HISTORIA Y GENERALIDADES DEL MOTOR DIESEL ACTIVIDADES SEMANA No. 1
DESARROLLO 1. Construya la definición de MOTOR, a partir del siguiente esquema (fig. 1):
Respuesta: “El motor es una pieza constituida por varios componentes
mecánicos u estructurales, capaz de transformar cualquier forma de energía ya sea térmica, química o mecánica; mediante la utilización de combustibles que permita la realización de Torque-potencia o velocidad”. Investigando e indagando el tema para el desarrollo del presente trabajo, he tenido a mi alcance material de estudio muy bueno en el cual encontré lo siguiente que enriquece mis conocimientos: El motor diesel es un motor térmico de combustión interna, en este; el encendido se logra cuando la temperatura elevada produce la comprensión del aire en el interior del cilindro. Este funciona mediante la quema (ignición) del combustible al ser inyectado en una cámara de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión, sin necesidad de chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce e el segundo tiempo del motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación. Para que se produzca el auto inflamación es necesario pre-calentar el aceite-combustible o emplear combustibles mas pesados que los empleados en el motor de gasolina, empleándose la fracción de destilación del petróleo comprendida entre los 220 y 350°C, que recibe la denominación de gasóleo. La principal ventaja de los motores diésel es su menor consumo de combustible con respecto al de gasolina. En automoción las desventajas iniciales de estos motores es el precio, costos de mantenimiento y prestaciones
2. El motor Diesel funciona bajo dos ciclos termodinámicos: el ciclo de 4 tiempos y el ciclo de 2 tiempos. Los ciclos tienen diferentes formas de representarse utilizando diagramas. De acuerdo a los siguientes diagramas mostrados (P-V de 4 tiempos y diagrama circular), observe su funcionamiento y construya y explique el diagrama PV (presión-volumen) y el diagrama circular con todas sus cotas, para el motor Diesel bajo el ciclo de 2 tiempos.
Respuesta: El motor de dos tiempos, también denominado motor de dos ciclos, es un motor de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico (admisión, compresión, expansión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). Se diferencia del mas común motor de cuatro tiempos de ciclo de Otto, en que este ultimo realiza las cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal.
Consta de las siguientes fases: 1. Compresión, proceso 1-2: es un proceso de compresión adiabática reversible (isentrópica). Viene a simbolizar el proceso de compresión de la masa fresca en el motor real, en el que en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinámico del fluido, aumentando su presión, su temperatura y disminuyendo su volumen específico, en virtud del efecto adiabático. En la idealización, el proceso viene gobernado por la ecuación de la isentrópica , con k índice de politropicidad isentrópico. 2. Combustión, proceso 2-3: en esta idealización, se simplifica por un proceso isóbaro. Sin embargo, la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del PMS (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos), se inicia la inyección del combustible ( en motores de automóviles, gasóleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente autoinflamable y poco volátil). El inyector pulveriza y perliza el combustible, que, en contacto con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse. Como quiera que el combustible de un motor Diesel tiene que ser muy autoinflamable (gran poder detonante), ocurre que, mucho antes de que haya terminado la inyección de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se autoinflaman y dan comienzo a una primera combustión caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse. Esta etapa es muy rápida, y en el presente ciclo se obvia, pero no así en el llamado ciclo Diesel rápido, en el que se simboliza como una compresión isócora al final de la compresión. Posteriormente, se da, sobre la masa fresca que no ha sido quemada, una segunda combustión, llamada combustón por difusión, mucho
más pausada y perfecta, que es la que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. En esta combustión por difusión se suele quemar en torno al 80% de la masa fresca, de ahí que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo, también es cierto que la inmensa mayoría del trabajo de presión y de las pérdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en la combustión inicial, por lo que omitirla sin más sólo conducirá a un modelo imperfecto del ciclo Diesel.Consecuencia de la combustión es el elevamiento súbito del estado termodinámico del fluido, en realidad debido a la energía química liberada en la combustión, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor que el fluido termodinámico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isóbaro reversible. 3. Expansión, proceso 3-4: se simplifica por una expansión isentrópica del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo. Nótese como, como en todo ciclo de motor de cuatro tiempos, sólo en esta carrera, en la de expansión, se produce un trabajo. 4. Última etapa, proceso 4-1: esta etapa es un proceso isócoro desde la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de cualquier significado físico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un siginificado físico a esta etapa, y la asocian el renovado de la carga, pues, razonan, es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresión y siguen a la expansión: el escape de masa quemada y la admisión de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho más trabajo que el que implica este proceso (ninguno), y además ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen específico constante. Es importante notar cómo, en el ciclo Diesel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo termodinámico que lo idealiza, que sólo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresión y la de expansión; el proceso de renovado de la carga cae fuera de los procesos del ciclo Diesel, y ni tan siquiera es un proceso termodinámico en el sentido estricto. Luego de construir los diagramas para el motor Diesel de 2 Tiempos, adjunte los diagramas reales para 2 y 4 tiempos y explique sus diferencias respecto al teórico.
El motor de dos tiempos se diferencia en su construcción del motor de cuatro tiempos en las siguientes características:
DIFERENCIAS MOTOR DE DOS TIEMPOS
Ambas caras del pistón realizan una función simultánea. La entrada y salida de gases al motor se realiza a través de las lumbreras (orificios situados en el cilindro). Este motor carece de las válvulas que
MOTOR DE CUATRO TIEMPOS
En esta solo se activa la cara superior Este motor cuenta con Válvulas que abren y se cierran al paso de los gases El cárter sirve de deposito de lubricante
abren y cierran el paso de los gases. El cárter del cigüeñal debe estar sellado y cumple la función de cámara de pre compresión La lubricación, se consigue mezclando aceite con combustible en una proporción que varia entre el 2 y el 5%.
¿Cuándo un motor presenta problemas de compresión, cual sería el respectivo diagrama para dicho motor? Esbócelo y justifique su respuesta.
El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto Muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de Admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el cilindro, la cara inferior succiona la mezcla aire combustible a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter ha de estar sellado. Es posible que el pistón se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión 3. El motor Diesel se constituye por componentes mecánicos o estructurales (el conjunto mecánico del motor y sus partes del motor) y 5 sistemas complementarios (Lubricación, refrigeración, admisión y escape, combustible, eléctrico/electrónico). Revise un motor a gasolina o Diesel de cualquier vehículo o aplicación que tenga disponible o a la mano, identifique sus partes, y realice lo siguiente: un cuadro comparativo del motor diesel y el motor a gasolina, comparando sus diferencias constructivas y funcionales principales. (características de funcionamiento como potencia, velocidad, relación de compresión, Aspiración, encendido, componentes, materiales, etc.)
Para describir un motor dieses; solo tenemos que compararlo, con un típico motor de gasolina, ambos son de combustión interna, llamados asi debido a la explosión que ocurre dentro de las cámaras de combustión. La mayoría de componentes de ambos motores son iguales; solo hay que tener en cuenta que debido a la alta presión alcanzada por un motor diesel; estos componentes, están sometidos a un trabajo mas fuerte, y por lo tanto requieren ser confeccionados, bajo especificaciones de alta resistencia. La diferencia entre uno y otro radica elementalmente, en el alto radio de compresión, consecuente del recorrido del pistón.
DIFERENCIAS MOTOR DIESEL
MOTOR DE GASOLINA
DIFERENCIAS CONSTRUCTIVAS
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 esta 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. Camisas. Son los 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 motor colocando unas nuevas, aunque en algunos casos pueden venir mecanizadas directamente en el bloque en cuyo caso su reparación es mas complicada. Las camisas recámbiables cuando son de tipo húmedo, es decir en motores refrigerados por liquido, suelen tener unas ranuras en el fondo donde insertar unos anillos tóricos 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.
ESTRUCTURA:
Ha de ser lo suficientemente rígida como para soportar las fuertes cargas aplicadas sobre los cojinetes del cigüeñal y sobre las demás partes internas. Dentro de la estructura, podemos diferenciar tres partes, la culata, el bloque y el conjunto del cigüeñal. LA CULATA:
En ella están dispuestas las válvulas, el mecanismo que determina su apertura y los muelles que las cierran. También se encuentran en la culata los conductos de admisión y escape y, por regla general, las cámaras de combustión. EL BLOQUE:
Es la parte más voluminosa del motor; posee unos alojamientos cilíndricos para los pistones, conductos para la circulación del agua de refrigeración y otros para el aceite de lubricación, así como alojamientos para los taqués, en el caso de que el motor disponga de ellos. CONJUNTO DEL CIGÜEÑAL:
Los pistones, que se mueven alternativamente en el interior de los cilindros, están unidos al cigüeñal por las bielas. El cigüeñal se apoya en unos cojinetes situados en la parte inferior del bloque. En uno de sus extremos se halla el volante de inercia, que presta uniformidad a los impulsos motores de cada cilindro.
Segmentos. Son piezas circulares metálicas, autotensadas, 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 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 perdida 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. Los segmentos superiores de compresión impiden que los gases salgan de su cámara de combustión y lo consiguen gracias a la suma de dos fuerzas, la de elasticidad del segmento y la que ejercen los gases de combustión sobre su lado superior e interior. La presión desarrollada por la combustión fuerza al segmento de compresión hacia abajo, contra el fondo de su ranura, y hacia afuera, sumándose a la tensión ejercida por la elasticidad del propio segmento, para así formar el cierre con la pared de la camisa. La presión es máxima durante la carrera de combustión, que es cuando más se necesita que el cierre de la cámara sea perfecto.
El segmento de engrase extiende una capa uniforme de aceite sobre las paredes de la camisa. Al bajar, se lleva el aceite sobrante, la película de aceite que deja es lo suficientemente fina para que los segmentos de compresión se deslicen sobre ella en la próxima carrera ascendente. Este segmento tiene ranuras para pasar por los orificios que hay en las paredes del pistón, en la ranura, hasta sumarse al suministro de aceite del motor. 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. 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. FUNCIONALES PRINCIPALES funciona mediante la ignición (quema) del El combustible se inyecta pulverizado y combustible al ser inyectado en una cámara mezclado con el gas (habitualmente aire u (o precámara, en el caso de inyección oxígeno) dentro de un cilindro. La indirecta) de combustión que contiene aire a combustión total de 1 gramo de gasolina se una temperatura superior a la temperatura realizaría teóricamente con 14,8 gramos de de autocombustión, sin necesidad de chispa. aire pero como es imposible realizar una La temperatura que inicia la combustión mezcla perfectamente homogénea de procede de la elevación de la presión que se ambos elementos se suele introducir un 10% produce en el segundo tiempo motor, la más de aire del necesario (relación en peso compresión. El combustible se inyecta en la 1/16), a veces se suele inyectar más o parte superior de la cámara de compresión a menos combustible, esto lo determina la gran presión, de forma que se atomiza y se sonda lambda (o sonda de oxigeno) la cual mezcla con el aire a alta temperatura y envía una señal a la ECU. Una vez dentro presión. Como resultado, la mezcla se del cilindro la mezcla es comprimida. Al quema muy rápidamente. Esta combustión llegar al punto de máxima compresión ocasiona que el gas contenido en la cámara (punto muerto superior o P.M.S.) se hace se expanda, impulsando el pistón hacia saltar una chispa, producida por una bujía, abajo. La biela transmite este movimiento al que genera la explosión del combustible. cigüeñal, al que hace girar, transformando el Los gases encerrados en el cilindro se movimiento lineal del pistón en un expanden empujando un pistón que desliza movimiento de rotación. dentro del cilindro (expansión teóricamente adiabática de los gases). La energía liberada Para que se produzca la autoinflamación es en esta explosión es pues transformada en necesario pre-calentar el aceite-combustible movimiento lineal del pistón, el cual, a través de una biela y el cigüeñal, es convertido en o emplear combustibles más pesados que movimiento giratorio. La inercia de este los empleados en el motor de gasolina, movimiento giratorio hace que el motor no empleándose la fracción de destilación del petróleo comprendida entre los 220 y 350°C, se detenga y que el pistón vuelva a empujar el gas, expulsándolo por la válvula que recibe la denominación de gasóleo. correspondiente, ahora abierta. Por último el pistón retrocede de nuevo permitiendo la entrada de una nueva mezcla combustible un informe fotográfico que especifique las partes principales de cada sistema del motor. Puede ir a un taller donde haya motores desarmados o piezas que no sirvan. Envíe un documento donde muestre los componentes y su función principal. (Especifique marca, referencia y aplicación del motor mostrado)
En el momento me encuentro en un Municipio pequeño en el cual no se encuentra un taller especializado en el arreglo de motores, por lo cual me a sido un poco complicado realizar el
presente documento, para esto programe un viaje a la ciudad de Cúcuta en donde es fácil encontrar talleres en el cual pueda tomar las respectivas fotografías, este documento mas que todo es teórico por lo mismo, dejo este punto pendiente para posteriormente enviarlo desarrollado en el transcurso de la próxima semana. 4. Realice visitas a empresas, salidas de calle, llamadas, o lo que considere conveniente, donde pueda identificar equipos que cuenten con motores Diesel en los diferentes sectores en que aplica:
Vehicular y/o automotriz.
Y BUR KINGS
Industrial y de Construcción
Agrícola
Marino
Estacionarios
COMPRESOR
