DESARROLLO CUESTIONARIO DE MOTORES TERMICOS
Emanuel González Vallejo
DOCENTE: Ing. Mec. IVÁN CANEVA RINCÓN
IX SEMESTRE
FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO BARRANQUILLA
1.
¿En qué se diferencia un motor de cuatro tiempos de un motor de dos tiempos?
El motor de dos tiempos, también denominado motor de dos ciclos, es un motor de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico (admisión, compresión, expansión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). Se diferencia del más común motor de cuatro tiempos del ciclo Otto, en que este último realiza las cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal. La comparación de los ciclos de trabajos de los motores de cuatro y dos tiempos muestra que a iguales dimensiones del cilindro y al mismo número de revoluciones la potencia del motor de dos tiempos es considerablemente mayor. Considerado el aumento del número de ciclos de trabajo, debería esperarse un aumento de la potencia en dos veces. En realidad la potencia de un motor de dos tiempos no aumenta en dos veces sino aproximadamente entre 1.5 y 1.7 veces debido a la perdida de parte de volumen de trabajo, al desmejoramiento de la limpieza y del llenado del cilindro, así como un determinado gasto de potencia para el accionamiento de la bomba de barrido. A las ventajas de los motores de dos tiempos hay que relacionar también la gran uniformidad del momento torsional, pues el ciclo de trabajo completo se realiza en cada revolución del árbol cigüeñal (en lugar de los motores de cuatro tiempos). Una falla esencial del proceso de dos tiempos, en comparación con el de cuatro tiempos, es el poco tiempo asignado al proceso de intercambio de gases. La limpieza del cilindro de los productos de la combustión y el llenado del cilindro con carga fresca se realiza mejor el los motores de cuatro tiempos. El motor de dos tiempos se diferencia en su construcción del motor de cuatro tiempos en las siguientes características: Ambas caras del pistón realizan una función simultáneamente, a diferencia del motor de cuatro tiempos en que únicamente es activa la cara superior. La entrada y salida de gases al motor se realiza a través de las lumbreras (orificios situados en el cilindro). Este motor carece de las válvulas que abren y cierran el paso de los gases en los motores de cuatro tiempos. El pistón dependiendo de la posición que ocupa en el cilindro en cada momento abre o cierra el paso de gases a través de las lumbreras. El cárter del cigüeñal debe estar sellado y cumple la función de cámara de pre compresión. En el motor de cuatro tiempos, por el contrario, el cárter sirve de depósito de lubricante. La lubricación, que en el motor de cuatro tiempos se efectúa mediante el cárter, en el motor de dos tiempos se consigue mezclando aceite con el combustible en una proporción que varía entre el 2 y el 5 por ciento. Dado que esta mezcla está en contacto con todas las partes móviles del motor se consigue la adecuada lubricación.
Figura 1.Frecuencia de funcionamiento de los cilindros de un motor de cuatro tiempos.
Figura 2. Motor de dos tiempos
3. ¿A costa de qué se inflama la mezcla de trabajo en los motores Diesel y en los motores de carburador? La mezcla de trabajo en el motor diesel se inflama a costa de la compresión que se le realiza a la mezcla y que es capaz de producir una temperatura mayor a la de auto ignición del combustible, es decir la temperatura innata alcanzada, es capaz de producir su auto inflamación. Por otro lado, la mezcla de trabajo en el motor de carburador inflama en el momento en el que se haya alcanzado la presión suministrada por los pistones para entonces proporcionar la chispa proveniente de la bujía quien es la que provoca la inflamación.
4. ¿Cuáles ciclos teóricos (termodinámicos) se conocen y en qué se diferencian entre sí? Los ciclos termodinámicos se dividen en dos: ciclos de potencia y ciclos de refrigeración, este último se aplica a los refrigeradores y bombas térmicas. • Los ciclos de potencia se aplican a los motores térmicos; entre ellos encontramos: • El ciclo de Carnot difiere de los otros por ser reversible y tener el mayor rendimiento. • El ciclo Otto el encendido se hace por medio de una chispa. • El ciclo Diesel el encendido se hace por medio de la compresión de la mezcla. • El ciclo Brayton es el ideal para todos los motores de turbina de gas. • El ciclo de propulsión a chorro difiere del ideal (Brayton) en que el gas no se expande totalmente en la turbina y es empleado para accionar el compresor, el gas se termina de expandir en la tobera. • El ciclo de potencia de vapor liquido de trabajo agua, pero es poco viable ya que es difícil diseñar compresores que trabajen con dos fases. • El ciclo Rankine soluciona este problema utilizando un condensador. • El ciclo de Ericsson el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotermas y dos isobaras. • El ciclo de Stirling el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotérmicas y dos transformaciones a volumen constante (isocoras). • El ciclo de Bouasse el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotérmicas y dos transformaciones lineales. 8.
¿Cómo se determinan el gasto teórico y el gasto real de aire?
Cantidad teórica necesaria de aire: Para la combustión de 1 Kgf de combustible, que se compone de gc Kgf de carbono y de gh Kgf de hidrogeno es necesario gastar determinada cantidad de oxígeno, por consiguiente, de aire. Si para la combustión del carbono se necesitan 8/3 go Kgf de oxígeno, y para la combustión del hidrógeno se necesitan 8 go Kgf de oxigeno; entonces para la combustión de 1 Kgf de combustible para un motor que tiene la composición indicada, es necesario gastar (8/3 gc + 8 gh) Kgf de oxígeno. Sin embargo, si en 1 Kgf se contiene 0.25 Kgf de oxígeno, de aquí se corrige que (8/3 gc + 8 gh) Kgf de oxigeno deben contenerse en lo Kgf de aire, siendo: ⁄
[
]
Las composiciones del combustible (gasolina y/o Diesel) se pueden adoptar como constituidas de 85% de carbono y 15% de hidrógeno. De aquí que la cantidad teóricamente necesaria de aire para la combustión de 1 Kgf de combustible constituye a 15 Kgf
Cantidad real necesaria de aire: Para determinar el gasto real de aire no es más que el cálculo del volumen del cilindro, que es igual a la cantidad que se buza.
9. ¿Cómo influye el coeficiente de exceso de aire en el desprendimiento de calor de la mezcla de trabajo?
El coeficiente de exceso de aire α representa la relación de la cantidad de aire que participa realmente en el proceso de combustión l a la cantidad teóricamente necesaria de aire l0, es decir: α = l/ l0 El coeficiente de exceso de aire depende del procedimiento de preparación de la mezcla, el régimen de funcionamiento del motor y el tipo del combustible que se usa. - Si l < l0 o sea α < 1; la mezcla carburante contiene menor cantidad de aire que la requerida para la combustión completa. A tal mezcla carburante que tiene un exceso de combustible se la llama mezcla rica. - Si l = l0 o sea α = 1; en la mezcla carburante hay tanto aire cuanto es preciso para la combustión completa. Tal mezcla recibe el nombre de mezcla normal. - Si l > l0 o sea α > 1; la mezcla carburante contiene más aire que el que se necesita para la combustión completa. Tal mezcla recibe el nombre de mezcla pobre. La disminución de α es uno de los medios más efectivos para el forzamiento del proceso de trabajo del motor. Para una potencia dada del motor la disminución del coeficiente de exceso de aire lleva a menores medidas del cilindro. Sin embargo, al disminuir la cantidad de α se presenta la combustión incompleta del combustible en el motor, se desmejora la economía y aumenta la tensión térmica del motor. En las mezclas desmedidamente ricas o desmedidamente pobres en combustible, luego de que aparece la chispa y de que se forma un volumen inicial pequeño de flama, el desprendimiento de calor será insignificantemente pequeño en comparación con la posible termo transferencia, como resultado, la flama se apaga sin abarcar toda la mezcla recluida en la cámara de combustión, causando por consiguiente que éstas no puedan arder o combustionar. A un número estable de revoluciones del árbol cigüeñal y una posición invariable de la mariposa de estrangulación, la cantidad de aire que ingresa al motor permanece constante. La cantidad de calor que debe desprenderse durante la combustión completa del combustible disminuye tanto en caso de empobrecimiento (α > 1) como en caso de enriquecimiento (α < 1), considerándose la imperfección química de la combustión. Es por ello que concluimos que las mezclas de aire-combustible pueden inflamarse y arder solo en el caso de que el combustible y el aire se hallen en determinadas
correlaciones; es decir, la combustión completa del combustible en el motor es posible sólo a α = 1. Cabe destacar que éstas correlaciones no permanecen constantes por ello es imposible obtener tal mezcla perfecta de combustible con aire en la cual cada partícula de combustible tenga asegurada la cantidad necesaria de oxígeno del aire, ya que tal correlación pueden variar un poco en dependencia de la temperatura, de la presencia de gases residuales y por otras causas. 10. ¿De qué componentes se forma la fuerza sumaria que actúa en el mecanismo de biela-manivela? Durante el funcionamiento del motor las piezas del mecanismo de biela - manivela están sometidas a la acción de diferentes fuerzas: Presión de los gases, inercia de las piezas en movimiento alternativo, inercia de las piezas giratorias no equilibradas, peso y rozamiento. Todas estas fuerzas, excepto el peso, cambian el valor y el sentido en función del ángulo de giro del cigüeñal. Al calcular la resistencia mecánica de las piezas del mecanismo de biela manivela se suele tomar en cuenta sólo las fuerzas de presión de los gases de inercia, puesto que estas fuerzas son sensiblemente mayores que el peso y el rozamiento. A continuación se detallarán las principales fuerzas que actúan sobre el mecanismo de biela – manivela.
Fuerza de presión de los gases: El valor absoluto de las fuerzas de presión de los gases y el carácter de la variación de la misma en función del ángulo de giro del cigüeñal se pueden determinar por el diagrama de indicador trazado según las lecturas del motor o construido en base al cálculo térmico.
Figura.3 En ambos casos el diagrama de indicador puede ser representado, en forma desarrollada en las coordenadas P - (figura anterior); puesto que partiendo de las coordenadas P – V se puede reconstruir, sin cambiar la gráfica, en las coordenadas
p – x después de sustituir en el eje de las abscisas los valores de volumen de gas V por los valores correspondientes de traslación del pistón x. A su vez, la traslación del pistón x está vinculada con el ángulo de giro del cigüeñal.
La presión de los gases en el cilindro del motor se transmite a todos los lados con fuerza igual Pg = Fp (px – po) donde Fp = área del pistón.
Fuerza de inercia de las piezas en movimiento alternativo: (pistón con segmentos, bulón del pistón y parte superior de la biela): es igual al producto de la masa de estas piezas por la aceleración de las mismas y está dirigido al sentido contrario de la aceleración.
P1 = mp jp (kgf) Dónde: mp = Gp/g = masa de las piezas en movimiento alternativo la cual convencionalmente se considera concentrada en el eje del bulón del pistón (kgf s / m). jp = aceleración de las piezas en movimiento alternativo (m/s2) Gp = peso de las piezas en movimiento alternativo (kgf)
Fuerza de inercia de las piezas giratorias no equilibradas: (manivela del cigüeñal y parte inferior de la biela). Pc = mc w2 r Dónde:
(kgf)
mc = Gc/g = masa de las piezas no giratorias (kgf s / m). Gc = Peso de las piezas giratorias no equilibradas (kgf).
La fuerza de inercia de las piezas giratorias no equilibradas tiene valor constante para las revoluciones dadas y siempre está dirigida por el radio de la manivela a partir del eje del cigüeñal.
Fuerza resultante que actúa sobre el eje del cilindro: La fuerza de presión de los gases Pg que actúa sobre el fondo del pistón y la fuerza de inercia de las piezas en movimiento alternativo Pi están dirigidas por el eje del cilindro. La suma
algebraica de estas dos fuerzas, es la fuerza resultante Pp que actúa por el eje del cilindro y se expresa por la ecuación.
11. Defina y determine la fuerza tangencial que actúa en la manivela del árbol cigüeñal? En el mecanismo biela manivela la fuente de poder es la fuerza vertical hacia abajo que produce sobre el pistón la presión de la combustión. Por otro lado, sabemos que en una manivela la componente efectiva de la fuerza aplicada para producir el torque es la componente tangencial a la curva imaginaria de desplazamiento del extremo de la manivela. Considerando estos dos hechos, la fuerza efectiva (pt) que produce el torque del cigüeñal inevitablemente es sólo una componente de la fuerza de presión (PP) del pistón.
Figura 4. Esquema del mecanismo biela-manivela. De esta figura podemos deducir la siguiente relación entre las fuerzas de interés:
16. ¿Qué es presión indicada media? Es la presión constante ficticia que actúa convencionalmente sobre el embolo durante su desplazamiento desde el PMS hasta el PMI. En este caso la cantidad de trabajo útil obtenido como resultado de la realización del ciclo real del motor con presión variable y con presión indicada media constante debe ser la misma. La presión indicada media Pi representa en si el trabajo de los gases o el trbajo indicado Li , kgfm, referido al volumen del trabajo Vh*m3, del motor, es decir el trabajo tomado de la unidad de volumen de trabajo: Pi =
; kgf.m/m3
17. ¿En qué se diferencia la potencia efectiva del motor de la potencia indicada? Durante el funcionamiento del motor, parte de su potencia indicada Ni se gasta en superar el rozamiento y en accionar mecanismos auxiliares. Esta parte de la potencia se denomina potencia de pérdidas mecánicas Nmec. La diferencia entre la potencia indicada y la potencia de pérdidas mecánicas es la potencia que se transmite a la transmisión del automóvil o tractor y ella se denomina potencia efectiva del motor Ne. La potencia efectiva del motor es menor que la indicada porque se le descuentan las pérdidas mecánicas. 18. ¿Qué perdidas en el motor toma en cuenta el rendimiento mecánico? El rendimiento mecánico toma en cuenta dos clases de pérdidas: las pérdidas ligadas con el rozamiento y las pérdidas ligadas con el accionamiento de los mecanismos auxiliares. • Las pérdidas por rozamiento en el motor, estas pérdidas se relacionan con el rozamiento del émbolo y de los anillos que se desplazan por la pared del cilindro. El rozamiento que aparece durante el movimiento se convierte en calor, el cual se transmite al sistema de enfriamiento a través de la pared del cilindro y parcialmente al sistema de lubricación. El rozamiento de los émbolos en los diesel es aproximadamente 50% mayor que en los motores de carburador, ya que las superficies de rozamiento son mayores. El rozamiento en los cojinetes de biela y de bancada depende de la fuerza de presión de los gases sobre el émbolo, y de la fuerza de inercia del émbolo y de la biela. • Las pérdidas en el accionamiento de los mecanismos auxiliares, se componen de los gastos de energía para la rotación del mecanismo de distribución de gases, de las bombas de agua, de aceite y de combustible, así como del ventilador, del generador eléctrico y del distribuidor. Estos gastos no dependen de la fuerza de presión de los gases en el cilindro y crecen a medida que aumenta el número de revoluciones del árbol. En los diesel esta pérdida es un poco mayor que en los motores de carburador ya que hay un mayor gasto de energía para la rotación de la bomba de combustible.
19. ¿Cómo se determina el gasto horario y el gasto específico de combustible? El Consumo específico indica la eficiencia que tiene un motor para transformar carburante en energía mecánica, y se expresa como la cantidad de carburante que hay que consumir (en gramos), para obtener una determinada potencia en kilovatios (kW), durante una hora (g/kWh). Estos datos se pueden tener en g/CVh, dividiendo las cantidades anteriores por 1,36. 20. ¿Qué métodos existen para elevar la potencia del motor? Para aumentar la potencia de un motor existen varias posibilidades:
Aumentar la cilindrada o lo que es lo mismo la capacidad de absorción del motor. Ésta solución tiene como consecuencia un incremento del peso, de las dimensiones exteriores, de los rozamientos del motor y el consumo más elevado. Aumentar el régimen, incrementando el número de operaciones de bombeo en un tiempo determinado. Esta solución requiere un refuerzo del motor y aumenta los rozamientos. Aumentar el llenado, favoreciendo el efecto de aspiración del pistón durante su descenso. Esta solución implica mayores esfuerzos en el funcionamiento. Aumentar la relación de transmisión, implica la aparición de adelanto del encendido o combustión detonante además de elevar los esfuerzos en el motor. Utilizar tanto en los motores diesel como en los de gasolina un dispositivo conocido como turbocargador (sobrealimetador) ya que de esta manera no se recurre al rectificado convencional del motor con el cual se corre el riesgo de disminuir el volumen de las cámaras de combustión y, en consecuencia, aumenta la relación de compresión, modificándose así las condiciones de diseño del respectivo motor. Cabe destacar que hay que tener cuidado de la posición en la cual se coloca este dispositivo en función de los parámetros y condiciones de trabajo del motor.
26. Describa el objeto y las condiciones de funcionamiento de los anillos de embolo El objetivo de los anillos es el sellado hermético entre el pistón y el cilindro durante el ciclo de trabajo. Los anillos reducen las fugas de los cilindros a un mínimo en condiciones reales de funcionamiento y proporcionan un control máximo de aceite. Los anillos de émbolo, de acuerdo con su destinación, se dividen en de compresión (sellamiento, de empaquetadura o junta) y rascadores de aceite (colectores de aceite y salpicadores de aceite). Los de compresión se instalan para prevenir el paso de los gases de combustión al cárter y los rascadores se encargar de limpiar el sobrante de aceite de la superficie de trabajo y así evitar el paso del aceite a la cámara de combustión.
28. ¿Para qué se prevé la holgura entre el émbolo y la superficie de trabajo del cilindro? Para la cantidad de gases comburentes que yo requiero según mi diseño, para calentar la mezcla fresca que entra en el siguiente proceso de admisión, esta debe ser bien calculada, ya que cuando se deja demasiada, estos gases son inherentes de la combustión, lo que quiere decir es que impiden la combustión, pero ayudan al calentamiento de la mezcla fresca q entra, a elevar su temperatura y facilita su combustión uniforme 29. ¿Por qué se emplean pasadores de embolo de tipo flotante y como se evita su desplazamiento axial? El grupo embolo (conjunto de embolo) consta del embolo del anillo el embolo, el pasador del embolo (bulón), las piezas para la fijación del pasador. El pasador sirve para la unión articulada del embolo con la biela del motor con mecanismo de biela manivela. Los pasadores pueden ser sólidos o huecos con superficies internas cilíndricas rectas o cónicas. En los motores de viejos diseños para la fijación respecto al desplazamiento axial del pasador se empotraba en alojamientos y se retenía por medio de un perno; para que no girara el pasador se fijaba con una clavija. Una falla importante de tal instalación del pasador consistía en que el calentamiento del pasador provocaba deformación de la falda, y esto era causa del agarrotamiento del émbolo. Por eso en los motores se utilizan ampliamente los pasadores flotantes, los cuales pueden girar libremente tanto en pie de la biela como en los resaltes de émbolo. Para evitar el desplazamiento axial el pasador se fija por medio de anillos de resorte de retén o por medio de limitadores especiales de metal blando. 32. ¿Qué requerimientos se presentan a los pernos de fuerza o a las tuercas de la culata de cilindro? La culata o tapa junto con el fondo del embolo y las paredes del cilindro forman la cámara de combustión. El término “culata del cilindro” se emplea para los motores de automóvil y de tractor; el término “tapa” se emplea para motores de barco y motores estacionarios. Durante el funcionamiento del motor la culata se carga con las fuerzas de presión de los gases y de apriete preciso de los espárragos y pernos de sujeción. Las fuerzas de presión de los gases sobre la culata P”gas se puede determinar por el diagrama indicador y su magnitud es. P”gas = P gases x F (kg-f) F= área del embolo en cm2 Al hacer una semejanza del sistema cilindro-embolo con un sistema de cilindro de pared delgada (resistencia de materiales) los requerimientos de los pernos y el número de pernos por cilindro se determinan por la fuerza de la presión dentro del sistema.
El número de pernos es igual a la fuerza máxima entre el límite de fluencia del perno por un factor de seguridad. 33. Describa las principales causas que violan el funcionamiento fiable de los pernos o espárragos de biela. Las tuercas y pernos de los cojinetes principales y de la biela, de bancada y las piezas de sujeción de la culata de los cilindros es necesario apretarlas correctamente, observando una sujeción determinada como la de la figura 5 con una llave dinamométrica. El aseguramiento de los pernos y tuercas mediante los pasadores hendidos se debe efectuar en correspondencia estricta con las instrucciones de la fábrica productora del automóvil. Si la penetración del agua no se puede eliminar apretando las tuercas de los espárragos que fijan la culata, la junta debe ser reemplazada. Para que los pernos no giren al apretar las tuercas, sus cabezas tienen un rebajo plano. La sujeción de los diferentes elementos de la armazón entre sí (de la bancada de fundamento, del cárter, de los cilindros, y a veces de las culatas) se realiza en la mayoría de los casos por medio de espárragos de fuerza. La fuerza del apriete previo de los pernos debe asegurar un empalme estrecho y superar considerablemente la magnitud de la fuerza que trata de debilitar el empalme, la unión.
Fig. 3. Sucesión del apriete de las tuercas de la culata de cilindros de un motor. En los cojinetes de bancada para evitar el desplazamiento axial y el giro, los casquillos se fijan por medio de espigas o de salientes rebordeados en los casquillos y que entran en las correspondientes ranuras fresadas en el alojamiento de la bancada y en el sombrerete del cojinete. Los espárragos deben distribuirse de manera que el esfuerzo de apriete se distribuya por igual sobre la superficie de la junta. Para que los pernos no giren al apretar las tuercas, sus cabezas tienen un rebajo plano. Los casquillos de cojinete se colocan en el lecho con un apriete tal que asegura una adherencia estrecha de los mismos al lecho al apretar las tuercas puestas en los espárragos de los cojinetes, por toda la circunferencia.
34. ¿Qué consecuencias puede tener la rotura del vástago del perno o esparrago de la biela? La rotura del perno de biela suele provocar en el motor en funcionamiento grandes daños especialmente a las piezas del mecanismo de biela-manivela y de la armazón. Tomando como ejemplo el motor de una aeronave que falló por la rotura por fatiga de uno de los tornillos que une el sombrerete al cuerpo de la biela y desencadeno una serie de roturas en otros elementos internos como el cárter y el cilindro del motor. 38. ¿Para qué se emplea el volante y los contrapesos? El volante está situado en un extremo del árbol cigüeñal y busca disminuir la inversión mecánica en el movimiento de los pistones bajo el principio de aumentar la inercia del árbol cigüeñal, es decir se aprovecha esta inercia una vez puesto en movimiento el árbol con el fin de desperdiciar en menor medida la potencia de la carrera que en este caso se aprovecha casi totalmente como movimiento rotacional del mismo eje no como impulso para el movimiento alternativo.
Los contrapesos tienen por objeto balancear o equilibrar la fuerza centrífuga siempre dirigida desde el eje del árbol por el radio de la manivela que carga los cojinetes del árbol cigüeñal lo que genera vibración. Es decir el objeto de los contrapesos es mantener un trabajo sin vibraciones y evitar daños por sobretensiones de los componentes del mismo. 39. ¿Cómo se explica que la masa del volante disminuya al aumentar el número de cilindros dispuestos en una hilera? En un diesel, actúan fuerzas y momentos que varían constantemente, los cuales transmiten a sus apoyos y provocan la vibración tanto del motor, de sus unidades y todo el vehículo. El desequilibrio del motor se determina por la presencia de fuerzas de inercia, cuyo valor cambia periódicamente, de las masas en movimiento giratorio y de translación del mecanismo de biela manivela y de los momentos engendrados por ellas, por la acción del momento torsional de valor variable que provoca el momento de vuelco en los apoyos, cuya magnitud es igual a la del anterior. El problema del equilibrio del motor puede resolverse mediante una combinación tal en la disposición y desplazamiento de las masas desequilibradas, que la resultante de las fuerzas de inercia y del momento generado por las fuerzas de inercia se reduzca a cero. La irregularidad del momento torsional puede ser disminuida y restringida por unos límites determinados. El equilibrado del motor se realiza, eligiendo el número y la disposición de los cilindros, el esquema del cigüeñal y la situación de los contrapesos .Para obtener los valores de cálculo de las fuerzas equilibradas para un motor de cualquier disposición de cilindros, es preciso lograr la igualdad de las masas en los grupos de émbolos, la igualdad de las masas y la ubicación igual de los centros de masas en las bielas, en el equilibrio estático y dinámico del cigüeñal.
El momento torsional de un motor Mtor se equilibra por el par de resistencia y el momento de fuerzas tangenciales de inercia de las masas móviles reducidas al cigüeñal. Para cualquier momento de tiempo Mtor = Mres + J0 dw/dt, Donde Mres es el momento que toma en consideración la resistencia de la carga, de la fuerza de fricción y los gastos de energía para poner en acción los mecanismos auxiliares, J0 es el momento de inercia de la masa móvil, reducido al cigüeñal dw/dt es la aceleración angular del cigüeñal. El momento torsional varía interrumpidamente según el ángulo de giro del cigüeñal y depende de la carga que tiene el motor. Para fines de comparación se determina el momento torsional en el régimen de potencia máxima. La uniformidad del momento crece con el aumento del número de cilindros. La igualdad de los intervalos entre las carreras efectivas en diferentes cilindros ejerce una influencia positiva sobre la uniformidad. Cuando se plantea el grado de irregularidad, se encuentra el momento de inercia de la masa del volante (en este caso toda las masa concentrada en la llanta del volante) o con cierta aproximación. La masa del volante ha de reducirse en primer lugar hasta el nivel, que asegura la uniformidad necesaria de rotación en la marcha al ralentí. Sin embargo, en la practica la masa del volante se determina partiendo de las condiciones que aseguran la puesta en marcha del grupo con la transmisión conectada. En este caso la masa del volante resulta ser considerablemente mayor que la necesaria para obtener el grado de uniformidad indicado. 40. Describa las particularidades de diseño de los motores Diesel. Los motores Diesel tienen como principal particularidad, la carencia de carburador, puesto que a la cámara de combustión no entra, una mezcla sino por el contrario la mezcla entre el aire y combustible en este caso el diesel se realiza internamente en el motor, además este tipo de motores por funcionar con diesel, el cual es auto inflamable no necesita de sistemas de encendido inducido (bujías). La relación que presentan los motores Diesel es significativamente mayor que en los motores de encendido inducido, esto se debe a que estos motores deben alcanzar unas condiciones que garanticen la auto inflamación del combustible. El rango de revoluciones para los motores diesel es bastante amplio, para así asegurar en todos los regímenes la más completa combustión del combustible diesel con los mínimos excesos de aire, a fin de evitar el aumento de peso del diesel, por esto los procesos de inyección del combustible diesel de atomización, vaporización, del mezclado con el aire y de combustión deben efectuarse en un tiempo muy corto (en el rango de las milésimas de segundos). Debe asegurarse una distribución uniforme del combustible por todo el volumen de la cámara de combustión por lo tanto deben perfeccionarse los procesos de formación de la mezcla de lo contrario resultaría en unas partes de la cámara de combustión muchísimo combustible el cual no combustiona completamente, desmejorando la economía del combustible del diesel y en otras partes de la cámara de combustión resulta poco combustible, el cual combustiona completamente pero parte del aire no participa en la combustión y la presión media de los
gases en el cilindro no alcanza aquella magnitud que debería obtenerse dado el caso de utilización completa del aire. 41. Describa las particularidades de diseño de los motores de carburador. Los motores de carburador deben presentar altas relaciones de compresión para que por medio de la bujía presente una buena combustión y pueda alcanzar potencias más elevadas. Las temperaturas que alcanzan los motores de carburador son más elevadas que en los motores diesel por lo que se debe controlar en mayor medida la termo transferencia, la disociación y la extinción de la combustión del combustible. Las presiones máximas que alcanzan los motores de carburador son menores que los diesel en medida considerable por el retraso de la inflamación y por el procedimiento de formación de la mezcla adoptado en el motor. Por tanto se deben tomar las mismas particularidades de diseño con respecto al motor diesel. El diseño del carburador debe ser muy cuidadoso debido que es de vital importancia una buena mezcla carburante para que no haya una imperfección química elevada y se produzca una buena combustión. El diseño del carburador debe optimizar la funcionalidad de cada parte del mismo de la siguiente manera: Cuerpo: El carburador puede ser de uno o dos cuerpos dependiendo de los requerimientos del motor. Es de vital importancia que se mezclan las 15 partes de aire y la parte de gasolina, necesarias para el funcionamiento del motor. Depósito o taza: Es el lugar donde se almacena la gasolina proveniente del sistema de alimentación de combustible. Allí hay una aguja o punzón, que están unidos a un flotador que sube o baja de acuerdo al nivel de combustible que se encuentre en la taza, permitiendo la entrada o no de gasolina al interior, según las necesidades de cada momento. Aguja o punzón: Se encarga de impedir o permitir la entrada del combustible a la taza, tapando o destapando un fino orificio, de acuerdo al nivel existente dentro de la taza o depósito del carburador. Flotador: Fabricado en lámina delgada o plástico, sube o baja dentro de la taza, de acuerdo con la cantidad de combustible presente. Se encarga de ordenar mediante un vástago cuando la aguja debe permitir o impedir la entrada de combustible a la taza. Inyector: Es una pieza atravesada por un orificio, cerrado por una pequeña válvula dotada de un resorte destinado a pulverizar la gasolina en las cámaras de combustión. Puede estar ubicada antes de la válvula de admisión (inyección indirecta) o después (inyección directa). Surtidor o “chicler”: Es una pieza metálica atravesada por un pequeño orificio calibrado, por donde pasa aire o gasolina. Un carburador tiene varios de estos elementos, que permiten el paso de los dos componentes de la mezcla antes mencionados. Pueden ser de ralentí (marcha lenta o mínima), recuperación (gasolina), o de manejo de aire. Algunos carburadores modernos, incluyen chiclers eléctricos o electrónicos.
Boquilla de inyección: Forma parte del cuerpo del carburador, tiene un estrangulamiento llamado venturi, que tiene como función acelerar la salida de aire en este sitio y a crear una depresión necesaria para la aspiración de la gasolina. Lámina de gases: Es una pequeña lámina metálica ubicada en la bese del carburador, que se encarga de regular la cantidad de gas carburado (mezcla gasificada de aire-gasolina) que deba ingresar al motor luego de atravesar el múltiple de admisión. Choke: Se encarga de alterar la entrada de aire que se debe mezclar con la gasolina, para enriquecer la mezcla carburada aumentando la proporción de gasolina, para obtener un mejor encendido del motor en frío. Puede ser accionado de manera mecánica, por una guaya o un sistema de varillaje, o por el contrario por un efecto térmico que activa el sistema de choke en frío, cerrando la entrada de aire, y abriéndola progresivamente, mientras el motor se calienta. 46. Describa la transmisión y las construcciones de la bomba de agua y del ventilador, los métodos de hermetización (sellamiento) de la bomba, las construcciones de los radiadores en el sistema cerrado de enfriamiento, el objeto, la construcción y el funcionamiento de los termostatos. Según sea el procedimiento de suministrar el aceite a las superficies de rozamiento de las piezas, los sistemas de engrase se subdividen en tres tipos: 1) sistema de engrase por salpicadura (por barboteo) 2) sistema de engrase a presión, o sea, lubricación forzada 3) sistema de engrase combinado (mixto). La mayoría de los motores de automóviles y tractores están provistos del sistema de engrase combinado. El aceite se suministra a presión a las piezas más cargadas (por ejemplo los cojinetes de biela y principales del cigüeñal, los cojinetes del árbol de distribución). Las demás piezas van lubricadas por el aceite salpicado en la cavidad interior del motor durante el trabajo de éste último. La bomba de combustible, el regulador de revoluciones, el ventilador, la bomba de agua y los mecanismos del sistema de arranque están dotados de dispositivos autónomos para la lubricación de las superficies en roce de las piezas. El sistema de engrase combinado comprende también los dispositivos para la depuración y refrigeración del aceite lo que contribuye a disminuir el consumo de aceite y el desgaste de las piezas del motor.
47. ¿Cuáles son el objeto de la lubricación y las condiciones que influyen en la magnitud del coeficiente de razonamiento? ¿Cuáles son los periodos del funcionamiento del motor menos propicios en cuanto a la lubricación de las superficies de trabajo de los cilindros y de los cojinetes de árbol cigüeñal? El sistema de lubricación sirve para disminuir la fricción y el desgaste de las piezas y al mismo tiempo es un sistema interno de refrigeración de los motores. Durante el funcionamiento del motor las condiciones de lubricación de sus diversas piezas son variadas. El objeto de la lubricación es prevenir las perdidas por rozamiento y el desgaste de las superficies, para esto se necesita que la lubricación se da fluidamente. La lubricación es necesaria para evitar el desgaste excesivo, el recalentamiento, y el agarrotamiento de las superficies que rozan, para disminuir los gastos de potencia indicada por fricción en el motor y para extraer el calor que se desprende durante el funcionamiento de las superficies. Las condiciones que influyen en la magnitud del coeficiente de rozamiento son el corte (cizallamiento) de los salientes existentes en las superficies en roce y la interacción molecular de estas superficies en los puntos de contacto, por consiguiente influye la rugosidad de estas superficies. Entre mayor sea la rugosidad de las piezas mayor va a ser r el coeficiente de rozamiento entre ellos y la potencia que se necesita para vencerla y el flujo de aceite debe ser mayor. El tipo de ajuste que haya entre las superficies en contacto también influye ya que de esto depende la estanqueidad y la capacidad de formar la lámina de aceite del lubricante entre estas piezas, si se tiene un ajuste muy holgado no va a surtir efecto el aceite lubricante y si el ajuste es muy fino se dificulta la lubricación entre estas superficies. Por lo dicho últimamente el tipo de aceite que se use para la lubricación también influirá en la magnitud del coeficiente de rozamiento: Aquí debemos tener muy en cuenta tanto sus propiedades físicas, como químicas, densidad, viscosidad, temperatura de ebullición, temperatura de evaporación, temperatura de condensación, que sea un aceite inerte con respecto a las piezas del motor, la oleosidad (la capacidad del aceite de formar una película estrechamente adherida a la superficie del metal). Los momentos menos propicios en cuanto a la lubricación de las superficies de trabajo de los cilindros y de los cojinetes del árbol cigüeñal se presentan en el momento del arranque, es decir en que se presenta un juego mínimo entre las superficies en contacto. Para explicar esto definiremos primero lo que es la teoría hidrodinámica de lubricación: Cuando un árbol no gira (se encuentra en estado de reposo), el apoyo en el cojinete el juego entre estas dos superficies es cero. Al girar el árbol, las primeras capas de aceite adheridas a la superficie del árbol deben arrastrar a las siguientes, he aquí la importancia de las propiedades oleositas del aceite. Las partículas del aceite puestas en movimiento, bajo el efecto de las fuerzas de fricción existentes entre las capas, se trasladan de la parte ancha del juego a la parte estrecha. Como resultado, en la zona en que el juego tiene la magnitud mínima (h min.), en la capa de aceite surge una presión elevada, bajo cuya acción el árbol parece emergido a la superficie descansando en la almohada del aceite.
48. Explique la esencia, las ventajas y el esquema del sistema combinado de lubricación. Mencione los conjuntos y piezas del motor que requieren lubricación, y explique cómo se realiza el suministro de aceite a ellos. Según sea el procedimiento de suministrar el aceite a las superficies de rozamiento de las piezas, los sistemas de engrase se subdividen en tres tipos: 1) sistema de engrase por salpicadura (por barboteo); 2) sistema de engrase a presión, o sea, lubricación forzada; 3) sistema de engrase combinado (mixto). La mayoría de los motores de automóviles y tractores están provistos del sistema de engrase combinado. El aceite se suministra a presión a las piezas más cargadas (por ejemplo los cojinetes de biela y principales del cigüeñal, los cojinetes del árbol de distribución). Las demás piezas van lubricadas por el aceite salpicado en la cavidad interior del motor durante el trabajo de éste último. La bomba de combustible, el regulador de revoluciones, el ventilador, la bomba de agua y los mecanismos del sistema de arranque están dotados de dispositivos autónomos para la lubricación de las superficies en roce de las piezas. El sistema de engrase combinado comprende también los dispositivos para la depuración y refrigeración del aceite lo que contribuye a disminuir el consumo de aceite y el desgaste de las piezas del motor.
49. Describa las construcciones, transmisión, disposición y funcionamiento de las bombas de aceite, así como las medidas para evitar la elevación de la presión del aceite. Las bombas de aceite más utilizadas en los motores de combustión interna son las de engranajes, generalmente las de dientes helicoidales para reducir el ruido. Existen además otros tipos, como son la bomba de lóbulos y la de paletas, Dichas bombas son capaces de suministrar una presión elevada, incluso a bajo régimen de giro del motor. Para mejorar su capacidad de aspiración, la bomba de aceite está montada en el bloque motor, normalmente dentro del cárter, sumergida en el aceite. El giro de los engranajes produce el arrastre del aceite que llega a través del filtro de bomba. El aceite pasa entre los huecos de los dientes de los piñones, por ambos lados del cuerpo de bomba, para salir por el otro extremo a las canalizaciones de engrase.
La presión en el circuito se regula mediante una válvula de descarga, que permite la apertura de un by-pass cuando la presión aumenta excesivamente. La presión excesiva se produce en los altos regímenes del motor o cuando el aceite está frío, siendo capaz de comprimir el muelle de la válvula de descarga. De éste modo, se mantiene en el valor deseado la presión de aceite del sistema. 50. ¿Por qué es necesario filtrar y enfriar el aceite? Menciones las clases de filtro de aceite, explique su disposición en el motor, métodos de conexión, construcciones y funcionamiento de los filtros. Como sabemos el aceite nos sirve para disminuir la fricción entre los componentes móviles del motor y absorber parte del calor producido entre ellas, esa fricción produce limaduras muy finas, las cuales son arrastradas por el aceite y si no son filtradas se acumularan hasta un punto que provocaran obstrucción en el sistema de suministro de aceite, además el calor que absorbe el aceite debe ser controlado, ya que al aumentar la temperatura del aceite disminuirá su viscosidad y provocarle su oxidación. Los filtros de aceite se pueden dividir en dos grupos: de depuración basta total y de depuración fina parcial. Los filtros de depuración basta se intercalan en serie en el sistema y a través de ellos pasa todo el aceite que circula por el motor. Por los filtros de depuración fina, que se enchufan en una derivación de las tuberías del sistema de engrase, se hace pasar una parte del aceite (10 a 20%) que después se mezcla con el aceite restante en el colector de aceite. Un defecto del montaje de los filtros en derivación es que el aceite depurado va a parar al cárter inferior y no a las superficies en rozamiento del motor. Los elementos filtrantes de los filtros de depuración basta pueden ser de malla fina (tela metálica) o de laminillas (ranurado), y los de depuración fina, de cartón, papel, fieltro o de un material especial. En los filtros de depuración basta (total) existe una válvula de seguridad que en caso de aumentar la resistencia (en el período de calentamiento del motor cuando está muy sucio el elemento filtrante) deja pasar el aceite esquivando el filtro. Estos filtros retienen partículas de mínimo 0.07 mm. Los filtros de depuración fina aseguran la limpieza del aceite de partículas mecánicas de hasta 0.001 mm de dimensión.
56. ¿En qué sitio se mide la presión del aceite en la tubería principal del motor Diesel? ¿Cuál debe ser la temperatura del aceite en la salida del motor? ¿El tanque de aceite se puede llenar completamente? ¿Por qué antes del arranque del motor Diesel es necesario trasegar aceite? ¿Hasta qué presión? Medidor de presión del aceite del motor Diesel, este instrumento indica la presión existente en el sistema, si la lectura es notablemente inferior puede ser señal de desgaste de los cojinetes de bancada o en los de biela; este desgaste produce un aumento en las tolerancias de los componentes internos y en consecuencia una caída en la presión. El funcionamiento del indicador de presión consta en su interior de un tubo metálico flexible unido al sistema de lubricación. Al aumentar la presión, el tubo tiende a desenrollarse. Al hacerlo la aguja se desplaza a lo largo de la escala del indicador. Sin embargo, los usuarios notan un cambio en la presión de aceite de sus motores diesel cuando cambian un aceite monogrado a un multigrado. Efectivamente la presión del aceite en un multigrado es más baja y el usuario puede interpretar la caída de la presión como un problema en su motor o tiende a confundir y poner en duda su calidad como multigrado. La presión alta puede necesariamente no ser buena, ya que se puede deber a un aceite demasiado viscoso, que esté tapado un conducto, o que sencillamente el ralentí del motor es demasiado alto. Sin embargo la presión baja en un motor no necesariamente puede ser mala, ya que podría ser ventajosa para un motor diesel que opere en condiciones normales. La presión de operación normal de un motor diesel debe ser establecida por su fabricante. En los motores de gasolina el anillo de compresión superior puede llegar a exponer el aceite de motor a temperaturas de hasta 160 °C. En los motores diésel el anillo superior puede exponer el aceite a temperaturas superiores a los 315 °C. Los aceites de motor con índices de viscosidad superiores se debilitan menos a altas temperaturas. Antes del arranque del motor Diesel es necesario trasegar aceite ya que este se encarga de limpiar el aire que ingresa en la mezcla aire combustible, y otro uso es la previa lubricación de todo el sistema del motor de combustión interna. 58. ¿Qué objeto tienen y con qué medidas se mejoran la atomización y la vaporización del combustible en los carburadores? ¿De qué depende la cantidad de aire que pasa a través del carburador? ¿De qué depende la cantidad de combustible suministrado por el suministrador? En el carburador el combustible se atomiza, se evapora parcialmente y se mezcla con el aire formando la mezcla combustible (aire carburado) cuya composición se necesita para llevar a cabo eficazmente el proceso de la combustión. De la calidad del funcionamiento del carburador, y la atomización del combustible en éste, depende la potencia que desarrolla el
motor y su rendimiento económico. Además, para el funcionamiento del motor con regímenes variables y para que la transición de un régimen a otro sea rápida el carburador debe asegurar la formación de una mezcla combustible homogénea en la cual se vaporice la mayor cantidad posible de combustible y se mezcle con el aire. Debido a que los chorros de aire, que se mueven a través del difusor, con una velocidad que supera 25 veces, aproximadamente, la de las gotas de combustible que llegan al atomizador; las gotas de combustible deben atomizarse, formando así, partículas más pequeñas, y, mezclándose con el aire, producen una mezcla carburante que se suministra al cilindro del motor. La atomización se realiza para que se presente una mezcla más homogénea de aire – combustible y se pueda presentar la combustión. Debido a la atomización aumenta la superficie de contacto de las partículas del combustible con el aire y el combustible se vaporiza intensamente. Durante el tiempo de admisión, estando abierta la mariposa de aire, la depresión creada en el cilindro se transmite a través de la tubería de admisión a la cámara de carburación y al difusor, provocando en ellos el movimiento del aire. La depresión producida en la cámara de carburación y en el difusor se puede regular por la mariposa de gas y la de aire. En conclusión, la cantidad de aire que entra al cilindro depende del ángulo de apertura de la mariposa de aire. El combustible procedente de la cuba pasa, a través del surtidor, al pulverizador, cuyo orificio de salida se encuentra en la parte estrecha (garganta) del difusor. Para que el combustible no salga del pulverizador cuando el motor está parado, el orificio de salida del mismo se encuentra de 1 a 2 mm superior al nivel del combustible que se halla en la cuba. El atomizar la gasolina y después mezclarla bien con el aire no basta para producir una carburización satisfactoria, la mezcla de aire-combustible debe ser adicionalmente evaporada para que llegue a los cilindros del motor en un estado casi gaseoso. Esto se logra aplicando calor a la sección central del múltiple de admisión por medio de un conducto de calefacción el cual se extiende por esta sección y directamente debajo de la pestaña de montaje del carburador. Los gases calientes de escape que pasan a través del conducto de calefacción ayudan a evaporar o gasificar la mezcla. Los gases de escape son desviados hacia el conducto de calefacción del múltiple de admisión por medio de una válvula controlada termostáticamente llamada válvula de calefacción. Cuando el motor está frío la válvula se cierra obligando a los gases de escape a pasar a través del conducto de calefacción. Cuando el motor comienza a calentarse gradualmente la válvula se abre poco a poco y parte de los gases de escape van directamente al sistema de escape. El objeto de la atomización y vaporización del combustible en los carburadores es con el fin de garantizar el funcionamiento del motor con regímenes variables y para que la transición de un régimen a otro sea rápida. Además el carburador debe asegurar la formación de una mezcla combustible homogénea en la cual vaporice la mayor cantidad posible de combustible con aire. Debido a la atomización aumenta la superficie de contacto de las partículas del combustible con el aire y el combustible se vaporiza intensamente. Para asegurar una vaporización más completa del combustible se suele calentar la tubería de admisión por los gases de combustión o por los líquidos procedentes del sistema de refrigeración.
El empleo del sistema de difusores múltiples mejora la formación de la mezcla en el carburador, ya que el combustible que va suministrado de los atomizadores de los surtidores primeramente es atomizado por el aire que atraviesa los difusores, en los cuales están ubicados los pulverizadores o en su caso los atomizadores. Cuando la mezcla pasa a través del difusor medio, el combustible se atomiza todavía mas finamente por el aire que atraviesa este difusor. La cantidad de combustible suministrado por el difusor depende de la depresión creada en el difusor pequeño y el difusor adicional y de la depresión creada en el difusor grande. A medida que va aumentando la apertura de la mariposa del gas, la corriente del aire comienza a separar del difusor las placas y una parte del aire, evitando los difusores pequeño y medio, pasará entonces entre el difusor grande y el medio. Cuanto más se abre la mariposa del gas, tanto mayor llega a ser la sección de paso entre en el difusor grande y el medio y por consiguiente, tanto más aumenta también la cantidad de aire que atraviesa esta sección. Con ello la depresión se aumenta en todos los difusores, pero el crecimiento de la depresión junto al pulverizado del surtidor principal y la salida del combustible contenido en el mismo ocurrirá más despacio que en el pulverizador del surtidor adicional. La entrada de aire al carburador depende de la mariposa de aire, instalada en la tubuladura de entrada. Al cerrarse la mariposa de aire, se eleva la depresión o vacío creada en la cámara de carburación, debido a lo cual la mezcla se enriquece a costa de una salida intensa del combustible a partir de los pulverizadores del dispositivo dosificador principal y del circuito de marcha lenta. El aire necesario para formar la mezcla carburante penetra a través de las rendijas junto al borde de la mariposa de aire. En muchos carburadores el mando de la mariposa de aire se efectúa manualmente valiéndose del cable que sale a la cabina del conductor. 59. ¿Cuáles son las composiciones de la mezcla carburante y por qué son necesarias: 1) en el arranque. 2) a pequeñas revoluciones de marcha en vacío. 3) para la obtención de eficiencia y de potencia plena ? El motor de carburador instalado en los automóviles y tractores trabaja en los regímenes principales siguientes: 1) arranque; 2) marcha en vacío y cargas pequeñas; 3) cargas medias; 4) carga completa. Para obtener el trabajo más eficaz del motor para el régimen dado es muy importante que la mezcla carburante, para el momento de inflamarla por la chispa eléctrica, sea la más ventajosa en cuanto a su composición. La mezcla debe ser homogénea y el combustible que forma parte de ella debe encontrarse en el estado de vapor. 1) Arranque: al poner en marcha un motor frío, la formación de la mezcla queda dificultada dado que la depresión creada en el difusor es de valor insuficiente, la velocidad de movimiento del aire es pequeña y la temperatura de las piezas del motor permanecen bajas. Por eso, para efectuar el arranque, a los cilindros del motor se debe suministrar una mezcla carburante rica (α=0.5-0.6) para que al punto de inflamarla contenga una cantidad suficiente de fracciones livianas, de evaporación rápida, del combustible. 2) Marcha en vacío a pequeñas cargas: al operar en estas condiciones la mariposa del gas queda entrecerrada, ya que al motor se le debe suministrar una pequeña cantidad de mezcla carburante. La depresión y velocidad de la corriente de aire en el difusor son insignificantes. Las
condiciones para la pulverización y la evaporación son desfavorables. Por eso el carburador debe preparar una mezcla enriquecida con el coeficiente de exceso de aire α=0.6-0.8%. 3) Cargas medias: de un 40 a 90% de la carga plena del motor, a sus cilindros se deben suministrar cantidades de la mezcla carburante, pero la composición de esta última ha de permanecer constante y un poco empobrecida (α=1.10-1.15) para poner el trabajo más económico. 4) Carga plena del motor: la mariposa de estrangulamiento está abierta por completo por lo que para obtener la potencia máxima la mezcla carburante debe estar enriquecida (α=0.850.90). En un carburador más sencillo al arrancar el motor o trabajar en vacío y a pequeñas cargas, el pulverizador suministra poco combustible debido a una depresión insuficiente en el difusor y la mezcla carburante resulta ser pobre. A cargas medias, dado el incremento en la depresión, la cantidad de combustible enviada a la cámara de carburación crece, más no de nodo proporcional al aumento de la cantidad de aire suministrado, sino en grado menor. Por eso la mezcla carburante se enriquece. Al pasar a la carga plena, el carburador más sencillo no ofrece un enriquecimiento paulatino necesario de la mezcla. Ahora bien, al trabajar en los regímenes indicados, el carburador más sencillo hace variar la composición de la mezcla de una manera inversa a lo que se requiere. Al abrir bruscamente la mariposa del gas, es necesario suministrar a los cilindros una mezcla enriquecida para que el motor eleve rápidamente el número de revoluciones y aumente su potencia. En el carburador más sencillo, al abrir de modo brusco la mariposa del gas, la mezcla carburante se empobrece.
62. ¿En qué consiste la esencia del fenómeno de la detonación? ¿Cuáles son sus síntomas externos, la causas de su surgimiento? ¿Qué circunstancias acentúan y debilitan la detonación? Las principales causas de la detonación son el aumento rápido de la temperatura y de presión. La elevación de las temperaturas de la mezcla combustionada provoca el crecimiento de la presión y el aumento del volumen. En una parte de la mezcla carburante, que suele ser más alejada de la fuente de inflamación, a consecuencia de la termo transferencia y de la compresión de esa parte de la mezcla por la mezcla que ha ardido, la presión y la temperatura crecen, y también crece la preparación química de esta parte de la mezcla para la combustión térmica antes de que ella alcance el frente de flama. Esta parte de la mezcla se autoinflama y prácticamente arde instantáneamente; sus temperaturas y presiones crecen muy bruscamente, superando las temperaturas y presiones medias de toda la masa de gases que se hallan en la cámara de combustión. La presión instantáneamente creciente de una pequeña parte de la mezcla no alcanza a igualarse, a nivelarse, y en la cámara de combustión se forman ondas de choque, que se mueven con velocidades supersónicas y que provocan el movimiento oscilatorio de toda la masa de productos de la combustión recluidos en la cámara.
Tal proceso de combustión con auto inflamación instantánea incontrolable, que lleva aparejados un crecimiento local brusco de las temperaturas y presiones y formación de ondas de choque, se llama combustión detonante o detonación. Las ondas de choque de las presiones se mueven con velocidades muy grandes, por la cámara de combustión, múltiples veces chocan con las paredes de la culata y el émbolo, que comienza a vibrar, lo que durante el funcionamiento del motor se manifiesta por medio de golpes metálicos bien audibles. La aparición de la combustión detonante principalmente es resultado de la clase de gasolina incorrectamente seleccionada para el motor de carburador con determinada relación de comprensión. Sin embargo además de esto, en la aparición y la intensidad de la combustión detonante ejercen también influencia una serie de otros factores. La resistencia a la detonación de las gasolinas se acostumbra determinar acorde con el índice de octano. Para determinar el índice de octano se utilizan motores monociclíndricos con relación de comprensión variable. Para elevar los índices de octano de las gasolinas a veces se les adicionan antidetonantes. Antidetonantes se llaman las sustancias que no son combustibles y se añaden a las gasolinas en muy pequeñas cantidades (fracciones porcentuales) para elevar sus cualidades antidetonantes. La detonación trae consigo algunos síntomas que se manifiestan externamente tales como: Humosidad de los gases de escape; como consecuencia de la acentuada disociación de la combustión y el aflujo de calor en el proceso de expansión provocados por la elevación local instantánea de la temperatura. Quemado de los fondos y bordes de los cilindros y destrucción de los cojinetes; producto de la detonación fuerte y prolongada. Disminución de los indicadores de economía (eficiencia) y de potencia del motor por la elevación de las temperaturas de las paredes de la culata de cilindro, del émbolo y del plato de la válvula de escape, lo que produce la disminución del llenado de los cilindros. 63. ¿Mediante qué métodos se efectúa la compensación de la mezcla carburante en los carburadores? Describa la construcción de los filtros-sedimentadores y de los filtros de aire en los motores de carburador. En los carburadores se utiliza un compensador de aire para la marcha mínima, con el fin de compensar la mezcla demasiado rica producida por los excesivos vapores de la gasolina, cuando se hace funcionar el motor cuando está muy caliente. En los carburadores de automóvil, el compensador consiste en una válvula controlada termostáticamente, por lo general montada encima del tubo Venturi principal o en la parte posterior de la taza del carburador. Esta válvula funciona por medio de una tira bimetálica y normalmente mantiene cerrado un conducto de aire que se extiende desde un punto situado encima del Venturi hasta un punto más debajo de la válvula del acelerador. Cuando el motor funciona estando muy caliente. Los excesivos vapores de gasolina que entran al múltiple, enriquecen normalmente la mezcla, dando como resultado una marcha mínima irregular e incluso que el motor deje de funcionar. El compensador de aire para la marcha mínima elimina este problema, ya que a una temperatura determinada el termostato se inclinará para desplazar
la válvula de su asiento y permitir que fluya aire a través del conducto compensador y así mantener la marcha mínima uniforme. Cuando el motor se enfría, el termostato cierra la válvula y el carburador proporciona mezcla normal.
El filtro sedimentador es un filtro de combustible en el que la depuración de impurezas mecánicas se lleva a cabo mediante dispositivos filtrantes en forma de mallas, de juegos de placas o de elementos porosos. La filtración de agua e impurezas mecánicas más finas del combustible se realiza en el sedimentador. Filtro sedimentador
Los filtros de aire de los motores pueden ser de inercia, filtrantes o combinados. En caso de querer elevar la eficiencia se emplea líquidos en el escalón de inercia o humidificación de los elementos filtrantes esta disposición reconoce como filtros húmedos si no se emplea liquido alguno entonces se les llama filtros secos. En la figura siguiente se nota el esquema de un filtro de aire, el aire ingresa al filtro por el embudo 5. En la sección de paso 3 el flujo se acelera. Pasando sobre el aceite 2, el aire gira bruscamente y se dirige a la cavidad con empaque 4. las partículas pesadas caen en el aceite incapaces de cambiar de trayectoria, mientras las partículas más pequeñas se filtran
64. ¿Qué requerimientos se presentan a los tubos de admisión y escape? Describa la construcción y el funcionamiento de los sistemas de precalentamiento de la mezcla de los motores. Por la tubería de admisión la mezcla carburante procedente del carburador (en los motores de carburador) y el aire procedente del depurador de aire (en los motores diesel) llega a los cilindros. Por la tubería de escape los gases quemados se derivan de los cilindros. Las tuberías de admisión y de escape se fabrican de fundición formando una pieza común o dos piezas separadas. En una serie de los motores las tuberías de admisión están fundidas en una aleación de aluminio. En algunas construcciones las tubería fundidas por separado se sujetan entre si mediante pernos. Las bridas de tabuladores de las tuberías de escape provistas de juntas de metal imantado y de los de admisión provistos de juntas de paronita se unen al bloque-cárter o a la culata de cilindros con ayuda de los espárragos o tuercas. Las tuberías de admisión y de escape deben tener formas y secciones tales que la resistencia que se opone al movimiento de los gases sea mínima y la mezcla carburante (o aire) vaya distribuida uniformemente por los cilindros. Los gases quemados salen del cilindro del motor a gran velocidad, produciendo un ruido estridente, para disminuir este ruido se montan silenciadores en el tubo de escape y que al pasar por estos dispositivos dichos gases de escape se expanden perdiendo velocidad, saliendo al medio ambiente sin hace ruido. Para disminuir el peligro de incendios las tuberías de escape de los motores de tractores y de máquinas agrícolas automotrices están dirigidas hacia arriba y están dotadas por apaga chispas. En algunos casos la tubería de admisión es calentada por el agua caliente procedente del sistema de refrigeración. Para esto la tubería esta provista de paredes dobles y el espacio formado entre ellas está lleno de agua que pasa de la culata de cilindros al radiador. Para evaporar mejor el combustible y evitar que se condense la mezcla carburante, antes de que llegue al motor de carburador, es precalentada por el calor de los gases de combustión o del líquido procedente del sistema de refrigeración. Es recomendable precalentar el aire que llega al carburador y controlar su temperatura, ya que se reduce la variación en la densidad del aire y, en consecuencia, tener un mejor control de la relación de la mezcla, respecto a la economía del combustible y el control de emisiones; asimismo, se minimiza el congelamiento del carburador y se reduce la necesidad de una válvula de traspaso en el múltiple de escape. El calentamiento puede ser no regulable y regulable. El grado necesario de calentamiento depende de la marca del combustible a utilizar, la temperatura ambiente y la carga del motor. La subida de la temperatura de la mezcla carburante y su expansión llevan a la reducción del llenado, en peso de los cilindros, por esto es conveniente variar la intensidad de calentamiento de la mezcla, aumentando el calentamiento al estar frío o poco cargado el
motor y disminuyéndolo gradualmente a medida que va calentándose el motor y creciendo la carga. Funcionamiento del sistema de precalentamiento en el motor GA2.S2-01 (Figura. 15).
Figura. 15. Tuberías de admisión y escape con regulación manual de calentamiento de la mezcla carburante (motor CAZ-01). ab-
calentamiento completo (invierno). calentamiento está desconectado (verano).
1. mariposa; 2.sector; 3.tubería de escape; 4.tubería de admisión. El calentamiento de la mezcla se regula manualmente con ayuda de la mariposa 1 instalada en la tubería de escape 3. Para esto el extremo exterior del eje de la mariposa lleva sujetada el sector 2. El sector puede ponerse en dos posiciones: junto a la marca con letrero “invierno” abriendo la mariposa y junto a la marca con letrero “verano” cerrándola. Cuando este queda cerrado, los gases de combustión no llegan a la camisa de calentamiento y el calentamiento de la mezcla carburante cesa. En algunos motores diesel dotados de motores de carburador para el arranque el aire que pasa por la tubería de admisión es calentado por el calor de los gases quemados del motor de arranque durante la puesta en marcha del motor diesel. Esto facilita el arranque del motor diesel, sobre todo a bajas temperaturas del medio ambiente. 68. Describa el objeto, la construcción (esquema) y el funcionamiento de los reguladores de revoluciones del árbol cigüeñal. En los motores de automóvil de carga y tractores se instalan dispositivos reguladores de velocidades llamados limitadores de revoluciones máximas con el fin de que no supere determinada velocidad (rpm). En los automóviles se instala una válvula de estrangulación en los tubos de admisión de los motores de carburador, la cual a grandes velocidades de la mezcla gira y disminuye la sección para el paso de esta. Para que el árbol del motor no supere el número de revoluciones estipulado por el fabricante.
En los automóviles livianos se instala un empaque de acero delgado, entre las bridas del tubo de admisión y el carburador, que disminuye la sección del paso de la mezcla con el objeto de disminuir el número máximo de revoluciones. De igual manera en los Diesel se instala el regulador. El cual actúa sobre el caudal del combustible y aún número estipulado de revoluciones lo disminuye bruscamente. De esta manera el árbol de éste motor no puede superar el número revoluciones designado. El máximo número de revoluciones en la mayoría de los motores constituye un 50-60% de aquellas revoluciones a las cuales el llenado ponderal podría alcanzar el máximo o 60-80% de las revoluciones correspondientes a la potencia efectiva máxima. El objeto del regulador de revoluciones del árbol cigüeñal es mantener el régimen de velocidad límite del motor en funcionamiento a un número de revoluciones nominal con el cual alcanza este la potencia máxima, es decir su función es evitar que el motor supere una determinada velocidad. Este mecanismo regulador especial, a diferentes cargas, hace variar automáticamente la magnitud de apertura de la mariposa o la posición de la cremallera de la bomba de combustible, merced a lo cual cambie la cantidad de mezcla carburante o de combustible suministrada al cilindro del motor.
Figura 16. Regulador de revoluciones. De lo anterior se deduce que el objeto del regulador de revoluciones es:
-Evitar los excesos de velocidad o calados del motor. -Mantener la velocidad del motor relativamente constante para cualquier posición del acelerador seleccionada, a pesar de las variaciones de carga. En los reguladores mecánicos el aumento de la fuerza centrífuga con la velocidad de rotación se utiliza para facilitar el control de regulación. Estos pueden ser: de velocidad constante, de velocidad variable o de velocidad limitada. Regulador sencillo de velocidad constante: Se instalan en motores que necesitan funcionar a una velocidad establecida o constante. Sus aplicaciones incluyen motores que llevan un alternador de potencia, bombas de agua, elevadores, etc. El regulador sencillo de velocidad constante consta de dos contrapesos pivotantes, una horquilla y un muelle de regulación. La fuerza del muelle actúa contra el brazo de la palanca de los contrapesos, que son empujados hacia el eje. Cuando el eje gira, la fuerza centrífuga hace que los contrapesos se desplacen hacia el exterior y el brazo de palanca
empuja la camisa. De este modo la camisa se equilibra entre la fuerza del muelle en un extremo y la fuerza ejercida por los contrapesos en el otro. El mecanismo del regulador se conecta a la bomba mediante la horquilla cuyos extremos de los brazos encajan en una ranura de la camisa y el otro se conecta a la cremallera del control de la bomba de inyección. El regulador sencillo de velocidad constante se muestra en la figura.
Figura. 17 Regulador sencillo de velocidad variable: Como en el caso del regulador sencillo de velocidad constante, el de velocidad variable lleva contrapesos pivotantes, camisas deslizantes y horquilla, pero utiliza un eje flotante de empuje de la cremallera de control, cuya posición se determina con el mando del acelerador.
Figura. 18
69. Describa la construcción (esquema) y el funcionamiento de la bomba de cebado de combustible. En los diesel se emplea bomba de cebado de combustible de embolo, rotativas, de piñones o de diafragma con accionamiento o transmisión mecánica desde el motor o con un accionamiento eléctrico independiente.
Bomba de embolo: este tipo de bomba se instala en los equipos de autotractor. Se le instala directamente en el motor o en el cuerpo de la bomba de alta presión. El accionamiento de la bomba comúnmente se realiza desde una de la levas de las secciones de la bomba o con un excéntrico instalado en el árbol de la bomba de combustible o en el árbol distribuidor del motor
Bomba rotativa: se basa en el principio de desplazamiento positivo, en el cual la bomba posee cámaras que crecen y decrecen generando una succión en el sitio donde la cámara crece y un aumento e la presión en donde la cámara decrece obligando al combustible a salir de la bomba con un aumento razonable de su presión
Esta bomba está formada por un bazo con mandrilado excéntrico. Dentro del bazo alrededor de un eje que coincide con el eje de la superficie externa gira in rotor el cual posee cuatro ranuras longitudinales del rotor están colocadas libremente las paletas que se apoyan en un pasador flotante y en la superficie interna del mandrilado.
Bomba de piñones y de diafragma: al igual que las rotativas se basa en el principio de desplazamiento positivo, en el cual la bomba posee cámaras que crecen y decrecen generando una succión en el sitio donde la cámara crece y un aumento e la presión en donde la cámara decrece obligando al combustible a salir de la bomba con un aumento razonable de su presión. 70. Describa los dispositivos de arranque de los motores. ¿Qué dispositivos de arranque se prevén en los motores Diesel? ¿Qué conjuntos principales entran en el sistema de arranque eléctrico? El equipo eléctrico de los tractores y automóviles comprende los sistemas, que funcionan en paralelo, cuyas características principales son el género de corriente, la tensión y la potencia. Dentro de los sistemas se pueden destacar los elementos principales. Fuentes y consumidores de energía eléctrica.
En calidad de fuentes de energía eléctrica se usan los generadores y baterías de acumuladores que aseguran el funcionamiento normal de todos los consumidores en toda la gama de regímenes del motor.
Figura. 19. Esquema del sistema de encendido de un motor de ocho cilindros (ZIL–130) 1. condensador; 2. Palanquilla; 3. Terminal del ruptor; 4. Arandela de leva; 5. 21. resistores antiparásitos; 6. Contacto fijo de ruptor; 7. Contacto móvil de la palanquilla del ruptor; 8. Arrollamiento segundario; 9. Arrollamiento primario; 10. Bobina de encendido; 11. Resistor adicional; 12. Placa elástica con contacto; 13. Interruptor de encendido; 14. Rotor del interruptor; 15. Armadura del relé de arrastre; 16. Arrollamiento del relé de arrastre; 17. Disco de contactos; 18. Placa elástica de contacto del terminal KZ del relé de arrastre del arrancador; 19. Terminal del relé de arrastre del arrancador; 20. Bujía de encendido; 22. Electrodo de la tapa; 23. Electrodo del rotor. BA; Batería de acumuladores. LC; Lámpara de control. RB; Relé regulador. G; Generador. RA; Relé de arrastre del arrancador. Arr; Arrancador. KZ, ST y AM; Terminales del interruptor de encendido. VK y VKH; Terminales de la bobina de encendido. En los motores de carburador y de gas las corrientes de alta tensión destinadas para producir la descarga por chispa se obtiene por dos procedimientos: por el sistema de encendido por batería y por la magneto. El sistema de encendido por batería se aplica en los motores de automóviles y el encendido por magneto, principalmente en los motores de arranque de los Diesel. El sistema de encendido eléctrico por batería comprende los dispositivos siguientes: batería de acumuladores BA y generador G con relé regulador RR; bobina de encendido, ruptor distribuidor con reguladores centrífugo y vacuo accionado del ángulo de avance del encendido y corrector de octano; condensador, bujía de encendido, interruptor de encendido, cables de baja y alta tensión, resistores antiparásitos 5 y 21. El sistema de encendido eléctrico por magneto es un aparato magnetoeléctrico, cuyas partes principales son: generador de corriente alterna de baja tensión, ruptor y transformador de corriente de alta tensión con distribuidor.
71. Describa el influjo de diferentes factores en la atomización del combustible en los motores Diesel. ¿Cuáles son las ventajas y las fallas del método de inyección directa del combustible a los cilindros del motor Diesel? Los diferentes factores que influyen en la pulverización del combustible son: La presión de la inyección, la velocidad del chorro y la cámara de combustión. Aumentando la presión de la inyección se crea gran velocidad a la salida del combustible una pulverización fina y homogénea. Disminuyendo el diámetro de los orificios de las toberas del inyector aumenta la velocidad de salida lo que mejoraría la pulverización. En las precámaras de combustión debido a la elevada turbulencia y a la eficaz mezcla de combustible y aire la calidad del combustible no tiene que ser elevada como para otros modelos de cámaras de combustión. Las ventajas de la inyección directa son: * Debido a su forma compacta, el área de superficie de la cámara de combustión es reducida, lo que se traduce en una pérdida de calor relativamente baja por el sistema de refrigeración teniendo así una eficiencia térmica elevada. * Debido a la escasa pérdida de calor, el aire comprimido se mantiene muy caliente, dando como resultado una buena capacidad de arranque en frío sin necesidad de utilizar calentadores. * Una vez más debido a la escasa pérdida de calor pueden utilizarse relaciones de compresión bajas, sin que deje de darse un buen encendido y una combustión eficaz. Desventajas de la inyección directa: * Ya que se utilizan varios agujeros pequeños en la boquilla del inyector, en lugar de uno grande. Los bloqueos por sedimento de carbono son bastante frecuentes. * Para asegurar la penetración de las partículas de combustible, en el aire comprimido son necesarias elevadas presiones de inyección de mayor precisión y calidad del que sería necesario si se utilizan presiones de inyección más bajas. * Se da un funcionamiento desigual a velocidades reducidas, debido al largo período de retardo obtenido con la limitada turbulencia del aire de admisión. En este modelo la turbulencia depende en gran medida de la velocidad del aire que entra, que obviamente aumenta con la velocidad de giro del motor 76. Ventajas y desventajas de los motores de combustión interna. Ventajas: • El uso de combustibles líquidos, de gran poder calorífico, lo que proporciona elevadas potencias y amplia autonomía. Estos combustibles son principalmente la gasolina en los motores Otto y el gasóleo o diésel en los motores diésel aunque también se usan combustibles gaseosos como el hidrógeno molecular, el metano o el propano. • Rendimientos aceptables, aunque raramente sobrepasan el 50% (téngase en cuenta que rendimientos del 100% son imposibles, ver ciclo de Carnot). • Amplio campo de potencias, desde 0,1 kW hasta más de 30 MW lo que permite su empleo en la alimentación de máquinas manuales pequeñas así como grandes motores marinos. Desventajas:
• Combustible empleado. Estos motores están alimentados en su mayoría (aunque existen desarrollos alternativos) por gasolina o diésel, dos derivados del petróleo que como sabemos es un recurso no renovable, además de sufrir su precio fluctuaciones de consideración. • Contaminación. Los gases de la combustión de estos motores son los principales responsables de la contaminación en las ciudades (junto con las calefacciones de combustibles fósiles), lo que da lugar a episodios agudos de contaminación local como el smog fotoquímico y contribuye de forma importante en fenómenos globales como el efecto invernadero y consecuente cambio climático.
77. Clasificación de los motores de combustión interna. Los motores de combustión interna se clasifican de la siguiente forma: 1. Motores alternativos: Estos poseen el mismo principio de funcionamiento de la máquina de vapor, solo que aquí el fluido de trabajo si experimenta el proceso de la combustión. En la Figura 7 se muestra esquemáticamente un motor alternativo.
Figura. 20. Motor alternativo. Estos a su vez se clasifican por: Ignición o encendido: Motor Otto o de encendido provocado, en los que la combustión se inicia mediante una chispa. Los primeros motores incorporaban una llama externa para el encendido, sin embargo este sistema quedó pronto obsoleto siendo sustituido por un tubo caliente que se empleó hasta la Primera Guerra Mundial. Desde entonces, la ignición es eléctrica (bujía) ya que permite controlar la ignición (el momento en el que se ha de producir) y subsana los problemas de reducida vida útil y riesgo de explosión de los sistemas anteriores. Para evitar la explosión espontánea de la mezcla, estos motores no pueden alcanzar grandes presiones, limitándose en la práctica hasta relaciones de compresión de 11 a 1, mientras que los motores diesel pueden alcanzar valores de hasta 21 a 1, ya que el combustible diesel es introducido en la cámara de combustión en el momento preciso de la ignición, y no antes de la compresión.
Motor diesel o de encendido por compresión, en los que la compresión de la mezcla es suficiente para provocar su autoinflamación. En este motor se utilizan valores elevados de compresión para lograr lo que se denomina "temperatura de ignición" cuando el pistón se encuentra en el PMS, y es en ese momento cuando se inyecta el combustible dentro de la cámara por medio de una bomba de alta presión y un inyector, variando la cantidad de combustible para controlar la potencia entregada por el mismo. Cabe destacar que en este tipo de motores se obtienen rendimientos superiores al de ciclo Otto, mientras gran parte por la compresión a la que pueden trabajar, aprovechando mejor el combustible ya que son del tipo "mezcla pobre”. Por el Ciclo: Ciclo de cuatro tiempos, en los que el ciclo termodinámico se completa en cuatro carreras del émbolo y dos vueltas del cigüeñal. En estos motores, la renovación de la carga se controla mediante la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape. Ciclo de dos tiempos, el ciclo termodinámico se completa en dos carreras del émbolo y una vuelta del cigüeñal. La renovación de la carga se logra por barrido, al desplazar la nueva mezcla los gases de la combustión previa, sin la necesidad de válvulas, ya que es ahora el propio émbolo el que con su movimiento descubre las lumbreras de admisión y escape regulando el proceso. 2. Rotativos o Wankel: Esta consta básicamente de una serie de alabes unidos radialmente a un eje, los cuales lo hacen rotar cuando incide sobre ellos el fluido de trabajo, es decir, los gases producto de la combustión, en el caso de una turbina de gas de ciclo abierto, tal como se muestra en la figura:
Figura 21. 3. Motores a reacción: Son aquellos que adquieren un movimiento del conjunto del motor, mediante la expulsión a alta velocidad del fluido de trabajo (gases producto de la combustión), en el sentido contrario al movimiento deseado, es decir, que utilizan el principio de acción-reacción.
Existen dos tipos básicos de motores a reacción: los que toman el comburente del medio que los rodea (el aire), y los que no lo hacen (estos se conocen como Motores-cohete). Todos los motores a reacción que poseen admisión de aire del exterior, constan básicamente de un conducto en el cual se realiza el proceso de la combustión del fluido de trabajo, el cual posee una admisión de aire exterior, una entrada de combustible, una bujía que encienda la mezcla y una abertura para expulsar los gases de la combustión a alta velocidad. Lo anteriormente mencionado se muestra en la figura siguiente.
Figura. 22 Motor a reacción. El principal inconveniente técnico que presentan los motores a reacción con admisión de aire del exterior, es el de asegurar el sentido del flujo del fluido de trabajo, o en otras palabras el de impedir que los gases de combustión salgan por la admisión de aire. Según el método que se emplee para asegurar el correcto flujo dentro del motor a reacción con admisión del aire del exterior, se encuentra la siguiente subdivisión de motores: Pulsorreactor: En este motor se colocan una serie de válvulas de admisión, las cuales se abren para permitir la entrada del aire, y se cierran cuando se inyecta el combustible y se produce el encendido. Un motor de este tipo se muestra en la figura:
Figura. 23 Pulsorreactor Estatorreactor: En este motor es la presión de los gases admitidos la que asegura el correcto flujo dentro del mismo, lo cual se logra a altas velocidad del aire admitido. En la Figura 10 se muestra un estatorreactor.
Figura. 24 Estatorreactor
Turborreactor: En este motor es un compresor accionado por una turbina de gas, el que impide la salida de los gases de la combustión por el conducto de admisión. En la Figura 29 se muestra un turborreactor.
Figura. 25. Turborreactor En el Motor-Cohete no se tiene una admisión de aire, lo que implica que la máquina que es movilizada por este motor, deba llevar tanto al combustible como al comburente. Lo anterior hace que este motor conste simplemente de una cámara de combustión y de una salida de gases (tobera). En la Figura 12 se muestra un Motor-Cohete.
Figura. 26 Motor-Cohete 78. Diferencias de la construcción y del principio de funcionamiento de los motores de cuatro tiempos y de dos tiempos. Los motores de combustión interna se amoldan a ciclos termodinámicos. Cada ciclo de un motor se compone de los siguientes procesos: * Proceso de admisión: entrada de la mezcla combustible al cilindro. * Proceso de compresión: se reduce el volumen de la cámara de combustión comprimiendo la mezcla hasta las condiciones de presión y temperatura propicias para inflamación * Proceso de combustión: se inflama la mezcla combustible generando productos con altas presiones y temperaturas. * Proceso de expansión: se expanden los gases moviendo al émbolo del PMS al PMI. * Proceso de escape: los gases de desecho salen de la cámara de combustión. En el tiempo y la manera de realizar estos procesos es que radica la mayor diferencia de funcionamiento entre los motores de dos y cuatro tiempos. En los motores de cuatro tiempos, realiza la transformación de energía calorífica en mecánica fácilmente utilizable en cuatro fases, durante las cuales un pistón que se desplaza en el interior de un cilindro efectúa cuatro desplazamientos o carreras alternativas y, gracias a un sistema biela-manivela, transforma el movimiento lineal del pistón en movimiento de rotación del árbol cigüeñal, realizando este dos vueltas completas en cada ciclo de funcionamiento (ver figura nº 1), mientras que en los motores de dos tiempos funciona con un ciclo durante el cual el pistón efectúa dos carreras y el cigüeñal da sólo una vuelta o giro de 360º. En la práctica el trabajo producido por los motores de dos tiempos, resulta inferior al previsto,
debido a la forma de llenado y barrido de los gases en el cilindro, ya que si en los motores de cuatro tiempos, la admisión y el escape se realizan durante dos carreras completas del pistón y el trabajo durante toda la carrera útil del mismo, en los de dos tiempos, la admisión y el escape de gases se realizan durante un corto recorrido del pistón que depende de la posición de las lumbreras. De tal forma que su posición es fundamental en el funcionamiento de estos motores, ya que cuanto más próximas estén del PMI, el trabajo teórico desarrollado será mayor, si bien el llenado y vaciado e gases es insuficiente, obteniéndose una menor potencia real del motor. Por el contrario, si las lumbreras se sitúan muy alejadas del PMI, aunque el llenado y evacuado de gases se efectúa en mejores condiciones, se acorta la carrera de trabajo y se obtiene un trabajo desarrollado inferior dando lugar, además, a una mayor pérdida de gases frescos que aumenta el consumo del motor. Figura nº 22. Esquema de las fases de trabajo de un motor de dos tiempos. El motor de cuatro tiempos es el más empleado en la actualidad, y la entrada y salida de gases en el cilindro es controlada por dos válvulas situadas en la cámara de combustión, las cuales su apertura y cierre la realizan por el denominado sistema de distribución, sincronizado con el movimiento de giro del árbol. Una diferencia que se puede mencionar es el gasto de combustible, en el motor de dos tiempos es mayor que en el de cuatro ya que parte de la mezcla de combustible se desaprovechada, por que es utilizada en el barrido de la cámara y una parte considerable de mezcla combustible es arrojada a la atmósfera sin combustionar. Una diferencia constructiva entre el motor de cuatro tiempos y el motor de dos tiempos es el número de partes que lo conforman, ya que en el diseño el motor de dos tiempos posee menos partes móviles, por lo tanto es un diseño más sencillo que el motor de cuatro tiempos y además la forma de la superficie de fondo del émbolo en los motores de cuatro tiempos generalmente es plana, mientras que en los motores de dos tiempos, esta superficie tiene formas diversas que dependen de las condiciones de admisión y escape, es decir, el fondo debe direccionar la admisión y el escape 79. Métodos para elevar la potencia de los motores de combustión interna. La potencia efectiva del motor puede ser aumentada en el caso general a costa de: a. El aumento del volumen de trabajo del cilindro (el aumento de las medidas lineales del diámetro del cilindro y de la carrera del émbolo). b. El aumento de la cantidad de cilindros. c. El aumento de la frecuencia de rotación del árbol cigüeñal del motor. d. Elevación de la densidad de la carga y del coeficiente de llenado (por ejemplo, mediante sobrealimentación, así como a costa del mejoramiento de la organización del intercambio de gas, la disminución de las resistencias en la admisión y en el escape, el empleo de sobrealimentación de inercia para aumentar el rellenado, etc.) e. La elevación del rendimiento indicado (a costa del perfeccionamiento del proceso de combustión y de la reducción de las pérdidas de calor del combustible en los procesos de compresión y expansión).
f. La elevación del rendimiento mecánico del motor (por ejemplo a costa de la utilización de aceites de alta calidad, la disminución de las superficies rozantes, la reducción de las pérdidas de bombeo, etc.)
Para aumentar la potencia de los motores diesel es necesario, además de las anteriormente mencionadas, los siguientes pasos: Concordar la forma de la cámara de combustión con la forma, la dimensión, el número y la disposición de las llamas de combustible con el aire antes de autoinflamación y luego, a la combustión más completa. Crear en la cámara de combustión las corrientes intensas de aire (torbellinos) que contribuyan al mezclado del combustible con el aire antes de la autoinflamación y luego, a la combustión más completa. Pulverizar finamente el combustible. Atomizar homogéneamente el combustible, o sea, fraccionar el chorro formando gotas de tamaño aproximadamente igual. Obtener alcance suficiente de la llama de combustible.
80. Clases de combustible que se emplean para los motores Diesel y para los motores de carburador. Para los motores de carburador se usa o la gasolina o el gas natural comprimido, con respecto a la gasolina se puede decir que: La gasolina es una mezcla de hidrocarburos derivada del petróleo que se utiliza como combustible en motores de combustión interna con encendido a chispa. La gasolina, en Argentina, Paraguay y Uruguay se conoce como nafta, en Chile como bencina. Tiene una densidad de 720 g/L (un 15% menos que el gasoil, que tiene 850 g/L). Un litro de gasolina tiene una energía de 34,78 mega julios, aproximadamente un 10% menos que el gasoil, que posee una energía de 38,65 mega julios por litro de carburante. Sin embargo, en términos de masa, la gasolina tiene una energía de 48,31 MJ/Kg frente a los 45,47 MJ/Kg del gasóleo. Con respecto al gas natural vehicular se puede decir que El gas natural comprimido, más conocido por la sigla GNC, es un combustible para uso vehicular que, por ser económico y ambientalmente limpio,1 es considerado una alternativa sustentable para la sustitución de combustibles líquidos. En ocasiones se usan indistintamente los términos gas natural comprimido y gas natural vehicular (GNV). Sin embargo, el GNV, además de GNC, también puede ser gas natural licuado (GNL), que también es usado como combustible vehicular, aunque en muchísima menor medida. Finalmente con respecto a los combustibles usados en los motores diesel tenemos el diesel y el biodiesel, al comparar el combustible diesel y la gasolina, se sabe que son diferentes. Huelen diferente. El combustible diesel es más pesado y aceitoso. El combustible diesel se evapora mucho más lento que la gasolina -su punto de ebullición es más alto que el del
agua-. Se escucha muy a menudo que al combustible diesel lo llaman aceite diesel por lo aceitoso. El combustible diesel se evapora más lento porque es más pesado. Contiene más átomos de carbón en cadenas más largas que la gasolina (la gasolina típica es C9H20 mientras el diesel es típicamente C14H30). Toma menos tiempo refinar para crear el combustible diesel, ya que es generalmente más barato que la gasolina. El combustible diesel tiene una densidad de energía más alta que la gasolina. En promedio, un galón de combustible diesel contiene aproximadamente 147x106joules, mientras que un galón de gasolina contiene 125x106joules. Esto, combinado con la eficiencia mejorada de los motores diesel, explica porque los motores diesel poseen mejor kilometraje que el equivalente en gasolina.
86. ¿Qué se denomina presión indicada media del motor y cómo se determina? La presión media efectiva en el cilindro, en kg./cm2. Este valor indica el grado de aprovechamiento de la cilindrada del motor para obtener trabajo útil o efectivo. Lo normal es poner la potencia en kilovatios y la cilindrada en centímetros cúbicos, siendo n el número de revoluciones del motor bajo las cuales se hacen las medidas. PME = 1,2 * 106 * Pe / V* n 88. ¿Con qué rendimiento se evalúa la eficiencia del funcionamiento del motor y como se determina? El rendimiento térmico es el que determina la eficiencia (economía). Al aumentar la relación de compresión simultáneamente aumenta el rendimiento térmico. Se puede determinar de la siguiente manera: ηt = A L t / Q1 89. ¿De qué componentes se forma el balance térmico de un motor de combustión interna? Según la Segunda ley de la Termodinámica el calor que se desprende durante la combustión del combustible no puede ser completamente transformado en trabajo útil, pues incluso en el motor teórico (Carnot) parte del calor introducido inevitablemente debe ser cedido a la fuente fría. En el motor real la perdida es mayor en comparación con el motor teórico. Por eso el aumento de la economía (eficiencia) del motor real es posible solo a costa de la reducción de las perdidas, y para ello es necesario establecer en que se gasta el calor que no se ha convertido en trabajo útil, es decir determinar el balance térmico del motor. El análisis de los distintos procesos que tienen lugar en los motores y su cálculo permiten establecer los índices previsibles del ciclo, así como la potencia y el rendimiento económico del motor y la presión de los gases en función del ángulo de giro del cigüeñal. Por los datos
que proporcionan los cálculos se pueden determinar las dimensiones fundamentales del motor (diámetro del cilindro y carrera del émbolo) y comprobar la resistencia de sus piezas principales. El balance térmico del motor da la noción sobre la repartición del calor que se desprende durante la combustión del combustible. Puede ser compuesto, de un modo aproximado, a base de cálculos teóricos o determinado mediante un estudio de laboratorio. La ecuación del balance térmico del motor tiene la forma siguiente: kcal/h, Donde : Qc es el calor que es desprendido por el combustible en 1 h al quemarse en el motor, en kcal/h; Qe es el calor equivalente al trabajo efectivo del motor, en kcal/h; Qr es el calor que se evacúa por el líquido refrigerante, en kcal/h; Qg es el calor que se evacúa por los gases de desecho, en kcal/h; Qc.in son las pérdidas de calor originadas por una combustión incompleta o imperfecta del combustible en el cilindro del motor, en kcal/h; Qres es el así llamado término residual del balance que toma en consideración todas las demás pérdidas de calor no entradas en las magnitudes de Qr, Qg y Qc.in , en kcal/h; Calor de combustible. El calor Qc que puede desprenderse durante la combustión completa del combustible. Gch = gasto de mayor, ha = poder calorífico Qc = Gch . ha Calor convertido en trabajo útil Ge. El calor transformado en trabajo puede ser determinado por medio del equivalente térmico de 1CV.h, equivalente a 632 Kcal. por medio de la potencia del motor Ge . Ge = 632. Ne Kcal./h
92. ¿Cómo se regula la cantidad de combustible suministrado a la cámara de combustión de un motor Diesel? Al trabajar los motores diesel, la carga ejercida sobre el motor puede ser constante o variar con frecuencia, según para qué se utilice el motor. En un motor de tractor, por ejemplo, el cambio de la carga ejercida por las condiciones del terreno y otros factores originan la variación del número de revoluciones del cigüeñal. Sin embargo, para cumplir con alta calidad muchas faenas agrícolas, necesitan una velocidad constante del movimiento progresivo del vehículo o de un grupo de máquinas y un número constante de revoluciones del árbol de toma de fuerza o de la polea, es decir, el mantenimiento de un régimen asignado de velocidad del motor que sea más conveniente para las condiciones del trabajo en cuestión al oscilarse la carga. Esto no se puede efectuar sino en el caso en que simultáneamente con el cambio de la carga varía la cantidad de mezcla carburante o de combustible que se suministra a los cilindros. Para mantener el régimen asignado de velocidad del motor sirve un mecanismo regulador especial, el cual a diferentes cargas, hace variar automáticamente la magnitud dela posición de la cremallera de la bomba de combustible, merced a lo cual cambia la cantidad de mezcla carburante o de combustible suministrada al cilindro del motor.
93. ¿En qué se diferencia un inyector cerrado de un inyector abierto?
Sistema de Lazo Abierto Un sistema de bucle abierto no monitorea su salida y ni hace ajustes de acuerdo a esta. El control de temperatura en un vehículo, que no está equipado con aire acondicionado automático, sirve de ejemplo.
Sistema de Lazo Cerrado Es un sistema que controla su salida mediante el monitoreo de su salida se dice que es un sistema de circuito cerrado. Un ejemplo de un sistema de circuito cerrado es el sistema de carga del vehículo. El regulador de voltaje ajusta el voltaje de salida del alternador por la comprobación del voltaje de salida del alternador. Si la tensión es demasiado baja, el regulador de tensión incrementará la salida del alternador. Sin el regulador de voltaje, la salida del alternador no podría ser ajustada para que coincida con las cargas eléctricas. Muchos sistemas son de circuito cerrado. Algunos otros ejemplos son: control de crucero, control de encendido del sistema de detonación, el control de la velocidad de ralentí y control de corrección de mezcla aire/combustible. Cuando la ECM corrige la relación aire/combustible basada en el sensor de oxígeno o en el sensor aire/combustible, se dice que es el sistema es de lazo cerrado o de bucle cerrado.
94. ¿Cómo se realiza la formación de mezcla en los motores Diesel? La formación de la mezcla carburante en el motor Diesel ocurre dentro de su cilindro del modo siguiente: En el cilindro el combustible se inyecta a través del inyector bajo una presión que varias veces supera la del aire en el final del tiempo de compresión. Con ello la velocidad de movimiento del combustible alcanza 150 – 400 m/s. Debido al frotamiento contra el aire, el chorro de combustible se fracciona formando pequeñas gotitas de 0,002 a 0,003 mm las cuales constituyen una llama de combustible que tiene el aspecto de un cono. El ángulo del cono de pulverización depende, en lo fundamental, de la forma y tamaño de la tobera, de la presión de la inyección, de la viscosidad del combustible y la presión del aire en el cilindro. La formación de la mezcla en los motores Diesel transcurre en un lapso de tiempo muy breve. Esta circunstancia, así como una mala evaporacion de los combustibles de motor Diesel dificultan el proceso de formación de la mezcla. Para obtener la mezcla carburante capaz de quemarse rápida y completamente, es preciso que el combustible sea pulverizado lo más finamente posible, o sea, formando partículas más pequeñas posibles y cada partícula disponga en torno a sí misma de una cantidad de oxígeno necesaria para la combustión completa. Una distribución tan uniforme del combustible pulverizado en el aire que se halla en la cámara de combustión es difícil alcanzarla. Por eso en el cilindro del motor Diesel el aire se introduce en cantidades mayores que es necesario teóricamente, (α = 1,20 – 1,65). 98. Describa el sistema de enfriamiento de los motores. Sistema de refrigeración. En un motor puesto en marcha la temperatura media de los gases en el transcurso del ciclo se encuentra entre los 800°C y 900°C. Parte del calor se deriva a las piezas del ingenio causando que estas piezas eleven su temperatura. Si estas piezas no se mantienen a una temperatura adecuada (ni muy calientes, y ni muy frías) provocarán un funcionamiento inaceptable del ingenio. Para obtener el estado térmico requerido el ingenio va
acompañado de un sistema de enfriamiento el cual bien puede utilizar como refrigerante un líquido (agua, soluciones anticongelantes, o algún otro líquido que presente las mejores propiedades térmicas y que sea de fácil adquisición) o gas como el aire. Sistema de Refrigeración por Agua. En este caso el agua, llena las camisas de agua del bloque-carter y de la culata de cilindros, baña las paredes de los cilindros y de las cámaras de combustión arrastrando consigo el calor. El agua que lleva el calor es pasada luego por el radiador para ceder el calor al aire por medio de la convección forzada, después de pasar por el radiador vuelve a las camisas de agua del cilindro y se repite el ciclo. La temperatura del agua refrigerante debe encontrarse entre los 80°C y los 95°C. Sistema de refrigeración por termosifón. En este caso se aprovecha el gradiente de densidad del agua que se genera debido a la diferencia de temperaturas en las camisas de agua que es mayor a la temperatura del agua que está disminuyendo al pasar a través del radiador. Este sistema de refrigeración presenta una circulación lenta del agua lo cual puede provocar una intensa evaporación de ésta y requiere que se compruebe varas veces el nivel del agua. Sistema de refrigeración forzada. En este caso la circulación del agua es provocada por medio de una bomba centrífuga, la cual en nuestro medio se conoce como “la turbina”. En este sistema la cantidad de agua que fluye en la unidad de tiempo depende del número de revoluciones del árbol cigüeñal, debido a que la temperatura del aire ambiente es muy variable a lo largo de todo el año en algunas partes del mundo se utilizan dispositivos como el termostato, cortinas y persianas del radiador para que no se pueda presentar un enfriamiento excesivo del motor. En el caso de que se pueda presentar un enfriamiento excesivo el termostato deriva una corriente de agua caliente proveniente de las camisas del cilindro y la hace pasar directamente hacia la bomba sin pasar al radiador, evitando de esta manera el subenfriamiento; este sistema es muy parecido al que se utiliza en las neveras NO-FROST. Si el sistema de refrigeración está comunicado a la atmósfera se le conoce como abierto; y si no está conectado a la atmósfera se le conoce como cerrado. Para un sistema de refrigeración herméticamente cerrado puede presentarse fugas en los tubos debido a una recalentamiento que ocasiona la evaporación del agua; y en caso de un enfriamiento cuando se para el motor puede ocasionar una depresión en los tubos debido al condensamiento del vapor que lleva a deterioro de estos. El sistema cerrado de refrigeración debe funcionar a una presión más alta que la atmosférica para que su temperatura de saturación también se eleve y así hacer algo difícil la formación del vapor. Sistema de refrigeración por aire.
La extracción de calor excesivo del ingenio se realiza mediante una corriente de aire forzado alrededor de los cilindros y sus respectivas cabezas. Para los motores de poca potencia como el de las motocicletas el aire forzado se obtiene por la contracorriente del aire producida en el viaje. Para los motores de automóvil y tractores tal corriente de aire resulta insuficiente y se necesita de un ventilador, el cual consume una gran potencia del motor si la comparamos con la potencia que consume la bomba de agua en el sistema de refrigeración por líquido. • Las superficies externas de las culatas y de los cilindros tienen aletas para poder aumentar el área efectiva de transferencia de calor por convección forzada. • El aire se fuerza a pasar por los cilindros mediante unos deflectores los cuales, primeramente conducen el aire hacia las zonas más calientes. • Para los motores en (V) la refrigeración puede realizarse forzando el aire a pasar a través de la (V) por medio de un ventilador axial. • También la refrigeración puede realizarse forzando el aire a lo largo de las dos filas de cilindros por la parte exterior valiéndonos de dos ventiladores axiales, así como de sistemas de succión del aire por uno o dos ventiladores axiales situados en el espacio de la (V). • La gran ventaja del sistema de refrigeración por aire se puede notar en lugares donde el agua es bastante escasa.
RADIADORES. El radiador consta de los depósitos superior 1 e inferior 6, del núcle 3 y de las piezas de sujeción. Los núcleos de los radiadores pueden ser tubulares o aplanados por los cuales pasa el agua que se va a enfriar. Estos tubos están dispuestos verticalmente en una matriz de láminas que les proporciona rigidez y una mayor área relativa de transferencia de calor; el aire forzado cruza a los tubos en forma perpendicular retirando el calor. Al subir la presión dentro del sistema de refrigeración o al crearse la depresión en el mismo, es necesario comunicarlo con la atmósfera. Las válvulas de vapor y de aire en la tapa de la boca de llenado se encargan de esta función.
BOMBAS Y VENTILADORES. Para los motores que funcionan con refrigeración forzada vienen acompañados de bombas centrífugas las cuales presentan unas dimensiones pequeñas relativamente pequeñas con un excelente rendimiento. Estas bombas constan de un rodete el cual es accionado por alguna correa de transmisión desde el cigüeñal; este rodete se encuentra dentro de una carcasa. El agua entra por el eje del rodete el cual le proporciona energía cinética a las partículas de agua, luego con ayuda de la carcasa esta energía se convierte en presión. El agua cuando sale irá hacia las camisas para refrigerar.
El tipo de ventilador utilizado en los ingenios es el axial, cuyo diámetro se encuentra entre los 0.7 y los 0.3 metros, y el ángulo de ataque es de 40° a 45° para las placas planas, y para las convexas es de cerca de 35°. Para evitar las vibraciones y el ruido característicos de cuerpos en altas revoluciones, las aspas de los ventiladores se colocan en forma de X, por parejas bajo ángulos de 70° y 110°. El ventilador se acciona mediante una transmisión de correa por el cigüeñal. Existen ventiladores en donde el ángulo de ataque de las aspas se varía con respecto al flujo de aire, con el fin de elevar la economía, otros en cambio pueden variar sus revoluciones desde cero hasta el máximo. Estos ventiladores se conocen con el nombre de ventiladores de rendimiento variable, y la regulación ya sea del ángulo de ataque o de la velocidad se realiza mediante un termostato.
99. Describa el funcionamiento del mecanismo de distribución de gas de un motor de cuatro tiempos. El mecanismo de distribución de los gases sirve para regular la admisión, a los cilindros del motor, de la mezcla de combustible fresca (en los motores de carburador y en los de gas) o del aire (en los Diesel), y el escape, de los cilindros, de los gases quemados. El mecanismo de distribución de los gases debe asegurar el mejor llenado y barrido de los cilindros, el trabajo seguro del motor con todos los regímenes de velocidad y de carga, y la alta resistencia al desgaste y gran duración de las piezas que lo constituyen. En los motores de automóvil producidos en gran escala los mecanismos de distribución que más utilizan son los de válvulas. Los mecanismos de distribución por válvulas pueden ser de tres tipos: 1) con las válvulas situadas en la culata de los cilindros, o de las válvulas en cabeza, 2) con las válvulas colocadas en el bloque de cilindros, o de válvulas laterales, y 3) con las válvulas dispuestas en la culata y en el bloque de cilindros, o de disposición mixta de las válvulas. Las válvulas en cabeza se utilizan tanto en los motores de carburador como en los Diesel. En este caso la cámara de combustión resulta más compacta, con un área de enfriamiento relativamente pequeña, lo que contribuye a disminuir las pérdidas de calor en el sistema de refrigeración, a aumentar el rendimiento indicado del motor y a reducir el peligro de que se produzca la detonación. En los motores de carburador todas las ventajas que hemos indicado, junto con el empleo de combustibles de alto octanaje, permiten elevar su rendimiento, haciendo que éste se aproxime al de los motores Diesel con cámaras de combustible separadas. En el caso de las válvulas dispuestas en cabeza el coeficiente de llenado puede ser hasta un 5 – 7% mayor que cuando están dispuestas lateralmente. Esto se consigue aumentando el número de válvulas o disponiéndolas formando ángulo con el eje del cilindro. La resistencia hidráulica en las tuberías, cuando las válvulas están en cabeza, es muy pequeña, por lo que este sistema es el que más se ha extendido a nivel mundial. Entre los inconvenientes de la disposición de válvulas en cabeza figura la complicidad de su accionamiento y el aumento de la altura de la culata de los cilindros.
El mecanismo de distribución consta de las piezas siguientes: las válvulas, sus casquillos guías, los taqués, los muelles, el árbol de levas y las piezas de los mecanismos de transmisión. 100.
Describa la construcción de un filtro de aire.
Filtros de aire en motores de combustión interna El filtro de aire de combustión evita que materias abrasivas penetren en el cilindro del motor, que pudieran provocar un desgaste mecánico o contaminación del aceite del motor. La mayoría de los vehículos con inyección de combustible se sirven de un filtro de papel plegado de forma plana. El filtro suele instalarse dentro de un recipiente de plástico conectado al cuerpo de la válvula de aceleración por medio de un tubo de entrada. Los vehículos más antiguos con carburador o inyección de válvula de aceleración íntegra normalmente usan un filtro de aire cilíndrico, de una altura de unos pocos centímetros y con un diámetro de entre 20 y 60 centímetros. El filtro se posiciona sobre el carburador o el cuerpo de la válvula de aceleración, normalmente en un contenedor de metal, o de plástico, que puede incorporar un conducto para proveer aire entrante frío o caliente, y asegurado con una cubierta de plástico. La importancia de buena construcción y materiales Muchos plásticos y gomas encojan con el tiempo o el calor Aquí se ve un filtro barato donde se separó la goma sellante del marco, dejando pasar tierra al motor. En muchos casos es la empaquetadura que se deforma evitando un buen sello con la carcasa o porta filtro.
101.
¿Cómo están construidos los motores de turbo-pistón?
Los motores de combustión interna al terminar cada ciclo, desechan una buena cantidad de gases de la combustión, los cuales aún poseen una buena cantidad de energía térmica; este calor es aprovechado para aumentar la potencia del motor; este procedimiento se denomina sobrealimentación y es el fundamento de los motores de turbo pistón. • La sobrealimentación se aplica de dos formas: la sobrealimentación gaseosa en la cual se acoplan un compresor y una turbina la cual aprovecha la energía térmica de los gases de desecho para producir trabajo, y la sobrealimentación mecánica en la cual se acopla el compresor directamente al árbol cigüeñal.
• Sobrealimentación de gas o turboalimentación: Se lleva a cabo por medio de un turbocompresor es básicamente un compresor accionado por los gases de escape. La misión fundamental de la turboalimentación es presionar el aire de admisión para, de este modo incrementar la cantidad que entra en los cilindros del motor, en la carrera de admisión, permitiendo que se queme eficazmente más cantidad de combustible.
Figura. 29 • Sobrealimentación mecánica: Esta se lleva a cabo por medio de un turbocompresor, que utiliza energía mecánica del motor para su funcionamiento y tiene la misma misión que el turbocompresor. Según estos conceptos se puede deducir que aunque el compresor y el turbocompresor tienen la misma función, el primero utiliza energía del motor para su accionamiento, y el segundo utiliza la energía de los gases de escape para este mismo fin. 103. Característica de velocidad del motor durante el funcionamiento regulador limite. El regulador del límite de velocidades máxima del cigüeñal del motor se instala en los motores de automóvil y tractor especiales, sirve para evitar el desgaste acelerado de las piezas del motor y el consumo excesivo del combustible que tiene lugar al desarrollar el cigüeñal revoluciones extremadamente altas. El limitador de revoluciones máximas de cigüeñal de los motores ZIL130GA253 es neumático y centrífugo. Si la frecuencia de rotación no supera al límite admisible (3200rpm) el rotor del limitador no desarrolla fuerza centrífuga suficiente, en este caso el servomecanismo se actúa de ningún modo sobre el eje y las mariposas del gas y el mecanismo funciona cuando se llegan a las 3200 rpm, la rotación del rotor cerrará el orificio del suministro del aire, luego las mariposas del gas se cerraran un poco evitando la posibilidad de que la velocidad del cigüeñal aumente. Este número de revoluciones en el cual el limitador comienza a funcionar se puede variar aunque éste ya viene regulado de la fábrica con ayuda de aparatos especiales. 105.
¿De qué manera se obtienen las características de los motores?
El motor para un automóvil se elige por las características que definen todas las cualidades del motor dado y su aptitud para funcionar en diferentes condiciones. Estas características permiten también comparar entre si distintos motores.
Durante su explotación el motor funciona casi todo el tiempo con regímenes no estacionarios que cambian constantemente. Pero conseguir los datos completos que caracterizan el funcionamiento del motor con estos regímenes es difícil. Por esta razón las características generalmente aceptadas se obtienen durante las pruebas del motor en el banco, con regímenes estables determinados por las normas estatales. En las características de un motor tenemos principalmente las características de velocidades, de carga y de regulación. Características de velocidad del motor: se llama así a la dependencia de los parámetros principales como la potencia efectiva (o del momento torsional) y del gasto de combustible, y a veces también a otros parámetros, respecto a la velocidad de rotación del árbol cigüeñal. Si la característica de velocidad se determina a plena carga (es decir, a apertura completa de la mariposa de estrangulación o con la cremallera de la bomba de combustible llevada hasta el tope), se le denomina característica de velocidad externa. De tal manera esta muestra la variación de los parámetros principales, por ejemplo de la potencia efectiva o del momento torsional correspondiente, de los gastos específicos y horarios de combustible y de algunos otros parámetros a plena carga en función del número de revoluciones del árbol cigüeñal. Por analogía con las características externas se tienen las características de velocidades parciales, que determinan las mismas dependencias, pero a cargas parciales. Características de carga: se le llama a la variación de los índices principales del motor en función de la carga a un número de revoluciones constante. Al hacer las pruebas en el banco de frenado la carga del motor de carburador se varía cambiando la posición de la mariposa de gases, mientras que la del motor diesel, desplazando el órgano de mando de la alimentación de combustible Los factores que de una manera más completa determinan el régimen de funcionamiento del motor por su característica de carga son: el consumo horario y especifico de combustible a plena carga, la carga correspondiente al consumo especifico mínimo, y el consumo horario cuando funciona con la marcha en vació. Características de regulación: al estudiar la combustión quedó establecido que la calidad del proceso depende de ciertos parámetros que pueden elegirse cuando se prueba el motor. En los motores de carburador estos parámetros son el ángulo de avance al encendido y la composición de la mezcla combustible; en los diese, el ángulo de avance al comienzo de la inyección y la posición de la cremallera en el tope, con la cual se consigue una combustión sin humos. Las características que se sacan para obtener los índices óptimos del motor en función de los parámetros señalados recibe el nombre de características de regulación. Estas se sacan manteniendo la mariposa de gases en una posición constante. En estas condiciones, de acuerdo con el ángulo de avance al encendido varia la potencia y, por consiguiente, la economía del motor. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en los experimentos, llevados a cabo manteniendo la mariposa en varias posiciones y el cigüeñal a diversos números de revoluciones, se eligen los valores óptimos de los ángulos de avance al encendido en función de los regímenes de carga y de velocidad.
CÁLCULO T’ERMICO Y BALANCE TÉRMICO DE M.C.I. ALTERNATIVOS VI. Calcular un motor Diesel de aplicación industrial, de cuatro tiempos, con enfriamiento acuoso: a) i = 3
ϵ = 17.8
n = 2500 rpm
Ne = 59kW (79 hp)
1. Durante el proceso de expansión, con un suministro de 120 kJ de calor, 1 Kg de aire efectúa un trabajo igual a 90 kJ. Determinar la variación de la temperatura del aire en el proceso, despreciándose la dependencia de la capacidad calorífica respecto de la temperatura Se tienen los siguientes datos de entrada; calor suministrado, trabajo efectuado y cantidad de aire. Entonces tomando referencia a tablas en los libro de termodinámica podemos hallar el valor del calor específico del aire a una T ambiente de 27°C. . Ahora, para hallar el delta de temperatura se realiza de la siguiente forma:
3. El poder calorífico del combustible para un motor Diesel es de 42000 kJ/kg. Determinar el trabajo que se puede obtener al utilizarlo en un motor térmico con rendimiento del 45%. R/ El rendimiento indicado se calcula por la siguiente ecuación extraída del libro de Motores de Automóvil Tractores:
Despejando se tiene que:
5. En un cilindro de 1 m3 de capacidad se encuentra aire a una presión de 0.5 MPa y a una temperatura de 20ºC. ¿Cómo variará la temperatura y la presión del aire, si se le suministra 275 KJ de calor? Es un gas ideal de masa
El calor suministrado genera un aumento de temperatura
Dado que es un cilindro cerrado se cumple para la presión final
7. ¿Qué cantidad de calor hay que suministrar a 1 kg de aire que tiene una temperatura de 20 °C, para que su volumen a presión constante aumente dos veces? Determinar la temperatura del aire al final del proceso. Considérese constante la capacidad calorífica del aire. R/ Se tiene lo siguiente:
Entonces se hallas primero la temperatura final:
El calor que hay que suministrar sería:
9. Se expande adiabáticamente 1 kg de aire, que tiene una temperatura t1=20°C y una presión p1=0.8MPa hasta la presión p2= 0.2 MPa. Determinar los parámetros de estado al final del proceso de expansión, el trabajo del proceso y la variación de la energía interna del gas.
m 1Kg aire T1 20C P1 0.8 MPa
W ? U ? T2 ?
P2 0.21 MPa
V1 ?
T 1 Q0
V2 ?
P1 0.8 MPa 4
3
2
P2 0.21 MPa
S a)
b)
Figura 3. a) Esquema del proceso; b) Diagrama TS del aire Datos: m=1Kg T1=20ªC P1=0.8Mpa P2=0.21Mpa Determinar: Parámetros de estado final del proceso de expansión w=? Variación de la energía del gas=? De la primera ley de la termodinámica:
Q W U Pero como es un proceso adiabático, Q = 0. Entonces:
W U El cambio de entropía en un gas ideal, y siguiendo la figura _b es:
P s s 2o s1o R ln 2 (1) P1 Pero al ser este un proceso isentrópico, s 0 Como se conoce el estado 1, se despeja de la ecuación 1 So2
P s 2o s1o R ln 2 (2) P1 Tenemos que
P1 = 0.8Mpa = 800kpa P2 = 0.21Mpa = 210kpa
Para un gas ideal tenemos que se cumple que: T1 = 20 °C= 293.15 K Y además PV mRT Pero
8.314 KJ RU Kmol K R M aire 28.97 Kg Kmol R 0.287 KJ Kg K
Entonces, la entropía estándar en el estado 1 es (tablas del aire): @ T1 = 293.15 K So1 = 1.679 kJ / kg K Reemplazando en la ecuación 2:
s 2o 1.679 KJ
Kg K
s 2o 1.295 KJ
Kg K
ln 0.21 0.287 KJ Kg K 0.8
Entonces de aquí se tiene que
@ So2 1.295 kj /kg K T2 = 199.877 K De la primera ley
W U mu 2 u1 Dónde: @T1 = 293.15 K u1= 209.158 kj/kg @T2 = 199.877 K u2 = 142.474 kj/kg
Entonces el trabajo realizado que es equivalente a la variación de energía interna del sistema es:
W U 1Kg 209.158 142.474 KJ
Kg
W U 66.684 KJ Ahora bien, los volúmenes 1 y 2 del sistema están dados por la ecuación de los gases ideales:
PV mRT mRT V P mRT V1 P mRT V2 P
1Kg 0.287 KPa Kg K 293.15K
800KPa
0.105m 3
1Kg 0.287 KPa Kg K 199.877K
210KPa
0.273m 3
BIBLIOGRAFIA
CALCULO DE MOTORES DE AUTOMÓVIL Y TRACTOR; Conferencias,
Ing. Iván Caneva Rincón; Universidad del Atlántico 1996.
MOTORES DE AUTOMÓVIL Y TRACTOR; Conferencias, Ing. Iván
Caneva Rincón; Universidad del Atlántico 1996.
MOTORES DE AUTOMOVILES, TRACTOR TIPO EMBOLO Y COMPOUND;
Conferencias, Ing. Iván Caneva Rincón; Universidad del Atlántico 1996.
GUIA PRACTICA DE MECANICA AUTOMOTRIZ; Juan Carlos Vargas. Intermedio
Editores, Círculo de Lectores. Bogotá 2003.
