ELEMENTO DE MAQUINA TRABAJO DE COMPONENETES DE UN MOTOR DIESEL
INTRODUCCION
Un moto motorr dies diesel el cons consti titu tuye ye una una máqu máquin ina a term termod odin inám ámic ica a forma formada da por por un conjunto de piezas o mecanismos fijos y móviles, cuya función principal es transformar la energía química que proporciona la combustión producida por una una mezc mezcla la de aire aire y gas gas sin sin chis chispa pa en ener energí gía a mecá mecáni nica ca o movi movimi mien ento to
rotatorio. Cuando ocurre esa transformación de energía química en mecánica se puede puede realiz realizar ar un trabaj trabajo o útil útil como, como, por ejemplo, ejemplo, mover mover un vehíc vehículo ulo,, o cual cualqu quie ierr otro otro meca mecani nismo smo,, como como pudi pudier era a ser ser un gene genera rado dorr de corri corrien ente te eléctrica. De igual forma, con la energía mecánica que proporciona un motor térmico se puede mover cualquier otro mecanismo apropiado que se acople al mismo como puede ser un generador de corriente eléctrica, una bomba de agua, la cuchilla de una cortadora de césped, etc. En líneas generales los motores térmicos de combustión interna pueden ser de dos tipos, de acuerdo con el combustible que empleen para poder funcionar:
De explosión o gasolina De combustión interna diesel
Mientra Mientras s que los motore motores s de explo explosió sión n utiliz utilizan an gasoli gasolina na (o gas, gas, o tambié también n alcoho alcohol) l) como como combus combustib tible, le, los de combu combusti stión ón intern interna a diesel diesel emple emplean an sólo sólo gaseolo. . Si en algún momento comparamos las partes o mecanismos fundamentales que confo conforma rman n estru estructu ctural ralmen mente te un motor motor de gasoli gasolina na y un motor motor diesel diesel,, veremos que en muchos aspectos son similares, mientras que en otros difieren por comple completo, to, aunqu aunque e en ambos ambos casos casos su princi principio pio de funcio funcionam namien iento to es parecido. Tanto los motores de gasolina como los diesel se pueden emplear para realizar iguale iguales s funcio funcione nes; s; sin embarg embargo, o, cuando cuando se requie requiere re desarro desarrolla llarr grande grandes s potenc potencias ias,, como como la necesa necesaria ria para para mover mover una locomoto locomotora, ra, un barco barco o un generador de corriente eléctrica de gran capacidad de generación, se emplean solamente motores de combustión interna diesel. Para diferenciar de forma coherente el motor de gasolina del motor diésel, debemos atender al menos a tres aspectos fundamentales: a) Sus principios termodinámicos; Ante todo recordemos que los los gases se caracterizan caracterizan por estar constituidos por una materia informe y sin volumen propio, que toma la forma del recipiente que la contiene y que tienden a ocupar un volumen mayor, que el de dicho recipiente . b) Su fabricación y elementos que lo constituyen; En cuanto a su fabricación y elementos que los constituyen, diremos que después de haber desplazado en un tiempo el motor diesel al de gasolina, sobre todo en sus aplicaciones aplicaciones de propulsiónes, propulsiónes, si bien la fabricación del motor diesel diesel es más cara y alguno de sus dispositivos auxiliares son de coste más elevado que los de gasolina.
c) Sus aspectos económicos y prácticos en la Automoción. En lo tocante a sus aspectos económico y práctico vemos que los diesel tienen un mejor rendimiento térmico gracias a su elevado grado de compresión y a que su combustión se efectúa con un exceso de aire, pudiendo llegar a un 60% frente a un 45% en algunos de gasolina La duración de la vida del motor es asimismo superior en el diesel, que en el de gasolina (hasta 3 veces) y su valor residual es también mayor.
Resumen El motor diésel es un motor térmico de combustión interna en el cual el encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por Rudolf Diesel en
1892, Un motor diésel funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación. La principal ventaja de los motores diésel comparados con los motores a gasolina estriba en su menor consumo de combustible, el cual es, además, más barato. Debido a la constante ganancia de mercado de los motores diésel en turismos desde los años 1990 (en mucho países europeos ya supera la mitad), el precio del combustible tiende a acercarse a la gasolina debido al aumento de la demanda. Este hecho ha generado grandes problemas a los tradicionales consumidores de gasóleo como transportistas, agricultores o pescadores. En automoción, las desventajas iniciales de estos motores (principalmente precio, costos de mantenimiento y prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras como la inyección electrónica y el turbocompresor. No obstante, la adopción de la precámara para los motores de automoción, con la que se consiguen prestaciones semejantes a los motores de gasolina, presentan el inconveniente de incrementar el consumo, con lo que la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece. Actualmente se está utilizando el sistema Common-rail en los vehículos automotores pequeños. Este sistema brinda una gran ventaja, ya que se consigue un menor consumo de combustible, mejores prestaciones del motor, menor ruido (característico de los motores diésel) y una menor emisión de gases contaminantes.
Worlddlingo in English. They summarize the diesel engine is a thermal motor of internal combustion in which the ignition is obtained by the high temperature that produces the compression of the air inside the cylinder. It was invented and patented by
Rudolf Diesel in 1892, a diesel engine works by means of the ignition of the mixture air-gas without spark. The temperature that initiates the combustion comes from the elevation of the pressure that takes place in the second motor time, compression. The fuel is injected in the part superior of the compression chamber to great pressure, so that it is atomized and it m ixes with the air to high temperature and pressure. Like result, the mixture is burned very quickly. This combustion causes that the gas contained in the camera expands, impelling the piston downwards. The connecting rod transmits east movement to the crank, to which it rotates, transforming the linear movement of the pi ston into a tumbling. Main the advantage of the compared diesel engines with the motors to gasoline is based in its smaller fuel consumption, which is, in addition, more cheap. Due to the constant gain of market of the diesel engines in tourism from years 1990 (in many European countries already it surpasses half), the price of the fuel tends to approach the gasoline due to the increase of the demand. This fact has generated great problems to the traditional gasohol consumers like carriers, agriculturists or fishermen. In automotion, the initial disadvantages of these motors (mainly price, costs of maintenance and benefits) are being reduced due to improvements like the electronic injection and the turbocompressor. However, the adoption of the precamera f or the automotion motors, with which similar benefits are obtained to the gasoline motors, presents/displays the disadvantage of increasing the consumption, with which the main advantage of these motors practically disappears. At the moment the system is being used Common-rail in the small automotive vehicles. This system offers a great advantage, since it obtains a smaller fuel consumption, better benefits of the motor, minor noise (characteristic of the diesel engines) and a smaller polluting gas discharge.
El motor diesel. El motor diésel es un motor térmico de combustión interna en el cual el encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por Rudolf Diesel en 1892, del cual deriva su nombre. Fue diseñado inicialmente y presentado en la feria internacional de 1900 en París como el primer motor para
"biocombustible": aceite de Palma 100% puro, coco, etcétera. Diésel también reivindicó en su patente el uso de polvo de carbón como combustible, aunque no se utiliza por lo abrasivo que es. Un motor diésel funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación. Para que se produzca la autoinflamación es necesario pre-calentar el aceite-combustible o emplear combustibles más pesados que los empleados en el motor de gasolina, empleándose la fracción de destilación del petróleo comprendida entre los 220 y 350°C, que recibe la denominación de gasóleo.
Ciclo de un motor diesel
Desde un punto de vista mecánico, el ciclo del motor diésel de cuatro tiempos consta de las siguientes fases:
1. Admisión: con el pistón posicionado en el PMS (punto muerto superior) comienza la carrera descendente y al mismo tiempo se abre la válvula de admisión para llenar de aire limpio aspirado o forzado por un turbocompresor el cilindro, terminando este ciclo cuando el pistón llega al (PMI) y la válvula de admisión se cierra nuevamente. 2. Compresión: el pistón está en el punto muerto inferior (PMI) y empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro y logrando de esa forma un núcleo de aire caliente en la cámara de combustión por el efecto adiabático. 3. Trabajo: cuando el pistón está a punto de llegar al punto muerto superior (PMS) se inicia la inyección de combustible a alta presión. En este momento se mezclan las partículas de gasóleo pulverizado con el núcleo de aire caliente y se produce el encendido y la consiguiente expansión de gases por la combustión del gasóleo, moviendo el pistón desde el PMS hacia el PMI y generando trabajo. 4. Escape: concluida la fase de trabajo y habiendo llegado el pistón al (PMI), se abre la válvula de escape al mismo tiempo que el pistón empieza su carrera hacia el PMS y elimina hacia el conducto de escape los gases producidos por la combustión en el cilindro.
Ciclo termodinámico de un motor diésel.
De esta forma podemos ver que el ciclo diesel está conformado por cuatro tiempos, por lo que, cuando entra el combustible, este explota por la alta presión y se va quemando en el trayecto.
Funcionamiento de un motor de cuatro tiempo
En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en este último a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. La mayoría de los motores diésel tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina. En la primera fase se absorbe aire hacia la cámara de combustión. En la segunda fase, la fase de compresión, el aire se comprime a una fracción de su volumen original, lo cual hace que se caliente hasta unos 440 ºC. Al final de la fase de compresión se inyecta el combustible vaporizado dentro de la cámara de combustión, produciéndose el encendido a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de potencia, la combustión empuja el pistón hacia atrás, trasmitiendo la energía al cigüeñal. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de expulsión. Algunos motores diésel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada. La eficiencia de los motores diésel depende, en general, de los mismos factores que los motores Otto, y es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. Este valor se logra con un grado de compresión de 14 a 1, siendo necesaria una mayor robustez, y los motores diésel son, por lo general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de utilizar combustibles más baratos. Los motores diésel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, en la actualidad, algunos tipos de motores diésel trabajan a velocidades similares que l os motores de gasolina, pero por lo general con mayores cilindradas debido al bajo rendimiento del gas oil respecto al diésel.
Funcionamiento de un motor de cuatro tiempo
Tiempos del ciclo
Primer tiempo o admisión: En esta fase el descenso del pistón aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresión. La válvula de admisión permanece abierta, mientras que la de
escape está cerrada.En el primer tiempo el cigüeñal da 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente Segundo tiempo o compresión: Al llegar al final de carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón.En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º,y además ambas valvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente Tercer tiempo o explosión: Al llegar al final de carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado, salta la chispa en la bujía provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diésel, se inyecta el combustible que se autoinflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo.En este tiempo el cigüeñal da 540º mientras que el árbol de levas da 270º,ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente Cuarto tiempo o escape: En esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al final de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal da 720º y el árbol de levas da 360º y su carrera es ascendente.
Componentes principales de un motor diesel
Bloque.
Cigüeñal.
Culata.
Pistones.
Camisa.
Segmentos.
Bielas.
Cojinete.
Bloque
Es la estructura basica del motor , en elmismo van alojados los cilindros, cigüeñal, arbol de eleva,ect. Todas las demas partes del motor se montan en el. Generalmente son de fundición de hierro o aluminio. Pueden llevar los cilindros en línea o en forma de V. lleva una serie de aberturas o alojamientos donde se insertan los cilindros, varillas de empuje del mecanismo de válvulas, conductos del refrigerante, los ejes de levas, apoyos de los cojinetes de bancada y en la parte superior lleva unos taladros donde se sujeta el conjunto de culata.
Cigüeñal.
Es el componente mecánico que cambia el movimiento alternativo en movimiento rotativo. Esta montado en el bloque en los cojinetes principales los cuales estan lubricados. El cigüeñal se puede considerar como una serie de pequeñas manivelas, una por cada pistón. El radio del cigüeñal determina la distancia que la biela y el pistón puede moverse. Dos veces este radio es la carrera del pistón.
Podemos distinguir las siguientes partes:
a.-Muñequillas de apoyo o de bancada. b.-Muñequillas de bielas. c.-Manivelas y contrapesos. d.-Platos y engranajes de mando. e.-Taladros de engrase. f.-Una muñequilla es la parte de un eje que gira en un cojinete. g.-Las muñequilas de bielas son excéntricas con respecto al eje del cigüeñal.
Las muñequillas de bancada ocupan la línea axial del eje y se apoyan en los cojinetes de bancada del bloque.
La culata
Es el elemento del motor que cierra los cilindros por la parte superior. Pueden ser de fundición de hierro o aluminio. Sirve de soporte para otros elementos del motor como son: Válvulas, balancines, inyectores, etc. Lleva los orificios de los tornillos de apriete entre la culata y el bloque, además de los de entrada de aire por las válvulas de admisión, salida de gases por las válvulas de escape, entrada de combustible por los i nyectores, paso de varillas de empujadores del árbol de balancines, pasos de agua entre el bloque y la culata para refrigerar, etc. Entre la culata y el bloque del motor se monta una junta que queda prensada entre las dos a la que llamamos habitualmente junta de culata.
Pistones Es un embolo cilíndrico que sube y baja deslizándose por el interior de un cilindro del motor. Son generalmente de aluminio, cada uno tiene por lo general de dos a cuatro segmentos. El segmento superior es el de compresión, diseñado para evitar fugas de gases. El segmento inferior es el de engrase y esta diseñado para limpiar las paredes del cilindro de aceite cuando el pistón realiza su carrera descendente. Cualquier otro segmento puede ser de compresión o de engrase, dependiendo del diseño del fabricante. Llevan en su centro un bulón que sirve de unión entre el pistón y la biela
Camisas
Son los cilindros cuyo interior circulan los pistones. Suelen ser de hierro fundido y tienen la superficie interior endurecida por inducción y pulida. Normalmente suelen ser intercambiables para poder reconstruir el motor colocando unas nuevas, aunque en algunos casos pueden venir mecanizadas directamente en el bloque en cuyo caso su reparación es mas complicada. Las camisas recámbiables cuando son de tipo húmedo, es decir en motores refrigerados por liquido, suelen tener unas r anuras en el fondo donde insertar unos anillos tóricos de goma para cerrar las cámaras de refrigeración, y en su parte superior una pestaña que se inserta en un rebaje del bloque para asegurar su perfecto asentamiento.
Segmentos
Son piezas circulares metálicas, autotensadas, que se montan en l as ranuras de los pistones para servir de cierre hermético móvil entre la cámara de combustión y el cárter del cigüeñal. Dicho cierre lo hacen entre las paredes de las camisas y los pistones, de forma que los conjuntos de pistón y biela conviertan la expansión de los gases de combustión en trabajo útil para hacer girar el cigüeñal . El piston no toca las paredes de los cilindros. Este efecto de cierre debe darse en condiciones variables de velocidad y aceleración. Los segmentos impiden que se produzca una perdida excesiva de aceite al pasar a la cámara de combustión, a la vez que dejan en las paredes de la camisa una fina capa de aceite para lubricar.
Por tanto los segmentos realizan tres funciones:
Cierran herméticamente la cámara de combustión. Sirven de control para la película de aceite existente en las paredes de la camisa. Contribuye a la disipación de calor, para que pase del pistón a la camisa.
Los segmentos superiores de compresión impiden que los gases salgan de su cámara de combustión y lo consiguen con la suma de las dos fuerzas, la de elasticidad del segmento y la que ejercen lo gases de combustión sobre su lado superior e interior. La presión desarrollada por la combustión fuerza al segmento de compresión hacia abajo, contra el fondo de su ranura, y hacia afuera, sumándose a la tensión ejercida por la elasticidad del propio segmento, para así formar el cierre con la pared de la camisa. La presión es máxima durante la carrera de combustión, que es cuando más se necesita que el cierre de la cámara sea perfecto.
El segmento de engrase extiende una capa uniforme de aceite sobre las paredes de la camisa. Al bajar, se lleva el aceite sobrante, la película de aceite que deja es lo suficientemente fina para que los segmentos de compresión se deslicen sobre ella en la próxima carrera ascendente. Este segmento tiene ranuras para pasar por los orificios que hay en las paredes del pistón, en la ranura, hasta sumarse al suministro de aceite del motor.
Bielas
Las bielas son las que conectan el pistón y el cigüeñal, transmitiendo la fuerza de uno al otro. Tienen dos casquillos para poder girar libremente alrededor del cigüeñal y del bulón que las conecta al pistón.
La biela debe absorber las fuerzas dinámicas necesarias para poner el pistón en movimiento y pararlo al principio y final de cada carrera. Asimismo la biela transmite la fuerza generada en la carrera de explosión al cigüeñal.
Cojinetes Se puede definir como un apoyo para una muñequilla. Debe ser lo suficientemente robusto para resistir los esfuerzos a que estará sometido en la carrera de explosión.
Los cojinetes de bancada van lubricados a presión y llevan un orificio en su mitad superior, por el que se efectúa el suministro de aceite procedente de un conducto proveniente del bloque. Lleva una ranura que sirve para repartir el aceite mejor y más rápidamente por la superficie de trabajo del cojinete. También llevan unas lengüetas que encajan en las ranuras correspondientes del bloque las tapas de los cojinetes. Dichas lengüetas alinean los cojinetes e impiden que se corran hacia adelante o hacia atrás por efectos de las fuerzas de empuje creadas. La mitad inferior correspondiente a la tapa es lisa. Además de los de bancada, todos los motores llevan un cojinete de empuje que evita el juego axial en los extremos del cigüeñal.
Otro tipo de cojinete es el usado en los ejes compensadores; es de forma de casquillo, de una sola pieza. El orificio de aceite coincide con el conducto de lubricación del bloque.
Diferencias de el motor diesel y el bencinero.
En cuanto a su fabricación y elementos que los constituyen, diremos que después de haber desplazado en un tiempo el motor diesel al de gasolina, sobre todo en sus aplicaciones de propulsión de vehículos, usos
industriales, navales y agrícolas, por las causas que más adelante expondremos, si bien la fabricación del motor diesel es más cara y alguno de sus dispositivos auxiliares (refrigeración, filtrado de combustible,etc) son de coste más elevado que los de gasolina, hoy día se ha llegado con las grandes producciones en serie a un menor coste , que los iguala casi a los de gasolina, máxime con la incorporación en éstos de las nuevas técnicas de la inyección de gasolina. El bloque motor es similar en ambos tipos de motores, si bien el dimensionado de los mismos es mayor en el diesel por trabajar éstos bajo cargas mayores. Suelen ser de fundición perlítica y llevar camisas recambiables (generalmente húmedas) con una pestaña de tope en su parte superior (en los Diesel). Los pistones en estos motores desempeñan múltiples funciones, por lo que se diferencian de los de gasolina en la forma del fondo y en la cabeza, que dependen del sistema de inyección utilizado; en el perfil de la falda, actualmente en óvalo progresivo curvilíneo; en la disposición de los segmentos (en ocasiones alojados en gargantas postizas) y en la altura del eje; su espesor en la cabeza es superior por las presiones y condiciones térmicas a que son sometidos. También difieren en el arbol de eleva en los casos en que el motor diesel esté equipado de inyectores-bomba. La culata suele diferir bastante en uno y otro caso, ya que los de gasolina suelen ser de una sola pieza y en los diesel acostumbra a disponerse de una culata por cada 3 cilindros, o una individual por cada uno de ellos. La disposición de los conductos de agua es diferente, pues los Diesel deben refrigerar no sólo las cámaras de turbulencia, sino los inyectores. También puede serlo la disposición en la misma de una parte de la cámara de turbulencia, mecanizada en la misma. Finalmente el sistema de inyección diesel en cualquiera de sus modernos procedimientos de common-rail, inyectores-bomba, control electrónico, etc, constituyen un elemento diferenciante respecto a los de gasolina. En lo tocante a sus aspectos económico y práctico vemos que los diesel tienen un mejor rendimiento térmico gracias a su elevado grado de
compresión y a que su combustión se efectúa con un exceso de aire, pudiendo llegar a un 60% frente a un 45% en algunos de gasolina. Además el poder calorífico del diesel es superior al de la gasolina. El consumo específico del diesel es inferior, lo que unido al menor precio del gasoil, es un elemento determinante en el transporte de mercancías; sobre todo al ralentí; la relación de consumos es de 1 a 4 , l o que lo hace particularmente adecuado para la distribución (furgonetas). La duración de la vida del motor es asimismo superior en el diesel, que en el de gasolina (hasta 3 veces) y su valor residual es también mayor. Otro punto favorable es la facilidad de puesta en marcha a bajas temperaturas, que los gases de escape sean menos tóxicos y que el peligro de incendio sea menor, pues el gasoil es menos volátil que la gasolina y sus vapores necesitan temperaturas de 80ºC para inflamarse, mientras que los de la gasolina lo hacen a 20ºC. Sin embargo como negativos diremos que tanto el motor Diesel como su equipamiento es más pesado que los motores de gasolina; es más caro de construir, como hemos dicho; su mantenimiento es laborioso. En general y además, pese a los avances conseguidos, es más ruidoso que el de gasolina.
