que el combustible inyectado quede distribuido perfectamente en la cámara de combustión con la mayor rapidez posible. Para conseguir esto, a la cámara de combustión se le ha dado formas especiales de modo que se adapte a la forma del chorro.

Al aire de aspiración se le imprime un movimiento de rotación durante la carrera de aspiración, valiéndose para ello de la pantalla deflectora, dispuesta en la válvula de admisión o en virtud de la forma especial del conducto de aspiración, que da lugar a que al entrar el aire en una sola dirección y ser desviado por las paredes del cilindro adquiere un movimiento de rotación, contándose así para la combustión con una ayuda eficaz que favorece a la formación de la mezcla. Y por último, dotando a los inyectores con toberas de agujeros múltiples.

La temperatura y la compresión en el desarrollo de la combustión.

EL proceso de combustión en los motores de explosión se inicia por la inflamación de la mezcla en un punto perfectamente determinado de la cámara de combustión, propagándose con gran rapidez por toda la masa.

En los motores Diesel, el encendido se inicia simultáneamente en una zona considerable de la cámara de combustión, complicándose el desarrollo de la combustión por la simultaneidad de los fenómenos de la mezcla del combustible pulverizado con el aire y del calentamiento del combustible hasta su punto de encendido.

La duración de la combustión en los motores Diesel, depende de la rapidez con que la temperatura de encendido alcance el centro de las partículas combustibles. La combustión que se inicia en la superficie de la partícula crea a su alrededor una atmosfera de gases inertes que dificultan la continuación de esta. Sin embargo, el movimiento relativo que se produce entre el combustible pulverizado y el aire, origina una especie de barrido de los gases quemados permitiendo que el combustible en franca combustión entre nuevamente en contacto con el aire aportado.

La acción de este barrido que favorece en gran manera la rapidez de la combustión, es tanto más acusado cuanto mayor sea la turbulencia del aire y la velocidad relativa de las partículas combustibles, especialmente si son opuestas las direcciones del chorro de combustible y del aire.

Otros de los hechos que favorecen la combustión en los motores Diesel es el descenso del punto de encendido del combustible al aumentar la presión de compresión.

En un motor Diesel el aumento de la presión de compresión se manifiesta en un aumento de la temperatura del aire comprimido en la cámara de combustión, lo cual se traduce en una mayor diferencia de temperatura entre las partículas de combustible y el aire que las rodea, favoreciendo su calentamiento y disminuyendo el retardo del encendido y, por consiguiente, la tendencia del picado propio de los motores Diesel.

Coeficiente de exceso de aire.

En los motores de explosión se consigue formar una mezcla de proporciones adecuadas de los pesos de aire y combustible apta para desarrollar la máxima cantidad de calor. La mezcla intima se realiza antes del encendido con lo que el combustible puede arder totalmente si se mezcla con la cantidad de aire preciso.

Por el contrario, en el motor Diesel la formación de la mezcla y la combustión se realiza simultáneamente, no siendo por ello posible que las partículas de combustible encuentren el oxigeno necesario para su combustión, a no ser que el aire esté presente en abundancia.

La cantidad de aire que necesita un combustible para arder completamente depende de su composición química, o sea de los cuerpos que entran en su composición y la cantidad de cada uno de ellos. Teóricamente se admite que la combustión de 1 kg. de combustible liquido precisa 15 kg. de aire. Sin embargo, el proceso de la formación de la mezcla y su combustión, requiere, con objeto de alcanzar la combustión completa, una mayor cantidad de aire del que resulta del calculo teórico, con el fin de asegurar la suficiente aportación de oxigeno y originar una combustión rápida y completa.

En la práctica, y especialmente por lo que se refiere al motor Diesel, es necesario un exceso de aire para que la combustión sea completa.

Este exceso de aire, conocido por coeficiente de exceso de aire, lamentablemente reduce la potencia que podría obtenerse de un cilindro de determinadas condiciones, al ser menor la cantidad de combustible que teóricamente puede quemar.

El coeficiente de exceso de aire, se expresa mediante la relación:

C= G_r/G_t

Siendo C el coeficiente de exceso de aire, G_r a cantidad de aire real y G_t a la teórica.

La mejor práctica aconsejable es con tar con un 60% de exceso de aire para obtener una combustión eficiente.

La combustión; procedencia de los humos.

La combustión es el fenómeno que da lugar a la producción de trabajo. El estudio del problema de la combustión, ha conducido a ciertas observaciones importantes.

La observación de los gases quemados a su salida de los colectores de escape es un medio precioso que sirve para averiguar cómo se realiza la combustión en el interior del cilindro, y constituye un elemento importante para la condición del motor.

No se debe olvidar que un motor bien regulado, atendido y sin sobrecarga, ha de facilitar en el escape unos gases quemados incoloros, la señal corriente de una combustión mala es el humo que aparece en el escape.

Es evidente que se pueden sacar múltiples consecuencias de la aparición de humos azules o negros en la salida de los colectores de escape del motor Diesel.

Los humos azulados indican que los gases contienen aceites recalentados en estado de vapor sin quemar. Los humos son sensiblemente más grises y menos azulados cuando el aceite de engrase se quema, esto es debido a que algunos aros no son suficientemente estancos por haberse rota o deformado, lo que permite que el aceite de engrase pase a la cámara de combustión.

Los humos gris/negros o negruzcos indican en general un exceso de combustible o bien que este se quema parcialmente. En los motores de dos tiempos la presencia de humo negro puede ser debida a una defectuosa regulación de la presión de barrido o también a una avería de las bombas de barrido.

En todos los casos es preciso eliminar las causas de la aparición de los humos negros, porque van siempre acompañados de efectos desastrosos para el funcionamiento del motor. Aparecen inevitablemente depósitos bituminosos y de carbón que se depositan en los vástagos de las válvulas produciendo su agarrotamiento, así como en toda la superficie troncocónica de los émbolos, donde puede ser la causa de que los aros de peguen.

Los humos blancos en el escape proceden de la vaporización de cierta cantidad de agua, este hecho se presenta por lo general al arrancar el motor a causa de las condensaciones de agua en los cilindros y colectores de escape.

Los cilindros que producen humo denotan temperaturas más elevadas indicadas por el pirómetro colocado en el escape, puesto que la combustión retardada hace que salgan los gases aun en franca combustión a través de las galerías o válvulas de escape.

Efecto de la combustión imperfecta: origen de las chispas.

Cuando el combustible no encuentra la suficiente cantidad de aire para la perfecta combustión, una parte del carbono contenido en el combustible se quemara de manera imperfecta, dando como resultado oxido de carbono. Por lo tanto la presencia de oxido de carbono en el escape es un síntoma que acompaña a la combustión incompleta.

El resultado de una mala combustión es la formación de depósitos que se producen en las cámaras de combustión, los cuales pueden ocasionar perturbaciones en el funcionamiento del motor, especialmente cuando estos depósitos de carbón se han endurecido y se encuentran en las válvulas, en la cabeza del embolo y en toda la cámara de combustión.

El origen de las chispas es una consecuencia de los residuos de la carbonilla, sedimentos y suciedades procedentes del combustible y del aire que no pudieron ser retenidos en los filtros, así como del contenido de cenizas.

El porcentaje de depósitos y cenizas de los combustibles debe de ser bajo con el fin de evitar el desgaste de los cilindros, válvulas y aros del motor. Es necesario que el combustible utilizando este relativamente libre de impurezas que son las que forman la mayor parte de las cenizas que contienen los depósitos de carbonilla.

Picado, autoencendido y detonación.

Por picado se entiende un ruido claro, estridente y duro, que surge a veces en el punto muerto alto del cilindro y que no debe de confundirse con los otros más sordos, producidos, por ejemplo, por la flojedad o desgaste de las articulaciones.

El picado en el motor Diesel está motivado por el adelanto de la inyección, que a su vez depende del tiempo requerido por el combustible para iniciar su combustión. En efecto, entre el momento en que se inicia la inyección del combustible y el instante en que comienzan a apreciarse los efectos de su combustión, existe un cierto intervalo de tiempo que se llama retardo al encendido. El combustible inyectado no se enciende instantáneamente, pues requiere un breve tiempo para comenzar su combustión, que depende entre otros factores de la calidad, presión en el interior del cilindro y temperatura del aire. Es evidente que cuanto mayor sea este retardo al encendido mayor será la acumulación de combustible en el cilindro que debe encenderse espontáneamente, el cual producirá un rápido aumento de presión que se percibe como un fuerte golpe o detonación.

Interesa, a fin de reducir este picado perjudicial, además de la calidad del combustible utilizado con un alto índice de cetano, que facilita una mejor tendencia a la detonación, conseguir una relación de compresión elevada que contribuya a acelerar la combustión y se pueda, con ello, disminuir el adelanto de la inyección.

El autoencendido y la detonación son dos fenómenos propios de los motores de explosión.

El autoencendido se produce siempre durante el periodo de compresión al rebasar la temperatura de encendido del combustible y sin necesidad de chispa eléctrica. De ello, se deduce la necesidad, para evitar el autoencendido, que la temperatura alcanzada por la mezcla en la compresión sea bastante inferior a la de dicho punto. Es necesario disponer de cierto margen, toda vez que no es la temperatura media de la masa gaseosa comprimida la que debe de considerarse, sino la máxima temperatura que pueda existir en un punto cualquiera de la cámara de combustión, que es lo que en definitiva puede provocar la explosión anticipada. Los valores que esta temperatura máxima suele alcanzar es considerable y muy superior a la temperatura media de la masa gaseosa, ello es debido a la presencia de puntos incandescentes en las válvulas de escape o en los electrodos de las bujías, o bien por depósitos incandescentes de carbonilla adheridos a las paredes del cilindro o en la cabeza del embolo.

En cambio, la detonación se produce durante la última fase de la combustión, a consecuencia de la combustión espontanea y simultanea de toda la mezcla que aun no ha sido quemada, inicialmente solo se enciende una pequeña parte de la masa explosiva próxima a la bujía.

A medida que la combustión se propaga progresivamente con una velocidad variable que depende de la riqueza de la mezcla y de su temperatura, el frente de la llama se ensancha y al hacerlo comprime la mezcla sin quemar hasta el punto de encendido, dando lugar a una combustión instantánea con un aumento considerable de la presión, que origina una onda explosiva que, a su vez, golpea las paredes del cilindro y que se percibe como un ruido metálico u agudo que acompaña a la combustión.

La detonación produce un calentamiento excesivo de las válvulas, embolo, culata, bujías y bloque del cilindro, así como una considerable pérdida de potencia. Para evitar la detonación en los motores de explosión, es preciso que los combustibles tengan una mayor estabilidad química, lo cual se consigue mediante los llamados antidetonantes que aumentan convenientemente el índice de octano de los combustibles utilizados.

Vemos, pues, que los factores que tienden a aumentar la tendencia a la detonación en un motor de explosión, tienden en cambio a disminuirla en un motor Diesel. En un motor de explosión, es conveniente que el punto de encendido sea lo más elevado posible, a fin de evitar la detonación de la última porción de la carga que se quema. Por el contrario, en el motor Diesel interesa que el punto de encendido sea lo más bajo posible, a fin de que el combustible pueda entrar en combustión en el tiempo más breve posible después de su inyección en la cámara de combustión.

Medios para evitar el picado: índice de octano, cetano y ceteno; su determinación.

El aumento del rendimiento teórico, requiere para ello aumentar el grado de compresión. Por lo que se refiere al motor de explosión, ello entraña una mayor facilidad de producir el autoencendido, siendo preciso emplear los medios necesarios para combatirlo. Pera ello se utilizan procedimientos químicos que facilitan una elevada estabilidad química de los combustibles, es decir, una mayor aptitud antidetonante, la cual viene determinada por el índice de octano. Este índice de octano, definido como la resistencia que poseen los combustibles de oponerse al fenómeno de la detonación, se determina por comparación con un combustible compuesto de heptano y de iso-octano.

En los motores Diesel en cambio, interesa que los combustibles utilizados posean una temperatura de encendido baja con objeto de disminuir en lo posible el retardo del encendido, que es un factor de gran importancia en el funcionamiento del motor, porque de él dependen la violencia o la suavidad de la combustión.

Con el fin de valorar el comportamiento de los combustibles utilizados en los motores Diesel, se estableció el índice de cetano de cualidades totalmente opuestas al índice de octano. El índice de cetano nos define la facilidad de encendido del combustible; este número o índice expresa el porcentaje de una mezcla de cetano y alfametilnaftaleno que produce igual comportamiento que el del combustible que se ensaya.

Para determinar la cualidad de encendido se empleo el ceteno (C₁₆H₃₂) y el alfametilnaftaleno (C₁₁ H₁₀) como combustible de referencia, pero siendo el ceteno un combustible de la serie de los hidrocarburos no saturados, se mostro bastante inestable y, en consecuencia, con resultados poco satisfactorios, motivo por el cual fue sustituido por el cetano (C₁₆H₃₄) de la serie de los hidrocarburos saturados.

Así, pues, la cantidad de cetano contenida en una mezcla con alfametilnaftaleno, determina por comparación con un combustible su índice de cetano, siendo el índice del cetano puro 96.

Índice diesel.

La determinación del índice de cetano presenta el inconveniente de precisar equipos costosos además de tener que realizar constantes ensayos de laboratorio. Por dicho motivo, se pensó en relacionar algunas de las propiedades físicas de los combustibles utilizados en los motores Diesel, a fin de establecer un juicio más fácil sobre el comportamiento de un combustible dado. En este sentido se estableció el índice Diesel, que viene dado por la formula:

Índice Diesel = Punto de anilina (grados F) x Densidad A.P.I./100

El punto de anilina se halla calentando al baño de maría una mezcla de partes iguales de anilina y de la muestra del combustible cuyo índice Diesel se desea determinar, hasta que forme una solución clara; seguidamente se deja enfriar y en el instante en que la mezcla empieza a enturbiarse, la temperatura que entonces acuse, expresada en grados Fahrenheit, constituirá el llamado índice de anilina.

La densidad A.P.I. (American Petroleum Institut) guarda una estrecha relación con el peso específico, expresada mediante la siguiente ecuación:

Densidad A.P.I. = 141,5/Peso especifico - 131,5

El índice Diesel no difiere mucho en magnitud al índice de cetano del mismo combustible.

Descripción y funcionamiento de las distintas clases de válvulas de un motor diesel y de los sistemas de accionamiento de las mismas; camones y levas. Ejes de camones y ejes de levas.

2011-10-26T07:20:00.000-07:00

Las válvulas son los mecanismos utilizados en los motores de combustión interna para la realización del ciclo de trabajo, contribuyendo a que las distintas fases se verifiquen en los momentos precisos.
Las funciones desempeñadas por cada una de ellas difieren de unas a otras, motivo por el cual reciben diferente denominación.

Válvula, de aspiración. Solamente se utilizan en los motores de cuatro tiempos, estén constituidas por discos troncocónicos que ajustan perfectamente sobre su asiento practicado generalmente en la culata. Se construyen de acero especial resistente al calor; algunas de ellas poseen pantallas deflectoras con objeto de orientar al aire en dirección tangencial a la camisa y originar un fuerte torbellino dentro del cilindro, facilitando con ello una buena combustión.

Las válvulas de aspiración aprovechan el aire, que pasa tocando el cuerpo, vástago y plato de la válvula, como elemento refrigerante, no siendo necesaria que estas sean refrigeradas por agua.

Desde el punto de vista termodinámico, la válvula debe estar dotada de la mayor sección de paso posible, de manera que los fenómenos de estrangulamiento que se producen durante los periodos de aspiración y escape queden notablemente reducidos, y consiguientemente el área negativa del diagrama de trabajo que como sabemos disminuye enormemente el rendimiento práctico.

En accionamiento de las válvulas solo se produce en la apertura, manteniéndose cerradas mediante resortes helicoidales.

Válvula de Admisión Válvula de Escape
Figura 29

Válvula de escape. La válvula de escape constituye con la de aspiración, los mecanismos precisos para realizar las fases de intercambio entre el exterior y el interior del cilindro.

Así como hemos dicho que las válvulas de aspiración no precisan refrigeración, no sucede lo mismo con las válvulas de escape que están sujetas a las elevadas temperaturas propias de los gases de escape, siendo preciso en los motores de medianas y elevadas potencias una adecuada refrigeración. Para ello las válvulas de escape están provistas de galerías interiores por donde circula el agua de refrigeración que se toma del circuito general del motor.

En la figura 29, representamos los dos tipos de válvulas con cuerpos independientes de la culata para su fácil renovación. La válvula de escape descrita, posee conductos y galerías de refrigeración, la entrada del agua se efectúa por E y la salida por un conducto no perceptible en la figura.

Cigüeñal. El cigüeñal recibe los impulsos motrices de los émbolos a través de las bielas, transmitiéndolos al eje motor. Además asegura la continuidad de funcionamiento del embolo durante los periodos resistentes.

Figura 30

Figura 31

En la figura 30, se presenta un eje de cigüeñal, y en la figura 31 un eje de camones.

Sistemas de accionamiento. Para la realización del ciclo de trabajo, hemos visto que las válvulas deben ser gobernadas en su apertura, estando sujetas a la acción del muelle o para producir su cierre, de tal manera que permanezcan cerradas si nada se opone a ello.

Se comprende que para producir su apertura sea preciso un órgano que empuje el conjunto valvular venciendo la resistencia del muelle. Este órgano, al cual se le confía el accionamiento periódico, está constituido por una excéntrica de perfil adecuado, que gira en un eje secundario con una revolución por cada ciclo completo. EL requiere que cada válvula está dotada de una excéntrica convenientemente dispuesta respecto al sentido de rotación del eje secundario.

Estas excéntricas reciben el nombre de camones y eje de camones el eje secundario en donde se hallan caladas.

Figura 32

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El accionamiento de las válvulas puede efectuarse mediante diversos sistemas:

a) Mediante la acción directa del camón sobre la válvula con interposición de un pequeño vástago provisto de un rodillo en su extremidad de contacto con el camón. Este procedimiento es el comúnmente empleado en los motores de pequeñas potencias. En la figura 32, se puede apreciar la disposición de este sistema del que se desprende su funcionamiento.

b) Accionamiento de las válvulas mediante balancines o levas. Este es el procedimiento más utilizado en los motores de elevadas potencias.

C) Accionamiento de las válvulas mediante balancines y palancas verticales.

Como se observa en la figura 33, la transmisión del movimiento se realiza mediante un balancín, uno de cuyos extremos está provisto de un rodillo que se apoya sobre el camón, produciéndose la apertura de la válvula al bascular el balancín por la acción directa a del camón.

Este sistema es muy empleado en los motores de medianas potencias.

El balancín toma el nombre de leva, y el eje en el que van montadas y que sirve de centro de giro y permanece fijo, eje de levas. La leva esta pro vista de un sistema de regulación que permite ajustar el huelgo entre el balancín y la válvula, generalmente este sistema está constituido por un tornillo con su contratuerca de seguridad.

Figura 33

Como se aprecia en la figura 34, al subir la palanca vertical por haber sido accionada por el camón, el extremo libre de la leva comprime el muelle produciendo la apertura de la válvula.

Tanto los rodillos como los camones se construyen de aceros especiales que ofrezcan gran resistencia al desgaste.

Cada camón presenta un perfil de ataque y un perfil de salida, ambos adecuados para los diferentes tipos de válvulas.

En los distintos sistemas de accionamiento de las válvulas, es condición precisa la existencia de un pequeño huelgo entre el rodillo y camón respectivo, de 1o contrario sería imposible su funcionamiento: en primer lugar, porque el rozamiento continuo entre el rodillo y camón impediría el cierre perfecto de las válvulas durante los periodos inactivos, y en segundo lugar, porque las inevitables dilataciones modifican el ajuste efectuado dificultando el cierre de las válvulas en la zona inactiva.

Figura 34

Se comprende la necesidad de la existencia de un huelgo entre el rodillo y la parte inactiva del camón.

Figura 35

Como en la figura 35 se observa, debido a este huelgo inevitable, el Angulo real de la duración del periodo no es el aparente aOb correspondiente a los puntos a y b en los que se inicia y termina los perfiles de ataque y salida del camón de radio r, sino el ángulo AOB comprendido entre los puntos A y B de radio R = r + h.

Por consiguiente los trozos aA y bB no tienen más misión que la de simple unión.

Bombas de combustible.

2011-10-25T04:59:00.000-07:00

Distintos sistemas de bombas de combustible.

La bomba de combustible tiene la misión de suministrar a los cilindros el combustible en cantidades exactamente ajustadas a la potencia y bajo la presión necesaria para una buena pulverización.

La presión de descarga del combustible en los motores de inyección neumática oscila alrededor de los 90 Kg/cm², siendo únicamente necesario que dicha presión sea ligeramente superior a la que posee el aire comprimido que ha de originar la pulverización. Por el contrario, en los motores de inyección mecánica, la pulverización requiere una el evada presión del combustible con objeto de obtener una gran caída de presión en la tobera del inyector, motivo por el cual la presión de descarga de la bomba se realiza a unos 300 Kg/cm².

Vemos pues, desde el punto de vista de la presión, que existe una cierta diferencia entre las bombas de combustibles utilizadas para la inyección neumática y mecánica.

En la inyección neumática, la bomba suministra al inyector la cantidad de combustible necesario de acuerdo con la potencia que deba desarrollar el motor, siendo el aire comprimido el encargado de pulverizarlo e introducirlo en el cilindro en el momento oportuno. En cambio, en-la inyección mecánica se consiguen los mismos fines mediante la elevada presión de descarga que la bomba comunica al combustible.

Teniendo en cuenta que el sistema de inyección neumática ha desaparecido casi por completo, imponiéndose de forma absoluta el sistema de inyección mecánica, dedicaremos su estudio a las bombas de inyección mecánica.

Las bombas de combustible pueden clasificarse en tres grandes grupos:

a) Bombas de carrera variable. Este está constituido por aquellas bombas que modifican la cantidad de combustible que se debe inyectar en el cilindro variando la carrera del embolo de la bomba.

b) Bombas de carrera constante. A este grupo pertenecen las bombas cuya carrera del embolo es constante cualquiera que sea la potencia desarrollada por el motor. La variación de la cantidad de combustible se obtiene abriendo más o menos pronto una válvula o sistema adecuado que pone en comunicación la cámara de presión de la bomba con la aspiración o sobrante.

c) Bombas de presión constante. Estas bombas descargan el combustible en un acumulador que mantiene constante la presión en el circuito de inyección mediante una válvula de sobrante timbrada a la presión deseada.

Motores de combustión interna.

En este sistema las válvulas de inyección no son accionadas directamente por la presión de la bomba, sino a través de un dispositivo que en un momento determinado pone en comunicación el inyector con la presión del circuito de impulsión. Se comprende que del dispositivo distribuidor depended el momento de la inyección y la cantidad de combustible inyectado. Este método ha sido casi totalmente abandonado en favor del sistema de bomba individual.

Métodos para adaptar la cantidad de combustible inyectado a la velocidad del motor.

Hemos visto, que la potencia desarrollada por el motor depende de la cantidad de combustible suministrado por la bomba, de ello, se desprende la necesidad de un sistema adecuado que actúe sobre la cantidad de combustible facilitado por la bomba.

La variación de la cantidad de combustible inyectado al cilindro en cada ciclo, puede ser obtenido por diversos medios:

a) Actuando directamente sobre la cilindrada de la bomba, variando para ello la carrera del embolo.

b) Utilizando una parte de la cilindrada de la bomba, que corresponda con la carga del motor.

c) Estrangulando el conducto de combustible.

De los tres métodos, el segundo es el más generalizado en los motores Diesel, habiéndose desechado el primero y el tercer por los inconvenientes que presentan de poca precisión, en particular cuando se trata de obtener pequeñas potencias.

A continuación examinemos los dos primeros sistemas, describiendo sus características:

En el primer sistema se hace variar la cantidad de combustibles entregado por la bomba, alterando de varios modos la carrera del embolo.

El más sencillo consiste en hacer uso de un camón de perfil variable que se puede desplazar a lo largo del eje. La realización de este sistema se ve claramente en la figura 60.

El desplazamiento axial del camón C de perfil variable se realiza, por lo general, mediante un sistema de palancas accionadas por el regulador, modificándose con ello la carrera máxima efectiva del embolo de la bomba.

Otro método con resultados análogos, consisten en colocar una curia entre el embolo de la bomba y el camón correspondiente; de tal manera que al retirar la curia quede un juego entre ambos, de este modo el embolo solamente recorre una fracción de carrera máxima producida por el camón. Sin embargo, todos estos métodos, en donde la disminución de la cantidad de combustible se realiza reduciendo la carrera del embolo, presentan el inconveniente de retrasar el adelanto de la inyección, a no ser que la bomba se haya dispuesto de forma que lo evite.

Figura 60 Figura 61

Al segundo sistema pertenecen las llamadas bombas de carrera constante, distinguiéndose dos métodos muy particulares para el aprovechamiento de su carrera útil; en el primer método se hace uso, para variar la cantidad de combustible que la bomba entrega cada vez al inyector, de una válvula que se abre en cierto momento de la carrera del embolo y que pone en comunicación la cámara de presión de la bomba con la de aspiración o con el depósito del cual procede el combustible.

Su representación esquemática (fig. 61), simplifica el estudio que a continuación vamos a realizar, presentando una bomba de combustible Sulzer con sus elementos componentes.

Figura 62

Esquema de la inyección del combustible

Figura 63

Representación esquemática del sistema de inyección SULZER, en el que se puede apreciar la bomba a que hemos hecho referencia.

En la figura 62, el embolo 212 es empujado hacia arriba por el camón de combustible 213 que actúa sobre el rodillo 214 del empujado 215. El muelle 216 obliga al embolo a seguir al camón, es decir, lo hace volver a su posición inferior.

Durante la carrera ascendente del embolo, descienden los vástagos de empuje de la válvula y, en cuanto esta ultima toca su asiento, el vástago 219 pierde el contacto con ella. En este momento empieza la impulsión. Mientras la válvula esta levantada, el embolo devuelve el combustible a la cámara de aspiración. Cuando la válvula llega a su asiento, el combustible es impulsado al inyector a través de la válvula de impulsión 225 y el conducto 227.

La válvula de aspiración 217 esta accionada por los vástagos 219 y 221, cargados con un muelle. El vástago 221 de longitud regulable, es accionado por el empujador 215 a través del balancean 222, que se apoya en la excéntrica del eje de regulación 224.

El giro del eje de regulación 224 (accionado por el regulador) modifica la posición del centro de giro del balancín 222, y la válvula de aspiración 227 cerrara más pronto o las tarde. El resultado es un aumento o disminución del caudal impulsado por la bomba. Cada una de las bombas puede ser desconectada durante el servicio, girando 1800 la leva de desconexión 228, se eleva el empujador 215 y el rodillo queda fuera del alcance del camón.

La válvula de seguridad 229, conectada a la cámara de impulsión, impide una elevación inadmisible de la presión, debida, por ejemplo, a la obstrucción de los agujeros de la tobera.

En el segundo método se simplifica la bomba, al aprovechar el embolo de la misma, para producir la apertura y cierre del conducto de llegada del combustible.

La regulación de la cantidad de combustible suministrado por la bomba, se consigue haciendo girar el embolo sobre su eje, de tal forma que, el resto del combustible impulsado durante la carrera ascendente del embolo es devuelto a la cámara de aspiración por medio de una arista helicoidal maquinada en el embolo, lográndose regular el combustible en cantidad y presión al régimen de marcha deseado.

En la figura 64, está representado esquemáticamente el método de referencia.

Figura 64 Figura 65

c = Válvula de presión

e = Vaina de regulación

d = Cremallera reguladora

f = Embolo

g = Resorte

i = Tornillo sujeción cilindro

Descripción de la bomba Bosch. Particularidades de los elementos que la componen.

La bomba de combustible Bosch representada en la figura 65, está constituida por un cuerpo de acero forjado en el cual se alojan el cilindro y el embolo. El embolo de la bomba es accionado en la carrera de compresión por un camón y en la carrera de aspiración por el muelle del embolo.

El cilindro está cerrado por una válvula de presión cargada con un muelle, estando conectado a la tubería de impulsión que comunica con el inyector respectivo.

Cuando el embolo está en la posición más baja, la cámara de presión, que se encuentra encima del embolo, se llena de combustible que ha entrado desde la cámara de aspiración a través de las lumbreras laterales de entrada al cilindro.

Al subir el embolo obtura las lumbreras de entrada y eleva la presión hasta levantar la válvula de presión, efectuando la descarga del combustible al circuito de impulsión.

Tan pronto la arista helicoidal llega a descubrir la lumbrera de regulación, se pone en comunicación la cámara de presión con la de aspiración, y todo el combustible durante el resto de la carrera del embolo escapa por ella, finalizando la inyección del combustible.

El suministro cesa cuando la arista helicoidal y la lumbrera de regulación coinciden, toda vez que a partir de este momento la cámara de presión comunica con la cámara de aspiración.

La figura 66, representada a continuación, expone las diversas fases del funcionamiento:

Figura 66

La figura 1 y corresponden a la posición de arranque y suministro máximo.

Las figuras 3 y 4 corresponden a la marcha normal, la posición de la figura 4 representa el final del suministro.

Y por último, en la figura 5 la ranura longitudinal. Coincide permanentemente con la lumbrera de regulación; no se efectúa presión ninguna sobre el combustible en la cámara de presión y, por consiguiente, no hay suministro de combustible.

La figura 67 muestra con más detalle este interesante tipo de bomba de combustible.

a. b. Fig. 67 c. d.

a. El combustible penetra en la bomba de combustible.

b. La arista superior del embolo obtura el orificio de entrada del combustible.

c. El embolo impulsa el combustible hacia el inyector.

d. La arista helicoidal descubre la lumbrera de descarga.

La evacuación del aire de la bomba.

La operación de purgar la bomba debe efectuarse en las oportunidades siguientes:

1º Antes de ponerla en marcha por primera vez.

2º Cuando la bomba ha quedado sin funcionar durante cierto tiempo.

3º Cuando, por una razón cualquiera, se haya aflojado o desmontado la bomba, la tubería de aspiración o la tubería de presión.

El proceso a seguir para purgar la bomba es el siguiente:

1º Soltar el tomillo de evacuación de aire. Si la bomba no la tiene, soltar la conexión de aspiración. En ambos casos, purgar hasta que el combustible salga sin burbujas.

Apretar nuevamente el tomillo de evacuación de aire o la conexión de aspiración.

2º Soltar la tuerca de unión de la tubería de presión del porta inyector, ajustar la varilla de regulación para la posición de máximo suministro y bombear con la palanca de mano hasta que salga el combustible sin burbujas por la tubería de presión del porta inyector.

3º Atornillar fuertemente de nuevo la tubería de presión del porta inyector y seguir bombeando hasta que se note resistencia. Entonces tanto la tubería de presión como el porta inyector y el inyector se han llenado con combustible exento de burbujas.

Sistema de inyección

Figura 69

Otros tipos de bombas de combustible más empleados en la marina mercante.

Bomba de combustible M.A.N.

Empleada en los motores GV de potencias comprendidas entre 175 C.V. y 1.335 C.V. (fig. 70), dispuestas una para cada cilindro, cuentan con distribución de aristas oblicuas y regulación por embolo giratorio. Las ranuras de distribución han sido practicadas en el embolo de modo que quedasen diametralmente opuestas; anulándose así recíprocamente las fuerzas de reacción del combustible rebosante.

El embolo de la bomba puede girar por lo tanto con entera libertad dentro de su guía. Las dos ranuras oblicuas comunican con la cámara de impulsión a través de unos orificios practicados en el embolo, la arista superior de la ranura oblicua superior es la llamada arista de distribución; ya que, según sea la posición del embolo, pone en comunicación la cámara de impulsión con la cámara de aspiración, interrumpiendo así el envió de combustible y regulando de esta forma la cantidad de combustible inyectado.

Distribución por arista oblicua del caudal de las bombas de combustible:

a b Figura 70 c d

a El embolo inicia la carrera; el pistón de la bomba se halla en el punto muerto inferior; el combustible entra.

b El envío de combustible comienza; el borde superior del embolo interrumpe la comunicación de la cámara de aspiración con la de impulsión.

c Fin del envío de combustible; la arista de distribución establece de nuevo la comunicación entre la cámara de aspiración y de impulsión.

d El embolo termina la carrera; el pistón de la bomba se halla en el punto muerto superior.

El ajuste del embolo de la bomba de combustible y de la arista de distribución, se efectúa

girando el embolo, cuyas piezas de arrastre se deslizan en dos ranuras del casquillo

regulador, que a su vez son giradas por medio del varillaje del regulador.

Regulación y ajuste de las bombas de combustible.

La regulación de las bombas de combustible, se fundan en la necesidad de que todos los cilindros del motor desarrollen la misma potencia, de lo contrario los esfuerzos sobre el cigüeñal resultarían desequilibrados, el funcionamiento del motor no sería regular y estaría sometido a vibraciones más o menos perceptibles que pueden causar graves averías.

La regulación de las bombas de combustible difiere unas de otras por la complejidad de su sistema. Sin embargo, el constructor da las normas para efectuar su regulación.

En el caso de tratarse de una bomba Bosch del tipo PF, la regulación se efectúa desplazando la varilla de regulación que con su dentado hace girar el manguito de regulación y el embolo de la bomba.

A medida que se ejecuta la carrera del embolo de la bomba, las aristas inclinadas de que está provisto, descubren las perforaciones del cilindro de la bomba, resultando que las perforaciones citadas hacen de punto de escape o rebosamiento del combustible. Según la posición de las aristas resulta, pues, un aumento o una reducción de la carrera aprovechada para la inyección. Consecuentemente también varía el caudal de combustible inyectado en el cilindro.

Figura 72

En el supuesto de que se trate de una bomba de inyección PF con mirilla de ajuste (fig. 72), esta deberá realizarse de la manera siguiente:

a) Colocar el embolo del motor en su carrera de compresión en la posición, anterior al punto muerto alto, indicada por el fabricante del motor como comienzo de la inyección. (Por ejemplo 10° antes del P.M.A.)

b) La leva de accionamiento, el empujador y el embolo de la bomba deben ajustarse entre sí, de forma que, para la posición del embolo del motor, indicada en a), coincidan las señales marcadas en la mirilla de ajuste y en la camisita de guía (fig. 1). Además, la señal de la camisita de guía debe ser visible por la mirilla tanto en la posición más alta del embolo de la bomba, (fig. 2), como en la más baja (fig. 3). En las bombas de varios cilindros, los elementos se ajustaran uno después de otro en la forma indicada en a) y b).

c) Como el ajuste acabado de exponer solo es válido para condiciones medias de diámetro del embolo, presión de inyección y numero de revoluciones, el ajuste final óptimo de la bomba respecto al motor deberá determinarse por medio de ensayos. Si no puede lograrse desplazando el tornillo de ajuste del empujador, deberá variarse el accionamiento de la bomba.

Si la bomba de combustible no tuviese mirilla de ajuste, en la brida de fijación 0 la plaquita de características de las bombas de inyección PF sin mirilla de ajuste se indica la medida «a» de montaje. La tolerancia indicada para la medida «a» de montaje se compone de las tolerancias de la bomba, del camón de accionamiento y del cuerpo del motor.

Las tolerancias de las tres piezas en conjunto no deben sobrepasar en ninguna dirección de + 0,4 m/m.

La medida «a» de montaje se medirá, par ejemplo, coma indica la figura 73, o bien en otra forma adecuada, para ello es preciso que el vástago de rodillo se encuentre en su posición más baja. Con el fin de asegurar siempre un contacto perfecto entre el manguito de guía de la bomba de combustible y los elementos de accionamiento, y además para evitar que durante el servicio el manguito de guía golpee contra el anillo de muelle, es necesario que la Fig. 73 medida «a» sea igual a 5,5 m/m. Las diferencias que existen se compensan con los suplementos de chapas provistos para este fin.

Figura 73

El comienzo de la inyección es el momento de abrirse la válvula de inyección y de entrar el combustible en la cámara de combustión.

Esta determinado, sobre todo, por el comienzo de la elevación de la presión del combustible por la bomba.

No obstante, también depende de la magnitud de la descarga proporcionada por la válvula de retención, así coma del diámetro del embolo de la bomba, de la longitud del conducto de impulsión, de la presión de apertura en la tobera, de la velocidad del motor y de otros factores mas. El momento en que se inicia la inyección es determinante para la presión de encendido.

Cuanto antes se inyecte el combustible, tanto mayor es la presión de encendido y viceversa.

Debe procurarse que las presiones sean aproximadamente iguales en todo los cilindros. Si se comprobase que la presión de encendido correspondiente al cilindro el cual ha sido provisto de bomba nueva, es menor que en los demás cilindros, requerirá un avance del camón respectivo, es decir, la inyección deberá comenzar antes. En cambio, si la presión es mayor, el camón respectivo deberá desplazarse hacia atrás. En la figura 74, esta reproducida una muestra de diagrama de presiones de encendido.

Figura 74

Para adoptar el método empleado para determinar directamente la iniciación del bombeo .y la obturación de las perforaciones de aspiración se recomienda consultar el manual del fabricante.

Bomba de combustible

Figura 75a

Figura 75b

Desgaste de la camisa; huelgo entre embolo y camisa.

2011-10-24T07:34:00.000-07:00

El desgaste de la camisa aunque no tiene una acción directa en las condiciones de trabajo, impide el buen funcionamiento de los aros incrementando el riesgo de rotura.

El desgaste de la camisa depende de varios factores, tales como el engrase, la presión de los aros, la oxidación, la suciedad y el tipo de material empleado en la constitución de la camisa.

El desgaste producido no se manifiesta de una manera regular a lo largo de la camisa, sino que es máximo en la posición que ocupa el embolo poco después del punto muerto alto y va disminuyendo hasta llegar al punto muerto bajo. En la figura 1, se muestra el desgaste expresado en milímetros sobre el diámetro primitivo de una camisa después de varios años de trabajo.

Figura 1

Con objeto de resistir al desgaste, las camisas se construyen de fundición centrifugada empleándose aleaciones especiales muy resistentes al desgaste.

Huelgo entre embolo y camisa.

Durante el funcionamiento del motor, la transformación del movimiento rectilíneo alternativo del embolo en circular continuo del eje motor, se realiza mediante la biela como órgano transmisor del movimiento, ello da origen a una fuerza lateral que actúa en dos sentidos diferentes, de tal manera que en la carrera descendente el embolo roza un lado de la camisa y en la carrera ascendente el opuesto.

Por consiguiente, es preciso a fin de evitar el golpeteo del embolo sobre ambos lados de la camisa que exista un ajuste perfecto. Sin embargo, teniendo en cuenta que la dilatación que se produce en el embolo y la camisa durante el funcionamiento no es la misma, debido a ser distinta la refrigeración a que están sometidos y distinto el calor absorbido, es esencialmente necesario dejar una holgura entre ambos, de lo contrario se produciría un agarrotamiento del embolo coma consecuencia de ser mayor su dilatación.

Ahora bien, teniendo en cuenta que el embolo se dilata de distinta manera, siendo mayor su dilatación en la parte alta por ser superior la temperatura a que está sometido que en el extremo bajo de la faldilla, es preciso que el embolo sea ligeramente troncocónico en vez de cilíndrico.

Para la determinación del huelgo que debe existir entre el embolo y la camisa, podemos aplicar la formula 4D/1000 m/m refiriéndonos a la parte alta del embolo y de 2D/1000 m/m a la falda del embolo.

Diagramas defectuosos del motor y sus interpretaciones.

2011-10-22T11:56:00.000-07:00

Los equipos para la toma de los diagramas del motor han evolucionado hasta convertirse en instrumentos electrónicos computarizados proporcionando con mucha mas exactitud el funcionamiento del cilindro y en general del motor de interés.
Para ello mostraremos una serie de diagramas defectuosos y las causas por producidas por el equipo como tal.
A continuación mostraremos algunos equipos "Engine indicator"

Figura 1 Indicador de presión digital

Figura 2 de presión mecánico

Considerando la exactitud de los IPD solo mostraremos los diagramas defectuosos generados por los IPM y su interpretación:

Cuerda del indicador corta.

Cuerda del indicador larga.

Flojo el lápiz.

Pistón atascado.

Flojo el pistón indicador.

Frenado el movimiento de la cuerda.

Flojo el perno donde va la cuerda.

Diagrama indicado en función del ángulo de la manivela para un motor de 2 tiempos

En la figura 3 se representa un diagrama indicado típico de un motor de 2 tiempos. Consideramos superfluo hacer una descripción detallada del mismo ya que entradas anteriores se ha descrito; pues bien, bastará para aclarar algunos puntos oscuros, el examen del correspondiente diagrama trazado en función del desplazamiento angular de la manivela. Ilustra este diagrama la figura 4.

Como tampoco hay, en este caso, correspondencia entre "tiempo" y "carrera", para comodidad de la exposición hemos hecho coincidir el principio de los dos tiempos con los puntos que corresponden, respectivamente, al comienzo de la fase de combustión y al inicio de la fase de barrido.

a) Primer tiempo. En el punto 3 se efectúa el encendido de la carga, y se desarrolla la combustión para dar origen después a la expansión. Esta continua hasta que el pistón, en correspondencia con el punto 5, abre las lumbreras de escape. Como la presión en el cilindro es todavía elevada, la fase de escape comienza de modo espontaneo. Inmediatamente después, es decir, cuando la presión se ha reducido a un valor igual aproximadamente al de la que reina en el conducto de alimentación, se abre en 1 la lumbrera de admisión, y el aire, o la mezcla, empujada por la presión existente en cárter u originada por un compresor, entran en el cilindro.

Figura 3

b) Segundo tiempo. En este punto comienza la fase llamada de barrido, la cual se desarrolla pasando por el P.M.I., y, por encontrarse abiertas las lumbreras de escape y de admisión, se verifica simultáneamente el escape de gases y la introducción de la nueva carga. Los gases frescos expulsan a los gases de combustión para ocupar su puesto.

Si la compresión de la nueva carga se realiza en el cárter, la presión en el cilindro continua disminuyendo durante el barrido, porque el cilindro esta en comunicación con la atmósfera y al presión de alimentación va decreciendo gradualmente. Cuando, por el contrario, la presión de la nueva carga es producida por un compresor, la presión permanece constante tanto en el conducto de admisión como en el cilindro. En algún caso, con tubos de escapes más bien largos, la inercia de la columna de gases de escape produce una succión de gas fresco en el periodo final de la fase. Por esta razón, cuando en 2' se cierra la lumbrera de admisión y prácticamente cesa la introducción de gas fresco, puede continuar el escape, con pérdida de gas que es imposible reemplazar. Más adelante veremos como en los motores Diesel lentos se elimina este inconveniente adoptando las llamadas válvulas de barrido, dispuestas en el conducto de admisión. La presión del cilindro se mantiene casi constante hasta que en el punto 2'' se cierra también la lumbrera de escape para dar comienzo a la fase de compresión. En el caso en que el fluido fresco se comprime en el cárter, el pistón antes de alcanzar el punto muerto superior, descubre las lumbreras de entrada en el mismo y el fluido entre requerido por la depresión que se produce durante la carrera ascendente del pistón. El fluido es comprimido en el cárter en el curso de la primera fase de la cerrera siguiente.

Figura 4

En la figura 4, el área rayada con morado representa trabajo útil, y la señalada con azul, trabajo pasivo. Hacemos observar que aquí no aparece, como en el caso del motor de 4 tiempos, el trabajo de aspiración, porque éste forma parte del trabajo gastado para la compresión del fluido en el cárter o para el funcionamiento del compresor.

Diagrama de las presiones en función del desplazamiento angular del eje para un motor de 4 tiempos.

Conociendo el ciclo indicado, lo inmediato es trazar el diagrama de las presiones en el cilindro en función del desplazamiento angular de la manivela, en lugar de hacerlo en función de los volúmenes o de los movimientos alternativos del pistón, teniendo en cuenta para ello la relación cinemática que liga este último con la rotación del eje.

Este diagrama sirve, como veremos más adelante, para el cálculo de las cargas sobre cojinetes, pero anticipamos su estudio para adquirir más familiaridad con los rozamientos sobre los ciclos.

En la figura 5 está representado el diagrama relativo a un motor de 4 tiempos. Como ya sabemos, en el ciclo real las transformaciones no se verifican, según supusimos en el ciclo teórico, entre los límites representados por los puntos muertos. Por tanto, las fases del ciclo son distintas entre sí y difieren, a la vez, de los correspondientes a la carrera del pistón. Semejante hecho o circunstancia queda demostrado en la figura 5.

Examinemos como varían los valores de la presión durante el desarrollo del ciclo:

a) Admisión. Al comienzo de la carrera de aspiración 1,2 el interior del cilindro se encuentra a una presión ligeramente superior a la atmosférica por no haber terminado todavía la fase de escape. Cuando el pistón se halla en el punto 2, en su carrera hacia el P.M.I, aspira cierta cantidad de aire o mezcla gaseosa a través de la válvula de aspiración, abierta oportunamente. Como ya hemos visto, durante casi toda esta fase existe una presión menor que la exterior, a causa de la resistencia que encuentra el gas en los conductos. Ello origina la llamada depresión en la aspiración, la cual resulta tanta más intensa cuanto mayor es la velocidad del gas, por razón de la mayor resistencia que este fluido ha de vencer a su paso por dichos conductos. Como es evidente, esta fase representa trabajo pasivo.

Figura 5

Cuando en el punto 3 el pistón inicia su carrera de retorno, el ambiente en el cilindro se encuentra todavía en depresión; por este motivo, y a pesar del movimiento contrario del pistón, continua la introducción del fluido hasta 4, punto donde se igualan la presión interna y la atmosférica. En este punto se debe cerrar la válvula de aspiración. Si el conducto de admisión es largo, se puede utilizar el efecto de la inercia de la columna gaseosa, para continuar la admisión después del punto 4 retardando, para ello, el cierre de la válvula. En el punto 4 se inicia, pues, la verdadera compresión.

b) Compresión. La compresión de la carga se produce como consecuencia del movimiento del pistón en la fase 4-6. Teniendo en cuenta que la combustión requiere un cierto tiempo para realizarse, a fin de conseguir el mejor desarrollo de la fase útil (combustión y expansión) se efectúa el encendido antes del P.M.S. El punto 6' nos da el valor ' máximo de la presión sin encendido.

c) Combustión y expansión. Con el encendido en el punto 5, un poco antes de terminar la fase de compresión se inicia la combustión, la cual origina una repentina elevación de temperatura y de presión que alcanza su valor máximo en el punto 7. La combustión finaliza cuando el pistón ha recorrido ya una parte de la carrera. Examinaremos seguidamente con más detalle el desarrollo de la combustión en los dos casos diferentes de encendido por chispa y por compresión, terminada la combustión, sobreviene la expansión. El volumen aumenta y la presión experimenta un rápido descenso o mengua, ocasionada también, en parte, por la transmisión de calor a las paredes del cilindro. La expansión debería prolongarse cuando fuera posible para aprovechar al máximo la fase útil, es decir, hasta la proximidad del P.M.I., pero, en la práctica, para facilitar la expulsión de los gases, se interrumpe ésta con la abertura anticipada respecto al punto muerto inferior- de la válvula de escape en el punto 8.

d) Escape. Los gases, que en el momento de la abertura de la válvula de escape se encuentra a presión superior a la atmosférica, se descargan con violencia al exterior. En este primer periodo de la fase, que discurre casi a volumen constante (escape espontaneo), la presión desciende con rapidez, y en el punto 9, cuando se inicia la carrera de escape, es poco superior a la atmosférica, con tendencia a descender aun mas durante la primera parte de esta carrera. Puede ocurrir, si los conductos de escape son largos, que, por efecto de la inercia de la columna gaseosa, se produzca en 10 una intensa depresión. En 11 se inicia el segundo periodo de la fase: el pistón expulsa los gases que ocupan todavía el cilindro. Este periodo transcurre con presión ligeramente superior a la atmosférica (sobrepresión en el escape) por la resistencia que han de vencer los gases al atravesar la válvula y los conductos de escape y representa, por consiguiente, trabajo positivo. El pistón no puede, sin embargo, expulsar todos los gases, porque una parte de ellos ocupa la cámara de combustión. En 1, al final de la carrera de escape, la presión tiene todavía un valor ligeramente superior a la atmosférica; por tal motivo se prolonga la fase hasta el punto 2. Mientras tanto ha comenzado la abertura en 12 de la válvula de admisión, de tal suerte que en 2 se encuentra ya totalmente abierta, y ofrece en este punto la sección máxima de paso para la nueva fase aspiración. Comienza así un nuevo ciclo, que se repetirá con regularidad.

En la figura 5, la superficie rayada representa el trabajo útil, mientras que la señalada con rayado doble indica trabajo pasivo, y la línea de trazos, la marcha de la presión cuando no hay combustión.