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Curso Fundamento de Motores Diesel Motores de Cuatro y Dos Tiempos Sistemas de los Motores Diesel Realizado por: Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Instructor de Equipo Pesado Empresa Vecchiola S.A Copiapó – III Región - Chile.

Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Introducción al Curso Esta guía sobre fundamentos de motores diesel, explica los conceptos de la combustión, el ciclo de dos y cuatro tiempos, los sistemas y componentes de los motores diesel y la forma en que funcionan. Esta sección de introducción explica los objetivos y la estructura general del curso.

Objetivos Este curso le ayudará a: 1. Entender los principios básicos de operación de los motores diesel de dos y cuatro tiempos de combustión interna. 2. Entender cómo funcionan los sistemas de Enfriamiento, Lubricación, Aire de Carga, Combustible y Arranque. 3. Efectuar los procedimientos de mantenimiento básico de los motores diesel. 4. Si sabe cómo funciona normalmente el motor podrá reconocer el momento en que el motor o el sistema del motor no están funcionando correctamente.

Material del Estudiante: Motores diesel y sus sistemas

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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada

¿Como funcionan los motores diesel? Para entender de mejor manera el como funcionan los motores diesel de 4 y 2 tiempos hablaremos de los siguientes temas: 1. Los elementos básicos necesarios para la combustión. 2. La forma en que se transmite la energía mediante movimientos alternativos y giratorios. 3. Los términos comunes empleados para la descripción de motores. 4. Las diferencias existentes entre los motores diesel y de gasolina.

Conceptos Básicos 1. El proceso de combustión y la forma en que opera la cámara de combustión y sus componentes. 2. Forma en que el motor usa los movimientos alternativos y giratorios para transmitir energía. 3. Forma en que se produce la combustión durante un ciclo de dos y cuatro tiempos. 4. Punto muerto superior, punto muerto inferior, calibre y carrera de un cilindro.


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Combustión El calentamiento conjunto del aire y del combustible produce la combustión, lo que crea la fuerza necesaria para hacer funcionar el motor. El aire, que contiene oxígeno, es necesario para quemar el combustible. El combustible produce la fuerza. Cuando se atomiza, el combustible diesel se inflama fácilmente y se quema de manera eficiente. La combustión tiene lugar cuando la mezcla de aire y combustible se calienta lo suficiente como para inflamase. Debe quemarse rápidamente de forma controlada para producir la máxima energía térmica.

Aire + Combustible + Calor = Combustión

Factores que Controlan la Combustión La combustión se controla por medio de tres factores: 1. El volumen de aire comprimido. 2. El tipo de combustible usado. 3. La cantidad de combustible mezclada con el aire.

Cámara de Combustión La cámara de combustión esta formada por: 1. 2. 3. 4. 5.

Camisa del Cilindro Pistón Válvula de Admisión Válvula e Escape Cabeza del Cilindro


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Compresión Cuando se comprime el aire, se calienta. Cuanto más se comprime el aire, mas se calienta. Si se comprime lo suficiente, se producen temperaturas superiores a la temperatura de inflamación del combustible.

Tipo de Combustible El tipo de combustible usado en el motor afecta la combustión debido a que diferentes combustibles se consumen a diferentes temperaturas y algunos se queman se forma mas completa.

Cantidad de combustible La cantidad de combustible también es importante porque al aumentar la cantidad de combustible aumenta la fuerza producida. Cuando se inyecta en una zona cerrada que contiene una cantidad suficiente de aire, una pequeña cantidad de combustible produce grandes cantidades de calor y fuerza.

Más Combustible = Más Fuerza


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Proceso de Combustión en un Motor Diesel En un motor diesel, el aire se comprime dentro de la cámara de combustión hasta que este suficientemente caliente como para inflamar el combustible. Después, el combustible se inyecta en la cámara caliente y se produce la combustión.

Proceso de Combustión en un Motor de Gasolina En un motor de gasolina, la mezcla comprimida no proporciona suficiente calor como para iniciar la combustión. La mezcla se inflama por medio de una bujía que crea la combustión.

Transmisión de Energía Térmica En ambos motores, la combustión produce energía térmica que hace que los gases atrapados en la cámara de combustión se expandan, empujando el pistón hacia abajo. A medida que el pistón se mueve hacia abajo, mueve otros componentes mecánicos que efectúan el trabajo.


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Movimientos Alternativos y Giratorios El funcionamiento conjunto de los componentes transforma el movimiento alternativo en movimiento giratorio. Cuando se produce la combustión, produce un movimiento del pistón y de la biela de arriba abajo llamado alternativo. La biela hace girar el cigüeñal, que convierte el moviendo alternativo en un movimiento circular llamado movimiento giratorio. Esta es la forma en que el motor transforma el motor de la combustión en energía útil.

Ciclo de Dos Tiempos y Cuatro Tiempos


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Ciclo de Dos Tiempos Tiempo de admisión Durante el ciclo de admisión el aire ingresa al interior del cilindro por medio de las lumbreras de admisión ubicadas en el interior del cilindro. Poco antes de que el pistón llegue a su punto mas bajo, llamado punto muerto inferior o PMI las válvulas de escape se abren permitiendo la salida de los gases producidos por la combustión, el aire que ingresa al cilindro hace un barrido y fuerza a los gases a salir del cilindro por las válvulas de escape.

Tiempo de Compresión El pistón en su carrera ascendente cierra las lumbreras de admisión, las válvulas de escape se cierran, el pistón llega a su punto muerto superior o PMS comprimiendo el aire alojado al interior del cilindro, aumentando su presión y temperatura. El cigüeñal a girado 180 grados o media vuelta.


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Tiempo de Combustión El combustible diesel se inyecta cerca del final de la carrera de compresión. Esto produce la combustión y da comienzo al tiempo de combustión. Las lumbreras de admisión y las válvulas de escape permanecen cerradas para sellar la cámara de combustión. La fuerza de la combustión empuja el pistón hacia abajo, lo que hace girar el cigüeñal otros 180 grados.

Tiempo de Escape Se abren las válvulas de escape a medida que el pistón se mueve hacia abajo permitiendo el ingreso de aire por medio de la lumbreras de admisión que comienzan a abrirse, obligando a los gases quemados a salir el cilindro. El cigüeñal ha girado una vuelta completa o 360 grados al completar el ciclo.


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Ciclo de Cuatro Tiempos Tiempo de Admisión El ciclo comienza con el tiempo de admisión. Primero, se abre la válvula de admisión. Simultáneamente, el pistón pasa a la posición de punto muerto inferior, o PMI, su punto más bajo, haciendo entrar aire en la cámara de combustión. El cigüeñal gira 180 grados o media vuelta. La válvula de escape permanece cerrada.

Tiempo de Compresión Se cierra la válvula de admisión, sellando la cámara de combustión. El pistón se mueve hacia arriba, hasta su punto más alto en la camisa del cilindro, llamado punto muerto superior o PMS. El aire atrapado está comprimido y muy caliente. El cigüeñal a girado 360 grados o una vuelta completa.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Tiempo de Combustión El combustible diesel se inyecta cerca del final de la carrera de compresión. Esto produce la combustión y da comienzo al tiempo de combustión. Las válvulas de admisión y escape permanecen cerradas para sellar la cámara de combustión. La fuerza de la combustión empuja el pistón hacia abajo, lo que hace girar el cigüeñal otros 180 grados. El cigüeñal ha girado una vuelta y media desde que empezó el ciclo.

Tiempo de Escape El tiempo de escape es el tiempo final del ciclo. Durante el tiempo de escape se abre la válvula de escape a medida que el pistón se mueve hacia arriba, obligando a los gases quemados a salir el cilindro. En el PMS, se cierra la válvula de escape y se abre la válvula de admisión. La biela hace girar el cigüeñal otros 180 grados. El cigüeñal ha girado dos vueltas al completar el ciclo.

Al final del tiempo de escape se completa todo el proceso. Durante este tiempo, el cigüeñal ha completado dos giros de 360 grados.

Cuatro Tiempos del Motor = Dos revoluciones del Cigüeñal


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada En conjunto los tiempos de admisión, compresión, combustión y escape se denominan ciclo, de ahí viene el nombre de “Ciclo de Cuatro Tiempos”. Los motores diesel usan el ciclo de cuatro tiempos, y el ciclo se repite una y otra vez, siempre que el motor esté en marcha. El orden en que cada cilindro llegue al tiempo de combustión se llama orden de encendido del motor. Ejemplos: 1. Orden de encendido motor Caterpillar 3508B es: 1, 2, 7, 3, 4, 5, 6, 8.

2. Orden de encendido motor Caterpillar C-32 es: 1, 10, 9, 6, 5, 12, 11, 4, 3, 8, 7, 2.


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Comparación de los Motores Diesel con los Motores de Gasolina Al igual que los motores, los motores de gasolina usan la combustión del ciclo de cuatro tiempos para producir la energía que efectúa el trabajo. Sin embargo, existen algunas pequeñas diferencias en el proceso.

Los motores diesel no requieren chispa Probablemente la diferencia más evidente entre los motores diesel y los motores de gasolina es que los motores diesel no requieren chispa para el encendido. En vez de eso, el aire es comprimido a una relación tan alta que el aire de la cámara de combustión se calienta lo suficiente como para inflamar el combustible.

Diseño de la cámara de combustión del motor diesel El diseño de la cámara de combustión también varía de los motores diesel a los motores de gasolina. En los motores diesel, hay muy poco espacio entre la cabeza del cilindro y el pistón en la posición de punto muerto superior, produciendo una alta relación de compresión.

Los pistones de la mayoría de los motores diesel forman la cámara de combustión justo encima del pistón.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Diseño de la cámara de combustión del motor de gasolina En los motores de gasolina la cámara de combustión esta formada en la cabeza del cilindro. El espacio entre el pistón y la cabeza del cilindro es más grande que en un motor diesel, produciendo una menor relación de compresión.

Los motores diesel pueden efectuar mas trabajo Otra diferencia importante es la cantidad de trabajo que es capaz de producir el motor a RPM inferiores. Por lo general, los motores diesel operan normalmente entre 800 y 2.200 RPM y proporcionan un par mayor y mas potencia para efectuar el trabajo.

Ciclo de cuatro tiempos Ambos motores convierten la energía térmica en movimiento usando el ciclo de cuatro tiempos.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Los motores diesel consumen combustible de forma más eficiente Los motores diesel, por lo general, consumen combustible de forma más eficiente para la cantidad de trabajo producida que los motores de gasolina. Se necesitan cantidades relativamente pequeñas de combustible para producir la potencia nominal de un motor diesel.

Los motores diesel son más pesados Los motores diesel son por lo general mas pesados que los motores de gasolina porque el motor diesel debe resistir presiones y temperaturas de combustión mucho mayores.

Relaciones de compresión Los motores diesel, por lo general, usan mayores relaciones de compresión para calentar el aire a las temperaturas de combustión. La mayoría de los motores diesel, por lo general, tienen una relación de compresión de 13:1 a 20:1. Los motores de gasolina generalmente usan relaciones de compresión entre 8:1 y 11:1.


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Terminología En este segmento, trataremos de la terminología común usada para describir la forma en que funciona un motor y si lo hace de forma satisfactoria. Los motores se describen haciendo uso de muchos términos y frases. Algunos describen la forma en que funciona un motor, mientras que los otros describen si lo hacen de forma satisfactoria.

Leyes Mecánicas Los términos de las leyes mecánicas describen el movimiento e los objetos y los efectos del mismo. 1. Fricción: Es la resistencia al movimiento entre dos superficies en contacto. Por ejemplo, existe fricción entre el pistón y la pared del cilindro al moverse el pistón hacia arriba y hacia abajo. La fricción produce calor, que es uno de os principales contribuyentes al desgaste y a los daños de los componentes. 2. Inercia: Es la tendencia de un objeto en reposo a mantenerse en reposo o de un objeto en movimiento a mantenerse en movimiento. El motor usa la fuerza para superar la inercia. 3. Fuerza: Es un empuje o tracción que inicia, detiene o cambia el movimiento de un objeto. La fuerza es producida por la combustión del motor. Cuando mayor sea la fuerza generada, mayor será la potencia producida. 4. Presión: Es una medida de la fuerza producida por unidad de área. Durante el ciclo de cuatro tiempos, se produce mucha presión en la parte superior del pistón durante los tiempos de compresión y combustión.

Producción de Presión: Existen tres formas de producir presión, aumentando la temperatura, disminuyendo el volumen o limitando el flujo. Muchos sistemas y componentes de los motores de combustión interna operan a presiones específicas o las generan. El conocimiento y la medición de las presiones específicas en todo el motor pueden proporcionar mucha información sobre el estado general del motor.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Términos de Potencia Producida La potencia del motor se describe según la calidad y la cantidad de ciertas características.

Par Motor El par motor es una fuerza de giro o torsión. El cigüeñal ejerce un par motor para hacer girar volantes, convertidores de par u otros dispositivos mecánicos. El par motor también es una medida de la capacidad de transporte de carga del motor

Aumento de Par El aumento de par se produce cuando se reduce la carga de un motor desde las rpm nominales. Este aumento de par se produce hasta lograr ciertas rpm, después de las cuales el par disminuye rápidamente. El máximo nivel de par alcanzado se llama par motor máximo.

HC: Curva de potencia

TR: aumento de par HP+T: potencia y par motor TC: curva del par motor PT: par motor máximo RT: par motor nominal


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Potencia: Es un valor nominal del motor que describe la cantidad de trabajo producido en un período o trabajo por unidad de tiempo. La potencia al volante es la potencia útil disponible en el volante. La potencia al freno es menor que la potencia real porque se usa cierta energía para mover los componentes del motor.

La fórmula para la potencia es: Potencia (HP) = Torque (Lbpie) X RPM / 5252

Calor: El calor es una forma de energía producida por la combustión de combustible. La energía térmica se convierte en energía mecánica por medio del pistón y otros componentes del motor a fin de producir una potencia adecuada para el trabajo. Temperatura: La temperatura es la medida de lo caliente o frío que esta un objeto. Normalmente se mide con una escala Fahrenheit o Centígrada.

Conversión de Temperaturas Celsius

o

C = (oF – 32) / 1.8

Fahrenheit

o

F = (oC x 1.8) + 32

Unidad Térmica Británica (BTU) La unidad térmica británica o BTU, se usa para medir el poder calorífico de una cantidad específica de combustible, o la cantidad de calor transferida de un objeto a otro. Una BTU es la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado Fahrenheit la temperatura de una libre de agua.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada BTU en el combustible La BTU se usa para describir el poder calorífico de un combustible. Los combustibles con altos valores de BTU generan más calor y, por lo tanto, más potencia. En general, el combustible diesel tiene un mayor valor de BTU que la gasolina.

BTU en el sistema de enfriamiento La BTU también se usa para describir funcionamiento de un sistema enfriamiento. Cuantas más BTU elimine refrigerante, más eficiente será el sistema enfriamiento.

el de el de

Eficiencia del motor El diseño del motor afecta el rendimiento y la eficiencia del motor. Calibre El calibre es el diámetro interior del cilindro medido en pulgadas o milímetros. El calibre del cilindro determina el volumen de aire disponible para la combustión. Siendo todo lo demás igual, cuanto mayor sea el calibre mayor será la potencia del motor.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Carrera La carrera es la distancia que recorre el pistón desde el punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI). La longitud de la carrera viene determinada por el diseño del cigüeñal. Una mayor carrera permite la entrada de más aire al cilindro, lo que ha su vez permite quemar más combustible, produciendo más potencia.

Cilindrada La cilindrada es el volumen que posee el cilindro, existen la cilindrada unitaria (Cu) y la cilindrada total (Ct). Cilindrada Unitaria Cu = Área del calibre (BA) X Carrera (S) Cilindrada Total Ct = Cu X Nro. de cilindros

Relación de Compresión La relación de compresión se refiere a los volúmenes entre el punto muerto superior y punto muerto inferior. Rc = Volumen Compresión (PMS) / Volumen total (MI


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Sistema de los Motores Diesel Sistemas del motor, trata de los diversos sistemas de los motores diesel, sus componentes y la forma en que operan. Entre estos sistemas se incluyen los sistemas enfriamiento, lubricación, admisión de aire y escape, combustible y arranque.

Sistema de Enfriamiento

Sistema de Lubricación

Sistema de Combustible

Sistema de Arranque


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Sistema de Enfriamiento Después de completar el capítulo, podrá identificar los componentes del sistema de enfriamiento y su función, el flujo de refrigerante por el sistema de enfriamiento y las características del refrigerante. Conceptos Básicos En este capitulo trataremos de lo siguiente: 1. Identificación de la finalidad principal del sistema de enfriamiento. 2. Recorrido del flujo de refrigerante por el sistema. 3. Ubicación e identificación de la función de cada uno de los componentes en un sistema de enfriamiento del motor. 4. Reconocimiento de los distintos tipos de sistemas de enfriamientos.

Finalidad de un sistema de enfriamiento El sistema de enfriamiento de un motor sirve para mantener las temperaturas del motor a un nivel adecuado. Si falla el sistema de enfriamiento, se pueden producir daños considerables en el motor.

Principio de operación El sistema de enfriamiento hace circular refrigerante por todo el motor para eliminar el calor producido por la combustión y la fricción. Hace uso del principio de transferencia térmica para realizar su función.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Transferencia Térmica El calor siempre se desplaza de un “punto de origen” caliente (1) a un “punto de destino” (2) mas frío. El punto de origen y el punto de destino pueden ser metal, fluido o aire. La clave es la diferencia de temperaturas relativas entre estos lugares. Cuanto mayor sea la deferencia, mayor será la transferencia térmica.

Componentes de un sistema de enfriamiento

Los componentes principales de un sistema de enfriamiento son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Bomba de agua. Enfriador de aceite. Conductos del bloque motor y culata. Termostato. Radiador. Tapa de presión. Mangueras y tuberías.

Además, dispone de un ventilador, normalmente impulsado por correas, ubicado junto al radiador para aumentar el flujo de aire y mejorar la transferencia térmica. Material del Estudiante: Motores diesel y sus sistemas

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Bomba de agua: La bomba de agua consta de un rodete con paletas curvas dentro de una caja a medida que jira el rodete la curva e las paletas lanza el agua hacia el exterior hacia el orificio de salida formado por la caja. Esta es una bomba de agua típica de un motor. Como puede ver, esta montada en la parte delantera del bloque.

Enfriador de aceite: Los enfriadores de aceite consisten en un haz de tubos dentro de una caja. El refrigerante circula por los tubos, eliminando el calor procedente del aceite del motor que rodea los tubos. El enfriador de aceite elimina el calor del aceite lubricante, lo que conserva las propiedades de lubricación del aceite.

Posenfriador: El posenfriador elimina el calor del aire de admisión. Tiene una construcción similar a la de un radiador, con tubos y aletas. El aire comprimido calentado procedente del turbocompresor pasa por encima de las aletas y transfiere calor al refrigerante en los tubos.


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Camisa de agua: El refrigerante, procedente del enfriador de aceite o posenfriador, pasa al bloque del motor y circula alrededor de las camisas de los cilindros, eliminando el calor procedente de los pistones, anillos y camisas. Estas cavidades se denominan camisas de agua.

Culata: El refrigerante pasa de los conductos del bloque del motor a la culata, absorbiendo calor de los asientos y de las guías de las válvulas.

Termostato: La función el termostato es mantener una gama apropiada de temperaturas de operación. Para hacer esto, el termostato deriva el flujo del refrigerante por el radiador, por un tubo de derivación y lo envía de vuelta a la bomba de agua.


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Radiador: En el radiador, el refrigerante circula de arriba abajo. Los tubos y las aletas funcionan juntas para disipar el calor. Los radiadores están montados normalmente donde el flujo de aire es máximo y la transferencia térmica e mejor.

Tapa del Radiador: Esta determina la presión existente en el sistema de enfriamiento durante la operación. Los sistemas de enfriamiento a presión permiten prevenir la ebullición del agua a mayores altitudes.

Al subir por encima del nivel de mar, desciende la temperatura de ebullición. Si el sistema de enfriamiento no esta a presión, el refrigerante puede hervir, produciendo daños considerables al motor.


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Ventiladores: La transferencia térmica a través del radiador viene ayudada por un ventilador. Los ventiladores aumentan el flujo de aire que pasa por las aletas y los tubos del radiador.

Tipos de ventiladores: Los ventiladores pueden ser de dos tipos, de succión y sopladores. Los ventiladores de succión (1) extraen aire por el radiador, y los ventiladores sopladores (2) impulsan el aire por el radiador.

Correas de ventilador: Ciertos motores usan correas para impulsar el ventilador, la bomba de agua u otros componentes. Tensión de las correas: Si las correas del ventilador están poco tensas, puede disminuir la velocidad del ventilador. Esto disminuye el flujo de aire a través del radiador, y reduce la capacidad de enfriamiento total del sistema.


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Refrigerante En este segmento, trataremos de lo siguiente: 1. Los tres ingredientes del refrigerante y como reconocer la finalidad de cada ingrediente. 2. Concentraciones recomendadas de anticongelante y acondicionador de refrigerante. 3. Tres factores que determinan la gama de operación de un refrigerante.

Ingredientes del Refrigerante El refrigerante es una mezcla de agua, anticongelante y acondicionador de refrigerante. Cada elemento tiene una finalidad distinta, y juntos protegen el motor contra el recalentamiento, la congelación y la corrosión.

Agua: El agua es el ingrediente principal de todos los refrigerantes porque transfiere el calor mejor que cualquier otra sustancia.

El agua presenta varias desventajas como refrigerante: 1. Hierve con facilidad. 2. Se congela. 3. Es muy corrosiva para los metales. Se añade anticongelante, o etilenoglicol, y acondicionador de refrigerante para corregir dichas deficiencias.


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Anticongelante: Se usa anticongelante, o etilenoglicol para aumentar el punto de ebullición y disminuir el punto de congelación del agua.

Punto de ebullición: La cantidad de etilenoglicol afecta el punto de ebullición. Cuanto mas anticongelante, mayor será el punto de ebullición.

Protección contra la congelación: Si se congela el refrigerante, no puede fluir. Por lo tanto, no se puede enfriar el motor. El refrigerante congelado también puede expandirse y rajar las piezas de fundición. La protección contra la congelación varia dependiendo de la concentración de anticongelante.


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Acondicionador de refrigerante: El acondicionador impide la corrosión revistiendo todos los componentes del sistema de enfriamiento. El revestimiento fino impide que el agua y la erosión por cavitación ataquen el metal.

Variables que afectan el enfriamiento Hay varias variables que pueden afectar la gama de operación del refrigerante. La altitud de operación y la presión del sistema afectan el punto de ebullición del agua. 1. Al aumentarla altitud disminuye el punto de ebullición del agua. 2. Al aumentarla presión del sistema aumenta el punto de ebullición del agua. Esta es la razón por la que la mayoría de los sistemas de enfriamiento funcionan a presión. Al someter el sistema a presión se aumenta el punto de ebullición. Como la mayoría de los motores operan por encima del nivel del mar, necesitan esta protección. Hay tres factores que influyen en la gama de temperaturas de operación del refrigerante: 1. Altitud de operación. 2. Presión del sistema. 3. Concentración de anticongelante. Vapor de agua Es crítico impedir la ebullición del refrigerante. Si hierve el refrigerante, se forman burbujas de vapor. Estas bolsas de aire no transfieren bien el calor, lo que produce recalentamiento. Las burbujas de vapor también pueden interferir con la capacidad de la bomba de agua para circular refrigerante. Esto puede producir daños considerables en el motor.


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Sistema de Lubricación Después de completársete tema, entenderá la finalidad de un sistema de lubricación y podrá identificar los componentes del sistema y su función. Entenderá las propiedades clave del aceite del motor y el flujo del aceite por el sistema de lubricación. Conceptos Básicos En este segmento, trataremos de los componentes del sistema de lubricación y su función. También podrá seguir el flujo de aceite por el motor.

Finalidad de un sistema de lubricación La finalidad principal del sistema de lubricación es hacer circular el aceite por todo el motor. El aceite limpia, enfría y protege las piezas móviles del motor contra el desgaste.

Componentes del sistema de lubricación


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Los componentes principales de un sistema de lubricación son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Colector o sumidero de aceite. Campana de succión. Bomba de aceite. Válvula de alivio de presión. Filtro de aceite con una válvula de derivación. Enfriador de aceite motor con una válvula de derivación. Canalización de aceite principal. Surtidor de enfriamiento de los pistones. Respiradero del cárter, tuberías, tubos de conexión y el aceite mismo.

Colector de aceite El colector o el sumidero de aceite se comporta como un depósito para el aceite del motor. El colector de aceite también disipa el calor de aceite a la atmósfera. El colector de aceite esta ubicado en la parte inferior del bloque motor.

Campana de Succión Del colector de aceite, el aceite atraviesa la rejilla de entrada y pasa a la campana de succión. La campana impide la entrada de piezas grandes en el sistema de aceite. La campana de succión transporta aceite a la bomba de aceite.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Bomba de Aceite y Válvula de Alivio La bomba de aceite produce flujo, que hace circular el aceite por todo el motor. La bomba de aceite está ubicada en el colector de aceite o en sus proximidades. La bomba es impulsada por el cigüeñal a través de un engranaje de la bomba e aceite.

La válvula de alivio de presión está ubicada normalmente cerca e la bomba de aceite. La válvula de alivio protege el sistema de lubricación contra las presiones elevadas.

Enfriador de Aceite y Válvula de Derivación El aceite atraviesa el enfriador de aceite procedente de la bomba de aceite. Los enfriadores de aceite eliminan el calor del aceite. El aceite llena la caja del enfriador de aceite. Dentro de la caja hay tubos que transportan refrigerante del motor. El calor se transfiere el aceite al refrigerante. El enfriador de aceite también tiene una válvula de derivación.

Filtro de Aceite y Válvula de Derivación El aceite circula del enfriador de aceite al filtro de aceite. Los sistemas de lubricación pueden usar uno o más filtros de aceite, dependiendo del diseño. Los filtros eliminan los residuos y las partículas de metal del aceite. Los filtros poseen también válvulas de derivación.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Sistema de filtración de flujo completo En un sistema de filtración de flujo completo, el 100% del aceite atraviesa el filtro. Estos sistemas deben tener una válvula de derivación.

Sistema de filtración de derivación El sistema de filtración de derivación usa dos filtros de aceite. El 90% del aceite atraviesa el filtro normal y el 10% atraviesa el filtro de derivación. Normalmente el filtro de derivación esta tejido de forma mas apretada, para atrapar partículas extremadamente pequeñas.

Los sistemas de filtración de derivación también usan válvulas de derivación. 1. Filtro principal (normal) 2. Filtro de derivación

3. Bomba de aceite 4. Motor o componente

Canalización de aceite En ciertos motores turbocomprimidos, el aceite pasa del filtro al turbocompresor por una tubería de entrada. El aceite vuelve al colector de aceite por una tubería de salida. En otros motores, el aceite limpio sale de los filtro de aceite y entra en la canalización de aceite principal.

La canalización de aceite principal esta ubicada en el bloque. Este es el conducto de aceite primario a través del bloque. Material del Estudiante: Motores diesel y sus sistemas

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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Flujo de aceite Desde la canalización de aceite, el aceite circula por todas las piezas móviles del motor, incluidos los cojinetes de bancada y el cigüeñal. 1. Salida 2. Entrada

Cojinetes El aceite circula desde la canalización al cigüeñal, que a continuación lubrica los cojinetes de bancada y de las bielas. 1. Cojinetes de bancada del cigüeñal 2. Múltiple de aceite

Conductos de aceite perforados del cigüeñal Los cigüeñales tienen conductos de aceite perforados que suministran aceite a los cojinetes de biela y bancada.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Lubricación de las paredes de los cilindros El aceite llega a las paredes de los cilindros al salir proyectado de los cojinetes de las bielas y salpicarse en la parte inferior de la cabeza del pistón.

Como se crea presión de aceite El aceite atraviesa conductos para lubricar todas las piezas móviles, incluidos el tren de válvulas, la caja de la bomba inyectora, la unidad de avance de sincronización y otros componentes accesorios. El aceite se drena de vuelta al colector de aceite a través de conductos.

Las tuberías de aceite, los conductos y los cojinetes limitan el flujo de aceite, que crea una presión de aceite. La mayor parte de la presión del sistema de aceite es creada por los cojinetes de bancada. La lectura de la presión de aceite en el indicador es consecuencia de esta restricción normal. Surtidores de enfriamiento de los pistones Los surtidores de enfriamiento de los pistones pulverizan aceite en la parte inferior de cada pistón, y contribuyen a la lubricación de las paredes de los cilindros.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Respiradero del Carter Los respiraderos del cárter ventean los gases de combustión que se fugan por los anillos de los pistones. Esto mantiene presiones estables dentro del carter. Los respiraderos a menudo están montados encima del motor. Esto iguala la presión dentro del carter del motor con la presión en el exterior y deja que el aceite se drene de vuelta al colector de aceite.

Filtro de aceite En el sistema de lubricación, el filtro de aceite es lo que requiere más mantenimiento. Se ensucia y, si no se efectúa su mantenimiento apropiado, puede causar problemas del sistema de lubricación.

Válvulas de derivación y de alivio Los sistemas de lubricación usan varias válvulas de derivación y alivio para proteger el motor. Las bombas de aceite (1) usan válvulas de alivio de presión (2), mientras que los enfriadores de aceite (3) y los filtros de aceite (4) usan válvulas de derivación (5). El nombre de la válvula describe como opera la válvula. Las válvulas de alivio de presión reducen la presión del sistema, y las válvulas de derivación permiten el paso de aceite alrededor de un componente en vez de a través de l mismo.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Válvula de alivio de presión La válvula de alivio de presión esta ubicada normalmente cerca de la bomba de aceite. La válvula de alivio normalmente es una válvula accionada por resorte. La válvula de alivio se abre cuando las presiones del sistema exceden la fuerza del resorte de la válvula. Siempre y cuando la presión sea alta, la válvula permanece abierta.

Cuando se abre la válvula de alivio, parte del aceite se drena de vuelta al colector de aceite. Cuando la presión de aceite desciende por debajo de la fuerza de apertura del resorte de la válvula, la válvula se cierra.

Válvula de derivación del enfriador de aceite La válvula de derivación del enfriador de aceite es una válvula direccional que se abre cuando la diferencia de presión en el enfriador de aceite es mayor que la fuerza de apertura deseada para abrir la válvula. Cuando se abre la válvula, el aceite se desvía al enfriador de aceite. Esto asegura que parte del aceite alcance las piezas vitales del motor incluso si hay un problema en el enfriador de aceite. Cuando el aceite esta frío, tal vez no fluya bien. Esto abrirá la válvula. La válvula de derivación del enfriador de aceite a menudo forma parte del enfriador de aceite.

Válvula de derivación del filtro de aceite La válvula de derivación del filtro de aceite es una válvula direccional que se abre cuando la diferencia de presión en el filtro de aceite excede la fuerza de apertura del resorte de la válvula. Si el aceite es espeso, como al arrancar el motor, o si el filtro esta atascado, se abre la válvula de derivación del filtro.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada El aceite se desvía alrededor del filtro, lo que asegura que parte del aceite alcance siempre los cojinetes y otros componentes del motor. Esto protege el motor contra los daños causados por el agotamiento de aceite.

Aceite de lubricación

En este segmento, trataremos de la viscosidad, del índice de viscosidad y del NBT. Los motores requieren el aceite adecuado, de la viscosidad adecuada y en una cantidad adecuada para poder operar bien. El aceite debe lubricar, limpiar y enfriar los componentes del motor en una variedad de condiciones de operación. El aceite debe circular y lubricaren climas fríos y poder resistir el calor sin diluirse ni descomponerse.

Clasificación de la SAE La Society of Automotive Engineers (SAE) ha desarrollado un sistema de clasificación para describir la capacidad de resistencia de un aceite en condiciones extremas sin descomponerse. El aceite se describe según su tipo y viscosidad.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Identificación del tipo de aceite El tipo de aceite se identifica con letras alfabéticas tales como CE o CF-4. Los distintos modelos de motor requieren diferentes tipos de aceite. Asegúrese de usar el tipo de aceite recomendado para el motor. Consulte las publicaciones mas recientes para obtener las recomendaciones adecuadas.

Viscosidad La viscosidad describe la resistencia al flujo de un aceite básico. El flujo esta relacionado directamente con lo bien que el aceite recubre y protege las piezas. La viscosidad varía con la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, menor será la viscosidad y mas diluido será el aceite.

Índice de viscosidad El índice de viscosidad es una medida de la capacidad de un aceite básico de resistir los cambios de viscosidad con los cambios de temperatura. 1. Un aceite con alto índice de viscosidad cambia la viscosidad menos a medida que cambian las temperaturas.

2. Un aceite con bajo índice de viscosidad cambia la viscosidad más a medida que cambian las temperaturas. Es importante que el aceite no se diluya demasiado a altas temperaturas. Los aceites diluidos no proporcionan suficiente protección contra el desgaste.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Aceite de múltiples viscosidades Los aceites de múltiples viscosidades han sido alterados químicamente para ampliar su gama de operación. Se mezcla una base de menor viscosidad con un aditivo que espesa el aceite a medida que aumenta la temperatura.

A medida que se deterioran los aceites de múltiples viscosidades, la viscosidad vuelve a la menor viscosidad del aceite básico. La etiqueta de un aceite indica información sobre el tipo y la viscosidad del aceite.

Peso o grado de viscosidad La Society of Automotive Engineers clasifica el aceite según las letras SAE seguidas por un número. El número describe el grado de viscosidad. Los aceites de una sola viscosidad tienen un solo número. Los aceites de múltiples viscosidades tienen dos números.

Los números inferiores significan que el aceite es menos espeso, y los números mayores significan que el aceite es mas espeso. Para los aceites de múltiples viscosidades: - El primer número es el grado de viscosidad frío. - El segundo número es el grado de viscosidad para climas calidos.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Aceites para invierno y verano Los números de los grados de viscosidad con una “W” se consideran aceites de invierno, probados para tener la viscosidad correcta a 80 F (-130 C). Los números sin “W” se consideran aceites para climas calidos, probados para tenerla viscosidad correcta a 2100 F (1000 C).

Aditivos de aceite Los aceites básicos son producidos normalmente refinando petróleos crudos. El aceite base no proporciona suficiente protección y lubricación para los motores actuales de alto rendimiento. Se han formulado ciertos aditivos de aceite para mejorar y reforzar el aceite. Estos son los aditivos de aceite comunes: 1. Los detergentes, que ayudan a mantener limpio el motor. 2. Los agentes antidesgaste, que reducen la fricción. 3. Los dispersantes, que mantienen las partículas contaminantes en suspensión. 4. Los agentes de alcalinidad, que neutralizan los ácidos en los aceites. 5. Los inhibidores de oxidación, que impiden que se oxide el aceite al estar expuesto al aire. La oxidación produce ácidos orgánicos y materia carbonosa. 6. Los disminuidotes del punto de fluidez, que mantienen el aceite fluido a bajas temperaturas. Los aceites derivados del petróleo contienen cera, que cristaliza a bajas temperaturas. Estos compuestos impiden la formación de cristales de cera. 7. Los mejoradores de viscosidad, que impiden que el aceite se diluya demasiado a altas temperaturas. El aditivo de aceite más común es el Número de Base Total, o NBT. El NBT se produce añadiendo agentes alcalinos a la base. Cuanto más alcalino sea el aceite, mayor será el NBT y más ácido tendrá que neutralizar.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Azufre La cantidad de aditivo alcalino en un aceite viene indicada por el número de base total, o NBT. Los combustibles diesel pueden contener azufre. Cuando se consumen estos combustibles, el azufre contribuye a formar ácidos. Estos ácidos altamente corrosivos contaminan el aceite.

Neutralización del azufre Los aditivos de alcalinidad contenidos en le aceite neutralizan estos ácidos. Esto impide que el acido sulfúrico corroa las piezas de metal. El numero de NBT del aceite indica lo bien que neutraliza los ácidos. Como distintos combustibles contienen cantidades diferentes de azufre, es importante usar un aceite con un NBT suficientemente alto. Siga las recomendaciones del fabricante del motor.

Agotamiento de los aditivos Con el tiempo, los aditivos de aceite se degradan, y disminuye la capacidad de lubricar del aceite. Si no cambia el aceite con frecuencia suficiente, el aceite se oxidara, los aditivos se agotaran y se pueden formar lodos.


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Sistema de Admisión de Aire/Escape Después de completar este tema, podrá identificar los componentes principales en el sistema de admisión de aire/escape y describir como funcionan. Conceptos Básicos En este segmento, trataremos de los componentes del sistema de admisión de aire/escape e identificaremos la finalidad de cada uno. Podrá identificar distintos sistemas de admisión de aire como NA (aspiración natural), T (turbocomprimido), TA (turbocomprimido y posenfriado), ATAAC (posenfriado aire a aire), JWAC (posenfriado del agua de las camisas) y SCAC (posenfriado de circuito independiente).

Finalidad de un sistema de admisión de aire/escape Los motores diesel requieren grandes cantidades de aire para quemar el combustible. El sistema de admisión de aire debe proporcionar suficiente aire limpio para la combustión. El sistema de escape debe eliminar el calor y los gases de la combustión. Cualquier reducción del flujo de aire o de los gases de combustión por el sistema disminuye el rendimiento del motor.


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Componentes del sistema de admisión de aire/escape

Los componentes principales de un sistema de Admisión/Escape son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Antefiltro. Filtro de Aire. Turbocompresor. Múltiple de Admisión. Posenfriador. Múltiple de Escape. Tubo vertical de Escape. Silenciador y tuberías de conexión.

Antefiltros Los antefiltros se usan a menudo en los sistemas de aire de los motores diesel. El antefiltro elimina los contaminantes mas pesados y mas grandes suspendidos en el aire. El aire limpio es crítico para obtener un rendimiento máximo del motor. La suciedad puede desgastar y dañarlos componentes del motor.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Filtro de Aire El aire sale del antefiltro y entra en el filtro de aire. El filtro de aire impide la entrada de polvo y partículas más pequeñas en el motor. El empleo de aire limpio es crítico para obtener un rendimiento máximo del motor. El aire sucio puede aumentar el desgaste y dañar los componentes del motor. La caja del filtro de aire sujeta el elemento del filtro.

Turbocompresor El aire pasa al turbocompresor procedente del filtro de aire, su función es suministrar más aire al motor, permitiendo que se queme más combustible, logrando así: 1. Aumentar la potencia del motor. 2. Mantener la potencia a altitudes elevadas.

Diseño del turbocompresor Un turbocompresor consta de dos partes: 1. Lado de admisión de aire o compresor. 2. Lado de escape o turbina. Los gases de escape procedentes del múltiple de escape hacen girar La turbina de escape del turbocompresor.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Como funcionan los turbocompresores Los gases de escape hacen girar el lado de la turbina. Como las ruedas del compresor y de la turbina están en el mismo eje, el compresor también gira. Cuanto más rápido gira el compresor, más aire se comprime en el sistema de aire, aumentando la presión y la densidad del aire. El aumento de la presión del aire se denomina presión de refuerzo.

Válvula de derivación de los gases de escape Las válvulas de derivación de los gases de escape forman parte de los turbocompresores. Si la presión de refuerzo es mayor que la presión recomendada, la válvula se abre para expulsar los gases de escape alrededor de la turbina. El flujo reducido de los gases de escape disminuye la velocidad de la turbina y del compresor, controlando la presión de refuerzo.

Los turbocompresores calientan el aire El turbocompresor suministra mas aire para mejorar la combustión. A medida que se comprime el aire, se calienta y se expande, disminuyendo su densidad. Esto significa que talvez no haya suficiente aire para producir una buena combustión para unos ajustes de combustible mas elevados. La mayoría de los motores turbocomprimidos usan un posenfriador para reducir la temperatura del aire de admisión.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Posenfriador Los turbocompresores aumentan la temperatura del aire de admisión a unos 3000 F (1490 C). El aire de admisión caliente es menos denso. El posenfriador elimina el calor del aire de admisión.

Ventaja de un posenfriador A medida que se enfría el aire, se hace más denso. Esto significa que hay más aire comprimido en cada cilindro.

Ubicación del posenfriador Los posenfriadores se llaman así por que enfrían el aire después de atravesar un turbocompresor. Ciertos posenfriadores están ubicados entre el turbocompresor y el múltiple de admisión. Otros se encuentran en el interior del múltiple de admisión.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Múltiple de admisión Del posenfriador, el aire pasa al múltiple de admisión y a las lumbreras de las válvulas de admisión de cada cilindro. El múltiple de admisión esta montado en la culata.

Múltiple de escape El aire entra a la cámara de combustión donde se quema. Los gases de combustión salen de las lumbreras de escape y entran en el múltiple de escape. El múltiple de escape esta montado en la culata y encaja sobre los orificios de escape.

Silenciador Los gases de escape, procedentes del turbocompresor, atraviesan el silenciador y la tubería vertical de escape. El silenciador amortigua el ruido de los gases de escape y hace que la máquina sea más silenciosa.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Tubo de Escape Después de que los gases de escape atraviesan el silenciador, entran en el tubo vertical de escape. El tubo vertical de escape expulsa los gases de escape en dirección opuesta al operador. Los gases de escape pasan a la atmósfera desde el tubo vertical.

Configuraciones marinas/industriales Además de los componentes básicos tratados, los motores marinos e industriales pueden usar (1) un múltiple de escape enfriado por agua y (2) un turbocompresor enfriado por agua.


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Tipos de Sistemas de Admisión de Aire Hay varios tipos de sistemas de admisión de aire. 1. Aspiración Natural (NA) 2. Turbocomprimido (T) 3. Turbocomprimido y Posenfriado (TA)

1. Sistema de Aspiración Natural Los sistemas de admisión de aire que no tienen ni turbocompresor ni posenfriador se llaman sistema de “aspiración natural”. También se conocen como sistemas de admisión “NA”.

2. Sistema Turbocomprimido Ciertos sistemas de admisión de aire/escape disponen de turbocompresores pero no tienen posenfriadores. Estos se llaman sistemas turbocomprimidos o “T”.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada 3. Sistema Turbocomprimido y Posenfriado Uno de los sistemas de admisión de aire más comunes es el “sistema turbocomprimido y posenfriado”. Este tipo de sistema también se denomina “TA”. Los sistemas TA tienen un turbocompresor y un posenfriador. Se pueden usar distintos tipos de posenfriadores.

Sistemas Posenfriados Hay varios tipos de sistemas posenfriados:

1. Posenfriador del agua de las camisas. 2. Posenfriado aire a aire. 3. Posenfriador de circuito independiente.

1. Sistema de Posenfriador del Agua de las Camisas (JWAC) Un sistema con posenfriador del agua de las camisas, o JWAC, usa refrigerante del motor para enfriar el aire de admisión. La caja del posenfriador múltiple de admisión. El motor circula y elimina el admisión antes de llegar admisión.

cabe dentro del refrigerante del calor del aire de al múltiple de

Los sistemas JWAC se usan en muchas aplicaciones móviles.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada 2. Sistema de Posenfriador de Aire a Aire (ATAAC) Ciertos sistemas de admisión de aire usan aire exterior para enfriar el aire de admisión. Este sistema se llama “con posenfriador de aire a aire” o “ATAAC”. El posenfriador se parece a un pequeño radiador montado en la parte delantera del radiador de refrigerante. El aire del ambiente pasa por el posenfriador, enfriando el aire de admisión templado. 3. Sistema con Posenfriador de Circuito Independiente (SCAC). Los sistemas “con posenfriador de circuito independiente” o SCAC son los más comunes en aplicaciones marinas. El agua enfría el aire de admisión, pero los sistemas SCAC y de enfriamiento del motor son separados. Un sistema SCAC dispone de su propio intercambiador de calor, bomba y agua de suministro.


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Sistema de Combustible Después de completar este tema, podrá identificar los componentes del sistema de combustible y su operación. Conceptos Básicos En este segmento, trataremos sobre la finalidad del sistema de combustible y como funciona. Aprenderá a identificar los componentes usados en un sistema de bomba y tuberías y un sistema de inyectores electrónicos, y a identificar la función de cada uno de los componentes. Podrá seguir el flujo de combustible por el sistema

Finalidad de un sistema de combustible

La cantidad de combustible que consume el motor está relacionada directamente con la cantidad de potencia y el par motor necesarios. En general, cuanto más combustible llegue a un motor, mayor será el par motor disponible en el volante.

El sistema de combustible suministra combustible limpio, en el momento adecuado y en la cantidad adecuada, para satisfacer la demanda de potencia. Los componentes del sistema de combustible hacen corresponder el suministro de combustible con la demanda de potencia del motor alterando la cantidad de combustible inyectada, y el momento de la inyección. Estas funciones son manipuladas por la bomba inyectora. Existen dos grandes categorías de sistemas de combustible: 1. Sistema de Bomba y Tuberías. 2. Sistema de Inyectores Electrónicos.


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Componentes de un sistema de bomba y tuberías

Un sistema de bomba y tuberías consta de lo siguiente: 1. Tanque de Combustible 2. Filtros de Combustible 3. Bomba de Transferencia 4. Bomba Inyectora 5. Regulador 6. Mecanismo de Avance de sincronización 7. Control de Relación de combustible 8. Tuberías de Combustible de alta presion 9. Tuberías de Combustible de baja presión 10. Inyectores 11. Tuberías de retorno Tanque de Combustible El tanque combustible.

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combustible

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Los tanques de combustible pueden ser de distintos tamaños Los tanques de combustible pueden estar en distintos lugares dependiendo de su aplicación.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Flujo de combustible El combustible empieza a circular al girar la llave para arrancar el motor. Al girar la llave, se activa un solenoide que permite la circulación de la bomba de transferencia a la bomba inyectora.

Filtro Principal de Combustible La bomba de transferencia de combustible extrae combustible del tanque, a través del filtro de combustible. El filtro de combustible principal elimina partículas grandes del combustible.

Separador de Agua Ciertos sistemas de combustibles disponen también de un separador de agua. El separador de agua permite el asentamiento del agua condensada o atrapada. La presencia de agua en el combustible puede causar daños importantes en el motor.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Bomba de Transferencia de Combustible El combustible entra en la bomba de transferencia procedente del filtro primario. La bomba de transferencia suministra flujo por la parte de baja presión del sistema de combustible. La finalidad principal de la bomba e transferencia de combustible es mantener un suministro adecuado de combustible limpio en la bomba inyectora. Filtro de Combustible Final El combustible sale de la bomba de transferencia de combustible y entra en el filtro de combustible secundario o final. Este filtro elimina partículas y contaminantes diminutos del combustible, que pueden dañar las boquillas o taponar los inyectores. Los filtros finales están ubicados entre la bomba de transferencia y la caja e la bomba inyectora. Los filtros de combustible no tienen válvula de derivación A diferencia de los filtros de aceite, los filtros de combustible no tienen válvula de derivación. Si se atascan los filtros, el combustible deja de fluir y el motor no funciona. Esto protege el motor contra el combustible sucio.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Cebado de la bomba La mayoría de los filtros de combustible disponen de una bomba de cebado de combustible en la base. Se puede usar la bomba para cebar el sistema si se ha quitado la caja de la bomba de combustible para una tarea de servicio importante.

La bomba también se usa para cebar el sistema de combustible después de cambiar el filtro de combustible. Caja de la bomba inyectora El combustible sale del filtro final y pasa a la canalización de combustible dentro de la caja de la bomba inyectora. Las bombas de la caja miden y someten el combustible a presión. La caja está ubicada por lo general cerca de la parte delantera del motor, ya que la bomba es impulsada por un engranaje a partir del árbol de levas. Existe una unidad de avance de sincronización, un regulador mecánico y un control de relación de relación de combustible conectado a la caja. Tuberías de combustible de alta presión En los sistemas de bomba y tuberías, las tuberías de combustible de alta presión hechas de acero conectan las bombas inyectoras con las boquillas. El lado de alta presión del sistema de combustible consta de tuberías de alta presión y boquillas. Por las tuberías de combustible de alta presión circulas cantidades adecuadas de combustible a presión hasta las boquillas de combustible. Material del Estudiante: Motores diesel y sus sistemas

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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Boquillas El combustible circula por tuberías de combustible de alta presión hasta los inyectores. Las boquillas están ubicadas en la culata.

Como funcionan las boquillas Las boquillas disponen de válvulas que abren cuando la presión de combustible suficientemente alta. Cuando se abre válvula, el combustible se atomiza y pulveriza en la cámara de combustión.

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Al final de la inyección, se produce una caída rápida de presión que cierra la válvula.

Tubería de retorno de combustible Se dispone de más combustible en la caja de la bomba inyectora que la que puede usar el motor. La tubería de retorno: 1. Dirige el exceso de combustible de vuelta al tanque. 2. Elimina el aire del combustible. 3. Enfría el combustible manteniéndolo en movimiento. El sistema de combustible no funcionará correctamente sin una tubería de retorno de combustible.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Dispositivo de Corte de Combustible Todos los sistemas de combustible disponen de métodos electrónicos o manuales para cortar el suministro de combustible.

Componentes de un sistema de inyección electrónico

Los Sistemas de Inyección Electrónicos (EUI) usan algunos de los mismos componentes que el sistema de bomba y tuberías. Los sistemas EUI están formados por: 1. 2. 3. 4. 5.

Tanque de combustible Filtro de combustible primario Bomba de transferencia de combustible Filtro de combustible final Tubería de retorno

La bomba inyectora es el punto en que los sistemas EUI difieren de los sistemas de bomba y tuberías. Material del Estudiante: Motores diesel y sus sistemas

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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Múltiple de combustible El combustible sale del filtro de combustible final y entra en el múltiple de combustible. El múltiple de combustible normalmente forma parte del bloque del motor. El múltiple esta lleno de combustible.

Inyector electrónico La bomba inyectora, las tuberías de alta presión y los inyectores son reemplazados por un solo componente llamado inyector. Los inyectores electrónicos están montados en la culata El combustible del múltiple entra en el inyector, que mide, somete a presión e inyecta el combustible. Los inyectores electrónicos pueden reconocerse por el solenoide conectado cerca e la parte superior. Módulo de control electrónico En un sistema de inyección electrónico, el regulador mecánico, el avance de sincronización y el control de la relación de combustible son reemplazados por componentes electrónicos. Los sistemas EUI usan un módulo de control electrónico (ECM) para contener algunos de los componentes electrónicos e información de programación.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Diseño de la cámara de combustión El diseño de la cámara de combustión afecta la eficiencia del combustible y el rendimiento del motor. El diseño del pistón y el método usado para inyectar combustible en el cilindro determinan la rapidez con que el combustible se quema por completo. En los sistemas de bomba y tuberías, hay dos tipos de diseño de cámara de combustión:

1. Cámara de Precombustión (PC) 2. Inyección Directa (DI) En los sistemas de combustible EUI solo hay un tipo básico de cámara de combustión, Inyección Directa. Inyección Directa En un diseño de cámara de combustión directa, el combustible se inyecta directamente en el cilindro por la boquilla.

Precombustión En un sistema de PC, la boquilla inyecta combustible en una cámara de precombustión donde se inflama. Esto obliga al resto del combustible a pasar a la cámara principal, donde tiene lugar la combustión completa. En algunos motores, se usan bujías incandescentes para calentar el aire al arrancar el motor.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Pistón de Precombustión Para impedir que se perfore un agujero en la parte superior del pistón, los pistones de precombustión tienen una bujía incandescente de acero montada cerca del control.

Conceptos de inyección

En este segmento, trataremos de la forma en que funcionan una bomba inyectora, un regulador y una unidad de avance de sincronización. Trataremos de las ventajas de un sistema de inyección. Y, entenderá el significado de velocidad baja en vacío, velocidad alta en vacío, exceso de velocidad, velocidad a plena carga y capacidad de sobrecarga del motor.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Sistemas mecánicos Con el tiempo, se ha efectuado cambios de diseño importante en el sistema de combustible. Los nuevos diseños han mejorado el rendimiento del motor y han reducido las emisiones. Este segmento explica dos métodos básicos de inyección de combustible: sistemas mecánicos (izquierda) que usan un regulador, una unidad de avance de sincronización y un control de relación de combustible, y (derecha) sistemas de inyección electrónica. Momento en que se produce la inyección de combustible En motores diesel, el combustible se inyecta durante el tiempo de compresión, antes de que el pistón llegue al punto muerto superior. El principio básico de inyección de combustible es que se debe inyectar la cantidad apropiada de combustible en el momento oportuno para satisfacer las demandas de potencia.

Ventana de Quemado El combustible requiere tiempo para quemarse. Se debe inyectar la cantidad adecuada de combustible en el momento apropiado del tiempo de compresión para que se queme completamente. Esto se denomina “Ventana de Quemado” (1), y se mide en grados de giro del cigüeñal. Los grados de giro significan el número de grados que gira el cigüeñal durante la inyección de combustible.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada La ventana de quemado se define por el punto inicial de la inyección, o sincronización, y la duración de la inyección. Tanto la sincronización (2) como la duración (3) se miden en grados de giro del cigüeñal.

Componentes del sistema mecánico

Un sistema de combustible mecánico está formado por: 1. 2. 3. 4.

Bomba inyectora Avance de sincronización Regulador Control relación de combustible

Estos funcionan en conjunto para controlar la inyección de combustible. Estos componentes tienen un efecto directo en el rendimiento del motor. A medida que cambia la carga del motor y la velocidad del motor, se debe inyectar cantidades variables de combustible en momentos diferentes para mantener las ventanas de quemado apropiadas. El momento en que se inyecta el combustible es controlado por una unidad de avance de sincronización, y el regulador controla la cantidad de combustible suministrada al motor, o duración.


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Bomba inyectora La bomba inyectora es el núcleo del sistema de combustible. Entender la forma en que opera la bomba es un primer paso crítico para entender la inyección de combustible. En sistema de bomba y tuberías, las bombas inyectoras normalmente tienen:

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

Embolo Cuerpo Cilíndrico Canalización de baja presión Orificios Espiral o Ranura Cámara de Bombeo

El émbolo (1) se mueve hacia arriba y hacia abajo dentro del cuerpo cilíndrico (2), siguiendo el movimiento del árbol de levas de la bomba de combustible. El combustible de baja presión en la canalización (3) entra y sale del cuerpo cilíndrico por orificios (4). El émbolo tiene una ranura o espiral maquinada (5). Cuando esta espiral se alinea con los orificios, el combustible puede pasar del orificio de entrada, por la cámara e bombeo (6), al orificio de salida.

Comienzo de la inyección de combustible Cuando la espiral bloquea los orificios, el combustible de la cámara de bombeo queda atrapado y forzado contra la boquilla. Es en este momento en que empieza la inyección. Este punto se llama sincronización de inyección y se controla cambiando la posición del árbol de levas de la bomba de combustible. Es el principio de la ventana de quemado.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Duración de la inyección de combustible La inyección se produce durante el tiempo en que las lumbreras están cerradas por la espiral. Este período se llama duración (1). Cuanto mayor sea la duración, mayor será la cantidad de combustible inyectada. La duración viene controlada girando el émbolo en su interior. Esto cambia la cantidad de espiral que existe entre las lumbreras. Las lumbreras se cierran antes (corte de combustible) o se dejan abiertas más tiempo (suministro de combustible). La duración de la inyección viene controlada por el regulador y la cremallera. Todas las bombas de combustible están conectadas al regulador por medio de la cremallera de control de combustible. Cuando el motor requiere más combustible, solo puede conseguirlo si aumenta la duración de la inyección. El regulador detecta la necesidad e combustible y mueve la cremallera.

Cremallera de control de combustible La cremallera es un engranaje recto que se engrana con los engranajes de cada émbolo. El moviendo de la cremallera hace girar los émbolos.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Posición de la espiral Los émbolos pueden girar ligeramente en sus interiores de modo que la espiral mantenga cerradas las lumbreras más tiempo, aumentando la duración. Esta es la posición de SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE (1). A medida que disminuye la demanda de combustible, la cremallera se mueve hacia la posición de CORTE DE COMBUSTIBLE (2) y las lumbreras se abren antes.

Como Funcionan los Reguladores Mecánicos Los reguladores mecánicos usan un sistema de pesas y resortes para mover la cremallera de control. Los resortes siempre tratan de mover la cremallera a la posición de combustible activado. Las pesas siempre tratan de mover la cremallera hacia la posición de corte de combustible Cuando las fuerzas se equilibran, el motor opera a unas rpm estables.

Los reguladores controlan el suministro de combustible El suministro de combustible afecta directamente la velocidad del motor y la potencia producida. El mayor suministro de combustible aumenta la potencia del motor. Los reguladores regulan el suministro de combustible para controlar la velocidad el motor entre un ajuste de bajas rpm y un ajuste de altas rpm, llamado velocidad baja y alta en vacío respectivamente. Los reguladores están montados normalmente en la parte trasera e la bomba inyectora.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Avance de sincronización A medida que cambian la carga y la velocidad del motor, se debe inyectar combustible en momentos diferentes para mantenerle tiempo apropiado para la combustión. A medida que aumenta la velocidad del motor, el combustible debe inyectarse antes. Esto es el ‘avance de sincronización’. A medida que disminuye la velocidad del motor, el combustible debe inyectarse mas adelante.

Unidad de avance de sincronización La unidad de avance de sincronización “Avanza” o “Retrasa” la inyección e combustible alterando el giro del árbol de levas e la bomba de combustible. La sincronización de la inyección de combustible puede avanzarse o retrasarse. La sincronización de avance significa que el combustible se inyecta antes. La sincronización de retraso significa que el combustible se inyecta más adelante.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Control de la relación de combustible El sistema de combustible no puede operar aislado de otros sistemas del motor. En particular, el sistema de admisión de aire es crítico. El combustible no se quema completamente a menos que haya suficiente aire.

El control de la relación de combustible asegura que haya la cantidad apropiada de combustible inyectada para la cantidad de aire presente en el cilindro. Detecta la presión de refuerzo, y “anulará” la acción del regulador para impedir que se inyecte un exceso de combustible. Esto puede ayudar a controlar las emisiones y mejorar la eficiencia del combustible. El control de la relación de combustible está montado en el regulador.

Sistemas de inyección electrónicos

En un sistema EUI, la cremallera, el regulador mecánico, el avance de sincronización y el control de la relación de combustible son reemplazados por el módulo de control electrónico (ECM) y varios solenoides y sensores.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Rueda de sincronización y sensor En lugar de un mecanismo de avance de sincronización, hay una rueda de sincronización y un sensor que vigilan electrónicamente la velocidad del motor.

Componentes electrónicos del sistema EUI Todas las funciones realizadas por las unidades mecánicas se controlan electrónicamente, dando una mayor precisión y fiabilidad. El ECM detecta la velocidad y la carga el motor y ajusta automáticamente la sincronización y la duración.

Ventajas de la inyección electrónica 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Mayores Presiones de Inyección Rociado Uniforme Mejor Atomización de Combustible Mejor Combustión Mayor Eficiencia del Combustible Menos Emisiones Mayor Fiabilidad


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Sistema de combustible durante la operación del motor Durante la operación real, el motor normalmente funciona bajo carga. El regulador determina cuales son las rpm correctas del motor para la carga aplicada y mueve la cremallera a la posición de SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE o CORTE DE COMBUSTIBLE para establecer las rpm adecuadas. El mecanismo de avance de sincronización detecta el aumento o la disminución de las rpm y varía la sincronización de la inyección para empezar la ventana de quemado en la posición correcta.

Velocidad de baja en vacío La velocidad de baja en vacío es la mínima velocidad a la que se permite que funcione el motor sin carga. Las bombas inyectoras están colocadas de modo que se suministren cantidades mínimas de combustible al motor.

Velocidad alta en vacío La velocidad alta en vacío son las rpm máximas que se permite que gire el motor sin carga.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Velocidad nominal Todos los motores clasificación llamada velocidad nominal.

diesel tienen una plena carga a la

Estas son las rpm a las que el motor suministra una potencia nominal a plena carga. El motor funciona baja carga, y las pesas y los resortes del regulador están estabilizados para proporcionar unas rpm constantes. Exceso de velocidad A veces los motores son operados de tal forma que las rpm son superiores a las rpm altas en vacío. El regulador corta el suministro de combustible pero el motor sigue excediendo la velocidad alta en vacío. Esto se llama velocidad excesiva o empalamiento y normalmente es consecuencia de un error del operador. Sobrecarga del motor A veces los motores están muy cargados, y aun cuando el regulador mueva la cremallera hasta la posición de SUMINISTRO COMPLETO DE COMBUSTIBLE, las rpm del motor no aumentarán. Esta operación se denomina operación de sobrecarga del motor. En estas circunstancias, el regulador no puede igualar los requisitos de potencia, ya que no se dispone de más combustible.


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Combustible Diesel En este segmento, trataremos sobre el peso especifico, viscosidad, punto de enturbiamiento, azufre y contaminantes. Trataremos de la clasificación API y de la forma que influye en el rendimiento del motor. También trataremos del índice de cetano y de la forma en que una clasificación baja afecta el encendido del motor.

Fundamentos del combustible diesel El combustible produce potencia en un motor diesel cuando se atomiza y se mezcla con aire en la cámara de combustión. La presión causada por el anillo del pistón al subir en el cilindro produce un aumento rápido de temperatura. Cuando se inyecta combustible, se inflama la mezcla de combustible/aire y se desprende la energía del combustible. Un combustible perfecto se quemaría completamente, sin dejar residuos o humos. Sin embargo, no existen combustibles perfectos.

Propiedades del combustible que afectan la calidad La calidad del combustible afecta el rendimiento y el mantenimiento de cualquier motor diesel. Es importante entenderlas propiedades básicas del combustible para poder juzgarla calidad del combustible. Estas propiedades tienen un impacto en la operación de un motor diesel y sus sistemas de manipulación y tratamiento de combustible.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Peso específico El peso específico del combustible diesel (1) es el peso de un volumen fijo de combustible comparado con el peso del mismo volumen de agua (2), a una misma temperatura. Cuanto mayor sea el peso específico, más pesado será el combustible. Los combustibles más pesados tienen más energía o potencia por volumen para la utilización del motor.

Escala API El peso específico puede medirse en la escala del American Petroleum Institute (API). La escala es inversa al peso específico. Cuanto mayor sea el número API, más ligero será el combustible. El combustible con un número API bajo proporciona más potencia.

Caterpillar recomienda combustible de 35 grados API (mínimo). El queroseno puede tener una medida de 40 – 44 grados API. Columnas 1 y 2 (peso específico) (1) mide grados API a 150 C (600 F) (2) mide el peso específico a 150 C (600 F) Columna 3 (densidad) (3) mide libras por galón.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Viscosidad La viscosidad es una medida de la resistencia a fluir de un líquido. Una viscosidad alta significa que el combustible es espeso y no fluye fácilmente. El combustible con una viscosidad indebida, ya sea demasiado alta o demasiado baja, puede causar daño en el motor.

Punto de enturbiamiento El punto de enturbiamiento es aquella temperatura a la que aparece una nube o niebla en el combustible. Este aspecto es causado por el descenso de temperaturas por debajo del punto de fusión de las ceras o parafinas que se producen naturalmente en los productos derivados del petróleo.

El punto de enturbiamiento del combustible debe ser inferior a la temperatura minima exterior, o ambiental, para impedir el taponamiento de los filtros. El punto de enturbiamiento viene determinado por la refinería. Azufre El azufre es un elemento natural en todos los petróleos crudos. Debe ser conciente del contenido de azufre del petróleo. Las concentraciones de azufre superiores al 0,5% pueden reducir considerablemente la duración del motor a menos que se tomen las medidas apropiadas.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Formación de acido sulfúrico Cuando se quema combustible diesel con azufre en la cámara de combustión de un motor, se forman óxidos de azufre que reaccionan con el vapor de agua para formar acido sulfúrico. Si se condensan estos vapores ácidos, atacan químicamente las superficies de metal de las guías de las válvulas, camisas de los cilindros y pueden afectar los cojinetes.

Limitación de la formación de acido sulfúrico Para limitar la formación de acido sulfúrico: 1. Mantenga la temperatura del motor a más de 1750 F u 800 C, para limitar la condensación. 2. Use aceite con un NBT suficiente para contrarrestar la formación de acido.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Índice de cetano

El índice de cetano es una medida de la calidad de inflamación del combustible que afecta el arranque y la aceleración del motor. Cuanto mayor sea el índice de cetano, mayor será la rapidez con que se inflama. El cetano se clasifica usando un índice. Caterpillar recomienda: Cetano 35 para sistemas de combustible con cámara de combustión. Cetano 40 para sistemas de combustible de inyección directa.

Efectos de un numero de cetano bajo Los combustibles de bajo número de cetano pueden causar: 1. retraso del encendido, dificultades de arranque y detonaciones del motor. 2. Elevado consumo de combustible, perdida de potencia y a veces daños en el motor. 3. Humo blanco y olor durante el arranque en días más fríos. Los aditivos de mejora de cetano pueden reducir a menudo la cantidad de humo blanco durante el arranque del motor en tiempo frío.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Contaminación de agua Los contaminantes del combustible también pueden afectar el rendimiento del motor. Los contaminantes son elementos extraños que pueden introducirse en el combustible y causar problemas. Los dos contaminantes más comunes son el agua y los sedimentos.

El agua puede convertirse en un contaminante: 1. Si se introduce en el combustible durante el envío. 2. Si se produce condensación. El exceso de agua en el combustible puede causar: 1. Daños en la bomba de combustible si el combustible se usa para lubricar la bomba.

Contaminación de sedimentos Los sedimentos consisten en: 1. Oxido 2. Incrustaciones 3. Escoria de soldadura 4. Polvo 5. Otros residuos que se introducen a menudo en los tanques de combustible y causan problemas.

Todos los combustibles deben ser limpiados por los filtros de combustible primario y final del motor.


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Sistema de Arranque Después de completar este tema, podrá entenderlos sistemas de arranque comunes de los motores diesel, e identificar los componentes de cada sistema. Conceptos básicos En este segmento, verá que la velocidad de arranque es más importante que la duración del arranque para un motor diesel. Trataremos sobre los sistemas de arranques eléctricos y neumáticos, y sobre los componentes exclusivos usados en cada uno de los sistemas.

Sistemas de arranque Los sistemas de arranque funcionan haciendo girar el motor para producir una compresión y un calentamiento suficientes para inflamar el combustible. En todos los sistemas de arranque, el motor de arranque hace girar la corona y el volante. A medida que gira el volante, se comprime el aire dentro de los cilindros.

La velocidad de arranque es más crítica para el arranque que la duración del arranque del motor, ya que la velocidad determina la cantidad de calor generada en el cilindro. Los motores de arranque son impulsados por electricidad o aire.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Sistema de arranque eléctrico Un sistema de arranque eléctrico tiene: 1. Baterías 2. Motor de Arranque con interruptor de Solenoide 3. Interruptor del Motor de Arranque 4. Conexiones y Cables

Como funciona un sistema de arranque eléctrico

Cuando la llave del interruptor de arranque está en la posición de encendido, la batería suministra energía eléctrica a los componentes en el sistema de arranque. El motor de arranque convierte la energía eléctrica en energía mecánica. También puede haber un interruptor principal, que desconecta las baterías, o un interruptor en neutral, que impide el cierre de los circuitos de arranque cuando la transmisión esta en una marcha.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Sistema de Arranque Neumático Un sistema de arranque neumático consta de: 1. 2. 3. 4. 5.

Tanque de Aire Válvula de Pulsador Válvula de Relé Motor de Giro Piñón

Como funciona un sistema de arranque neumático

Un sistema de arranque neumático usa aire comprimido para hacer funcionar el motor de giro. Tiene una velocidad de arranque mayor que los sistemas de arranque eléctricos. Los sistemas neumáticos son comunes en los camiones de transporte por carretera. La desventaja de un sistema neumático es que solo se dispone de uno o dos intentos antes de agotar el suministro de aire.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Tanque de aire El tanque aire contiene el aire comprimido. Las válvulas de control o de relé se abren y se cierran, dejando pasar el aire al motor de arranque.

Válvula de pulsador Hay una válvula de pulsador que inicia el flujo de aire al diafragma de la válvula de relé.

Válvula de relé La válvula de relé se abre, enviando aire del tanque de aire al motor de arranque.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Motor de arranque El aire comprimido entra en el motor de arranque haciéndolo girar.

Piñón El aire también se dirige a un servo, que engrana el piñón con la corona, haciéndola girar.


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Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Referencias: Multimedia Information Manager (MIM) Caterpillar Basics Fundamentos de Motores Diesel

Realizado Por: Christian Campusano Olmos Ingeniero en Maquinaria Pesada Antofagasta – Chile Fono: (+56) 82946756 Email: [email protected] http://christiancampusano.jimdo.com


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