Máquinas Térmicas II (Motores de Combustión Interna y Turbinas de Gas)
Preguntas de guía y ensayo La malla curricular de la FIUNA está de tal manera conformada, que en la materia “Máquinas Térmicas I” (que cuenta con pre -requisitos “Termodinámica” y “Transferencia de Calor”), se tocan fundamentalmente los tópicos de motores de combustión externa y turbinas y centrales de vapor. En tanto que en la materia subsiguiente “Máquinas Térmicas II”, se ven esencialmente
motores de combustión
interna (en particular los alternativos) y turbinas de gas, también llamadas turbinas de combustión.
Preguntas marcadas en color:
Rojo: muy importantes Azul: importantes Verde: información complementaria o de apoyo 1] GENERALIDADES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 1) Visión general de los motores: definiciones: Máquina - Máquina Térmica - Motor Térmico - Motor de Combustión 2) Motores de combustión interna y externa 3) Combustión contínua vs. combustión intermitente. “Triángulo del fuego”: combustible-comburente-calor o factor iniciador 4) Ciclos termodinámicos Otto y Diesel. Cámara de combustión. Volúmen barrido y volumen total. Relación de compresión. Ciclo de aire standard. Eficiencia teórica y práctica Otto vs. Diesel 5) Ciclo teórico, ciclo límite, ciclo real 6) Motor de combustión interna reciprocante o alternativo: construcción básica y principio de funcionamiento 7) Mecanismos biela-manivela y leva-botador (transformación de movimiento lineal en rotativo y viceversa) 8) Diagrama de posición de la manivela 9) Realización práctica de los ciclos: motores 4T vs. 2T 10) Partes constitutivas principales del motor de combustión interna alternativo: carter – block de cilindros – cilindros – cigüeñal cigüeñal – – pistones pistones y bielas – – junta junta de tapa de cilindros – – culata culata o tapa de cilindros – cilindros – tapa tapa de balancines – balancines – tapa tapa frontal – frontal – sistema sistema de distribución – distribución – poleas poleas y accionamientos auxiliares - bombas. 11) Motor monocilíndrico vs. multicilíndrico: configuración de los cilindros 12) Equilibrado de motores de combustión: contrapesos y ejes auxiliares 13) Sistemas para la puesta en marcha de un motor 14) Manuales del motor: folleto comercial, manual del propietario, manual de taller, catálogo de partes, manual de montaje 15) Regulación del motor y apareamiento con su carga
16) Relación calibre/carrera: motores alternativos “largos” (o super -cuadrados), “cuadrados” y “cortos” (o sub-cuadrados). sub-cuadrados). Relación manivela/biela. 17) Sistemas fundamentales del motor (sistemas de lubricación, de ref rigeración, admisión (de aire), de distribución (llenado y vaciado de los cilindros), de alimentación (de combustible), de encendido (en motores Otto), sistema eléctrico-electrónico e instrumentación, de escape y de pre- y pos-tratamiento de gases nocivos de escape)
Preguntas de repaso:
1.1 1. 1 ¿Cuáles son l as partes estructu rales y sistem as princ ipales de un m otor d e comb ustión interna alternativo? alternativo?
Partes de un motor típico alternativo, empezando de abajo arriba: CARTER (depósito de aceite), BLOCK de cilindros con su cigüeñal y retén (sello anti-fuga de aceite) frontal y posterior, casquillos, calce lateral (cojinete de empuje) bielas, pistones y aros, junta tapa motor, CULATA o tapa de cilindros con su árbol de levas, válvulas, resortes, botadores, TAPA de BALANCINES, tapa FRONTAL del block (alberga la correa dentada) Sistemas fundamentales de un motor: de lubricación, refrigeración, admisión (de aire), distribución (llenado y vaciado de los cilindros), alimentación (de combustible), encendido, eléctrico y electrónico, de escape y tratamiento de gases nocivos. 1.2 ¿Quésig nifi ca el triáng ulo del fu ego y po r en de cu áles ítem s d eben s er los 1ros en ser verificados ante un motor “de combustión” que no arranca? “Triángulo del fuego” = 3 elementos fundamentales necesarios y suficientes para que haya
combustión (tambien llamada oxidación rápida; es una reacción exotérmica: libera calor): 1) comburente (portador de oxígeno: ej. Aire) – 2) combustible (carburante) – 3) agente iniciador (ej. calor proveído x rayos solares concentrados, chispa eléctrica, etc.) (comburente y combustible deben estar en proporciones adecuadas como para que pueda darse el fuego: lo ideal es una mezcla lo más homogénea posible, con relación A/C “x peso” próxima a 14,7:1 (A/C = aire/combustible)(valor correspondiente para la mayoría de
las gasolinas), llamada mezcla “estequiométrica” o químicamente “correcta” para que no sobre ni falte combustible con relación a la cantidad de aire disponible. Pero se dará a niveles bastante menores y mayores: desde aprox. 8:1 hasta 20:1, dependiendo de la presión y calor) Por ende, 1ro debemos revisar ítems OBVIOS tales como: si al motor le llega suficiente AIRE, como para que se dé esta proporción A/C deseada (ej. filtro sucio o tapado?, manguera de aire obturada? fugas? Caudalímetro de aire dañado?, Etc.); COMBUSTIBLE (tanque vacío? Pérdidas o entrada de aire falso entre el tanque y bomba? Falta de presión? Etc.) ENCENDIDO (bujías de precalentamiento fallidas en motores Diesel? Bujías de encendido con electrodos rotos, quemados o empapados en aceite en motores Otto?falta de calor al fnal de la carrera de compresión x falta de estanqueidad en la cámara de combustión, debida a fugas por junta de tapa motor quemada o dañada, asentamiento de válvulas con fisuras, etc.?) 1.3 ¿Quées y quédes afíos y ventajas co nll eva la co mb us tión interm itent e co n relación a la com bus tión con tínua, y cu áles so n algu nos ejemplos de mo tores en ambo s casos?
16) Relación calibre/carrera: motores alternativos “largos” (o super -cuadrados), “cuadrados” y “cortos” (o sub-cuadrados). sub-cuadrados). Relación manivela/biela. 17) Sistemas fundamentales del motor (sistemas de lubricación, de ref rigeración, admisión (de aire), de distribución (llenado y vaciado de los cilindros), de alimentación (de combustible), de encendido (en motores Otto), sistema eléctrico-electrónico e instrumentación, de escape y de pre- y pos-tratamiento de gases nocivos de escape)
Preguntas de repaso:
1.1 1. 1 ¿Cuáles son l as partes estructu rales y sistem as princ ipales de un m otor d e comb ustión interna alternativo? alternativo?
Partes de un motor típico alternativo, empezando de abajo arriba: CARTER (depósito de aceite), BLOCK de cilindros con su cigüeñal y retén (sello anti-fuga de aceite) frontal y posterior, casquillos, calce lateral (cojinete de empuje) bielas, pistones y aros, junta tapa motor, CULATA o tapa de cilindros con su árbol de levas, válvulas, resortes, botadores, TAPA de BALANCINES, tapa FRONTAL del block (alberga la correa dentada) Sistemas fundamentales de un motor: de lubricación, refrigeración, admisión (de aire), distribución (llenado y vaciado de los cilindros), alimentación (de combustible), encendido, eléctrico y electrónico, de escape y tratamiento de gases nocivos. 1.2 ¿Quésig nifi ca el triáng ulo del fu ego y po r en de cu áles ítem s d eben s er los 1ros en ser verificados ante un motor “de combustión” que no arranca? “Triángulo del fuego” = 3 elementos fundamentales necesarios y suficientes para que haya
combustión (tambien llamada oxidación rápida; es una reacción exotérmica: libera calor): 1) comburente (portador de oxígeno: ej. Aire) – 2) combustible (carburante) – 3) agente iniciador (ej. calor proveído x rayos solares concentrados, chispa eléctrica, etc.) (comburente y combustible deben estar en proporciones adecuadas como para que pueda darse el fuego: lo ideal es una mezcla lo más homogénea posible, con relación A/C “x peso” próxima a 14,7:1 (A/C = aire/combustible)(valor correspondiente para la mayoría de
las gasolinas), llamada mezcla “estequiométrica” o químicamente “correcta” para que no sobre ni falte combustible con relación a la cantidad de aire disponible. Pero se dará a niveles bastante menores y mayores: desde aprox. 8:1 hasta 20:1, dependiendo de la presión y calor) Por ende, 1ro debemos revisar ítems OBVIOS tales como: si al motor le llega suficiente AIRE, como para que se dé esta proporción A/C deseada (ej. filtro sucio o tapado?, manguera de aire obturada? fugas? Caudalímetro de aire dañado?, Etc.); COMBUSTIBLE (tanque vacío? Pérdidas o entrada de aire falso entre el tanque y bomba? Falta de presión? Etc.) ENCENDIDO (bujías de precalentamiento fallidas en motores Diesel? Bujías de encendido con electrodos rotos, quemados o empapados en aceite en motores Otto?falta de calor al fnal de la carrera de compresión x falta de estanqueidad en la cámara de combustión, debida a fugas por junta de tapa motor quemada o dañada, asentamiento de válvulas con fisuras, etc.?) 1.3 ¿Quées y quédes afíos y ventajas co nll eva la co mb us tión interm itent e co n relación a la com bus tión con tínua, y cu áles so n algu nos ejemplos de mo tores en ambo s casos?
Es en motores alternativos (es decir, a pistón) que se dá combustión intermitente o discontínua. Es decir, debemos literalmente “encender y apagar” fuego de un ciclo al otro,
con todos los desafíos que ello implica en cuando a correcto llenado de los cilindros con aire 1rio y combustible en su justa medida, y eficiente vaciado de los gases quemados. En realidad, lo que hacemos es solamente “prender” fuego o iniciar la combustión, no hace falta que lo “apaguemos”, ya que ésta continúa hasta que se acabe la mezcla disponible
aire-combustible en el cilindro, o hasta que es “apagada” por contacto directo del frente de llama al avanzar, con la fina película de aceite que baña las camisas del cilindro (y que por ende hace cambiar bruscamente la relación A/C). En motores rotativos como turbinas tenemos combustión contínua: la cámara de combustión entra a régimen de equilibrio entre caudal de alimentación de aire + combustible y extracción de gases incandescentes que actúan sobre los álabes. En motores alternativos, nuestros sistemas de llenado y vaciado de los cilindros, admisión (de aire), alimentación (de combustible) y encendido deben ser todos muy eficientes, particularmente para que a altas revoluciones no llegue el momento de abrir la válvula de escape, y que aún se encuentren moléculas de aire sin haber encontrado a su correspondiente pareja de combustible para realizar la combustión. Si ésto ocurre, el escape saldrá con oxígeno y combustible sin quemar. Para CADA combinación de velocidad (rpm del cigüeñal) y carga aplicada sobre el motor, hay UN valor óptimo de avance de la chispa (en motores Otto) y de avance del inicio de inyección (en motores Diesel). Dado que en motores vehiculares, constantemente se está transitando de un régimen estable a otro, los sistemas para adelantar y atrasar el “punto”
del motor (chispa o inicio de inyección), deben ser muy eficientes, de rápida velocidad de respuesta, y precisos con respecto a lo que se necesita. Distinto es el caso de generadores y otros motores estacionarios, donde se trabaja la mayor parte del tiempo a régimen más o menos estable (velocidad constante y carga variable dentro de ciertos límites). 1.4 ¿Cuáles son ejem plo s de otro s tipo s más generales d e máqu inas q ue exist en?
Máquinas eólicas, hidráulicas, eléctricas, térmicas. Una máquina es un artefacto o conjunto de sistemas y dispositivos, que sirven para transformar energía en trabajo útil. 1.5 1. 5 ¿Có ¿Cómo mo pod emos definir u na máquin a té rmic a y un mo tor de co mb ustión in terna y externa, en ciclo c errado y abierto?
Un motor de combustión es una máquina térmica que obtiene su fuente de calor por procesos de combustión, a diferencia de motores que pueden recibir su energía por intercambiadores de calor que concentran rayos del sol, por ejemplo. Es de combustión interna o externa según el lugar donde se realice la combustión es dentro del motor mismo (ej. motor a pistón: no podemos “ver” el fuego dentro de las cáma ras de combustión), o fuera de él (ej. motores a vapor, donde ex ej. podemos “ver” el fuego en las parrillas de la
caldera). Los motores de combustión interna son necesariamente de ciclo abierto, ya que los gases quemados no se recirculan como carga para el sgte. Ciclo (en algunos casos se recirculan pero en cantidades mínimas, con efectos de reducir la temperatura de combustión (en su carácter de gases inertes hacen que la cantidad de combustible deba bajarse), para así reducir las emisiones atmosféricas). Los de combustión externa pueden ser de ciclo abierto o cerrado; un ejemplo de éstos últimos es una turbina de vapor donde el agua pre-tratada y condensada se recircula y se vuelve a transformar en vapor, o
turbinas de expansión sobre cuyos álabes se inyecta algún fluídosupercalentado que no combustiona: ej. Ciclo-pentano, el cual luego se condensa y se recircula) 1.6 1. 6 ¿Quéproc esos caracterizan al Ciclo Diesel y Ciclo Otto?
Diesel (ciclo teórico, 2T): proceso 1: compresión isoentrópica, proceso 2: combustión isobárica (simultánea y coincidente con inyección de gasoil y combustión), proceso 3: expansión isoentrópica, proceso 4: descenso isométrico de la presión al abrirse la válvula de escape. El ciclo real 4T agrega 2 procesos (correspondientes a 2 carreras o recorridos adicionales del pistón): uno antes: admisión de aire isobárica, y otro después: barrido de gases isobárico. Otto (ciclo teórico, 2T): proceso 1: compresión isoentrópica, proceso 2: aumento de la presión isométrico (simultáneo y coincidente con el encendido y combustión), proceso 3: expansión isoentrópica, proceso 4: descenso isométrico de la presión al abrirse la válvula de escape.El ciclo real 4T agrega 2 procesos (correspondientes a 2 carreras o recorridos adicionales del pistón): uno antes: admisión de aire isobárica, y otro después: barrido de gases isobárico. 1.7 ¿Cuáles so n los m anu ales té cn ico s típic os as oc iado s a un m oto r?
-
Folleto comercial (típicamente con las curvas de desempeño: potencia y torque “ofertados” x el mot or y su consumo específico vs. Rpm
-
Manual del propietario (con instrucciones de operación y mantenimiento mínimo que puede hacer el dueño u operario)
-
Manual del taller (contiene procedimientos detallados de cómo desarmar desarmar y rearmar cada parte del motor; normalmente sólo lo tiene el concesionario o representante)
-
Catálogo de partes (listado codificado, lo tienen los los concesionarios en sus oficinas oficinas de ventas de repuestos; son útiles pues tienen diagramas de despieze)
-
Manual del montaje (esto es trivial en un motor con aplicación automotriz, pero no así en otros tipos de aplicaciones, ej. motores marinos o fluviales, o motores para impulsar generadores, ya que no hay dos instalaciones 100% iguales. Dan parámetros mínimos de calidad y especificaciones de la instalación de escape (contrapresión de los gases), alimentación de combustible, etc.)
-
Manual de la máquina a ser impulsada impulsada (con sus correspondientes manuales propios como los 5 citados más arriba para el motor. El más importante es el de la curva de potencia “requerida” para mover la máquina vs. Rpm, la cual idealmente debe aparearse
o interceptarse con la curva de potencia “ofertada” x el motor a una
velocidad próxima a la de menor consumo específico o de máxima eficiencia. Esta velocidad de motor en rpm suele corresponder a aprox. 80-90 km/hora en vehículos típicos, en su marcha más alta, ej. caja 5ta, y es la llamada “velocidad económica”, que
dará la máxima autonomía para un tanque lleno dado. Consultar siempre con el fabricante las variantes de cada caso, debidas a adelantos tecnológicos.) 1.8 1. 8 ¿Cuáles son las diferentes diferentes form as para pon er en en marcha un mo tor de comb ustión?
El motor debe ser girado unas cuantas revoluciones con una fuente externa hasta que “cobre vida” x sí mismo, y genere suficiente energía en exceso, como para mover no sólo
la carga externa, sino sus propios mecanismos y sub-sistemas auxiliares que lo mantienen en funcionamiento (bombas de combustible y aceite, agua, sistema de encendido, etc.). Si el motor es pequeño, se puede realizar un arranque con “tracción a sangre” o manual (ej. Motocicleta de arranque “x patada” , motor generador pequeño de arranque con manivela, motor fuera de borda de arranque por “soga retráctil”). Motores mayores precisan de un motor externo auxiliar:
Motor eléctrico (corriente contínua, devanado serie: alto par a bajas revoluciones)
Motor de arranque neumático
Motor de arranque hidráulico
Motor de combustión auxiliar
Se puede tener más de un sistema (el 2do está de respaldo)
Comentarios adicionales: generalmente generalmente se usa un “embrague de una sola vía” para acoplar el motor de combustión a una fuente de energía externa: ej. motor eléctrico o motor de arranque. Este acoplamiento es denominado “bendix” y cuenta con un piñón que
se acciona sobre una cremallera en la periferia del volante de inercia (disco pesado en el extremo de salida del motor, destinado a suavizar las variaciones de velocidad del mismo). El embrague “one-way” hacer que el motor auxiliar de arranque pueda hacer girar al motor de combustión (aprox. a una velocidad de 300 rpm), pero al arrancar éste y subir hasta su velocidad mínima de trabajo (denominada velocidad de ralentí, generalmente entre 600 a 900 rpm), el motor de combustión no pueda arrastrar consigo al motor eléctrico, para evitar su daño. 1.9 ¿Cuá ¿Cuáles so n los tip os d e diagram as m ás us uales al analizar u n m oto r de combustión?
Diagrama p-v (presión-volúmen), p-h (presión-entalpía), p-t (presión-tiempo), h-s (entalpíaentropía), diagram de la posición angular de la manivela del cigüeñal, curvas de desempeño: P (potencia), T (torque) y bsfc (consumo específico de combustible “al volante”) vs. rpm.
1.10 ¿Quése enti ende p or c iclo de aire s tand ard, cic lo t ermo din ámi co i deal, cic lo lími te, ciclo real?
Ciclo ideal = fluido sin rozamiento (fluido ideal), motor sin rozamiento (motor ideal). Ciclo límite = considerar ya sea motor o fluido real, y el otro elemento ideal. Ciclo real: tanto fluido como el motor tienen rozamiento e inercia. Ciclo de aire standard: ciclo termodinámico en el que el fluido de trabajo es considerado como gas ideal, con las propiedades del aire: 0,7756 m3/Kg @ 101,36KPa y 492 ºR (615ºC), cociente de calores específicos Cp/Cv = 1,41.
1.11 1. 11 ¿Cuáles so n las d ispo sicio nes de ci lindro s más u suales en m oto res m ulti - ci línd ric os ?
En tándem o “en línea” (uno detrás de l otro), en “V” a 90º, a 45º o a 60º, cilindros horizontalmente opuestos (equivale a un motor en “V” a 180º), en ”X”,en “W” , radial, pistones opuestos (doble cigüeñal), etc. 1.12 ¿Quése entiende p or equilibrado de m otores y c ómo s e realiza en mo tores alternativos y en m otores rotativos?
Equilbrado de fuerzas resultantes 1rias para reducir vibraciones y sobrecargas térmicas y mecánicas: en motores a pistón, balanceo estático y dinámico de los ejes varios y volante de inercia, con contrapesos en el cigüeñal y/o con ejes de balanceo adicionales equi- y/o contra-rotantes (ej. Eje de balanceo Lanchester). En motores rotativos: balanceo estático (fuerzas) y dinámico (pares) del rotor. 1.13 ¿Cuáles son diferencias básicas entr e un m otor Diesel y un mo tor O tto?
El motor diesel tiene una eficiencia teórica menor que el Otto (para una misma relación de compresión), pero una eficiencia real mayor, ya que trabaja a presiones mayores (y por ende a relaciones de compresión mayores). Normalmente el motor diesel se usa para fuerza, y el Otto para velocidad, pero hay excepciones. Otro motivo por el cual el motor diesel es preferido para camiones, buses y uso comercial en general, es que el combustible gasoil es más barato que la gasolina en la mayoría de los casos. El motor diesel es más pesado y más robusto, porque debe aguantar presiones y temperaturas mayores. No requiere del delicado sistema de encendido que necesitan los motores Otto, lo cual lo hace muy confiable y estable en su operación, una vez que ha arrancado. Ver: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto 1.14 ¿Quées la relac ión de c om pres ión y qu évalo res t ípic os tiene p ara m oto res Di esel y Otto?
Corresponde a la relación entre el volumen total dentro del cilindro, estando el pistón en su PMI (punto muerto inferior) (volumen total = volumen barrido x el pistón + volumen de la cámara de combustión) , y el volumen del cilindro estando el pistón en su PMS (punto muerto superior (es decir, volumen de la cámara de combustión. Equivale a la cantidad de veces que se comprime el volumen inicial (volumen total) para convertirlo en el volumen final (volumen de la cámara de combustión). Motores Otto: típicamente de 7:1 a 12:1. Motores Diesel: típicamente de 16:1 a 22:1. 1.15 Quées m ezcl a est equ io m é tri ca y qu ées f act or lam bd a?
La mezcla “estequiométrica” o “ químicamente correcta” entre el aire y el combustible es aquella para la cual –si se llega a combustión completa- no sobrará ni faltará combustible al final de la combustión. Es decir, corresponde a la proporción de combustible que se ajusta idealmente a la cantidad de aire disponible. Además de tener una relación estequiométrica, lo ideal es que la mezcla aire/combustible sea lo más homogénea posible. Para la mayoría de las gasolinas, la relación A/C “x peso” estequiométrica es de arpox. 14,7:1 (A/C = aire/combustible). La combustión también tomará lugar a otras relaciones de mezclas, pero en los gases de escape sobrará combustible crudo sin
quemar (mezclas ricas, ej. 13:1) o aire (mezclas pobres, ej. 17:1). El término “riqueza” se
refiere a la cantidad de combustible en la mezcla. El factor lambda relaciona la riqueza de la mezcla real con la relación de una mezcla hipotética estequiométrica. Factor λ = 1 corresponde a mezcla estequiométrica. Si en un caso dado la mezcla es tal que la proporción A/C es de 16,1 : 1, se obtiene un factor lambda de 16,1/14,7 = 1,095 (mezcla pobre). Generalmente el motor dá su máxima potencia para un Factor λ ligeramente rico, ej. λ = 0,92, pero en ése caso también puede ser más poluyente con cierto tipo de componentes. Todo el gran desafío del gerenciamiento moderno electrónico del motor, es poder ajustar continuamente la mezcla, de modo a poder aparear exitosamente al motor con una carga variable, como lo es típicamente en aplicaciones automotrices o en grupos generadores con cargas muy variables. Es decir, continuamente en transición de un régimen permanente a otro.
1.16 ¿Cuáles so n las f órmu las p ara eficien cia d el cic lo d e aire estánd ar Otto y la del cic lo análog o Diesel y B rayto n (é ste últim o ut ilizado en tur bin as de co mb us tión); cu ál de é sto s d os ti po s de m oto res tien e mayo r eficien cia teórica (para un a mis m a relación d e com presión), y cómo son las eficienc ias reales entre sí?
OTTO:
DIESEL:
BRAYTON:
Para mayores referencias, ver capítulo correspondiente en cualquier libro de termodinámica.
1.17 ¿Quédiferencias esenc iales existen entre u n m oto r 4T y 2T?
El motor 4T es más eficiente y menos poluyente y más silencioso, pero tiene menos potencia específica (relación potencia/peso) 1.18 ¿Cómo pod emos diferenciar las ventajas y d esventajas de un típico mo tor rotativo de uno alternativo?
Un motor rotativo tiene típicamente menos partes móviles, es menos pesado para una misma potencia, pero también más poluyente 1.19 ¿Cuáles s on rango s típico s de v elocidades para m otores de c om bus tión?
Varía según la aplicación. En el caso de motores marinos: motores de bajas velocidades: hasta 1000 rpm. Motores de velocidades intermedias: de 1000 a 2000 rpm. Motores rápidos: de 2000 a 3000 rpm. Motores ultrarápidos: más de 3000 rpm. 1.20 ¿Cuáles s on ejemp los de f allas t ípic as en un mo to r q ue afec tan a su desem peñ o?
El motor tiene varios circuitos en los que circulan fluidos. La pérdida de estanqueidad (sellado) en los circuitos es una falla típica: las pérdidas -muchas veces- “avisan” con antelación y empiezan con una gota cada cierto tiempo; en la medida que se las ignora o no se las atiende, van progresando hasta que se transforman en fallas catastróficas. Tambien podemos hablar de la pérdida de estanqueidad de la propia cámara de combustión, con lo cual el rendimiento del motor disminuye notablemente (ej. Fugas por los orificios de las válvulas o aros de los pistones, junta de culata). Una forma típica de saber que la junta de tapa motor está empezando a tener problemas, es cuando se presuriza el radiador con gases producto de la combustión. ¿Porqué? Porque el aceite lubricante y agua refrigerante deben poder pasar del block a la culata y viceversa, y lo hacen x medio de orificios en la junta (que además debe tener aberturas para los pernos o espárragos o bulones de la tapa, y lógicamente también para los propios pistones). En la medida que se daña la junta, se hacen “atajos” o canalizaciones incipientes entre las
aberturas de los cilindros y los ductos de aceite y agua. Por lo tanto el agua contamina el depósito de aceite y viceversa, y/o los gases presurizan el carter y/o el radiador. Esto se puede comprobar cuando aparecen gotas de lubricante flotando en el agua del radiador, o la varilla de aceite indica a ceite “lechoso” o emulsionado por contacto con agua, o aparece burbujeo destapando el radiador (con motor frío!), indicando presión de gases dentro del circuito de agua. 1.21 ¿Cuáles so n algu nos mo tivos típico s x los cuales un mo tor llega al fin de su vida útil, y debe ser descartado o reciclado (es decir, rectificado o refabric ado)?
El consumo de aceite y combustible sube considerablemente con respecto a los niveles deseables para un motor bueno o en estado aceptable. La potencia entregada es cada vez menor. El motor humea excesivamente, vuelve a ensuciar al poco tiempo el filtro de aire recientemente cambiado, etc. Estos son algunos indicativos de que el motor tiene está llegando al final de su vida útil y tiene ya falta de compresión x muchas pérdidas internas, fugas x los aros, asentamientos, guías y retenes de válvulas, etc. Por lo tanto debe ser “bajado” del vehículo (en caso de aplicaciones de rodados), desarmado, diagnosticado y
refabricado. Refabricarlo significa cepillar rayaduras de los cojinetes del cigüeñal, cepillar block y tapa para recobrar un buen alisado y sellado, cambiar todo el juego de juntas (junta de culata, junta tapa balancines, junta de carter, junta tapa frontal del motor, reten cigüeñal frontal y posterior, etc.), como así también (normalmente) se cambia la bomba de aceite, aros, pistones, camisas, árbol de levas, válvulas con sus guias, retenes y asentamientos, en algunos casos también bielas. Un buen diagnóstico y correcta lectura de metrología son claves para no excederse en los trabajos de mecanizado. Al cepillar el block y la tapa se las debilita, por lo que debe hacerse mínimamente. La nueva de tapa junta debe ser de mayor espesor (“m uesca” o “juego” 1, 2 o 3), para compensar el material
de metal extraído del block y tapa x mecanizado. Esto, a modo de que no varíe la relación de compresión y el motor tenga así más potencia (factor positivo), a costa de mayor sobrecarga térmica y mecánica (factor negativo), lo cual podría acortar significativamente el resto de su vida útil, aún recientemente refabricado. Igualmente, al rectificar bancadas
del cigüeñal, se debe usar un juego de casquillos correspondiente de mayor espesor, para compensar el material extraído. Se dice motor “standard” a un motor aún no rectificado,
luego vienen progresivamente operaciones de “rectificado a 0.25”, “rectificado a 0.50”, 0.75, y 1.00. Luego ya no se puede seguir rectificando ése cigüeñal, porque es excesivamente fino. En cualquier caso, si el motor ha sido muy maltratado, a veces es necesario pasar directamente de “motor standard” a la 2da rectificación sin pasar x la 1ra. Es decir, directamente a 0.50. A veces ocurre que la tapa de cilindros durante la vida útil (probablemente por algún recalentamiento prolongado o intenso) se alabea (tapas de aluminio), o se raja (se fisura) (tapas de hierro – fundición nodular). En éstos casos, si las piezas del motor están marcadamente deformadas, no será posible refabricarlo y es necesario descartarlo.
2] SISTEMA DE LUBRICACIÓN 18) Sistema de lubricación: Carter (depósito) – rejilla o pre-filtro – bomba (tipos) – enfriador – filtro – sensor de presión (cristal piezoeléctrico) – galería principal – bancadas de
cigüeñal – bancadas de biela – perno de biela – paredes de los cilindros – bancadas de árbol de levas – interfase leva-botador – retorno al carter por gravedad – sellos, juntas, empaquetaduras, retenes, aros de vedación de tapones roscados. Lubricantes y aditivos. Preguntas de repaso:
2.1 ¿Cuáles son los tip os d e lubricación qu e se dan norm almente d entro d e un m otor d e combustión?
De película parcial (durante arranque y parada), mixta (en transición a velocidades mínimas de régimen: ralentí y superiores), de película completa (hidrodinámica en los cojinetes y elastohidrodinámica en las interfases leva-botador, acoplamientos de dientes de engranajes). La lubricación hidrodinámica es típica de superficies concordantes, es decir, de pares cóncavoconvexos o macho-hembra tales como eje-cojinete de fricción (buje). En tales casos, las tolerancias apretadas entre el eje y su alojamiento, hacen que el propio eje actúe como rotor de bomba, para alcanzar presiones suficientes como para “despegar” las partes metálicas entre sí.
No ocurre lo mismo con superficies no concordantes (ej. Dientes de engranaje), donde el lubricante puede “escaparse” más fácilmente por los bordes del punto, línea o plano de
contacto. Por lo que los esfuerzos tridimensionales (herzianos) son mayores, y a la vez la refrigeración se vé mejorada, por el flujo constante positivo de aceite de reposición que se debe tener. 2.2 ¿Quéotr as fu nc ion es b ásic as tien e el aceite lu bric ante, adem ás d e redu cir f ric ción y asíreduci r cos tos d e operación y alargar vid a útil?
Refrigerar, limpiar, silenciar, amortiguar, sellado hidráulico, proteger contra la corrosión. 2.3 ¿Cuáles son los com pon entes del sis tema de lub ricación y q uéfun ción cum plen? Hacer un diag rama esquem ático in dicand o las partes
Depósito (carter, que además actúa como intercambiador de calor por radiación), bomba con rejilla de aspiración, válvula de sobrepresión, filtro, válvula de retención, galería principal de distribución dentro del block, sensor de presión (y sensor de temperatura en algunos casos), laberintos y perforaciones para llegada del lubricante a los cojinetes o bancadas principales del
cigüeñal, perforaciones dentro del cigüeñal para llegada del lubricante a las bancadas 2rias o pie de biela, lubricación del perno de biela y refrigerado de la cabeza inferior de los pistones por rociado o por perforación dentro de las bielas, lubricación de las camisas y aros por salpicado, cojinetes árbol de levas, interfase botador-levas, retorno al carter por gravedad. En algunos casos, enfriador interno o externo, en éste último caso con mangueras flexibles de interconexión. 2.4 ¿Quétipos de sens ores d e presión d e aceite lubricante se tienen?
Ver: http://www.aficionadosalamecanica.net/sensores4.htm 2.5 ¿Quésignifican SAE y API y cómo se elije un lubricante para un motor de com bustión en Paraguay?
SAE: Society of AutomotiveEngineers (Sociedad de Ingenieros en Automoción). Proporciona un nivel de viscosidad normalizado, en base a la temperatura ambiente esperada. API: American PetroleumInstitute (Instituto de Petróleo de Norteamérica). Proporciona el nivel de actualización tecnológica del aceite. En Paraguay, es recomendable (en general) un 15W40 en motores diesel y un 20W50 en motores a gasolina. Consultar siempre con el manual del fabricante del motor. 2.6 ¿Quécaract eriza a un b uen f iltro de aceit e?
Papel curado, válvula de bypass, válvula de retención (idealmente deben ir instalados con una válvula de sobrepresión) 2.7 ¿Cuáles s on las ll amad as b ases y los co mp on entes gen é rico s típic os de u n p aquet e de aditivos para un lubricante?
Base mineral, sintética o mixta o semi-sintética (ej. de ésta última: semi-sintética 40-60: 40% mineral y 60% sintética)
Aditivos detergentes
Antiespumantes
Anticorrosivos
Mejoradores del índice de viscosidad
Antioxidantes
Mejoradores del TBN (número total básico: capacidad del aceite de contrarrestar la acidez o ranciado por contacto con humedad a altas temperaturas, etc.)
2.8 ¿Cuál es el p robl ema de tener niveles ex cesivam ente altos o b ajos d e aceite en el motor?
Altos: los retenes de aceite frontal y posterior del cigüeñal se ven sobre-exigidos y pueden empezar a fallar prematuramente Bajos: puede tenerse recalentamiento o tener zonas asfixiadas de aceite
2.9 ¿Quéfallas típic as p ued e tener el sis tema d e lu bri caci ón y cu ál es u n p lan d e pre- diagnóstico y m antenimiento?
Pérdidas de fluido. Envejecimiento prematuro del aceite (ranciado) o empastelamiento por exceso de partículas en suspensión. Contaminación con agua u otros fluidos (o humedecimiento progresivo por vejez). Desgaste de los pares de “superficies de sacrificio”
(aros-camisas, asentamientos de válvulas-cabezas de válvulas, casquillos de cojinetescigüeñal, etc.).
2.10 ¿Quécuid ados hay qu e tener tanto con el tapón del carter y su arand ela, com o co n la rosca, “O - ring” y apriete del filtro al hacer un cambio de aceite?
Cambiar la arandela de aplastamiento del tapón del carter (cobre o aluminio), cada vez que se saca el tapón (en lo posible no volverla a usar dos veces). Proceder con suma cautela ante evidencia de haber sido sobre-apretado, o indicios de fisuras en la rosca hembra, e inclusive en casos extremos prever tiempo suficiente para rehacer la rosca previo rellenado, etc. Filtro de aceite: hacer el apriete solamente a mano, sin exagerar en el torque de apriete. Verificar cuidadosamente la rosca (antes) y la ocurrencia de pérdidas con motor caliente.
2.11 ¿Cuáles s on l as piezas d e sacrif ici o típic as de un sis tem a de lub ric ación (kit d e reparación)?
Casquillos, pernos, camisas, aros, válvulas, pistones, juego completo de juntas y retenes, calce lateral (cojinete de empuje), bomba de aceite, árbol de levas, etc. 2.12 ¿Quées la c urv a de St ribek y q uéno s in dic a?
Relación factor de fricción vs. coeficiente de carga (este último proporcional a la velocidad de rotación (o velocidad relativa entre las partes móviles) y a la viscosidad; inversamente proporcional a la carga). Nos indica que a bajas velocidades, tenemos lubricación marginal o de película parcial; a altas velocidades tenemos lubricación de película completa; entre ambas lubricación mixta. 2.13 ¿Cómo es la ub icac ión del c entro de un eje tal com o el cig ueñ al, con r espec to al centro
de s u c ojinete, en repo so, en
transic ión, y en ré gim en d e lubric ación
hi d ro di n ám ic a y po rq u é ?
En reposo: están ambos sobre la misma vertical. A bajas velocidades (en transición): eje se adelanta c/r al cojinete A altas velocidades (régimen) eje se atrasa c/r al cojinete
2.14 ¿Porqu ées crític a la ubic ación po r do nd e se alimen ta el aceite lub rican te a un cojin ete de f ricción y p orqu ése u san típicam ente patro nes de ranu ras?
Las ranuras permiten la mejor distribución. El orificio de alimentación no debe coincidir con el punto de mayor presion y carga, para no romper la película de aceite.
2.15 ¿Quéson los casqu illos y c alce lateral (“cojinete de empuje al y pa ra ”) d el c ig üeñ qu ésirv en, y en q uétipo s d e jueg os vien en?
Los casquillos vienen en mitades para poder ser montados, ya que el cigüeñal es un eje acodado o con múltiples manivelas, y no podrían ser introducidos por sus extremos en caso de ser enterizos. Tienen una ranura para evitar que giren, y para asegurar su correcto montaje. No deben montarse con aceite detrás de sus caras que hacen contacto con el cigüeñal, sopena de que empiezen a girar al 1er intento de arranque, se “encimen” y se autodestruyan. No deben tener movimiento relativo con respecto al pie de biela y el “sombrerete” o tapa de biela. Vienen
en juegos, ej. 025, 050, 075, 100. El calce lateral es una pieza de sacrificio que inmoviliza al cigüeñal axialmente, y se cambia por juegos nuevos según el desgaste del cigüeñal 010, 020, etc. 2.16 ¿Cómo se lu brican el p erno de bi ela, pie de biela, aros d e los pis tones?
El perno de biela se puede lubricar con aceite que sube a presión dentro de una perforación interna a la biela, o por salpicado desde la base inferior del pistón. La interfase aros-camisas recibe aceite a través de perforaciones dentro del pistón a la altura del último aro (“rascador de aceite”), contando desde la parte superior del pistón hacia abajo. El pie de biela o bancada 2ria
recibe aceite desde las bancadas principales del cigüeñal, a través de perforaciones dentro del propio cigüeñal. 2.17 ¿Cuáles so n las par tes del m oto r do nd e es especi alm ente crítica la lub ricac ión?
Interfase botador-leva, dientes de engranajes, interfase válvula-asentamiento, cojinetes. 2.18 ¿Quése hace en algu nos casos para dism inu ir la fatiga superficial y extend er la vida útil de los b otador es (taques)?
Se los hace girar automáticamente mientras funcionan, de modo que la leva les accione desde un distinto ángulo y que así se desgasten de manera más homogénea y en tiempo más extendido. 2.19 ¿Porq uétípic amen te fallas origi nad as por lu bri caci ón y/o refrigerac ión defici ente están relacionadas, y son caus antes de costo s sig nificativo s po r fallas en un mo tor?
Por comparación, fallas del sistema eléctrico o electrónico, por muy difícil que sean en diagnóstico, pueden eventualmente solucionarse con recambio de piezas. En cambio, fallas en el sistema de lubricación / refrigeración pueden ocasionar costos operativos insosteniblemente altos, pérdido de potencia, operación antieconómica que termina ocasionando la puesta fuera de servicio del motor, en tanto no se lo “baje” del vehículo para su total rectificación y
refabricación.
2.20 ¿Cómo se dism inuye el desgaste durante arranque en algunos motores?
Se presuriza el circuito mediante una bomba auxiliar de menor capacidad a la bomba principal (ya sea eléctrica o manual), de tal manera que se alcanza una presión parcial antes de poner el motor en arranque, para que el periodo necesario para alcanzar presión normal sea menor.
2.21 ¿Quépueden in dicar ruid os anor males dur ante o inmediatamente po steriores al cer si la luz de “baja presión de aceite” no se apaga dentro de arranq ue, y q uése deb e h a los 30” de haber puesto en marcha el motor? Pueden indicar que la “partes altas” del motor están tardando en demasía en recibir lubricante
a presión (ej. Árbol de levas, válvulas). Podría ser por casquillos muy desgastados (si están bien, actúan como “embalses” y obligan al aceite a seguir subiendo dentro del motor, de lo contrario permiten que el aceite tome un atajo (bypass) y caiga x gravedad de vuelta al carter sin haber subido a la parte alta). Si dentro de lo 20-30” de haber encendido el motor, la luz no se apaga, recomendable es volver a apagar el motor. 2.22 ¿Quépartes so n las 1ras en su frir el efecto de u na mala lub ricación (sistema deficiente)?
Las más alejadas de la bomba de aceite, que suele estar del lado frontal del motor (lado de la polea principal de accionamiento de la bomba de agua, árbol de levas, etc.). Es decir, el cojinete en la parte posterior será el último en recibir presión de aceite, y se debe monitorear su temperatura con una pistola termográfica, a modo de “sonda” de los demás, como 1ra
aproximación. No quita la posibilidad de que otro cojinete más próximo a la bomba falle 1ro. Tambien la parte alta del motor (ej. Cojinetes de un árbol de levas en cabeza: OHC, DOHC), suele ser la 1ra en fallar con una bomba con pérdidas internas excesivas y por ende capacidad de bombeo reducido. 2.23 ¿Quécon viene hacer luego d e un severo recalentamient o com pro bado d el moto r?
2.24 ¿Quépasa con algunos tipos de soporte motor al entrar en contacto con hidrocarburos?
2.25 ¿Quéson las juntas tapa m otor, tapa balancines, tapa frontal m oto r y de qu é m ateri ales est án típi cam ent e fabric adas ? 2.26 ¿Quéson lo s retenes y do nde se encu entran en un m otor d e comb ustión ?
2.27 ¿Cómo es recom endable realizar el transpaso de aceites conv encion ales de base mi neral a ac eites s emi - o 100% s inté tic os ?
2.28 ¿Quétipo de m otores norm almente tienen d oble b om ba de aceite en paralelo y/o en serie? 2.29 ¿Cómo se lo gra una p re-lubricación antes del arranqu e?
2.30 ¿Quées lubric ación x bo rboteo, got eo o salpic ado/rociado y do nde pu ede darse? 2.31 ¿En quécasos d e ciertas cond icion es extremas de pos ición deben pro barse los m ot or es y po rq ué ?
3] SISTEMA DE REFRIGERACIÓN 19) Sistema de refrigeración. Refrigerantes. Radiador – vaso de expansión – sensor de temperatura - mangueras y terminales - galerías – camisas secas y húmedas con sus aros de vedación - tapones anti congelamiento (coreplug, welchplug o “freeze” plug) – ductos en la culata – válvula termostática de 3 vías – bomba – accionamiento por polea-correa.
Preguntas de repaso:
3.1 ¿Quétipos de sistem a de refrigeración existen para un m otor de com bus tión?
Por aire y por líquido 3.2 ¿Cuáles so n lo s c om po nen tes de un sis tema d e refrig eración típic o x líqu ido y qu é func ión cum plen? Realizar un dibujo esqu emático ro tulando las piezas
Un circuito típico de refrigeración x líquido está compuesto por las siguientes piezas: Radiador (depósito e intercambiador de calor) – vaso o depósito de de expansión – sensor de temperatura con su correspondiente indicador en el tablero de instrumentos- mangueras y terminales - galerías – camisas secas y húmedas con sus aros de vedación –galerías en el block - tapones anti congelamiento y de ánodos de sacrificio (coreplug, welchplug o “freeze” plug) – ductos en la culata – válvula termostática de 3 vías – bomba – accionamiento por polea-correa – ventilador mecánico con o sin embrague o electroventilador automático de una o dos velocidades. 3.3 ¿Cuál es el líqu ido refrig erante id eal para un cli ma c om o el d e Paragu ay?
60% agua desmineralizada (ej. destilada) y 40% aditivo a base de etilenglicol 3.4 ¿Quéfallas típic as p ued e tener el si stem a de refrig eración?
Pérdidas de líquido refrigerante por fisuras o zonas cuarteadas en las mangueras, especialmente en sus extremos donde las terminales presionan fuertemente (abrazaderas de rosca o de presión). Pérdidas internas de la bomba (recirculación en falso). Gradual acumulación de cenizas metálicas en las paredes de los laberintos, galerías, camisas, culata, por haber usado agua “dura” o mineralizada (depósitos de calcio, magnesio, potasio); éstas
cenizas actúan como aislantes y disminuyen la efectividad del sistema de refrigeración. Giro de la bomba a menor velocidad que la nominal por defectos en la transmisión correa-polea (correa patinando x mal tensado, desfibrilación, polea excesivamente desgastada y con cantos “filosos”
etc.). Fallas en el sensor de temperatura. Error en la lectura del instrumento en el panel de control. Defectos en la junta tapa motor y otros sellos, que hace que pase agua caliente al ccto. de aceite y viceversa, o a la cámara de combustión, o fuera del motor. Perforaciones en los “tapones” (de zinc) que son necesarios para descargar la arena de moldeo de la fundición, y que a la vez actúan como “fusibles” en países fríos, en caso de congelarse el líquido, para que
no fisure (raje) el block. A la vez sirven de material de sacrificio para que el líquido empieze 1ro a corroerlos antes de actuar x el block de material férrico, x diferencia de potencial electrogalvánico. Defectos en el termostato (si queda “pegado” cerrado, el motor recalienta; si
ocurre lo inverso, el motor trabaja innecesariamente demasiado tiempo frío, tarda en calendarse, no produce potencia suficiente, levanta y consume aceite, etc.) 3.5 ¿En q uécas o h ipo té tico po dría ser f alsa la l ectu ra de u n s enso r d e temp eratur a incorporado adicionalmente al moto r (como respaldo d el 1er sensor original)?
En muchos casos se coloca un 2do sensor de respaldo al original, el cual se instala preferentemente (x fácil acceso) en la manguera “alta” o de retorno al radiador por la parte
superior (normalmente, para aprovechar, además de la circulación forzada x bomba, un efecto de termosifón x diferencia de temperaturas al ir enfriándose). Si hubiera una pérdida muy repentina de líquido (ej. fisura de tamaño apreciable en la manguera inferior, etc.), el ccto. se
podría vaciar de una considerable cantidad de líquido, y en relativamente poco tiempo, de tal manera que el motor recaliente en forma rápida, y que en contacto con el sensor haya vapor de agua en lugar de agua líquida. Con lo cual, la transferencia de calor no será óptima (el sensor está calibrado para agua líquida), y el sensor podría indicar una lectura menor a la temperatura real. 3.6 ¿Quévent ajas y des vent ajas tiene la refrig eración p or aire?
No es necesario tener un depósito estanco o con excelente vedación ni andar monitoreando el nivel de líquido, tener una bomba con su correspondiente mantenimiento, accionamiento, termostato, etc. Sí requiere de una “turbina” o soplador para adoptar el régimen de convección
forzada, cilindros aletados que deben mantenerse limpios para asegurar una mejor transferencia de calor. La temperatura del motor es más pasible de sufrir variaciones según la temperatura del aire ambiente. 3.7 ¿Cuál es la típic a dis trib uc ión de tem peratu ras en un m oto r?
Ver: _____________________ ¿Qué son los tapones del block y culata (“coreplugs”) y para qué sirven? ¿Porqué no es bueno que un motor trabaje a temperaturas muy por debajo de sus temperaturas nominales de diseño? ¿Cuáles son tipos de terminales de mangueras, y cómo se puede saber que una manguera se está aproximando al fin de su vida útil? ¿Cuál es una forma de hacer una prueba de estanqueidad hidráulica de un radiador reparado? ¿Cuál es la efectividad de reparar pequeñas filtraciones de un radiador con aditivos? ¿Qué pasa si se le saca el termostato a un motor? ¿Cómo se hace una limpieza de radiador con desincrustantes? ¿Porqué es importante verificar pérdidas de fluidos con motor caliente? ¿Qué es recomendable hacer si hay sospecha de que el motor ha estado trabajando por encima de su rango normal de temperatura de trabajo, aunque fuera por relativamente corto tiempo? ¿Cómo se verifica que la correa de la bomba de agua efectivamente no patine?
4] SISTEMA DE ADMISIÓN DE AIRE 20) Sistema de admisión de aire básico: t oma de aire – decantador centrífugo – filtro seco o en baño de aceite – indicador de filtro taponado – compresor mecánico o turboimpulsado – pos o inter-enfriador – (precalentador del aire en modelos antiguos) -
colector de admisión (“manifold”, múltiple) – sensores de temperatura, presión,
caudalímetros o medidores de flujo másico, con sistema electrónico asociado – recirculación de gases de escape (EGR).
Preguntas de repaso:
4.1 ¿Cuáles so n lo s co mp onentes del sist ema de adm isión de aire y q uéfunc ión cumplen?
4.2 ¿Porq uése reci rcu lan g ases de esc ape en algu no s veh ícu los (EGR – exhaust gas recirculation)?
Para disminuir la temperatura de la combustión, al estar inyectando aire inerte (sin o con poco oxigeno disponible). Con esto suben un poco la emisiones de hollín (partículas carbonosas correspondientes a combustible semi-crudo), pero disminuyen los NOx (óxidos de nitrógeno), especialmente en los motores diesel a medianas revoluciones (es decir, en el rango medio de sus velocidades). 4.3 ¿En qu éco ns isten filtr ado de aire po r b añ o d e aceit e?
El aire se hace 1ro descender, y luego su ducto toma una desviación brusca hacia arriba (curva de 180º con respecto a su dirección original); con ello las partículas más pesadas, por su inercia, derivan una cierta distancia adicional en la dirección original y colisionan con un espejo de aceite líquido, en el cual quedan atrapadas. Ahí recién se hace pasar el aire por el elemento filtrante, el cual rinde más al no estar recibiendo y taponándose prematuramente con partículas pesadas. 4.4 ¿Quécaract eriza a un bu en filt ro d e aire?
Papel curado (a altas temperaturas) del elemento filtrante, rejilla metálica (para reducir las posibilidades de que
eventualmente
el motor “trague” el papel del filtro en caso de
desintegrarse éste a altas velocidades). Suficiente superficie. Buen sellado dentro de la “caja” o alojamiento del elemento filtrante, borde de goma. En caso de limpiarlo con aire comprimido limpio y seco, siempre debe ser exclusivamente en “contracorriente”, para no forzar
microparticulas y romper la estructura fina. Las partículas de polvo son grandes enemigos del motor, por muy pequeñas que sean, pueden causar grandes rayaduras y eventualmente daños por lubricación defectuosa, agarrotamientos y engripamientos, pérdida de compresión y potencia. No olvidar que el polvo puede tener partículas de sílice, materia prima para el papel abrasivo (“papel de lija”). 4.5 ¿Quéfallas típic as p uede tener el sis tem a de ad mi sión d e aire y cu ál es u n p lan d e pre-diagnóstico y mantenimiento?
4.6 ¿En quéco ns iste pr e-limp ieza ciclónic a del aire?
Un pre-filtro ciclónico sirve para decantar partículas extrañas pesadas (ej. insectos, pequeños trozos de residuos vegetales, etc.). El aire se admite al filtro por una entrada tangencial a una pre-cámara para decantar impurezas x fuerza centrípeta; de ahí tiene salida axial e ingresa al elemento filtrante. Las partículas despedidas caen en una caja que se debe revisar y vaciar cada tanto. 4.7 ¿Qué es un “snorkel” y para qué sirve; en qué casos generales se usa?
Consiste en general de un tubo de extensión para que la toma de aire quede en una zona alejada del agua, en caso de camionetas 4 x 4 que transpasarán cursos de agua, o en zonas no enfrentadas al polvo del avance, en caso de atropellar “talcales” (tierra muy seca y de
granulometría muy fina, y x ende de difícil y lenta decantación por gravedad). Tambien pueden ponerse “snorkels” para los respiraderos del diferencial y cajas de transmisión, para alejarlos
de la superficie del agua de raudales, etc. Es importante que éstos respiraderos siempre estén libres y no obturados, sopena de que se presurizen innecesariamente los compartimientos y circuitos, y fallen los sellos de aceite lubricante (“retenes”).
4.8 ¿Qué puede pasar con el elemento de filtro de aire en un motor “desinflado”? El carter tiene un respiradero para “despresurizarlo” de la presión ejercida por los gases de
combustión que ultrapasan los aros de los pistones. Este respiradero no sólo expende los gases de combustión, sino además vapores nauseabundos producto de la volatilización del aceite de motor. En motores “ambientalmente amigables”, se lo conecta con el tubo de admisión de aire, para recircularos dentro del propio motor, y que éste los queme. Este tubo sale de la “Tapa de Balancines” (que está conectada con el carter x medio de los ductos de
retorno por gravedad de aceite al carter), y se lo conecta con el tubo de admisión de aire, pero “caudal abajo” (es decir, después) del elemento filtrante de aire. En la salida de la tapa de
balancines, normalmente hay bandejitas para procurar recondensar la fracción más pesada de éstos vapores de aceite y retenerlos dentro del motor, fuera de la cámara de combustión (de modo que vaya por el respiradero realmente sólo la fracción más volátil). Sin embargo, motores muy desinflados, levantan mucho aceite por éste respiradero (ya que tienen los aros muy gastados y el carter está muy presurizado), por lo que éste aceite “negro” (ya x las partículas de hollín en suspensión) salpica en dirección opuesta al flujo de aire y contamina y obtura el elemento filtrante en poco tiempo, por muy nuevo que sea. 4.9 ¿Cómo se pu ede saber qu e el filtro d e aire estáexcesivam ente taponad o?
Existen indicadores de diferencia de presión excesiva antes y despues del elemento, lo cual indica filtro trancado o con rendimiento inferior al mínimo requerido. Esto hará que la relación A/C cambie y el motor consuma más combustible, por menos potencia. ADMISION MAP MAF
5] SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN 21) Llenado y vaciado de los cilindros. Eficiencia volumétrica. Factor de dilución Accionamiento desde el cigüeñal por engranaje, cadena o correa dentada – impulsión del árbol de levas en posición lateral (convencional) (OHV) o sobre cabeza (OHC, DOHC) – levas – botadores (pueden ser hidráulicos) – varillaje – balancines o
martilletes – mecanismo de regulación de luz de válvulas (pueden ser “pastillas” o discos calibrados) – resortes (en algunos casos múltiples, concéntricos) – mecanismo de retención de válvulas – válvulas tipo hongo invertido – guías y retenes y asentamientos de válvulas – mecanismo de enfriamiento de válvulas – motores multivalvulares - sistemas de válvulas continuamente variables (CVVTi).
Preguntas de repaso:
5.1 ¿Cómo s e llenan y v acían los cilind ros ent re un ciclo al sigu iente?
5.2 ¿Qué se entiende por “avance” y “retraso” de apertura y cierre de válvulas, y “avance” del encendido y/o inyección?
5.3 ¿Cuáles so n lo s co mp on entes d el sist ema d e distr ibu ción y cómo recib e é ste su en er g ía m o tr íz?
5.4 ¿Quéso n l a efic ienc ia v olu mé tric a y el fac tor de d iluc ión?
La eficiencia volumétrica ev es una medida de la eficiencia en el llenado de los cilindros, e indica el % de llenado con respecto al volumen de llenado teórico posible, si el pistón se moviera en “cámara lenta” . Disminuye a altas velocidades, por efectos de inercia. Ej. 98-99%. Puede ser mayor a 1 en motores sobrealimentados. El factor de dilución f d es una medida de la ineficiencia en el vaciado de los cilindros, e indica el % de gases quemados que aún ocupan la cámara de combustión luego del barrido de gases. Puede ser en el orden del 2-3%. 5.5 ¿Cómo se realiza el vaciado y llenado d e cilindro s en un m otor 2T de barrido x c arter y en o tro s obrealim entado m ecánicam ente?
El pistón, en el tiempo de compresión, se usa en su parte inferior como bomba de aspiración de la carga para el ciclo inmediato siguiente, la cual se hace ingresar al carter. Luego, en la última parte del tiempo de expansión, el pistón actúa como bomba de transferencia de ésta carga de la parte baja del motor (carter) a la parte alta (cámara de combustión). Por eso se llaman motores de barrido x carter. 5.6 ¿Puede un motor 2T ser turbosobrealimentado? No, solo sobrealimentado mecánicamente, pues no podría funcionar en baja o a “ralentí”.
5.7 ¿Cuáles son las “piezas de sacrificio” de un sistema de distribución (kit de reparación o juego de c ambio)?
5.8 ¿Porq uéla válvu la de esc ape es la p arte m ás cal iente d e un m ot or y cóm o s e refrigera?
La válvula de escape (VE) está a una temperatura aún mayor a la de la cabeza de los pistones o culata, pues éstas están siendo refrigeradas por debajo y por el agua circulante respectivamente. Sin embargo, la VE está siendo “insuflada” o atizada por los gases
incandescentes en su carrera hacia el exterior. Se refrigera su cabeza al tomar contacto con su asentamiento de válvula, insertado en la culata. O sea, se refrigera cuando está cerrada en tiempo de admisión. Tambien hay VE huecas que tienen sodio líquido en su interior, el cual se vaporiza y condensa constantemente entre un ciclo al otro, y actúa como portador de calor entre su extremo caliente (cabeza) y extremo frío (extremo del vástago). 5.9 ¿Quéventaja ofrecen los mo tores mu lti-valvulares?
Mayor eficiencia volumétrica ev y menor factor de dilución f d, por lo tanto más potencia y respuesta rápida. 5.10 ¿Existen m otores 2T co n válvulas t ipo h ong o inv ertido? Sí, los llamados “Detroit Diesel”, con válvulas de escape convencionales accionadas x árbol de
levas. No tienen galerías ni laberintos ni barrido x carter sino que se sobrealimentan con sopladores o bombas de lóbulos tipo “ Roots”. 5.11 ¿Quéy c ómo so n lo s s istem as d e válvu las c on tínu amen te vari ables (CVVTi) y qu é ventajas ofrecen?
Con levas de disco mecánicas convencionales, no se podía variar el instante de inicio y cierre de válvulas, como sí se podía hacer con el encendido e inyección. Esto ocasionaba que los motores “respirasen” óptimamente a un valor estricto de rpm, teniendo p ara dicho valor el torque máximo. Por debajo de ése valor, el motor recibía demasiado aire (se “hiperventilaba”), y por encima del mismo, insuficiente aire (se “asfixiaba”).Esta velocidad era menor que aquella
para la potencia máxima, conociéndose la región entre ambas (velocidad menor: para torque máximo y velocidad mayor: para potencia máxima), como “zona elástica” o “zona de autoregulación”, en la cual idealmente el conductor de un vehículo debía proceder a cambiar de
marchas. Dependiendo de las formas de las levas, se tenía un torque máximo a mayor o menor velocidad, teniéndose así vehículos inicialment “patudos” pero con buena velocidad (“pique”)
final, o a la inversa: buena velocidad de salida pero relativamente poca velocidad final. Un buen ejemplo de esto lo son los motores de carrera, en los que se instala típicamente un árbol de levas muy abiertas, apto más para elevadas revoluciones. Con lo cual esos motores en ralentí tienen un funcionar muy irregular (están siendo “hiperventilados”).
Una 1ra generación de válvulas variables no lo era en forma contínua sino discreta. Tal es asi que se podía transitar de un 1er modo “bajas revoluciones” a un 2do modo “altas revoluciones”.
Con los sistemas modernos continuamente variables, se puede tener una curva de torque vs. rpm bastante plana. Es decir, un buen valor de torque en una amplia gama de revoluciones. Se puede independizar la apertura del cierre, como así también la apertura o “despegue” puede
ser bastante rápida, y en contraste el cierre puede permitirse ser inicialmente muy rápido, pero a medida que la válvula se acerca a su asentamiento o posición de descanso (cerrada), el “aterrizaje” puede ser suave para evitar golpeteo, desgaste y ruidos excesivos. Tambien en
algunos sistemas se puede tener control sobre la “carrera” o longitud de accionamiento del vástago de la válvula. A mayor carrera, menor obstrucción al aire 1rio y gases en válvulas de
admisión y escape respectivamente, con lo cual aumenta la eficiencia volumétrica y se reduce el factor de dilución. Es decir, se aumenta la eficiencia en el llenado de los cilindros con carga renovada para el sgte. ciclo, y se disminuye respectivamente la ineficiencia en el barrido y expulsión de gases quemados, lográndose así más volumen libre para el llenado de aire 1rio en el sgte. Ciclo. 5.12 ¿Quéfallas t ípic as p uede t ener el s ist ema d e dis trib uc ión y cu ál es u n p lan d e pre - diagnóstico y m antenimiento?
DISTRIBUCION consecuencias rotura correa dentada ventajas cadena, engranajes Siglas OHC, OHV, DOHC
6] SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE 22) Sistema de alimentación de combustible. Formación de la mezcla. Carburación e inyección mecánica y electrónica en motores Otto. Carga estratificada. 23) Inyección mecánica o hidráulica con y sin control electrónico en motores diesel. Combustibles a base de hidrocarburos fósiles. Columna de destilación del petróleo crudo. Destilación 1ria (topping) y 2ria (catalítica, craking). Calidad del combustible: Octanaje RON y MON, Cetanaje. Combustión normal y anormal (pre-encendido y detonación). Combustibles avanzados: biocombustibles y sintéticos. H2. 24) Ventajas de la inyección de gasoil de alta presión por medio de un riel común (“common rail”) y contro electrónico. Inyecciones múltiples y mejor penetración y combustión, menos emisiones.
Preguntas de repaso:
6.1 ¿Cómo se forma la mezcla aire-com bustible en un motor Otto y en un moto r Diesel? Motor Otto: 1) En el carburador (también llamado “gasificador”, o “cerebro” en motores más
antiguos), 1ro se pulveriza finalmente la gasolina, para acto seguido vaporizarla con objeto de que se difunda homogéneamente dentro del aire, en una mezcla lo más cercana posible a la mezcla estequiométrica (14,7:1 A/C x volumen para la mayoría de las naftas), y que mantenga dicha relación A/C (aire/combustible) para todo el rango operativo de velocidades (rpm del cigüeñal desde velocidad de ralentí hasta la velocidad máxima nominal) y cargas (desde carga parcial hasta carga plena). 2) Por medio de inyección, que generalmente es del tipo indirecto (fuera de la cámara de combustión), y ocurre en el manifold de admisión, cerca de la propia válvula de admisión, en el tiempo de aspiración, a unos 3-4 Kg/cm2. El inyector pulveriza la nafta en cantidades mucho mejor medidas y controladas que el carburador, y ésta se vaporiza casi instantáneamente, para luego difundirse dentro del aire. Correcciones en la cantidad de combustible necesario de un ciclo al sgte. (ej. cuando el operador varía la posición del
acelerador al cambiar marchas, o la carga aumenta o se reduce bruscamente), se hacen mucho más rápida y precisamente con un sistema de inyección controlado electrónicamente que con el carburador. Motor Diesel: la mezcla se realiza dentro de la propia cámara de combustión, desde el momento en que se inicia la inyección del combustible. Es decir, coexisten zonas de mezcla excesivamente pobre (aire al cual aún no ha llegado el combustible), y zonas excesivamente ricas (el núcleo del chorro múltiple de combustible, que se hace en típicamente 6-7 direcciones distintas para intentar llegar a todos los resquicios de la cámara). En éstas zonas demasiado pobres o demasiado ricas, la combustión aún no es posible; solamente existe en las zonas de transición, que van avanzando a medida que el gasoil a presión penetra dentro del cilindro 6.2 ¿Cuál es el p rincip io d e func ionam iento d el carbur ador en un mo tor Otto y cuáles son su s partes principales? El carburador era llamado el “cerebro” del motor convencional, porque su misión era la de
lograr una mezcla óptima y homogénea aire-combustible, en las proporciones ideales. Un carburador típico consta en un tubo venturi luego del filtro de aire. En la constricción se acelera el paso del aire aspirado por los cilindros en su carrera de admisión (por el principio de Bernoulli, su presión dinámica aumenta y su presión estática disminuye). La depresión causada se utiliza para aspirar combustible por medio de un llamado ducto o surtidor principal, unido a un depósito de nivel constante, gracias a un flotador que comanda la abertura de una válvula de reposición cuando su nivel está bajo. Este es el circuito fundamental del carburador. Luego tiene otros circuitos y dispositivos correctores: 1) arranque en frío (2da válvula mariposa llamada “cebador”, que limita el paso del aire y así enriquece la mezcla para compensar la
nafta que una vez ya vaporizada y mezclada adecuadamente con el aire, se vuelve a condensar por las paredes del manifold cuando el motor aún está frío, lo cual es indeseable porque hace variar la mezcla). 2) circuito para aceleraciones repentinas (“bomba de pique”). 3)
circuito de baja o ralentí. 4) circuito de alta. Hay carburadores de simple o doble cuerpo, de mariposas de accionamiento simultáneo o escalonado. Los distintos circuitos compensadores se denominan popularmente “cliches” (de la palabra “gliceur” en francés), y se regulan por
medio de válvulas manuales de rosca de paso fino y con asentamiento cónico, muy sensibles. 6.3 ¿Porquése d ebe adelantar o atrasar el ins tante de in icio de la in yección, según la velocid ad del m otor y la c arga aplicada s ob re é ste, y qu épasa cu ando esto n o o curre (cómo se manifiesta un motor)?
En ralentí el avance del encendido en un motor Otto y de la inyección en un motor Diesel pudieran ser –por ejemplo- de 9º antes del PMS (punto muerto superior del pistón). A medida que el motor acelera, si el valor de éste ángulo se mantuviera fijo, se tendrá menos tiempo, para quemar una cantidad mayor de aire-combustible e introducir una cantidad mayor de diésel, respectivamente. Por lo tanto el ángulo debe aumentarse a mayor velocidad, para un mismo nivel de carga. Inversamente, a menor carga, mayor debe ser el ángulo. En motores Otto la carga se mide por el valor de vacío (vacuómetro) en el manifold de admisión. A mayor vacío, menor carga. Cuando la presión se acerca a la atmosférica –por la izquierda o por defecto-, el motor se acerca a su mayor carga. En éstos motores, éste vacío producido se aprovecha para accionar el servofreno y regular el accionar de la caja de cambios y otros sistemas auxiliares. En motores Diesel no se produce un vacío en el manifold de admisión, ya que el flujo de aire no está estrangulado por una mariposa. Por lo tanto el vacío es creado por un depresor o bomba de vacío, generalmente montado detrás del alternador.
6.4 ¿Cómo se regulan un m otor Otto y un m otor Diesel?
Al hablar de regulación nos referimos a la forma de acelerar o desacelerar el motor, y la forma de combinar la potencia y par de salida del motor con la carga aplicada. Es decir, regular el motor de modo que su potencia de salida se ajuste continuamente a las demandas de la carga. En el motor Otto carburado se estrangula o libera el paso del aire 1rio gases por medio de una válvula mariposa, con lo cual se aspira menos o más gasolina. En motores Otto inyectados, el pulso de activación de las bobinas en inyectores electromagnéticos, determina el tiempo de inyección. Debido a que la presión de inyección es constante, el caudal es controlado exclusivamente por el tiempo de inyección, que a su vez se determina en forma exacta dependiendo de la velocidad de rotación del motor, y otros parámetros como posición del acelerador, temperaturas y presiones del aire, combustible, refrigerante. En un motor Diesel el acelerador está conectado a una barra cremallera que hace girar los elementos de una bomba mecánica lineal. Al rotar éstos, su carrera efectiva (y por ende su capacidad de inyección) se vé afectada.
6.5 ¿Cuáles son algunos algunos tipos de sistemas de inyección electrónica en Motores de Combustión de Ciclo Otto?
a.
Según la cantidad de inyectores: i. Sistemas monopunto (= un solo inyector, que está ubicado en el colector de admisión como en el caso del carburador, en o cerca del baricentro de los cilindros) ii. Multipunto (generalmente un inyector por cilindro)
b. Según la forma de captación de la “señal base” para determinación del pulso o duración de la inyección: i. Por Caudal de aire (ej. L-jetronic de Bosch y otros equivalentes) ii. Por Presión de aire (ej. D-jetronic y otros) iii. Por Balanza Hidráulica (ej. K-jetronic y otros) (es un sistema de inyección mecánica de tipo contínua, controlado electrónicamente) c.
Según la duración de la inyección: i. contínua (es mecánica, por balanza hidráulica, ej. K-jetronic de Bosch) ii. simultánea o semi-secuencial (se inyecta en todos los cilindros al mismo tiempo, dos veces x ciclo en motores 4T: al inicio admisión, con válvula AD abierta; y al inicio expansión, con valvula AD cerrada) iii. secuencial: cada inyector funciona en forma totalmente independiente de los demás, únicamente en el tiempo de admisión de cada cilindro
d. Según la ubicación del inyector:
i. Indirecta (en el manifold o colector de admisión, muy próximo a la válvula AD; se inyecta al inicio de la carrera de admisión) ii. Directa (en la cámara de combustión; se inyecta al final de la carrera de compresión, como en motores diesel. Hay que considerar problemas de lavado del aceite lubricante y refrigerante de las paredes internas de las camisas, por acción del combustible que no se pudiera pulverizar instantáneamente. Ventaja: se puede usar gasolina de bajo octanaje) 6.6 ¿Cuáles son algunas ventajas de la inyección frente a la carburación?
La inyección ofrece una más precisamedición de la cantidad de combustible a ser quemado en cada ciclo, con sus correspondientes beneficios: menor contaminación, menor consumo, más potencia, motor más limpio (no quedan residuos por exceso de combustible), mejor lubricación, vida extendida del motor. El carburador (también llamado “cerebro” en vehículos anteriores, dado que de éste dispositivo dependía en gran medida el éxito de la combustión), tiene la misión de pulverizar finamente la gasolina (aumentar la superficie específica del mismo: relación superficie/volúmen), para luego facilitar su vaporización (cambio de fase) y difusión homogénea en proporciones ideales (estequiométrica o próxima a ella, según el caso) dentro del aire que lo rodea. Debe poder hacer esto en un amplio rango de velocidades y regímenes de carga de trabajo. Los dos grandes propulsores de la modernización de los motores han sido: a.
Fuerzas de mercado: los consumidores exigen motores que usen menos cantidad de combustible por hora o por km
b. Leyes ambientales: las entidades reguladores, acosadas por ONGs y organismos internacionales, presionan a los fabric antes de motores y de combustibles a producir motores con menos CO2 por km, menos CO, NOx (NO y NO2), menos THCs (hidrocarburos totales crudos –no quemados- que salen por el escape), menos hollín (material particulado (PM) carbonoso liquidosolido en suspensión, respirable PM2,5 micras) ) Los carburadores (también llamados gasificadores) modernos del inicio de los años 90, contaban con varios circuitos compensadores , para poder mantener una relación A/C (aire/combustible) constante a bajas, medias y altas velocidades y cargas parciales y plena. El circuito principal a veces estaba bien calibrado en baja o en media, y luego enriquecía o empobrecía la mezcla, por lo que se debía recurrir a circuitos complementarios empobrecedores (aire suplementario o aire antagonista) o enriquecedores, respectivamente, y que fueran siendo accionados en forma automática en ciertos regímenes, de modo que la sumatoria diera una relación A/C buscada. Luego vinieron los carburadores electrónicos o a inyección, donde básicamente se seguía aprovechando el ef ecto venturi, pero no era la depresión misma la que succionaba el combustible, sino que era medida por un sensor, que luego comandaba electrónicamente a un inyector central dentro del carburador. Eran más precisos pero caros y difíciles de regular, reparar. Luego apareció la inyección Otto, basada en
la inyección Diesel, con la cual se puede medir mucho más precisamente las cantidades inyectadas en cada ciclo, y con ello se ahorra combustible. 6.7 ¿Cuáles son algunos tipos de Sistemas de Inyección Diesel según la bomba?
Sistemas de baja presión (200-600 Bar):
bomba línea(con árbol de levas interno para accionamiento de los el ementos impulsores o pistoncitos)
bomba, rotativa o tipo distribuidor (con leva de plato giratorio sobre rodillos)
inyector-bomba (ej. accionado por un árbol de levas externo común a todos los inyectores)
Sistemas de alta presión:
Bomba para sistema “Common Rail” (950 – 1650 bar)
Inyector EUI (inyector impulsado mecánicamente y comandado electrónicamente)
Inyector HEUI (950 bar) (inyector impulsado hidráulicamente y comandado electrónicamente)
6.8 ¿Cómo se mide la calidad de un combustible y cuáles son algunas de sus especificaciones?
Gasolina: Octanaje (Nº de Octano RON o MON), impurezas en suspensión, contenido de alcohol, poder calorífico, contenido de plomo, azufre, cenizas, aromáticos. Diesel: Cetanaje(Nº de Cetano) o índice de Cetano, impurezas en suspensión, punto de enturbiamiento, punto de chispa, poder calorífico, contenido de azufre, cenizas, aromáticos 6.9 ¿Cúales son y cómo se explican fallas graves observadas en los motores con sistemas d iesel “common rail” en Paraguay ?
6.10 ¿Cuáles s erían ejem plo s d e co mb us tibl es avan zados ?
Propanol, Butanol, Pentanol, Hidrógeno, combustibles sintéticos y biocombustibles de última generación, hidrometano, etc. 6.11 ¿Quésign ifican o ctanaje RON y MON y c etanaje y cómo se m iden?
La calidad para la combustión de las naftas y gasolinas se mide por su Octanaje o capacidad de resistir elevadas presiones sin autoencenderse y por lo tanto sin ocasionar combustión anormal. Los hay de dos tipos: Octanaje RON y MON. El MON tiene aprox. 10 puntos menos que el RON. En las gasolineras se indica normalmente el RON. Ambos se miden en un motor estandarizado, en el cual se toma como referencia Octanaje = 100 al combustible iso-octano puro (C8H10).
Un buen valor para gasolinas de uso automotriz es 98 Octano RON. Las gasolinas para aviación están en el orden de 100-110-130 Octano RON. La calidad de los combustibles del tipo gasoil y diésel se mide por su Nº de Cetano (o en su defecto, por su Indice de Cetano). El Nº de Cetano se mide en un motor experimental, tomándose como referencia al Cetano o Hexadecano (C 16H34). El índice de Cetano se puede calcular en base a la densidad del gasoil y otros factores, y sirve como una 1ra aproximación para el Nº de Cetano. 6.12 ¿Quétipos de aditivo s de c om bus tibles exis ten?
- mejoradores del Octanaje o Cetanaje - detergentes para limpieza de picos inyectores - antiespumantes - anticorrosivos - colorantes -secuestrantes (de partículas metálicas, por ejemplo) -oxigenadores (cuando ya en el combustible vienen moléculas de oxígeno, como en el caso de los alcoholes, esto hace disminuir la relación A/C) 6.13 ¿Cuáles so n algu nos aditivos elevadores de o ctanaje en gasol inas?
Compuestos de Plomo (prohibido ahora x ser comprobadamente cancerígeno) MTBE (metil-tertil-butiléter) Alcoholes 6.14 ¿Qué tamañ o
de
partícu las
típic amen te d eben
retenid as po r u n
filtr o
de
combustible?
4 micras. Un cabello humano tiene 70 micras de diámetro en promedio. 6.15 ¿Cómo es el fun cio nam iento básic o de v ehícu los o mo tor es a H2, y cu ales so n vent ajas y d esv entajas (des afíos a venc er)?
El H2 puede ser usado directamente en un motor de combustión, pero tiene tanto velocidad de llama como poder calorífico muy superior. Otra alternativa es alimentar una celda de combustible para producir energía eléctrica CC, y con ella alimentar luego un motor eléctrico convencional. 6.16 ¿A q uése le llam a carg a estratif icad a?
En algunos motores Otto se utilizaban dos carburadores, uno que producía una porción relativamente pequeña de mezcla rica, que era inyectada en las proximidades de la bujía. La mayor riqueza de la mezcla favorecía el inicio de la combustión, a partir de lo cual se establecía el frente de llama que se propagaba en dirección a zonas de mezcla más pobre, producida por el otro carburador, de mayores dimensiones. Este producía la mayor parte de la mezcla en condiciones pobres. El efecto neto era que el motor operaba con una mezcla promedio más pobre que la normal. A esto se le llamaba carga estratificada.
6.17 ¿Quétipos de com bu stión anorm al ocu rren en m otores Otto y Diesel?
En la combustión normal de un motor de Ciclo Otto asumimos que la ignición se inicia en el momento en que el sistema de encendido así lo determina: la chispa de alta tensión entre los electrodos de la bujía. A partir de ése momento, el frente de llama se propaga en forma ordenada en todas direcciones, hasta que es literalmente apagado al entrar en contacto con la fina película de aceite que cubre, refrigera y lubrica las paredes de los cilindros. La ventaja de los motores Otto es que el aire ya viene pre-mezclado con el combustible al momento de encenderse la chispa, tanto en motores carburados como motores inyectados en el colector de admisión. Dos situaciones de combustión anormal son:
Pre-encendido: a partir de un foco caliente dentro de los cilindros (ej. carbonilla endurecida y acumulada, que permanece al rojo vivo), se produce el inicio de la combustión antes de la orden de hacerlo (antes de la chispa). Con eso, el pistón puede verse obligado a ascender recibiendo una contrapresión prematura, que podría producir extremas sobrecargas mecánicas y térmicas, pudiendo dañar en forma irreparable el pistón, o doblar la biela, y hasta parar súbitamente el motor en casos extremos. Experimentalmente se ha comprobado que para extraer la máxima potencia en los motores, se debe encender la mezcla con tal valor de avance, que la mitad del valor final de la presión sea alcanzado cuando el pistón esté en su PMS. Valores mayores del avance harán que el pistón deba hacer la última parte de su trayecto recibiendo una contrapresión que intentará volver a bajarlo al MPI (trabajo negativo); valores menores harán que la presión final alcanzada sea menor, y por tanto no se alcanzará la potencia máxima posible. Detonación: ocurre después de la chispa, cuando el frente de llama avanza inicialmente en forma ordenada como en el caso de combustión normal, pero al avanzar vá comprimiendo la mezcla aire-combustible en los recovecos de la cámara, de tal manera que al tener gasolina de bajo octanaje y/o focos calientes, ésta se enciende en un 2do foco, que también avanza en sentido opuesto al del frente de llama original. Cuando ambos colisionan se tiene un ruido característico, indicando extremas sobrecargas mecánicas y térmicas y pérdida de potencia.
Una forma de prevenir combustión anormal es utilizar gasolinas con valor adecuado de Nº de Octano, respetando los periodos de cambio de aceite lubricante, usando solamente filtros de aire, combustible y aceite de excelente calidad, realizar un buen mantenimiento de los sistemas de encendido, admisión de aire y alimentación de combustible, ej. limpieza y recalibración de carburador o picos inyectores. En la combustión normal de un motor de Ciclo Diesel asumimos que al final de la carrera de compresión, se alcanzan valores suficientes de temperatura y presión, como para que el gasoil o diésel se autoencienda casi instantáneamente al ser inyectado dentro de la cámara de combustión (en motores diésel de inyección directa), o en la pre-cámara (antecámara) o cámara de turbulencia (en caso de motores diésel de inyección indirecta). El frente de llama debe luego propagarse en todas direcciones en forma ordenada y progresiva. Bajos valores de Nº de Cetano o Indice de Cetano, pueden ocasionar un retardo excesivo en el inicio de la combustión, y una vez iniciado el proceso, una propagación desigual y
desordenada, ocasionando fuerte ruido y golpeteo mecánica, elevación inusual de la temperatura, por encima de los valores normales de trabajo. 6.18 ¿A q uése d ebe q ue lo s d uc tos (cañ erías c alibr adas) d e gaso il tien en lo ng itu d distin ta y recorrido adic ion al, es decir, no tom an el camino m ás corto entre la bom ba y el inyector?
6.19 ¿Cuál es el prin cipio de fu ncio namiento de un a bo mb a mecánica c onv encion al (ej. lineal) diesel?
6.20 ¿Cuál es el principio de funcionamiento del “canister” o dispositivo de eliminación de pé rdidas evaporativas del tanqu e de gaso lina d e un Motor Otto?
6.21 ¿Cuál es el prin cipio de fun cion amiento básico del c ontro l electrónico de la inyección Diesel y Otto?
El control electrónico es más preciso que el mecánico y tiene mejores velocidades de respuesta. En base a parámetros tales como presión y temperatura del aire, posición del acelerador, carga sobre el motor, la ECU recalcula continuamente el pulso o duración de la exitación que debe enviar a las bobinas de encendido o de los inyectores. Cuando se encienden diversos elementos a bordo, la tensión en los bornes de la bomba de combustible varía. La bomba envía combustible a una cierta sobrepresión; el exceso es retornado al tanque por la válvula de regulación de presión, de modo que la presión en el ccto. es esencialmente constante en todo momento. Con ello, el caudal de inyección por ciclo depende exclusivamente de la duración de la inyección. 6.22 ¿Quérango de presio nes ob servamo s al final de la carrera de com presión en un cili nd ro en u n m oto r Otto y Diesel, y c uál es la pres ión típic a de iny ecci ón del com bus tible en é stos mo tores, de acu erdo al s istema (ej. Otto iny ección ind irecta, Diesel mecánico c onv encion al y comm on rail)?
6.23 ¿Quécaracteriza a un buen filtro de co mb ustib le?
6.24 ¿Quéfallas típic as p uede t ener el s ist ema d e alim entaci ón en gen eral y cu ál es un plan de pre-diagnóstico y mantenimiento?
6.25 ¿Tipos de inyectores co mand ados electrónicam ente, ventajas y desventajas?
6.26 ¿Quése debe hacer cuando un m otor d iesel se queda sin co mb ustib le antes de intentar volver a ponerlo en m archa?
6.27 ¿Cuál es la ven taja fu nd amen tal de la inyección “common rail” diésel?
Utiliza muy elevadas presiones, que sumado al control electrónico de los inyectores, y a la utilización de una técnica de inyección en 7-8 chorros múltiples muy finos en variadas direcciones (para evitar zonas de la cámara de combustión que no reciban directamente el combustible), permite realizar la inyección de combustible en 2 o más etapas. Por ejemplo, 1 o 2 pre-inyecciones, cuyo objetivo es encender la mezcla, 2 o 3 inyecciones principales de mayor caudal, y 1 o 2 pos-inyecciones para limpiar los gases de combustión. En el caso de inyección mecánica la fuerza de accionamiento del “elemento” de la bomba inyectora (pistoncito) se
obtiene por medio de un mecanismo de leva-botador. De modo que solamente puede realizarse una inyección relativamente larga y con todo el caudal necesario de una vez. Esto hace que no se queme todo el combustible. Por el contrario, al tener varias inyecciones y una presión muy elevada, más chorros en múltiples direcciones compartidas, se tiene muy buena penetración, el gasoil se quema mucho mejor y más rápido, la potencia es mayor, las emisiones son menores. El precio que se paga es que el gasoil debe estar extremadamente limpio, y con azufre reducido, sopena de que las impurezas por debajo de 1-2 micras rayen y dañen las toberas y picos x las elevadas presiones involucradas.
ALIMENTACION piezoeléctricos vs. electromagnéticos biodiesel y bajo azufre en vehículos pre-93? deflector de calor
Clasificar los sistemas de inyección diesel Citar y explicar 3 sistemas de inyección directa diesel gestionados electrónicamente. Citar presiones de referencia. Explicar la función de las bujías de espiga incandescente y sus formas de conexión.
7] SISTEMA DE ENCENDIDO 25) Motores de encendido provocado o encendido x chispa vs. encendido x compresión. 26) Encendido convencional vs. encendido electrónico. Sistema básico: alternador
(generación) – regulador de voltaje –Batería (almacenamiento) – bobina con 1rio y 2rio – cables de alta tensión – bujías – sistema de control de avance por velocidad y carga
Preguntas de repaso:
7.1 ¿Cómo s on los m ecanismos o form as de encendido en un m otor Otto y en un motor Diesel?
7.2 ¿Cuál es el princ ipio d e funcion amiento d e un sistem a de encend ido c onv encion al en un motor de ciclo Otto, y cuáles son los c omp onentes?
7.3 ¿Cuál es la d iferencia y ventaja del en cendid o c onv encion al o c on rupto r m ecánico con el encendid o electrónico y cu áles son su s com pon entes?
7.4 ¿Quéso n las b ujías m ult ielectro do s en m oto res Ott o y c uáles so n su s v entajas?
7.5 ¿Quéso n las bu jías de pre- y pos -calentam iento en m oto res dies el de inyec ción indirecta, y porq uétípicam ente no son necesarias en m otores de in yección directa?
7.6 ¿Porqu étípic amen te se deb en cam biar lo s cab les de alta tens ión en m oto res qu e los llevan, junto c on los p latinos , con densado r, bujías en sistemas co nvenc ion ales?
7.7 ¿Quéso n lo s s istem as DIS?
Sin distribuidor mecánico (distributor-lesssistem), sino distribución electrónica a cada cilindro y bujía en el instante necesario. 7.8 ¿Qué significa “chispa perdida”?
plug” y qué ventajas tiene? 7.9 ¿Qué significa “stick - coil” o “coil - on-
7.10 ¿Quéfallas t ípic as p ued e tener el sis tem a de en cend ido y c uál es u n p lan d e pre - diagnóstico y m antenimiento?
8] SISTEMA DE ESCAPE Y PRE- Y POS-TRATAMIENTO DE EMISIONES NOCIVAS
27) Sistema de escape y pre- y pos-tratamiento de emisiones nocivas. Catalizadores de 2 y 3 vías. Filtros de partículas. Histórico: reactores y pos-combustores. Sonda lambda. Emisiones de motores Diesel y motores Otto.
Preguntas de repaso:
8.1 ¿Cuáles son las emisio nes pro duc to de la com bus tión com pleta de com bus tible fósil, cuáles son los p rodu ctos de la comb us tión incom pleta, y qu éefecto tienen sob re el medio ambiente y los seres vivos?
Combustión completa de hidrocarburo puro (ej. Metano): CO2 y H2O Combustión incompleta de hidrocarburo puro (ej. Metano): CO, HCs, NOx, hollín Producto de la combustión con combustible de alto contenido de azufre: SO2 8.2 ¿Cuáles em isio nes s on más no tor ias en m oto res Dies el, y cuáles en m oto res Otto ?
En ambos motores pueden emitir (además de H2O y CO2): CO, HCs, NOx, Hollín, Ozono y SO2, pero los productos más notorios en cada tipo de motor son: Diesel: Hollín y NOx Otto: CO y HCs 8.3 ¿En quécon siste el s istema d e escape típico de un mo tor d e com bus tión?
Consiste primeramente en las válvulas de escape con su correspondiente mecanismo de accionamiento por árbol de levas en posición convencional (lateral) (OHV) o sobre cabeza (ej. OHV y DOHV) (sistema de distribución: llenado y vaciado de los cilindros). El aire incandescente pasa a un colector (o múltiple o manifold) de escape (tubo de brazos múltiples que recoge los cases de los cilindros y los canaliza a un único tubo de salida). Hay una junta de vedación entre la culata y el colector de escape, además hay previsión para dilatación a las temperaturas de trabajo. El manifold de escape alimenta los elementos de filtrado de las partículas y reducción del NOx (principalmente en motores Diésel) y de eliminación de gases nocivos (principalmente en motores Otto); estos últimos conocidos como catalizadores de 2 y 3 vías (ver sgte. sección). Acá también se encuentra la sonda lambda, cuya función es determinar el O2 en exceso en los gases de escape, para poder enviar señales de corrección a la computadora central, que regula la cantidad de combustible inyectado en los cilindros. Se puede tener una sonda lambda antes y después de los catalizadores, para monitorear su eficacia. Luego sigue el tubo de resonancia (para evitar pulsación de presiones) y el silenciador. Este último divide la onda sonora en dos o más fracciones, las desfasa por medio de unas cámaras divididas, y las vuelve a juntar en forma desfasada para que se cancelen parcialmente antes de su salida a la atmósfera. 8.4 ¿Cuáles s on estrategias de pre-tratamiento de em ision es?
Uso de combustibles más limpios (ej. gas natural), buen mantenimiento del sistema de combustión (sistema de admisión de aire, sistema de encendido y sistema de alimentación ed combustible), limpieza de picos x ultrasonido y aditivado, sistema EGR (recirculación parcial de gases de escape), precalentamiento del combustible, del aire, adelantamiento o atraso adicional del encendido según el caso, pos-inyecciones múltiples para “limpiar” el aire dentro de la cámara de combustión. Las bombas inyectoras de grandes motores marinos, por ejemplo, por normas internacionales deben cambiar su configuración, a partir de que el buque se
encuentre a menos de 100 millas naúticas de un puerto internacional muy concurrido, de modo OFE (optimizado para eficiencia de combustible), a modo OLE (optimizado para emisiones reducidas. 8.5 ¿Cuáles so n estrategias de po s-tratamiento de em ision es?
Filtros de partículas, catalizadores de oxidación, filtros catalíticos de 2 y 3 vías. Anteriormente: reactores, pos-combustores. 8.6 ¿Cuáles so n los co m po nent es típic os d e un si stem a de escape?
Válvulas de escape y accesorios, ductos de escape, múltiple o manifold o colector de escape, juntas y elementos flexibles para absorver grandes dilataciones, turbocompresor (si aplicable), tubos con tramos rectos y curvas en varios tramos, con sus respectivos soportes flexibles para aislar vibraciones, filtros catalíticos y/o de partículas, sondas de oxígeno antes y después de éstos filtros, resonador y tubo de hollín para amortiguar pulsaciones de presión, silenciador/es. 8.7 ¿Quées y cómo func iona un sistem a de freno m otor?
Es una válvula mariposa que dificulta la salida de los gases de escape, con lo cual la subida de los pistones en su tiempo de expulsión de gases se vé dificultada. Puede ser automático o semi-automático, y es muy útil en cruce de montañas, para evitar desgaste excesivo de fibra de freno y embrague. 8.8 ¿Quées la so nd a lam bd a, quéfun ción c um ple y c uántas lleva típic amen te un m oto r?
Es un sensor de oxígeno caracterizado por ciertos elementos como cerámica, platino, zirconia. Según el oxígeno en exceso no quemado disponible en los gases de escape, envía continuamente señales a la ECU para que enriquezca o empobrezca la mezcla A/C, según necesario. 8.9 ¿Porqu ése inyecta NH3 y aire com prim ido en escapes de cam iones en Eu ropa?
Los camiones son diésel en su gran mayoría. Para reducir las emisiones de NOx (NO y NO2), se inyecta NH3 y aire comprimido adicional. Las emisiones de un diésel son mayormente compuestas de hollín o de NOx, según la mezcla A/C sea rica o pobre, lo cual usualmente fluctúa en manejo normal, según se realicen los cambios de marchas, y se transite en distintos regímenes de velocidad y carga. En lugar de tener 2 dispositivos, para ambos tipos, una estrategia es desbalancear la mezcla de modo que tienda hacia uno de los extremos (ej. rica o pobre), la mayor parte del tiempo, y usar una solo dispositivo para tratar la emisión principal resultante. En EEUU se usa más bien mezcla rica, y se dá preferencia x los filtros de material particulado (partículas de hollín). En Europa se prefiere mezcla pobre, y se trata el NOx resultante mediante la urea (NH3) y aire comprimido. 8.10 ¿Quéfallas típic as pu ede tener el sist ema de co ntr ol de emi sio nes en u n mo tor Ot to y Diesel y cu ál es un p lan de pre-diagnóstico y m antenim iento?
La sonda lambda en motores Otto es particularmente vulnerable a gasolina con plomo. Los filtros de partículas y catalizadores de oxidación en motores diésel son muy sensibles a gasoil de alto azufre. La medición de los gases de escape en motores Otto (HCs, NOx, CO, CO2 y O2) y grado de emisión de hollín en los Diesel (indirectamente, x medio de la determinación de la opacidad de los humos de escape), no sólo sirve para conocer si el motor está o no cumpliendo con las normas ambientales, sino que además es un modo muy confiable de saber cuál es el estado real del mismo, y de proponer y encarar medidas correctivas de
mantenimiento, siendo ésta una técnica llamada “no invasiva” o “mínimamente invasiva” (no requiere desarme previo). Ej. un motor Otto con alto nivel de HCs muy probablemente tendrá una o más bujías o bobinas defectuosas. Un motor diésel con alto hollín puede tener su bomba descalibrada, picos sucios, gastados, etc. ESCAPE Ventilación del tanque y del carter Juntas dilatación manifold escape y tubo de gases proximidad del catalizador al motor para mayor temp
9] SISTEMA ELECTRICO Y ELECTRÓNICO E INSTRUMENTACIÓN 28) Sistema eléctrico y electrónico e instrumentación. Generación: alternador o dínamo -
Regulador de voltaje - Almacenamiento: acumulador o batería - Llave de contacto Caja de fusibles - Caja de relais – Cargas - Sensores: ej. de temperatura, presión, posición - ECU – engine control unit (computadora central para gerenciamiento del motor) - Toma de diagnóstico OBD2 – EOBD2 - Actuadores: inyectores – bobinas controladores de válvulas, ej. motores paso a paso, solenoides - Red CAN – ControllerArea Network - Otros sistemas: transmisión controlada electrónicamente, frenos y tracción (ej. ABS. BAS), estabilidad electrónica (ESP), suspensión electrónica (ej. BOSE) 29) Instrumentación 30) Elementos periféricos o sistemas auxiliares 31) Avance del encendido e inyección – remapeo de la electrónica a bordo. Computadores externas tipo “piggyback” y stand-alone.
Preguntas de repaso:
9.1 ¿Cuáles s on t ípic os sen so res y ac tuad or es en u n m oto r y cóm o est án relac ion ado s, y porquéson la esencia de la mecatrónica (control y automatización y robótica) automotriz, que similitudes tienen con el ser humano?
Sensores típicos: de presión (MAP: aire, aceite, combustible), temperatura (aire, refrigerante, aceite, combustible), caudalímetro de aire (MAF), posición de válvula EGR y de aire adicional al ralentí (IAV), posición del acelerador (TPS), velocidad y posición del cigüeñal (CKP), posición del árbol del levas (CMP), sensor de detonación. Actuadores típicos: inyectores electromagnéticos o piezoeléctricos, bobinas (actuadores de bujías de encendido o pre- y pos-calentamiento), válvulas (EGR). La ECU (engine control unit) o unidad gerenciadora o controladora del motor toma las señales de los sensores, las procesa y emite órdenes a los actuadores. 9.2 ¿Cuáles s on los com pon entes p rincip ales del s istema elé ctrico de u n m otor?
9.3 ¿Cuáles son lo s co mp onentes p rincip ales del sistema electrónico de un m otor?
9.4 ¿En qué consiste el llamado “remapeo” de la electrónica a bordo de un motor?
Las máximas prestaciones del motor se logran con un temporizado adecuado para cada proceso: admisión / compresión / inyección / ignición (encendido) / combustión / escape (barrido) / renovación de la carga. A mayores velocidades, el encendido (medido en ángulo de giro de la manivela del cigüeñal) debe “avanzarse”, o adelantarse el instante en que ocurre. Es decir, el ángulo de avance debe
aumentarse. A velocidades menores debe atrasarse. Igualmente, se debe atrasar la ignición a mayores cargas y adelantarla a menores cargas. Considerando éstas dos variables, se puede construir un “mapa” del motor, ploteando en 3D el inicio de la ignición como variable dependiente vs. rpm y carga como variables independientes. Estas variaciones no son contínuas ni lineales. Existen discontinuidades debidas a diversos factores. Lo que normalmente se hace en la práctica (en el caso de motores de combustión a bordo de vehículos de competición), es operar el motor con un cierto mapa de origen, grabar parámetros de funcionamiento y luego analizarlos para ver en qué momentos, y en qué instancias (ej. en cambio de algunas marchas, situaciones de desacelerado, etc.) se requiere de mayor o menor adelanto. Como en motores modernos el avance es controlado electrónicamente, a ésto se lo llama remapeo de la electrónica. Consiste esencialmente en optimizar el momento de ignición e inicio de la inyección, y duración de la misma.
9.5 ¿Cuál es el prin cip io d e func ion amien to d e un típic o sen so r de pres ión?
9.6 ¿Cuál es el prin cipio de fun cion amiento de un típico senso r de temp eratura?
Sensor tipo PTC y tipo NTC: coeficiente de temperatura positivo y negativo, respectivamente. En el 1ro, aumenta su resistencia al aumentar la temperatura, en el 2do disminuye. Se mide la resistencia y con ello se deduce la temperatura. 9.7 ¿Cuáles son lo s ins trum entos p rincip ales del panel de control d e un m otor?
Velocidad de rotación, presión de aceite lubricante, temperatura de refrigerante, , voltaje de carga del alternador, luz indicadora de fallas (MIL: malfunctionindicator light). En motores industriales, se miden presiones y temperaturas en varios puntos del circuito, además se mide y exhibe latemperatura del aceite lubricante, presión del aire de carga, indicador de obturamiento del filtro de aire, entre otros. 9.8 ¿Quéven tajas podría tener la “luz de alerta o emergencia” (ej. “luz para bobos” o “dummy light” vs. indicador analógico de temperatura y presión en el tablero?
Tiene un rango de actuación: es decir, se enciende antes de que el motor en realidad haya recalentado, para que el operario o conductor pueda tomar medida correctiva. El gradiente de temperatura tiene una cierta inercia o retardo para recuperar valores normales luego de apagado del motor. 9.9 ¿Quéfallas típic as p uede tener el s istem a elé ctr ico -electrónic o y de i ns tru men tación y cu ál es un p lan de pre-diagnóstico y m antenimient o?
9.10 ¿A qu éllam amo s in terferenc ia electro m agné tica d entro del ámb ito d e un m oto r y cómo se evita?
9.11 ¿Ventajas y desv entajas de acelerador co mand ado electrónicamente?
Sistemas avanzados de control pueden “tomar control” del vehículo ante la inminencia de un vuelco o choque por velocidad excesiva, y limitar la cantidad de combustible entregada al motor, aunque el conductor esté pisando a fondo el acelerador. Es decir, cortan el motor ante emergencias. En caso de malfuncionamiento, el motor no responde a pesar de la solicitud del conductor. 9.12 ¿Función del sensor “Knock” o sensor de detonación ? Actúa como una especie de “micrófono”, amplificando vibraciones excesivas que ocurren
cuando el combustible está detonando, y envía la señal a la ECU para que atrase el inicio del encendido y/o la inyección. ELECTRICO cuidados con la batería tensor correa alternador? correa multifuncion verificación antes de cambiar la batería Mantenimiento de motor de arranque y alternador (bujes grafitados? rulemanes?) Caja de fusibles ---- caja de relais Diagrama de conexiones--Diagrama pin-out tensión de carga..... Tuneado de motores (esmerilado a mano del manifold) ECUS Piggy back y stand-alone....
10] SOBREALIMENTACION Y POSENFRIADO 32) Sobrealimentadores mecánicos. Compresor o soplador “Roots” de 2 y 3 lóbulos, compresor de doble tornillo tipo “Lysholm”
33) Turbosobrealimentadores 34) Sobrealimentadores tipo “Comprex” 35) Sobrealimentación geométrica: variación de la longitud de los tubos del colector de admisión
36) Sobrebarrido de gases de escape geométrico: aprovechando rebote de ondas de presión en el colector de escape (por onda sónica o por medio de la geometría del colectores). 37) Combinación de sobrealimentadores mecánicos y turbocompresores en el mismo motor, o de turbos múltiples de igual o distinto tamaño, en configuración serial o paralela (motores bi-turbo) 38) Anti-lagsystem (ALS)
Preguntas de repaso:
10.1 ¿Porquése s obrealim enta un mo tor?
Para extraer mayor potencia 10.2 ¿Cuáles so n 4 form as de so brealimentación d e un m otor?
La sobrealimentación se realiza por medio de la compresión del aire 1rio: 1) compresor centrífugo accionado por turbina centrífuga impulsada x gases de escape (turbocompresor), 2) compresor Lysholm accionado mecánicamente desde el cigüeñal, 3) compresión por ondas de presión tipo “Comprex” accionado mecánicamente, 4) compresión/expansión por ondas de
presión en el manifold de admisión y/o de escape, que es una forma de llamada sobrealimentación lograda por medio de una adecuada geometría del motor. En el caso de modificar el manifold de escape, más bien se tiene un caso de una “sobreexpulsión” de gases
quemados, antes que una sobrealimentación. Pero el resultado final es similar: al aumentar ev (eficiencia volumétrica *) y/o disminuir fd, (factor de dilución *), aumenta la potencia del motor. * ver capítulo de sistema de distribución 10.3 ¿Quérang o d e pot enci a se pu ede aum entar c on so brealim entaci ón, y cu ánto m ás con po s-enfriado?
10.4 ¿Cuál es la diferen cia entr e sob realim entac ión mec ánic a y turb oc om pres ión, ventajas y desventajas de cada una?
10.5 ¿Quédesafíos se d eben venc er en el co nc epto de d iseñ o d e un tur bo co mp reso r?
Los altos regímenes de rotación, altas temperaturas en un mismo eje en extremos opuestos (lado turbina a temperaturas mucho más elevadas que lado compresor), huelgos y tolerancias muy ajustadas. 10.6 ¿En qu éco ns iste la s ob realim entac ión geo m é tric a o x on das d e presi ón?
10.7 ¿En qué consiste la sobrealimentación “Comprex”, ventajas y desventajas?
pass o “wastegate” 10.8 ¿En qu émo men tos actúa la a apertu ra de la v álvu la de b y -
(posición no rmal cerrada) de un tu rboc om presor y q uépasa si se queda obtu rada en posición normal?
10.9 ¿Porq uéen algun os casos se utiliza más d e un sob realimentador en un mo tor y cu áles so n c aso s t ípi co s?
10.10 ¿Quécuid ados especiales se d eben tener c on la elección del aceite lub ricante en un m otor tu rboc om prim ido y c on su refrigeración y po rqué ?
10.11 ¿Qué es la presión “boost” y en qué orden puede estar?
10.12 ¿Porquéen motores sobrealimentados los tiempo s de expulsión de gases- admis ión de carga fresc a tambié n sir ven p ara increment ar la potenc ia? (nota: co nsid erar sentido de circu lación del lazo de la curva en el diagrama p-v)
10.13 ¿Quévent ajas of rece el tu rbo co mp reso r d e geom etría variab le? TURBO esperar 1-2 minutos antes de parar intercooler sucio con aceite levantado del carter? huelgos axiales y radiales.... rango de velocidades de rotación....
Explicar como influye en el diagrama de un ciclo real la sobrealimentación de un motor. Que beneficios se obtienen con el post enfriado En que consisten los turboalimentadores de geometría variable. Cuales son sus limitaciones? Explicar las formas de sobrealimentar un motor
11] TURBINAS DE COMBUSTIÓN 39) Ciclo Brayton o Joule 40) Clasificación general de las turbinas a. Eólicas, hidráulicas, de vapor, de combustión, de expansión b. De acción vs. de reacción c. De combustión interna vs. combustión externa, ciclo cerrado y abierto. d. Según el combustible y fluido activo: de vapor, de gas o de combustión, de expansión e. De marco o bastidor pesado vs. aeroderivadas
f. g.
Según el ámbito de aplicación: terrestres (estacionarias y móviles), marinas, submarinas, aeroturbinas, aeroespaciales Aeroturbinas: reactores, turbofan, turboprop, estatoreactores, pulsoreactores
Preguntas de repaso:
11.1 ¿Quépro ces os car acterizan al cic lo term od inámi co B rayto n? Compresión isoentrópica (ídem Diésel u Otto) Combustión isobárica (ídem Diésel) Expansión isoentrópica (ídem Diesel u Otto) Barrido de gases isobárico
Ver: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Brayton#Eficiencia 11.2 ¿Cuáles son los tip os d e turbinas s egún d istint os g rupo s de criterio s?
Tenemos por ejemplo los sgtes. tipos:
1) De acuerdo a la forma de los álabes: de acción vs. de reacción 2) De acuerdo al fluido activo (fluido de trabajo que actúa sobre los álabes): de vapor vs. de gas (o de combustión) vs. de expansión sin combustión ni vapor 3) De acuerdo a su estructura: de marco o bastidor pesado vs. alivianadas (aeroderivadas) 4) De acuerdo a su geometría: axiales, centrífugas, de flujo mixto 5) De acuerdo a su ámbito de aplicación: estacionarias para generación termoeléctrica, y móviles o de aplicaciones en transporte: terrestres viales o ferroviarias, marinas, submarinas, aeroturbinas, aeroespaciales 6) De acuerdo al tipo de combustible: sólido (carbón pulverizado), líquido (gasoil, kerosina), gaseoso (GLP, GNC) 7) Tipos de aeroturbinas o
Reactores: aprovechan el chorro o empuje de los gases incandescentes): son comparativamente más potentes, ruidosos, menos eficiencia de propulsión: aplicaciones militares)
o
Turbofan (turboventilador): consisten en un reactor, más un ventilador antes del compresor. Dividen a su flujo en dos: el que pasa x el reactor, más otro periférico por fuera que sirve para refrigerar y silenciar. El ventilador también genera empuje. Son menos potentes, menos ruidosos, mayor eficiencia de propulsión (relacionada a la diferencia entre la velocidad del chorro de gases, y la velocidad de avance del avión). Aplicaciones en aviación comercial.
o
Turbohélice: una hélice pesada (para motores > 1500 HP es movida más eficientemente por un reactor que por un motor a pistón.
o
Estatoreactor: no tienen compresor. Son los llamados “tubos volantes”. Deben arrancar a altas velocidades, x ej. siendo lanzados desde un avión madre o nodriza. El propio avance del jet comprime el aire a ser quemado.
o
Pulsoreactor: no tiene entrada permanentemente abierta para el aire 1rio. Un sistema de válvulas pulsátiles genera un colapso y posterior aumento de presión pulsátil. Fueron usados en bombas volantes contra Londres durante la 2da guerra mundial. Hoy día se usan en aeromodelos, desmalezadoras, etc.
11.3 ¿Cómo se arranca u na turbin a?
Se presuriza el ccto. de aceite por medio de una bomba eléctrica hasta que se logre una cierta presión mínima. Se hace girar la turbina hasta que se alcanza una cierta presión de aire en la etapa de compresión. Luego se inyecta el combustible en las cámaras de combustión y la turbina sube a velocidad de ralentí, que es relativamente alta. 11.4 ¿Cuáles son las sim ilitudes y diferencias, y v entajas y desv entajas de un a turbin a de gas c/r al moto r alternativo ?
11.5 ¿En q uécaso s t ípic amen te se eleg iría un a tur bin a de c om bu stión en lu gar d e un mo tor altern ativo en u na cen tral term oelé ctr ica?
12] RENDIMIENTO DEL MOTOR. POTENCIA, TORQUE, EFICIENCIA, CONSUMO ESPECÍFICO 41) Rendimiento, potencia y torque (par-motor), consumo específico. Curvas de desempeño 42) Ensayos dinamométricos 43) Embrague y reducción/multiplicación de velocidad/reversión de sentido de giro. Transmisiones continuamente variables. 44) Normas aplicables a Motores de Combustión 45) Corrección de Potencia 46) Otros fluidos a bordo 47) Trucaje de motores 48) Selección de un motor para una aplicación dada. Apareamiento con su carga.
Preguntas de repaso:
12.1 ¿Porqué y cómo se sabe que se debe refabricar o rectificar
un moto r,
aproxim adamente en qu émo mento de su v ida útil ocu rre (en km u ho ras)?
Hay que refabricar un motor cuando el costo de mantenerlo operativo sube por encima de un nivel económicamente de interés. Es decir, cuando la potencia que entrega es cada vez menor, la cantidad de combustible y lubricante y costos de mantenimiento son cada vez mayores, el motor humea y contamina mucho. Un motor de vehículo particular que ha sido bien mantenido, con aceite de 1ra calidad, cambios de aceite frecuentes según las recomendaciones del
fabricante, puede llegar al equivalente de los 500.000 km o 30.000 horas (motores estacionarios: “gen-sets”) 12.2 ¿Quéelementos hay q ue m edir cu idados amente al realizar la refabricación de u n motor?
Desgaste de las camisas, bancadas de cigüeñal, asperezas y condición de plano del block y de la culata, asentamientos de válvulas. Hay que utilizar para el motor refabricado una junta culata de mayor espesor (ej. “Muesca” 2 o 3) y casquillos “sobremedida”, proporcionalmente ma yores a los juegos originales, para compensar el material extraído por mecanizado. 12.3 ¿En qué consiste el “juego de reparo” o conjunto de piezas a ser cambiadas o
mantenidas?
Casquillos, aros, pistones standard y camisas (húmedas) (o rectificación y bruñido de camisas secas, cambio x pistones sobremedida), retenes frontal y posterior del cigueñal, junta frente motor, junta carter, junta tapa balancines, árbol del levas (a veces), válvulas, asentamientos, guias y retenes de válvulas, bomba de aceite (o x lo - su reparación). 12.4 ¿Se puede h acer algo p ara sacar mayor potenc ia de un m otor, y q uécon secuenc ias ne g ati vas po dr ía t en er é st o ? Si, se puede. A un motor “atmosférico” o “normalmente aspirado” (es decir, motor no
sobrealimentado), se lo puede “turbinar”, por ejemplo. Pero se debe hacer un estudio cuidadoso, probablemente también sería conveniente cambiar el árbol de levas para no sobresobrealimentarlo (valga la redundancia). O aumentar la capacidad de extracción de calor (cambiar el radiador x otro mayor, o la aumentar relación de velocidades de la bomba de agua cambiando el radio de la polea, etc.). Otras formas de sacar mayor potencia son: -
Utilizando un combustible de mayor potencia calorífica
-
Utilizando un combustible de mayor octanaje o cetanaje (con lo cual aumenta la eficiencia de la combustión).
-
Aumentando la cantidad de combustible por ciclo, para lo cual 1ro hay que aumentar proporcionalmente la cantidad de aire, para no alejarse de una mezcla ideal o estequiométrica.
-
Haciendo que el motor trabaje en regímenes más elevados de revoluciones (ojo, hay un punto a partir del cual la potencia neta vuelve a disminuir, ya que es la diferencia de la potencia “indicada” (o potencia interna a los cilindros) menos la potencia de fricción.
Esta última que la 1ra, pero aumenta a partir de cierto punto con mayor rapidez vs. rpm que la primera. -
Aumentando la relación de compresión
-
Cambiando ciertos elementos que hacen a la eficiencia de la combustión: bujías, bobinas del sistema de encendido, aditivando el combustible, etc.
12.5 ¿Quésig nif ica tru caje de mo tores ?
Modificación del motor original, con objeto ya sea de obtener mayor potencia, o de adecuarlo para poder aceptar repuestos no originales de otras marcas, por la imposibilidad de conseguir éstos en el mercado local. En algunos casos para operarlo en condiciones distintas para las
que fue originalmente planeado (ej. “marinizar” un motor terrestre originalmente para camión,
para usarlo como propulsor de una barcaza o buque-tanque o remolcador pequeño). 12.6 ¿A q uéparámetro s es prop orcio nal la p otenci a de u n m otor? La potencia es proporcional a la “presión media” en los cilindros, que a su vez depende de la
relación de compresión, potencia calorífica del combustible, calidad del combustible (capacidad de provocar combustión ordenada o combustión “normal”, exenta de fenómenos tales como
detonación y pre-encendido, que hacen bajar la eficiencia de la combustión). Por otro lado, la potencia es proporcional a la tasa de variación del volumen por unidad de tiempo, la cual depende de la cilindrada, velocidad de rotación, cantidad de carreras x ciclo (4T o 2T). La cilindrada depende de la cantidad de cilindros, carrera y calibre (diámetro) de los pistones. 12.7 ¿Diferencias entr e potenc ia indic ada y efectiva (o “neta al volante”)? La indicada es aquella “dentro de los cilindros”, proporcional a la presión media y a la variación de volumen x unidad de tiempo. La “neta al volante” (brakepower) es el torque entregado x la
velocidad de rotación. La diferencia es la potencia de fricción, utilizada en mover los “periféricos” del motor: bombas de agua, aceite, combustible, ejes auxiliares de balanceo, árbol
de levas, etc. 12.8 ¿Quées el co ns um o esp ecífico de c om bu stib le?
Masa de combustible consumido por unidad de energía entregada. Se mide por ejemplo en bHP/KW-h. Sus siglas en inglés son bsfc (brakespecific fuel consumption). De entre dos motores, uno de consumo 25 litros/hora de combustible, y otro de consumo 38 lts/hora, y el 1ro de los cuales tiene un consumo específico de 220 g/KW-h y el 2do 190 g/KW-h, el más eficiente es el 2do. La cantidad de combustible se mide en términos másicos para obviar las diferentes densidades típicas de combustibles líquidos. 12.9 ¿Cuál es la relación entre las v eloci dad es d e rotación (rpm ) para las c uales s e tiene el m áxim o tor qu e (N1), mínim o co ns um o espec ífico (N2), y máxim a p oten cia no mi nal (N3)?
Normalmente N1
Existen bancos para medir el torque neto al volante, el cual multiplicado por la velocidad angular nos dá el valor de la potencia neta al volante. Estos bancos consisten en los llamados frenos dinamométricos o simplemente dinamómetros, que sirven para aplicar una carga externa al motor en condiciones de ensayo de laboratorio. Sabiendo la potencia que entrega un motor a una cierta velocidad, medimos su consumo de combustible por unidad de tiempo, y obtenemos el cociente entre ambos: consumo específico de combustible o masa consumida por unidad de energía desarrollada. Con los valores de potencia, torque y consumo específico, construímos las curvas de desempeño o performance del motor. 12.11 ¿Quétipo s de din amóm etros ex isten ?
-
Eléctricos/electromagnéticos (ej. de corrientes parásitas) (los más usados hoy día)
-
Hidráulicos
-
de Fricción Sólida (ej. tipo “Freno Prony” o freno de zapata) (inestables)
-
Aerodinámicos (inestables)
A su vez los dinamómetros también pueden clasificarse en de motor o de chassis. En el 1er caso, se mide la potencia neta de un motor aislado montado en un banco de ensayo en un laboratorio-taller; en el 2do último caso, nos estamos refiriendo a motores montados a bordo de vehículos, donde lo que se pide es la potencia neta que llega a las ruedas (por medio del par de resistencia). Según la metodología de ploteado de la curva torque-rpm tenemos dinamómetros de freno propiamente y dinamómetros de inercia. En el 1er caso se puede construir la curva torque-rpm punto x punto; en el segundo, se calcula el torque midiendo el tiempo que se tarda en llevar de manera uniforme una masa giratoria de magnitud conocida, desde un cierto valor inicial de velocidad angular a un 2do valor mayor. 12.12 ¿Cómo s e elige un m otor para una aplic ación dada y q uédatos son necesarios ?
Se debe conocer la curva de demanda de potencia y par-motor vs. rpm del elemento a ser impulsado por el motor (ej. hélice de remolcador, generador eléctrico, bomba hidráulica de gran porte, etc.), procurando que se intersecte con la curvas de potencia y torque ofertados por el motor, a una velocidad próxima a la de mayor eficiencia. Se debe tomar cuidado de especificar un motor correctamente dimensionado para su carga. Es decir, con potencia ni muy por encima ni por debajo de su carga normal de trabajo, dejando un margen por desconocimiento de los valores reales de la carga, o variaciones de ésta durante la vida esperada del motor. Tener en cuenta valores de potencia máxima contínua vs. potencia máxima intermitente. Esta última puede ser permitida en algunas configuraciones, por tiempos limitados por vez, hasta cierta cantidad de veces dentro de un periodo de 24 horas, para no sobrepasar los límites del sistema de refrigeración y lubricación. 12.13 ¿Porqu ése debe verificar la co rrección de po tencia nom inal de un mo tor (ej. Norm a ISO3046)?
Dependiendo de las condiciones atmosféricas en el sitio de operación, pudiera ser necesario corregir los valores de potencia nominal entregada por el motor en su volante de inercia. Esta reducción pudiera no ser nada despreciable, y debe ser verificada para que el motor no quede sub-dimensionado. Ejemplo: motor operando en Chaco Central con temperaturas de 38-40ºC. Existen normas que establecen claramente cómo debe ser realizada la corrección de potencia en motores mono y poli-combustible. Ej. ISO 3046. 12.14 ¿Porqu ése deben utilizar un embragu e y caja de v elocidades en la tom a de fuerza de un m otor y quétipo s existen?
El motor debe poder ser desconectado de su carga, por medio de un acoplamiento axial desacoplable denominado embrague. Esto permite por ejemplo tener el motor en funcionamiento sin tener que apagarlo en momentos en que no se desea operar la carga. Tambien permite desacoplar el motor para poder accionar la caja de transmisión.
En algunos barcos antiguos, no se tenía embrague. Eso significaba que al arrancar el motor, el barco ya salía navegando. De modo que los barcos grandes debían ser maniobrados y puestos con la proa en dirección deseada, antes de arrancarlo. A continuación del motor se utiliza normalmente una caja reductora/reversora. En algunos motores antiguos marinos, no se tenían cajas reductoras pero no reversoras. Por lo que para poder dar “marcha atrás” los barcos, se debía parar el motor y volver a arrancarlo en sentido de
giro inverso. Esto era posible en éste tipo de motores por medio de un árbol de levas corredizo axialmente y con un 2do juego de levas, que convertían momentáneamente a la válvula de admisión en válvula de escape y viceversa. Dado que el tiempo durante el cual se operaba el barco en marcha invertida era limitado, probablemente no había demasiados problemas en tener una eficiencia volumétrica reducida, al tener la válvula de escape de mayor tamaño que la de admisión. O seguramente en algunos de éstos motores, ambas válvulas eran de igual tamaño. Sistemas con transmisión continuamente variable: de la misma manera que las válvulas continuamente variables ofrecen un acercamiento a las condiciones óptimas de llenado y vaciado de los cilindros, para una determinada condición de velocidad y carga (captada por el sensor rpm y de vacío en el múltiple de admisión), así también una transmisión continuamente variable ofrece valores contínuos y no discretos entre un mínimo y un máximo. De ésta manera, se logra un mejor apareamiento entre un motor en particular y su carga, en una amplia gama de opciones de velocidad y toma de fuerza. 12.15 ¿Quéventajas ofrecen los s istemas d e
variación contínua de relación de
transm isión (CVT – continou sly variable transm ission)?
Dentro del rango ofrecido por un valor mínimo y otro valor máximo, ofrecen un contínuo donde el valor instantáneo es teóricamente el valor óptimo. 12.16 ¿Porquéel mism o blo ck y tapa (o conju nto d e tapas individu ales) de cilindro s puede en algunos casos dar como resultado motores d e distinta configuración y po tenc ia, según las nec esid ades, y cómo se h ace é sto ?
Depende de la programación de la bomba inyectora de combustible, que a su vez depende de la aplicación deseada para el motor: fuerza o velocidad, o un compromiso entre ambos.
POTENCIA cambio de bujías, combustible, cepillado tapa, cambio pistones, camisas, mayor veloc. bomba de agua, radiador mas grande, arbol de levas, turbo, chip de potencia, etc.
13] OTROS TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTION Y CONSTRUCCIONES ESPECIALES. TENDENCIAS 49) Otros ciclos. Motores modernos y tendencias. Plantas propulsoras híbridas, motores experimentales, tendencias. Revisión periódica de tecnología anteriormente obsoleta ante nuevos descubrimientos. 50) Motores HCCI
51) Motores de geometría modificada: pistones desplazados 52) Motores con pistones tronco-cónicos y oval ados 53) Motores rotativos: Gnome, Wankel, Renault, Antonio Sánchez, Round engine, Quasiturbina
Preguntas de repaso:
13.1 ¿Porqu éalguno s mo tores tienen pisto nes ovalado s y/o tronc o-cónico s?
La temperatura en la corona (parte alta) de los pistones es mayor que en su parte inferior. Por eso, algunos pistones se fabrican con forma geométrica tronco-cónica, de modo a que la corona tenga menor diámetro que su parte baja, y que al alcanzar la temperatura de trabajo, el pistón sea lo más próximo posible a un cilindro perfecto. Con esto, se logra un mejor ajuste, menos pérdidas y menos ruido.Es decir, su forma tronco-cónica sirve para compensar el Δtemperatura entre su cabeza y parte inferior.
Por otr o lado, los pistones también tienen “faldas”, que son las dos extensiones laterales hacia abajo, simétricas o diametralmente opuestas (imagen espejo la una de la otra), y que son encargadas de guiar al pistón en su carrera descendente y ascendente. La forma ovalada la tienen para compensar la mayor cantidad de material que los pistones tienen en la zona de faldas para disipación de calor, y por tanto su mayor dilatación en ésas zonas. Es decir, con ésta forma tronco-cónica y ovalada del pistón se logra una contra-dimensión a temperatura ambiente, de tal manera a lograr que el pistón sea perfectamente circular y cilíndrico a temperatura de trabajo, con ello reduciendo huelgos, fugas, desgaste, ruido. Un pistón que no tenga éstas formas iniciales, quedará con la cabeza más dilatada que su base (tronco-cono invertido), y con forma oval en la dimensión diametral correspondiente a las faldas. Por lo tanto se lo deforma en dirección opuesta intencionalmente. 13.2 ¿Quéson los mo tores de pis tones desplazados (moto res de geom etría mo dificada) y q ue se b us ca co n é st a c arac teríst ic a?
13.3 ¿Cuáles son alguno s ejemplo s de m otores rotativo s?
Wankel, Renault, Rotamax, Antonio Sánchez, Radmax, Round Engine, Ridalpa, Gnome Rotary, etc.La mayoría se encuentra aún en etapa experimental, a la espera de fondos para I+D con la esperanza de poder solucionar todos los desafíos que encuentran para llevarlos a niveles comercialmente rentables. El Wankel encontró aplicación práctica en vehículos Mazda. El atractivo de los motores rotativos es que no tienen las fuerzas de inercia de los motores alternativos. El movimiento se genera ya en la forma que será utilizado, que es en forma de energía cinética de rotación. Son en general más livianos, tienen mayor potencia específica, tienen menos partes móviles, no tienen válvulas (el propio rotor descubre y vuelve a cubrir lumbreras en su alojamiento o caja, actuando así como cierre de las entradas y salidas). Pero tienen en general problemas con la vedación o sellado de la cámara de combustión, y por ello son más consumidores y contaminantes. 13.4 ¿Quéso n las plan tas pr op uls oras h íbr idas y c ómo fu nc ion an?
Combinan las mejores características de un tipo de motor (ej. Eléctrico CC devanado serie: alto par a bajas revoluciones) con otro (ej. Motor de combustión, par alto a medianas o altas revoluciones), para lograr una sinergia entre ambos. Cualquier máquina que tenga más de una fuente de energía es en teoría una máquina híbrida. Ej. Bicicleta con asistencia de motor CC para subidas (tracción “a sangre” + energía eléctrica). El ejemplo más concreto hoy día usado
en muchos vehículos es el de una o más máquinas eléctricas (pueden ser usadas como motor o como generador), con un motor de combustión de Ciclo Otto o de Ciclo Atkinson (Otto modificado, con cierre excesivamente tardío de las válvulas de admisión). Con ésta configuración, se pueden tener 2 motores más pequeños, de lo que hubiera sido si se tuviera solamente un motor eléctrico o solamente un motor de combustión. Es en pocas palabras una solución de optimización. Están los llamados híbridos “suaves”, donde por ejemplo el motor
eléctrico es pequeño, apenas más grande que un motor de arranque, y asiste al térmico por ejemplo solamente en las salidas desde el reposo. Hibridos “fuertes” tienen ambos motores con potencias en el mismo rango. Luego en el otro extremo están los eléctricos puros, o con un motor de combustión pequeño. Existen híbridos seriales, paralelos y mixtos o serie-paralelo, según que uno solo o ambos motores puedan mover directamente el tren propulsor de fuerza. Por ejemplo, en un híbrido serial, el motor de combustión solamente puede mover un generador, y la energía que éste produce energiza un motor eléctrico que impulsa el tren motriz. El motor de combustión no puede mover el tren impulsor directamente. En híbridos paralelos, ambos motores pueden hacerlo. En híbridos mixtos, se tiene uno o dos trenes de engranajes epicicloidales (planetasatélite), que permite una mayor cantidad de variantes, donde el flujo de potencia además de ir al tren motriz (las ruedas propulsoras en el caso de un vehículo), puede ir del motor eléctrico al térmico para actuar como motor de arranque, o del térmico al eléctrico para usarlo como generador, etc. Un factor muy importante que hizo que los híbridos comenzaran a ser comercialmente rentables, es el perfeccionamiento del frenado regenerativo, por medio del cual se cargan las baterías que operan al motor eléctrico, durante frenadas graduales. Los 2ro híbridos mixtos fueron el Toyota Prius de 1ra generación y el Honda Insight. Hoy día (2013), ya prácticamente todas las marcas líderes tienen sus propios modelos de híbridos. Pueden costar x ej. 3.000-5.000 U$D más que los convencionales, para un mismo rango de potencias, y tienen el desafío de que sus baterías deben reponerse luego de un cierto tiempo (ej. Dos años). Pero tienen tanto costos operativos como emisiones atmosféricas muy bajas. Algunos no llevan rueda de repuesto, debido al gran espacio ocupado bajo el auto por las baterías. Para sacarles el máximo provecho, hay que saber manejarlos como un conductor “ecológico”: no realizar aceleraciones bruscas innecesarias, usar uerza de gravedad e impulso
cada vez que sea posible (ej. dejar de acelerar tanto pronto se vé que la luz del semáforo se torna amarilla, etc.), planificar los recorridos para optimizarlos, etc. Normalmente el vehículo arranca solamente con el motor eléctrico, que es el encargado de “sacar” al auto del semáforo o de su condición de reposo (el motor eléctrico tiene alto par de salida, a bajas rpm; lo contrario del térmico, que tiene una franja de operación eficiente a medias y altas rpm). Luego, a unos 35- 40 km/h se “enciende” el térmico sin intervención del conductor, y así continúan ambos en paralelo-mixto hasta unos 50-60 km/h, a partir de cuya velocidad se apaga el eléctrico (siempre sin intervención del conductor). El eléctrico puede luego volver a encenderse en carretera ante situaciones de aceleraciones fuertes, (x . a pasar a otro vehículo) para dar un margen de potencia adicional necesaria.
En ciudad (tránsito lento urbano con tráfico pesado), se busca que solamente funcione el eléctrico. El térmico sólo se enciende cuando el SOC (“Estado De Carga” de la batería, x sus
siglas en inglés) indica que la batería está llegando a menos de un 20 o 30% de su carga total (x ejemplo). En éstos casos el térmico se enciende pero no para propulsar las ruedas (sería muy ineficiente al hacer esto, debido a las bajas velocidades y marchas o cambios), sino exclusivamente para cargar la batería, a velocidad y cargas óptimas (cercanas a las de su punto de máxima eficiencia), y luego vuelve a apagarse. Los híbridos originales tenían solamente dos fuentes de energía: la gasolina (o diesel), y la proveniente de frenado regenerativo, ej. luego de bajadas. Ahora existen tambien los híbridos “enchufables” (“Plug -in” en inglés), que permiten tomar
energía del SIN por las noches o cuando el conductor está trabajando en su oficina, hace una parada para almorzar en ruta, etc. Estos extienden la autonomía del vehículo (alcance máximo de viaje con tanque lleno). Los híbridos son posibles gracias a la electrónica a bordo, que permite gerenciar óptimamente en qué momento se enciende uno u otro motor, y en qué momentos operan juntos. Grandes desafíos en el diseño de mejores vehículos eléctricos e híbridos son la ubicación de las baterias (peligrosas ante una colisión frontal x su alto peso), la eficiencia y tecnología de las mismas, su disposición final ecológica, mejores y más eficientes y más pequeños motores de combustión, tiempo de recarga (o de reemplazo completo) de las baterías, limitación de su auto-descarga, etc. 13.5 ¿Quéson los K its d e mod ificacion es? (ej. Kit d e conv ersión Otto Flex, Otto Gas, Kit diesel fum igado a gas GNV, GNC, GLP (LPG)
13.6 ¿Cuáles son alguno s ejemplo s de o tros m oto res experimentales?
Motor de aire comprimido (MDI), motor a CO2 (como gas residual de industrias, liberado a relativas altas presiones), motor Quasiturbina, etc.
14] GESTION DE LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 54) Costos de operación y mantenimiento de una flota. 55) Plan de mantenimiento correctivo, preventivo, programado, por co ndición o estado 56) Diagnóstico de fallas (troubleshooting) h. Fallas prematuras y ciclo de vida típico de una máquina i. Escaneo y reseteo de la electrónica a bordo (“Scanner”) j. Bases de datos del fabricante k. Tester automotriz l. Osciloscopio para análisis de la Inyección m. Analizador del encendido electrónico n. Técnicas no invasivas o. Verificación del diagnóstico p. Re-entradas 57) Talleres privados y stock óptimo de repuestos
58) 59) 60) 61)
Relación costo-beneficio del taller Biblioteca técnica Capacitación del personal operario y de mantenimiento Oportunidades de mejora del diseño original
Preguntas de repaso:
14.1 ¿Cuáles so n lo s ru bro s típic os d e inver sión d e capital, co sto s de o peración y mantenimiento de un moto r de comb ustión?
Suponiendo un motor para generación termoeléctrica o navegación fluvial (a diferencia de un motor a bordo de un rodado, aquellos deben ser montados “de cero”):
-
Inversión inicial en asesoramiento para la compradel motor ideal para una carga dada. Asesoramiento en montaje.
-
Compra del motor. Costos de montaje (ej. fundaciones, soportes antivibración, nivelación, sistemas de escape y refrigeración externa, puentes-grúa para facilitar extracción de piezas para mantenimiento y reparaciones). Inversión en entrenamiento del personal y puesta en marcha.
-
Operación y mantenimiento normal: combustible, lubricantes, filtros, otros fluidos. Costo del personal.
-
Mantenimiento especial y reparaciones extendidas: Juegos de juntas, retenes, sellos, empaquetaduras. Correas. Adhesivos anaeróbicos para las juntas. Discos de embrague para el acoplamiento a la caja reductora de velocidades. Soportes del motor. Limpieza del radiador. Trabajos 3rizados: limpieza y recalibración de bomba inyectora y toberas o picos inyectores. Rectificaciones. Soldaduras. Recambio de arandelas de vedación y tapones roscados. Mano de obra especializada.
14.2 ¿Qué es y para qué sirve un “Scanner”?
El scanner consiste en una computadora externa portátil que se comunica con la computadora que controla el motor (ECU: engine control unit), para determinar si hay desviaciones con respecto a los parámetros de fábrica o si se han almacenado los llamados “c ódigos de falla de diagnóstico” (DTC: DiagnosticTroubleCode). La comunicación se realiza por medio de la toma
de diagnóstico del motor, que en caso de un vehículo generalmente se encuentra debajo del tablero del lado del conductor, o en la guantera, bajo el capot, etc.Hoy x hoy generalmente se trata de una toma llamada OBD2 de 16 pines (“on -boarddiagnostic). Los hay multimarca, multi-idioma, y específicos para cada marca, procedencia y modelo. Por ejemplo, algunas marcas distinguen entre los modelos para uso en país de origen, de sus modelos para el mercado norteamericano, europeo, etc. En algunos casos hasta llevan nombres distintos, pero esencialmente son el mismo modelo de carrocería y motor, con variaciones mínimas. Algunos scanners tienen incorporada la función tester, como así también función osciloscopio para visualización del voltaje de exitación de las bobinas de los inyectores, y función analizador del sistema de encendido electrónico. 14.3 ¿Cómo se sabe que se necesita usar un “Scanner”?
Parpaeda la luz MIL del tablero (malfunctionindicatorlamp), generalmente de color amarillo y con forma de motor. 14.4 ¿Tengo algu na opc ión para realizar un pre-diagnóstico de la electrónica a bord o en caso de no tener un “Scanner”?
Puenteando (uniendo) 2 pines específicos de la toma OBD2, y poniendo la llave en contacto, empieza a parpadear la luz MIL en forma intermitente, en patrones repetitivos. Por ejemplo, 3 parpadeos cortos seguidos de 1 corta pausa, 1 parpadeo corto, una pausa de duración intermedia, 2 cortos, pausa corta, 4 cortos, pausa larga, y luego nuevamente se inicia el patrón, corresponden a las fallas identificadas con los números 31 y 24 respectivamente. Se harán tantos parpadeos de luces como códigos de fallas corresponda identificar por medio del tablero. Sabiendo los números, hay que entrar a la base de datos del fabricante (o buscar en blogs en internet) “DTC 31” ---y “DTC 24” o códigos de falla 31, 24, para saber a qué corresponden. El número 0 se identifica con 10 parpadeos. 14.5 ¿Puede u n t ester automotriz sustituir un “scanner”?
Un técnico experimentado trabaja en un diagnóstico normalmente usando un buen scanner,combinándolo con un buentester automotriz. El scanner ahorra tiempo en la mayoría de los casos, pero no siempre es imprescindible, y casi siempre debe usarse en combinación con un tester. En cualquier caso, un scanner moderno debe también tener función tester. En caso de no disponerse de scanner, es aún más importante contar con la base de datos del fabricante, para poder determinar si los valores medidos de voltajes, corrientes, resistencia, temperaturas, etc. con el tester, corresponden a los valores ideales. En éste caso deberá usarse el tester circuito x circuito, sensor x sensor, actuador x actuador. 14.6 ¿Cómo se determ ina la cantidad óptim a de repuestos para emergencias en el taller mecánico prop io de un a empresa de transp orte? Curva de costos totales con forma de “bañera” (tiene un mínimo local que corresponde a la
cantidad más conveniente de repuestos en stock) = Suma de curva costos financieros por capital paradao (crecientes) vs. Cantidad de repuestos en stock + curva de costos (decrecientes) por pérdida de producción por paradas imprevistas vs. Cantidad de repuestos en stock 14.7 ¿Porquéla prob abilidad de falla en máquin as y mo tores es g eneralmente m ayor al inic io (para mo tor es y máqu inas relati vam ente nu evas ), de m anera análog a que para máquin as con alto kilom etraje u horas?
En general, con las máquinas al comienzo se pueden tener las llamadas “fallas infantiles”, debidas al alto rozamiento entre piezas que aún no se han desgastado mutuamente, o que no se han “desarrollado” o asentado entre sí, y además por existir dentro de la máquina o motor
piezas con defectos de fabricación que pudieron haber sidos pasados x alto en el control de calidad (ej. Fisuras internas, burbujas de aire en zonas de alto esfuerzo en objetos producidos x fundición, etc.). A las pocas horas o semanas de uso, éstas piezas fallan, y se las repone. Por ello la probabilidad de falla de una máquina nueva es mayor, pero decreciente vs. Tiempo (etapa 1). Luego la maquina se “asienta” y la probabilidad de que ocurra su falla es aleatoria pero constante durante ”X” tiempo, años o meses (etapa 2).
Luego viene la etapa 3, donde se llega a un punto de inflexión, a partir del cual la probabilidad de falla vuelve a crecer vs. Tiempo. 14.8 ¿Cuáles so n v entajas y d esventajas d e mantenim iento c orrectiv o, preventivo , programado, predictivo, x con dición?
A la larga, los costos del mantenimiento preventivo es menor. El mantenimiento correctivo o reactivo es cómodo, en el sentido de que no se requiere hacer ninguna inversión recurrente, sino solamente cuando se rompe una pieza. Un problema es que si se espera hasta la fractura
o falla final de la pieza (con el ánimo de utilizarla “hasta lo último de su vida útil”), y esta falla ocurre con el motor o máquina en funcionamiento, puede ocasionar otras roturas en elementos vecinales.Las formas de mantenimiento programado, predictivo y x condición son variantes dentro de la nomenclatura general de mantenimiento preventivo o proactivo. Una máquina a la cual se aplique la filosofía de mantenimiento correctivo, puede funcionar quizá durante meses enteros sin problemas, pero repentinamente tener roturas cuya reparación sobrepase las erogaciones que hubiera representado hacerle limpieza y revisiones periódicas, incluyendo recambio de piezas que ya en forma visual o por medio de otras técnicas (ej. Ruido, análisis acustico y de vibraciones, deformaciones, termografía, estadísticas), se estaba viendo que estaban próximas al fin de su vida útil. Esto exige un costo permanente de paradas especiales, revisiones por medio de equipos y personal especialmente capacitado, pero a la larga es menos costoso que el mantenimiento correctiv o. Si uno espera hasta que la máquina “se caiga” del todo, o ya no pueda más ser operada, el grado de fallos y de reparaciones necesarias podría ser mucho mayor que si se la venía “mimando” y atendiendo de cerca, en forma
anticipativa. 14.9 ¿Ventajas y desv entajas de tener un taller pro pio o tercerizar los trabajos, en un a empresa q ue tenga un a flota relativamente grand e de vehículo s o parque d e mot ores de combustión?
Hasta los grandes talleres tercerizan ciertos trabajos muy especiales: calibración de bombas inyectoras, mantenimiento y reparación de cajas de dirección hidráulicas, cajas de transmisión automáticas, reparación de motor, etc. Normalmente para empresas que consumen grandes cantidades de combustible, filtros y lubricantes debido a que tienen una flota de cantidad significativa de vehículos, es conveniente tener su propio taller interno para “mecánica ligera” (cambios de lubricantes y otros fluidos,
cambios de repuestos con alto nivel de desgaste tales como filtros, pastillas o zapatas de freno, disco de embrague, bujes, rótulas, muñequines y amortiguadores de la suspensión, juntas, correas). En éstos talleres se “baja” el motor, caja, diferencial, alternador, motor eléctrico de
arranque, etc. Y se lo lleva a un taller externo, con el cual la firma ya tiene experiencia y confianza. Una opción es que la empresa provea de los repuestos de su marca y precio de preferencia al taller, en base a las “muestras” usadas y con problemas que éste habrá sacad o del vehículo. Debido a que nuestro parque automotor es en promedio antiguo, y hay una gran cantidad y variedad de marcas, modelos, repuestos paralelos o copias (imitaciones) de los repuestos originales (éstos últimos denominados repuestos OEM – original equipmentmanufacturer), es recomendable siempre hacer las compras “con muestra en mano”.
14.10 ¿Cuidado s básico s a la hora de op erar un taller de mantenim iento de m otor es?
Algunos cuidados básicos serían: - Dimensionamiento del taller en términos del tamaño y complejidad de la flota que se pretende atender - Espacio e instalaciones adecuadas y suficientes: ej. Fosas, elevadores, rampas de inspección, zona de tránsito y circulación, aparcamiento pre- y pos-entrada, zona de lavado pre-desarme de chassis y motores, compresor de aire para limpieza y lavado, equipos de seguridad: extintores, baldes con arena, etc.
- RRHH capacitados, actualizados, vestimenta de seguridad industrial adecuada; - Información técnica actualizada: bases de datos, especificaciones técnicas, manuales de los motores. - Herramientas y equipos idóneos (“scanner”, osciloscopios, juegos de llaves tanto “tubo” como planas “mixtas” (anillo -boca), tanto hexagonal como dodecagonal (“estrellita” o anillo), llaves “allen”, “torx”, juego de p inzas punta chata, punta fina, cierre y apertura, juego de destornilladores, herramientas para engrase y transvase de aceite usado y nuevo, esmeriladoras, taladros, pistolas neumáticas, barretines, etc.) - Clara definición de los límites de responsabilidades, y del alcance pretendido con el taller: qué tareas se van a encarar y cuáles se van a tercerizar con conocimiento del cliente o directamente rechazar o derivar. 14.11¿Cuál s ería un típic o m anten im iento pre -almacen aje a s er realizado a un m oto r q ue qu edaráalmac enado po r un cierto tiem po sin ser arran cad o y p orq ué ?
- Por ejemplo, en el caso de motores diesel industriales o marinos, hacerlo funcionar durante tiempo limitado con lubricante a base de mezcla de aceite-gasoil, retirar todo el combustible del tanque, dejarlo enfriar y taparlo para protegerlo del polvo, poniendo un cartel sobre el motor “fuera de servicio: último arranque: fecha________”
- En cualquiera de los casos, seguir siempre al pie de la letra las recomendaciones del fabricante 14.12 ¿Cuáles son típicas etapas (en términos genéricos) por las que una máquina o motor pasa desde una falla repentina hasta su nueva puesta en marcha?
- (a veces) manifestación tempranera de la falla (“aviso”) , por medio de síntomas internos (pérdida sutil de potencia) o externos (pérdida de lubricante, ruidos anormales) - agravamiento de los síntomas - evento falla - pérdidas por parada (tiempo para enfriado del motor o máquina y limpieza del mismo) - pre-diagnóstico: implica desarmes progresivos, en base a las sospechas que se tenga sobre el origen de la falla - confirmación de la causa y los posibles daños colaterales, confección de informe de diagnóstico - confección de lista de repuestos y tareas - pedido de las piezas (Orden de Compra) - compra o fabricación de los repuestos - instalación - precalentamiento y pruebas - nueva puesta en marcha en forma tentativa o experimental - seguimiento, mediciones de ruidos y desempeño - cierre del expediente, luego de un cierto tiempo sin repetición de la falla
14.13 ¿A qué se podría deber que un motor/vehículo no tenga reacción alguna con la llave en contacto y en posición de arranque?
Batería descargada o desconectada, problemas en la caja fusiblera. 14.14 ¿Qué se debe hacer si las luces testigo se debilitan y el motor de arranque gira muy despacio? Revisar nivel y estado electrolito, y recargar batería en modo “lento”. 14.15 ¿Qué hacer si el motor arranca con dificultad luego de un lavado o con tiempo húmedo?
Reapretar bornes, secar motor con aire comprimido. 14.16 ¿A qué se podría deber que un motor arranque con dificultad respectivamente, cuando está frío, caliente o tibio (en rango medio de temperaturas)?
Podría ser sensor de temperatura defectuoso, que indica a la ECU una falsa lectura cuando el motor está tibio (como que el motor está a temperatura excesiva, por ello la ECU impide que el motor arranque). 14.17 ¿Qué pasa cuando el motor “dá explosiones” pero no arranca, o arranca con dificultad en frío?
Podrían ser varias las causas. Ej. bujías de pre-calentamiento defectuosas. Batería desgastada, que hace que no vire a suficiente velocidad el motor de arranque. 14.18 ¿A qué se debe que el motor arranque pero vibre excesivamente (especialmente en un cierto rango de revoluciones)?
Uno o más cilindros no están disparando, y/o soporte de motor con fisuras. 14.19 ¿Qué pasa cuando hay burbujas en el vaso de expansión del Ccto. de Refrigeración?
Posible rotura de la junta de culata, que ocasiona entrada de gases de combustión al ccto. de refrigeración. 14.20 ¿Qué hacer si el motor lanza humo blanco denso y persistente por el escape?
Asumiendo que no se trata de vapor de agua en un día frío, podría ser combustible crudo, vaporizado: ej. el combustible de un inyector no se está quemando por falta de chispa o por exceso de combustible. 14.21 ¿Qué pasa si hay humo bajo el capot?
Podría ser por pérdida de agua (vapor), fuego inminente por origen eléctrico, etc. 14.22 ¿A qué se podría deber que el testigo de presión de aceite se prenda en curvas o al frenar, o en ralentí, aceleraciones bruscas, tarda en apagarse o permanece encendido luego de arrancar, o luego de acelerar?
Falta de aceite suficiente (en curvas cerradas, aceleraciones y desaceleraciones repentinas la superficie libre de aceite en el carter podría ocasionar que la rejilla de aspiración (chupón) de la bomba no alcance aceite). Tambien podría ser un sensor deficiente.
14.23 ¿Qué se debe hacer si una luz considerada “importante” (ej. Presión de aceite, temperatura motor) no se enciende cuando se dá contacto?
En ése caso (ya sea por foquito y/o fusible quemado), el conductor debe recordar que él/ella estarán navegando “a ciegas”, y que no podrán contar con dicha luz de aviso ante una
inminente falla de lubricación o temperatura en el motor. Por lo tanto deberá ser doblemente cuidadoso, o mejor inclusive, no poner en marcha el motor hasta tanto no haya solucionado la situación. Existe un kit de seguridad (“vigía”) que se encarga de apagar automáticamente el motor ante sobre-temperaturas o sub-presiones, sin intervención del operador. Es una excelente idea instalarlo, especialmente en motores de grandes responsabilidades y costos de reparación. Consiste en un solenoide actuado por los sensores de presión o temperatura. 14.24 ¿Qué podría estar pasando si al motor pareciera como que le alta potencia, ya sea en forma contínua o solamente en forma repentina, en ciertas y muy específicas condiciones de trabajo (ej. al acelerar al fondo o en carretera, pasado de un cierto valor de rpm)?
Una posible causa podría ser que el tubo de aspiración de aire esté colapsando a caudales elevados, por no tener refuerzos de malla metálica o haberse fatigado los mismos. Tambien por eentrada o fuga de aire falso, por estar las abrazaderas y terminales flojas. 14.25 ¿A qué se debe que el ralentí sea muy inestable (velocidad variable) o que el motor se “cale” (stall) (se apaga de pronto)?
Sensor de rpm defectuoso. Bujías sucias. Presión variable del combustible. 14.26 ¿Además de falta de suficiente cantidad de líquido refrigerante, a qué otra causas podría deberse un sobre-calentamiento de un motor, y cómo podría detectarse con antelación?
Bomba de agua no gira a la vel2ocidad suficiente, por correa destensada o patinando por contaminación con aceite. Perdidas internas en la bomba (recirculaciones internas indeseables de la cámara de alta presión a la cámara de admisión de fluido a baja presión, en lugar de expulsión por el ducto de salida de líquido presurizado). Tambien podría haber una avería inminente de la junta de la culata, por medio de la cual los gases de combustión están presurizando el ccto. de refrigerante. 14.27 ¿Qué hacer si el motor lanza humo muy negro o azulado-grisáceo por el escape?
Hay que sospechar combustión con exceso de combustible en el 1er caso, y de aceite lubricante, en el 2do. Por lo tanto, mandar limpiar, cambiar o regular picos y bomba inyectora en caso de humo negro, o rectificar el motor en el 2do y cambiar los aros de los pistones (podría tambien usarse un aditivo del aceite, pero esto tiene efecto muy perjudicial a la larga, pues aumenta el desgaste en arranques en frío, especialmente en invierno, por lo tanto reduce drásticamente la vida residual que hubiera tenido el motor si no se usaba el espesante de aceite). Otras posibles causas de consumo de aceite serían: guía y/o retenes de válvulas averiados. 14.28 ¿Qué es lo 1ro que hay que verificarse si el motor de arranque vira, pero el motor de combustión no arranca?
¿Llega combustible al motor? (¿hay suficiente combustible en el tanque?) ¿Hay chispa? ¿La mezcla A/C es correcta? (¿filtros de aire o combustible tapados?) ¿La presión de combustible es suficiente?
14.29 ¿Qué hacer cuando un motor en funcionamiento emite un repentino ruido fuerte o estruendoso (ej. Metálico) y luego para?
Se podría sospechar que entre otras posibilidades, se ha soltado la correa dentada de sincronización cigüeñal-eje de levas. Si ése fuera el caso, un intento de arranque podría averiar aún más el motor, pues movería ya solamente el cigüeñal, y ya no el árbol del levas. Por lo tanto, si éste hubiera quedado inmovilizado en tal posición que alguna válvula estuviera abierta en toda su carrera, siendo que en tal posición tocal el pistón, al subir éste la doblaría, podría romper el árbol de levas, etc. 14.30 ¿Qué hacer cuando un motor en funcionamiento empieza a emitir un ruido fuerte cíclico?
La pregunta es muy genérica. Tal ruido podría deberse desde el desprendimiento de un anclaje del caño de escape, hasta la rotura de las placas deflectoras de aire del ventilador, de tal modo que toquen las paletas. Hay que procurar sacar un patrón de comportamiento. Siempre ante una avería, es recomendable parar el vehículo o motor, colocarlo en aquél caso en un lugar fuera de peligro del tráfico, y probar si en vacío (sin carga) tambien hace el mismo ruido. Determinar si está ligado al rpm del motor o a la velocidad de avance del vehículo, en cuyo caso podría ser algo relacionado al tren de fuerza y transmisión, ruedas. Ir descartando una x una las posibilidades. Ante la duda, siempre mejor asegurar y consultar con un experto. 14.31 ¿Qué
buenos hábitos podría ser recomendable practicar, cuando se tiene la
necesidad de pedir un presupuesto por reparación de motor a un taller mecánico?
Si el gasto previsto es considerable, tiene sentido pedir 2 o 3 opiniones confiables. En algunos casos, el taller pedirá poder desarmar el elemento para poder estimar un presupuesto. En esos casos, asegurarse de saber cuanto constará la preparación del presupuesto, en caso de que uno no acepte hacer luego los trabajos recomendados. Si uno vá a un 2do y a un 3er taller, normalmente es bueno no “revelar” las conclusiones o hipótesis de probables causas de la falla del taller anterior, para poder comprobar si, ante los mismos síntomas externos, los demás talleres coinciden “a ciegas”, sin tener un pre-diagnóstico anterior.
14.32 ¿Qué cuidados especiales se debe tener al cambiar una batería? Antes de cambiar una batería que aparentemente ha llegado al final de su vida útil, es importante revisar si el alternador está cargando correctamente, en caso contrario revisar la tensión (correcto estirado) de la correa de accionamiento (ej. 5-8 mm deflexión en el punto medio), alineación de la polea, tensión de carga del regulador de voltaje, atención a posibles ruidos extraños que indique problemas en los cojinetes del alternador, patinado de la correa. Si es necesario desmontarlo del motor y hacerle un buen mantenimiento. Una batería que aún tenga vida útil residual, podría no estar dando energía para un arranque debido a: bornes sucios y/o oxidados y/o mal apretados, falta de electrolito (agua tri-destilada) en una o más celdas, o simplemente descarga completa por excesivo tiempo tr anscurrido desde el último arranque, o por haber dejado alguna carga encendida (ej. luces). Se recomienda hacerle una carga lenta previo relleno de agua destilada (no cargar demasiado), luego verificar tensión entre bornes con ccto. abierto (ideal 13,2-13,4 V = aprox. 2,2 V/celda x 6 celdas) y con carga mínima (12,5 – 12, 8), ya montada por el motor y con la llave en contacto. Luego del arranque, volver a confirmar tensión de carga: no debe ser excesiva ni demasiado baja (ideal 13,5-13,8
V). Deberá bajar como máximo a 12,1 con todas las cargas encendidas (AA, luces, radio, etc.). En algunos casos, el voltaje entre bornes podría superar los 12 V (ej. 12,5), pero aún así se podría tener una celda “en corto” o empezando a exhibir problemas (ej. 5 celdas x 2,2 V = 11 V + una celda con apenas 1,5 V del nominal deseado de 2,2 = total 12,5V). Esto solamente se puede verificar con un “densímetro” del electrolito, que esencialmente mide la gravedad específica del mismo. Cuanto mayor ésta, más cargada la batería. Hay que manipular tal elemento con sumo cuidado porque tiene un tubo de vidrio, y además el electrolito es agua destilada con ácido sulfúrico. Por lo que se recomienda dejarlo en un recipiente de tal manera que lo proteja de golpes, y a la vez proteja a las personas del ácido. Ej. Un bidón de aceite, vacío, capacidad 1 galón, cortado en un extremo superior hacia un costado, a modo de elemento portador del densímetro. En los bornes y terminales de cable de la batería también se genera ácido. Se debe mantenerlos limpios y libres de depósitos y óxi do tanto x dentro como x fuera, bien apretados, y protegidos con vaselina o aceite penetrante. Siempre después de tocar los bornes y sus terminales, hay que lavarse inmediatamente con agua tibia y jabón, no dejarlo para después (uno podría inadvertidamente llevarse las manos a los ojos). Si necesario, se deben usar calces para que aprieten bien las terminales, o directamente cambiarlas cuando ya están forzadas o fatigadas, fisuradas.
14.33 ¿Cuáles son algunas buenas prácticas al requerir un diagnóstico a un taller mecánico? Antes de ir al taller por un problema crónico cuyo origen no está aún bien conocido, es recomendable seguir algunas ciertas normas o hábitos. Un problema crónico (ej. ruido molesto fuerte y preocupante, creciente y aleatorio) sería uno que aún no se ha convertido en problema agudo o crítico, o grave y urgente (ej. roturas que hayan motivado la puesta fuera de servicio del motor). En 1er lugar, es recomendable procurar sacar un “patrón” de comportamiento para identificar los factores que coinciden con la apariencia de la falla. Antes de ingresar a un taller, se debe preguntar x las condiciones de trabajo, y el costo de la preparación de un presupuesto, y si éste se dará o no x escrito. En caso de no aceptarse el presupuesto, se deberá normalmente abonar x el tiempo que el taller insumió en la preparación del presupuesto. Algunos talleres no entregarán estimaciones, sin previo desarme. En éstos casos, si uno decide no hacer el trabajo con ellos, recibirá las piezas desarmadas, sopena de pagar por su rearme. Un rearme de un elemento no reparado podría ser una pérdida de tiempo y dinero. Tambien está el peligro de que al recibir el elemento no reparado, ya sea desarmado o armado, falten piezas. Esto por supuesto no sería el caso si se recibiera el elemento “funcionando”. Al llevar a un 2do taller para una 2da opinión o presupuesto, lo ideal es no revelar de antemano el diagnóstico del 1er taller, para no condicionar o sesgar la línea de pensamiento y razonamiento lógido del 2do. Uno como cliente tiene el derecho de escuchar 2 o más opiniones, antes de elegir y encarar un trabajo, sobre todo si éste es costoso. Además, tendrá la opinión experta de varios profesionales, como si fuera una “junta médica”.
14.34 ¿Cuáles serían algunas buenas prácticas para el propietario de un taller mecánico, en el trato con sus clientes, de modo a buscar maximizar el rendimiento y lucro de su negocio? Verificar, corregir o desmentir el pre-diagnóstico al que refiere el conductor, por ejemplo saliendo a dar un paseo en el vehículo con el mismo (en caso de que el vehículo esté en condiciones de movilizarse por medios propios). Tener sumo cuidado al delegar trabajos importantes a aprendices o mecánicos de ex periencia insuficiente para la tarea asignada. Explicitar los “puntos críticos de control”, tanto en desarme como en rearme y ajuste, y estar presente en los mismos. No delegar nunca el diagnóstico. Hablar y consultar con colegas de gran experiencia en casos similares si necesario. Pero por sobre todas las cosas, dejar bien en claro al cliente los límites de las responsabilidades del trabajo del taller, que incluye y que no, de antemano. En toda empresa clásica de servicio, como lo es un taller, el cliente quiere simultáneamente 3 aspectos que no son fáciles de cumplir a la vez: precio reducido, rapidez de los trabajos, garantía y durabilidad de los mismos. Generalmente es más fácil pedir cualesquiera 2 a la vez, pero no los 3 juntos. En muchos talleres pequeños, si el precio es bajo, la calidad no será alta. Si el tiempo de realización es supremamente corto, en relación a la magnitud del trabajo, el precio no será necesariamente bajo, y así sucesivamente. Es una buena práctica informar al conductor / cliente que hay otras complicaciones que podrían surgir, a consecuencia de la 1ra, y que podrían no ser obvias inmediatamente. Por ejemplo, si el conductor toma conciencia de fuertes ruidos en la suspensión, o pérdidas de fluidos, y tarda semanas en hacer una cita y visitar a su mecánico, en ése ínterin podría haberse propagado los efectos de la falla original. Un ejemplo clásico son los guardapolvos de las homocinéticas (acoplamientos motrices a las ruedas, de 2 grados de libertad). Tienen un costo relativamente bajo de reposición. Pero si el conductor tarda días o semanas en percatarse de que están figurados (o peor, se percata enseguida pero tarda en hacer algo al respecto), pueden perder toda la grasa y en ése caso se podría dañar la propia junta homocinética, que ya tiene un costo bastante más alto. Hay casos donde el cliente pide (exige) el precio mínimo y la mínima cantidad de tareas posibles. Sin embargo el jefe de taller tiene como obligación alertarle al cliente de otras piezas que deben ser cambiadas a la brevedad, y de así limitar la garantía x sus trabajos. Ej. al desarmar un motor de arranque y/o alternador, podría ser necesario manosear mangueras y cables resecadas, a punto de fisurarse, que ya requerirían urgente recambio. El buen técnico debe mirar cuidadosamente éstos detalles e informar al dueño. Ante la negación de éste de cambiarlos, los cables y mangueras podrían terminar por averiarse unos días después de la salida del taller, llegandose a lo que se llama una “re -entrada”, en la cual normalmente el cliente está ya un poco nervioso, intolerante y a la defensiva, pues ha estado varios días sin su vehículo, y a los pocos días de sacarlo del taller, lo debe volver a llevar. En caso de que la reentrada esté causada por un trabajo deficiente anterior, el dueño del taller realmente debe atenderla con una prioridad superior, inc lusive por encima de vehículos que han entrado antes. En casos de que la nueva entrada no estuviera relacionada con la entrada anterior, muchas veces le costará comprender al cliente que los trabajos no están relacionados, sino que se trata simplemente de una coincidencia en el tiempo, y que la 2da falla iba a ocurrir de cualquier manera, tarde o temprano, porque se debe a piezas que orillan el fin de su vida útil. En fín, son aspectos de la psicología humana que tambien deben ser tomados en cuenta. La percepción del cliente es la que al final decide si el taller y sus trabajos son buenos o malos. En el caso de una supuesta re-entrada, un cliente puede pre-suponer que
se debe a trabajos mal realizados en la entrada inmediata anterior, o a que en el taller mecánico intencionalmente se saboteó su vehículo para que regresara nuevamente pronto x otro motivo. En cualquiera de los casos, se debe 1ro tranquilizar al cliente y prometerle (y cumplir con esto) que se le dará la máxima prioridad para dictaminar el porqué de la re-falla, y hacerse cargo como taller de los gastos si corresponde, a un trabajo cubierto por la garantía. Habrá clientes que querrán que el taller inclusive reconozca el costo de oportunidad de tiempo perdido por no trabajar al no tener la herramienta de trabajo que es el vehículo. Llevar adelante exitosamente un taller presupone una amalgama de buen trato con el cliente externo e interno, empleados, buena infraestructura, ubicación, layout, herramientas y capacitación.
14.35 ¿En caso de que una empresa decida tener un taller propio de mecánica – electromecánica para atender los motores térmicos y otros aspectos (ej. de su flota de vehículos, grupos generadores, etc.), cuáles serían algunos factores importantes a considerar y sobre los cuales reflexionar? La ubicación interna dentro del predio de la firma, y el layout pro pio interno del taller son temas muy importante: prever zona de estacionamiento pre-entrada, zona de ingreso o admisión de vehículos al taller, zonas de trabajo divididas x rubro, zonas de prueba y entrega, estacionamiento de vehículos a ser entregados. Hay que tener en cuenta que un taller es un gran generador de residuos sólidos ( repuestos usados), efluentes líquidos (aceite usado y otros fluidos), emisiones atmosféricas (humo negro de mo tores mal calibrados que están siendo probados), ruido. Hay que prever m inimizar todos estos aspectos y darles un tr atamiento sustentable: las 3 “Rs”: reducir, reutilizar, reciclar. Las zonas más generales del taller suelen ser: mecánica de motores, suspensión, frenos y dirección, transmisión, electricidad, chapería y pintura. En talleres pequeños una o más áreas pueden estár englobadas en una sola. Se debe prever zona de limpieza, lavado de motores, zona administrativa con vista a todas las estaciones de trabajo. Depósito de herramientas, repuestos e insumos. Generalmente todos los talleres mantienen algún tipo de depósito de piezas usadas que aún podrían tener algún valor futuro, pero es importante minimizar el impacto visual, guardandolas previa limpieza, y colocandolas de forma que puedan ser accesibles inmediatamente. Sopena de ofrecer el espectáculo y aspecto de campo de chatarra. Hay que tener buenas herramientas, y RRHH capacitados. La higiene es de máxima importancia, pues la falta de la misma puede evitar que los trabajos realizados sean buenos y duraderos. En zonas de montaje de elementos de gran precisión como bombas inyectoras, se debe tener aire puro, presión positiva (ventilación forzada) para evitar depósito de partículas de polvo. Cualquier elemento del motor u otra parte de la máquina, que quede al descubierto por motivo de haberse extraído alguna parte para su reparación in situ o 3rizada, debe ser cubierta y protegida del polvo. Ej. Masas de ruedas: taparlas con bolsitas limpias de plástico (ej. Bolsitas para hielo) y gomas elásticas. SOFTWARE para gestión de talleres: hoy día hay mucha oferta, son flexibles y permiten manejar el histórico de trabajos por una misma máquina con solvencia, precisión y rapidez. Esto a su vez posibilita evaluar la durabilidad de los trabajos realizados, y realizar inspecciones posteriores rutinarias a trabajos anteriores para hacerles un seguimiento. Son muchos los aspectos a tener en cuenta para montar un taller competente. Tanto para un taller interno de una empresa como para un taller al público en general. Un taller interno tambien tiene clientes: clientes internos, que son los demás departamentos de la empresa. Anteriormente el taller de un consecionario o representante de una marca de vehiculos del extranjero, solía
promocionar a un mecánico antiguo como jefe de taller. Hoy día con la creciente competitividad, es necesario recurrir a la administración científica, por ello es más usual contratar un administrador profesional, y darle ciertos cursos de mecánica para que pueda comunicarse efectivamente en lenguaje técnico con sus m ecánicos. Anteriormente se podía estimar que el concesionario ganaba un 60% con la venta del vehículo y un 40% con la venta de repuestos y servicios posteriores en la vida residual útil del vehículo. Hoy día esa situación más bien se habría invertido, y se gana 40% con la venta y 60% con los repuestos y entradas al taller. Pueden debatirse varias razonas para justificar esta hipótesis: hoy día muchas marcas y modelos de vehículos tienen un precio más accesible al público final, porque los procesos de producción son más eficientes y menos costosos (se usan robots para ensamblado, pintura, soldadura, etc.). Pero tambien porque los motores y carrocería son más livianos, llevan menos material. No solo para ser más livianos y así consumir menos combustible, sino tambien para abaratar costos. En resúmen, los vehículos y repuestos (inclusive repuestos originales) de hoy, pareciera que están diseñados en base a estandares de sub-dimensionamiento, con respecto a 10-20-30 años atrás. Es decir, los motores y vehículos no duran tanto como antes. Son mas “desechables”. Hay más oferta de vehículos, y los precios deben ser mantenidos bajos para poder competir y vender. Esto los hace mas endebles y delicados, y por ende es un desafío para mantenimiento preventivo eficaz. Es un tema extenso que se presta para el debate, no tiene respuesta única y categórica. Sólo podemos hablar de tendencias y en términos medios, en la generalidad de los casos.
14.36 ¿Cuál sería una lista tentativa de herramientas profesionales para un taller mecánico orientado a ofrecer altos estándares de mantenimiento preventivo? Juego de llaves mixtas en mm, ej. del 6 al 32: en un extremo tipo “boca” y en el otro tipo “anillo” (docecagonal o “estrellita”, o hexagonal). Juego de llaves tipo “tubo”, ej. del 6 al 32, con accesorios: palanca de fuerza, extensiones cortas y largas, palanca de ajuste o aproximación rápida tipo “crike” (Ratchet). Las más pequeñas para desarme de tablero, ej. del nº 5 hasta 11, con encastre de 1/4”. Luego un juego con encastre de ½” (ej. de 10 a 24), y finalmente los tubos más grandes, con encastre de ¾”, para ruedas de camiones. Juegos de destornilladores planos y en cruz (tipo Phillips), con puntas de diversos anchos y mangos de distintas longitudes. Juego de pinzas completo: punta fina, punta chata, pinzas punta aguja de apertura y de cierre, tanto de pico recto como curvo. Pinza pico de loro. Llave de caños (llave de plomería). Juegos de llaves tipo “Torx” y “Allen”, machos y hembras, tubo y en “L”. Lamparillas de 12 V para iluminación de sitios de difícil ac ceso. Ojo: no usar 220V, pues en un taller siempre hay derrames de agua, aceites, y es peligroso arriesgar electrocución. Espejitos giratorios (articulación de bola) con mango extensible para mismo motivo (tipo uso en odontología). Caballetes para apoyo de vehículos izados. Gatos tipo botella y tipo “Yacaré”. Fosa o elevador de dos o mejor cuatro columnas, con sistema de seguridad. Torquímetro. Herramientas precisas para metrología (sin buena metrolo gía, no se puede hacer un buen diagnóstico): flexímetros, calibres, micrómetros, galgas de superficies y roscas internas y externas, etc. Tambores individuales para recolección y disposición final adecuada (ej. Reciclaje por los medios que corresponda) de aceite “negro” ( aceite lubricante de motor usado), aceite pesado (ej. Caja mecánica y diferencial), aceite hidráulico (ej. Caja automática y dirección
