Introducción-Conceptos Básicos motores a gas CAT 3616.pdf

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante

Motor ot ore es a Gas Introducción y Conceptos Resumen Extractado del Curso Básico de Motores a Gas

DEPARTAMENTO DE DESARROLLO PROFESIONAL PROFESIONAL FINNING SUDAMÉRICA


FUNDAMENTOS FUNDAMENTOS BASICOS B ASICOS DE MOTORES MOTORES A GAS G AS Si observamos la línea de motores a gas caterpillar podremos verificar la existencia de 12 motores básicos a gas que cubren una variada gama de aplicaciones. Estos motores pueden ser provistos indistintamente indistint amente para trabajar con baja presión o alta presión y a su vez con alta o baja relación de compresión según los requerimientos del usuario. Los motores de la línea 3500 y 3600 disponen de configuración lean burn para minimizar el impacto ambiental por emisiones contaminantes y optimizar el consumo de combustible y la potencia disponible. A continuación podemos ver algunos ejemplos de estos motores y observar las especificaciones que estos reúnen. Para reunir diferentes necesidades de potencia Caterpillar ha desarrollado varias alternativas en cuatro series de motores3300, 3400,3500 y 3600. Podemos identificar estas en: motores de baja o alta presión de alimentación; y motores de baja o alta relación de compresión

Muchas de las partes que componen los motores a gas son las mismas que los motores diesel . Si vemos por ejemplo la serie de motores G3500, estos están basados en el 3500 diesel Esto hace que el motor a gas este sobredimensionado respecto de la potencia que es capas de entregar, dado que la misma estará limitada en función del limite térmico en función de las elevadas temperaturas que genera este tipo de motores.

1

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante MOTORES DIESEL Vs MOTORES A GAS En comparación, el sistema de admisión del motor diesel admite solamente aire y posteriormente en la carrera de compresión inyectara el combustible a alta presion dentro del cilindro. El motor a gas admite una mezcla de combustible y aire que debe preparar antes de que la misma ingrese al cilindro.

DIESEL

GAS DIESEL ASPIRA SOLAMENTE ASPIRA SOLAMENTE AIRE

GAS ASPIRA MEZCLA ASPIRA DE AIRE Y COMBUSTIBLE

El motor diesel inyecta el combustible cerca del PMS en la carrera de compresión y utiliza el calor de la compresión para producir la combustión El motor a gas necesita de una chispa que inicie la combustión, dado el índice de compresión mas bajo que este posee.

DIESEL

GAS DIESEL PRODUCE EL ENCENDIDO ENCENDID O DEL COMBUSTIBLE POR COMPRESION

GAS PRODUCE EL ENCENDIDO DE LA MEZCLA POR UNA CHISPA

En esta foto podemos ver las cuatro carreras de las que consta el ciclo del motor a gas Admi Ad mi si ón : el cilindro se llena de mezcla combustible Compresión: la mezcla es comprimida contra la cámara de combustión y algunos grados antes de llegar al PMS ocurrirá el salto de chispa que iniciara la combustión de la mezcla 2

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante Expansión: la presión generada por la combustión empuja con fuerza al pistón hacia abajo produciendo la carrera productiva del ciclo permitiendo la expansión de los gases Escape: al abrir la válvula de escape durante la carrera ascendente del pistón los gases quemados son expulsados fuera del cilindro dejando este listo para un nuevo ciclo CICLO OTTO DE CUATRO TIEMPOS

ADMISION ADMIS ION

COMPRESION COMPR ESION

EXPANSIÓN EXPANSIÓ N

ESCAPE ESCA PE

.

Limi tes extructu rales de Motores DieselDiesel- Limites termi cos de Motores a Gas

Los motores diesel están limitados estructuralmente estructur almente (alcanzan picos de presión presión de 1500 psi) y los motores a gas están limitados térmicamente (cuando entregan potencia las temperaturas de escape aumentan sustancialmente)

3


Los motores a gas estequiometricos ( mezcla químicamente ideal para la combustión) presentan altas temperaturas, pues funcionan con una constante relación de aire-combustible en todo su rango de funcionamiento. Los motores diesel trabajan con exceso de aire y solamente aumenta la cantidad de combustible a medida que aumenta la potencia. En los rangos medios y bajos este exceso de aire ayuda a enfriar la carga. Los motores a gas CAT comparten una buena cantidad de piezas con los motores diesel y las exigencias mecánicas a las que están sometidos son entre un 40% a un 50% menores que en los diesel ( debido a que la combustión presenta altas temperaturas no puede exigirse mas a los mismos) esto hace que los motores a gas posean mayor durabilidad y periodos de servicio mas prolongados. Al mismo tiempo presentan costos reducidos pues estos comparten Hasta un 80% de los componentes. La baja compresión en los motores a gas es lograda debido a que los pistones son mas cortos y presentan diferente forma, estos tienen su cara superior plana y una cavidad en el centro llamada cámara de turbulencia. .

4

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante En el caso de los motores lean burn estos presentan un pistón con una cámara profunda que provee las características de la combustión de mezcla pobre. Los orificios detrás de la ranura de aros son pasajes de aceite que ayudan a reducir la temperatura, la formación de carbón y el pegado de los aros de aceite. ## Nota atención atención agregar nota Pg.12 Pg.12

... estequiometrico signi fica mezcla químicamente correcta para ser Entonces recordamos ... comp letamente quemada.

Los motores caterpillar están disponibles en alta y baja relación de comp resión , limitados según el tipo de gas con el que sean utilizados. utilizados. Los motores con baja relación de compresión presentan un consumo especifico de combustible mayor que los de alta relación de compresión pero también pueden trabajar con una variedad de combustibles mayor. Los motores con alta relación de compresión proveen la mayor eficiencia para el tipo de gas utilizado, esto optimiza el consumo de combustible. Los motores CAT están equipados con válvulas de escape y casquill os especialmente válvul as de los moto res a gas gas son mas diseñados para estos motores. Los asientos d e las válvul duros que los de los mot ores diesel diesel , para proveer mayor resistencia al desgaste y los casquillos también poseen un tratamiento especial que evita que el asiento de válvula se fisure o quiebre, estos diseños responden a las altas temperaturas de combustión . Haciendo una comparación entre dos motores de igual desplazamiento, podemos observar que el motor a gas ingr esa en la admis admis ión l a mitad de aire aire que ingr esa en en el motor d iesel . En los motoes diesel la relación aire combustible no es uniforme y requiere de exceso de aire para lograr encender completamente el combustible. En los motores a gas la relación aire combustible se mantiene constante en casi toda la gama de funcionamiento. La relación airecomb ustib le requerida para los motores a gas gas es de 15:1 dependiendo de la veloci veloci dad y la carga, en cambio en los mo tores diesel una relación de 25:1 25:1 es la mas común a una carga y RPM constante. Los motores a gas CAT utilizan múltiples de escape refrigerados para reducir la transferencia de calor en los gases de escape. 5


SISTEMA SISTEMA DE COMBUSTIBLE COMBUSTIBL E

El gas llega al motor a través del caño principal de suministro, luego el regulador se encargara de entregar la cantidad adecuada de gas al carburador. El regulador responde a los cambios de presión de refuerzo a través de la línea de balance. Luego de la combustión, los gases de escape se dirigen hacia él turbo. Un regulador de presión presión se encuentra instalado en la carcasa de la turbina y es quien se encargara de asegurar la presión de boost adecuada al carburador. Luego los gases de escape fluyen a través del colector de escape hacia el silenciador. Durante este tópico hablaremos sobre los ajuste, los procedimientos de mantenimiento de los motores a gas CAT para esto es muy importante conocer y consultar las publicaciones referentes a estos motores pues harán más fácil y más eficiente nuestro trabajo.

6

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante Por ejemplo las guías de instalación, manuales de operación y mantenimiento, especificaciones, partes etc. Y para seleccionar adecuadamente la información es primordial obtener los datos del equipo con el que se va a trabajar.

COMBUSTIBLES GA SEOSOS Y SUMINISTRO SUMINISTRO DE COMBUSTIBL COMBUSTIBLE E Este tópico se refiere al tipo de combustible a utilizar y que características del combustible y si puede ser usado o no, o como afectara al funcionamiento del equipo. Debemos conocer algunos conceptos básico del gas para poder entender la operación y el rendimiento de los motores a gas. En general el gas combustible esta compuesto de hidrocarburos ( hidrógeno – carbón). Diferentes mezclas de hidrocarburos nos darán como resultado diferentes características del combustible. A continuación veremos los diferentes tipos de gases para luego ver las diferentes tipos de mezclas.

HIDROCARBUROS HIDROGENO HIDROGENO + CARBON CARB ON (H) (C) Los hidrocarburos pueden identificarse en tres grupos de acuerdo a su estructura molecular.

HIDROCARBUROS PARAFINICOS NAPHTHENES AROMA ARO MATICOS TICOS (H)

Cn H2n +2 Cn H2n Cn H2n-6 (C)

Pero nos limitaremos a estudiar los parafínico pues esto son de los que están compuestos los gases que componen los utilizados por los motores. En el grupo de los parafínicos, podemos comenzar con él más simple metano (CH4) luego lo suceden los que contienen un átomo átomo mas de carbón (C) y los correspondientes átomos de hidrógeno(H). Solo los pri meros cuatro del grupo de parafínicos parafínicos se encuentran encuentran en estado estado gaseoso a temperaturas y presiones estándar, los parafínico parafínico s más compl ejos se licuan (estado liq uido) y tienen otra aplicació n (en caliente caliente – vapori vapori zados) zados)

7


Poder Calorific Calorific o in ferior: L HV La energía que libera el gas cuando es quemado puede medirse en Kcal/m3 – Kj/m3 – Btu/Curt; este valor se determina quemando una pr obeta de gas y midiendo la energía energía producida.

Observando el proceso de combustión del metano CH4 ( el gas natural esta constituido mayormente de metano) la ecuación quedara: CH4 + O2 = H2O + CO2 (metano+ oxigeno= agua+ dióxido de carbono. Diferentes tipos de gas formaran diferentes cantidades de agua, formada dentro de la cámara de combustión que en la carrera de escape es absorb e parte del calor de la combustió n al formar el vapor.

CH4 + 2 O2 = 2H2O +CO2 METANO + OXIGENO = AGUA + DIOXIDO DE CARBONO

Esta pequeña cantidad de calor que absorbe el agua al evaporarse, se llama “calor latente de vaporización” La cantid ad de energía que puede converti rse en tr abajo (energía (energía mecánica) mecánica) será la contenida en el gas menos el calor l atente de vaporización del agua formada en la combustión. ífico.(LHV) A esta cantidad de energía aprovechable la ll amamos bajo p oder calor ífico.(LHV) LHV: Low Heater Heater Value 8


Entonces tenemos que del total del poder calorífico del metano podemos tener una perdida del 10% al restar las perdidas por vaporización. Podemos encontrar información a cerca de las distintas propiedades de los gases combustibles: Ver Tabla : Constantes Fisicas de peso especifico, punto de inflamación, poder calorífico etc. Ver Gases.(Pág 48 LEBV0915) Una vez determinado el bajo poder calorífico del gas podrán calcular la cantidad de aire necesaria para poder quemar ese gas, a esta proporción la llamaremos relación de mezcla La obtención de relación de mezcla Aire/Combustible correcta, nos proporcionará el mejor rendimiento, con el menor consumo de combustible. Utilizando la ecuación de la combustión del metano de la página anterior, podremos determinar que cantidad de aire se requiere para esa combustión. A)El aire contiene 21% de O2, esto implica que en 1 Ft3 de aire hay 21/100 Ft3 de Oxigeno 1Ft3 Aire= 21/100 Ft3 de O2 B)En la ecuación de la combustión del Metano de la página anterior, se observa que para quemar 1 parte de Metano, ( ya sea 1molecula/ 1m3/1Ft3), se necesitan 2 partes de O2, (2moleculas/2m3/2Ft3) Volviendo a A), vamos a despejar 2 Ft3 de O2 : 1Ft3 Aire= 21/100 Ft3 de O2 => Ft3 O2= 100/21 Ft3 de Aire => 2 Ft3 O2 = 2x 100/21Ft3 Aire= 9,53 Ft3 Aire

9


Este es el aire requerido para quemar 1 Ft 3 de metano. Este tipo de calculo se utiliza para determinar que cantidad de aire se requiere para algunos gases mas parecidos o similares. La cantidad de aire necesaria según el tipo de gas está tabulada para los gases más comunes d e Gases. ( Pág Pág 48 LEBV0915) LEBV0915) en la información. Ver Tabla Const ante Fisi cas de Muchos gases combustibles están formados por una mezcla de diferentes gases y cada una de estos combustibles requiere de una relación de aire / combustible para ser quemado completamente.

Ejemplo: gas

Porcentaje

Relación Relación estequiom estequiom étrica de aire/combustible

Metano CH4

90%

9,53

Etano C H

5%

16,67

Propano C H

3%

23,83

2 6

3 8

10

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante Dióxido de carbono CO2

Total :

2%

0,00

CH4…………………….: .0,90 x 9,53 = 8,58 C2 H4………….………: 0,05 x 16,67 = 0,83 0,8 3 C3 H8………………….: 0,03 x 23,83 = 0,71 0,7 1 CO2 …………………..: 0,02 x 0 = 0 ______________ ____________________ _____________ ______________ ____________ _____ = 10,12 Ft 3 ( m3) de Aire por cada

FT3 del gas de este ejemplo. Este ejemplo nos da el concepto d e que se necesita mucho vol umen de aire para quemar un vol umen de gas. El cálculo realizado es estequiométrico , quiere decir que el aire calculado es la cantidad ideal o teorica necesaria, ( químicamente exacta), para quemar un volumen de gas. En la realidad esta cantidad es mayor, y en general para un motor a gas la relación aire/combustibles ( A/F) es alreded or d e 15. 15. Para determinar cual es la mejor relación A/C es necesario hacer un análisis del gas que alimentará a nuestro motor. Para calcular la potencia, debemos saber el bajo poder calorífico del gas y la relación aire/comb. Todos los motores CAT son testeados en Peoria, el combustible usado es gas natural natural con un bajo poder calorífico de 33715Kj/m3 (905Btu/Cu Ft) y bajo esas condiciones el bajo poder calorífico calorífic o de la mezcla aire/comb. Si nosotros utilizamos un gas de diferentes características debemos recalcular la energía contiene etc.

Golpe de combus tión Una vez comprendidas las características del gas y la estimación de potencia tenemos otros problemas para observar. Debemos conocer la terminología del golpe de combustión para poder determinar las causas del mismo de manera correcta.

Pre-e Pre-encendido ncendido o autoencendido autoencendido Es el encendido espontáneo de la mezcla dentro del cilindro, antes del salto de chisp a, ocasionado normalmente por puntos calientes en la cámara de combustión.

Detonación

La combustión se genera normalmente en el momento de encender la chispa y luego aparece un 2do evento de inflamación en forma explosiva de la mezcla, antes que culmin e el ciclo completo de combustión dentro de la cámara de combustión. 11

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante En ambos casos autoencendido y detonación pueden causar golpe de combustión El golpe de combustión es un fenómeno a considerar atentamente puesto que afecta directamente el rendimiento del equipo y genera una excesiva fatiga tanto mecánica como térmica que podrían dañar el motor. A los efectos de tener una discusión fluida del tema los términos (detonación y golpe de combustión) podrán ser intercambiados para no complicar. En los motores a gas la combustión no ocurre de manera instantánea sino que comienza con el salto de chispa, seguidamente la mezcla inflamada avanza a través de la cámara de combustión quemando la totalidad de la mezcla y produciendo presión. A este avance de la infl amación lo llamaremos frente de llama. Es decir que desde que comienza el encendido de la mezcla hasta que la combustión alcanza el total del volumen de la cámara de combustión transcurre un tiempo ( tiempo de combusti ón, tiempo de quema, burn ti me ), que dependerá de la velocidad del frente de llama. Es decir, no es instantáneo. Existen durante el avance del frente de llama, porciones del gas que esperan ser inflamadas (end gas) que son calentadas por la temperatura y la presión generadas por la combustión. Si la temperatura y la presión superan el punto critico, el golpe de combustión ocurre. Las porciones de gas (end gas) se auto encienden espontáneamente generando una explosión que causara incremento extremo de la presión dentro del cilindro. Que puede ser reconocido fácilmente por un golpe o campaneo. El gol pe depende de la temperatura, temperatura, la presión, y del mom ento en qu e se auto encenderá la mezcla (end (end gas) esta situación pu ede tener tener su or igen en un aumento de la relación de comp resión o elevada elevada temperatura de admisi admisi ón o ambas. El golp e se prod uce cuando el tiempo d e reacción reacción de la mezcla mezcla sin quemar es menor que el tiempo requerido por el frente de llama para alcanzar alcanzar la to talidad de la cámara de combustión. Entonces tiempo relativo es el tiempo que la mezcla puede permanecer en condiciones de incremento de presión y temperatura sin llegar a auto encenderse.

Figura 1: el salto de chispa enciende la mezcla y el frente de llama atraviesa la cámara de combustión quemando la mezcla en su totalidad. 12

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante Figura 2: los puntos calientes y el aumento de presión hacen que la mezcla se auto encienda dos o varios frentes de llama atraviesan la cámara de combustión chocando y produciendo una extrema turbulencia y el golpe de combustión.

Número de Metano: Se define como la resistencia de un g as a generar generar detonació n . La detonación puede ser medida mediante el numero metano. Mediante ensayos de laboratorio se verifica la detonancia de los hidrocarburos, esta crece ( detona mas fácilmente), a medida que aumenta la cadena de átomos de carbón. Se estableció como convención que el Metano que es el mas liviano de los Parafínicos tenga un valor 100 de MN y que el Hidrógeno tenga un valor 0 de MN, el resto estará comprendido entre estos dos valores. Una denominación alta del numero metano indica una alta resistencia a la detonación. A medida que los gases son mas pesado (Metano-etano-propano-butano-pentano-exanoheptano-octano-nonano), son mas propensos a detonar.

Gravedad Específica: (SG) Se define como el peso por unidad de volumen; en nuestro caso usaremos el valor de cada gas,relativo al del aire, por lo cual será una dimensión sin unidades.

Calc Calculo ulo de: Nº de Metano Metano MN MN de un Gas, Gas, Bajo Poder Calóri Calórico co LHV, Gravedad especifica SG Método Caterpillar 13


Programa Caterpillar: Caterpillar desarrolló un programa para evitar hacer cálculos manuales y uso de tablas, mediante el cual cargando los valores de la composición composic ión de un gas combustible en % en Volumen o % Molar ( Cromatografía ), se obtienen directamente los valores de MN, LHV y SG. Estos 3 Valores Valores pro pios del gas ( No No dependen del Motor), son fund amentales corresponda, los motores Caterpillar a Gas para Calibrar , y configurar en el caso que corresponda, de acuerdo acuerdo al gas combustibl e que esten usando. Ver Programa de Meth V………….. LHV, MN, SG Ver Performance entrando con MN obtener Avance al encendido. Ver Tabla Presion Diferencial entrando con LHV Se puede Ver también, la hoja de Performance para definir el resto de los parámetros a Calibrar, y que Sí dependen del Motor.

Sistema de Combustible Válvula de corte de combustible (shut of): Una válvula shut of es usada en los equipo con control manual. Cuando detenemos el motor, se energiza la bobina que mueve la válvula (GSOV),a la posición de corte, deteniendo el motor. Una electro válvula de corte de combustible es usada en los equipos con secuencia de arranque / parada automáticos posteriormente veremos como trabaja el sistema automático en lo referente a seguridad. El sistema de combustible esta formado básicamente por tres componentes principales. Regulador de presión presión de gas, línea de balance, carburador.

14


Nota: el gas suministrado debe llegar a presión regulada y la instalación debe poseer su propia válvula de corte de emergencia. El regulador de gas entrega el gas al carburador a una presión relativa a la presión de admisión. Para esto utiliza la línea de balance. Los reguladores se diferencian según sean de equipos TA o NA dado que los primeros trabajan con presión positiva y los segundos con presión negativa.

En esta figura podemos observar una vista en corte de un regulador de presión positiva con sus componentes.

15


La presión del aire sumada a la del resorte, actúan antagónicamente a la presión de gas, a uno y otro lado del diafragma, haciendo que se adopte una posición de equilibrio, modulando la presión diferencial entre el gas y el aire. Esta presión se puede variar modificando la precarga del resorte. Una válvula de venteo es utilizada para estabilizar las oscilaciones del diafragma en algunos casos ( motores de aspiración natural.)

Las bajas presiones de gas pueden ser medidas con un manómetro de columna de agua por ejemplo 1 Psi representa 27.72” de diferencia en la columna de agua

16


Columna de mercurio representa una menor diferencia entre las columnas para una misma presión, por ejemplo 1 Psi = 2,04” La presión diferencial de gas convendrá ser ajustada mediante la utilización de columna de agua para lograr un ajuste preciso según el tipo de carburador y de poder calorífico del gas a utilizar. En la imagen, podemos ver un cuadro de comparación con diferentes tipos de ajustes de presión según el poder calorífico del gas.

En la imagen, podemos observar que en el cuadro de la derecha la columna de agua esta conectada al caño de gas en un extremo y el otro extremo a la atmósfera. Pudiendo averiguar la presión del gas relativa a la atmosférica.

17


En el cuadro de la izquierda ambos extremos de la columna de agua están conectados a sendos caños de gas pudiendo medir el diferencial de presión entre dos presiones. En un Motor a Gas: Gas: Quien ajusta la Presión di ferencial: La válvula Reguladora de Gas que trae el motor. Presión diferencial: Presión de Gas Vs. Presión de Aire ( Aire ( Ambas entrando al Carburador).

Con el motor en marcha podemos ajustar la carga del resorte del regulador de gas para lograr el valor adecuado según las especificaciones.

18


Este cuadro se utiliza para determinar con precisión cual es la presión diferencial mas adecuada en relación al poder calorífico del gas.

Válvula Reguladora de Gas (1) Camara (2) Tuerca de Ajuste (3) Resorte (4) Linea de balance (5) Salida de Gas (6) Diafragma (7) Camara

19

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante (8) Palanca (9) Perno Pivot (10) Valve stem (11) Valve (12) Inlet for gas

El flujo de Gas esta regido por p or la presión diferencial entre la presión de gas y la de aire. Normalmente, la presión de gas debe ser mayor a la de aire. Para mantener un ajuste preciso de la presión de gas al carburador, la linea de balance (4) está conectada a la entrada del carburador. Esto causa que la presión del lado de aire del diafragma (6) sea igual a la presión en el carburador. El resorte (3) y la presión de aire en la cámara (1) empujan el diafragma (6) hacia abajo. Este movimiento mueve la palanca (8) en el perno pivot (9). La palanca proboca el desplazamiento del vastago (10) y la válvula (11). Esto permite que entre gas por la entrada (12) a la cámara (7). La válvula permanece abierta cuando la presión en la cámara (7) bajo el diafragma es igual a la fuerza del resorte y la presión en la cámara (1). El gas sale del regulador a través de la salida (5). La presión de gas del regulador es ajustada con la tuerca (2). La presión debe ser ajustada según el tipo de carburador. A medida que la carga aumenta, el governor abre la mariposa. Esto reduce la presión del lado de gas del diafragma. El resorte y la presión de aire abren la válvula de gas. La válvula de gas abre hasta que la presión debajo del diafragma es nuevamente balanceada con la fuerza del resorte y la presión de la linea de balance en la parte da arriba del diafragma.

20


Algunos gases con bajo poder calorífico requieren bajas relaciones de aire/comb. Para una buena combustión estas proporciones pueden ser manejadas por los carburadores STD. Y de no lograrse esto, será necesario un carburador especial. La imagen nos muestra los rangos de trabajo de un carburador STD. Y uno para gas de digestor. Y podemos observar la diferencia de presión con la que ellos trabajan en relación al poder calorífico del combustible a utilizar. En los antiguos motores en V que poseen un carburador y regulador por bancada se requerirán dos juegos de manómetros para poder ajustarlos correctamente.

21


CARBURADORES Estos son los esquemas correspondientes al sistema IMPCO200 de alta presión que utilizan los motores estequiometricos.

Podemos observar las diferencias según sean TA o NA según la disposición de sus componentes. Es fundamental conocer las diferencias de los sistemas pues esto no ayudara a entender su funcionamiento Nota: realizar traducción de párrafos (explicaciones.) . En este capitulo referido a sistemas de combustibles podremos aprender como ajustar estos sistemas según las diferentes alternativas de tipos de gas que se pueden utilizar. Posteriormente consultaremos el EDS65.7 para seleccionar los diferentes sistemas.

22

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante Existen varios tipos de gases disponibles para poder generar energía, a continuación vemos algunos de los mas comunes: -Digestor gas -propano -gas licuado de petróleo (GLP ) -sistemas de combustible dual -gas natural de línea De acuerdo a lo visto en este curso, los motores de aspiración natural requieren una presión de suministro de combustible entre: 14Kpa – 140Kpa ( 2Psi – 20psi) y los motores turboalimentados requieren una presión entre 83Kpa – 140Kpa (12Psi – 40psi) estos valores dependerán del tipo de aplicación y para seleccionar la presión mas adecuada debemos reunir la información pertinente para logra el mejor rendimiento.

Carburador El carburador fo rma parte del sistema de combustib le y es responsable de mezclar mezclar de manera homogénea el el gas, con el aire que esta ingresando al motor , produci endo una mezcla mezcla com bustible . Todos los motores caterpillar que utilizan carburador emplean los del tipo diafragma IMPCO, y en caso de motores en línea utilizan el IMPCO 200·s y uno por bancada en los motores en V de la serie G300 La serie 3304/6 utilizan carburadores de diafragma simple y la serie G342, G379, y G398 utilizan carburadores de doble diafragma y la serie G399 utiliza dos carburadores de triple diafragma. En los motores 3600 no se utilizan carburadores dado que estos motores poseen un sistema de inyección de gas que requiere ser discutido en un curso de gas avanzado.

Introducimos ahora los moto res de la seri e G350 G3500 0 y con ella los carburadores IMPCO IMPCO 600· de diafragma simple para los motores3508 y3512 y de doble diafragma (doble cuerpo) para los 3516 el numero de la nomenclatura de los carburadores IMPCO corresponde a la cantidad de potencia en HP que puede producir el carburador provisto de esos diafragma. Luego de hablar sobre los detalles de los carburadores entenderemos el porque la necesidad de utilizar manómetros y/o columnas de agua o mercurio.

23


1- venturi. 2- ingreso de gas. 3- resorte de la válvula. 4- válvula de dosificación de gas. 5asiento de la válvula. 6- diafragma. 7- by pass de presión. 8- tornillo de potencia. 9- mariposa de aceleración.

24


Los motores G3500 utilizan los carburadores IMPCO 600 los de 8 y 12 cilindros utilizan carburadores de un solo cuerpo mientras los de 16 cilindros utilizan de doble cuerpo.

Debajo de la carcasa superior podemos observar que los componentes son desmontables y presentan alguna pequeñas diferencias en su forma según la aplicación, pero básicamente el funcionamiento es el mismo en todos ellos.

25


El tornillo de potencia es micrometrico y permite enriquecer o empobrecer la mezcla De manera muy precisa

El movimiento proporcionado por el regulador de velocidad esta ligado mediante levas y varillas al eje de la mariposa de aceleración, de modo tal que coincidan el total de recorrido del regulador con el total recorrido del eje de la mariposa de aceleración. Este ajuste es critico pues 26

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante de ello dependerá la estabilidad del equipo en especial en funcionamiento en vacío o con baja carga.

Las dimensiones de ajuste de las varillas, levas y ángulos de los ejes que conectan el movimiento del eje del regulador de velocidad y el eje de la mariposa de aceleración se encontraran específicamente determinados en la información pertinente( especial intrucction, espesifications, engine new etc.) En los motores en V que poseen un carburador por bancada (banda de cilindros) es muy importante que ambos lados del motor estén cargados por igual. Entonces a igualdad de carga igualdad de presión en el múltiple de admisión por lo que un motor bien balanceado no debería tener una diferencia mayor de 127 mm. H2o en condiciones normales. A este ajuste lo llamamos balanceo de motor y es efectuado en vacío.

27


SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE Este tópico trata sobre las particularidades de los sistemas de admisión y escape en los motores a gas. Los motores a gas vienen provisto con múltiples de escape refrigerado, para disminuir el calor irradiado, aprovechando mejor el calor de la combustión transformado en trabajo y aumentando la vida útil del sistema de escape.

Los motores turboalimentados están equipados con control de presión de refuerzo (presión de turbo) para limitar la presión de admisión. Esto se efectúa mediante una válvula de presión diferencial o waste gate en todos estos motores.

28

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante La válvula waste gate esta montada cerca de la carcasa de la turbina de escape y controla los gases que impulsan a dicha turbina, cuando la presión de refuerzo supere el máximo seteado en la válvula waste gate, esta derivara los gases limitando de este modo la presión de refuerzo.

en el esquema podemos notar que la presión de refuerzo del turbo actúa dentro de la válvula, empujando el resorte de la misma, una vez vencido el resorte la válvula permitirá el pasaje de gases de escape hacia el colector, evitando pasar por la turbina de escape y así disminuir la presión de refuerzo. El ajuste de la válvula se realiza mediante un registro que modifica la tensión del resorte, modificando en consecuencia la presión de refuerzo. Algunos motores vienen provistos de válvulas pre seteada , que deberán ajustarse mediante suplementos que se quitaran o agregaran según la altitud a la que deberá trabajar el equipo según podemos observar en la imagen.

29

Capacitac Capacitación ión – FINSA FINSA Material del Estudiante En la vista de la izq. Vemos una válvula de presión diferencial, esta posee un registro que permite variar la carga del resorte que trabaja junto con el diafragma en oposición a la presión de refuerzo, el diafragma esta en contacto con la presión atmosférica. Él la vista de la derecha vemos lo que llamamos válvula de control de rango de presión que viene provista de dos suplementos mediante los cuales se efectuaran los ajustes por altitud. En el despiece de la válvula de control de rango de presión, se pueden observar los suplementos que mencionamos anteriormente. Si el motor esta en garantía un precinto deberá ser instalado en esta válvula.

.

En los motores G3500 la base de la waste gate esta refrigerada y es de fácil acceso para su ajuste, en la parte superior presenta una tapa que una vez removida es posible realizar ajustes girando el registro para tal fin, previo a haber aflojado la contratuerca que asegura el ajuste.

30


A continuación discutiremos a cerca del uso de post enfriadores para bajar la temperatura del aire de admisión cuando el motor trabaja con carga, para evitar las detonaciones. Por este motivo es que los motores a gas TA. Tienen circuitos de refrigeración separados para el post enfriador. (SCAC). Los post enfriadores han sido diseñados para mantener el aire de admisión a 43·c (110·f) y a 32·c (90·f) (90· f) el agua, en los motores TA. De alta RCV. RCV. Y de 65· (150·f) el aire y 54· (130·f) el agua de los motores TA. Con baja RCV. Los post enfriadores refrigerados por agua de camisas no logran trabajar a estas temperaturas y por este motivo los motores a gas poseen circuitos separados. Aquí podemos ver una vista del lado derecho de un G3516, observamos que posee dos salidas de turbo que suministran aire a un único post enfriador y a continuación el carburador y la waste gate en medio de los turbos.

31


es importante mantener las condiciones optimas del refrigerante dado que el post enfriador no permite o es muy dificil limpiarlo; para hacer una verdadera limpieza se deben usar productos químicos, que convierten algunas incrustaciones de sales, en otro tipode sales, para que sean mas fácil de remover. Debido que la temperatura del sistema de post enfriador es mas baja que la de agua de camisas, se requiere de una bomba de agua separada. En los motores G3500 viene montada en el mando de accesorios. Y esta ubicada del lado izquierdo en la carcaza frontal del motor.

32


Tabla Tabla de Aju ste Tabla para obtener el grado de avance en función del Número de Metano, donde puede además verse el derrateo del motor a partir de un valor determinado de Número de metano del gas combustible. FUEL USAGE GUIDE CAT METHAN HANE NUMBER BER 25 30 35 IGNITION TIMING 0.00 19 21 DERATION FACTOR 0.00 0.90 0.90

40 45 22 23 0.90 1.00

50 55 24 26 1.00 1.00

60 65 27 28 1.00 1.00

70 75 30 31 1.00 1.00

80 33 1.00

100 33 1.00

Mario Goycoa 33

Introducción-Conceptos Básicos motores a gas CAT 3616.pdf

Recommend Documents