1 ¿En qué se diferencian los motores de émbolo de combustión interna de las instalaciones de turbina de gas? En las instalaciones de turbina de gas la combustión se realiza en una cámara de combustión especial, el combustible se le suministra mediante la bomba a través de un inyector. El aire necesario para la combustión, se inyecta en la cámara de combustión con ayuda del compresor, instalado en un mismo árbol con la turbina de gas. Los productos de la combustión a través del aparato (dispositivo) guía, entran a los álabes de la rueda motriz de la turbina. En los motores de internadeentra mezcla se carburante o aire a laprevia cámara de combustión. En combustión el caso del motor carburador efectúa la mezcla al ingreso a la cámara y en los diesel se inyecta el combustible al final de la compresión. La combustión se realiza dentro del mismo cilindro, encima del pistón, Los gases presionan sobre el pistón desplazándolo y transmitiendo el movimiento alternativo al árbol cigüeñal, que se transforma en movimiento giratorio. En pocas palabras la turbina de gas también es un motor de combustión interna pero se diferencia de los motores de émbolo en que su diseño es mucho más simple, tiene menos componentes móviles y entrega más potencia por unidad de peso. En realidad la turbina supera ampliamente a los motores de pistón en casi todos los aspectos, el único problema grave que tiene es su baja eficiencia, por eso no se ha generalizado su uso. Además es importante mencionar que los motores de émbolo son de carácter volumétrico mientras que las turbinas de gas son de carácter continuo.
2. ¿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 salida de).gases motorcarece se realiza a través de que las lumbreras (orificios situados eny el cilindro Este al motor de las válvulas 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 mo tor de cuatro tiempos
Figura 2. Motor de
dos tiempos
3. ¿A costa de qué se inflama la mezcla de trabajo e n los motores Diesel y en los motores de carburador? Tanto en los diesel como en los motores de carburador se realiza el proceso de compresión de la mezcla o del aire en la cámara de combustión con el fin de llevarla a una temperatura adecuada, y así lograr la combustión de la mezcla a través de una chispa inducida o en el caso del diesel inyectar combustible al final de la compresión para que se pueda autoinflamar. Todo esto con el fin de lograr la mayor cantidad de liberación de energía termoquímica latente del combustible para que sea transformada finalmente en energía mecánica.
7. ¿Qué caracterizan los coeficientes de llenado y de gases residuales? Los coeficientes de llenado caracterizan que tan bien llenamos la cámara del cilindro y conceptualmente se define como el cociente de la relación existente entre el peso de la mezcla que se encuentra en la cámara y el peso que teóricamente se ocupa si la misma se encontrara completamente llena; por otro lado el coeficiente de gases residuales caracteriza la fracción de los gases de entrada que no es expulsada del cilindro y conceptualmente se define como el cociente que existe entre el peso de los gases que se alojan o quedan en la cámara al terminar el proceso de escape y el peso de los gases o mezcla que ingresó al cilindro en el proceso de admisión.
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 g o Kgf de oxígeno, y para la combustión del hidrógeno se necesitan 8 g o 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 g c + 8 g h) Kgf de oxígeno. Sin embargo, si en 1 Kgf se contiene 0.25 Kgf de oxígeno, de aquí se corrige que (8/3 g c + 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 l 0, 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 presente la imperfección de la combustión del
combustible en el motor, desmejora la economía y aumenta la tensión térmica del motor. Prácticamente la combustión completa del combustible en el motor es posible sólo a α =1, pues a α=1 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. 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 en combustible disminuye (α tanto en caso de empobrecimiento (α >1) como caso de enriquecimiento <1), considerándose la imperfección química de la combustión. Esta disminución del desprendimiento de calor aun cuando sea un poco insignificante es más notorio en el caso de empobrecimiento de la mezcla como lo podemos ver en los siguientes datos.
Coeficiente de exceso de aire α0.7
0.8
0.9
1.0
1.1 1.2 1.3
Desprendimiento de calor Kcal/l 0.57 0.63 0.67 0.70 0.63 0.58 0.54 Desprendimiento de calor %
82
Tabla 1. Coeficiente de e trabajo.
aire e n el desprendim
xceso d e
90
95
100 90
83
77
iento de calor de la
mezcla de
Al disminuir ely desprendimiento de del calor en la el termo proceso de combustión, bajan lasy temperaturas presiones máximas ciclo, transferencia a las paredes el calor arrastrado con los gases de escape. En la figura 3 se muestra el desprendimiento de calor durante la combustión considerándose la imperfección química de la combustión (eje horizontal) Vs la potencia y gasto específico de combustible.
Figura 3 . Característica de regulación de un motor de carburador conforme α.
La figura 4. Muestra la dependencia del calor de combustión de mezclas de combustible-aire respecto al coeficiente de exceso de aire α. H mezc. Carb, MJ/Kg
Figura 4. Dependencia del calor de comb coeficiente de exceso de aire α.
ustión de mezclas de com
bus tible-aire
respecto al
La cantidad de los diferentes componentes de los productos de la combustión de un combustible líquido a α> 1es:
MCO2 + M H2O + MO2 + M N2 = C/12 + H/2 + (α- 0.208)l0
La cantidad de los diferentes componentes de los productos de la combustión de un combustible líquido a α> 1es:
MCO2 + M H2O + MCO + MO2 + M N2 = C/12 + H/2 + 0.792α l0
Las mezclas desmedidamente ricas o desmedidamente pobre en combustible, entonces después 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 transferencia, como resultado, la flama se apaga sin abarcarcon todala laposible mezclatermo recluida en la cámara de combustión. De tal manera, las mezclas carburantes desmedidamente ricas o pobres en inflamación común por descarga eléctrica en los electrodos de la bujía no pueden arder o combustionar. Por consiguiente, 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. Estas correlaciones no permanecen constantes y pueden variar un poco en dependencia de la temperatura, de la presencia de gases residuales y por otras causas.
10. ¿De qué componente se forma la fuerza sumaria que actúa en el mecanismo biela-manivela? Durante el funcionamiento del motor las piezas del mecanismo de biela y 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 y manivela se suele tomar en cuenta solo 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 a base del cálculo térmico.
Figura 5. El diagrama de indicador desarrollado del motor Diesel de cuatro tiempos para tractores En ambos casos el diagrama de indicador pude ser representado, en forma desarrollada en las coordenadas P - (fig. 5) puesto que partiendo de las coordenadas P – V se puede reconstruirlo, 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 en el cilindro del motor se transmite a todos los lados con fuerza igualde Pglos = Fgases p (px – po) donde Fp = área del pistón. La 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/s 2) 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 (kgf) Dónde: 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 P i están dirigidas por el eje del cilindro. La suma algebraica de estas dos fuerzas, es la fuerza resultante P p que actúa por el eje del cilindro y se expresa por la ecuación Pp = Pg + Pi (kgf) 15. ¿En qué se diferencia el diagrama teórico (de cálculo) del ciclo del diagrama real (de indicador)? El área recluida dentro del contorno del diagrama real FT, es menor que el área del diagrama teórico FT en 5-6%. Esto se explica porque a consecuencia del adelanto del encendido o de la inyección del combustible la línea de compresión pasa suavemente a la línea de combustión; se pierde parte del área (área 1 de la figura). Las pérdidas de las áreas 2 y 3 se explican respectivamente por la combustión no instantánea y por el adelanto de la apertura del orificio de escape.
Figur a 6. Diagram as de ind icado r de cálcu lo real.
17. ¿En qué se diferencia la potencia efectiva del motor de la potencia indicada?
La diferencia es que la potencia indicada es aquella potencia desarrollada por los gases en el cilindro del motor, mientras que la potencia efectiva es aquella potencia desarrollada por los gases, transmitida al eje del motor. La potencia indicada, se ve afectada por las pérdidas de calor suplementarias en principio eliminables del motor, mientras que la potencia efectiva, está afectada no solo por las pérdidas antes mencionadas sino también por las pérdidas térmicas ocasionadas por las pérdidas mecánicas.
18. ¿Qué pérdidas 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?
Para determinar los gastos de combustible por hora es necesario multiplicar el gasto en ciclo por la cantidad de ciclos en una hora, es decir para el motor de cuatro tiempos queda:
O de otra manera: Completo queda:
El gasto específico de combustible son aquellos referidos a 1 CV/h y se determina como el cociente de la división del gasto de combustible por hora y la potencia indicada, así:
O de otra manera:
25. Describa los posibles desgates y otros daños de la superficie de trabajo del cilindro. Uno de los desgastes que puede producirse en las paredes del cilindro es debido a los anillos de compresión del embolo, los cuales se instalan para prevenir la irrupción de los gases en el cárter en los procesos de compresión y expansión, trabajan en condiciones en extremo pesadas, realizando movimientos de avance y retroceso con gran velocidad y elevada temperatura debido al contacto con los gases calientes y también por el rozamiento con las paredes del cilindro, durante el funcionamiento la presión del anillo sobre las paredes del cilindro aumenta, pues los gases que se penetran a través de las holguras entre el embolo y el anillo lo aprietan contra las paredes del cilindro, además la presencia de presión del gas en las cavidades de la ranura que aprieta los anillos contra el cilindro, ejerce presión considerable sobre las paredes del cilindro, esta provoca elevado rozamiento y gran desgaste tanto de los anillos como de las paredes del cilindro. La elevadas temperaturas de funcionamiento del cilindro debido a la acción de los gases calientes y también a consecuencia del rozamiento del embolo y de los anillos del embolo con las paredes provocan la dilatación no uniforme del cilindro lo que puede provocar los esfuerzos suplementarios y llevar a cabo la formación de fisuras y/o la torcedura o alabeo.
26. Describa el objeto y las condiciones de funcionamiento de los anillos del embolo. 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. El anillo o aro debe adherirse fuertemente a la superficie interna del cilindro; con esto el anillo se hace seccionado y su diámetro en estado libre es un tanto mayor que el del cilindro. En el émbolo se colocan varios anillos de compresión. Para la fabricación de anillos de compresión se emplea fundición gris con elevado contenido de fósforo y con aditivos de cromo, níquel o molibdeno, que le imprimen a la fundición la resistencia necesaria y buenas propiedades antifricción. A fin de mejorar el funcionamiento del anillo y elevar la resistencia al desgaste, se emplean diferentes recubrimientos de estaño, plomo, así como el cromado poroso, etc. Los anillos se suelen fabricar de sección rectangular con diferente relación de la altura al espesor radial. El corte del anillo o como se le denomina la cerradura del anillo puede ser recta, oblicua o escalonada. Al colocarse los anillos en el émbolo, las cerraduras de los diferentes anillos se desplazan una respecto a la otra entre 120° y 90°. En los motores de dos tiempos con barrido de ranura, a fin de evitar la rotura de los anillos, se les suele fijar en el émbolo con espigas de retén. Los anillos rascadores de aceite sirven para eliminar el sobrante de aceite de la superficie de trabajo del cilindro y para evitar que pase aceite a la cámara de combustión. En el émbolo se instalan de uno a tres anillos rascadores de aceite. Se les coloca en la falda del émbolo y en la cabeza más abajo que los anillos de compresión. Para quitar el aceite del espejo del cilindro, la superficie externa del anillo se hace cónica o con bisel dirigido hacia el lado de la cámara de combustión. Para eliminar el aceite que se acumula debajo del borde en la pared del émbolo, se perforan orificios radiales.
27. ¿Qué ventajas y fallas tienen los émbolos de aluminio y de fundición? Los materiales que se utilizan para hacer los émbolos de los motores de automóvil deben reunir los siguientes requisitos: 1) alta resistencia mecánica y estabilidad de sus índices a temperatura elevada y con cargas variables; 2) poca densidad; 3) buena conductibilidad calorífica; 4) pequeño coeficiente de dilatación lineal; 5) estabilidad a la corrosión; 6) altas propiedades antifricción a elevada temperatura y con lubricación mala; y 7) poco coste y buena maquinabilidad. La temperatura del émbolo depende del metal de que está fabricado. Al presente los émbolos se suelen fabricar o de aluminio o de fundición, teniéndose en cuenta
que la conductividad térmica del aluminio es tres veces mayor que la de la fundición. Por esto el calor recibido por un émbolo de aluminio se evacua más rápidamente del centro hacia la periferia y luego hacia las paredes del cilindro. El material del pistón debe poseer altas cualidades mecánicas y alta resistencia al desgaste, ser ligero y derivar bien el calor. Estas condiciones las reúnen los émbolos fabricados con aleaciones de aluminio; sin embargo, conviene señalar, que éste material posee un gran coeficiente de dilatación lineal; para lo cual es necesario aumentar el juego existente entre las paredes del cilindro y el pistón; provocando el empeoramiento de las cualidades mecánicas a medida que va subiendo la los temperatura. La 90 dureza oscila entre límites de HB – 120.de los émbolos de aleaciones de aluminio Los cilindros fabricados en fundición poseen un bajo coeficiente de dilatación térmica, por lo cual soportarán altas temperaturas sin deformarse significativamente. Se ha hecho necesario cambiar a émbolos fabricados en aleaciones de aluminio, ya que este material permite aumentar la relación de compresión, debido a la mayor termoconductividad del aluminio y por las menores temperaturas durante la compresión y del comienzo de la combustión.
28. ¿Para qué se prevé la holgura entre el émbolo y la superficie de trabajo del cilindro? La holgura existente entre el émbolo y la superficie de trabajo del cilindro se prevé para colocar los segmentos del pistón. Los segmentos de compresión sirven para eliminar el juego existente entre el pistón y la pared del cilindro. Debido a su instalación se evitan las fugas de aire y de los gases a partir del espacio dispuesto por encima del pistón al cárter, así como la penetración del aceite en la cámara de combustión. Además esta holgura también se prevé para evitar el contacto entre el pistón y las paredes del cilindro cuando estos se dilaten por el calor. 31. ¿Qué requerimientos se presentan al apriete o tensado de los pernos (de los espárragos) de los cojinetes de biela y bancada? 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 apretar, observando una sujeción determinada como la de la figura 5 con una llave dinamométrica o especial. 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. En los cojinetes de bancada para evitar el desplazamiento axial y el giro, los casquillos se fijan por medio de espigas o de salientes rebordeadas en los casquillos y que entran en las correspondientes de la bancada y en el sombrerete del cojinete. ranuras fresadas en el alojamiento 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.
32. ¿qué requerimientos se presentas a los pernos de fuerza o a las tuercas de la culata del 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 precio de los espárragos y pernos de sujeción. Las fuerzas de presión de los gases sobre la culata Pgas se puede determinar por el diagrama indicador y su magnitud es. Pgas = P gases x F
kgf.
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 (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 apretar, observando una sujeción determinada como la de la figura 7 con una llave dinamométrica o especial. 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.
Figura 7.
Sucesión del apriete
de las tuercas de la
culata de cilindros de un m
otor.
En los cojinetes de bancada para evitar el desplazamiento axial y el giro, los casquillos se fijan por medio de espigas o de salientes rebordeadas 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.
. Seguidores: transmiten a la varilla esfuerzos axiales de la leva y asumen los esfuerzos laterales que surgen en este.
38. ¿Para qué se emplea el volante y los contrapesos? El volantemecánica está situado un extremo delpistones árbol cigüeñal y busca de disminuir la inversión en el en movimiento de los bajo el principio 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 genera vibración. Es decir el objeto de los contrapesos es mantener un trabajo sin vibraciones del ingenio y evitar daños por sobre tensiones 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 motor diesel o en un motor alternativo actúan fuerzas y momentos que varían constantemente, los cuales se transmiten a sus apoyos y provocan la vibración tanto del motor, de sus unidades y todo el vehículo. El desequilibrio del motor se da 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 M tor 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+J0dw/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 las masas móviles, 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 el régimen potencia máxima. La La igualdad uniformidad momento crece con elenaumento del de número de cilindros. de del 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 la 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 en 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 el diesel se realiza internamente en el motor, además este tipo de motores por funcionar con combustible diesel, el cual es autoinflamable no necesita de sistemas de encendido inducido (bujías). La relación de compresión 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 autoinflamación 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, 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 motor 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 termotransferencia, 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 encarga admisión.de alterar la entrada de aire que se debe mezclar con la Choke: Se 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.
47. Describa la transmisión y la construcción 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. BOMBA DE AGUA: En el sistema de refrigeración se utiliza generalmente una bomba de agua de tipo centrífugo. El árbol de la bomba, que forma una pieza con el ventilador, recibe el movimiento, por medio de una transmisión de correa trapezoidal, de una polea que hay en el extremo delantero del cigüeñal (fig. 237). Las holguras radiales entre el rodete o plato de paletas y la caja de la bomba no deben ser mayores de 1mm, y las axiales no deben sobrepasar de 0.2mm. La relación de transmisión del accionamiento de la bomba es igual a 0.98 – 1.95. La presión máxima que crea la bomba depende de la resistencia del sistema de refrigeración. Para el funcionamiento normal del sistema de refrigeración, la presión en cualquier punto del recorrido del líquido no debe ser menor que su presión de vaporización. RADIADORES: El radiador sirve para transmitir el calor del agua al aire circundante. Para que el efecto refrigerante del radiador sea mayor, el flujo de agua caliente que llega al motor se divide en una serie de pequeños chorritos, y cada uno de ellos pasa por un tubo o conducto que el aire sopla. En los motores de automóvil el radiador debe tener una superficie frontal pequeña y una superficie de refrigeración. Los radiadores que más se han extendido son los tubulares (fig. 238, a). La rejilla de refrigeración de estos radiadores consta de tubos verticales de sección plana, ovalada o circular. También se encuentran los laminares (fig., 238, b) en estos el
líquido de refrigeración circula por el espacio formado entre cada par de láminas 1 soldadas entre sí por sus bordes 2. Tanto en los radiadores laminados como en los tubulares el líquido de refrigeración pasa por tubos que el aire rodea por fuera. En el radiador de panal el aire pasa por unos tubos horizontales que el líquido de refrigeración los baña por fuera, así se logra una mayor superficie de refrigeración. El núcleo del radiador, cuya profundidad es de 75 – 150 mm, se une fijamente a los depósitos del radiador soldándolo. El radiador se coloca sobre almohadillas de goma y se sujeta al bastidor del automóvil. En el depósito superior se encuentra la tabuladora o boca de llenado provista de un filtro de rejilla. En esta tabuladora se halla extremo dely tubo de desagüe, por abajodeesta en comunicación con el medioelcircundante preserva los tubosque del radiador posibles roturas. En los motores con sistema de refrigeración cerrado, para evitar que este se rompa, el tapón del radiador lleva una válvula de seguridad, compuesta por dos válvulas, una para el vapor y otra para el aire. Al hacer el proyecto las dimensiones del radiador se eligen de acuerdo con la composición del automóvil y de los gastos de potencia más convenientes en el accionamiento del ventilador, para asegurar el estado térmico del motor. VENTILADORES: 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. EL TERMOSTATO: El termostato es una válvula sensible a la temperatura que se encuentra en la parte frontal del motor. El termostato permanece cerrado hasta que el motor alcanza una temperatura de operación. A medida que la temperatura sube el termostato se abre, permitiendo que el líquido refrigerante circule a través del radiador. Cuando la temperatura del líquido es más baja de la temperatura de operación, el termostato se cierra impidiendo la circulación del líquido refrigerante hacia las cabezas de los cilindros y al calefactor interior del automóvil. El desviador proporciona un conducto para que el líquido refrigerante regrese a la bomba.
Figura 8. Termos tato
El termostato es un instrumento que sirve para acelerar el calentamiento del agua durante el arranque del motor y mantener automáticamente su temperatura entre los límites determinados.
48. ¿Cuáles son el objeto de la lubricación y las condiciones que influyen en la magnitud de coeficiente de rozamiento? 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 objeto principal de la lubricación del motor es evitar y/o disminuir el desgaste excesivo, el recalentamiento y el agarrotamiento, para disminuir los gastos de potencia indicada por fricción en el motor y para extraer el calor que se desprende durante el funcionamiento en las superficies rozantes. Además el aceite quita de las superficies en frote los productos en desgaste y suciedad de todo género, protege estás superficies de la corrosión y, en algunos caos, hace estancas las uniones móviles de las piezas. En algunos motores el sistema de lubricación se utiliza para la refrigeración forzada de piezas (émbolos y otras). Cuando las superficies en frotamiento están separadas entre sí por una película muy delgada de lubricante, la fricción es de lubricación límite. En este caso la lubricación depende de la fuerte adhesión del lubricante al material de las superficies que se frotan; las capas de lubricante resbalan una sobre la otra. Cuando la lubricación se dispone de modo que las superficies que se frotan queden separadas por una película de fluido, y las cargas queden es las superficies por completo soportadas por la presión hidrostática o hidrodinámica de la película, la fricción es de lubricación completa (o viscosa).
Se tiene lubricación incompleta o mixta si la carga sobre las superficies que se frotan es soportada parcialmente por una película viscosa de fluido y, por otra parte, por zonas de lubricación límite. Cuando un árbol no gira (se encuentra en el estado de reposo), él apoyo n el cojinete y el juego en las superficies en contacto del árbol y del cojinete es igual a cero (figura 8). Al girar el árbol en el cojinete, las primeras capas del aceite adheridas estrechamente a la superficie del árbol arrastran las siguientes. 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 (Fig. la zona en queelevada el juegobajo tiene la magnitud mínima (hmín8),b). en Como la caparesultado de aceiteen surge una presión cuya acción el árbol parece emergido a la superficie descansado en la almohada de aceite. Al crecer la velocidad relativa de movimiento de las superficies (el número de revoluciones del cigüeñal), una cantidad siempre mayor de aceite se arrastra al espacio cuneiforme, aumentando de este modo la presión creada en la capa de aceite y por eso siempre más el árbol tiende a ocupar la posición central en el cojinete (Fig. 9 b, c,d).
Figur a 9. Form ación d e la cu ñ a de aceit e al gir ar el árbo l en el c ojin ete de d eslazamien to
.
Cuando el espesor mínimo de la capa de aceite llega a ser mayor que la altura total de las rugosidades de las superficies del árbol y del cojinete las superficies indicadas dejarán de estar en contacto y aparecerá el rozamiento líquido. El coeficiente de fricción es, aproximadamente, independiente de la velocidad de frotamiento, si está es lo bastante baja para no afectar la temperatura de la superficie; a velocidad más altas, el coeficiente de fricción disminuye al aumentar la velocidad. Los coeficientes de fricción de superficies secas (fricción en seco) dependen de los materiales que se deslizan uno sobre el otro y de las condiciones de acabado
de esas superficies. Con lubricación límite los coeficientes dependen de los materiales y las condiciones de las superficies, así como de los lubricantes que se empleen Los coeficientes de rozamiento (fricción) son sensibles al polvo y humedad atmosférica, las películas de óxido, el acabado superficial, la velocidad de deslizamiento, la temperatura, la vibración y lo extenso de la contaminación. En muchos casos el grado de contaminación es la variable más importante por sí sola. El de rozamiento dependepues en gran medida de la temperatura a la que se coeficiente encuentre sometido el lubricante, al bajar la temperatura la viscosidad del lubricante aumenta y al subir ella, disminuye. Cuanto menos cambia el lubricante su viscosidad al variar la temperatura tanto más alta será su calidad y su comportamiento para evitar la fricción, es decir que cuanto menos cambie la temperatura el coeficiente de fricción se mantendrá constante. Otro factor importante que influye en la magnitud del coeficiente de rozamiento es la estabilidad química del aceite pues cuanto más elevada sea esta habrá una mayor oposición a la oxidación por el oxígeno atmosférico, lo cual se verá reflejada en las capacidades lubricantes del aceite. Las propiedades detergentes del aceite (capacidad del aceite de oponerse a la formación de sustancias resinosas y otros productos de la oxidación), la coquizabilidad del aceite (capacidad del aceite de formar un residuo carbonoso), la acción corrosiva del aceite, aditivos, el contenido de cenizas en el aceite son factores que dependiendo de su magnitud el lubricante podrán ejercer mejor su función de evitar la fricción entre las partes móviles que estén en contacto en el motor, lo que se refleja en la disminución o variación del coeficiente de rozamiento. No se puede permitir que disminuya la capa de aceite existente entre las superficies en frote hasta la magnitud que puede surgir el frotamiento de frontera, puesto que en este caso el desgaste y el calentamiento de las piezas crecen rápidamente. En condiciones del rozamiento de frontera ninguna unión móvil puede trabajar normalmente durante mucho tiempo. No obstante, el rozamiento de frontera disminuye el desgaste a pequeñas velocidades del movimiento, al arrancar el motor y a cargas muy grandes cuando no es posible obtener el rozamiento líquido o semilíquido, estos son los periodos menos propicios en cuanto a la lubricación de los cilindros y de los cojinetes del árbol cigüeñal y de otras superficies de trabajo 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.
Para obtener la presión de lubricación una bomba de aceite es montada en el circuito, la cual aspira el aceite del cárter y lo dirige bajo presión a través de los conductos o canales hacia los elementos a lubricar. Hay cuatro tipos principales de bombas para lubricar el aceite en los sistemas de lubricación de automóviles. Bomba de piñones: Es extensamente usada debido a la seguridad que ofrece. Consiste en dos engranajes dentro de una caja provisto de una abertura de entrada y una de salida. Uno de los piñones es un eje impulsor, el otro está montado sobre un pasador fijo y se denomina piñón impulsado. A medida que los piñones giran el aceite es aspirado a través de la entrada y sale después de los piñones con una presión elevada.
Figu ra 10. Bo m ba d e piñon es
Bomba de paletas: Se compone de una caja o cuerpo cilíndrico en cuyo interior se mueve un rotor excéntrico, ranurado diametralmente y arrastrado por el motor de acuerdo al sentido del eje. La ranura recibe dos paletas deslizantes, las cuales tienden a separarse por la acción del resorte que las ciñe contra las paredes de la bomba. Al girar el rotor excéntrico, la paleta va haciendo el vacío aspirando el aceite que llega por el tubo de entrada, mientras por la salida empuja a presión el aceite recogido. El desgaste de este tipo de bomba se debe al rozamiento de la paleta con las paredes de la bomba.
Figura 11. Bom ba de paleta
Bomba de rotor: La bomba de rotor es también de piñones. El cuerpo de la bomba ubicado en el cárter de cilindros lleva en su interior un anillo loco con su eje excéntrico. El rotor interno que posee un diente menos que el externo, impulsa este mediante un engranaje parcial, pero debido a la diferencia en el número de dientes, la velocidad de rotación del rotor interno es mayor que la del externo.
Figura 12 . Bom ba de rotor
Figura 13. Bom ba de rotor d espiezada
Para evitar la elevación de la presión del aceite se utiliza un limitador de presión, este está situado o en la salida de la bomba o en un punto próximo del conducto principal de lubricación. El limitador de presión está constituido por una válvula o bola, mantenida sobre su asiento por un resorte cuando la presión es superior a la tensión del resorte la válvula se abre y se descubre un orificio que permite al aceite retornar al cárter, por lo tanto la presión disminuye.
Figur a 14. Válvul a limit ador a de pr esión
50) ¿por es necesario filtrar y enfriaren el el aceite? clases de filtros de qué aceite, explique su disposición motor,Mencione métodos las de conexión, construcciones y funcionamiento de los filtros El aceite, además de su principal función de minimizar el roce entre las piezas móviles, también actúa como detergente y absorbe parte del calor del motor al circular entre dichas partes, las cuales se mantienen a alta temperatura. Estas piezas inevitablemente producen limadura muy fina, la cual es también arrastrada por el aceite. Pues estos hechos el aceite debe ser filtrado para extraerle la limadura y las suciedades que se producen en el interior del motor. Así mismo, las altas temperaturas disminuyen la viscosidad del aceite y pueden provocare su oxidación, por lo que es necesario controlar su temperatura. Los filtros de aceite se pueden dividir en dos grupos: de depuración basta total y de depuración fina parcial. Los basta se intercalan en serie en el sistema y a través de ellosfiltros pasa de tododepuración 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 cando está muy sucio el elemento filtrante) deja pasar el aceite esquivando el filtro. Estos filtros retienen de mínimo 0.07 mm. Los filtros de partículas depuración fina aseguran la limpieza del aceite de partículas mecánicas de hasta 0.001 mm de dimensión.
51. Describa el objeto, la disposición, la conexión y el funcionamiento de los radiadores de aceite. ¿Cómo se realiza la ventilación del cárter? El objeto de los radiadores consiste en mantener la temperatura del aceite en los límites requeridos al estar en funcionamiento el motor con gran carga y a una alta temperatura del medio ambiente. Para que el motor funcione normalmente, la temperatura del aceite en el sistema debe encontrarse dentro de los límites de 70 a 80 ºC. Si la temperatura excede de 90ºC, la calidad del aceite se empeora y por consecuencia se acelera el desgaste de las piezas del motor al perder su optimo carácter viscoso, además aumenta el consumo de aceite; evitar los fenómenos anteriormente descritos es la finalidad del radiador de aceite. La disposición de los radiadores de aceite que se usan para enfriar el aceite de los motores pueden ser de dos tipos, según el medio refrigerante, los cuales son por refrigeración por agua y de refrigeración por aire. Los que más se han extendido son los radiadores de aceite por aire que son seguros durante la explotación y refrigeran intensamente el aceite. Los radiadores se hacen tubulares o tubulares laminares. Para evitar la rotura de sus tubos cuando el motor funciona frío y cuando la temperatura del aire circundante baja, el radiador de aceite tiene una válvula de derivación. Si la diferencia de presión es mayor de 0,12-0,2 MN/m 2 (1,20,2 kgf/cm2), la válvula se abre y el aceite corre sin pasar por el refrigerador. Con respecto a la conexión los radiadores de aceite se colocan por lo general en el camino que sigue el flujo de aire del sistema de refrigeración y el aceite que circula en aquel es enfriado por la corriente contraria de aire. El conductor conecta y desconecta el radiador de aceite por medio de un grifo o bien el radiador de aceite se conecta automáticamente con ayuda de una válvula-termostato. Funcionamiento del radiador de aceite del motor diesel SMD-14 (figura 9): es un conjunto no desarmable que consta de tubos de acero (3) de sección ovalada y de dos depósitos: uno inferior (7) y otro superior (5). El inferior está separado por dos tabiques (8) y el superior por uno solo. Para aumentar la superficie de refrigeración
cada tubo lleva enrollado una espiral de cinta fina de acero. Los topes de los depósitos terminan en orejetas por cuyo medio el radiador de aceite se sujeta con pernos (4) a los montantes del radiador de agua. El aceite procedente del cuerpo de filtros pasa por una tubería de aceite (6) al depósito inferior (7) y después de recorrer los tubos del radiador, se deriva por la tubería de aceite (1) al cuerpo de filtros. Moviéndose por los tubos del radiador que va soplando por fuera con aire, el aceite se enfría en 10-12ºC estando completamente abierta la persiana. La cárter expulsar el vapor de aceite y los gases queventilación penetran adel través dees lasnecesaria juntas nopara estancas de los segmentos de los émbolos. La ventilación del cárter se efectúa con un dispositivo especial constituido por un sistema de tuberías que unen el espacio del cárter, por un lado, con el medio ambiente a través de la boca de llenado de aceite, y por otro lado con el carburador o con la tubería de admisión. En el lugar de succión se instala un dispositivo para captar las gotitas de aceite del cárter. En la tubería de entrada se monta una boca de llenado de aceite provista de fibra de aire.
53. ¿Para qué sirve el termostato? ¿Cómo se instala el filtro de aceite en el diesel? ¿Cuál debe ser el nivel de agua en el sistema de enfriamiento? El termostato es una válvula sensible a la temperatura que se encuentra en la parte frontal del motor. El termostato permanece cerrado hasta que el motor alcanza una temperatura de operación. A medida que la temperatura sube el termostato se abre, permitiendo que el líquido refrigerante circule a través del radiador. Cuando la temperatura del líquido es más baja de la temperatura de operación, el termostato se cierra impidiendo la circulación del líquido refrigerante hacia las cabezas de los cilindros y al calefactor interior del automóvil. El desviador proporciona un conducto para que el líquido refrigerante regrese a la bomba. Los filtros instalados en los sistemas de lubricación son utilizados con el fin de eliminar del aceite impurezas (particulares metálicas procedentes del rodaje de las piezas, partículas debidas a los residuos de la combustión y productos de alteración del aceite, etc.), las cuales pueden arañar las superficies de los casquetes y cilindros, y causar desgaste anormal de los anillos. El nivel de agua para el sistema de enfriamiento debe ser el indicado por el diseñador, este depende del tamaño y el tipo de motor. Se debe tener en cuenta que no se debe llenar el radiador hasta el tope, ya que el agua sobrante pasaría al vaso de expansión. Este vaso también tiene un nivel de llenado.
Figura 15. Termost ato
55. ¿Cómo se lubrican los muñones y las levas de los árboles distribuidores? ¿Indique cómo se suministra el aceite a la transmisión de las bombas de aceite y de cebado de combustible? El conjunto de aparatos que aseguran el ingreso continuo de aceite a los conjuntos de rozamiento y su limpieza constituyen el sistema de lubricación. En dependencia del tipo de motor se emplean diferentes tipos de lubricación. En la mayoría de los motores modernos se emplea el sistema de lubricación forzada el cual permite regular la cantidad de aceite que entra a las superficies rozantes, es decir efectuar un suministro racional de aceite a las piezas con la intensidad necesaria de circulación. En los sistemas forzados de lubricación entran los siguientes elementos principales: 1. una bomba que asegura la circulación del aceite 2. aparato reductor (válvula), que sirve para regular la presión de aceite. 3. aparatos para la limpieza del aceite (filtros) 4. aparatos para el enfriamiento del aceite. 5. aparatos auxiliares para el llenado y salida del aceite, instrumentos de medición, aparatos para la ventilación y válvulas de seguridad. A los cojinetes de bancada y de biela, muñones y levas, el aceite se suministra bajo presión del ducto principal. El aceite se suministra por separado a cada
cojinete de bancada, el cual por canales en los codos y muñones del árbol se dirige a los cojinetes de la biela, o el aceite se suministra a la cavidad interna del árbol y por canales radiales en los muñones llega a los cojinetes de bancada y de biela. En dependencia de donde se halla la mayor cantidad de aceite el sistema de lubricación se llama de cárter húmedo o seco. El sistema de lubricación con cárter húmedo de reserva para el aceite sirve la parte inferior de la bancada. De la bandeja es succionado el aceite con una bomba. Luego bajo presión, creada por la bomba, el aceite pasa a través del filtro de filtrado fino que luego pasa por el enfriador de aceite e ingresa al ducto principal. Dellosducto el aceite se suministra a lascaliente superficies rozamiento. Pasando por conjuntos de lubricación, el aceite fluye en de retorno a la bandeja. La presión se limita en el ducto de aceite por medio de una válvula reductora, la cual al elevarse la presión por encima del establecido se abre y deja pasar aceite a la bandeja. Para controlar la presión en el sistema se tiene un manómetro.
Figura 16. El sistem a de lubricación
56. ¿En qué sitio se mide la presión del aceite en la tubería principal del 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 Diesel es necesario bombear aceite? ¿Hasta qué presión? La presión y la temperatura del motor diesel se miden después del cuerpo de los filtros. Para controlar la presión del aceite existente en la tubería maestra y la temperatura del mismo en el cuerpo de los filtros, el tablero de instrumentos de
control lleva el indicador de presión y el indicador a distancia de temperatura. La presión debe encontrarse dentro de los límites de 2,5 a 4,5 Kgf/cm 2. La temperatura normal del aceite presente en el motor Diesel debe encontrarse, al funcionar este con régimen nominal, dentro de los límites de 80 a 90º C. Si la temperatura excede los 90º C, la calidad del aceite se empeora y como consecuencia se acelera el desgaste de las piezas del motor y aumenta el consumo de aceite. Para mantener la temperatura del aceite en los límites requeridos, al funcionar el motor con gran carga y a una temperatura alta del medio ambiente, en el sistema de engrase se emplean radiadores especiales. Con el motor apagado y frio se verifica el nivel de aceite contenido en le cárter, la fijación de los conjuntos y piezas del sistema de engrase y la falta de fugas de aceite. El nivel de aceite en el cárter se mide con la varilla medidora pasados 15-20 min después de la parada del motor. El nivel debe hallarse cercano al trazo (marca) superior de la varilla medidora. No es conveniente llenar de aceite de modo que este supere el trazo superior para no provocar la quemadura de los segmentos de pistón, la formación abundante de carbonilla en las cámaras y en los fondos de los pistones, así como el aumento del consumo del aceite. Si el nivel de aceite en el cárter no alcanza el trazo inferior, el trabajo del motor está prohibido, ya que en este caso es posible la alteración del suministro de aceite en el sistema, alteración que es acompañada de un desgaste intenso de las piezas en roce y de averías de los cojinetes debido a su fusión. Debe bombearse aceite en el arranque de los Diesel para asegurar la formación de la película de aceite entre los pistones y la cámara de combustión para evitar el rozamiento entre estos pues al apagarse este retorna al cárter quedando prácticamente estos elementos en contacto directo sin la película que los separe. A las revoluciones mínimas de la marcha en vacío la presión del aceite, creada en el sistema, no se tolera inferior a 0.8 Kgf/cm 2. La válvula de reducción deriva el aceite de la cavidad de impulsión de la bomba de aceite a la bandeja del cárter al poseer el aceite una viscosidad elevada (por ejemplo, al poner en marcha un motor Diesel frío). La válvula está ajustada para una presión de 7-8 Kgf/cm2.
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 economía (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) Economía: 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) Potencia plena: en el caso de necesitar potencia plena, la mariposa de estrangulamiento está abierta por completo por lo que para obtener la potencia máxima la mezcla carburante debe estar enriquecida (α=0.85 -0.90). 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 carburado 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.
60. ¿Qué carburador se llama elemental y que composición de la mezcla carburante él forma? ¿Qué se llama compensación de la mezcla carburante? explique la característica de los carburadores elemental y deseable.
El carburador elemental: (Simple de flujo descendente), es el tipo de carburador más sencillo que hay, está formado por: El conducto de aire-emulsión, que a su vez está formado por un tubo de admisión de aire, un difusor, cámara de mezcla y mariposa de estrangulación. El conducto de combustible-emulsión, que consta de la cuba en la cual está el flotador y la válvula cónica de cierre, calibre, tubo o canal y surtidor. Es el más sencillo, puesto que no posee ningún otro dispositivo que asegure la composición de la mezcla que se necesite a distinto regímenes de funcionamiento del motor. Este caso tiene el problema de trabajar con mezclas ricas, es decir el coeficiente de exceso de aire disminuye al aumentar la carga, la mezcla se enriquece paulatinamente. La compensación de la mezcla es el método que se usa para crear una mezcla con la composición necesaria para que el motor funcione en el intervalo de carga requerido. Para corregir la característica del motor elemental se emplean los siguientes sistemas compensadores: con frenado neumático de combustible, un calibre compensador, con regulación del enrarecimiento en el difusor y con regulación de la sección de paso del calibre. La característica del carburador elemental radica en la formación de la mezcla combustible (En la dirección de la apertura de la mariposa de estrangulación y de carga) que se obtienen mezclas deficientes para determinado funcionamiento. La característica del carburador perfecto o deseable es que se entregue siempre la cantidad necesaria y suficiente de mezcla y que su composición sea la óptima para su funcionamiento en los distintos regímenes (sistema compensado)
61. ¿Qué sistemas y por qué es necesario agregarlos al carburador elemental para que el satisfaga plenamente los requerimientos presentados a un carburador moderno? El carburador es el dispositivo donde se prepara la mezcla carburante. El carburador que se monta en un motor de automóvil debe garantizar la perfecta dosificación de la mezcla de comestible para todos los regímenes de carga y velocidad y la estabilidad de esta dosificación durante una larga explotación del automóvil. Un carburador elemental comprende la cuba con el flotador, la aguja de cierre, el surtidor con el pulverizador, el difusor, las mariposas del gas y de aire y la cámara de carburación. La cuba, el flotador y la aguja de cierre se necesitan para mantener el nivel constante de combustible contenido en el pulverizador. Para que el carburador satisfaga con los requerimientos presentados a un carburador moderno debe tener los siguientes dispositivos auxiliares: Circuito de marcha lenta (RALENTI). Este es dispositivo para marcha en vació o con cargas pequeñas del motor.
Durante el funcionamiento del motor en vació o a cargas pequeñas la mariposa de gas está cerrada casi por completo. Por eso la depresión y la velocidad de la corriente de aire en el difusor son insuficientes para formar la mezcla carburante de la composición deseada. Al mismo tiempo tras la mariposa del gas se crea una gran depresión. En estas condiciones se puede conseguir que el motor funciones establemente ya que se asegura la preparación de la mezcla carburante por el circuito de marcha lenta. 2- dispositivo dosificador principal. Que asegura una composición empobrecida (económica) constante de la mezcla en una ancha gamma de cargas medias. Existen de dos tipos: Dispositivo combustible.dosificador principal con variación de la depresión junto al surtidor de Dispositivo dosificador principal con un surtidor adicional y la variación de la depresión en los difusores. 3- dispositivo de arranque. Al poner en marcha el motor el número de revoluciones del cigüeñal es pequeño. Po r eso la depresión creada en la cámara de carburación es insuficiente y el circuito de marcha lenta y el dispositivo dosificador principal no aseguren la obtención de una mezcla carburante enriquecida deseada. En los carburadores modernos se usa una mariposa la cual se cierra, instalada en la tubuladura de entrada, para elevar la depresión 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. 4- economizar. Este es un dispositivo que se utiliza para enriquecer la mezcla al trabajar el motor a grandes cargas, suministrando una cantidad adicional de combustible a la cámara de carburación. 5- Bomba de aceleración. Este es un dispositivo de enriquecimiento adicional de la mezcla al abrir bruscamente la mariposa de gas. A veces esta bomba está unida con el economizador.
65. ¿Cuáles son los requerimientos principales que se presentan al combustible par los motores? Los principales requerimientos que deben tener los combustibles para motores de combustión interna son Evaporabilidad, es un indicador de la calidad del combustible. Es su capacidad para pasar al estado gaseoso, de ella depende el desarrollo de todas las fases del ciclo de trabajo, su rendimiento económico y las características de arranque del motor Viscosidad, el coeficiente de viscosidad cinemática influye en los procesos de alimentación y pulverización del combustible
Resistencia a la detonación (octanaje), de esta depende sustancialmente la difusión normal de la flama en el momento de la combustión del combustible para motores de carburadores un aspecto a tener en cuenta con miras al control de la combustión detonante Tendencia la inflamación, es un indicador importante para los motores diesel, los combustibles con gran tendencia a l inflamaron aseguran un desarrollo más conveniente del proceso de combustión Impurezas, los combustibles líquidos deben evitar contener impurezas mecánicas, agua o sustancias corrosivas para de este modo cuidarse del desgaste mecánico y corrosivo de las piezas del ingenio Temperatura de cristalización, es la temperatura a la cual los cristales de hidrocarburos del combustible precipitan y dificultan el suministro del combustible a través de los inyectores
66. Describa la construcción y el funcionamiento de la bomba de combustible de alta presión. En los sistemas de inyección de bomba, la alimentación de combustible al cilindro del motor a través de los inyectores se efectúa por medio de las bombas de combustible de alta presión, las cuales alcanzan una presión nominal de 420 kgf/cm2 en los motores Diesel y de hasta 160 kgf/cm 2 en la inyección de gasolina. En estos sistemas se suele emplear equipo de combustible dividido, compuesto de bombas de émbolos buzos de alta presión y de diferentes inyectores, unidos con aquellas por medio de tubos de acero de pared gruesa. En caso de que se requiera crear una presión de inyección sumamente elevada (mayor de 1000 kgf/cm2) con frecuencia se emplea equipo de combustible no dividido, las denominadas bombas-inyectores, que unen la bomba de alta presión y el inyector. En este caso no hay tubería de alta presión. La bomba-inyector se instala directamente en la culata (tapa) del cilindro del motor. Las construcciones de las bombas de alta presión son de lo más variadas, en dependencia de las particularidades de los motores para los cuales ellas están diseñadas. Su principio de funcionamiento es muy simple: el combustible se carga por medio de una válvula de llenado de la bomba, estando su émbolo de bombeo en reposo. Cuando llega el momento de la inyección, una leva empuja el émbolo y éste a su vez impulsa el combustible que, por ser un fluido incompresible, produce una altísima presión de salida como ya se había mencionado. La mayor difusión la tienen las bombas con accionamiento de leva mecánico del émbolo buzo y con dosificación de distribuidor o de válvula. En el plano del diseño tales bombas son de una sección o de bloques que unen varias secciones de bombeo en un cuerpo. Las bombas de bloque con número de secciones mayor que dos, por regla tienen su propio árbol de levas para el accionamiento de los émbolos buzos de las secciones de bombeo. Las bombas de una sección y de dos secciones con frecuencia no tienen árbol de levas propio. En este caso el cuerpo
de la bomba tiene una brida para la sujeción en el motor, y para el accionamiento de los émbolos buzos se instalan arandelas de leva en el árbol de distribución o en un árbol especial de transmisión (de accionamiento). Las levas de las bombas de combustible deben realizar una revolución completa durante el ciclo de funcionamiento del motor, es decir en los motores de cuatro tiempos ellas deben girar con la mitad del número de revoluciones del árbol cigüeñal. La disposición de las levas en el árbol se concuerda con la disposición de los codos del árbol del motor. El desplazamiento angular recíproco de las levas de las secciones dedesplazamiento la bomba deangular combustible que funcionan corresponde al de las fases del procesoconsecutivamente de trabajo en los cilindros del motor que funcionan consecutivamente. Para variar la posición angular del árbol de accionamiento de las bombas de combustible respecto al árbol cigüeñal en el sistema de accionamiento (de transmisión) se prevé un acoplamiento de ajuste, que permite la regulación con precisión de hasta 1 . Para variar el momento de la inyección de combustible al variar el régimen de funcionamiento, muchos motores tienen un acoplamiento automático o dirigido de regulación del ángulo de adelanto de la inyección que varía la posición angular relativa del árbol de accionamiento (de transmisión) de las bombas de combustible.
67. Describa la construcción y el funcionamiento de los inyectores de tipo cerrado. El inyector es el dispositivo que permite el paso del combustible hacia la cámara de combustión, debidamente pulverizado. Los motores Diesel de automóviles y tractores llevan consigo el inyector de tipo cerrado en el cual la aguja de cierre se abre y se cierra bajo la presión del combustible. En el orifico central del pulverizador 18 entra con un juego muy pequeño (0.002 – 0.003 mm) la aguja 17. El pulverizador y la aguja están fabricados en acero aleado y sometidos a tratamiento térmico; estas piezas pasan por las operaciones de acabado y se seleccionan en conjunto, y no se permite intercambiar las parejas. El muelle 14 permite al cono de cierre 23 de la aguja 17ajustarse estrechamente a la superficie cónica del asiento del pulverizador; en el extremo del pulverizador sale el extremo inferior de la aguja llamado tetón el cual tiene un cono dirigido inversamente al de cierre 23. El combustible procedente de la bomba llega, a través de los canales 3 practicados en el cuerpo, la ranura anular 21 y los canales 1 a la cavidad 19. Debido a que inicialmente la presión del combustible no es capaz de levantar la aguja la presión crecerá. Cuando la presión es suficiente para levantar la aguja el combustible pasará por la estreche rendija anular entre el orificio de salida del pulverizador y el tetón 24 de la aguja. El cono inverso que lleva el tetón le da la
forma cónica al combustible pulverizado para que este se mezcle bien con el aire en la cámara de combustión. Cuando el combustible comienza a salir del inyector se presenta un alivio en la presión que inicialmente elevó la aguja, a raíz de esto la aguja tenderá a bajar y cerrar nuevamente el paso de combustible. Para evitar que la aguja suba y baje la presión debe subir brusca y rápidamente, lo cual lo logramos mediante un perfil especial de la leva del árbol de la bomba de combustible. Casi instantáneamente cuando la bomba deja de mandar combustible la aguja debe cerrarse bruscamente y no debe quedar gota alguna colgando pues desmejora el proceso de como la combustión. Para el inyector tomado ilustración el diámetro de la aguja del pulverizador es de 6 mm, el diámetro del orificio de salida es de 2 mm, el ángulo del cono de difusión es de 5°; todas las piezas del inyector están sujetas en el cuerpo de acero 15, su extremo inferior lleva enroscada la tuerca 16 del pulverizador en la cual se coloca el pulverizador 18 con la aguja 17. El tope del extremo superior de la aguja 17 apoya en el fondo del asiento del vástago 2 y el muelle 14 apoya con su tope inferior en el platillo del vástago 2 y con su tope superior, en el platillo del tornillo de regulación 12 que está enroscado en la tuerca 13 fija en la rosca del cuerpo 15 del inyector. La contratuerca 11 evita que se desenrosque el tornillo de regulación. La regulación del inyector, que se realiza mediante el apriete del muelle 14, se lleva a cabo por el tornillo 12. La presión alcanzada en el momento que la aguja se levanta se encuentra entre 125 y 130 Kgf/cm2. El combustible penetrado en el juego existente entre el pulverizador y la aguja se deriva, a través del orificio 7 practicado en la tuerca 13, el perno hueco 9 y el tubo de vaciado 8, al filtro de depuración fina o bien al depósito de combustible. El inyector se sujeta a la culata de cilindros mediante dos espárragos que pasan a través de los orificios de la brida del inyector. Para crear la empaquetadura deseada, bajo la tuerca 16 de fijación del pulverizador se coloca la junta de cobre 20. Las tuercas de fijación se deben apretar de manera uniforme.
Figura 17. 62005:
Inyector tip
o c errado de tetón, con m
ando h idráulico de aguja; m odelo FDH-
68. Describa el objeto, la construcción y el funcionamiento de los reguladores de revoluciones del árbol cigüeñal. En ciertas aplicaciones se necesita una velocidad constante del motor. Con el acelerador ajustado, sin un regulador la carga será lo suficientemente elevada para hacer que el motor pierda velocidad o demasiado ligera y entonces el motor ganará velocidad. Si el motor empezara a perder velocidad debido a la carga, seguirá permitiéndola adelcausa las características la bomba. Porsi ella mismo motivo, si la velocidad motordeaumenta debido a lade falta de carga, velocidad del motor aumenta debido a la falta de carga, seguirá aumentando con el funcionamiento del motor. 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 establecida o constante. Sus aplicaciones incluyen motores que llevanvelocidad 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 18.
Figura 18 . Regulador senc
illo de velocidad cons
tante
Regulador sencillo de velocidad variable: Como en el caso del regulador sencillo de velocidad constante, Figura 19. 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 19. Regulador senc
illo de velocidad variable
73. ¿Qué puede provocar el funcionamiento inesperad o del motor “en desbocamiento”? Mencione las posibles fallas en el sistema de lubricación,
en el sistema de enfriamiento, en el sistema de alimentación. ¿Cómo distinguir las causas de fallas del motor por el de los gases de escape? Si el número de revoluciones supera el nominal (Nnom) la potencia no aumenta debido a la disminución brusca de la presión media Pe, mientras crece la carga dinámica, sobre las piezas principales y su desgaste, por ello un motor cargado no se debe explotar con un número de revoluciones mayor al nominal, siendo intolerable hacerlo pues superar a éste puede producir embalamiento. Esto pasa cuando ocurre un cambio inesperado en la carga a la cual esta sometido y no posee regulador de máximas revoluciones del árbol cigüeñal. Para excluir la posibilidad del paso del régimen de embalamiento, cuando el motor funciona con el régimen nominal se instala un limitador, es decir un regulador de revoluciones que cuando disminuye la carga del motor cierra automáticamente la mariposa de gases. Los daños producidos en el motor afectan todos los sistemas que posee. En el caso extremo de que se superase el número de revoluciones máximas que el motor pueda resistir, las cargas dinámicas conducirían a un caos mecánico dentro del motor hasta el punto de producir su rotura y obvia obsolescencia. Fallas del Sistema de Lubricación:
Lubricantes inadecuados: el lubricante no cumple con las especificaciones del fabricante, por una viscosidad mayor que la recomendada produce taponamientos. Por una viscosidad inferior el lubricante tiende a licuarse con el calor de perdiendo sus cualidades. Lubricante sucio o contaminado: produce ralladuras, desgastes excesivos y prematuros. Fallas en el enfriador de aceite: se crean obstrucciones, dejando pasar el refrigerante al aceite contaminándolo. Nivel demasiado alto del aceite en el cárter: se provocan en el cárter burbujas y elevadas presiones. Baja aceite: se debe a: Aceitepresión diluidode con el combustible. Bomba de aceite defectuosa. Campana de aspiración de aceite obstruida. Enfriador o filtro de aceite obstruido y su válvula de derivación no abre o lo hace parcialmente. Agarrotamiento en la válvula de alivio de la bomba de aceite. Fugas internas. Altas temperaturas en el aceite de lubricación: provoca una grave disminución de la viscosidad del aceite y su oxidación. Fallas en el sistema de enfriamiento: Refrigerante contaminado: se debe al paso del aceite al refrigerante. Temperatura anormal del refrigerante: falla en el termostato. Bajo nivel del refrigerante. Fallas del radiador y del ventilador: cuando el funcionamiento de uno de estos es escaso, el enfriamiento es insignificante y ocurre un recalentamiento del motor. Fallas en el sistema de alimentación: El turbo cargador puede presentar acumulación de carbón en las aspas de la turbina: Debido al peso de gases; se sufren golpes en las aspas o el eje deformado, el carbón se acumula en los bordes de las aspas, que al girar arrastraran carbón en ellas con el peligro de rozar con la carcasa. Fugas en el sistema de aros. Calibración deficiente en las válvulas: da como resultado una disminución en la potencia del motor, la holgura excesiva en las válvulas puede darse por las siguientes razones: *Lóbulos de levas muy desgastados. *Levanta- válvulas desgastadas o rotas. *Desgastes en las puntas superiores de las válvulas. *Calibración defectuosa: la holgura puede ser muy cerrada y se debe a un desgaste en el asiento de los mismos. Resorte de las válvulas roto: este produce daños peores en el frente de las válvulas. Válvulas dobladas o rotas acompañado de una caída de potencia del motor.
Desgaste excesivo en las guías de las válvulas se detecta por la presencia de aceite en los gases de escape, consumo de aceite superior al normal. Cómo detectar fallas con el motor por los colores de los gases de escape: Cantidad excesiva de humo negro o gris: Insuficiente cantidad de aire para la combustión. Boquilla inyectora de combustible obstruida o con gases. Sincronización incorrecta de la inyección de combustible. Control de relación de combustible incorrectamente ajustada. Cantidad excesiva de humo blanco o azul: Desgaste en las guías de válvulas Anillos de pistón desgastado, agarrotado o roto. Nivel de aceite en el cárter demasiado alto. Sincronización errónea de la bomba de inyección de combustible. Aire en el sistema de combustible.
74. ¿Con qué está limitada la máxima alimentación de lo combustible? explique el objeto del regulador de revoluciones del motor. ¿Cómo la cremallera de la bomba de combustible está ligada con el regulador? explique cómo funciona el regulador de revoluciones del motor. La máxima alimentación del combustible está limitada por el regulador de revoluciones. El limitador de revoluciones del motor tiene por objeto: Evitar los excesos de aumento y disminución de la velocidad. Mantener la velocidad del motor relativamente constante para cualquier posición del acelerador seleccionada, a pesar de las variaciones de carga. La cremallera de la bomba de combustible está ligada con el regulador de la siguiente manera: la fuerza del muelle (fig. 15) actúa sobre 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 la 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 de control de la bomba de inyección. Los reguladores mecánicos funcionan debido al principio del aumento de la fuerza centrífuga con la velocidad de rotación, esta se utiliza para facilitar el control de regulación. Los reguladores mecánicos pueden ser de varios tipos, los principales son: Regulador mecánico de velocidad constante Regulador de velocidad de velocidad variable
75. ¿Por qué el regulador se llama de regímenes múltiples? ¿Cómo se efectúa la pulverización del combustible por el inyector? ¿De qué pueden obstruirse los orificios pulverizadores? ¿Qué ocurre en los inyectores en un funcionamiento prolongado del motor a pequeñas revoluciones de marcha en vacío? El regulador de velocidad se llama de regímenes múltiples porque funciona con velocidades variables del motor, esta velocidad se determina con el mando del acelerador. Cuando el acelerador se desplaza para aumentar la velocidad del motor el eje flotante se mueve hacia la derecha (fig. 15) y los tetones de la horquilla lo hacen sobre su extremo desplazará inferior, situado en la camisa movimiento reducido del acelerador, la cremallera hastadeslizante. la posición Un de suministro máximo y será posible mover más el acelerador, mediante el muelle de la aceleración que se comprime. Para obtener la mezcla 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. La pulverización fina y homogénea del combustible se alcanza por dos procedimientos. Aumentando la presión de la inyección, ya que en este caso se crea gran velocidad de salida del combustible. Disminuyendo el diámetro de los orificios de tobera del inyector. Cuanto menor es la viscosidad del combustible, tanto más fina y homogénea es la pulverización del mismo. Los orificios pulverizadores pueden obstruirse por carbonilla u otro agregado. La calidad de la pulverización mejora al elevar la presión de inyección, que depende a su vez de la estructura del equipo de inyección, del número de revoluciones del motor y de la cantidad de combustible que se suministra en cada ciclo. En los regímenes de marcha en vacío la calidad de la pulverización empeora notablemente.
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 de gases de la combustión de ciudades estos motores principales responsables la contaminación en las (junto son con los 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.
82. Ciclos de los motores de combustión interna, Tipo de motor que funcionan de acuerdo a cada uno de estos ciclos Los motores de combustión interna existente trabajan de acuerdo a uno de los tres ciclos que tienen sus particularidades: Ciclo de los motores a carburador con compresión de la mezcla carburante, su inflamación por una fuerza externa (bujía) y con combustión rápida hallándose cerca del punto muerto superior, es decir, combustión a volumen casi constante. Entre los motores que funcionan bajo este ciclo, se encuentran los motores de automóvil y motocicletas, siendo menos frecuente en tractores y camiones, motores de generador de gas en botellas y con inyección de combustible. Ciclo Diesel con compresor de aire, pulverización del combustible por medio de compresor, su inflamación por el calor de aire comprimido y combustión lenta, desplazándose el embolo, es decir a presión casi constante. De acuerdo con este ciclo, funcionan los motores de compresor con inflamación por compresión estacionarios y de barco o Diesel de compresor. Ciclos Diesel sin compresor con compresión de aire, pulverización del combustible sin ayuda de compresor, y su inflamación y combustión hallándose el embolo cerca del punto muerto superior. En este ciclo, parte del combustible en la combustión a volumen casi constante, a consecuencia de lo cual este ciclo se suele llamar ciclo mixto. Los Diesel de tractor y de automóvil funcionan de acuerdo con este ciclo con la inyección de combustible Diesel.
83. Detonación y su influencia en el funcionamiento del motor. En una parte de la mezcla carburante, que suele ser la más alejada de la fuente de inflamación, a consecuencia de la termotransferencia y de la compresión de esta por la parte que ha ardido, la presión y temperatura crecen y la preparación química de esta parte de mezcla termina antes de que ella alcance de llegar al frente de flama. Esta parte de la mezcla se autoinflama y prácticamente arde
instantáneamente y su temperatura y presión aumentan bruscamente superando la temperatura y presión media de toda la masa de gases en la cama de combustión. Esto genera ondas de choque que se mueven con velocidades supersónicas, provocando un movimiento oscilatorio de los productos de la combustión recluidos en la cámara de combustión, este fenómeno se conoce como combustión detonante. Las ondas de choque de elevación de las presiones se mueven con velocidades muy grandes, que alcanzan de 1500 a 2000 m/seg, por la cámara de combustión, múltiples veces chocan con las paredes de la culata y del émbolo, que comienzan agolpes vibrar,metálicos lo que durante el funcionamiento del motor se manifiesta por medio de bien audibles. Las ondas de choque que se mueven rápidamente y el movimiento oscilatorio que aparece en la parte detonante de la mezcla, arrastran consigo los productos que se han formado antes de la combustión normal, los cuales también comienzan a desplazarse por la cámara de combustión con grandes velocidades. A consecuencia de esto el proceso de termotransferencia desde los gases que se mueven rápidamente hacia las piezas con que ellos contactan se intensifica bruscamente. En la combustión detonante la temperatura de las piezas se eleva rápidamente: de las paredes de la culata y del cilindro en 30-50 C, de la cabeza de la válvula de escape en el caso de detonación fuerte incluso en 80 C, del fondo del émbolo en 30-60 C, a consecuencia de lo cual baja la dureza de la aleación de aluminio, el fondo y los bordes del émbolo comienzan a chamuscarse. La elevación de la temperatura de las piezas enumeradas provoca el aumento de la cantidad de calor transmitido al sistema de enfriamiento y el recalentamiento paulatino de este último caracterizado por la elevación de las temperaturas del líquido de enfriamiento. Otra consecuencia de la elevación de las temperaturas de las paredes de la culata del cilindro, del émbolo y del plato de la válvula de escape es la disminución del llenado de los cilindros del motor y la disminución de la potencia del motor. De tal manera, en la combustión detonante los indicadores de economía (eficiencia) y de potencia del motor de carburador bajan, y aumenta el desgaste de las paredes de los cilindros y de los anillos o aros de émbolo. La detonación fuerte, prolongada puede llevar al chamuscamiento de los fondos de los émbolos y a la destrucción de los cojinetes. A consecuencia de esto el funcionamiento del motor con combustión detonante es perjudicial e inadmisible. La aparición de combustión detonante principalmente es resultado de la clase de gasolina incorrectamente seleccionada para el motor.
84. ¿Qué procesos ocurren con e l fluido motor durante el funcionamiento del motor?
El conjunto de procesos que se realizan en los cilindros en determinadas secuencias se conocen como ciclo de trabajo, el cual lleva el siguiente orden: El combustible y el aire en determinadas proporciones se mezclan bien fuera del cilindro formando la mezcla carburante, la cual entra al cilindro (admisión), después de lo cual se somete a compresión. La compresión de la mezcla es necesaria para aumentar el trabajo durante el ciclo, ya que, durante ella se amplían los límites de temperatura y presión en los cuales transcurre el ciclo. La compresión previa crea también mejores condiciones para la combustión. Durante la admisión compresión en el cilindro se realiza un mezclado complementario. La mezcla carburante se inflama por la acción de una chispa eléctrica de alta debido la a lotemperatura cual se da yuna de la mezcla, se leva tensión bruscamente la rápida presióncombustión en el cilindro, produciéndose el desplazamiento del pistón en el cilindro. Luego, durante el proceso de expansión, los gases a alta temperatura producen trabajo útil. La presión y la temperatura de los gases durante este proceso desciende. Después de esto sigue el proceso de limpieza del cilindro de los productos de la combustión (escape), y se repite el ciclo de trabajo. Este tipo de formación de mezcla es característico de los motores de carburador. En el caso de los motores Diesel, el cilindro se llena inicialmente sólo de aire, el cual se comprime durante lo cual, al cilindro a través de un inyector bajo elevada presión se inyecta combustible. Durante lo cual, se atomiza el combustible finamente y se mezcla con el aire comprimido; las partículas de combustible contactando con el aire caliente se vaporizan formando una mezcla con el aire. La autoinflamación de la mezcla se realiza a resultas de la elevada compresión del aire. Los procedimientos posteriores se realizan de la misa manera que en los motores de carburador.
85. ¿Cómo se determina la temperatura del final de la combustión flamígera en el cilindro de un motor de combustión interna? La temperatura de los gases en el final de la combustión de combustible en el
Diesel, que funciona de acuerdo con el ciclo mixto, se puede determinar en base a la primera ley de la termodinámica, acorde con la cual: dQ = dU + AdL En el caso considerado el calor aportado se traduce en aumento de la energía interna del gas y parcialmente en la realización de trabajo mecánico externo. Efectuando la integración en los límites del principio y del final del proceso de combustión, se obtiene; Qc = Uz – Uc + ALz’z Donde Uc Es la energía interna de los gases (es decir de la mezcla carburante y de los gases residuales) en el momento del inicio del proceso de combustión;
Uz Es la energía interna de los productos de la combustión y de los gases residuales al final del proceso de combustión; Lz’z Es el trabajo mecánico eterno de los gases que se expanden por la isobara;
Qc Es el calor que se desprende durante la combustión del combustible y que se gasta en la elevación de la energía interna y en la realización de trabajo mecánico eterno; A Es el equivalente térmico del trabajo.
86. ¿Qué se denomina presión indicada media del motor y como se determina? 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 P i representa en si el trabajo de los gases o el trbajo indicado Li, kgfm, referido al volumen del trabajo V h*m3, del motor, es decir el trabajo tomado de la unidad de volumen de trabajo: Pi = ; kgf.m/m3
88. con que rendimiento se evalúa la eficiencia de 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 Lt / Q1
91. Describa el sistema de suministro de los Diesel. El sistema de combustible del Diesel debe conservar una reserva de combustible, necesaria para el funcionamiento del Diesel durante un intervalo de tiempo dado, realizar la limpieza del combustible de las impurezas mecánicas y del agua, asegurar una dosificación uniforme del combustible en dependencia del régimen de funcionamiento dado, su distribución por los cilindros y el suministro oportuno a ellos en los momentos establecidos del ciclo de trabajo en correspondencia con el orden de funcionamiento del motor. La elevada necesaria la inyección del combustible al cilindro por en el el intervalo de presión, tiempo dado, para lapara pulverización y distribución del combustible volumen de la cámara de combustión, se crea por medio de las bombas de alta presión.
Existen dos tipos principales de sistemas de alimentación de combustible para motores Diesel: los sistemas con inyección por bomba y los sistemas acumuladores. El suministro de combustible al cilindro se realiza por medio de conjuntos y dispositivos que se unen bajo la denominación co mún de “equipo de alimentación de combustible”. En los sistemas con inyección por bomba a este
equipo se relacionan las bombas de combustible de alta presión, los inyectores, la tubería de alta presión; y en los sistemas acumuladores se relacionan los acumuladores, las bombas, los inyectores y los dispositivos dosificadores.
Figura 20a. S istema d e Inyección
Figura 21. S istema d e Inyección
La bomba de cebado de combustible 18 succiona el combustible del tanque 23 a través del receptor de combustible 24 y del filtro de limpieza basta 19 y lo envía a través del filtro de limpieza fina 14 a la bomba de combustible de alta presión 3. Al elevarse la presión antes del filtro de limpieza fina por encima de lo establecido, el combustible de exceso se deriva al tanque de combustible a través de la válvula de paso 15 y del tubo de evacuación 21. Si la presión en el canal de alimentación de la bomba de combustible 3 llega a ser mayor que la admisible, el combustible de exceso se evacua al tanque a través de la válvula 1. La presión del combustible se revisa por medio del manómetro 4. La bomba de combustible envía el combustible por los conductos de alta presión 10 a los inyectores 7. El combustible inyectado a través de los inyectores se pulveriza en las cámaras de combustión 5. El combustible que se infiltra a través de las holguras en los cuerpos de los pulverizadores de los inyectores y en las secciones de la bomba de alta presión, por los tubos 2, 9, 12, y 21 se lleva al tanque de combustible. Para expulsar del sistema de combustible el aire que se desprende del combustible y para eliminar los tapones de aire, se tienen los tapones roscados 11, 13 y 8 en el cuerpo de la bomba de combustible de alta presión, en los filtros de limpieza fina y en los inyectores. Durante paradas prolongadas del Diesel el combustible fluye de las tuberías a través de las estanqueidades, y para llenar el sistema de combustible antes del arranque del Diesel paralelamente a la bomba de cebado de combustible 18 se
instala la bomba de cebado de combustible 17 con accionamiento manual o eléctrico independiente. Esta bomba se desconecta después de que se llena el sistema con combustible por medio del grifo de tapón 16. En algunos sistemas la bomba de cebado de combustible con accionamiento eléctrico independiente sirve al sistema tanto antes del arranque como durante el funcionamiento del motor. El sistema de alimentación con acumulador es realmente una modificación importante del sistema con inyección por bomba convencional con una serie de artefactos que se encarga realizan un mejor control de la inyección en los aspectos de presión y cantidad de combustible inyectado.
92. ¿Cómo se regula la cantidad de combustible suministrado a la cámara de combustión de un 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 srcinan 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.
96. Describa el sistema de encendido de los motores de carburador y de gas La principal diferencia entre los sistemas de encendido de los motores que funcionan con gas y gasolina estriba en si en las diferencias de las propiedades de los fluidos correspondientes que hace necesario el uso de ciertos elementos adicionales en los sistemas de alimentación de combustible. Fuera de esta diferencia el sistema de encendido es similar en ambos casos. El sistema de encendido provee la energía eléctrica necesaria para producir el encendido de la mezcla combustible. Su importancia radica en que su presencia garantiza el inicio de la combustión en los motores que funcionan bajo el principio del ciclo Otto, produciendo una chispa que enciende la mezcla combustible y consta básicamente de: un generador de corriente o batería, un arrollamiento
primario, un interruptor mecánico, un condensador, arrollamiento secundario, un distribuidor y bujías. El funcionamiento es el siguiente: el generador de corriente o una batería suministra energía eléctrica que circula a través de un interruptor mecánico y un condensador a un circuito primario de una bobina, cuando se abre el interruptor se produce una variación rápida, ayudada por el condensador, del campo magnético, que produce el paso de corriente por el arrollamiento primario, lo cual induce en el arrollamiento secundario una tensión muy elevada (14000 o 20000 V), esta tensión se distribuye al cilindro correspondiente de acuerdo a la secuencia de encendido y provoca en los extremos de una bujía una chispa en el interior del motor, que es la quedeenciende finalmente la mezcla combustible. El funcionamiento este sistema se puede verificar, si el funcionamiento del motor se produce de manera uniforme y sin interrupciones. Para asegurarnos que cada componente funciona bien, se pueden realizar mediciones eléctricas de continuidad, si esta existe no debería haber problemas. El componente más difícil de inspeccionar es la bujía, ya que puede no presentar fallas cuando se la prueba en condiciones que no son las de funcionamiento real. La mejor manera de controlar si el sistema funciona es la de comprobar la llegada de energía eléctrica de alto voltaje hasta la bujía, debiéndose verificar esta última por separado y con dispositivos especiales para ese fin. También controlar el suministro de energía eléctrica de baja tensión (batería o generador) Las fallas más frecuentes, son la rotura o pérdida de aislamiento de una bujía, y se manifiesta por un funcionamiento desparejo (rateo) a un régimen o en todo régimen de marcha del motor. Si huera una discontinuidad eléctrica de algún arrollamiento o del cable de bujía, la falla sería total, no produciendo el encendido de la mezcla en el cilindro en cuestión. La fuente de energía eléctrica inicial también puede fallar, cuando ello sucede, no se registra voltaje en sus bornes de salida. La reparación del sistema se limita al reemplazo del componente dañado. Las condiciones de seguridad son las mismas requeridas para las instalaciones eléctricas, especialmente en el circuito de alto voltaje. El cuidado del medio ambiente se limita a disponer adecuadamente los elementos reemplazados. Funcionamiento de un sistema de encendido por magneto: Este sistema de encendido de descarga capacitiva, se caracteriza porque es muy compacto, tiene el generador de energía eléctrica y el distribuidor incorporado. Su importancia radica en que además de cumplir la función del sistema de encendido convencional, puede ser utilizado en lugares donde no se cuenta con una fuente de energía eléctrica externa (batería), ya que el mismo genera la energía necesaria para su funcionamiento. La función principal, como en el encendido convencional, es la de convertir energía eléctrica de baja tensión en alta tensión y distribuirla a cada uno de los cilindros del motor, con la ventaja de que se provee a sí mismo de la energía eléctrica que necesita para el funcionamiento. Consta básicamente de: un generador de corriente alterna incorporado, un circuito rectificador de la corriente generada, un capacitor que almacena la energía producida, un circuito que genera la señal de disparo de corriente a cada
arrollamiento primario, una llave electrónica de disparo, un arrollamiento primario, un arrollamiento secundario y bujías.
Figura 22 . Sistema de encendido c
onv encional.
El funcionamiento es el siguiente: el alternador genera energía eléctrica a partir de la energía mecánica suministrada por el mismo motor, ésta se rectifica por medio de un circuito electrónico, y se almacena en un capacitor, cuando se genera la señal de disparo que es provista por un circuito eléctrico de bobinas captoras y según la secuencia de encendido del motor, la llave electrónica dispara la carga del capacitor sobre un arrollamiento primario cuya variación del campo magnético induce una corriente de alto voltaje en un arrollamiento secundario, la cual se conduce hasta la bujía correspondiente del cilindro del motor, que enciende la mezcla combustible. El funcionamiento de este sistema se puede verificar, si el funcionamiento del motor se produce de manera uniforme y sin interrupciones. Para asegurarnos que este sistema funciona bien, se pueden realizar mediciones eléctricas para verificar que a la salida del dispositivo generador y sincronizador la corriente de baja tensión producida es la estipulada por el fabricante y se detecta en la secuencia requerida por el motor. El componente más difícil de inspeccionar es la bujía, ya que puede no presentar fallas cuando se la prueba en condiciones que no son las de funcionamiento real. La mejor manera de controlar si el sistema funciona es la de comprobar la llegada de energía eléctrica de alto voltaje hasta la bujía, debiéndose verificar esta última por separado y con dispositivos especiales para ese fin.
Las fallas más frecuentes, son la rotura o pérdida de aislamiento de una bujía, y se manifiesta por un funcionamiento desparejo (rateo) a un régimen o en todo régimen de marcha del motor. Si huera una discontinuidad eléctrica de algún arrollamiento o del cable de bujía, la falla sería total, no produciendo el encendido de la mezcla en el cilindro en cuestión. Los circuitos electrónicos componentes también son susceptibles de falla y deben ser inspeccionados por personal idóneo. La reparación del sistema al igual que en los sistemas convencionales, se limitan a la verificación del sincronismo del encendido y al reemplazo de los componentes dañados, ya que todas las reparaciones deben ser realizadas por personal idóneo en electricidad y electrónica y con instrumental de taller. Las condiciones de seguridad las mismas paraenlas instalaciones eléctricas, especialmente en elson circuito de alto requeridas voltaje, tener cuenta además que en este sistema también hay elementos en movimiento. El cuidado del medio ambiente se limita a disponer adecuadamente los elementos reemplazados.
97. Describa el sistema de lubricación de los motores. De acuerdo con el procedimiento de suministrar el aceite a los nudos de rozamiento en los motores de automóvil, se distinguen los tipos de sistemas de lubricación siguiente: Por barboteo, b) a presión y c) mixto. Con el sistema de lubricación por barboteo las piezas que giran rápidamente (como, por ejemplo, el cigüeñal) salpican el aceite. Esto hace que el espacio libre del cárter se llene de una espesa niebla de diminutas gotas de aceite que paulatinamente se introducen en los juegos entre las superficies de rozamiento. Este tipo de engrase se empleó en algunos motores antiguos. En la actualidad se utiliza raras veces, ya que tiene serios inconvenientes (gran consumo de aceite, rápida oxidación del mismo, insuficiente seguridad en la lubricación de los nudos más importantes del motor, etc.). En el sistema de engrase a presión el aceite del cárter se suministra, por medio de una bomba y de los conductos correspondientes, a las superficies de rozamiento, de donde vuelve a escurrir al cárter. Con este sistema de engrase a las superficies rozantes llega la cantidad necesaria de aceite y se asegura su circulación intensa. En los motores modernos de automóvil se utiliza generalmente el sistema de engrase mixto: las superficies más cargadas (cojinetes de biela y de apoyo del cigüeñal, cojinetes del árbol de levas, etc.) se lubrican con aceite a presión, y las demás, por barboteo. El sistema de engrase mixto puede ser de cárter húmedo (el cárter sirve de depósito de aceite) o de cárter seco (cárter sin aceite). En la mayoría de los motores de automóvil se utiliza el sistema de engrase con cárter húmedo. En los motores de muchas revoluciones, debido a que en el cárter se forma mucha espuma, hay que utilizar el sistema de cárter seco, porque si la bomba aspira
espuma la lubricación se interrumpe prácticamente. El sistema de engrase con cárter seco se emplea también en aquellos motores que se instalan en automóviles calculados para subir grandes cuestas. Para secar el cárter cuando se inclina el motor se montan dos bombas de evacuación: una en la parte anterior y otra en la posterior del cárter. Las ventajas del sistema de engrase con cárter seco son: la disminución de la altura del motor y el menor consumo de aceite, puesto que no se agita ni incide en demasía sobre las paredes de los cilindros.
98. describa el sistema de enfriamiento de los motores. El sistema de enfriamiento del motor es líquido (para el diesel), con circulación forzada. En calidad del líquido de enfriamiento suele usarse el agua. En condiciones de invierno se puede emplear líquidos con anticongelantes. La circulación del agua se efectúa por medio de la bomba de agua de tipo centrífugo. Su rodete se pone en rotación por medio de una correa trapezoidal desde el árbol cigüeñal del motor. La polea de transmisión está instalada en el cubo de rueda 16, el que a su vez está instalado en el árbol 14 en la chaveta. El árbol gira en dos cojinetes de bolas, de los cuales el anterior soporta los esfuerzos axiales. El los cojinetes de bolas están montados prensaestopas para evitar que fluya la grasa consistente que se suministra por el lubricador 3 en la parte superior del cuerpo. El ventilador de plástico 6 está sujeta al árbol por medio de perno. Para evitar infiltraciones de agua desde la cavidad de la bomba en el árbol está instalado prensaestopas, compuesta por la arandela de textoliyta 8, cuyos dientes o salientes entran en los pasos o ranuras del rotor, y del prensoentopa de goma 7 con resortes que lo comprimen hacia ambas caras transversales. El ventilador del motor, que tiene transmisión autónoma a través de la polea 18, gira libremente sobre cojinetes en el árbol de la bomba de agua. Tal construcción, debilitando la tensión de la correa de la transmisión del ventilador, desconectarlo al pasar el automóvil a un vado profundo. La bomba de agua dirige el agua a través de la tubería a las camisas del bloque de cilindros. Enfriando los cilindros, el agua ingresa a través de una serie de orificios a las culatas de cilindro, y luego al múltiple de impulsión de la camisa acuosa, donde está instalado el termostato, que regula la temperatura del agua. El esquema de funcionamiento del termostato se muestra en la figura a continuación. Durante el calentamiento del motor frio, la válvula 7 del termostato cierra el canal que une la camisa de enfriamiento con el radiador. El agua de enfriamiento no ingresa al radiador lo que acelera el calentamiento. Al alcanzarse la temperatura del agua de 70-83° c, la masa activa (compuesta de cera de petróleo mezclado con polvo de cobre) que está recluida en la capsula 1 del termostato, se funde y, dilatándose, desplaza el vástago 5 hacia arriba y abre la válvula. Entre tanto el agua comienza a ingresar al radiador.
La cantidad de aire que pasa a través del radiador se regula por medio de una celosía especial colocada delante del radiador. Al bajar la temperatura del agua el conductor cierra la celosía, disminuye el flujo de aire a través del radiador y la temperatura del agua aumenta. El agua enfriada en el radiador, por el tubo ingresa a la parte central de la bomba de agua.
Figura 23. Sistema de enfriamiento
de los m otor es.
104. Características de velocidad del motor durante el funcionamiento con regulador de dos regímenes y con regulador de regímenes múltiples. Para el funcionamiento estable del motor se necesita un regulador del número mínimo de revoluciones de la marcha en vacío. En este caso el número de revoluciones varía para dos valores, por consiguiente un motor para medios de transporte debe tener dos reguladores: uno del número mínimo de revoluciones y otro del número máximo. Ambos aparatos se unifican en uno solo que se llama regulador de dos regímenes. Al comienzo de delalamarcha acciónendelvacío. regulador corresponde ni quedeel revoluciones número de revoluciones Cuando aumenta el anúmero hasta n2 los salientes de los contrapesos entran en contacto con las superficies frontales y esta zona de acción del regulador corresponde al régimen de
funcionamiento del motor con la marcha en vacío. Cuando el número de revoluciones aumenta hasta el valor nominal el regulador no actúa. Para conseguir una condición más completa del régimen del motor con las condiciones de explotación y que su funcionamiento sea más estable en toda la gama de regímenes de explotación se utilizan reguladores de regímenes múltiples. La peculiaridad de este regulador es que el mando del suministro del combustible se efectúa a través de un eslabón elástico: el muelle. El número mínimo y el por máximo se topes establecen en la correspondiente tensióndedelrevoluciones muelle y se regulan medio de y palancas. Las características de velocidad de un regulador de regímenes múltiples son las siguientes: El número de revoluciones nominal corresponde a la potencia máxima, si durante el funcionamiento con este régimen desciende la carga del motor, el número de revoluciones del cigüeñal aumenta y entra en acción el regulador. A medida que disminuye la carga los contrapesos del regulador se irán separando y al legar al número de revoluciones de la marcha en vacío ocuparán la posición correspondiente al suministro de combustible.
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 mariposa gases, mientras que la del motor diesel, desplazandolaelposición órgano de de la mando de lade 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.
Problemas 1. Durante el proceso de expansión, con un suministro de 120 kJ de calor, 1kg de aire efectúa igual adespreciándose 90 kJ. Determinar la variación de de la temperatura del aireun entrabajo el proceso, la dependencia la capacidad calorífica respecto de la temperatura.
m 1Kg aire Q 120 KJ W 90KJ T ?
Q 120KJ
Figura 1. Esquema del problema Solución: De la primera ley de la termodinámica se tiene lo siguiente: Q W U
Pero U mCV T . Entonces mCV T Q W
T
Q W mCV
(1)
De la ecuación 1 se sabe que: @ Tamb
27C
CV
0.718 KJ
Kg K
Reemplazando los datos suministrados por el problema y este valor en la ecuación1 se tiene que la variación de temperatura del aire en el proceso es:
T
120 90 KJ 1Kg 0.718 KJ Kg K
T 41.78 K
3) El poder calorífico del combustible para motor diesel es de 42000 kJ/kg. Determinar el trabajo que se puede obtener al utilizarlo en un motor térmico con rendimiento del 45%. Solución: i
= Li / Hu (Ecuación 33 de conferencia Motores de Automóvil y de Tractores)
Donde i, es el rendimiento indicado. Li, es el trabajo indicado. Hu, calor del combustible que podría desprenderse de la combustión completa. = Li / Hu Despejando Li Li = i x Hu Li = 0.45 x 42000 kJ/kg i
Li = 18900 kJ/kg
4) Un motor de combustión interna con potencia de 3000 CV funciona con un consumo especifico de calor de 8800 kJ/(kWh). Determinar el consumo horario de combustible, si su poder ca lorífico inferior Cinferior = 42000 kJ/kg.P. Solución: Qe = 632 Ne kCal/h (Ecuación de Pág. 199 de las conferencia, Motores de Automóvil y de Tractores) Donde Qe, es el calor transformado en trabajo efectivo útil. Ne, es el trabajo específico. Qe = 632 Ne Qe = 632 x 3000 CV kCal/h Qe = 1896000 kCal/h Sabiendo que,
qe = Qe / Qch = Qe / (Gch h) Donde qe, es el porcentaje o coeficiente del calor desprendido durante la combustión completa. Gch, es el gasto de combustible horario. Entonces Gch = Qe/ (qe Hu) Y qe = 8800 kJ/(kWh) qe = 8800 kJ/(kJ/s (3600 s)) qe = 2.44 Así: Gch = Qe/ (qe Hu) Gch = 1896000 (kCal/h) x 4.19/ (2.44 x 42000 kJ/kgf) Gch = 77.52 kgf / h
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. Q = Cpm (ΔT) +P (ΔV) = C pm (ΔT) +PV2 – PV1= Cpm (ΔT) +PV2 – PV Q = 1,005 (1) (20) + 89,874 - 84,134 Q = 25,840 kJ
P P1VV=1=RRmmTT1 P V= R m T1 P2 V2 = R m= T84.134 kJ 2 P2 V= R m T=2 89.874 kJ
1 2= T2 /T R= 0.287 kJ/kg K m = 1kg T 2 = 2T1 = (20°c) (2) = 40°c Cp= 1.005kj / kg
8) En un cilindro debajo del pistón se encuentra a la presión absoluta P 1 = 0.12 Mpa. Determinar el desplazamiento del pistón y la presión P 2 al final del proceso de compresión isotérmica, si sobre el pistón se coloca un peso adicional G = 5del kg.mismo El diámetro posición inicial es h1 = del 500 pistón mm. es d = 100 mm, la altura de la Solución: A = (d2 / 4) A = 0.0079 m2 V = A h1 V = 0.0079 m2 x 0.5 m V = 0.0039 m3 P0 V0 T0 = P1 V1 T1 V0 = (P1 V1 T1) / (P0 T0) P2 = F / A = (5 kg x 9.8 m/s 2) / 0.0079 P2 = 6202.53 Pa Pfin = P1 + P2 = 0.12 MPa + 0.0062 Mpa Pfin = 0.1262 Mpa Entonces Pfin Vfin = P0 V0 Vfin = (P0 V0)/ Pfin Vfin = (0.12 Mpa x 0.0039 m 3) / 0.1262 Mpa Vfin = 0.0037 m3 V=hxA h = V/A h = 0.0037 m 3 / 0.0079 m 2 h = 469.42 mm
9. Se expande adiabaticamente 1 kg de aire, que tiene una temperatura T 1= 20°c, y la presión P1 = 0.8 Mpa, hasta la presión p 2= 0.21, determinar los parámetros de estado final del proceso de expansión, el trabajo del proceso y la variación de la energía del gas.
m 1Kg aire
W ?
T1 20C
U ?
T 1 P 0.8 MPa 1
T2 ? V1 ?
P1 0.8 MPa P2 0.21 MPa
Q0
V2 ?
4
2
P2 0.21 MPa
3
S
a) 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
b)
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 S o2 P2 (2) P1
s2o s1o R ln
Tenemos que
P1 = 0.8Mpa = 800kpa P2 = 0.21Mpa = 210kpa
Para un gas ideal tenemos que se cumple que: T 1 = 20 °C= 293.15 K Y además PV mRT Pero RU
8.314 KJ
Kmol K Kg 28.97 Kmol R 0.287 KJ Kg K R
M aire
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
Donde: @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 1Kg209.158 142.474 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 V
mRT P
V1
mRT
V2
mRT
1Kg 0.287 KPa Kg K 293.15 K
P
800KPa
0.105m 3
1Kg 0.287 KPa Kg K 199.877 K
P
210KPa
0.273m 3
CÁLCULO TÉRMICO Y BALANCE TÉRMICO DE MCI CALCULAR UN MOTOR DIESEL PARA UNA PLANTA DE APLICACIÓN INDUSTRIAL DE CUATRO TIEMPOS, CON ENFRIAMIENTO ACUOSO: I.
i = 6,
=ε 17.8,
n = 2400 rpm;
(175hp) EJECUTAR EL CÁLCULO PARA DOS VARIANTES: ASPIRACIÓN NATURAL.
Ne = 130KW
TURBOCARGADO. Combustible. COMPOSICIÓN ELEMENTAL MEDIA DEL COMBUSTIBLE DIESEL: C = 0.870; H = 0.126; O = 0.004 CALOR INFERIOR DE COMBUSTIÓN DEL COMBUSTIBLE: Hu = 33.91C + 125.6H - 10.89(O -) S (- 2.51)9H + W
)( 0.87 ) ( + 125 )( .6 )0(.125 )(- 10.89 ) ( 0.004 )()( - 2.51 ) Hu = (33.91 9 0.126 H u = 42440kJ / kg
Parámetros del fluido motor. CANTIDAD TEÓRICA PARA LA COMBUSTIÓN DE 1kg DE COMBUSTIBLE: 1 (C 12 + H )4( - O 32 = 1 0.87 ) 12 + 0.126 4 - 0.004 32 = 0.5kmol aire / kg comb. L0 = l0 =
0.208 0.208 1 (8C 3 + 8H - O) = 1 (8 (/ 3 0).87()(+ 8 )0.126 - 0.004) = 14.452kg aire / kg comb. 0.23 0.23
COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE: α = 1.4 Para el diesel sin sobrealimentación α = 1.7 Para el diesel con sobrealimentación CANTIDAD DE CARGA FRESCA: Para α = 1.4 M1 = αL 0 = 1.4 0.5 = 0.7kmolcargafresca/ kg comb. Para α = 1.7 M1 = αL 0 = 1.7 0.5 = 0.85kmolcargafresca/ kg comb. •
•
CANTIDAD DE DIFERENTES COMPONENTES DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN: c 0.87 = = 0.0725kmol CO 2 / kg comb. 12 12 H 0.126 M H 2O = = = 0.063kmol H 2 O / kg comb. 2 2 ) 1.4 - 1 0.5 = 0.0416kmolO 2 / kg comb. Para α = 1.4 M O2 = 0.208(α) - 1 L 0 = 0(.208 M CO2 =
•
•
M N2 = 0.792αL 0 = 0.792 1.4 0.5 = 0.5544kmol O 2 / kg comb. •
Para
α = 1.7
•
) 1.7 - 1 0.5 = 0.0728kmolO 2 / kg comb. M O2 = 0.208(α) - 1 L 0 = 0(.208 •
•
M N2 = 0.792αL 0 = 0.792 1.7 0.5 = 0.6732kmol O 2 / kg comb. •
•
CANTIDAD TOTAL DE PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN: M 2 = M CO2 + M H2O + M O2 + M N2
Para Para
α = 1.4
M 2 = 0.0725 + 0.063 + 0.0416+ 0.5544 = 0.7315kmolprod.combust./ kg comb.
α = 1.7
M 2 = 0.0725 + 0.063 + 0.0728+ 0.6732 = 0.8815kmolprod.combust./ kg comb.
Parámetros del medio circundante y gases residuales.
CONDICIONES ATMOSFÉRICAS: p 0 = 0.1MPa;
T0 = 293K
PRESIÓN DEL MEDIO CIRCUNDANTE PARA LOS DIESELES: Sin sobrealimentación: p K = p 0 = 0.1MPa; Con sobrealimentación: p K = 1.85p 0 = 1.85 0.1 = 0.185MPa; (media sobrealimentación) •
TEMPERATURA DEL MEDIO CIRCUNDANTE PARA LOS DIESELES: Sin sobrealimentación: TK = T0 = 293K; Con sobrealimentación: TK = T0 (p K p 0 )(n -1)/n = 293(0.185 0.1)(1.7-1)/1.7 = 377.47K Donde el exponente de la politrópica de compresión del aire n K es igual a 1.7 (compresores axiales y centrífugos) K
K
TEMPERATURA Y PRESIÓN DE LOS GASES RESIDUALES: Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
Tr = 850K;
p r = 1.15p 0 = 1.15 0.1 = 0.115MPa
Tr = 900K;
p r = 0.865p K = 0.865 0.185 = 0.16MPa
•
•
Proceso de admisión. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO: Sin sobrealimentación: ΔT = 25ºC Con sobrealimentación: ΔT = 5ºC DENSIDAD DE LA CARGA EN LA ADMISIÓN: ρK = 106 p K / R a TK = (106 0.1) (287 Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación: ρK = 106 p K / R a TK = (106 0.1) (287 •
•
293) = 1.189kg / m 3
•
•
293) = 1.708kg / m 3
PERDIDAS DE PRESIÓN EN LA ADMISIÓN DEL MOTOR: = (β 2 + ξ ad )Wad2 (β 2 + ξ ad ) = 3.25
Δp a
2
Wad
•
ρK 10 •
-6
2
= 90
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
Δp a
= 3.25 902 1.189 10-6 2 = 0.015MPa
Δp a
= 3.25 902 1.708 10-6 2 = 0.022MPa
•
•
•
•
•
•
PRESIÓN AL FINAL DE LA ADMISIÓN: pa = pK - Δpa Sin sobrealimentación: p a = 0.1- 0.015 = 0.085MPa Con sobrealimentación: p a = 0.185 - 0.022 = 0.163MPa
COEFICIENTE DE GASES RESIDUALES: γr =
TK + ΔT Tr
•
pr εp a - p r
Sin sobrealimentación:
γr =
Con sobrealimentación:
γr =
293 + 25
•
•
900
0.115 = 0.031 17.8 0.085 - 0.115 0.16 = 0.025 17.8 0.156 - 0.16
•
850 293 + 5
•
TEMPERATURA AL FINAL DE LA ADMISIÓN: Ta = TK + ΔT + γr Tr
1 + γr
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
( ) 850 ) Ta = (293 + 25 + 0.031
1 + 0.031 = 334.01K
•
( ))900 Ta = (377.47 + 5 + 0.025 •
1 + 0.025 = 395.03
COEFICIENTE DE LLENADO: n V = TK εp a - p r
TK + ΔT (ε - 1)p K
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
() [)(293 )+ 25 17.8 - 1 0.1] = 0.76 n V = 293(17.8 0.085 - 0.115 •
[ 377 () )( .47 ) + 5 17.8 - 1 0.185] = 0.867 n V = 377.47(17.8 0.163 - 0.16 •
Proceso de compresión. EXPONENTES MEDIOS DE LA ADIABATA Y DE LA POLITROPA DE COMPRESIÓN: En el funcionamiento del diesel con régimen nominal se puede con suficiente grado de exactitud adoptar el exponente de la politropa de compresión aproximadamente igual al exponente de la adiabata, el cual se determina por medio de la adiabata (Figura 25). Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
para ε = 17.8 y Ta= 334.01K para ε = 17.8 y Ta= 395.03K
n 1≈ k1 = 1.371 n 1≈ k1 = 1.359
PRESIÓN Y TEMPERATURA AL FINAL DE LA COMPRESIÓN: p C = p a ε n1
TC = Ta ε
n1 -1
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
p C = 0.085 17.81.371 = 4.37MPa •
p C = 0.163 17.8 •
1.359
= 8.13MPa
TC = 334.01 17.81.371-1 = 972.01K •
TC = 395.03 17.81.359-1 = 1110.54K •
CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR MEDIA EN EL FINAL DE LA COMPRESIÓN: Del aire:
(mc V )tt
C 0
= 20.6 + 2.638 10-3 TC
Sin sobrealimentación:
•
(mcV )tt (mc V )tt
C 0
= 20.6 + 2.638 10-3 972.01 = 23.16kJ/ kmolº C •
•
Con sobrealimentación: = 20.6 + 2.638 10 1110.54 = 23.53kJ/ kmolº C De los gases residuales: Se determina por medio de la Tabla 8. C 0
•
-3
•
Sin sobrealimentación:
para α = 1.4 y Tc = 699.01ºC
Con sobrealimentación:
para α = 1.7 y Tc = 837.54ºC
(mc V )tt (mc V )tt
C 0 C 0
= 24.34kJ/ kmolº C = 24.53kJ/ kmolº C
De la mezcla de trabajo:
(mc)' V tt (= [1) 1 + γr ](mc V ) tt C
C
0
0
+ γr (mc V ) t C0 t
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
(mc' V )tt (mc' V )tt
C 0 C 0
= [1 (1+ 0.031)][23.16 + 0.031 24.34] = 23.2kJ/ kmolº C •
= [1 (1 + 0.025)][24.34 + 0.025 24.53] = 23.55kJ/ kmolº C •
Proceso de combustión. COEFICIENTE DE VARIACIÓN MOLECULAR DE LA MEZCLA FRESCA: Sin sobrealimentación:
μ0 =
Con sobrealimentación:
μ0 =
M2 M1 M2 M1
0.7315
=
0.7 0.8815
=
0.85
= 1.045 = 1.037
COEFICIENTE DE VARIACIÓN MOLECULAR DE LA MEZCLA DE TRABAJO: ) ) 1+ 0.031 = 1.044 Sin sobrealimentación: μ = μ0 + γr 1 + γr = (1.045 + 0(.031 ) ) 1 + 0.025 = 1.036 Con sobrealimentación: μ = μ0 + γr 1 + γr = (1.037 + 0(.025 CALOR DE COMBUSTIÓN DE LA MEZCLA DE TRABAJO: Sin sobrealimentación: Hm.t . = Hu M1 1 + γr = 42440 0.7(1 + 0.031) = 58870.87kJ/ kmolmezcla trab Con sobrealimentación: Hm.t. = Hu M1 1 + γr = 42440 0.85(1+ 0.025) = 48772.77kJ/ kmolmezclatrab CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR MEDIA DE LOS PRODUCTOS: (mc V )tt = 1 [M CO (mc V CO ) tt + M H O (mc V H O ) tt + M O (mc V O ) tt + MN (mc V N ) tt ]; Z
Z
(m)c(P )tt
0
M2
Z
= mc V
0
2
tZ t0
2
0
Z
2
2
Z
2
2
0
Z
2
2
0
+ 8.315
Sin sobrealimentación: ) (mc V tt = ( 1 [0.0725 39 ) (.123 + 0.003349 ) t(Z Z
0
0
0.7315
+ 0.063 26).67 + 0.004438t Z + 0.0416 23.723 + 0.00155t Z
+ 0.5544 21.951 + 0.001457t Z = 24.16 + 0.00191TZ ;
(mc P )tt
Z 0
= 24.16 + 0.00191t Z + 8.315 = 32.475 + 0.00191t Z
Con sobrealimentación: ) (mc = ( 1 [0.0725 39 ) (.123 + 0.003349 ) t(
) Z + 0.063 26.67 + 0.004438t Z + 0.0728 23.723 + 0.00155t Z 0.8815 + 0.3732 21.951 + 0.001457t Z = 23.847 + 0.00183t Z ; tZ
V
t
0
(mc P )tt
Z 0
= 23.847 + 0.00183t Z + 8.315 = 32.162 + 0.00183t Z
COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN DEL CALOR:
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
ξZ = 0.82 ξZ = 0.86
COEFICIENTE DE ELEVACIÓN DE PRESIÓN: Sin sobrealimentación: λZ = 2.0 Con sobrealimentación: λZ = 1.5 TEMPERATURA EN EL FINAL DEL PROCESO VISIBLE DE COMBUSTIÓN: t t ξ z Hm.t. + (mc' V ) t + 8.315 λ t C + 2270(λ - μ) = μ(mc P ) t t Z C
Z
0
0
Sin sobrealimentación:
0.82 58870.87 + [23.2 + 8.315 2.0]699.01+ 2270(2.0 - 1.044) = 1.044(32.475 + 0.00191t Z )t Z •
•
Ó 0.001991t2 + 33.9t – 78285.59 = 0 t = - 33.9 + 33.9 + 4 0.001991 De donde 2
•
Z
•
78285.59 2 78285.59 •
= 2060K
Con sobrealimentación: 0.86 48782.77 + [23.55 + 8.315 1.5]837.54 + 2270(1.5 - 1.036) = 1.036(32.162 + 0.00183t Z )t Z •
•
Ó 0.0019t2 + 33.33t – 73170.62 = 0 t = - 33.33 + 33.33 + 4 De donde 2
Z
•
0.0019 73170.62 2 73170.62 •
•
= 1973.2K
PRESIÓN MÁXIMA DE COMBUSTIÓN: Sin sobrealimentación: p Z = λ p C = 2.0 4.37 = 8.74MPa Con sobrealimentación: p Z = λ p C = 1.5 8.13 = 12.2MPa •
•
•
•
RELACIÓN DE EXPANSIÓN PREVIA: μTZ 1.044 Sin sobrealimentación: ρ= = λTC
Con sobrealimentación:
ρ=
μTZ λTC
•
2060
2.0 972.01
= 1.106
•
=
1.036 1973.2 •
1.5 1110.54
= 1.228
•
Proceso de expansión. RELACIÓN DE EXPANSIÓN CONSIGUIENTE: ε 17.8 Sin sobrealimentación: δ= = = 16.09 1.106
ρ
Con sobrealimentación:
δ=
ε ρ
=
17.8 1.106
= 14.5
EXPONENTES MEDIOS DE LA ADIABATA Y DE LA POLITROPA DE EXPANSIÓN: En el régimen nominal se puede adoptar el exponente de la politropa de expansión por medio de la adiabata (Figura 30).
Sin sobrealimentación: para δ = 16.09, TZ = 2060K, y K2= 1.279 y n 2 se asume igual a 1.23 Con sobrealimentación: para δ = 14.5, TZ= 1973.2K, y = 1.284 y n2 se asume igual a 1.23
α = 1.4; α = 1.7;
K2
PRESIÓN Y TEMPERATURA AL FINAL DE LA EXPANSIÓN: Sin sobrealimentación:
pb =
Con sobrealimentación:
pb =
pZ δ
8.74 = 0.287MPa 16.091.23 12.2 = = 0.455MPa 14.51.23
pZ δ
Tb =
=
n2
n2
Tb =
TZ δ
n2 -1
TZ δ
n2 -1
2060 = 1087.3K 16.091.23-1 1973.2 = = 1066.7K 14.51.23-1 =
VERIFICACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LOS GASES RESIDUALES: Sin sobrealimentación:
Tr =
Con sobrealimentación:
Tr =
Tb 3
(p b
3
(p b
pr )
=
pr )
=
Tb
1087.3 3
(0.287 0.115)
3
(0.455 0.16)
1066.7
=K
=K
Parámetros indicados del ciclo de trabajo (del ciclo motriz). PRESIÓN INDICADA MEDIA TEÓRICA: p' i = (p c (ε - 1)) [λ(ρ - 1) + (λρ (n 2 - 1)) (1 - 1 (δ n -1 )) - (1 (n1 - 1)) (1 - 1 (ε n -1 ))] Sin sobrealimentación: ) -1 ) )- 1 (1.37 - 1) (1- 1 (17.81.37-1 ))] p'i = 0.964MPa p' i = (4.37 (17.8 - 1)) [2(1.25 - 1) + (2 1.25 (1.23 - 1)) (1 - 1 (14.22(1.23 Con sobrealimentación: •
•
p' = 8.11 (17.8 - 1) i
p'i = 1(.315MPa
2
•
•
•
•
•
1.5(1.37 - 1) + 1.5 1.37 (1.23 - 1) •
)[
1
•
(
1 - 1 13.031.23-1 - 1 (1.358 - 1)
•
)(
(
() ) )
•
1- 1 17.81.358-1
(
(
))]
PRESIÓN INDICADA MEDIA: Donde es el coeficiente de perfección (de plenitud) del diagrama que p i = τ P p' i ; se adopta igual a 0.94. Sin sobrealimentación: pi = 0.94 0.964 = 0.907MPa Con sobrealimentación: pi = 0.94 1.315 = 1.237MPa τ P
•
•
RENDIMIENTO INDICADO PARA LOS DIESELES: ηi =
pi l0 α Hu ρK ηV
Sin sobrealimentación:
ηi =
Con sobrealimentación:
ηi =
0.906 14.45 1.4 •
•
42.44 1.19 0.766 1.237 14.45 1.7 •
= 0.474
•
•
•
42.44 1.708 0.839 •
= 0.5
•
GASTO ESPECÍFICO INDICADO DEL COMBUSTIBLE: 3600 3600 Sin sobrealimentación: gi = = = 178.81g / KWh Hu ηi
42.44 0.474 •
Con sobrealimentación:
gi =
3600 Hu ηi
3600
=
42.44 0.5
= 169.78 g / KWh
•
Indicadores efectivos del motor. PRESIÓN MEDIA DE PÉRDIDAS MECÁNICAS: p M = 0.089 + 0.0118v P.M. ; Donde vP.M. Velocidad media del pistón se adoptó igual a 10m/s p M = 0.089 + 0.0118 10 = 0.207MPa •
PRESIÓN EFECTIVA MEDIA: Sin sobrealimentación: pe = pi - pM = 0.907 – 0.207 = 0.7MPa Con sobrealimentación: pe = pi - pM = 1.237 – 0.207 = 1.03MPa RENDIMIENTO MECÁNICO: Sin sobrealimentación:
ηM =
Con sobrealimentación:
ηM =
RENDIMIENTO EFECTIVO: Sin sobrealimentación: ηe Con sobrealimentación: ηe
pe pi pe pi
= =
0.7 0.907 1.03 1.237
= 0.772 = 0.833
= ηi ηM = 0.474 0.772 = 0.366 •
= ηi ηM = 0.5 0.833 = 0.416 •
GASTO ESPECIFICO EFECTIVO DEL COMBUSTIBLE: 3600 3600 Sin sobrealimentación: g = = = 231.75 g / KWh e
Con sobrealimentación:
ge =
Hu ηe 3600 Hu ηe
42.44 0.366 3600 •
=
42.44 0.416
= 203.91g / KWh
•
Parámetros principales del cilindro y del motor. EMBOLADA (LITRAJE) DEL MOTOR: Vl =
30τN e pen
=
30 4 130 •
•
0.7 2400
= 9.3Lt
•
VOLUMEN DE TRABAJO DEL CILINDRO: Vh =
Vl i
=
9.3 6
= 1.55Lt
El diámetro y la carrera del émbolo del diesel, por regla se ejecutan con relación de la carrera al diámetro del cilindro Sindelembargo, la disminución de del S/D émbolo para el diesel, como también paraS/D›1. el motor carburador, disminuye la velocidad del émbolo y eleva η M. Por eso es conveniente adoptar
S/D=11: 1
Caneva R. Iván. Conferencias Cálculos de Motores de Automóvil y de Tractor. Página 119.
D = 100
•
3
4Vh
π (S D)
= 100
•
3
4 1.55 •
π 1
= 125.4mm
•
En definitiva se adopta D = S = 125mm. Por medio de los valores adoptados en definitiva de D y S se determinan los principales parámetros e indicadores del motor: 2
Vl =
FP = v P.M.
πD Si
4 × 106 πD
2
=
π 125 •
2
•
125 6 •
4 × 10 6
π 125 •
= 9.2Lt
2
2 = 122.7cm 4 Sn 125 2400 = = = 10m / s 3 × 10 4 3 × 10 4
4
=
•
PARA EL DIESEL SIN SOBREALIMENTACIÓN: p e Vl n
0.7 9.2 2400 = = 128.7kW 30τ 30× 4 4 3 × 104 N e 3 × 10 128.7 Momento torsional: M e = = = 512.11Nm πn 2400π Gasto horario de combustible: G e = Ne ge = 128.7 0.231 = 29.83kg/ h
Potencia efectiva: Ne
=
•
•
•
•
N l = N e Vl = 128.7 9.2 = 13.98kW / dm3
PARA EL DIESEL CON SOBREALIMENTACIÓN: p e Vl n
1.03 9.2 2400 •
•
Potencia efectiva: Ne = Momento torsional: M e Gasto horario de
= 189.55kW 30τ = 30× 4 3 × 104 N e 3 × 104 189.55 = = = 754.18Nm πn 2400π combustible: G e = Ne g e = 189.55 0.204 = 38.65kg/ h •
•
N l = N e Vl = 189.55 9.2 = 20.6kW / dm3
BALANCE TÉRMICO. CALOR TOTAL INTRODUCIDO AL MOTOR CON EL COMBUSTIBLE: HG 42440 29.83 = = 351621.76J / s Sin sobrealimentación: Q = 3.6 3.6 u
•
C
0
Con sobrealimentación:
Q0 =
HuGC 3.6
=
42440 20.59 •
3.6
= 455616.69J / s
CALOR EQUIVALENTE ALQ0TRABAJO EFECTIVO EN.68 1S: Sin sobrealimentación: = 1000Ne = 1000 128.706 = 128706 J / s Con sobrealimentación: Q0 = 1000Ne = 1000 189.546 = 189546.18J / s •
•
CALOR TRANSFERIDO AL MEDIO ENFRIADOR:
Qa = C i D1+ 2mnm (1 α)
Donde “C es un coeficiente de proporcionalidad; para los motores de cuatro tiempos C = 0.45 – 0.53.
m es el exponente de la potencia; para los motores de cuatro tiempos M = 0.6 – 0.7”2. Sin sobrealimentación: Qa = 0.45 6 12.51 2 0.65 24000.65 (1 1.4) = 101219.94J / s Con sobrealimentación: Qa = 0.53 6 12.51 2 0.65 24000.65 (1 1.7) = 98176.72J / s •
•
•
•
+
+
•
•
•
•
CALOR ARRASTRADO CON LOS GASES DE DESECHO:
tr
tK
Q r = (G C 3.6) M 2 (mc P ) t 0 t r - M1 (mcP ) t 0 t K (mc P ) t r0 = (mc V ) t r0 + 8.315 t
t
Sin sobrealimentación:
para α = 1.4 y Tr = 584.01ºC
(mc V ) t r0 = 23.87kJ/ kmolº C t
Con sobrealimentación:
para α = 1.7 y Tr = 608.12ºC
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
(mc V ) t r0 = 23.67kJ/ kmolº C t
(mc P )
tr t0
= 23.87 + 8.315 = 32.185kJ/ kmolº C
(mc P )
tr t0
= 23.67 + 8.315 = 31.985kJ/ kmolº C
(mcP ) t K0 = (mc V ) t K0 + 8.315 t
t
(mc V ) t r0 = 20.775kJ/ kmolº C
Sin sobrealimentación:
para α = 1.4 y Tr = 20ºC
Con sobrealimentación:
para α = 1.7 y Tr = 104.47ºC
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
(mcP ) tK0 = 20.775 + 8.315 = 29.09kJ/ kmolº C
Sin sobrealimentación: Con Q a = (38.65 3.6)[0.881
Q a = (29.83 3.6)[0.731 32.185 584.01- 0.7 29.09 20] = 110441.54J / s
t
(mc V ) t r0 = 20.85kJ/ kmolº C t
t t
(mcP ) tK0 = 20.85 + 8.315 = 29.165kJ/ kmolº C
•
•
•
•
•
31.985 608.12 - 0.849 29.165 104.47] = 156121.59J / s •
•
sobrealimentación:
•
PERDIDAS NO CONSIDERADAS (RESTANTES) DE CALOR: Q rest = Q 0 - Q e + Q a + Q r
Sin sobrealimentación: Con sobrealimentación:
Componentes balance térmico Qe 2
Q rest = 351621.76 - (128706.68 + 101219.94 + 110441.54) = 11253.6J / s Q rest = 455616.69 - (189546.18 + 98176.72 + 156621.59) = 11772.2J / s
Diesel sin del sobrealimentación Q J/s q% 128706.68 36,60
Caneva R. Iván. Conferencias Cálculos de Motores de Automóvil y de Tractor. Página 122
Diesel con sobrealimentación Q J/s q% 189546,18 41,60
Qa Qr Qres Q0
101219.94 110441.54 11253.60 351621.76 100,00
28,79 98176,72 21,55 31,41 156121,59 34,27 3,20 11772,20 2,58 455616,69 100,00
