INDICADOR DE DIAGRAMA MOTOR DIESEL
La potencia desarrollada por desarrollada por el motor depende depende de la sucesión de presiones en el cilindro, cilindro, las cuales pueden pueden ser registradas mediante un indicador conectado con la cámara de combustión. El indicador está constituido por un émbolo que se desplaza en un pequeño Cilindro, Puesto en comunicación con la cámara de combustión y por lo tanto sujeto a las presiones que se desarrollan en su interior y de un tambor porta!papel que gira alternati"amente al compás de los mo"imientos ascendente y descendente del émbolo. El mo"imiento del del émbolo del indicador se transmite transmite a una palanca pro"ista pro"ista de un lápiz lápiz que se oprime sobre el tambor la combinación simultánea de ambos mo"imientos describe una cur"a que muestra la interdependencia entre la presión de los gases en el cilindro y la posición del émbolo. La potencia #til de un motor depende de las "ariaciones de presión y "olumen, producidas producidas en los cilindros durante la compresión, combustión y e$pansión. Lo e$puesto en este este cap%tulo es un resumen resumen de la e$periencia e$periencia obtenida en muc&os muc&os años de mar, y sir"e como directriz para conseguir un 'uncionamiento económico y seguro de las instalaciones (iesel, en especial de su Potencia, inyección de combustible y combustión, e"itando que se lleguen a conclusiones 'alsas al estudiar los dia'ragmas del indicador y los datos de banco.
)n motor (iesel durante durante el rodaje, está está emitiendo continuamente continuamente calor y es necesario necesario que se ruede durante un per%odo de * a + &oras, seg#n su tamaño, antes de tomar ninguna lectura, ya que solo se logra un estado estacionarlo cuando todas las partes del motor &an alcanzado una temperatura de trabajo. Lo mismo es aplicable a los motores en donde se &an &ec&o grandes reparaciones.
-i no se tiene esto en cuenta, los resultados obtenidos obtenidos di'ieren considerablemente considerablemente de los "alores reales. Las lecturas &ec&as sin estas precauciones son solo apro$imadas y aunque señalen grandes irregularidades irregularidades en la regulación o en la in yección no se puede tomar como base para un ajuste corrector corrector del motor. motor.
MANEJO DEL INDICADOR. El indicador es un aparato de precisión y está construido con tolerancias muy pequeñas, por lo que debe manejarse con cuidado. Especialmente se procura conser"ar conser"ar e$traordinaria e$traordinaria limpieza en las partes partes del aparato, engrasando las partes partes mó"iles con aceite especialmente recomendado por los constructores. )na parte importante del aparato aparato que se descuida con 'recuencia 'recuencia es la gu%a del "ástago del émbolo. )n "ástago de'icientemente engrasado puede ser la causa de "ibraciones en el mecanismo registrador. En la 'igura +* presentamos el indicador de presiones /0123145.
TOMA DE DIAGRAMAS. 1ntes de atornillar el indicador en el gri'o de purga, se debe purgar este esto eliminará part%culas de carbón u otros productos de la combustión, e"itándose su entrada en el cilindro del indicador y que este se raye.
La &oja del diagrama debe 'ijarse 'uertemente al tambor para e"itar cualquier mo"imiento producido por el rozamiento del lápiz o plumilla registradora. El tornillo de ajuste del aprieto de la plumilla, se debe 'ijar y situar por medio de la tuerca para que se permita un apoyo sua"e del registrador en la &oja de papel. )n e$ceso de presión originar%a diagramas de'ormados y puede romper el papel.
Cuando se 'ija el indicador al gri'o se debe dar la longitud debida al cordón del tambor 6'ig. +78. El ajuste se &ace con el ganc&o del cordón que acompaña al indicador. El peso del ganc&o debe ser el menor posible y por esta razón el de los indicadores /0ai&a95 es de una aleación de aluminio. -e unirá el cordón al ganc&o de tal manera que permita a'lojarse 'ácilmente.
Para que el diagrama salga en el centro de la &oja, se puede "ariar un poco la longitud del cordón girando la polea un poco, después de a'lojar la tuerca de mariposa, o a'lojando la tuerca de cone$ión y girando el indicador en su alojamiento. En ning#n caso debe rozar el cordón con cualquier parte de la gu%a o apoyar sobre aristas "i"as. El muelle de retroceso del tambor debe
tener la presión adecuada. )na tensión demasiado 'uerte producirá un es'uerzo e$cesi"o en el cordón, en el mecanismo registrador y en todo el indicador. )na tensión demasiado lado baja del muelle &ará que el tambor salte, dando origen a un des'ase entre el mo"imiento del tambor y el sistema de transmisión, trazando un diagrama 'also. -e puede apreciar cuando "a mal guiado por el giro irregular del tambor. En algunos motores el accionamiento del tambor del indicador se &ace por medio de un sistema de palancas 'ijo al pistón o cruceta 6'ig. + y +:8.
En otros tipos de motores, como 0.1.;. y <. y =., se mue"e el tambor del indicador por un mecanismo de rodillo accionados por una e$céntrica 'ija al eje de camones. Este mecanismo de accionamiento se puede desembragar a "oluntad 6'ig. +>8. El sistema e$céntrico del mecanismo de accionamiento produce diagramas en los que se obser"a que el mo"imiento por e$céntrica y rodillo representa una gu%a de biela, en la cual la longitud de la "arilla de accionamiento es in'inita. Los puntos de cambio de marc&a dados por este método de accionamiento no indican la posición real del émbolo y cig?eñal. 1demás se &an dado casos en los que se &an calado las e$céntricas incorrectamente, por lo que las posiciones de los puntos muertos de la e$céntrica no coinciden con los puntos muertos del motor.
La 'igura + representa el método más barato de conectar las "arillas que se emplean normalmente, siendo su'iciente para un control sencillo de las condiciones de marc&a y para igualar la potencia de cada cilindro.
-in embargo, los trabajos de in"estigación más e$actos, necesitan un mecanismo de accionamiento proyectado más cuidadosamente, puesto que el mecanismo de accionamiento del tambor no solo accionar a este, sino que al mismo tiempo debe reducir la carrera del motor en una relación que la iguale a la circun'erencia del tambor del indicador. Las sencillas "arillas de cone$ión de la 'igura + tienen en un lado una relación de palanca &+ @++ con un "alor determinado, mientras que en el otro lado tienen la relación +@ ∞ debido a que la "arilla + &a sido reemplazada por el cordón, que comparado con el pequeño brazo de palanca tiene una longitud casi in'inita.
Las "arillas de cone$ión calculadas cuidadosamente como las de la 'igura +:, aseguran que &+ @ ++ A & @+. )nicamente en tales circunstancias los puntos de la carrera del pistón en el indicador corresponden e$actamente con las posiciones reales del émbolo. -i se quiere determinar el e$ponente de politrop%a de cambio de estado, se debe utilizar sistemas de "arillas de este tipo.
El mejor medio para e'ectuar debidamente la regulación del motor, es usando el indicador de presiones, el cual nos da unos diagramas por los cuales podemos saber rápidamente y con toda e$actitud el proceso que se e'ect#a en el interior del cilindro. Conociendo las compresiones, presiones má$imas y potencias, se determina 'ácilmente el cilindro que trabaja de'icientemente y si e$iste alguna sobrecarga en alguno de ellos.
PRESION NORMAL DE LA COMPRESION; SU MEDIDA.- EL rendimiento térmico del motor crece con la presión de compresión. La potencia indicada aumenta proporcionalmente con la compresión, puesto que el consumo de combustible sigue siendo el mismo. Pero, la presión de compresión queda limitada por el rendimiento total de la instalación que está sujeto no solamente al rendimiento térmico sino también al mecánico, siendo este, tanto peor cuanto más ele"ada es la presión de compresión a causa de las pérdidas por rozamientos.
1 medida que se ele"a la presión de compresión y con ello el rendimiento térmico, se produce simultáneamente una disminución en el rendimiento mecánico, es e"idente que se llegará a un "alor, desde el punto de "ista del rendimiento total, que cualquier aumento en el rendimiento térmico quede compensado, y, por consiguiente, pasado este l%mite resultará antieconómico seguir incrementando la presión de compresión. El "alor normal de compresión suele oscilar entre los B y B* 9gDcm . La presión de compresión se determina mediante los indicadores. Para ello se desconecta el combustible del cilindro en que quiere determinarse la presión de compresión a di'erentes "elocidades. En la 'igura +:, están representadas las alturas de compresión, siendo éstas tanto mayor cuanto más ele"ada sea la "elocidad del motor, puesto que las pérdidas que pudieran e$istir por en'riamiento o 'alta de ajustes son menores.
ambién se &a representado un diagrama de marc&a en "ac%o, es decir, sin combustible. La l%nea superior corresponde a la cur"a de compresión, y la in'erior a la e$pansión. En un motor per'ectamente regulado, éstas dos l%neas están muy juntas, siendo la separación entre ellas tanto mayor cuanto más pérdidas por 'alta de ajuste se produzcan en el motor.
OBTENCION DE DIAGRAMAS; MEDIDA DE LA ORDENADA MAXIMA Y DE LA MEDIA.- Los diagramas se obtienen con el indicador de presiones mediante la combinación de dos mo"imientos, que son@ +.F El adquirido por el lápiz por e'ecto de la acción ejercida por los gases en el interior del cilindro, y cuyo recorrido es proporcional a los "alores de dic&as presiones. .F El mo"imiento rotati"o alternati"o del cilindro sobre el que pre"iamente se &a enrollado una &oja de papel, recibiendo el mo"imiento a tra"és de un cordón 'le$ible conectado a un órgano alternati"o del mismo cilindro motor. La ordenada media se obtiene tras'ormando la super'icie del diagrama en un rectángulo de igual base y super'icie, la altura del mismo indica la ordenada media indicada
Los métodos más conocidos para determinar la super'icie y la ordenada media son@ a8 Con el plan%metro y b8 Con la regla de -impson.
a) El planímetro. -e designa con este nombre a todo aparato construido para determinar mecánicamente áreas de diagramas, obteniéndose con sólo recorrer el contorno del mismo.
El plan%metro polar está 'ormado por dos brazos@ el brazo a y el polar b, ambos articulados sobre un eje "ertical 1, 'igura +:+. En el e$tremo del brazo a se encuentra a punta G con la cual se recorre el contorno del diagrama a medirse, mientras el brazo b lle"a en el e$tremo el polo P, que es e punto Gijo del instrumento. El otro e$tremo del brazo a lle"a un dispositi"o corredizo ( que puede mo"erse para "ariar la escala de medición, indicada a "eces directamente o determinada por medio de una escala métrica, seg#n el sistema de construcción.
El tambor , di"idido en + partes permite la apro$imación de +D+ sobre el nonius, dando as% +D+ de una re"olución del tambor. Por el centro de dic&o tambor pasa el eje E, cuyo sin'%n mue"e el disco. El disco contador C registra pues, directamente, + "ueltas completas mientras las 'racciones deben leerse en la graduación del tambor . -on B los puntos sobre los cuales se apoya el plan%metro durante su uso. +.F El Polo 'ijo durante la operación. .F La punta G mo"ida para seguir el contorno de la 'igura a medirse. B.F El tambor cuya rotación integra la super'icie buscada. 1ntes de iniciar el recorrido de un per%metro debe e$aminarse si será posible abarcar toda la 'igura sin llegar a posiciones des'a"orables del aparato, que se origina cuando los brazos a y b 'orman un ángulo muy pequeño o muy pró$imo a los +:F. Luego se lle"a la punta G obre un trazo inicial del per%metro a recorrer y se e'ect#a la lectura inicial sobre el disco y sobre el tambor contador. Luego se recorre con la punta G el per%metro entero, en el sentido de las agujas del reloj, cerrando sobre el trazo inicial, y teniendo muc&o cuidado de que la punta G nunca se aparte de la l%nea del contorno durante su recorrido. Llegando al punto de partida se realiza la lectura 'inal y restándole la lectura inicial se obtiene el área buscada - en mDm .
-i L es el largo del diagrama en mDm., la ordenada media indicada será igual a@
-uper'icie del diagrama en mDm Largo del diagrama en mDm
Es 'ácil a&ora deducir la presión media indicada, conociendo la escala del resorte con el cual &a sido obtenido el diagrama, designándose por H a la escala del resorte, tendremos@ Pm A
-
A
-uper'icie del diagrama en mDm
H$L
Escala del resorte $ Largo del diagrama en mDm
b) La regla de Símpson. En el caso de no disponer de plan%metro, la ordenada media se calcula seg#n la regla de -impson y a#n más sencillo por medio del método =agener que 'acilitan un cálculo más e$acto.
(e acuerdo con la 'igura +: se di"ide la longitud del diagrama en + partes iguales y por los puntos de di"isión se le"antan las ordenadas Il, I, IB, IJ, I*, I7, I, I:, I>, as% como en cada e$tremo se le"antan las ordenadas I e I+ a una cuarta parte de la longitud correspondiente a estas décimas. Con ello se obtiene ++ ordenadas, luego la ordenada media, seg#n la 'órmula de =agener, será@
ym A
+ +
y K y+ K y+ K y K yB K yJ K y* K y7 K y K y: Ky>
mDm
Conocido el "alor de la ordenada media, es 'ácil &allar la presión media indicada mediante la siguiente e$presión@ Pm A
ym H
en la que H representa la tensión del resorte del indicador en mDm por 9gDcm .
Para la mayor claridad de lo e$puesto tomamos como base el siguiente ejemplo@
-upongamos que los "alores obtenidos del diagrama de la 'igura +:+, son los siguientes@ y A +>,: y+ A +:,+ y A +B,+ yB A :,
yJ A 7,* y* A *,B y7 A *, y A J,*
y: A B,: y> A , y+ A +,J
(e donde se deduce@
ym A
+ +
+>,: K +,J K +:,+ K +B,+ K :, K 7,* K *,B K *, K J,* K B,: K,
mDm
-i la escala de medición del resorte corresponde a + mDm A + 9gDcm , bastará multiplicar el n#mero de mil%metros que &aya acusado la ordenada media por + 9gDcm para &allar la presión media indicada que &a de mantenerse constante durante todo el ciclo. Por lo tanto@ Pm A ,B A ,B 9gDcm + La ordenada má$ima, será aquélla cuyo "alor partiendo de la l%nea representati"a de la presión atmos'érica sea má$ima, deduciéndose de ella la presión má$ima alcanzada por los gases en el interior del cilindro.
INTERPRETACION METODICA DE LOS DIAGRAMAS.- La 'orma de los diagramas no solamente permite determinar la potencia indicada del motor, sino lo que es a#n más importante, deducir por la 'orma del diagrama, con toda e$actitud, la causa que origina el de'ectuoso 'uncionamiento del proceso desarrollado en el interior del cilindro. Los diagramas pueden clasi'icarse en@
+.F .F B.F J.F
(iagramas cerrados para calcular la potencia. (iagramas abiertos para juzgar la marc&a de la combustión. 1ltura de combustión para controlar su uni'ormidad. 1ltura de compresión para comprobar el comienzo de la combustión.
Con"iene ante todo tener presente la importancia que tiene cada l%nea del diagrama de acuerdo con el desarrollo del ciclo.
Cuando se analizan los resultados deducidos de los diagramas, se debe obser"ar lo siguiente@
a8 )na compresión alta dará un buen rendimiento térmico, pero también una ele"ación de la presión de combustión. b8 )na presión de combustión alta supone un es'uerzo grande en los cojinetes, y por esta razón la presión de combustible debe ser de +* 9gDcm por encima de la de compresión en los motores de inyección mecánica. En cambio, en los motores de inyección neumática la di'erencia es bastante menor.
c) )na ele"ación de la cur"a &acia el 'inal del escape indica un cierre anticipado de la "ál"ula de escape. d8 )n descenso de la cur"a al principio de la aspiración denota una apertura tard%a de la "ál"ula de aspiración. e8 )na gran depresión en la cur"a de aspiración indica un estrangulamiento en la aspiración. El estudio de proceso de la combustión se realiza con mayor claridad en los diagramas abiertos. El proceso utilizado para la obtención de los diagramas abiertos consiste en utilizar para el accionamiento del tambor del indicador otro cilindro cuyo camón se supone que está des'asado >F en relación con el cilindro considerado. -i el diagrama se traza desplazando el punto muerto >F, la marc&a de la combustión aparece ampliada. Puesto que la obtención de diagramas abiertos o des'asados no es siempre posible, corrientemente se sacan los mismos mediante el procedimiento de tirón. Por supuesto, no se puede seguir con precisión el 'enómeno de la combustión, puesto que la "elocidad del tambor es arbitraria y desigual. -in embargo, la marc&a de la combustión se puede seguir claramente por este método.
El diagrama abierto es el más claro para enjuiciar la marc&a de la combustión, 'igura +:B. -e di'erencian claramente la l%nea de compresión, el punto de encendido C y las l%neas de combustión y e$pansión. El ángulo $ es una medida para la intensidad del golpe de encendido. Para aclaración de la marc&a de la inyección y de la combustión y aunque no es posible obtenerlo con el indicador normal, encima del diagrama de trabajo se &a dibujado el de apertura de la aguja del inyector.
El punto 1 indica el momento en que la bomba empieza a impulsar. (ebido a la compresibilidad del combustible, este momento no coincide con el principio de la inyección, es decir, la aguja abre un poco más tarde. E$iste, por tanto, un retraso de inyección 1!<.
B - C representa el llamado retraso del encendido, es decir el tiempo que transcurre desde el principio de la inyección &asta que en el diagrama se ad"ierte subida de presión. -i se quiere sacar diagramas con altura de las presiones de combustión y compresión, se desconecta el dispositi"o de accionamiento del tambor del indicador y se gira el tambor lentamente con la mano. Este dará el diagrama de presiones de combustión. Hepitiendo esta operación con la bomba de combustible desacoplada se obtiene el diagrama de compresión.
ANORMALIDADES DEDUCIDAS DE LOS DIAGRAMAS.- El control de banco y regulación satis'actoria de un motor e$igen indicación uni'orme y se deben comprobar 'recuentemente los ciclos de combustión sacando diagramas. )nicamente se pueden obser"ar cambios en el ciclo de combustión comparando los diagramas de las pruebas en banco con las de las pruebas de recepción.
1 continuación describimos las anormalidades deducidas de los diagramas, que con más 'recuencia suelen presentarse. Para 'acilitar la comparación, el trazado de los diagramas correctos está &ec&o con l%nea de puntos y los de'ectuosos con l%neas llenas. En la 'igura +:*, se representa el diagrama de un motor de cuatro tiempos. Las alturas de compresión y de combustión presentan normalmente pequeñas di'erencias. Mbser"ando la anc&ura /b5 a un ángulo de J*F se pueden igualar los cilindros del motor apro$imadamente a la misma Potencia, aunque solo es posible una igualación e$acta cuando se calcula la potencia planimetrando el diagrama.
La 'igura +:7, presenta un diagrama des'asado, trazado con el mecanismo de indicación de otro cilindro, cuyo camón se supone que está des'asado >F en relación al cilindro considerado. -e obser"a en la 'igura la ele"ación de la l%nea de compresión, que en el punto /a5 'orma un ligero codo redondeado correspondiente al punto de inyección del combustible. La ele"ación de presión comienza antes deN punto muerto alto, y no debe ser demasiado pronunciada, puesto que esto supone detonación o golpes en los cojinetes. La 'igura +:, representa el diagrama de un motor de dos tiempos. Para calcular la presión media, se debe tener en consideración la longitud completa del diagrama. -i se mide #nicamente la longitud del diagrama &asta el punto /a5, donde la l%nea de e$pansión encuentra a la atmos'érica, el "alor de la presión media será demasiado ele"ado. La 'igura +::, representa un diagrama de compresión con la bomba de combustible 'uera de ser"icio. La l%nea se ele"a &asta la presión de compresión bajando después &asta la presión inicial.
eóricamente la l%nea de e$pansión debe de coincidir con la de compresión. -in embargo, debido a las pérdidas de inercia y en'riamiento de los gases a tra"és de las paredes de los cilindros y culatas, la l%nea de e$pansión está por debajo de la de compresión. )na comparación periódica de los diagramas de compresión indicará los cambios debidos al desgaste de los aros del émbolo y "ál"ulas. La di'erencia entre los trazados de las l%neas de compresión y e$pansión está ligeramente e$agerada en la 'igura para mayor claridad.
La 'igura +:> del diagrama presenta inyección anticipada 6pre!ignición8. Comparado con el diagrama normal de puntos se reconoce la ele"ación rápida debida a la combustión prematura. La presión de combustión es más ele"ada. La l%nea de e$pansión está por debajo, lo q ue dará una temperatura de gases de escape in'erior a igualdad de carga. La 'igura. +>, muestra una inyección retardada. La combustión comienza después del punto muerto alto. La altura de la combustión es in'erior y la l%nea de e$pansión está más alta, lo que &ace que se ele"e la temperatura de los gases de escape. En el caso de igual carga la razón puede ser un camón atrasado, o para menor potencia, pérdidas en la bomba de combustible. Pero en este #ltimo caso la temperatura de los gases de escape será más baja.
La 'igura +>+, muestra un diagrama con 'uerte sobrecarga. E$cesi"amente grueso, gran consumo de combustible, &umo negro en el escape y circulación del sistema de re'rigeración caliente.
Las pérdidas en el inyector o las " ibraciones de las agujas de los inyectores originan combustiones secundarias como se aprecia en la 'igura +>. (espués de &aberse inyectado una parte de combustible la "ál"ula e abre de nue"o por tanto, originará una segunda combustión y una le"ación de presión. -i la "ál"ula inyectara pierde toda"%a, las ele"aciones e presión se repetirán "arias "eces.
El diagrama de la 'igura +>B, corresponde a un motor con cámara de pre!combustión. ;o se debe con'undir con la combustión secundaria las ele"aciones de presión sucesi"a es debido a los e'ectos rec%procos entre la cámara de pre!combustión y el cilindro.
La 'igura +>J, muestra un diagrama en el que se aprecia un estrangulamiento en el escape, bien por suciedad en la "ál"ula de escape o en + tramo del colector correspondiente a la misma. La 'igura +>*, corresponde a un diagrama con estrangulamiento en a aspiración. La presión de compresión es más baja, a causa de la menor cantidad de aire, as% como también la combustión y la e$pansión. Healizándose la aspiración muy por debajo de la presión atmos'érica.
El estudio del diagrama debe ser cuidadoso, puesto que las 'uentes e error del indicador y en el mecanismo de accionamiento pueden producir trazos que pueden tener gran parecido con errores reales en combustión. Por esta razón se &an presentado aqu% las irregularidades más 'recuentes de esta clase.
La 'igura +>7 presenta un diagrama trazado con un cordón que "ibra, lo que puede ser con'undido con una combustión secundaria. La marc&a uni'orme de tirón con'irma la "ibración del cordón. Para el trazado del diagrama representado en la 'igura +>, se &a empleado un cordón demasiado largo. El tambor se para en uno de los e$tremos y da origen a un diagrama corto. -i este acortamiento es pequeño, sólo se podrá comprobar por comparación con un diagrama bueno, pero &ay una gran in'luencia en la presión media.
El diagrama de la 'igura +>: es demasiado largo debido a un deslizamiento del tambor o que las juntas del pi"ote tienen demasiada &olgura. La potencia que resulta del diagrama de la 'igura es demasiado alto.
