Monografia Motores de Combistion Interna CICLO DIESEL

INFORME FINAL DE MONOGRAFÍA DE MÁQUINAS TÉRMICAS

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MOTOR DE COMBUSTION INTERNA” DIESEL”

ESTEBAN PRECIADO JHON HERNANDEZ FABER ADRIAN ARENAS EDGAR PELAEZ CATAÑO

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO FACULTAD DE INGENIERÍAS INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Abril de 2015 Medellín



RESUMEN

El hombre para oponerse a las fuerzas de la naturaleza no ha tenido más remedio que ingeniárselas de modo que pudiera oponer a ellas otras fuerzas creadas, dirigidas, y dominadas por él. En esta larga historia de la fuerza contra la fuerza, el motor ha sido una de las más importantes conquistas del hombre y de la que todos en general, nos beneficiamos mucho más de lo que podemos sospechar. En esta monografía trataremos el tema del motor diesel y como ha sido su historia en la lucha por vencer estas fuerzas. Los motores diesel están presentes en todas partes, en las carreteras efectuando trabajos y transportes pesados, en aplicaciones marítimas como buques y submarinos, en la generación de corriente eléctrica en muchos lugares de la tierra, están instalados en innumerables máquinas de todo género excavando en la tierra para edificar grandes construcciones, transportando pasajeros en ferrocarriles, labrando en nuestros campos, elevando agua de pozos. etc. En esta investigación buscamos la forma de apreciar y definir el funcionamiento del motor diesel, desde sus comienzos en la historia, hasta el funcionamiento componentes móviles y fijos, Refrigeración, lubricación, sistema de alimentación y combustión. Es importante resaltar que para entender mejor el funcionamiento del motor diesel, debemos comprender bien los principios básicos de construcción, operación y sus diversos sistemas, así como los requisitos y características para servicios de mantenimiento y reparación. En este aspecto esta monografía se enfoca a métodos generales de funcionamiento y descripción de los diferentes sistemas que hacen parte del conjunto de elementos que conforman un motor diesel, y el estudio del de l ciclo diesel, teniendo en cuenta los principios termodinámicos. El desarrollo y estudio de todos los temas sobre el motor diesel, ha sido tomado de varias fuentes científicas y técnicas que nos ayudan a comprender mejor el tema, como lo son libros y manuales de servicio y reparación de motores diesel, Recursos electrónicos de la universidad, documentos ofrecidos por el docente para el estudio y la experiencia personal en el trabajo. Por todo lo anterior se quiere hacer una breve compilación y presentación sobre el motor diesel y su desarrollo desde sus comienzos en Alemania Alemania con su inventor, la

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trascendencia en la revolución industrial y como ha venido mejorando su diseño y construcción durante la historia. Palabras Claves: motor de combustión interna. motor diesel, desarrollo, aplicaciones, funcionamiento, descripción, principios, construcción, operación.

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RECONOCIMIENTOS

De manera respetuosa y afectiva, agradecemos y hacemos un reconocimiento especial al Doctor Carlos Acevedo, docente titular I en el área de máquinas térmicas, del Instituto Tecnológico Metropolitano que por su aporte y enseñanza durante el transcurso de esta investigación, nos ha permitido abordar el tema de los motores diesel, de manera puntual y objetiva, proponiendo una idea de investigar y socializar los conocimientos y conceptos adquiridos durante el curso de máquinas térmicas. Hacemos también un reconocimiento a la empresa Estyma S.A, (Empresa dedicada a obras de construcción, infraestructura vial y energética. Minería subterránea) Por facilitarnos sus instalaciones del Taller central, para realizar nuestro trabajo sobre motores diesel, enfocados a la aplicación de máquinas para movimientos de tierra y perforación subterránea y a cielo abierto.

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INFORME FINAL DE MONOGRAFÍA DE MÁQUINAS TÉRMICAS ACRÓNIMOS

MCI. Motores de combustión Interna. PMI: Punto muerto Inferior PMS: Punto muerto superior. MMT: Maquinas para movimiento de tierra. ACPM: Aceite combustible para motores. API: Instituto Americano del petróleo. EPA: Agencia de protección Ambiental. ECM: Modulo de control Electrónico EGR: Reguladora de emisiones y gases

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TABLA DE CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN

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1. GENERALIDADES

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1.1 Objetivos

9

1.1.1 General

9

1.1.2 Específicos

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2. MARCO TEORICO

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2.1 Definición del motor de combustión interna

10

2.2 Clasificación de los motores de combustión interna

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2.3 Motor Diesel

13

2.3.1 Principio de funcionamiento

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2.3.2 Reseña Histórica

15

2.3.3 Tendencias Actuales de los motores diesel

16

2.3.4 Trend and future of diesel engine

18

2.3.5 Ciclos termodinámicos teóricos y reales

19

2.3.6 Características de la combustión

27

2.3.7 Propiedades del Combustible Diesel

29

2.3.8 Componentes Básicos

31

2.3.9 Sistema de Lubricación

44

2.3.10 Sistema de Refrigeración

47

2.3.11 Sistema de Turboalimentado y Turbocompresor

50

2.3.12 Sistema de Admisión Aire Escape

56

2.3.13 Emisiones del Motor Ciclo Diesel

70

2.3.14 Sistema de Inyección de Combustible

75

6



2.3.15 Motores Diesel Electrónicos o Inyección Electrónica

81

2.3.16 Curvas Características de un Motor Diesel

100

2.3.17 Gestión del Mantenimiento de Motores Diesel

107

2.3.18 Ventajas y Desventajas de los Motores Diesel

112

3. METODOLOGÍA

115

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

116

5. CONCLUSIONES

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RECOMENDACIONES

119

REFERENCIAS

120

APÉNDICE

122

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INTRODUCCIÓN El auge de nuevas tecnologías en el diseño, construcción y aplicación de los motores de combustión interna, ha llevado a los humanos a desarrollar infinidad de soluciones a los problemas de movilidad y transporte de cargas pesadas, teniendo en cuenta el uso en particular de los motores diesel en varios tipos de vehículos y maquinas. El motor diesel ha venido siendo, uno de los motores más utilizados en la industria mundial, debido a sus diferentes formas y tamaño adecuados para cualquier aplicación, y además porque representa economía en el consumo de combustible. Por todo esto analizaremos los principios básicos de funcionamiento, constitución, operación y servicio de mantenimiento de los motores diesel, teniendo en cuenta los análisis termodinámicos y el estudio del ciclo diesel. Es importante considerar que hoy buscamos contribuir a la limpieza del planeta y el medio ambiente, pero para poder generar energía desde la combustión, siempre se está contaminando con las emisiones de gases del escape de estos motores de combustión interna, hacia los alrededores. En consecuencia el motor diesel, a pesar de que busca generar mucha potencia para ser aprovechada en trabajo, más que otros motores de combustión interna, resulta también un poco desaprovechado en su eficiencia térmica. Aunque este motor es uno de los más opcionados para trabajar en muchos tipos de máquinas y vehículos, debido a sus sistemas de inyección y turbo alimentación, que favorecen en gran cuantía, el aumento de la potencia entregada y por lo tanto su eficiencia, aunque no al 100%, vemos que es el motor más producido, vendido y aplicado en la industria mundial. En esta investigación sobre el motor diesel también se hará un especial énfasis en la aplicación de los sistemas electrónicos para mejorar los ciclos de combustión, optimizar los sistemas de inyección de combustible, y minimizar la emisión de gases contaminantes. Esto pues significa un gran adelanto en el diseño y construcción de los nuevos motores diesel, y en general también para los motores de combustión interna.

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1. GENERALIDADES Esta monografía explica y ofrece para el lector, una breve descripción sobre el motor diesel, desde su invención, funcionamiento, aplicaciones, curvas termodinámicas y gestión del mantenimiento. El desarrollo del motor diesel aún está en proceso, y por esto se describen los últimos adelantos en el perfeccionamiento de dicho motor, explicando sus ventajas y desventajas, aunque parece que fueran más las ventajas que ofrece este motor, debido a sus propiedades operacionales y elevadas torsiones.

1.1.

OBJETIVOS:

1.1.1 General: Conocer el funcionamiento del motor diesel, teniendo en cuenta la importancia de sus sistemas auxiliares de operación, que influyen en el rendimiento óptimo, como conjunto motor diesel. 1.1.2 Específicos: 

 





Definir cuáles son los componentes del motor diesel en sus partes fijas y móviles. Analizar el proceso de combustión y sus ciclos reales de operación. Identificar los sistemas que hacen parte del conjunto de elementos que forman el motor diesel. Entender las ventajas y desventajas de la aplicabilidad de los motores diesel en la industria en general. Investigar sobre las nuevas tecnologías de desarrollo y aplicación de los motores diesel, y como realizar una óptima gestión del mantenimiento para estos equipos.

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2. MARCO TEÓRICO Primero analizaremos un poco la definición de motor de combustión interna, para conocer y diferenciar los distintos sistemas que los conforman. Pero esta monografía se dedica principalmente al estudio y análisis del funcionamiento del motor diesel y sus sistemas auxiliares de operación.

2.1 DEFINICIÓN DE MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

El motor de combustión interna se puede definir como: El conjunto de elementos mecánicos que permite obtener energía a partir del estado térmico del fluido compresible que lo atraviesa, obtenido por un proceso de combustión que tiene lugar en el propio seno del fluido. Si el fluido operante en la máquina, se expande en una cámara estanca de volumen variable, produciendo el desplazamiento lineal alternativo de un embolo, y mediante un mecanismo de biela-manivela es transformado en movimiento de rotación de un eje, entonces estamos en presencia de un motor de combustión interna alternativo. El motor de combustión interna alternativo en sus dos versiones, encendido provocado (MEP) y encendido por compresión (MEC) está formado por tres sistemas estructurales y un conjunto de sistemas auxiliares que permiten el correcto desarrollo de su ciclo de trabajo, a continuación se relacionan cada uno de los sistemas del motor:   

Sistema soporte. Mecanismo pistón-biela-manivela Mecanismo de distribución de gases

Sistemas Auxiliares:     

Sistema de lubricación. Sistema de refrigeración. Sistema de alimentación de combustible. Sistema de renovación de la carga. Sistema de encendido.

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La mayoría de los motores de combustión interna trabajan con base en un ciclo de cuatro tiempos, cuyo principio es el ciclo termodinámico de Otto (con combustible gasolina o gas) y el ciclo termodinámico de Diesel (con combustible A.C.P.M.). Por lo tanto, su eficiencia está basada en la variación de la temperatura tanto en el proceso de compresión isentrópico1, como en el calentamiento a volumen (Otto) o presión constante (Diesel). El ciclo consiste en dos carreras ascendentes y dos carreras descendentes del pistón. Cada carrera coincide con una fase del ciclo de trabajo, (y recibe el nombre de la acción que se realiza en el momento, así: Admisión Compresión Combustión - Expansión Escape

  

Figura 1: Ciclo de Combustión Fuente: (Biblioteca Virtual Luis Ángel Arango) Los motores de combustión interna tienen infinidad de aplicaciones en las industrias del planeta. Ante este múltiple uso, conviene el estudio teórico y práctico de los principales motores de combustión interna. A pesar de que la tecnología de este tipo de motor tiene poco más de 100 años, son muchos los cambios que ya se han producido y muchos más los cambios aún por producir. Igualmente, resulta pertinente valorar el impacto ambiental del motor de combustión interna (MCI) como principal fuente energética de los agregados agrícolas, dado por los niveles de emisión de sustancias tóxicas, de los gases de invernadero y de 11



ruido durante su funcionamiento. Los MCI que mayor contaminación del medio ambiente provocan, son los motores a gasolina a pesar de ser menos visible sus emisiones a la atmósfera. Sumado a que en nuestro país poco se controla los niveles de emisión de sustancias tóxicas por los MCI, existiendo reservas sobre la regulación disponible para la disminución de los mismos. Tampoco, habitualmente se realizan controles de los niveles de ruido que emiten los MCI durante su funcionamiento, existiendo un gran número de vehículos que circulan por nuestras vías con altos niveles de ruido. Por lo que se debe hacer una invitación, para aplicar con mayor rigor las disposiciones sobre el cuidado y conservación del medio ambiente. (Prácticas de motores de combustión 2005). 2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Estos motores se clasifican en: 



Motores De dos tiempos (2T): efectúan una carrera útil de trabajo en cada giro. Motores De cuatro tiempos (4T): efectúan una carrera útil de trabajo cada dos giros.

Existen los diesel y gasolina, tanto en 2T como en 4T. También de clasifican según el tipo de encendido en:  

Motores de ignición por compresión (MEP) Motores de ignición por chispa o encendido provocado (MEC)

Según su sistema de alimentación se dividen en:  

Motores de aspiración Natural. Motores turbo cargados o sobre alimentados.

Según su construcción y posición de los pistones:    

Motores radiales. Motores en V Motores Transversales. Motores Lineales. (Estos son los más utilizados en la industria).

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2.3 MOTOR DIESEL El principio de los motores diesel fue muy modesto. Rudolf Diesel fue el inventor de este motor el cual lleva su nombre. Nació en parís el año de 1858, y todavía adolescente en el año de 1872 se trasladó a Alemania donde cursó sus estudios de ingeniero. En una época en que estaban en pleno apogeo las experiencias con los motores de gas, público un folleto titulado (Teoría y proyecto de un motor racional destinado a substituir la máquina de vapor y los demás motores existentes). Esto ocurría por el año de 1892. Su patente de invención solicitada al (Kaiserlinchem Patentan) de Berlín decía textualmente: “El embolo de trabajo comprime aire puro en u n cilindro, de forma que la temperatura resultante de la compresión es mucho mayor que la temperatura de inflamación del combustible que se ha de emplear. Después de la compresión y a partir del punto muerto se efectúa la introducción gradual de combustible. Su idea primitiva que consistía en emplear como combustible carbón finamente pulverizado, hubo de abandonarla debido a las grandes presiones a que tenía que inyectar el combustible. Lo que consistía en aquella época en un problema de difícil solución. Después y con la ayuda de la firma MAN, se consiguió construir un motor que funcionaba con combustible líquido, el cual era introducido con el auxilio de aire comprimido. En seguida se comprobó que esta máquina tenía un mayor rendimiento que todas las conocidas en una cuantía de casi el doble. A partir de 1901, cuando la construcción de estos motores empieza a ser comercial, se experimentan modificaciones muy importantes mediante las cuales se llegan a construir unidades de hasta 1000cv por agrupación de varios cilindros. En 1902 se aplica el motor diesel a la propulsión de un barco mercante, y en 1904 se vota el primer submarino equipado con este tipo de motor. Ocho años más tarde fallece, en trágico accidente, su inventor Rudolf Diesel. En 1920 después de la guerra europea, se instala la primera inyección directa de combustible, es decir se suprime el compresor de aire, y es a partir de entonces cuando se inicia una era de continuo progreso del motor diesel hasta nuestros días.

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2.3.1 Principio de Funcionamiento. En un cilindro se comprime aire unas 16 veces su volumen inicial, quedando, por lo tanto, contenido este aire en muy poco espacio. Al hallarse de esta forma comprimido, el aire aumenta mucho su densidad, aumenta también la presión y la temperatura, llegando a alcanzar valores de 600 grados Celsius. Al final de esta compresión se inyecta dentro del cilindro un combustible pesado, normalmente ACPM o biodiesel, finamente pulverizado, el cual, al entrar en contacto con el aire muy caliente que se halla comprimido, produce la combustión, quemándose las partículas de combustible a medida que van entrando en la cámara. Al mismo tiempo que esto ocurre el embolo se va moviendo, aumentando el volumen de la cámara de combustión, por lo que resulta que la presión se mantiene constante dentro del cilindro durante el tiempo que dura la combustión del combustible. Por esta razón a estos motores también se les denomina motores de combustión a presión constante. En un principio estos motores, utilizaban aire comprimido para inyectar el combustible. Modernamente todo motor diesel efectúa l inyección sin ayuda de aire comprimido, introduciéndose dentro del cilindro directamente por medio de unas bombas adecuadas, que son capaces de impulsar el ACPM a alta presión. A estas bombas se les llama bombas inyectoras. (Juan Villalta Esquius. el motor diesel. Funcionamiento de un motor diesel. 1984)

Figura 2: Motor Diesel Fuente: (http://www.taringa.net/posts/autos-motos/4859771/El-motordiesel.html) La importancia del motor diesel proviene que su rendimiento térmico es mayor que el de cualquier otro de los motores comerciales, originadores de movimiento. En el mundo se han construido motores diesel con émbolos de diámetros que van 14



desde 7.62 cm a 81.28cm y con velocidades de 84 a 4000rpm produciendo desde 3bhp hasta 8500 bhp. El peso del motor por bhp varía de 1300kg a 1700kg. Los motores de gran tamaño sirven como productores no costosos de potencia para las pequeñas comunidades en las que l inversión de capital no permite comprar una planta de vapor de bajo rendimiento. Los diversos tipos de motores diesel en el mercado, no son radicalmente diferentes unos de otros, con la posible excepción del diseño de la cámara de combustión y del equipo de inyección. El proceso de inyección en el motor diesel inicia antes del punto muerto superior y continúa por 30 grados de giro del cigüeñal, en los motores grandes, y 20 grados aproximadamente, en los pequeños de alta velocidad. Es difícil establecer valores exactos porque los distintos diseñadores tienen objetivos diferentes y además, la duración de la inyección es influenciada por múltiples factores.

2.3.2. Reseña Histórica. El motor diesel fue inventado en el año 1883, por el Ing. Rudolf Diesel. De origen Francés, aunque de familia alemana, fue empleado de la legendaria firma MAN, que por aquellos años ya estaba en la producción de motores y vehículos de carga. Durante años, Diesel, trabajo para poder utilizar otros combustibles diferentes a la gasolina, basados en principios de los motores de compresión sin ignición por chispa, cuyos orígenes se remontan a la máquina de vapor y que poseen una mayor prestación. Así fue como a finales del siglo XIX, en el año 1897, MAN, produjo el primer motor conforme los estudios de Rudolf Diesel, encontrando para su funcionamiento, un combustible poco volátil, que por aquellos años era muy utilizado, el aceite liviano, más conocido como Fuel Oil que se utilizaba para alumbrar las lámparas de la calle. El diesel es un motor de compresión y basa su funcionamiento en aumentar la presión del gas (aire) contenido en el volumen del cilindro, hasta alcanzar una alta presión y temperatura, arriba de los 500º C, que hace que cuando se pulveriza combustible sobre este aire a presión caliente, genera una combustión, que impulsa el pistón con fuerza hacia abajo. Su principio tiene origen en los motores de compresión a gas de mediados y finales del siglo XIX, que utilizaban combustibles pocos volátiles, como el Kerosene o aceite de lámparas. Rudolf Diesel se basó en estos principios y en 1883, publico su teoría sobre el principio de funcionamiento del motor diesel llamado "Teoría y construcción de un

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motor térmico racional". Pero fue MAN quien a comienzos del año 1897, construyo el primer motor diesel, que era una versión mejorada de la diseñada por Diesel. El motor diesel tomó la vanguardia de los motores en el mundo, debido a su rendimiento térmico del orden del 40%, por aquellos años comparado con un motor ciclo Otto y del 30% en los diesel modernos de hoy. Daimler – Benz fue el que produjo el primer camión con motor diesel del mundo en 1923, seguido por MAN que fue el primer fabricante en el año 1924, en ofrecer al mercado el primer camión con motor diesel de inyección directa. El resto es historia.

2.3.3. Tendencias Actuales De Los Motores Diesel. Actualmente se están diseñando motores diesel que deben cumplir normas internacionales de emisiones de gases para hacerlos amigables con el ambiente y para cumplir con estas normas se han implementado motores cuyo sistema de combustible se regula electrónicamente.





Sistema de inyección Meui: El sistema EUI está constituido por un inyector bomba accionado por un mecanismo de balancines, con control electrónico de la dosificación y de puesta a punto de la inyección. Existe un inyector para cada cilindro del motor, que es accionados por su eje de levas. Sistema de inyección Heuies: Un sistema para la inyección directa de diesel, el inyector HEUI utiliza la energía hidráulica del mismo combustible a cierta presión para causar la inyección.

Controlador





Bomba de actuación

Inyector



Sensores



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Figura 3: Sistema de Inyección Fuente: (El Motor Diesel 1984)



Sistema de combustible

Figura 4: Sistema de Combustible Fuente: (http://pills52.com/2014/1255137/)

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2.3.4 Trend and future of diesel engine. Development of high efficiency and low emission low temperature combustion diesel engine. Research on effects of diesel combustion indicates emissions of nitrogen oxide emission (NOx) and particulate matter (PM) that has adverse effect on human health. Overall, it is estimated that 6%-32% of NOx is contributed by passenger automobile. Exhaust NOx emission is about 300 times stronger greenhouse effect if compared to carbon dioxide (CO2) [3]. For the past decades, extensive research has been done for NOx and PM reduction. Engine efficiency and NOx emission increases with combustion temperature while reduction of flame temperature reduces soot oxidation increasing soot emission. To suppress NOx, a relatively new combustion technology known as low temperature combustion (LTC) has been introduced. Application for burners and furnaces has been shown to have the potential of reducing NOx and soot formation. 

Background Studies

Compressed ignitions are the most fuel-efficient engines ever developed for transportation industries mainly attributed by its relatively high compression ratios and reduced throttling losses. However, diesel engine comes with drawback of high NOx and PM has made it a challenge to the industry to comply to stringent emission legislation. Numerous studies have been done on this area where efficiencies have increased and pollutant emissions have decreased substantially Stoichiometric mixture is oxidized and combusted with high temperature diffused flame resulting in NOx formation and reduces the available oxygen for remaining fuel entrained in the flame resulting in soot formation. To meet increasing demand of stricter emission and efficiencies, researches are directed towards low temperature combustion. An experimental and numerical investigation was conducted on correlation on the effect reactant temperature and mixture stratification to HCCI combustion characteristics The research indicates HCCI combustion consisted of two stages. First stage of low temperature heat release combustion and later followed by high temperature heat release combustion. Different port injection strategies infer that autoignition

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advances with mixture in-homogeneity. This result in large temperature stratification causes by low mixing duration from short ignition delay. 

Proposed Combustion Technology

Limited successes for diesel engine have been reported since as it has strong dependencies on mixture concentration and chemical kinetic [10]. A novel combustion control is proposed based on the hypothesis of direct exhaust gas recirculation injection at high pressure after fuel injection is able to suppress flame development, promoting fuel evaporation and mixing as a mean of combustion control for high efficiency and low pollution LTC diesel engine. Numerical method will be applied together with existing mathematical model to simulate EGR injection parameters to produce desired LTC with OpenFOAM. Parametric optimization will be done using OpenFoam simulation platform which later compared with experiments as prove of concept and model validation. EGR injection after fuel injection is intended to improve fuel evaporation and mixing promoting LTC to reduce both NOx and soot formation at the same time. Figure2 is an equivalence ratio versus combustion temperature graph together with nitrogen oxide and soot formation region respectively. There has been great interest in LTC and HCCI technology for high efficiency and low pollution emission diesel engine application. However, the application of both combustion modes in diesel engine has limited success due to complex combustion control and narrow engine operation range. The novelty of this research comes from the proposed hypotheses of direct EGR injection as a mean of combustion control to expand the range of engine operation under low temperature flameless combustion mode. This novel combustion method has the potential of alleviating challenges faced by both LTC and HCCI technology making these high efficiency and low pollution emission combustion mode to be successfully implemented to conventional diesel engine with minimal modification.

2.3.5 Ciclos Termodinámicos Teóricos Y Reales De Los Motores Diesel 

Ciclo diesel teórico: El motor Diesel de cuatro tiempos tiene una estructura semejante a los motores de explosión, salvo ciertas características particulares. El pistón desarrolla cuatro carreras alternativas mientras el cigüeñal gira 720º. Como el motor de ciclo Otto realiza el llenado y evacuación de gases a través de dos válvulas situadas en la culata, cuyo 19



movimiento de apertura y cierre está sincronizado con el cigüeñal a través del sistema de distribución por el árbol de levas.

Figura 5: Motor Diesel 4tro Tiempos Fuente: (http://motorgiga.com/periodistamotor/diesel/gmx-tag49.htm)

El funcionamiento de este motor durante su ciclo es el siguiente: 

Primer tiempo: Admisión. En este primer tiempo el pistón efectúa su primera carrera o desplazamiento desde el PMS al PMI, aspirando sólo aire de la atmósfera, debidamente purificado a través del filtro. El aire pasa por el colector y la válvula de admisión, que se supone se abre instantáneamente y que permanece abierta, con objeto de llenar todo el volumen del cilindro. Durante este tiempo, la muñequilla del cigüeñal gira 180º. Al llegar al PMI se supone que la válvula de admisión se cierra instantáneamente.

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Figura 6: Admisión Fuente: (http://automotrizcolombiano.blogpot.com) 

Segundo tiempo: Compresión. En este segundo tiempo y con las dos válvulas completamente cerradas el pistón comprime el aire a gran presión, quedando sólo aire alojado en la cámara de combustión. La muñequilla del cigüeñal gira otros 180º y completa la primera vuelta del árbol motor. La presión alcanzada en el interior de la cámara de combustión mantiene la temperatura del aire por encima de los 600 ºC, superior al punto de inflamación del combustible, para lo cual la relación de compresión tiene que ser del orden de 22.

Figura 7: Compresión Fuente: (http://automotrizcolombiano.blogpot.com)

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INFORME FINAL DE MONOGRAFÍA DE MÁQUINAS TÉRMICAS 


Tercer tiempo: Trabajo. Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro, en una cantidad que es regulada por la bomba de inyección. Como la presión en el interior del cilindro es muy elevada, para que el combustible pueda entrar la inyección debe realizarse a una presión muy superior, entre 150 y 300 atmósferas. El combustible, que debido a la alta presión de inyección sale finalmente pulverizado, se inflama en contacto con el aire caliente, produciéndose la combustión del mismo. Se eleva entonces la temperatura interna, la presión mientras dura la inyección o aportación de calor se supone constante y, a continuación, se realiza la expansión y desplazamiento del pistón hacia el PMI. Durante este tiempo, o carrera de trabajo, el pistón efectúa su tercer recorrido y la muñequilla del cigüeñal gira otros 180º.

Figura 8: Trabajo Fuente: (http://automotrizcolombiano.blogpot.com)



Cuarto tiempo: Escape. Durante este cuarto tiempo se supone que la válvula de escape se abre instantáneamente permanece abierta. El pistón, durante su recorrido ascendente, expulsa a la atmósfera los gases remanentes que no han salido, efectuando el barrido de gases quemados lanzándolos al exterior. La muñequilla del cigüeñal efectúa otro giro de 180º, completando las dos vueltas del árbol motor que corresponde al ciclo completo de trabajo. El diagrama de distribución correspondiente a esta carrera se presenta en la siguiente figura:

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Figura 9: Escape Fuente: (http://automotrizcolombiano.blogpot.com)

Representando en un sistema de ejes coordenados P-V el funcionamiento teórico de estos motores queda determinado por el diagrama de la siguiente figura:

Figura 10: Diagrama P-V del ciclo Diesel Teórico. Fuente: (http://eribera-bo.tripod.com/ciclo-diesel.html) 

0-1.- Admisión (Isóbara): Durante la admisión se supone que el cilindro se llena totalmente de aire que circula sin rozamiento por los conductos de admisión, por lo que se puede considerar que la presión se mantiene 23



constante e igual a la presión atmosférica. Es por lo que esta carrera puede ser representada por una transformación isóbara. ( ) P = K. 

1-2.- Compresión (Adiabática): Durante esta carrera el aire es comprimido hasta ocupar el volumen correspondiente a la cámara de combustión y alcanza en el punto (2) presiones del orden de 50 kp/cm2. Se supone que por hacerse muy rápidamente no hay que considerar pérdidas de calor, por lo que esta transformación puede considerarse adiabática. La temperatura alcanzada al finalizar la compresión supera los 600 ºC, que es la temperatura necesaria para producir la autoinflamación del combustible sin necesidad de chispa eléctrica.



2-3.- Inyección y combustión (Isóbara): Durante el tiempo que dura la inyección, el pistón inicia su descenso, pero la presión del interior del cilindro se supone que se mantiene constante, transformación isóbara, debido a que el combustible que entra se quema progresivamente a medida que entra en el cilindro, compensando el aumento de volumen que genera el desplazamiento del pistón. Esto se conoce como retraso de combustión.



3-4.- Terminada la inyección se produce una expansión (3-4), la cual como la compresión se supone que se realiza sin intercambio de calor con el medio exterior, por lo que se considera una transformación adiabática. La presión interna desciende a medida que el cilindro aumenta de volumen.



4-1.- Primera fase del escape (Isócora): En el punto (4) se supone que se abre instantáneamente la válvula de escape y se supone que los gases quemados salen tan rápidamente al exterior, que el pistón no se mueve, por lo que se puede considerar que la transformación que experimentan es una isócora. La presión en el cilindro baja hasta la presión atmosférica y una cantidad de calor Q2 no transformado en trabajo es cedido a la atmósfera.



1-0.- Segunda fase del escape (Isóbara): Los gases residuales que quedan en el interior del cilindro son expulsados al exterior por el pistón durante su recorrido (1-0) hasta el PMS. Al llegar a él se supone que de forma instantánea se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión para iniciar un nuevo ciclo. Como se supone que no hay pérdida de carga debida al rozamiento de los gases quemados al circular por los conductos de escape, la transformación (1-0) puede ser considerada como isóbara. 24



Como se puede observar, este ciclo difiere del ciclo Otto en que la aportación de calor se realiza a presión constante, con una carrera de trabajo menos efectiva debido al retraso de la combustión. 

Ciclo diesel real: Fase o ciclo real del motor de 4t: Para conseguir un mayor rendimiento de los motores, se retrasan o adelantan las aperturas de válvulas incluso el salto de chispa o inyección se adelanta.

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



Primera fase real (admisión): en la fase de admisión es necesario realizar un avance de apertura de admisión, de tal manera que se pueda conseguir el llenado de admisión. Se realiza abriendo la válvula de admisión antes de que el pistón llegue al punto muerto superior, y además se retrasa el cierre de esta, para aprovechar la inercia de los gases a través de los conductos. Segunda fase real (compresión): El comienzo de la segunda fase se lleva a cabo desde que se cierra la válvula de admisión, hasta que el pistón llega al punto muerto superior. Tercera fase real (explosión): Para la fase de explosión se adelanta el salto de chispa o inyección, porque la combustión tarda un tiempo en realizarse y es necesario que la expansión se produzca en el momento ideal de bajada del pistón.

Figura 11: Diagrama de avance de encendido. Fuente: (http://eribera-bo.tripod.com/ciclo-diesel.html) 25



Cuarta fase real (escape): La salida de los gases de escape es muy importante, ya que si no se vacía no se puede llenar. Para ello se hace un avance de apertura de la válvula de escape así se consigue una succión en el interior del cilindro provocada por la rapidez de salida de los gases viciados. Cuando se obtiene dicha succión se aprovechara para abrir la válvula de admisión antes de tiempo, y comenzar otra vez todo el proceso. El momento en el cual se encuentran las dos válvulas abiertas se le llama cruce de válvulas, y en función de la duración del cruce de válvulas se considera mayor o menor carácter deportivo. La válvula de escape se cerrara con un retraso, para evitar retener la salida de estos gases en la línea de escape.

Figura 12: Diagrama de fases de un motor de explosión 4t. Fuente: (http://eribera-bo.tripod.com/ciclo-diesel.html)



Diferencias entre los ciclos teóricos y prácticos Las pérdidas de calor de los motores, ya sean por el rozamiento o fricción de los elementos del motor o por la refrigeración necesaria para lograr el buen funcionamiento del motor, son perdidas de trabajo útil que en el ciclo teórico no se tienen en cuenta. En el caso de los motores de explosión, el salto de chispa no inflama la mezcla de aire y gasolina instantáneamente. Por ese motivo se debe adelantar el salto para que la inflamación total ocurra cuando el pistón se encuentra en P.M.S., y así el valor de la presión que se ejerce sobre el pistón es máximo. 26



2.3.6 Características de la Combustión. La combustión es el fenómeno que tiene lugar al explotar el gas combustible contenido en el interior del cilindro. Dicho de otra forma, es el encendido de la mezcla aire-combustible. La combustión se produce al principio del tercer tiempo del ciclo del motor, o sea en el tiempo de expansión. Ahora bien la combustión puede producirse de una manera normal, o bien puede alterarse su proceso debido a otros agentes que entorpecen su desarrollo. Debemos, pues ver los diferentes casos que se nos presentan durante el comienzo del tercer tiempo del motor. 

Combustión Normal: En el motor diesel la combustión se inicia en el interior del cilindro, en el momento en que el combustible se inflama, debido a la compresión, que reina en el ambiente interno de dicho cilindro. Por esta razón es también conocido con el nombre de motor encendido por compresión. En el instante del encendido, el combustible finamente pulverizado que proviene del inyector entra en contacto con el aire comprimido y calentado por efecto de la misma compresión, mezclándose con él y formando un foco inicial de calor, debido a la combustión de dicha mezcla. A partir de este foco, la combustión se propaga gradualmente a toda la mezcla, y por lo tanto aumentando la presión en el interior del cilindro de una manera gradual y progresiva. Un proceso de combustión que se desarrolla de la forma descrita, podemos definirlo como combustión normal, ya que el encendido se realiza en el instante previsto según el momento en que se inyecte el combustible y las condiciones en las que se encuentre la cámara de combustión. De esta manera la combustión se realiza de un modo uniforme y gradual, desarrollándose la energía cedida por el combustible de una manera regular y progresiva sobre el embolo.

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Combustión Anormal: Podemos definir como combustión anormal aquella que no proviene del chorro de combustible del inyector, y que no se realiza en el instante previsto debido a alteraciones que se producen en la cámara de combustión (depósitos de carbón, residuos de mezcla del ciclo anterior etc...) Podemos clasificar la combustión anormal en dos grupos:  

Combustión anormal por contacto de superficie Combustión anormal por autoencendido

Estos casos de combustión anormal se presentan con más frecuencia en los motores de gasolina que en los diesel, debido a que el ciclo diesel, es

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por esencia, de encendido por compresión o espontaneo, lo cual incluye un fenómeno que en un motor de gasolina seria de combustión anormal. La combustión anormal debida al encendido por contacto comprende todos los casos en que uno o varios focos de llama se inician en zonas incandescentes de la superficie de la cámara, no habiéndose iniciado todavía el encendido por su proceso lógico, o sea o sea, por la bujía en los motores de gasolina o bien por la carga completa en los motores diesel. Esta combustión anormal se puede producir debido a un calentamiento excesivo de la válvula de escape, o a depósitos carbonosos incandescentes, o también por otras causas. Esto produce irregularidades en la marcha del motor, pérdida de potencia, funcionamiento ruidoso, puntos de rápido incremento de presión e incluso funcionamiento del motor después de haber cerrado el circuito eléctrico de encendido. El encendido por superficie, es el más nocivo porque en él se realizan anticipadamente al encendido general, debido a que origina presiones sobre el embolo, no estando este todavía a punto de transmitirlas al cigüeñal. Esto es favorecido por una combustión principal muy lenta y por zonas incandescentes de la cámara. La combustión por contacto de superficie puede ser evitada mejorando la refrigeración del motor y procurando que se formen depósitos carbonosos. (Juan Villalta Esquius. EL motor Diesel Enciclopedia CEAC. 1984) Actualmente se experimentan combustibles con resultados experimentales que se obtuvieron evaluando dos combustibles biodiesel derivados del alcohol diferentes: éster metílico y éster etílico, ambos obtenidos a partir de aceite de cocina usado. Estos combustibles biodiesel se probaron puros y mezclados (30% y 70% de contenido de biodiesel, base de volumen) con un combustible de referencia diesel, que se ensayó también, en un motor diesel de inyección common-rail. Los modos de operación del combustible se seleccionaron para simular la combustión según las normas Europeas. Los Combustibles biodiesel puros, en comparación con el combustible de referencia, resultaron en un ligero aumento en el consumo de combustible, En muy ligeras diferencias en las emisiones de NOx, y en fuertes reducciones de emisiones hidrocarburos totales, la opacidad del humo y las emisiones de partículas (tanto en la masa y el número), a pesar de la creciente volatilidad demostraron la disminución de fracción orgánica de la materia particulada. El tipo de alcohol utilizado en el proceso de combustión, tiene un efecto significativo sobre las emisiones totales de 28



hidrocarburos y en la composición de la materia nocivas.

en partículas menos

Como el alcohol utilizado era más volátil, tanto las emisiones de hidrocarburos y las fracciones de materia orgánica particulada, se observó que aumento su volatilidad, haciendo más equilibrado el proceso de combustión con biodiesel. (Article Effect of the alcohol type used in the production of waste cooking oil biodiesel on diesel performance and emissions.FUEL 2008 page 31613169)

2.3.7 Propiedades del Combustible Diesel 

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Un combustible ligero disminuye la vida útil de los componentes por su baja viscosidad reduciendo el nivel de lubricación. Un combustible pesado reduce la vida útil el revestimiento de los anillos de los cilindros, debido a los mayores depósitos en la cámara de combustión. El combustible diesel es más propenso a la oxidación que la gasolina. No almacenar por más de 1 año.

Tabla 1: Propiedades del Combustible. Fuente: (motores diesel) 

El combustible diésel sólo se utiliza en tipos específicos de motores. No todos los motores pueden funcionar con diésel. Hay muchas maneras de producir este tipo de combustible a partir del petróleo, las plantas, los gases y algunos de materiales biológicos. Hay varios tipos de motores de diésel, cada uno con diferentes propiedades, incluida la pureza y pesadez, ya que el combustible diésel es más denso que el aceite regular. El diésel puede ser muy ventajoso debido a sus bajas emisiones de toxinas en el medio ambiente cuando el motor está afinado y mantenido.

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Tipos de combustible para motores diesel:

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Biodiesel: Como se ha mencionado, el diésel ahora puede ser producido a partir de fuentes distintas del petróleo. Este es el caso con el biodiesel, también referido como "B100". Se produce a partir de fuentes renovables, en general, los aceites vegetales y grasas animales. El rendimiento de un motor de biodiesel es a menudo comparado con su competidor, el diésel derivado del petróleo, a pesar del hecho de que hay muy poca diferencia en el rendimiento.

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Mezclas de biodiesel: Este tipo de aceite de motor diésel se conoce comúnmente como "B-20", lo que significa que es el resultado de una mezcla de 80 por ciento de diésel regular y 20 por ciento de biodiesel. B-5 es otro tipo común de combustible mezclado, compuesto de 5 por ciento de biodiesel y 95 por ciento de diésel regular. Esta mezcla no era muy popular hasta hace poco; ahora está siendo utilizada por muchos motores diferentes.

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Diésel de azufre ultra bajo: La ley de los Estados Unidos requiere que todos los motores diésel deben quemar diésel de azufre ultra bajo a partir del 1 enero del 2009. Este tipo de combustible diésel contiene aproximadamente 10 partes por millón de azufre, lo que reduce significativamente las emisiones del motor de los gases de óxido de nitrógeno y el hollín, en comparación con el diésel normal. La emisión de gases de óxido de nitrógeno y el hollín ha sido una de las principales preocupaciones sobre el combustible diésel regular, pero ahora el diésel de azufre ultra bajo es cada vez más común.

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Diésel regular: Muchos motores todavía utilizan diésel normal, lo que es mucho más contaminante que cualquiera de los tipos de diésel antes mencionados. La razón principal de esto es debido a la cantidad de azufre que el diésel regular contiene, que es de aproximadamente 500 partes por millón. Sin embargo, en la mayoría de los países, por ley, parte de este azufre debe ser removido antes de usar el combustible diésel en un motor de un automóvil, y esto puede reducir drásticamente el efecto que tiene sobre el medio ambiente.

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Diésel grado 1D, 2D y 4D: El diésel se puede clasificar en muchos grados diferentes, aunque los más comunes son 1D, 2D y 4D, clasificado de 30



acuerdo a sus densidades. El grado 1D es el más ligero de los tres, que se utiliza generalmente en aplicaciones donde la velocidad del motor cambia constantemente o con temperaturas extremadamente bajas. El grado 2D es un combustible de propósito general, más comúnmente utilizado en motores uniformes de alta velocidad en las temperaturas más cálidas. Combinado con las cantidades correctas, se puede mezclar con el combustible grado 1D para hacer efectiva la gasolina de invierno. El grado de combustible 4D no se utiliza comúnmente debido a que es mucho más denso que los otros. Se utiliza principalmente en motores de muy baja velocidad. 2.3.8. Componentes Básicos. 

Bloque: Es la estructura básica del motor, en el mismo van alojados los cilindros, cigüeñal, árbol de levas, etc. Todas las demás partes del motor se montan en él. Generalmente son de fundición de hierro o aluminio. Pueden llevar los cilindros en línea o en forma de V. Lleva una serie de aberturas o alojamientos donde se insertan los cilindros, varillas de empuje del mecanismo de válvulas, conductos del refrigerante, los ejes de levas, apoyos de los cojinetes de bancada y en la parte superior lleva unos taladros donde se sujeta el conjunto de culata.

Figura 13: Culata Motor Diesel. Fuente: (http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/17877786/Motordiesel.html)

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Cigüeñal: Es el componente mecánico que cambia el movimiento alternativo en movimiento rotativo. Está montado en el bloque en los cojinetes principales los cuales están lubricados. El cigüeñal se puede considerar como una serie de pequeñas manivelas, una por cada pistón. El radio del cigüeñal determina la distancia que la biela y el pistón puede moverse. Dos veces este radio es la carrera del pistón.

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Podemos distinguir las siguientes partes:     

Muñequillas de apoyo o de bancada. Muñequillas de bielas. Manivelas y contrapesos. Platos y engranajes de mando. Taladros de engrase.

Figura 14: Cigüeñal. Fuente: (www.stagnaro). (www.stagnaro).

Una muñequilla es la parte de un eje que gira en un cojinete. Las muñequillas de bancada ocupan la línea axial del eje y se apoyan en los cojinetes de bancada del bloque. Las muñequillas de biela son excéntricas con respecto al eje del cigüeñal. Van entre los contrapesos y su excentricidad e igual a la mitad de la carrera del pistón. Por cada muñequilla de biela hay dos manivelas. Los motores en V llevan dos bielas en cada muñequilla. En un extremo lleva forjado y mecanizado en el mismo cigüeñal el plato de anclaje del volante y en el otro extremo va el engranaje de distribución que puede formar una sola pieza con él o haber sido 32



mecanizado por separado y montado luego con una prensa. Algunos cigüeñales llevan un engranaje de distribución en cada extremo para mover los trenes de engranajes de la distribución. Otra particularidad del cigüeñal es una serie de taladros de engrase. Tiene practicados los taladros, para que pase el aceite desde las muñequillas de biela a las de bancada. Como al taladrar quedan esos orificios en los contrapesos, se cierran con tapones, que se pueden quitar para limpiar dichos conductos. 

Culata: Es el elemento del motor que cierra los cilindros por la parte superior. Pueden ser de fundición de hierro o aluminio. Sirve de soporte para otros elementos del motor como son: Válvulas, balancines, inyectores, etc. Lleva los orificios de los tornillos de apriete entre la culata y el bloque, además de los de entrada de aire por las válvulas de admisión, salida de gases por las válvulas de escape, entrada de combustible por los inyectores, paso de varillas de empujadores del árbol de balancines, pasos de agua entre el bloque y la culata para refrigerar, etc. Entre la culata y el bloque del motor se monta una junta que queda prensada entre las dos a la que llamamos habitualmente junta de culata.

Figura 14: Culata Motor Diesel. Fuente: (https://www.google.com.co/url2F%2Ftecnicadelmotor.blogspot.com%2F2)

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Pistones: Es un embolo cilíndrico que sube y baja deslizándose por el interior de un cilindro del motor. Son generalmente de aluminio, cada uno tiene por lo general de dos a cuatro segmentos. El segmento superior es el de compresión, diseñado para evitar fugas de gases. El segmento inferior es el de engrase y está diseñado para limpiar las paredes del cilindro de aceite cuando el pistón realiza su carrera descendente. Cualquier otro segmento puede ser de compresión o de engrase, dependiendo del diseño del fabricante. Llevan en su centro un bulón que sirve de unión entre el pistón y la biela.

Figura 15: Pistones. Fuente: (http://www.aficionadosalamecanica.net/motor-elementos-moviles.htm) 

Camisas: Son los cilindros cilindros por cuyo interior circulan los pistones. Suelen ser de hierro fundido y tienen la superficie interior endurecida por inducción y pulida. Normalmente suelen ser intercambiables para poder reconstruir el 34



motor colocando unas nuevas, aunque en algunos casos pueden venir mecanizadas directamente en el bloque en cuyo caso su reparación es más complicada. Las camisas recambiables cuando son de tipo húmedo, es decir en motores refrigerados por líquido, suelen tener unas ranuras en el fondo donde insertar unos anillos teóricos de goma para cerrar las cámaras de refrigeración, y en su parte superior una pestaña que se inserta en un rebaje del bloque para asegurar su perfecto asentamiento.

Figura 16: Bloque motor con camisas húmedas. Fuente: (http://www.aficionadosalamecanica.net/motor-elementos-moviles.htm) 

Segmentos o anillos de pistón: Son piezas circulares metálicas, auto tensadas, que se montan en las ranuras de los pistones para servir de cierre hermético móvil entre la cámara de combustión y el cárter del cigüeñal. Dicho cierre lo hacen entre las paredes de las camisas y los pistones, de forma que los conjuntos de pistón y biela conviertan la expansión de los gases de combustión en trabajo útil para hacer girar el 35



cigüeñal. El pistón no toca las paredes de los cilindros. Este efecto de cierre debe darse en condiciones variables de velocidad y aceleración. Los segmentos impiden que se produzca una pérdida excesiva de aceite al pasar a la cámara de combustión, a la vez que dejan en las paredes de la camisa una fina capa de aceite para lubricar. Por tanto los segmentos realizan tres funciones: cierran herméticamente la cámara de combustión, sirven de control para la película de aceite existente en las paredes de la camisa, contribuye a la disipación de calor para que pase del pistón a la camisa.

Figura 17: Bloque motor con camisas húmedas. Fuente: (http://www.2Fchuisdisel.blogspot.com%2F2)

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Bielas: Las bielas son las que conectan el pistón y el cigüeñal, transmitiendo la fuerza de uno al otro. Tienen dos casquillos para poder girar libremente alrededor del cigüeñal y del bulón que las conecta al pistón. La biela debe absorber las fuerzas dinámicas necesarias para poner el pistón en movimiento y pararlo al principio y final de cada carrera. Asimismo la biela transmite la fuerza generada en la carrera de explosión al cigüeñal.

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Figura 18: Bielas. Fuente: (Volvo TD 71, (2005))

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Cojinetes: Se puede definir como un apoyo para una muñequilla. Debe ser lo suficientemente robusto para resistir los esfuerzos a que estará sometido en la carrera de explosión. Los cojinetes de bancada van lubricados a presión y llevan un orificio en su mitad superior, por el que se efectúa el suministro de aceite procedente de un conducto de lubricación del bloque. Lleva una ranura que sirve para repartir el aceite mejor y más rápidamente por la superficie de trabajo del cojinete. También llevan unas lengüetas que encajan en las ranuras correspondientes del bloque las tapas de los cojinetes. Dichas lengüetas alinean los cojinetes e impiden que se corran hacia adelante o hacia atrás por efectos de las fuerzas de empuje creadas. La mitad inferior correspondiente a la tapa es lisa. Además de los de bancada, todos los motores llevan un cojinete de empuje que evita el juego axial en los extremos del cigüeñal. Otro tipo de cojinete es el usado en los ejes compensadores; es de forma de casquillo, de una sola pieza. El orificio de aceite coincide con el conducto de lubricación del bloque.

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Figura 19: Cojinetes. Fuente: (http://www.diesel.blogspot.com)

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Válvulas: Las válvulas se clasifican en:  

Válvulas de admisión Válvulas de escape

Las válvulas abren y cierran las lumbreras de admisión y escape en el momento oportuno de cada ciclo. La de admisión suele ser de mayor tamaño que la de escape. En una válvula hay que distinguir las siguientes partes: Pie de válvula, Vástago, Cabeza. La parte de la cabeza que está rectificada y finamente esmerilada se llama cara y asienta sobre un inserto alojado en la culata. Este asiento también lleva un rectificado y esmerilado fino. El rectificado de la cara de la válvula y el asiento se hace a ángulos diferentes. La válvula siempre es rectificada a 3/4 de grado menos que el asiento. Esta diferencia o ángulo de interferencia equivale a que el contacto entre la cara y el asiento se haga sobre una línea fina, proporcionando árbol de levas de un motor diesel un cierre hermético en toda la periferia del asiento. Cuando se desgaste el asiento o la válvula por sus horas de trabajo, este ángulo de interferencia varía y la línea de contacto se hace más gruesa y, por tanto, su cierre es menos hermético. De aquí, que de vez en cuando haya que rectificar y esmerilar las válvulas y cambiar los asientos. Las válvulas se cierran por medio de resortes y se abren por empujadores accionados por el árbol de levas. La posición de la leva durante la rotación determina el momento en que ha de abrirse la válvula. Las válvulas disponen de una serie de mecanismos para su accionamiento, que varía según la disposición del árbol de levas. Como partes no variables de los mecanismos podemos señalar: La guía, que va encajada en la culata del cilindro y su misión consiste en guiar la válvula en su movimiento

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ascendente y descendente para que no se desvíe. (Arias paz. Manual de automóviles. 1999)

Figura 20: Montaje y despiece de las válvulas. Fuente: (Caterpillar 3116 (1997))

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Rotador de válvulas: Cuyo dispositivo hace girar la válvula unos cuantos grados cada vez que ésta se abre. Tiene por objeto alargar la vida de la válvula haciendo que su desgaste sea más uniforme y reduciendo la acumulación de suciedad en la cara de la válvula y el asiento y entre el vástago y la guía. Para abrir las válvulas se utiliza un árbol de levas que va sincronizado con la distribución del motor y cuya velocidad de giro es la mitad que la del cigüeñal; por tanto, el diámetro de su engranaje será Eje de balancines de un motor diesel de un diámetro doble que el del cigüeñal. Asimismo, según su situación varía el mecanismo empujador de las válvulas.

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Figura 21: Asiento y guía de válvula. Fuente: (www.aficionadosalamecanica.net)

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Árbol de Levas: El árbol de levas o eje de levas es el órgano del motor que regula el movimiento de las válvulas de admisión y de escape. En la práctica, se trata de un árbol dotado de movimiento rotativo, sobre el cual se encuentran las levas o excéntricas, que provocan un movimiento oscilatorio del elemento causante de la distribución. El elemento que provoca la distribución, cuando está sujeto a un movimiento rectilíneo de traslación recibe el nombre de empujador, centrado o desviado según que su eje encuentre o no al eje de rotación de la leva. Cuando al mismo tiempo cumple un movimiento oscilante de rotación alrededor de un perno toma el nombre de balancín. El árbol de levas manda las válvulas en la apertura y las guía en el cierre, en el sentido de que el asentamiento se obtiene mediante la acción de muelles que tienden a mantener las válvulas cerradas, por lo que cada válvula se cierra según la ley impuesta por el perfil de la leva, pero por acción del muelle. Los casos de regulación desmodrómica, en los que el movimiento de la válvula está regulado por excéntricas en la apertura y en el cierre al objeto de evitar fatigas de los muelles, son muy raros, además de costosos y complejos. Las posibles disposiciones en cuanto a los sistemas de regulación del árbol de levas son diversas en función de la constitución del motor y de sus prestaciones. Sobre los primeros vehículos el árbol de levas estaba dispuesto lateralmente y sólo mandaba las válvulas de escape. Las válvulas 40



de admisión eran automáticas y se abrían por depresión. Posteriormente en 1903 fue introducido un segundo árbol de levas en el bloque para regular también las válvulas de admisión. Las válvulas fueron siempre laterales y accionadas por un empujador. Con la solución del árbol de levas en el bloque, sencillo o doble, la lubricación fue simplificada y el mando del árbol quedó resuelto con un sencillo engranaje. No obstante, las válvulas laterales no permitían relaciones de compresión elevadas ni buenos rendimientos volumétricos. Esto obligó a los constructores a adoptar, en gran escala, después de 1910, los balancines y a colocar las válvulas en cabeza. Sin embargo, con esta solución el peso de los empujadores, las varillas y los balancines era notable. Por otra parte, el árbol de levas en cabeza había sido incorporado ya en 1903 a un motor de automóvil del inglés Mandslay y fue adoptado en serie por la Isot-taFraschini en 1905 sobre el modelo D 100 HP.

Figura 22: Árbol de levas. Fuente: (http://www.aficionadosalamecanica.net)

Cuando el árbol de levas es lateral el mecanismo empujador consta de leva, taqué, varilla, a balancín y eje de balancines. Cuando el árbol de levas va en cabeza la leva actúa directamente sobre un cajetín cilíndrico. También en otros motores de cuatro válvulas por cilindro la leva actúa directamente sobre un rodillo de un balancín en forma de horquilla. El principio es el mismo que el de levas laterales con la diferencia que se ha abandonado la varilla de empuje. 

Engranajes de distribución: Conduce los accesorios y mantienen la rotación del cigüeñal, árbol de levas, eje de leva de la bomba de inyección ejes compensadores en la relación correcta es multiplicación. El engranaje del cigüeñal es el engranaje motriz para todos los demás que componen el tren

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de distribución, por lo que deben de estar sincronizados entre sí, de forma que coincidan las marcas que llevan cada uno de ellos. Los motores diesel casi todos llevan el accionamiento por transmisión rígida, ya que es el sistema más seguro. Es necesario que los piñones de distribución vayan señalados para poner en fase al cambiar cualquier engranaje en caso de avería. En estos motores un fallo en ella puede provocar graves desperfectos al ser prácticamente nulo el espacio existente entre las válvulas y el embolo. Cuando este se halla en el punto muerto superior; momento en que están cerradas o solo unas décimas abiertas si es el momento de cruce. En caso distinto chocaría una pieza con otra con la rotura de la parte más débil.

Figura 23: Distribución por piñones. Fuente: (www.aficionadosalamecanica.net)

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Dispositivos Antivibración: En un motor se originan dos tipos de vibraciones, a consecuencia de las fuerzas creadas por la inercia de las piezas giratorias y de la fuerza desarrollada en la carrera de explosión.  

Vibraciones verticales Vibraciones torsionales.

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En todos los motores se producen las vibraciones torsionales, por la torsión momentánea debida a la fuerza desarrollada en la carrera de explosión y su recuperación en el resto del ciclo. Aunque el volante se diseña con suficiente tamaño y masa, para que su inercia mantenga un giro uniforme, absorbiendo energía en los impulsos giratorios y devolviéndola en el resto del ciclo; no evita que el cigüeñal se retuerza en esos momentos de aceleración. Por ello se utiliza otro dispositivo en el otro extremo del cigüeñal, llamado amortiguador de vibración que tiene por objeto crear una fuerza torsión al igual y de sentido contrario a la que sufre en el instante de la explosión, para que sus efectos se anulen.

Figura 24: Amortiguador tipo viscoso. Fuente: (http://www.senaydiesel.blogspot.com)

Figura 25: Amortiguador de caucho. Fuente: (http://www.google.fluid-damper.com)

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Hay dos tipos de amortiguadores o dámper: El primero utiliza como material amortiguador el caucho. Los cambios de par del cigüeñal son absorbidos por él y la energía es disipada en forma de calor. Por ello, una manera de comprobar si funciona bien un dámper es notar si está más caliente que el resto de las piezas del motor que le rodean. El amortiguador tipo viscoso consta esencialmente de una corona pesada, alojada en una carcasa fijada a un extremo del cigüeñal, pudiéndose mover libremente dentro de ella al estar suspendida en un fluido (silicona). Esta corona tiende a oponerse a cualquier cambio súbito de velocidad, transmitiendo esta resistencia a través del fluido a la carcasa y por tanto al cigüeñal, contrarrestando o amortiguando la vibración torsional.

2.3.9 Sistema de Lubricación. Las diversas partes del motor se lubrican con aceite a presión que envía la bomba. El aceite llega a esas partes mediante tubos, conductos, agujeros y ranuras que, junto con la bomba, filtros y válvulas para el aceite forman el sistema de lubricación. Las partes principales del motor, como los cojinetes del cigüeñal, tienen lubricación positiva y reciben directamente el aceite a presión; también se dice que tienen lubricación a presión. Otras piezas se lubrican por salpicado; en este caso, se lanza el aceite en forma de chorro mediante un barreno, una boquilla o tubo. Los engranes de sincronización de muchos motores se lubrican en esta forma.



Funciones del sistema de lubricación: El aceite lubricante que circula por el motor desempeña cierto número de funciones que son: lubricar las piezas móviles para reducir el desgaste, lubricar las piezas móviles para lograr que las pérdidas de potencia por fricción sean mínimas, actuar como enfriador para disipar el calor de las piezas del motor, absorber los choques entre los cojinetes y otras piezas, con lo cual se disminuye el ruido y se aumenta la duración del motor, formar un buen sello entre los anillos de pistón y la pared de los cilindros, actuar como agente limpiador.

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Figura 26: Circuito de Lubricación del motor. Fuente: (http://www.Fjameduardo.blogspot.com)

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Componentes del Sistema de Lubricación: 

Bomba de Aceite: Está localizada en el fondo del motor en el cárter del aceite. Su misión es bombear aceite para lubricar cojinetes y partes móviles del motor. La bomba es mandada por un engranaje, desde el eje de levas hace circular el aceite a través de pequeños conductos en el bloque. El flujo principal del aceite es para el cigüeñal, que tiene unos taladros que dirigen el lubricante a los cojinetes de biela y a los cojinetes principales. Aceite lubricante es también salpicado sobre las paredes del cilindro por debajo del pistón.

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Figura 27: Esquema interno de una bomba de engranajes interiores. Fuente: (www.aficionadosalamecanica.com)

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Filtro de Aceite: En los motores diesel se utilizan uno o más filtros de aceite. Por ejemplo, en un motor puede haber un filtro de fluido pleno y uno de derivación; en otros; puede haber dos o más filtros de flujo pleno conectados en serie. Durante el funcionamiento del motor se mezclan aceite con partículas de carbón, polvo y metal. Los filtros mantienen limpio el aceite porque retienen las impurezas que podrían pasar por los conductos para aceite hasta las superficies de apoyo y dañar los cojinetes, muñones y otras superficies.

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Enfriador de Aceite: En algunos motores, el enfriador se monta en un lado del bloque, tiene el elemento o núcleo dentro de las camisas de agua y es parte del sistema de enfriamiento. En otros motores el enfriador es un componente separado. El enfriador se sujeta con tornillos en una superficie maquinada en un lado del bloque; esa superficie se utiliza para la caja del filtro de aceite en motores que no tienen enfriador; cuando lo tienen, hay una superficie para montaje del filtro en el cuerpo el enfriador. Hay perforaciones en el bloque, el cuerpo del enfriador y la caja del filtro, que permiten que el aceite 46



enviado por la bomba pase por el enfriador, por el filtro y luego por la galería principal de aceite en el bloque. Los tubos y mangueras que conectan el enfriador con el sistema de enfriamiento del motor se instalan en frente del enfriador. El líquido refrigerante entra al enfriador, pasa por los tubos del mismo y retorna al sistema de enfriamiento después de absorber el calor del aceite. 

Boquillas enfriadoras de los Pistones: En la parte inferior del bloque de cilindros están instaladas varias boquillas según el número de pistones. Un tornillo hueco tipo banjo se instala en un barreno taladrado en el bloque en la galería de aceite para la boquilla de enfriamiento. El tornillo sujeta el cuerpo de la boquilla en el bloque y tiene perforaciones para el paso de aceite que viene de la galería. (Libro Mecánica para Motores diesel. Tomo I Ed May 2000pág. 168170)

2.3.10 Sistema de Refrigeración. La finalidad del sistema de enfriamiento es mantener el motor a su temperatura de funcionamiento más eficiente a todas las velocidades y en todas las condiciones. Durante la combustión, las temperaturas son altas y se genera una gran cantidad de calor. Alrededor del 25% del calor se utiliza para efectuar trabajo útil. 31% se disipa con los gases de escape y 33% se absorbe en el sistema de enfriamiento. El resto del calor se utiliza para vencer la fricción del motor. Esos porcentajes son solo aproximados y pueden variar en tipos particulares de motores, pero muestran la necesidad de un eficiente sistema de enfriamiento. También permiten apreciar el trabajo que debe ejecutar el sistema de enfriamiento, cuando se tiene en cuenta que alrededor de una tercera parte de la energía térmica del combustible que entra al motor, sale por el sistema de enfriamiento. Existen dos tipos de enfriamiento:  

Sistema de enfriamiento por líquido. Sistema de enfriamiento por aire.

Aunque el sistema de enfriamiento por aire es poco utilizado en los motores diesel, debido a que aplica más maquinas que trabajen en zonas desérticas, o donde el acceso al agua es restringido por los climas. Pero hablaremos un poco de este sistema, y enfatizaremos en el sistema de refrigeración con líquido. 

Funcionamiento del sistema de refrigeración por líquido: La bomba de agua en la parte delantera del motor se impulsa ya sea por medio de correas o piñones y en algunas partes del motor se acopla al ventilador. La bomba succiona el líquido del tanque inferior y entra en ella por el tubo de entrada del radiador. Luego se bombea el líquido por el enfriador de aceite, en donde el calor del aceite lubricante se transmite al líquido enfriador; luego al 47



banco izquierdo de cilindros y directamente desde la bomba hacia el banco derecho de cilindros. Como la disposición del sistema es la misma para ambos bancos de cilindros, con la adición del enfriador de aceite en el banco izquierdo, solo se describirá el flujo del líquido enfriador en el banco izquierdo. Sin embargo también se aplica para el banco derecho. Dentro del motor, el líquido enfriador circula alrededor de los cilindros y sube a la culata de cilindros. El líquido pasa por la culata alrededor de las válvulas y conductos de escape antes de llegar al frente de la culata. En el frente de la culata, el termostato controla la dirección de flujo del líquido enfriador. Cuando la temperatura de funcionamiento es menor de la normal, se envía al líquido por el conducto de derivación hasta el lado de la entrada de la bomba de agua para que recircule en todo el motor.

Figura 28: Refrigeración. Fuente: (http://www.almuro.net)

Cuando el líquido enfriador llega a la temperatura de funcionamiento, se abre el termostato. Entonces la mayor parte del líquido pasa por la manguera hasta el tanque superior del radiador, en donde se enfría. El resto continua circulando por el conducto de derivación hasta la bomba de agua. La cantidad de líquido que fluye en cada dirección se controla con el termostato. 48



El líquido enfriador va por la derivación, además de desviarse del radiador durante el periodo de calentamiento, también impide la cavitación (burbujas de aire) en el líquido en el lado de entrada de la bomba de agua. La derivación permanece abierta con el motor a temperatura normal y suministra líquido a la bomba. Esto reduce la posibilidad de que ocurra una presión muy baja en el lado de entrada de la bomba y produzca cavitación. El conducto de derivación también tiene una función cuando se llena el sistema de enfriamiento: El líquido puede pasar del bloque a la culata de cilindros sin pasar por la bomba de agua. El líquido enfriador es una mezcla de agua con aditivos químicos para reducir la corrosión. En vehículos que trabajan en lugares muy fríos se agrega anticongelante al agua durante el invierno. Bomba de Agua: Es la encargada, en los motores refrigerados por líquido, de hacer circular el refrigerante a través del bloque del motor, culata, radiador, etc. La circulación de refrigerante a través del radiador trasfiere el calor del motor al aire que circula entre las celdas del radiador. Un ventilador movido por el propio motor hace circular el aire a través del radiador.

Figura 29: Bomba de agua. Fuente: (Caterpillar (2012))

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Termostato: Está instalado en la conexión o codo de salida de agua enfrente de la culata de cilindros. Su finalidad es cerrar la salida hacia el tanque superior del radiador cuando el motor esta frio, para que el líquido no pase por el radiador. Esto permite que el motor alcance su temperatura normal de funcionamiento con mayor rapidez. El termostato consta de un elemento detector o sensor y una válvula. La circulación del líquido continúa en la derivación con un caudal constante con un caudal constante, porque no altera la acción del termostato. La regulación de la temperatura del motor se logra con el control de flujo del líquido por el radiador. Radiador: Es un intercambiador de calor que permite transferir el calor del líquido enfriador del motor al aire, mas frio que pasa a través del mismo. Consta de un tanque superior y uno inferior, con el núcleo (panal) entre ellos. El núcleo tiene dos secciones separadas: el líquido pasa por una y el aire por la otra. En la construcción del radiador se emplean aletas y tubos por donde circula el líquido refrigerante. El líquido enfriador pasa de la parte superior a la inferior del radiador. El aire pasa del frente el hacia la parte posterior del radiador en casi todas las instalaciones y absorbe el calor en las aletas; estas a su vez, absorben el calor del líquido que baja por los tubos. En esta forma, se reduce la temperatura del líquido enfriador. (Libro Mecánica de motores diesel Tomo I Ed May 2000 pág. 176-182) 2.3.11 Sistema de Turboalimentador o Turbocompresor. La potencia que es capaz de generar un motor depende básicamente de la cantidad de oxígeno que es capaz de hacer reaccionar con el combustible, por lo que cuanto más aire es capaz de “bombear” un motor, más fuerza tiene. Hay dos formas de conseguir que en un motor entre mucho aire: aumentando el volumen interno para que quepa la mayor cantidad posible o comprimir el aire para que sea capaz de entrar mucho en una cilindrada pequeña. Esta última alternativa es lo que se conoce como “sobrealimentación” y se consigue comprimiendo el aire antes de meterlo en los cilindros. Para ello se emplean diferentes dispositivos, siendo el más utilizado el turbo. El turbocompresor tiene la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del colector 50



de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. El compresor está colocado en la entrada del colector de admisión, con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, el compresor eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore la alimentación del motor. El turbo impulsado por los gases de escape alcanza velocidades por encima de las 100.000 rpm, por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de engrase de los cojinetes donde apoya el eje común de los rodetes de la turbina y el compresor. También hay que saber que las temperaturas a las que se va a estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape van a ser muy elevadas (alrededor de 750 ºC).

Figura 30: Turboalimentador o Turbocompresor. Fuente: (www.aficionadosalamecanica.net)

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Ciclos de funcionamiento del Turbocompresor Funcionamiento ralentí y carga parcial inferior: En estas condiciones el rodete de la turbina de los gases de escape es impulsada por medio de la baja energía de los gases de escape, y el aire fresco aspirado por los cilindros no será pre comprimido por la turbina del compresor, simple aspiración del motor. Funcionamiento a carga parcial media: Cuando la presión en el colector de aspiración (entre el turbo y los cilindros) se acerca la atmosférica, se impulsa la rueda de la turbina a un régimen de revoluciones más elevado y el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es pre comprimido y conducido hacia los cilindros bajo presión atmosférica o ligeramente superior, actuando ya el turbo en su función de sobrealimentación del motor. 51


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Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga: En esta fase continua aumentando la energía de los gases de escape sobre la turbina del turbo y se alcanzara el valor máximo de presión en el colector de admisión que debe ser limitada por un sistema de control (válvula de descarga). En esta fase el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es comprimido a la máxima presión que no debe sobrepasar los 0,9 bar en los turbos normales y 1,2 en los turbos de geometría variable. Regulación de la presión turbo compresor: Para evitar el aumento excesivo de vueltas de la turbina y compresor como consecuencia de una mayor presión de los gases a medida que se aumenten las revoluciones del motor, se hace necesaria una válvula de seguridad (también llamada: válvula de descarga o válvula waste gate). Esta válvula está situada en derivación, y manda parte de los gases de escape directamente a la salida del escape sin pasar por la turbina (Arias-Paz Manual de Automoviles.1999).

Tipos de Turbocompresores: Como en el caso de las bombas existen dos tipos de turbocompresores, los volumétricos y los centrífugos. Turbocompresor Volumétrico: Los turbos que se usaron en un principio eran del tipo volumétrico, cuya energía de bombeo la obtenían del cigüeñal del motor a través de una transmisión mecánica adecuada, o bien centrífugos o dinámicos (empleados solo en aviación, pues actuaban en un margen de regímenes del motor muy limitado). Este último inconveniente se solucionó empleando compresores volumétricos (tipo Rootes), capaces de dar una presión de admisión casi constante en cualquier régimen; caso de los motores tipo volumex de lancia, así como muchos otros fabricados en USA. Su principio de funcionamiento es comparable al de las bombas volumétricas, en las que el elemento giratorio crea un aumento de volumen a la entrada del turbocompresor, lo cual origina una depresión que aspira el aire exterior. Hacia la salida del turbocompresor el volumen disminuye expulsando el aire a presión. En los modelos de compresor volumétrico, el flujo de aire es proporcional al régimen de rotación, y la presión de salida depende únicamente de las características del circuito posterior y del flujo de aire. 52



A plena potencia del motor, estos turboalimentadores absorben bastantes caballos del motor diesel. Turbocompresor Centrífugo: Estos funcionan como una bomba centrifuga, pues bajo el efecto de esta fuerza, originada por la velocidad de rotación, el aire es expulsado hacia la periferia de la rueda, lo cual crea una depresión en su centro y provoca una aspiración de aire. Precisan unas velocidades de rotación muy importantes para suministrar los flujos requeridos (del orden de 100000 Rpm) a régimen reducido se produciría un flujo reducido y a régimen elevado el flujo sería muy alto.

Figura 31: Esquema de funcionamiento del turbo alimentador Fuente: (www.aficionadosalamecanica.net)

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Turbo alimentador de geometría variable: El turbo VTG (Geometría Variable) se diferencia del turbo convencional en la utilización de un plato o corona en el que van montados unos alabes móviles que pueden ser orientados (todos a la vez) un ángulo determinado mediante un mecanismo de varilla y palancas empujados por una cápsula neumática. Para conseguir la máxima compresión del aire a bajas r.p.m. deben cerrarse los alabes ya que disminuyendo la sección entre ellos, aumenta la velocidad de los gases de escape que inciden con mayor fuerza sobre las paletas del rodete de la turbina (menor Sección = mayor velocidad). Cuando el motor aumenta de rpm y aumenta la presión de soplado en el colector de admisión, la cápsula neumática lo detecta a través de un tubo conectado directamente al colector de admisión y lo transforma en un movimiento que empuja el sistema de mando de los alabes para que estos se muevan a una posición de apertura que hace disminuir la velocidad de los gases de escape que inciden sobre la turbina (mayor sección=menor velocidad). Los alabes van insertados sobre una corona (según se ve en el dibujo), pudiendo regularse el vástago roscado de unión a la cápsula neumática para que los alabes abran antes ó después. Si los alabes están en apertura máxima, indica que hay una avería ya que la máxima inclinación la adoptan para la función de emergencia. Las demandas crecientes de rendimiento del turbocompresor, producen una necesidad de mejorar diversos aspectos técnicos y realizar innovaciones como el método de recirculación de los gases de escape (EGR) produciendo una mayor regulación de la contrapresión de escape. Para solucionar este problema se diseña el turbocompresor de geometría variable (VTG), regulado de 2 etapas (R2S). En este sistema, hay una tendencia hacia mayores temperaturas de entrada de la turbina con el fin de aumentar el nivel de potencia del gas caliente. Por otra parte, el rendimiento de un turbocompresor es fuertemente relacionado con el diseño de la rueda de la turbina. Por lo tanto, la primera demanda es garantizar una buena aerodinámica para conseguir una alta salida de potencia y eficiencia. No obstante, para el uso diario, la durabilidad es aún más importante y los tres principales criterios de diseño que deben cumplirse: la temperatura en la rueda de la turbina no debe exceder el máximo permitido de la temperatura del material, la carga termo mecánica de las paletas debe ser considerado, esto incluye la limitación de las fuerzas centrífugas y vibraciones de alta frecuencia de las paletas donde se debe realizar, y definir un límite de velocidad de rotación. 54



Una situación de estrés complejo en el cubo surge de la combinación de fuerzas centrífuga y las diferencias de temperatura. Estos estados aumentan y existen gradientes de temperatura locales en constante aumento, que incluso aumentan cuando se cambia el punto de operación, resultando en un calentamiento inestable o enfriamiento del material afectando el espesor de pared irregular del turbocompresor. (ArticuloThermomechanical analysis of a turbo charger turbine wheel based on CHT-calculations and measurements. 2006 pág. 235-250)

Figura 32: Geometría y condiciones de Frontera. Fuente: (Article Thermo mechanical analysis of a turbo charger turbine wheel based on CHT-calculations and measurements 2006)

La rueda de la turbina está montada en una turbina radial que ha sido diseñada para una aplicación de turbocompresores en motores diesel comerciales, según la figura. Se caracteriza por una caja de derivación y de doble entrada controlada. Según el hardware probado, y el diseño, este se modela como un tubo Y-rama y la salida como un tubo recto. Las paredes son incluidas porque son cruciales para el equilibrio térmico correcto. La rueda de la turbina contiene 11 cuchillas. El eje se

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corta a la altura del anillo de pistón incluyendo el pozo de sondeo y el tapón de pegamento en el extremo opuesto.

2.3.12 Sistema de Admisión de Aire/Escape

Figura 33: Sistema de admisión aire/escape. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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

Ante filtro. Filtro de Aire. Turbocompresor. Múltiple de Admisión. Pos enfriador. Múltiple de Escape. Tubo vertical de Escape. Silenciador y tuberías de conexión. Antefiltros: Los ante filtros se usan a menudo en los sistemas de aire de los motores diesel. El ante filtro elimina los contaminantes más pesados y más 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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Figura 34: Antefiltro. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

Filtro de aire: El aire sale del ante filtro 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.

Figura 35: Filtro de aire. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape) 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: Aumentar la potencia del motor y mantener la potencia a altitudes.

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Figura 36: Turbocompresor. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape) 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.

Figura 37: Partes Turbocompresor. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

Funcionamiento de 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 58



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.

Figura 38: Diagrama de flujo turbo compresor. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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.

Figura 39: Aire de escape. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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

Figura 40: Ingreso del aire al múltiple de admisión sin pos enfriador. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

Pos enfriador: Los turbocompresores aumentan la temperatura del aire de admisión a unos 3000 F (1490 C). El aire de admisión caliente es menos denso. El pos enfriador elimina el calor del aire de admisión.

Figura 41: Pos enfriador. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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La ventaja de un pos enfriador es que a medida que se enfría el aire, se hace más denso. Esto significa que hay más aire comprimido en cada cilindro.

Figura 42: ingreso del aire al múltiple de admisión con pos enfriador. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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Ubicación del pos enfriador: El pos enfriador se llama así porque enfrían el aire después de atravesar un turbocompresor. Ciertos pos enfriadores están ubicados entre el turbocompresor y el múltiple de admisión. Otros se encuentran en el interior del múltiple de admisión.

Figura 43: Ubicación pos enfriador. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape) Múltiple de admisión: Del pos enfriador, el aire pasa al múltiple de admisión y a las lumbreras de las válvulas de admisión de cada cilindro. El múltiple de admisión está montado en la culata. 61



Figura 44: Múltiple de admisión. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

Admisión y Escape de Competición: El material con que se construyen las válvulas y los asientos son de primera calidad. Durante la operación del motor, la válvula de admisión varía su temperatura entre los 200° y 400° Celsius. La de escape entre 600° y 800°. Estas piezas están sujetas a grandes cargas de compresión sumergidas en un ambiente de gases corrosivos. A 7.000 RPM de motor las válvulas golpean el asiento 3.500 veces por minuto. Tipos de Válvula para Motor de Pistones -

Cabeza Plana: para motores de automóvil. Buena resistencia. Convexa: para motores industriales. Gran resistencia. Cóncava: para competición. Gran flujo, poca resistencia.

Figura 45: Tipos de válvulas de admisión y escape. Fuente: (https://todomotores.cl/competicion/images/distribucion.gif)

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Refrigeración de Válvulas: La válvula de admisión se refrigera con gases frescos que entran al motor. La de escape disipa su calor cuando toma contacto con el asiento de válvula. Esta es una las razones que obligan a mantener la refrigeración de la culata en condiciones óptimas. La temperatura de los asientos de válvula debe ser lo más baja posible. El ancho del asiento en la válvula debe aumentarse si se observa erosión en esa área. Posicionadores de Válvula: Estos elementos son los que mantienen a la válvula en posición cuando se encuentra montada en la culata. Pulse sobre las imágenes que aparecen a continuación para observar en detalle.

Figura 46: Ubicación de válvulas. Fuente: (https://todomotores.cl/competicion/images/distribucion.gif)

Alineación del Balancín: Un aspecto importante que se debe considerar al armar el tren de distribución, es el ángulo entre el balancín y la válvula. Este debe ser de 90° al iniciar el contacto.

Figura 47: Balancín de las válvulas. Fuente: (https://todomotores.cl/competicion/images/distribucion.gif) Flotación de Válvulas: El movimiento de la válvula, cuando retorna a su asiento debe ser veloz. La pieza que se encarga de lograr esto es el resorte de válvula el 63



cual debe ser capaz de desplazar la válvula a su asiento a mayor velocidad que la del movimiento del balancín. Cuando un motor opera a altas revoluciones y no tiene los resortes adecuados, sus válvulas no alcanzan a cerrar ("flotan"). El balancín las vuelve a abrir antes de que se apoyen en su asiento.

Figura 48: Sistema de admisión aire/escape. Fuente: (https://todomotores.cl/competicion/images/distribucion.gif) 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 está montado en la culata y encaja sobre los orificios de escape.

Figura 49: Múltiple de escape. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-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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Figura 50: Silenciador. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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.

Figura 51: Tubo de Escape. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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. 65



Figura 52: Configuración marinas/industriales. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

Tipos de Sistemas de Admisión de Aire:

Figura 53: Admisión de aire. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

Hay varios tipos de sistemas de admisión de aire. -

Aspiración Natural (NA): Los sistemas de admisión de aire que no tienen ni turbocompresor ni pos enfriador se llaman sistema de “aspiración natural”. También se conocen como sistemas de admisión “NA”.

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Figura 54: Aspiración natural. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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Turbo comprimido (T): Ciertos sistemas de admisión de aire/escape disponen de turbocompresores pero no tienen pos enfriadores. Estos se llaman sistemas turbo comprimidos o “T”.

Figura 55: Turbocomprimido. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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Turbo comprimido y Pos enfriado (TA): Uno de los sistemas de admisión de aire más comunes es el “sistema turbo comprimido y pos enfriado ”. Este tipo de sistema también se denomina “TA”. Los sistemas TA tienen un turbocompresor y un pos enfriador. Se pueden usar distintos tipos de pos enfriadores.

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Figura 56: Turbo compresor y pos enfriador. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

Sistemas Pos enfriados: Hay varios tipos de sistemas pos enfriados:

Figura 57: Sistemas pos enfriados. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape) -

Sistema de Pos enfriador del Agua de las Camisas (JWAC): Un sistema con pos enfriador del agua de las camisas, o JWAC, usa refrigerante del motor para enfriar el aire de admisión. La caja del pos enfriador cabe dentro del múltiple de admisión. El refrigerante del motor circula y elimina el calor del aire de admisión antes de llegar al múltiple de admisión.

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Figura 58: Pos enfriador del agua de las camisas. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape) -

Sistema de Pos enfriador 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 pos enfriador de aire a aire” o “ATAAC”.

El pos enfriador se parece a un pequeño radiador montado en la parte delantera del radiador de refrigerante. El aire del ambiente pasa por el pos enfriador, enfriando el aire de admisión templado.

Figura 59: Pos enfriador aire-aire. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

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Sistema con Pos enfriador de Circuito Independiente (SCAC): Los sistemas “con pos enfriador 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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Figura 60: Pos enfriador circuito independiente. Fuente: Curso motores diesel (https://es.scribd.com/doc/235921756/69/Finalidadde-un-sistema-de-admision-de-aire-escape)

2.3.13 Emisiones del Motor Ciclo Diesel. Los motores diesel transforman la energía química contenida en el combustible en fuerza mecánica. El combustible es inyectado bajo presión al cilindro del motor, donde se mezcla con aire y produce la combustión. Los gases del escape que descarga el motor contienen componentes que son nocivos para la salud humana y el medio ambiente. Monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y aldehídos se generan por una combustión incompleta del combustible. Cierta cantidad de hidrocarburos proceden del lubricante del motor. Cuando la maquinaria y los equipos trabajan en recintos cerrados (minas subterráneas, edificios en construcción, túneles o talleres), el monóxido de carbono puede acumularse en el ambiente aunque los aldehídos e hidrocarburos son los que contribuyen al olor característico del diesel. Los óxidos de nitrógeno (NOx) se generan al reaccionar el oxígeno y el nitrógeno del aire, por la presión y temperatura alcanzadas en el interior de cilindro del motor, y contienen óxido de nitrógeno (NO) y algo de dióxido de nitrógeno (NO2). El dióxido de azufre (SO2) se genera a partir del azufre presente en el combustible. La oxidación del SO2 produce trióxido de azufre, precursor del ácido sulfúrico, responsable de las partículas de sulfato en las emisiones diesel. La emisión del escape del motor diesel es una mezcla compleja de gases, vapores y de materia particulada de diesel (DPM en inglés) como agregado de material sólido y líquido cuyo origen son partículas de carbono generadas durante la combustión en el cilindro del motor y está compuesta de: -

Sólidos o partículas de carbón seco (PM0,1), conocido como hollín Hidrocarburos pesados absorbidos y condensados en las partículas de carbón, como fracción orgánica soluble (FOS). Sulfatos (SO4 -2), ácido sulfúrico hidratado.

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Figura 61: Composición gases de escape. Fuente:(http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/PUBLICACION ES%20PERIODICAS/Rev_INSHT/2013/73/SST_73_enlaces2.)

En esta situación, se ha empezado a prestar especial atención a las partículas sólidas de carbono no quemado, que atraen y adsorben en su superficie los hidrocarburos de mayor peso molecular y al tiempo sirven de vehículo para otros en fase líquida e incluso para los sulfatos que pudieran formarse. Estas pequeñas partí- culas, que se aglomeran entre sí formando otras de mayor tamaño (0,04 y 1 µ), permanecen en suspensión en los gases de escape y constituyen un aerosol que puede alcanzar los alvéolos pulmonares. El pequeño tamaño de estas partículas no facilita su sedimentación por lo que, de no captarlas en el origen, se extenderán a otras zonas de trabajo (esquema 2). La composición dependerá del motor, la carga y la velocidad. Las partículas “húmedas” pueden contener hasta un 60% de hidrocarburos (FOS) y las partículas “secas” son en su mayoría carbón seco. La partícula principal de carbono (núcleo) tiene un diámetro de 0,01 - 0,08 µ y aglomeradas están en el rango respirable de 0,08 –1 µ. Los hidrocarburos aromáticos polinucleares (PAH), muchos reconocidos como cancerígenos para el hombre, están presentes tanto en la fase gaseosa como en la particulada y los más pesados, en la fracción orgánica soluble (FOS). Las emisiones de los motores de combustión interna pueden contener, además, metales pesados y sus compuestos (arsénico, cadmio, cromo, cobre, mercurio, níquel, plomo, selenio y cinc), formaldehido, benceno, sulfuro de hidrogeno, 1,3 butadieno, además de los ya mencionados SOx , NOx , CO y CO2 . La reacción teórica de combustión de un gasóleo en un motor de combustión interna implica una estequiometria teórica aire/diesel de 14,7/1. En la práctica, si un motor trabajase en estas condiciones, una mezcla de combustible /carburante 71



que dista de ser perfecta aumentaría mucho el contenido de monóxido de carbono (CO), hollín y, en general, los inquemados de los gases de escape. Así, los motores térmicos trabajan con relaciones 20/1 o 25/1 con el motor en carga y de 100/1 en vacío. Un exceso de aire puede ser la causa de la generación de otros productos de oxidación en los humos de escape, también tóxicos, como son los óxidos de nitrógeno (NO y NO2), de azufre (SO2 y SO3) y los aldehídos. El contenido de gases tóxicos del escape depende sobre todo del tipo de motor utilizado y de su estado de conservación. Tradicionalmente, hasta principios de los años 90, se consideró que el motor más adecuado para trabajos subterráneos debía tener, entre otras, las características siguientes: - Diesel (figura 1) - De cuatro tiempos - De aspiración natural y no turboalimentado - Con pre-cámara de combustión - Algo sobre dimensionado Siempre se consideró que el motor diésel contaminaba menos que el de gasolina al utilizar una mezcla combustible más pobre por lo que se reduce el contenido de CO e hidrocarburos en los gases de escape. Lo mismo ocurre con el motor de cuatro tiempos respecto del de dos. Por otra parte, el motor turboalimentado trabajaría a una temperatura más alta, lo que favorecería la formación de NOx .La pre-cámara de combustión es un diseño especial del cilindro (figura 2) que permite: - menor presión de inyección del gasoil y mejor mezcla con el aire, lo que supone menor contenido de CO en los humos; que la combustión se haga en dos etapas: la primera, con solo la mitad de aire disponible, y la segunda, a una temperatura relativamente baja, lo que limita la formación de NOx .En la actualidad y gracias al encendido electrónico de inyección directa, estos motores son más limpios aunque menos que los de gasolina. En líneas generales, los hidrocarburos del gasóleo son más pesados (C14-C19) que los de la gasolina y en el escape hay más partículas sólidas. También generan óxidos de nitrógeno, que a su vez producen más hollín (partículas finas). Como norma general y en resumen se puede decir lo siguiente: 





Los diesel producen menos CO e hidrocarburos inquemados pero más NOx que los de gasolina o de gas. Emiten más SO2 por el contenido de azufre del carburante que los de encendido controlado. Los de gases licuados del petróleo (GLP), si están ajustados, generan menos CO e hidrocarburos que los diesel a igualdad de carga, y mucho menos que los de gasolina. Los diesel emiten de 10 a 20 veces más partículas que los de gasolina y aún más que los motores de GLP.

Las partículas del diesel están compuestas de carbono y cenizas, compuestos orgánicos y partículas de sulfato. La mayoría de los compuestos orgánicos se adsorben sobre las partículas de carbono y provienen del carburante y los lubricantes y su composición varía según el carburante y la forma de trabajo del motor y pueden estar presentes PAH y dioxinas. Las partículas más finas que apenas representan el 1% en masa son del orden del 90% en número; y del 50% 72



al 80% de la masa lo aportan las partículas de 0,02 a 0,5 µ. Los parámetros que influyen en la composición de los gases son: - Tipo de motor y forma de la inyección. - Si el motor está regularmente mantenido y revisado. - Régimen del motor (ralentí, aceleración o desaceleración, transitorio, marcha estabilizada o de crucero, plena carga). - Tipo de carburante. - Si se dispone o no de un sistema de descontaminación. Regulación de las emisiones de motores de diesel Las regulaciones de las emisiones y de calidad del aire son de dos tipos: 

Regulación de emisiones medidas en la “cola del escape”.



Calidad estándar del aire ambiental. Los motores diesel de carretera y algunos de uso fuera de ella están sujetos a las regulaciones de la emisión en la “cola del escape” que establecen los niveles permitidos, medidos en

un ciclo de pruebas del motor, de forma que los equipos tengan sus certificados de emisión antes de la venta. Las emisiones de los motores diesel para recintos cerrados se regulan por normas de calidad del aire. La reglamentación europea regula las emisiones de los motores de forma diferente para coches ligeros, vehículos de gran tonelaje y otros de transporte, con una normativa avanzada, o para los vehículos no destinados a la carretera. Este último grupo incluye: maquinaria para perforación de pozos industriales, compresores, equipos de cantera, maquinaria de construcción de carreteras, carretillas elevadoras, máquinas quitanieves, grúas móviles, equipos de asistencia aeroportuaria, etc. No se aplica a barcos, locomotoras de ferrocarril, aeronaves y grupos electrógenos. Para motores de encendido controlado desde 19 kW hasta 560 kW, los valores máximos recomendados se dan en la tabla1 (etapas I y II). La Directiva 2004/26/CE, más exigente, modificó la anterior, aproximándose a las condiciones reales de utilización. Los valores máximos están reflejados en la tabla 2 (etapas IIIA, IIIB y IV). Los límites de la etapa IIIA consideraban un contenido en azufre del carburante de 1000 a 2000 ppm y para la etapa IIIB, si era menor de 50 ppm. A partir de 2008, el contenido de azufre no debe superar las 1000 ppm y tan solo 50 ppm para vehículos de carretera de diesel o gasolina, aunque haya carburantes con menos de 10 ppm.

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Tabla 2: Valores máximos recomendados Fuente:(http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/PUBLICACION ES%20PERIODICAS/Rev_INSHT/2013/73/SST_73_enlaces2.)

Tabla 3: Valores máximos directiva. Fuente:(http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/PUBLICACION ES%20PERIODICAS/Rev_INSHT/2013/73/SST_73_enlaces2.)

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Tabla 4: Valores máximos vehículos de carretera con motor diesel Fuente:(http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/PUBLICACION ES%20PERIODICAS/Rev_INSHT/2013/73/SST_73_enlaces2.) (INSTITUTO NACIONAL DE SEGURIDAD E IGIENE EN EL TRABAJO, 2013) http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/PUBLICACIONE S%20PERIODICAS/Rev_INSHT/2013/73/SST_73_enlaces2.pdf

2.3.14 Sistema de Inyección de Combustible: 

Funcionamiento: Para suministrar el combustible necesario en el motor y efectuar la combustión del mismo durante un periodo de tiempo corto, como el que hemos dicho anteriormente, hay que pulverizar el combustible finamente para conseguir que se queme en su totalidad y podamos obtener un buen rendimiento del motor. La combustión se efectúa a través de la superficie de las pequeñas partículas pulverizadas, ya que esta superficie es la que está en contacto con el oxígeno contenido en el aire. La geometría nos enseña que superficie/volumen de una esfera aumenta al disminuir su radio. Con un ejemplo se entenderá mucho mejor: si una gota se fracciona en dos, la suma de las dos superficies de las gotas resultantes es mayor que la de la gota primitiva. Al tener mayor superficie podemos poner en contacto más combustibles con el aire, y si siguiéramos dividiendo las gotas iríamos teniendo más superficie, lo que cada vez hace mejor la combustión y mucho más rápida. Esto es la causa del porque hemos de pulverizar el combustible y para ello nos tenemos que valer de la inyección. Como en la cámara de compresión, el aire se halla comprimido alrededor de 35 atmosferas, hemos de realizar la inyección de forma que penetre suficientemente pulverizado para que se mezcle con el aire, pero cuanto más pequeñas sean las gotas para conseguir la mejor combustión, más difícil será la penetración en el seno del denso aire de la cámara. Por ello se precisan presiones de inyección de 300 y más atmosferas. El constructor de motores tiene por lo tanto, que elegir hasta que limite puede reducir las gotas de acuerdo con la inyección que deba tomar.

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Figura 62: Inyección de combustible. Fuente:(www.sabelotodo.org)

En la figura se ilustra un diagrama de un sistema básico de combustible para motores diesel. -

Un depósito de combustible. Una bomba elevadora o de suministro de combustible. Filtros primario y secundario de combustible. Bomba de inyección, que entrega una cantidad exacta de combustible a alta presión en cada inyector, en el momento preciso. Inyectores, uno para cada cilindro, que atomizan combustible en las cámaras de combustión. Mecanismo de avance automático que permite controlar la cantidad de combustible entregado a los inyectores y de esta manera controlar el motor. Gobernador (regulador) para controlar la velocidad del motor de acuerdo con las condiciones de carga. Tuberías o conductos de alta y baja presión de combustible.

El sistema de inyección que se ilustra tiene bomba de inyección con cuatro elementos de bombeo individuales, y cada elemento envía combustible a un inyector. En los motores automotrices los elementos de bombeo están dentro de un solo cuerpo de bomba y en línea. Por ello se llama bomba de inyección en línea. En motores diesel muy grandes, en especial en los marinos, se emplea una bomba separada para cada cilindro. 76



La bomba de alimentación o suministro, montada a un lado de la bomba de inyección, succiona el combustible del tanque y lo envía a través de los filtros hacia la bomba de inyección. La bomba de inyección mide y dosifica el combustible y lo envía a alta presión a cada inyector en el momento preciso. Los tubos de retorno de inyectores devuelven el exceso de combustible al tanque y también sirven para mantener el sistema libre de cavitación por aire. La bomba de inyección se impulsa desde el motor y esta sincronizada (puesta a tiempo) para entregar el combustible en cada inyector en el momento preciso. Algunas bombas de inyección tienen un mecanismo de sincronización automática para adelantar el tiempo de la inyección cuando aumenta la velocidad del motor. Un gobernador (regulador) instalado en la parte trasera de la bomba de inyección controla la velocidad del motor. Es necesario tener un gobernador en los motores diesel para controlar la marcha mínima e impedir que alcance velocidades excesivamente altas. Se utilizan muchos sistemas diferentes para combustible, pero en una forma u otra, todos tienen los componentes citados. Los componentes son de tipo diferente. Por ejemplo: se puede utilizar una bomba del tipo distribuidor en vez de una en línea. También se pueden combinar las funciones de dos componentes, por ejemplo la de bomba e inyector, en la que el bombeo y la inyección se efectúan en un inyector unitario. Cualquiera que sea su diseño, la función del sistema de combustible es rociar finamente con combustible limpio las cámaras de combustión con la cantidad correcta de combustible y con la atomización correcta en el momento preciso. Existen motores diesel con dos tipos de inyección:

Figura 63: Inyección indirecta con cámara de turbulencia. Fuente:(www.aficionadosalamecanica.net) 77



Figura 64: Inyección directa motor diesel. Fuente:(www.aficionadosalamecanica.net)

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Tipos de sistemas de combustible: Sistema con bomba en línea: En este sistema se emplea una bomba de unidades múltiples con un elemento de bombeo para cada inyector. El combustible a alta presión que viene de la bomba hace que la aguja del inyector se levante de su asiento para inyectar el combustible en la cámara de combustión. La bomba elevadora succiona el combustible del tanque y lo envía a través del filtro, hasta la bomba de inyección. En el momento correcto, el elemento de bombeo envía combustible a alta presión al inyector que lo atomiza en la cámara de combustión en el cilindro del motor.

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Figura 65: Sistema de inyección en línea. Fuente:(Cummins. 2009)

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Sistema con bomba tipo distribuidor: Es básicamente similar al de la bomba en línea, pero se emplea bomba del tipo distribuidor. Tiene un solo elemento de bombeo y un mecanismo para distribuir el combustible a alta presión a los inyectores; estos a su vez atomizan el combustible en las cámaras de combustión. Un pequeño excedente de combustible pasa por los inyectores y retorna al tanque. Igual que en el sistema en línea, los inyectores operan por el combustible a alta presión enviado desde la bomba de inyección.

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Figura 66: Con bomba de distribución. Fuente:(Perkins 3054C. 2011) -

Sistema PT: Este sistema se emplea en los motores Cummins y las iniciales PT son la abreviatura de presión- tiempo. Se le ha dado ese nombre porque en este sistema la cantidad de combustible que se inyecta en las cámaras de combustión está en relación directa con la presión y con el periodo de tiempo durante el cual el combustible entra al inyector. El árbol de levas acciona el inyector mediante una varilla de empuje y un balancín. Este sistema, a veces se llama inyección mecánica para diferenciarlo de los sistemas con bomba de inyección en línea y de tipo distribuidor en los que solo hay inyección a presión. En el Sistema PT (que es también una forma de sistema con inyectores unitarios), se acciona un embolo con un impulsor dentro del inyector para introducir el combustible en la cámara de combustión. La bomba de engranajes que es parte de la bomba de combustible PT succiona el combustible del tanque a través del filtro; después entrega al inyector a una baja presión y se inyecta por acción mecánica en la cámara de combustión a una presión mucho mas alta. El exceso de combustible en los inyectores retorna al tanque.

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Figura 68: sistema PT. Fuente:(https://www.geocities.ws= En la actualidad los motores diesel en su sistema de inyección de combustible, ha sido mejorado con el pasar de los años en países europeos con las normas EURO V Y EURO VI, y en América con las normas TIER III y IV, que ayudan a minimizar los gases contaminantes y regulan los nuevos diseños y especificaciones de construcción para los sistemas de inyección de los motores diesel. (Strategiesforemission control in dieselenginetomeet Euro VI. Fuel Article 2011) Todas estas investigaciones han resultado en el diseño de nuevos sistemas de inyección más eficientes, menos ruidosos y con un alcance de presiones más elevadas en el momento de la inyección. Además estos sistemas ya son asistidos por elementos electrónicos y computadoras a bordo, que analizan y ejecutan infinidad de señales físicas y eléctricas que ayudan a mejorar los procesos de combustión diesel. Ahora Analizaremos los nuevos sistemas de inyección de combustible: 2.3.15 Motores Diesel Electrónicos o Inyección Electrónica. El motor diesel electrónico puede ser construido en sus sistemas de admisión de distribución de gases desde 4 válvulas las 64 válvulas. En un motor es de 81



16 cilindros en V, el cual posee 64 válvulas de escape controladas por el doble eje de levas que éste posee, no posee válvulas de admisión, solo lumbreras; por lo que nos estamos refiriendo a un motor diesel de dos tiempos de inyección directa controlado electrónicamente, éste además posee un sistema turbo por cada cuatro cilindros que alimentan el múltiple de admisión. Aunque también existen motores de 4 tiempos, que trabajan con válvulas de admisión y escape, y son también controlados electrónicamente en su sistema de inyección. El motor diesel electrónico se utiliza en camiones de la gran minería, locomotoras, embarcaciones marinas de alto tonelaje, yates, del ejército y en general maquinaria que necesite un elevado potencial de energía, como son los generadores de corriente. Por ejemplo un motor de 16 cilindros, para su lubricación utiliza 200 litros de aceite del tipo SAE 40 el cual es purificado por 6 filtros de aceite y a la vez este lubricante es enfriado por un disipador de calor que utiliza agua en circulación para realizar este proceso. Este motor desarrolla un potencial superior a 20.000 HP entregando una potencia eléctrica de alrededor de 17.000 watts (motor utilizado en la gran minería del cobre).

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Funcionamiento del Sistema Electrónico Diesel: Es un sistema de control e inyección de combustible electrónico de avanzada tecnología. Ofrece una avanzada y significativa operación por sobre los mecanismos tradicionales de inyección en los motores diesel. El sistema optimiza el control del motor y sus funciones en situaciones críticas, las cuales afectan a la economía de consumo, humo y emisiones contaminantes. El sistema electrónico proporciona la capacidad de proteger el motor de severos daños que pudieran resultar debido a condiciones tales como: altas temperaturas en el motor o baja presión de aceite. El principal sub-sistema del ECM incluye:

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El Modulo de Control Electrónico (ECM), que en significa Electronic Control Module. La Unidad de Inyectores Electrónica (EUI), que en significa Electronic Unit Injector.

inglés inglés

Los sensores del motor: La ECM recibe impulsos electrónicos provenientes de los sensores que están en el motor y además en el vehículo, y utiliza esta información para controlar el funcionamiento del motor, éste computa 82



el tiempo de inyección y la cantidad de combustible inyectado basándose en información predeterminada y tablas de calibración contenidas en su memoria (EEPROM).(Manual de servicio WWW.SISCAT.COM. TRUCK WWW.SISCAT.COM. TRUCK 793B)

Figura 69: Diagrama de funcionamiento del motor diesel. Fuente:( Caterpillar. Tecsup 2010)

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La EEPROM (Electronically Erasable Programable Read Only Memo ry), que en español significa “Memoria Solamente de Lectura Programable y Borrable Electrónicamente”, controla las funciones

básicas del motor, pudiendo estas ser modificadas con el scanner. El combustible es llevado a los cilindros por la Unidad de Inyectores Electrónica (EUI), los cuales son comandados por el eje de levas (mediante un balancín) para proveerle un ingreso mecánico de combustible para la posterior presurización de éste. La ECM controla la operación de las válvulas solenoides que están en cada una de las 83



unidades EUI para proveer una entrega precisa de combustible (32.000 PSI). El Lector de Datos de Diagnostico (DDR), en inglés significa Diagnostic Data Reader, que es un equipo portátil, solicita y recibe datos del motor y de los códigos de diagnóstico. Este equipo consta de variadas capacidades únicas, incluyendo “corte en el cilindro” , parámetros variados tales como velocidad del motor (o el tiempo de inyección), salida hacia una impresora y datos de fallas de acceso rápido. El DDR también proporciona una capacidad de programación limitada. El sistema de inyección electrónica provee tres diferentes tipos estándar de scanners: El SAE J1587, J1922 y el J1939; el primero proporciona dos vías de comunicación para el equipo de diagnóstico y el despliegue de datos del vehículo. El segundo y el tercero proporcionan control sobre los datos hacia otros sistemas del vehículo como la transmisión y/o al dispositivo de control de tracción. Estos sistemas de inyección puede funcionar mediante dos voltajes distintos (12v ó 24v) dependiendo de los requerimientos o necesidades de cada país o las necesidades de trabajo del motor, también incluyendo a los fusibles y/o relés, como además también posee un sensor de voltaje de ignición (12v ó 24v) que controla un interruptor que permite el cambio de 12v a 24v o viceversa. (Manual de servicio WWW.SISCAT.COM. servicio WWW.SISCAT.COM. TRUCK TRUCK 793B).

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Funcionamiento: Los motores que están dotados con control electrónico pueden equiparse con una variedad de opciones diseñadas para advertirle al operador algún mal funcionamiento del motor. Las opciones pueden ser luces en el tablero para indicar que se verifique el motor (CHECK ENGINE) y la de apagar el motor (STOP ENGINE) hasta una reducción automática de la potencia del motor seguida por un corte automático del mismo. La opción de reducir la potencia para apagar el motor o de interrumpir la propulsión puede ser activada por el bajo nivel de refrigerante, baja presión del aceite, alta temperatura del aceite, alta temperatura del refrigerante, baja presión del refrigerante, alta temperatura del 0 del refrigerante del intercooler o alta presión en el cárter de aceite del motor. Se debe determinar la causa de la detención del motor antes de tratar de encender el motor nuevamente. El motor dotado de control electrónico, al estar equipado con un sistema de inyección de combustible controlado electrónicamente, no existe cremallera 84



de inyector ni articulaciones mecánicas que ajustar. El sistema no solo contribuye a mejorar la economía de combustible y rendimiento del motor, sino también puede ayudar a reducir el tiempo de arranque en frío y aumenta la velocidad inicial de marcha en vacío para un calentamiento rápido del motor y una casi total eliminación de humo en las partidas frías. El motor con electrónico no tiene gobernador mecánico, porque la potencia, par motor, marcha en vacío y velocidad del motor están contenidos en su electrónica interna. Por lo tanto no hay ajustes de resortes de gobernador mecánico que realizar para controlar las velocidades de marcha en vacío y alta. No hay necesidad de un retardador de la aceleración debido a que el control de las emisiones se lleva a cabo mediante la ECM, además el sistema cuenta con un pedal electrónico de aceleración, con el cual se elimina la necesidad de articulaciones del acelerador. Los motores dotados con este sistema, pueden ejecutar diagnósticos para auto-verificaciones y monitorear continuamente otros componentes del sistema. Como ya sabemos el ECM monitorea la temperatura del refrigerante, la presión del refrigerante, presión del cárter del motor, presión del combustible, temperatura del combustible y los sensores remotos (ubicados en el vehículo). Este sistema de diagnóstico está conectado a las luces de verificación del motor “CHECK ENGINE” y de apagar el motor “STOP ENGINE”, para

proporcionar una advertencia visual de cualquier mal funcionamiento de un sistema. El motor dotado con ECM está equipado con un sistema de protección de 30 segundos del motor que cuenta con una secuencia de disminución graduada en la potencia o en una reducción inmediata de la velocidad sin detención del motor. Ambos sistemas pueden ser programados con o sin detención completa en caso de que ocurra un mal funcionamiento serio del motor, tales como alta o baja presión de aceite, alta temperatura del aceite, alta temperatura del refrigerante, alta ó baja presión del refrigerante ó bajo nivel del refrigerante. Este motor también está dotado con un sistema que permite un periodo de enfriamiento del turbo alimentador para evitar su posterior daño, el cual consiste en conservar en marcha el vehículo por un tiempo variable programable el cual puede ser de 3 a 100 min.( Manual de servicio WWW.SISCAT.COM. TRUCK 793B) 85


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Corriente eléctrica requerida por el sistema: Debido a que el sistema es electrónico, se requiere de una batería para operar el computador. A continuación daremos un ejemplo de un sistema que opera con 12 V. En caso de que haya un mal funcionamiento en el suministro de energía, el sistema seguirá operando a un voltaje reducido, en este momento el ECM detectara un mal funcionamiento, si esto ocurre se encenderá la luz de verificar el motor “CHECK ENGINE”, no se debería notar ningún cambio en

el rendimiento del motor hasta que el voltaje de la batería caiga hasta unos 9 V. En este punto, el ECM pasará a control auxiliar “Back Up Control”. Se

deberá notar entonces un cambio en el funcionamiento del motor y ciertas opciones del control electrónico dejarán de funcionar. El motor funcionará solamente a bajas RPM. Se podrá operar el vehículo a voltaje reducido hasta que el voltaje de la batería haya alcanzado unos 6 V., en este momento el sistema no seguirá funcionando y el motor se apagará. Aunque se pueda seguir operando el vehículo al encenderse la luz CHECK ENGINE, el computador ha detectado un mal funcionamiento serio del motor que requiere atención inmediata. Es responsabilidad del operador el acercarse a un costado del camino con el vehículo tan pronto como sea posible y apagar el motor para evitar daños severos, los códigos de fallas respectivos serán almacenados en la memoria de la ECM. 

Protección de motor: Un mal funcionamiento indicado por la luz de apagar el motor STOP ENGINE se registra en la ECM. Con la opción de apague de 30 segundos, el motor comenzará una secuencia de disminución graduada de la potencia escalonada de 30 segundos, hasta que el motor se apague completamente si así estuviese programado. Para permitir que la función de apague automático del motor STOP ENGINE no se active mientras el vehículo esté en operación en una situación crítica, se ha previsto una cancelación. Ante esta situación el operador puede elegir “cancelar” la secuencia de

apague automático del motor oprimiendo el interruptor de cancelación de apague del motor “STOP ENGINE OVERRIDE” ubicado en el tablero de

instrumentos, hasta que se pueda hacer un apague seguro. El operador solo tiene que oprimir el interruptor de cancelación cada 15 a 20 segundos para evitar que ocurra un apague del motor. 86



Un elemento importante de recordar es que toma 30 segundos desde el momento que empieza la secuencia de apague automático hasta que el motor se apaga. Por lo tanto el operador debe oprimir el interruptor de cancelación justamente antes de que se apague el motor y puede continuar haciéndolo hasta que el vehículo pueda detenerse con seguridad.

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Opción de reducción inmediata de velocidad: Esta opción devolverá las RPM del motor a una velocidad predeterminada, y el motor se apagará o no, dependiendo de cómo esté programado. El motor no debe volver a arrancarse después de que haya sido apagado por el sistema de protección del motor, a menos que se haya encontrado y corregido el problema. Las condiciones que podrían causar que se encienda la luz de apague del motor serían: -

Bajo nivel del refrigerante Alta temperatura del refrigerante Baja presión del refrigerante Alta temperatura del aceite Baja presión del aceite Alta presión en el cárter del motor Apague auxiliar (opcional)

Es importante señalar que cuando se encienda la luz de verificar el motor CHECK ENGINE o la de apagar el motor STOP ENGINE, el computador del ECM determinará donde está el problema y guardará esta información en su memoria. Si el mal funcionamiento es intermitente, las luces se encenderán y se apagarán según el computador capte los cambios de la condición del motor. Se deberá proceder a hacer un diagnóstico del motor con el scanner para extraer la información relacionada con la causa del problema. Una vez que se ha corregido el problema, el sistema ECM devolverá el motor a funcionamiento normal. El código de falla registrado en la memoria del computador permanecerá en él hasta que la borre un técnico con el lector de información de diagnóstico. 87


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Aplicación del ECM en motores diesel de 16 y 20 cilindros: Los motores de 16 y 20 cilindros operan con 2 unidades ECM, una montada en cada block del motor (el motor en 16 y 20 cilindros está compuesto por 2 blocks apernados entre sí y cada uno de ellos aloja 8 ó 10 cilindros en V). Uno de los ECM es llamado el ECM MAESTRO, mientras que el otro es el ECM SECUNDARIO. El ECM maestro es el controlador primario del motor, el cual recibe el ingreso de datos provenientes de variados sensores; entonces determina el tiempo apropiado de inyección y comunica esta información a los 8 ó 10 inyectores que él controla (los inyectores restantes son controlados por la otra unidad ECM). El ECM maestro envía esta información al ECM secundario, para que este último instruya a su grupo de inyectores para operar de esta misma manera. El ECM maestro está encargado de todas las funciones del motor, mientras esté comunicado apropiadamente con el ECM secundario. Sin embargo, en caso de que la comunicación entre las dos unidades de control falle, o simplemente una de los dos deje de funcionar por cualquier motivo, tienen la capacidad de operar independientemente. (Manual de servicio WWW.SISCAT.COM. TRUCK 793B).

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Unidad de inyectores electrónicos: La Unidad de Inyectores Electrónicos (EUI) al ser usada con el sistema ECM opera bajo el mismo principio básico de los inyectores que han sido usados por los motores DIESEL por más de 50 años. En un inyector electrónico una válvula solenoide de movimiento vertical determina el tiempo de inyección y las funciones de medición. Cuando la válvula solenoide está cerrada, la presurización y la inyección de combustible se inician. Al abrir la válvula solenoide disipa la presión de inyección, finalizando la inyección. La duración del cierre de la válvula determina la cantidad de combustible inyectado

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Sensores del motor diesel electrónico: Un diverso número de distintos sensores son usados con el sistema inyección electrónica. El propósito de estos sensores es otorgar información a la ECM considerando variadas características de desempeño del motor.

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La información enviada a la ECM es usada para regular el motor instantáneamente y también monitorear el desempeño de la máquina, entregando información de diagnóstico y activando el sistema de protección del motor. Los Principales Sensores son: -

Sensor de Sincronización de Referencia (SRS) y el Sensor de Referencia de Tiempo de Inyección (TRS). Estos sensores son los encargados de controlar el tiempo de inyección del motor. El sensor TRS provee una señal “una por cilindro” y el sensor SRS envía una señal “una por revolución”,

trabajando en conjunto, ambos sensores le comunican al ECM cual cilindro está en el punto muerto superior para el encendido; el SRS posee un disco con un solo diente, que le indica a la ECM la posición inicial del cigüeñal (es un magneto permanente que emite un pulso de fuerza electromotriz) y el TRS posee un disco con 36 dientes, cuya función principal es determinar cuando el motor está con carga o sin ella, mediante la variación de velocidad tangencial del disco; además le indica a la ECM las RPM, una señal que envía cada 10º de giro del cigüeñal. Este posicionamiento del cilindro se debe tener en cuenta para una óptima combustión, lo cual se traduce en una gran economía de combustible y menores emisiones por un quemado más limpio.

Figura 70: Diagrama de funcionamiento del ECM y los sensores del motor diesel. Fuente: (Caterpillar- Tecsup 2010) 89



Los sensores monitorean constantemente las condiciones de operación del motor, y retroalimentan esa información al ECM (Modulo de control Electrónico) -

Sensor de Posición del Acelerador (TPS): Este sensor es parte del acelerador de pedal del conductor que reemplaza la cabina mecánica a la unión del acelerador del motor. Este sensor convierte el movimiento que realiza el operador en el acelerador en una señal para la ECM, mediante un potenciómetro, esta señal se desglosa de un potenciómetro de 1023 “counts” (fases distintas). Este sensor ofrece las ventajas de una auto calibración, no requiere lubricación y la eliminación de problemas de uniones no deseadas por congelación de sus componentes.

- Gobernador de Velocidad Limitada (LSG): Controla las mínimas revoluciones en vacío y las máximas revoluciones en vació. -

Sensor de Presión del Turbo (TBS): Monitorea la presión de descarga del compresor del turbo cargador (24-28 PSI). Este sensor entrega datos a la ECM para el control de emisiones de gases contaminantes durante la aceleración del motor. Adicionalmente este sensor puede ayudar a solucionar problemas de alimentación de aire, en el caso de que éste faltara, ya sea porque se esté utilizando el motor en altura o por que pudiera estar sucio el filtro de aire.

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Sensor de Temperatura del Combustible (FTS): Este sensor proporciona una señal a la ECM para optimizar el consumo de combustible. La ECM utiliza la señal de temperatura del combustible para ajustar los cálculos de la proporción del consumo de combustible por cambios en la densidad del combustible en función de la temperatura. El consumo de combustible y la temperatura son datos que pueden ser desplegados junto con otras lecturas del motor, las cuales las entrega el scanner.

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Sensor de Presión del Combustible (FPS): Este sensor monitorea la presión de combustible y se lo comunica al operador reduciendo la potencia del motor debido a filtros de combustible sucios.

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Sensor del Nivel del Refrigerante (CLS): La disminución de la potencia principal y el posterior apagado del motor será gatillado si este sensor detecta un bajo nivel de refrigerante, es uno de los más precisos y capta suciedad en éste.

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Sensor de Presión del Cárter del Cigüeñal: Este sensor monitorea la presión del cigüeñal del motor y activará la reducción de potencia o el corte principal si considera que las condiciones de trabajo pueden resultar en una falla catastrófica para el motor (sobre 149 PSI).

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Sensor de Temperatura del Aceite (OTS): Este sensor optimiza la marcha en vacío y el tiempo de inyección para mejorar la estabilidad de la partida en frío. Estos ajustes también eliminan el humo blanco en la partida. Este sensor también puede activar el sistema de protección del motor si es detectada una alta presión de aceite (sobre 130 PSI).

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Sensor de Presión del Aceite (OPS): Este sensor activará el sistema de protección del motor si la presión de aceite cae bajo las especificaciones dadas de carga y velocidad.

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Sensor de Presión del Refrigerante (CPS): Este sensor activará el sistema de protección del motor si la presión del refrigerante cae o aumenta bajo o sobre las especificaciones dadas de carga y velocidad.

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Sensor de Presión del Intercooler (CPS): Este sensor activará el sistema de protección del motor si la presión del Intercooler cae o aumenta bajo o sobre las especificaciones dadas de carga y velocidad pre-programadas en la ECM (el aire entra a 96º-110ºC y sale 36º-46ºC, que es la temperatura de ingreso a los cilindros).

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Sensor de Temperatura del Intercooler (CTS): Este sensor activará el sistema de protección del motor si la temperatura del Intercooler aumenta sobre las especificaciones programadas en la ECM.

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Sensor de Temperatura del Refrigerante (CTS): Este sensor activará el sistema de protección del motor si la temperatura del refrigerante cae o aumenta bajo o sobre las especificaciones programadas en la ECM.

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Sensor de Temperatura del Aire (ATS): Este sensor detectará la temperatura del aire que ingresa al múltiple de admisión y hará variar la cantidad de combustible inyectado según especificaciones programadas en la ECM.(Curso de Inyección Electrónica Diesel por Caterpillar- Tecsup Lima Perú 2010)

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Figura 71: Sensores del sistema electrónico diesel. Fuente: (Caterpillar- Tecsup 2010) 

Inyección de combustible MEUI. Injectors Unit Electronic Mechanic: Para La preinyección, inyección, fin de inyección y llenado, Los inyectores unitarios usan un émbolo y un barril para bombear combustible a alta presión a la cámara de combustión. Los componentes del inyector incluyen el levanta válvulas, el émbolo, el cañón y el conjunto de toberas. Los componentes del conjunto de toberas incluyen el resorte, la válvula de retención de la tobera y la punta de la tobera. La válvula de cartucho consta de los siguientes componentes: Solenoide, inducido, válvula de disco y resorte de contrapunta. El inyector está montado en un orificio de inyector en la culata que tiene un conducto integrado de suministro de combustible. El manguito del inyector separa el inyector del refrigerante del motor en la camisa de agua. Algunos motores usan un manguito de acero inoxidable. La camisa de acero inoxidable se conecta a la culata con un ajuste a presión ligera. Operación del Inyector unitario electrónico (EUI) consta de los siguientes componentes:

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Operación del Inyector unitario electrónico

Figura 72: Inyección MEUI. Fuente: (Caterpillar Service 2011)

Inyector unitario MEUI: 1) Solenoide 2) Varilla de empuje 3) Émbolo 4) Cuerpo cilíndrico 5) Conjunto de boquilla

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Sistemas de inyección diesel eui/ heui: Es un sistema de inyección de combustible de última tecnología, que depende también de un módulo de control electrónico ECM.

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Figura 73: Sistema de inyección diesel EUI. Fuente: (curso de inyección diesel Caterpillar. Tecsup 2010)

Y se definen según el tipo de inyector unitario así: EUI: Injector Unit Electronic HEUI: Injector Unit Electronic Hydraulic

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Figura 74: Sistema de inyección diesel HEUI. Fuente: (Curso de inyección diesel Caterpillar. Tecsup 2010)

Estos sistemas (aplicados en motores pequeños, locomotoras diesel, motores navales y maquinaria de construcción) no tienen árbol de levas propio, pero corresponden sin embargo en su funcionamiento a la bomba de inyección en línea PE. En motores grandes, el regulador mecánico-hidráulico o electrónico esta adosado directamente al cuerpo del motor. La regulación del caudal determinada por él se transmite mediante un varillaje integrado en el motor. Las levas de accionamiento para las diversas bombas de inyección EUI/HEUI, se encuentran sobre el árbol de levas correspondiente al control de válvulas del motor. Por este motivo no es posible la variación del avance mediante un giro del árbol de levas. Aquí puede conseguirse un ángulo de variación de algunos grados mediante la regulación de un elemento intermedio (por ejemplo situando un balancín entre el árbol de levas y el impulsor de rodillo).Las bombas de inyección

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individuales son apropiadas también para el funcionamiento con aceites pesados viscosos. La bomba de inyección y el inyector constituyen una unidad. Por cada cilindro del motor se monta una unidad en la culata que es accionada bien directamente mediante un empujador, o indirectamente mediante balancín, por parte del árbol de levas del motor. Debido a la supresión de las tuberías de alta presión, es posible una presión de inyección esencialmente mayor (hasta 2000 bar) que en las bombas de inyección en línea y rotativas. Con esta elevada presión de inyección y mediante la regulación electrónica por campo característico del comienzo de inyección y de la duración de inyección (o caudal de inyección), es posible una reducción destacada de las emisiones contaminantes del motor diesel. Este sistema trabaja según el mismo procedimiento que la unidad de bombainyector. Se trata aquí de un sistema de inyección de alta presión estructurado modularmente. Contrariamente a la unidad bomba-inyector, el inyector y la bomba están unidos por una tubería corta de inyección. El sistema ECM dispone de una unidad de inyección por cada cilindro del motor, la cual es accionada por el árbol de levas del motor. Una regulación electrónica por campo característico del comienzo de inyección y de la duración de inyección (o caudal de inyección) aporta una reducción destacada de las emisiones contaminantes del motor diesel. En combinación con la electro-válvula de conmutación rápida, accionada electrónicamente, se determina la correspondiente característica de cada proceso de inyección en particular.

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Figura 75: Inyector Electrónico Hidráulico HEUI. Fuente: (Caterpillar-Tecsup 2010) El inyector HEUI es accionado por altas presiones de aceite que se dirigen desde el sistema de lubricación del motor y comandado por una bomba actuadora de alta presión, que dirige el aceite por la rampa de lubricación, sobre la culata, que está siempre en constante flujo hacia los inyectores HEUI. Estos a su vez son accionados por las presiones del aceite para inyectar en cada tiempo del motor. La entrega y flujo de combustible depende de la acción las bobinas solenoides, dispuestas en cada inyector, que son accionadas por señales digitales electrónicas, que son controladas por el módulo de control electrónico.

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Sistemas De Inyección Diesel Common Rail: En la inyección de acumulador "Common Rail" se realizan por separado la generación de presión y la inyección. La presión de inyección se genera independientemente del régimen del motor y del caudal de inyección y está a disposición en el "Rail" (acumulador). El momento y el caudal de inyección se calculan en la unidad de control electrónica ECU y se realizan por el inyector en cada cilindro del motor, mediante el control de una electroválvula. Este sistema se emplea actualmente en motores diésel de inyección directa, por lo que se necesita inyectar a una presión muy elevada (hasta 2000 bares), ya que la cámara de por sí se encuentra a alta presión y temperatura, y a una velocidad muy rápida, para garantizar la pulverización

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y mezcla con el aire antes de la combustión, inyectándose directamente en la cámara en la parte final de la carrera de compresión.



Funcionamiento del Sistema: En la automoción se utilizan principalmente el sistema inyector bomba y el common rail en vehículos diesel, siendo más empleado este último en estos motores. En este artículo pretendemos explicar este sistema. Como vemos en el dibujo, hay una bomba de baja presión que toma combustible del depósito y lo lleva a la bomba de alta presión, tras pasar por un filtro. Esta bomba de alta presión, que está accionada por el cigüeñal del motor, manda el combustible al raíl común, y de aquí va a los inyectores. Una parte de este combustible se inyecta en el motor, y parte vuelve al depósito. Este combustible que vuelve al depósito se controlará con el limitador de presión. El rail sirve por tanto para acumular combustible que se inyectará en el motor. También sirve para amortiguar las oscilaciones y perturbaciones producidas por la bomba de alta presión.

Figura 76: Diagrama del sistema common rail. Fuente: (BOSH 2013)

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Inyectores: La parte complicada del sistema serán los inyectores, controlados desde la unidad de control electrónica del motor (ECU), y que controlarán la duración de la inyección, el momento en el que se inyecta y la cantidad de combustible inyectado, mediante un campo magnético.

Figura 77: Inyector common rail. Fuente: (BOSH 2013) Como se aprecia, el inyector posee una válvula electromagnética de control de la descarga, de dos posiciones: abierta o cerrada. El inyector tiene varios orificios, que permiten repartir el combustible de la forma correcta en un tiempo corto. Básicamente, el funcionamiento es el siguiente: el combustible entra proveniente del inyector, donde sigue dos caminos, el del inyector, aún en posición cerrada, y el de la parte de delante de la bobina. En el momento de la inyección, la ECU manda la señal correspondiente y excita la bobina generando un campo magnético, produciéndose el movimiento de la válvula de control de la descarga que hace subir el inyector de forma muy rápida y violenta por la presión que hay en la zona inferior, abriéndose la salida rápida de combustible por el inyector, que se cerrará al cesar el campo magnético. Abriendo más o menos tiempo, más rápido o menos, se controla la inyección de combustible controlando este campo magnético.

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Actualmente en lugar de bobinas se emplean piezoeléctricos, con el mismo principio de funcionamiento, pero que elimina el retardo que necesita la excitación de la bobina. Para explicarlo un poco por encima, se basa en la elongación de cristales, que hacen que se libere el combustible con su deformación, de igual manera que sucedía al abrirse la válvula de control de descarga.

2.3.16 Curvas Características de un Motor Diesel: El ciclo de un motor produce un trabajo función de la cantidad de energía puesta en juego. Si dicho motor funciona a un determinado régimen de revoluciones n, se tiene que:



La potencia ideal desarrollada por el motor vendrá dada por la expresión:

Siendo: Q1 = calor introducido en el cilindro en Kcal. n = régimen de funcionamiento del motor en r.p.m. h = número de cilindros del motor.





La potencia teórica ofrecida por un motor vendrá dada por el producto de la potencia ideal y el rendimiento teórico:

La potencia indicada se obtiene por el producto de la potencia teórica y el rendimiento indicado:

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La potencia útil o al freno se obtiene por el producto de la potencia indicada y el rendimiento mecánico:

La expresión final de la potencia al freno es:

En un motor ideal los ηt ,ηi,ηv y ηm son constantes, y las curvas

características deberían ser como se presenta a continuación:



Al ser constantes los rendimientos, Q1 será también constante con lo que la expresión de la potencia al freno será de la forma:

Su representación gráfica en unos ejes cartesianos, poniendo en abscisas el régimen de giro del motor y en ordenadas la potencia útil o al freno ofrecido, se obtiene una gráfica como la que sigue:

Figura 78: Regimen de giro. Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df) 101



La potencia del motor puede expresarse como:

Siendo: Nf = potencia al freno del motor. M = par motor. n = régimen de giro del motor. 

Al ser constantes los rendimientos como se vio:

Por tanto: Lo que indica que si los rendimientos son constantes el par motor es constante, por lo que su representación en unos ejes cartesianos (n, M) tendrá la forma:

Par Motor Figura 79: Par motor. Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df)

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El consumo específico se vio que tiene como expresión:

Con lo que al ser constante η y H su representación gráfica en unos ejes (n,

Cs), tendrá la forma:

Consumo Específico Figura 80: Consumo especifico. Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df)

Por último, partiendo del consumo específico, de la potencia al freno y de la densidad del combustible δc, se puede determinar el consumo horario,

según la expresión:

Al ser constante δc se puede observar que Ch tiene una expresión del tipo:

Con lo que su representación gráfica en unos ejes cartesianos (n, Ch) tendrá la forma:

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Consumo Horario Figura 81: Consumo horario. Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df)

Al no ser constantes los rendimientos, las curvas ofrecen un aspecto totalmente cambiado y obtenidas con un freno, dan esquemas como los que se presentan en las figuras siguientes:

Curva de Potencia Figura 82: Curva de potencia. Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df)

El análisis de esta curva indica que, en los motores alternativos, a medida que aumenta el régimen de giro incrementa la potencia al freno de forma prácticamente lineal, lo que ocurre hasta llegar a un valor de velocidad angular del cigüeñal en el que por seguridad para el motor, actúa el regulador disminuyendo de forma automática la entrada de combustible. A partir de dicho régimen la potencia disminuye hasta llegar a un valor que, considerando el alto régimen de giro, es muy bajo. La curva de par motor puede considerarse dividida en dos partes, la zona de funcionamiento no flexible y la de funcionamiento flexible. Ambas están 104



limitadas por un valor del régimen de giro del motor que corresponde al que al motor ofrece la máxima capacidad de trabajo o máximo par.

Curva de Par Figura 83: Curva de par. Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df)

Entre dicho régimen de giro y el de máxima velocidad angular, cualquier valor de velocidad de giro se caracteriza porque existe lo que se denomina reserva de par, esto es, si en un instante al motor se le solicita más trabajo (par) del que va ofreciendo, como su respuesta inmediata es bajar sus revoluciones, al haber reserva de par, si esta reserva es suficiente como para absorber la solicitación hecha al motor, éste, sin ninguna actuación externa, sin mover el acelerador, se adapta a las nuevas condiciones de trabajo. Si la reserva de par no fuese suficiente el motor se pararía, al ser incapaz de adaptarse a las nuevas condiciones de trabajo. En la zona de funcionamiento no flexible, al no haber reserva de par, cualquier solicitación de más energía cuando el motor trabaja a un determinado régimen de giro, van acompañadas indefectiblemente del calado del motor. Estos conceptos son de gran importancia en los tractores agrícolas, y como se verá más adelante, la forma de la curva de par tiene gran incidencia en el diseño de la caja de cambios.

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Curva de consumo especifico Figura 84: Curva de consumo especifico. Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df)

La curva de consumo específico presenta una zona, limitada por dos regímenes de giro del motor entre los que el aprovechamiento energético del combustible es máximo (zona de mínimo consumo específico), siendo por tanto necesario que el tractor trabaje, salvo circunstancias impuestas por las condiciones de trabajo, con regímenes de giro cuyos valores estén situados entre los que limitan los mínimos de esta curva. De esta forma al realizar un trabajo habrá un mínimo consumo de combustible, lo que significa mayor economía.

Curva de consumo horario Figura 85: Curva de consumo horario. Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df)

Técnicamente la curva de consumo horario no tiene gran valor, pero permite determinar la autonomía de trabajo del tractor en función de la capacidad de su depósito de combustible. Esto, que en automoción no tiene 106



gran relevancia, ya que los conductores tienen muchas posibilidades de reponer combustible en carretera, en agricultura condiciona el trabajo, pues es frecuente tener que transportar un depósito, con la incomodidad que ello supone, hasta el lugar más adecuado para repostar. https://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df 2.3.17 Gestión del Mantenimiento de Motores Diesel. El mantenimiento y la conservación significan realizar acciones para mantener el motor en sus condiciones normales de trabajo, tales como comprobaciones, ajustes, lubricación, cambios de aceite, cambios de filtros Etc. El mantenimiento preventivo o mantenimiento programado son términos que se aplican al mantenimiento que se efectúa a intervalos periódicos, no solo para asegurar que el motor tendrá un funcionamiento satisfactorio y evitar con ello costosos desperfectos, sino también para prolongar la duración útil del motor. Todos los fabricantes publican programas que señalan el trabajo que se debe efectuar a intervalos periódicos en sus motores y recalcan la necesidad del mantenimiento correcto y periódico. Cummins por ejemplo, para hacer hincapié en la importancia del mantenimiento recomienda diez conceptos de mantenimiento que se aplican a todos los motores.          

Impedir la entrada de mugre al motor. Mantener una película lubricante en todas las superficies de fricción. Regular el combustible para el motor. Controlar las temperaturas de funcionamiento. Proteger contra la corrosión. Dejar respirar el motor. Evitar la sobre velocidad. Conocer las condiciones del motor. Corregir las dificultades mientras son sencillas. Programar y controlar el mantenimiento.

El diagnóstico y la localización de fallas son muy importantes para definir un problema, encontrar su causa y luego corregir la causa tanto como el problema. Para poder llevarlo a cabo es necesario conocer la construcción y principios de funcionamiento de los diversos componentes del motor y contar con los manuales de taller para consultarlos y estudiar los procedimientos correctivos y las especificaciones.

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Igual que en la solución de cualquier problema, hay que definirlo antes de realizar ninguna acción; para definirlo hay que obtener toda la información posible, estudiarla para determinar cómo se relaciona el problema y decidir si hay necesidad de más información antes de poder efectuar un diagnóstico. Una base general para la resolución de problemas es avanzar de lo conocido a lo desconocido y empezar por lo más fácil y seguir a lo más difícil. Esto se puede utilizar como base para el diagnóstico de fallas del motor; el primer punto está relacionado con la información y el segundo con las pruebas y verificaciones que se podrían hacer al buscar información adicional. El resumen de un procedimiento lógico es el siguiente:      







Definir el problema. Obtener información Relacionar la información con el problema. Pensar en las posibilidades. Seleccionar cursos alternos. Deducir una solución.

Condiciones de operación: Pueden tener un gran efecto en cualquier falla del motor, en particular cuando ocurren fallas mecánicas o desgaste prematuro. Se debe obtener cualquier información relacionada con la falla, tal como la carga en el motor, su velocidad, la temperatura del ambiente, presión del aceite, temperatura del sistema de enfriamiento, humo del escape, condiciones del terreno, ruidos anormales del motor y funcionamiento del motor. Historia del mantenimiento: Suministra información de antecedentes de la falla. Los registros indicaran si la falla ya había ocurrido y que acción correctiva se tomó. También indicaran la cantidad de mantenimiento efectuado y el número de Km u horas desde que se efectuaron el mantenimiento o las reparaciones. Información Observada: Se puede obtener más información directa con la inspección y examen del motor. Su aspecto externo puede dar algo de información inmediata incluso antes de ponerlo en marcha. La limpieza del motor puede señalar si hay fugas de aceite o de refrigerante y quizá el tipo de condiciones en que trabaja el motor. Se puede hacer una inspección más detenida de las aspas del ventilador, núcleo del radiador, y niveles de líquido refrigerante y aceite. Puede ser necesario hacer funcionar el motor o efectuar un recorrido para obtener toda la información requerida. 108







Conclusiones del Diagnóstico: El acopio de toda información como se sugirió, no resuelve el problema. Hay que estudiar toda la información para determinar qué tan importante es para el problema y tener en cuenta si un fragmento de información puede o no apoyar las conclusiones a las que se llegó con otro fragmento de información, hasta que se llega a una conclusión y solución del problema. Los problemas sencillos se pueden resolver con rapidez, pero los problemas complejos, inusitados, no se pueden resolver de inmediato, e implicaran un proceso prolongado de razonamiento antes de llegar al diagnóstico definitivo.

Programa de Intervalos de Mantenimiento: Motor Perkins 3054 D

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Cuando sea necesario “Batería - Reemplazar” “Batería o cable de la batería - Desconectar”. “Motor - Limpiar” “Elemento del filtro de aire del motor (Elemento sencillo) Inspeccionar/Limpiar/Reemplazar”. “Muestra de aceite del motor - Obtener”. “Sistema de combusti ble - Cebar”.

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Diariamente “Nivel del refrigerante - Comprobar”. “Equipo impulsado - Comprobar” “Indicador de servicio del filtro de aire del motor -Inspeccionar: “Ante filtro de aire del motor - Comprobar/Limpiar” “Nivel de aceite del motor - Comprobar” “Filtro primario del sistema de combustible/Separador de agua - Drenar” “Inspección alrededor de la máquina”.

-

Cada semana “Mangueras y abrazaderas - Inspeccionar/ Reemplazar”

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Cada 50 horas de servicio o cada semana “Agua y sedimentos del tanque de combustible - Drenar”.

-

Cada 50 horas de servicio o cada mes “Agua y sedimentos del tanque de combustible -Drenar”.

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-

Cada 300 horas Tomar muestra de aceite para análisis en laboratorio. Cambio de aceite 15w40. Cambio de filtro de aceite lubricante. Cambio de filtros primarios y secundarios de admisión de aire. Cambio de filtros primarios y secundarios de combustible. Revisión y solución de fugas de combustible y aceite motor. Revisión y ajuste de correa del ventilador y alternador. Revisar humos y ruidos anormales del motor. Revisar niveles de aceite y líquido refrigerante, para verificar consumos anormales.

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Cada 500 horas de servicio “Espacio libre del ventilador - Comprobar”.

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Cada 500 Horas de Servicio o Cada Año “Nivel del electrólito de la batería - Comprobar” “Aditivo de refrigerante suplementario (SCA) del sistema de enfriamiento Comprobar/Añadir” “Elemento del filtro de aire del motor (Elemento sencillo) Inspeccionar/Limpiar/Reemplazar”. “Aceite y filtro del motor - Cambiar”. “Filtr o primario del sistema de combustible (Separador de agua) - Reemplazar”. “Filtro secundario del sistema de combustible -Reemplazar”. “Radiador - Limpiar”

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Cada 1000 horas de servicio “Bomba de agua - Inspeccionar”. Cada 1500 horas de servicio “Element o del respiradero del cárter del motor -Reemplazar”.

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Cada 2000 horas de servicio “Núcleo del pos enfriador - Inspeccionar” “Soportes del motor - Inspeccionar” “Motor de arranque - Inspeccionar”. “Turbocompresor - Inspeccionar”

-

Cada 3000 Horas de Servicio “Alternador - Inspeccionar”. “Correas del alternador y del ventilador -Reemplazar”.

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“Filtro de partículas diesel - Limpiar” “Sensor de oxígeno - Reemplazar” “Tapa de presión del radiador - Limpiar/Reemplazar”.

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Cada 3000 horas de servicio o cada2 años “Refrigerante (comercial para servicio pesado) -Cambiar”.

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Cada 4000 Horas de Servicio “Núcleo del pos enfriador - Limpiar/Probar”

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Cada 6000 horas de servicio o cada3 años “Prolongador de refrigerante de larga duración (ELC) - Agregar”.

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Cada 12.000 horas de servicio o 6años “Refrigerante (ELC) - Cambiar” Puesta en servicio “Espacio lib re del ventilador - Comprobar”.

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Núcleo del pos enfriador Limpiar/Probar (Pos enfriador de aire a aire) En muchas aplicaciones, el pos enfriador de aire a aire es instalado por el fabricante del camión. Para ver información relacionada con el pos enfriador consulte las especificaciones del fabricante. Núcleo del pos enfriador -Inspeccionar Nota: Ajuste la frecuencia de la limpieza de acuerdo

Con las condiciones ambientales. Inspeccione el pos enfriador en cuanto a estos puntos: aletas dañadas, corrosión, suciedad, grasa, insectos, hojas, aceite and otras basuras. Limpie el pos enfriador, si es necesario. Para los pos enfriadores de aire a aire, siga los mismos métodos que se utilizan para limpiar los radiadores. Inspeccione las aletas para ver si están dañadas. Si las aletas están dobladas, se pueden abrir utilizando un “peine”. Nota: Si se reparan o reemplazan las piezas del

sistema pos enfriador, es altamente recomendable una prueba de fugas. Inspeccione para ver si los siguientes artículos están en buenas condiciones: soldaduras, soportes de montaje, tuberías de aire, conexiones, abrazaderas and sellos. Haga las reparaciones que sean necesarias. Alternador - Inspeccionar Perkins recomienda una inspección programada del alternador. Inspeccione el alternador para ver si hay conexiones flojas y si se está cargando correctamente la batería. Compruebe el amperímetro durante la operación del motor (si tiene) para asegurar el funcionamiento correcto de las baterías y/ o el funcionamiento correcto del sistema eléctrico. Efectúe las reparaciones que sean necesarias. Compruebe que el alternador y el cargador de 111



baterías funcionan correctamente. Si se cargan correctamente las baterías, la lectura del amperímetro debe estar muy cerca de cero. Todas las baterías deben permanecer cargadas. Las baterías se deben mantener calientes, ya que la temperatura afecta la corriente de arranque. Si la batería está demasiado fría, no se podrá arrancar el motor. Cuando no se haga funcionar el motor durante períodos largos o si sólo se hace funcionar durante períodos cortos, es posible que las baterías no se carguen por completo. Una batería con una carga baja se congelará con más facilidad que una batería completamente cargada.

2.3.18 Ventajas y Desventajas de los Motores Diesel: Los motores diesel se caracterizan por las siguientes ventajas frente a los de gasolina:  

 



  

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Mecánica más robusta y fiable. Régimen de giro menor que los motores de gasolina por lo que son más duraderos. Menor consumo de combustible, lo que redunda en una mayor autonomía. Combustible más barato, ya que el gasóleo se refina más fácilmente que la gasolina. Mayor seguridad en caso de colisión, ya que el gasoil no explota como la gasolina. Componentes técnicamente más sencillos, excepto el sistema de inyección. Equipo de arranque eléctrico más simple, lo disminuye el riesgo de averías. Los motores turboalimentados aumentan apreciablemente su potencia, mejorando la combustión, por lo que son menos contaminantes. Las emisiones de un motor Diesel son tres veces menos dañinas que las que debidas a los motores de gasolina.

Aunque también presentan los siguientes inconvenientes:   





Son mucho más ruidosos. Emiten una apreciable cantidad de humos. Al requerir un motor de arranque más potente, la batería debe proporcionar mayor corriente lo que supone un mayor peso del equipo de arranque. Los motores diesel son más caros que los de gasolina, al igual que las reparaciones. Los gastos de mantenimiento y las piezas de repuestos son más caros en general.

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MOTOR DIESEL FRENTE A MOTOR DE GASOLINA MOTOR DIESEL

MOTOR DE GASOLINA

Consumo

Menor consumo.

Mayor consumo.

Combustible

Gasóleo (económico).

Gasolina (más caro).

Precio inicial

Mayor desembolso Mecánica más cara.

Reparaciones

Más caras.

Más baratas.

Cambio de aceite

20000 Km.

10000 Km.

Contaminación

Menor contaminación. Mayor contaminación. Combustión limpia.

Encendido

No precisa electricidad, más Por bujía. fiable.

Sobrealimentación

Turbo (generalmente).

Potencia

Menor potencia cilindrada.

Par Motor

Mayor par a igual potencia.

Menor par a igual potencia.

Peso

Mayor peso al ser más robusto.

Menor peso.

Ruido

Más ruidoso.

Menos ruidoso.

de Mayor (1:14:23).

Menor (1:8:10).

Relación compresión

inicial. Más barato en general.

Turbo (generalmente). a

igual Mayor potencia cilindrada.

a

igual

Tabla 5: Motor diesel frente a motor a gasolina. Fuente: (http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4935/html/inde x.html)

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Los desarrollos constantes de la tecnología y los cambios en la coyuntura económica hacen que algunas de las ventajas e inconvenientes enunciados ya no sean tales o al menos estén muy minimizados. Por ejemplo: Combustible más barato, ya que el gasóleo se refina más fácilmente que la gasolina: La popularización de los coches Diesel, ha hecho que en este momento el precio del gasolina y Gasoil (Diesel) sea prácticamente el mismo, e incluso mayor el del Diesel en algunos países Son mucho más ruidosos: Los sistemas de insonorización y anti vibración han reducido tanto la sonoridad y vibración que son equiparables a cualquier modelos de gasolina. Emiten una apreciable cantidad de humos: Además, son humos muy negros con partículas en suspensión. Los últimos modelos incorporan Filtros Antipartículas (FAP) que minimizan esta emisión. http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4935/html/index.html [Consultado: mates 31 de Marzo 2015]

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3. METODOLOGÍA Esta monografía sobre el motor diesel, se ha realizado con base en información técnica y de ingeniería que nos permita conocer y diferenciar los diferentes componentes y procesos que hacen parte del funcionamiento de los motores diesel. Muchos de los recursos utilizados han sido tomados de información en páginas de internet, páginas de servicio técnico y repuestos que ofrecen en la web muchos fabricantes como: Caterpillar, Cummins, John Deere, Komatzu entre otros. También se utilizaron libros , manuales técnicos y recursos electrónicos del ITM para plasmar de forma más clara el funcionamiento de los componentes del motor, además de la experiencia personal en campo y la asesoría del docente en máquinas térmicas, que facilita aún más el entendimiento de estos procesos de los motores de combustión interna. En la siguiente etapa se recopilo toda la información y a medida que se ha ido desarrollando el tema de la monografía, se han clasificado y resumido los temas más importantes y que sean acordes a la explicación de los procesos y subsistemas que hacen parte del motor en mención. Es de anotar que el tema de los motores de combustión interna, y en especial del desarrollo y funcionamiento de los motores diésel es muy extenso, y por ello decidimos en la realización de esta monografía, anotar los temas más importantes y resumidos al máximo, ya que cada sistema que hace parte del motor diésel es una rama y una ciencia en particular, que requiere análisis técnico y de ingeniería más profunda y por lo tanto recorrer muchos otros medios de información. Por último se redactó el documento o trabajo escrito, basados en recursos electrónicos, conexión a internet, medios electrónicos que nos permitieran reconocer y visualizar el funcionamiento del motor diésel, y como se definen los componentes de dicho sistema de combustión.

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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Durante el desarrollo de esta monografía, se ha podido investigar y descubrir, como el motor diésel presenta y ofrece una alta gama de beneficios y aplicaciones para la generación de energía térmica, y en trabajo útil que exigen muchos procesos de la industria y los automotores. Los motores diésel desde su invención, se han basado en la aplicación de una tecnología apropiada para prevalecer y desplazar los otros medios de combustión, debido a que es uno de los más eficientes a la hora de entregar potencia y tracción, y además que su construcción y diseño ofrece una larga vida útil, y el mejoramiento continuo en todos sus procesos de alimentación de combustible, combustión, ruidos del motor, y regulación de emisiones contaminantes. Estos avances sin duda alguna han sido desarrollados de la mano con aplicaciones de controladoras electrónicas y automatismos, que permiten que el funcionamiento del motor diésel sea más suave y con menos impacto al medio ambiente. También es de vital importancia renombrar que el motor diésel debido a sus formas de diseño y construcción es utilizado en muchas aplicaciones vehiculares e industriales, tales como: Camiones, vehículos livianos, Maquinaria de minería y de construcción, Maquinas de perforación, Transporte masivo de pasajeros, Maquinas navales, submarinos, maquinaria de guerra y aplicaciones militares y generación de corriente para satisfacer las demandas de energía de las comunidades. El motor diésel es el más vendido y utilizado en el mundo, y por esto no es desconocido para nosotros que este ha desplazado los motores de ciclo Otto, los motores de vapor y hasta los de corriente eléctrica, debido a que la entrega de potencia del motor diésel es muy alta comparada con las anteriores, además de que aprovecha un poco más la energía térmica para entregar trabajo. Aunque el motor diésel también tiene sus aspectos negativos debido a la contaminación, mantenimiento costoso y bajas velocidades comparado con los motores de gasolina. Hemos descubierto que los sistemas de inyección diésel, debido a sus propiedades de aprovechamiento máximo y economía en consumo de combustible, se ha ido implementando en el funcionamiento de motores a gasolina, de la mano con las tecnologías de inyección mono punto y multipunto. Debido a todos estos beneficios del motor diésel, vemos como se busca mejorar su diseño y construcción desde que lo invento el Ingeniero Rudolf Diésel, hasta nuestros días. 116



(May, 1988)(Castilla, 2008)Por ultimo siguiendo nuestra discusión, vemos que para mantener este motor en funcionamiento óptimo, se deben tener en cuenta una serie de pautas y reglas para un buen mantenimiento preventivo, una organización de ideas para el diagnóstico y reparación de los diferentes componentes que hacen parte del motor diésel o mantenimiento correctivo, y un ejemplo práctico de cómo debe ejecutarse un buen mantenimiento periódico, para evitar reparaciones y paros inusitados de las maquinas. Aunque las partes y componentes para reparación de estos motores tienen buena representación comercial en el mundo, y son aplicadas en muchos tipos de máquinas, es bueno saber que algunas de estas reparaciones son costosas en nuestro medio, debido a que algunas partes automotrices deben ser importadas de otros países, y aun mas deben ser garantizadas por las marcas comercializadoras de motores y maquinaria.

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5. CONCLUSIONES

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La importancia del motor diésel proviene de que su rendimiento térmico es mayor que el de cualquier otro de los motores comerciales originadores de movimiento.



Los diversos tipos de motores diésel disponibles en el mercado, no son diferentes radicalmente unos de otros, con posibles excepciones en el diseño de las cámaras de combustión y los sistemas de inyección y turbo alimentación.



La inyección de combustible en un motor diésel, debe ser sincronizada y ajustada, de forma que no afecte el funcionamiento del motor y su respectiva entrega de trabajo.



Para un óptimo desempeño del motor debemos procurar, realizar análisis y tomas de muestras de los líquidos que lubrican las partes internas, para verificar anomalías y posibles daños en el motor.



Las intervenciones y diagnósticos de las fallas en los motores diésel, requieren un estudio técnico, y una experiencia práctica, para definir posibles soluciones a problemas que se presenten en este motor. Si se hace un mal diagnóstico, se pueden producir lesiones personales y daños a los elementos que conforman el motor.

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RECOMENDACIONES



La limpieza y buen mantenimiento preventivo de los motores diésel, nos permiten verificar el estado de algunos elementos y el correcto funcionamiento de sus sistemas auxiliares.

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Debemos tener un programa de mantenimiento, de formas que se cumplan los ajustes y revisiones en ciclos por horas o rutinas diarias en funciones pre operacional.



La utilización de aceites recomendados por las marcas fabricantes, elementos de filtración, y un combustible limpio, nos evitan daños en el motor y nos ofrecen una larga vida útil del motor diésel.



Para diagnosticar y reparar motores diésel, debemos investigar y definir las teorías de funcionamiento y los pasos a ejecutar para el desarmado y armado de componentes, según las marcas o fabricantes de cada motor. Recordemos que el motor diésel funciona sincronizado y puesto a punto en varios sistemas. Sus ajustes son muy precisos y de holguras de milésimas de pulgada o centésimas de milímetro.

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REFERENCIAS

Bibliografía

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APÉNDICE APENDICE A: 

Potencia y Torque en Motores de Combustión Interna. Desde el punto de vista termodinámico, siempre se ha querido que la eficiencia de un motor sea lo más alta posible; y dicha eficiencia es la relación entre la potencia útil que el motor entrega y la cantidad de energía total empleada para el funcionamiento de la máquina térmica. Es entonces de gran importancia saber la potencia útil entregada por las máquinas térmicas, que para nuestro estudio son los Motores de Combustión Interna Alternativos (MCIA). La medición de la potencia implica un trabajo por unidad de tiempo, y este trabajo representa el producto de una fuerza por una distancia o torque multiplicado por la velocidad angular. El par motor o torque, cualidad de generar potencia, se define como “la tendencia que tiene la fuerza a hacer girar un cuerpo sobre el que actúa”, o la capacidad para vencer una carga

externa. El torque se mide en newtonmetros en el sistema métrico y en libras (f) - pies en el sistema inglés. El torque es la magnitud de la fuerza de rotación ejercida por el cigüeñal, y varía según las revoluciones por minuto. 

Potencia al freno: Es la potencia disponible en el eje de una máquina. ü Potencia indicada: Es la potencia desarrollada dentro del cilindro del motor por la expansión de los gases de la combustión. ü Potencia por pérdidas mecánicas: es la potencia que se pierde por fricción.

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ü Potencia neta: es la potencia máxima disponible procedente del motor con todos los accesorios activados. ü Potencia bruta: es la potencia disponible por cortos períodos de tiempo.

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Figura 86: Curva característica de un MCIA, (motor NKR). Fuente: (http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_real.p df) APENDICE B: 

Modelo matemático empírico para calcular el torque y la potencia para un motor alternativo de combustión interna. Este modelo matemático es producto de varias pruebas realizadas a un gran número de motores Diesel. Este modelo matemático es de gran ayuda cuando desconocemos los datos de potencia y torque del fabricante, para compararlos con los de la técnica propuesta en este modelo de la aceleración libre. Según ZHELESKO, en su libro “Fundamentos de la teoría y dinámica de motores para automóviles y tractores”, muestra las siguientes ecuaciones.

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Monografia Motores de Combistion Interna CICLO DIESEL

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