79. OBJETO DEL BARRIDO Y DIFERENTES SISTEMAS.- En los motores Diesel de dos tiempos, por realizarse simultáneamente el escape y el suministro de aire puro, precisan para su funcionamiento ser alimentado con aire de presión ligeramente superior a la atmosférica, de tal manera que los gases de escape sean expulsados a la atmósfera y el cilindro quede lleno de aire fresco para la realización del ciclo siguiente.
Para la obtención de tal fin, se emplean unos compresores de baja presión denominados bombas- de barrido, existiendo diversidad de tipos que se diferencian por sus formas constructivas y por el procedimiento empleado en comprimir el aire necesario para el ciclo. A continuación describimos los procedimientos más utilizados, de los cuales se desprenden los diferentes tipos de bombas de barrido. Utilizando el cárter como bomba de barrido. Este procedimiento se emplea únicamente en los motores motores de pequeñas potencias. El cárter de estos motores está herméticamente cerrado con estanqueidad al aire y provisto de válvulas automáticas que abren hacia el interior. La figura 88, muestra el barrido de los gases quemados por el aire procedente del cárter.
Durante la carrera ascendente del émbolo, se produce en el cárter un vacío que permite que la válvula automática se abra, pasando el aire de la atmósfera al interior del mismo.
En la carrera descendente, el émbolo descubre primeramente las galerías de escape y a continuación las de barrido, de modo que el aire que al mismo tiempo se había comprimido en el cárter, tan pronto se descubren las galerías de barrido y la presión descendió en el cilindro a un valor ligeramente superior a la atmósfera a causa del escape de los gases quemados, se produce un trasiego de cárter al interior del cilindro, realizándose el barrido de gases quemados y dejándolo lleno de aire puro. Este sistema presenta el inconveniente de que el aire de barrido arrastra consigo vapores de aceite del cárter al interior del cilindro, y que cualquier pérdida de estanqueidad del cárter produce una disminución en el rendimiento de la comprensión, con el posible fallo del motor. Sin embargo, posee la ventaja de ser un sistema muy económico, ya que no precisa bomba de barrido.
Sistema de barrido con bombas alternativas. Las bombas de este tipo son accionadas por el mismo motor; unas veces van dispuestas en una de las extremidades del motor incrementando la longitud del mismo, o bien, en la parte trasera, en cuyo caso el accionamiento se realiza mediante balancín desde la cruceta principal, o mediante un brazo rígido a la cruceta y que se mueve verticalmente con ella.
La disposición que se aprecia en la figura 89 corresponde a un motor Diesel de dos tiempos con bomba de barrido accionada mediante balancín. Otros tipos de motores utilizan como bomba de barrido el espacio que existe debajo del émbolo, y son los propios émbolos los encargados de efectuar el trabajo de la bomba de barrido. Sistema de barrido con bomba rotativa. Esquemáticamente está representado en la figura 90, el barrido por medio de una bomba rotativa, la cual produce la compresión del aire para expulsar los gases quemados y dejar lleno el cilindro de aire puro.
El accionamiento de las bombas rotativas, se realiza generalmente mediante cadenas, pudiendo éstas ser las mismas que mueven los ejes de los camones. Como la cantidad de aire que se necesita es grande, estas bombas van muy revolucionadas, a fin de conseguir un suministro de aire algo mayor que el volumen del cilindro. 80. PRESION DE BARRIDO .- La bomba de barrido suministra el aire a una presión que suele oscilar entre 0,3 a 0,5 kgs/cm2 por encima de la presión atmosférica.
El aire de barrido solamente debe poseer la presión necesaria para expulsar los gases quemados existentes en el cilindro, una presión mayor podría ocasionar un barrido defectuoso al atravesar los gases quemados en lugar de empujarlos, en evitación de ello la presión no deberá exceder de la prevista por las características del motor. 81. SOBREALIMENTACION; VENTAJAS E INCONVENIENTES .- La potencia de los motores puede aumentarse considerablemente mediante la sobrealimentación de los cilindros con aire a presión de unos 0,5 kgs/cm 2 por encima de la correspondiente a la aspiración normal, de manera que se pueda quemar mayor cantidad de combustible; obteniéndose hasta un aumento de potencia de un 35 por 100, con solo un aumento de peso del 5 por 100.
La posibilidad de aumentar la potencia de los motores mediante la sobrealimentación viene aprovechándose, cada vez en mayor escala, a consecuencia de las numerosas ventajas que esta ofrece. El principio fundamental de la sobrealimentación consiste en aumentar la presión media, a consecuencia de la mayor cantidad de combustible quemado, sin alterar para nada la presión máxima. En los primeros motores Diesel sobrealimentados, el procedimiento más sencillo para aumentar la presión media consistía en conectar al conducto de aspiración un compresor rotativo accionado por un motor eléctrico; más tarde se empleó el compresor acoplado al mismo motor, o bien se utilizó la parte del cilindro que se encuentra debajo del émbolo, debidamente acondicionado. Sin embargo, como en todos estos procedimientos era necesario consumir una cierta energía suplementaria para comprimir el aire de sobrealimentación, ello dio origen al turbo-compresor movido por los gases de escape, en donde la compresión del aire de sobrealimentación no precisa de energía suplementaria, toda vez que la energía contenida en los gases de escape del motor es lo suficiente para hacerlo funcionar. Las ventajas que se derivan de aplicar a los motores Diesel el principio de la sobrealimentación son: mejor rendimiento, economía de combustible y reducción de peso y espacio ocupado. El consumo específico de combustible, comparado como se demuestra en el gráfico, figura 91, con los motores sin sobrealimentación, resulta más bajo. Se reduce el peso y el espacio de la instalación. Gran excedente de aire y por consiguiente un suministro elástico de potencia,
que resulta insensible a las sobrecargas, sin que resulte esencialmente un mayor requerimiento térmico y mecánico en comparación con los motores sin sobrealimentación. Enfriando el aire de sobrealimentación, puede lograrse un aumento de potencia a un mayor.
Respecto a los inconvenientes, cabe citar que si bien las temperaturas medias son aproximadamente iguales en motores con sobrealimentación o sin ella, las temperaturas extremas son algo mayores en los primeros. La sobrealimentación aumenta la cantidad de combustible que puede quemarse en el cilindro, pero además eleva la presión media del ciclo, que evidentemente contribuye a disminuir la duración del motor y aumentar el trabajo de mantenimiento. 82. BOMBAS DE BARRIDO; SUS DIFERENTES TIPOS. - Las bombas de barrido son compresores de baja presión, utilizados exclusivamente en los ciclos Diesel de dos tiempos. Su finalidad es barrer o expulsar los gases quemados y dejar el cilindro lleno de aire fresco para la realización del ciclo siguiente.
Las bombas de barrido suelen ser de doble efecto o acción, a fin de conseguir un flujo continuo de aire y un reducido volumen del motor. La cantidad de aire suministrada a cada cilindro debe de ser superior al volumen total de la cilindrada, con objeto de que al penetrar por las galerías de barrido, abiertas las de escape, realice el barrido de los gases quemados, en cuya operación no puede evitarse que una parte de este aire de barrido se marche con los gases de escape; una vez cerradas las galerías de escape queda el resto del cilindro lleno de aire fresco y dispuesto para la realización del siguiente ciclo. Las bombas de barrido poseen dimensiones de importancia puesto que la presión a que han de funcionar es baja y generalmente no excede de 0,5 kgs/cm 2 y los espacios de los cilindros, que normalmente son de grandes dimensiones, han de quedar llenos de aire puro. Las bombas de barrido se disponen acopladas al motor principal, o bien independiente de este, en este último caso se construyen del tipo centrífugo, constituyendo los turbosoplantes accionados por motor eléctrico, turbina de vapor o bien gases de escape.
Con independencia de la bomba de barrido del tipo alternativo accionada por el mismo motor, podemos citar el soplador de barrido utilizado por los motores Burmeister, el cual es accionado generalmente por la misma cadena que mueve los ejes de camones.
83. ACOPLAMIENTO Y MODO DE ACCIONARLAS. ESQUEMA DE UNA «SULZER».- Generalmente las bombas de barrido se disponen en la parte trasera del motor, convenientemente fijadas al bloque de cilindros. El accionamiento se realiza por medio de una palanca oscilante movida por una de las bielas, o mediante un brazo rígido montado en la cruceta, de modo que el extremo libre mueva simultáneamente el vástago de la bomba de barrido. Otra disposición adoptada por determinadas empresas constructoras de motores Diesel, consiste en colocar la bomba de barrido en una de las extremidades del motor, constituyendo una prolongación del eje cigüeñal. ESQUEMA DE UNA «SULZER». El aire necesario para la combustión y el barrido, es suministrado por la bomba de barrido de doble efecto descrita en la figura 92.
El accionamiento de la bomba se efectúa desde la biela motriz mediante el balancín y la barra. Los cojinetes de la barra se engrasan desde la biela motriz, mientras que los otros cojinetes reciben el aceite de la tubería correspondiente a través del soporte del balancín.
Los émbolos de las bombas de barrido están constituidos por dos partes: el disco hueco o émbolo propiamente dicho, y el vástago que hace las veces de cruceta. Sobre la tapa superior y en la parte inferior del cilindro de la bomba van dispuestas las válvulas de aspiración y de impulsión. Las válvulas (láminas elásticas) van dispuestas en paquetes y son intercambiables. La bomba de barrido alimenta un colector común de aspiración. Según el número de cilindros se montan determinadas bombas o solo trabajan a simple efecto, es decir, con un solo lado del émbolo.
84. TURBOSOPLANTES PARA EL BARRIDO DE LOS MOTORES Y PARA LA SOBREALIMENTACION:DIFERENTES SISTEMAS DE BARRIDO.Los turbosoplantes constituyen magníficos compresores de baja presión, que suministran en abundancia el aire necesario para el barrido y sobrealimentación de los motores Diesel.
Están constituidos, generalmente, por compresores centrífugos elementales, dispuestos uno a continuación del otro, de tal manera que el aire que penetra por el primero, en virtud de la fuerza centrífuga, le comunica al aire una cierta presión enviándolo a la aspiración del segundo elemento compresor, y así sucesivamente en los restantes compresores elementales, hasta que sale el aire por la descarga del último.
En la figura 93, representamos la sección esquemática de un motor Diesel de dos tiempos Sulzer, dotado de turbosoplante y bomba de barrido. El soplante o compresor es movido por una turbina de gas montada en el mismo eje y accionada por los gases de escape del mismo motor. El aire llega a la bomba de barrido con una cierta presión, siendo en este tipo de motores sobrealimentados la bomba de barrido, el organismo destinado a introducir el aire comprimido al colector o caja de barrido y sobrealimentación, desde donde, al descubrir el émbolo las galerías en su carrera de descenso, pasa el aire comprimido a efectuar dentro del cilindro del motor respectivo ambas funciones simultáneas: el barrido de los gases quemados y sobrealimentación del aire necesario para el ciclo, consiguiéndose con esta mejora en la alimentación del aire un ciclo de trabajo con mayor rendimiento, gracias a la perfección alcanzada por la combustión, como consecuencia de la sobrealimentación.
En las figuras 94 y 95, representamos el grupo de sobrealimentación Brown Boveri, compuesto de una soplante centrífuga de una rueda y de una turbina de gas de escape también de un escalón, los dos adosados para formar un conjunto. La parte turbina está separada de la parte soplante por medio de un diafragma llenado con una masa aislante (tejido de asbesto). El grupo no posee regulación alguna, su velocidad está determinada exclusivamente por la carga y las condiciones de servicio del motor Diesel.
La soplante posee una carcasa espiral de una sola pieza provista de un difusor. La hermeticidad del espacio bajo presión contra la atmósfera y la parte conectada de la turbina, está obtenida mediante prensa-estopas del tipo laberinto. El tubo de entrada del gas así como el tubo de salida del gas, están refrigerados por agua. Los alabes de la turbina y el eje de aquélla son de acero especial, resistiendo al alto calor. Los alabes de la turbina están soldados con el disco de la turbina (eje). Un anillo de toberas da a los gases de escape la velocidad y dirección necesaria. Las juntas del tipo de laberinto del eje reciben aire de cierre desde la soplante, impidiendo así de una manera eficaz el paso de los gases de escape a lo largo de eje. El eje está soportado a sus extremos por cojinetes de bolas. El cojinete lado soplante es un cojinete doble, sirviendo a la vez como cojinete axial. El cojinete lado turbina es movible en la dirección axial asegurando una dilatación libre del eje. Ambos cojinetes están provistos con haces de chapas de resorte amortiguadores elásticos. Cada cojinete tiene su propio depósito de aceite, cada uno de ellos, son engrasados automáticamente por medio de una rueda doble de engrase. DIFERENTES SISTEMAS DE BARRIDO. En los motores de dos tiempos se usan distintos sistemas para el barrido de los cilindros, es decir, para expulsar de los cilindros los productos de la combustión, reemplazándolos con aire atmosférico puro. Los sistemas más utilizados son: barrido de corriente continua, barrido transversal y barrido transversal de regreso o lazo.
1.° Barrido de corriente continua. En este sistema de barrido, el aire penetra por la extremidad opuesta a aquella en la cual están situadas las galerías de escape y empuja de manera continua los gases quemados. Este sistema, como se aprecia en la figura 96, asegura una mejor expulsión de todos los residuos procedentes de la combustión, dejando por consiguiente el volumen total del cilindro lleno de aire fresco y puro disponible para la combustión subsiguiente. Además, dándoles a las galerías de barrido determinada inclinación, se consigue que el aire de barrido efectúe un movimiento de rotación, de forma que al ascender por el cilindro crea un frente de empuje claramente definido y no se mezcla con los gases de la combustión. Sin embargo, este sistema presenta el inconveniente de precisar una válvula de gran diámetro situada en la culata, con la evidente complicación que supone su accionamiento mediante ejes y transmisiones.
2.° Barrido transversal. Este sistema está caracterizado por la disposición de las galerías de escape y de barrido, las cuales van labradas en la misma extremidad del cilindro y dispuestas
unas frente a las otras, ocupando ambas galerías algo menos de una mitad del perímetro del cilindro (fig. 97). A causa de la forma especial de la cabeza del émbolo o por la inclinación de los conductos de barrido, el aire penetra en dirección ascendente realizando un barrido casi completo. Sin embargo, presenta el inconveniente de la formación de remolinos, de lo que resulta que el aire de carga, una vez cerradas las galerías de escape, se encuentra mezclado con residuos de gases de la combustión, creándose zonas encarecidas de gases inertes los cuales perjudican el rendimiento de la combustión. Las curvas cerradas indican las regiones en donde permanecen los gases y las flechas señalan la dirección de los remolinos producidos por el roce con las corrientes de aire fresco, siendo la región peor barrida la que rodea al inyector.
3.° Barrido transversal de regreso. En este sistema de barrido, figura 98, se dirige la corriente de aire fresco a la parte opuesta a aquélla en la que están situadas las galerías de barrido, utilizándose para ello la configuración especial de la cabeza del émbolo y la disposición inclinada de las galerías. Con ello se consigue provocar la corriente de aire fresco que sube pegado a la pared opuesta del cilindro, da media vuelta al llegar a la culata y baja por el otro lado hacia las galerías de
escape, empujando así los gases de la combustión hacia la salida y dejando lleno el cilindro de aire fresco. Por este procedimiento se obtiene un barrido de gases quemados en aquellas regiones de más difícil barrido, cual es la opuesta a las galerías de barrido, limpiando los gases inertes allí acumulados. Sin embargo, la superposición de lumbreras reduce mucho la carrera útil del émbolo y obliga a mayores dimensiones del cilindro para obtener la potencia deseada. Cuando se trata de motores no sobrealimentados la camisa exterior del cilindro va dotada de una corredera, la cual se encarga de cerrar el conducto de escape inmediatamente después de terminado el barrido, impidiendo así que salga el aire antes de que el émbolo llegue a cerrar las lumbreras de escape. En los motores sobrealimentados, la sobrepresión reinante en la turbina con respecto al cilindro, así como las ondas expansivas de los gases en la tubería de escape, impiden que salga el aire mientras permanecen abiertas las galerías de escape.
85. EL BARRIDO TANGENCIAL DE LA A.E.G. BARRIDO DE TRIPLE CORRIENTE.- El sistema de barrido A.E.G. es una aplicación del barrido transversal; pero difiere de dicho sistema por la disposición inclinada mucho menor de las galerías de barrido.
Con ello se consigue que la corriente de aire fresco siga la trayectoria helicoidal descrita en la figura 99, de forma que al descender pasa tangencialmente por delante de la corriente de aire de entrada, empujando de esta manera los gases quemados hacia las galerías de escape.
BARRIDO DE TPIPLE CORRIENTE. Este sistema es muy utilizado en los motores D.K.V. de pequeñas potencias. La entrada de aire de barrido se efectúa por el cárter. El aire que ha penetrado por C, durante la embolada ascendente, es comprimido en el cárter durante la carrera descendente, precipitándose al interior del cilindro a través de las galerías A-B de barrido, según la dirección descrita por las flechas de la figura 100.
La denominación de triple corriente se debe a las tres corrientes que en este sistema se producen: la primera, el paso del aire al interior del cárter; la segunda, el trasiego del cárter al cilindro; y finalmente, la tercera, el barrido propiamente dicho.
En la figura 101, se muestra el barrido transversal de] motor Sulzer RD. Los chorros de aire al entrar en el cilindro se dirigen sobre la cabeza de] émbolo contra la pared de] lado de barrido
y ascienden junto a ella hasta chocar con la culata, en donde cambian su dirección en 180° y pasan finalmente a las galerías de escape. El flujo de] aire de barrido forma así una U, expulsando los gases de la combustión fuera del cilindro. Puede observarse muy bien el avance del frente entre el aire de barrido y los gases de la combustión. Solamente se produce una pequeña mezcla aproximadamente en el centro del cilindro, antes de alcanzar las galerías de escape. El cambio de gases en el cilindro se verifica principalmente por desplazamiento, y solo una parte muy pequeña por mezcla.
86. VALVULAS DE BARRIDO Y DE SOBRECARGA: SUS DIFERENTES TIPOS.En los motores de dos tiempos, el barrido de los gases quemados se realiza mediante galerías dispuestas en la región baja del cilindro, siendo éstas descubiertas por el propio émbolo en su carrera descendente.
En otros tipos de motores se sustituyen las galerías de barrido por válvulas alojadas en la culata del cilindro. Esta disposición requiere que las válvulas de barrido sean accionadas mediante procedimientos mecánicos o automáticos. En el primer caso, las válvulas de barrido no deben de abrirse antes de que el émbolo haya descubierto las galerías de escape y la presión de los gases quemados haya descendido por debajo de la presión del aire de barrido, en cambio, con el accionamiento automático, será la misma presión existente en el interior del cilindro la que permita que se abran las válvulas de barrido.
Por lo general, estas válvulas están constituidas por discos de acero inoxidable de gran diámetro, presionadas por débiles resorte. VALVULAS DE SOBPECARGA. Con independencia de las galerías de escape y barrido, existen las llamadas válvulas de sobrecarga, empleadas únicamente en los motores de dos tiempos sobrealimentados. Las válvulas de sobrecarga permiten el paso del aire de sobrealimentación, procedente del conducto de aire de barrido o de sobrecarga de presión más elevada, cuando las galerías de escape y barrido se encuentran totalmente cerradas.
