Podríamos decir que el cilindro es la parte del motor en la que la energía almacenada en el combustible inyectado en una masa gaseosa, a determinada presión y temperatura, se transforma en energía calorífica, lo que origina un rápido aumento del volumen de dicha masa gaseosa. Este aumento del volumen trae consigo un impulso que actuando sobre e] émbolo le impulsa dándole movimiento, de manera que, al final, la energía obtenida es la mecánica. Todas estas transformaciones, como vemos, han ocurrido en e] interior del cilindro, que es en realidad donde se produce el verdadero trabajo del motor.
E] conjunto de que está formado un cilindro (figura 69) lo podemos descomponer en tres partes: la envuelta del cilindro, prácticamente llamada cilindro, es la parte externa del conjunto, y cuyas paredes están dispuestas de forma tal que puedan alojar en ellas la otra parte llamada camisa, pieza ésta que, por su forma, es la única que deberíamos designar como cilindro. Por último, la tercera de las partes, llamada tapa del cilindro o culata, es la que tapa la parte superior del cilindro.
Entre cilindro y camisa tenemos un espacio en el que, con los nervios de las propias paredes del cilindro, se crean unas galerías o laberintos, por los que se hace circular el agua de refrigeración con objeto de enfriar la camisa y evitar así que con el trabajo alcance una temperatura que llegue a ser perjudicial para el buen funcionamiento del motor, lo que ocasionaría el agarrotamiento de los émbolos.
El agua procedente de la bomba de circulación se hace llegar a la parte baja del cilindro donde entra en él, subiendo por el espacio de la refrigeración. Hacia la parte alta es donde el cilindro alcanza su mayor temperatura, por estar allí la cámara de combustión, y es en esta zona, donde el agua, obligada a recorrer un camino determinado, ha de tener su mayor velocidad de circulación, absorbiendo el calor que va tomando la camisa.
Por conductos labrados, o por tubos adosados que es lo empleado actualmente, el agua se hace pasar ahora a la culata, a la que refrigera pasando por galerías entre sus válvulas y también, como veremos, por el interior de las mismas válvulas, para salir ya por su parte alta, yendo a descargar a una tubería general donde se recogerá pasando a los tanques o enfriadores, donde nuevamente será aspirada por la bomba de circulación.
Figura 69.
Conjunto cilindro - camisa - culata de un motor BURMEISTER, de dos tiempos.
En todos los casos el agua de circulación se hace llegar al motor por su parte más fría y salir por la más caliente, es decir, cuando el agua va a entrar y está fría, deberá estar en contacto con la parte fría del motor, y al ir aumentando su temperatura se irá poniendo en contacto con las partes más calientes, hasta llegar a la salida que habrá alcanzado su máxima temperatura. En la figura 70 va marcado este camino por las flechas correspondientes.
Tiene esto por objeto el evitar las fuertes tensiones perjudiciales que se originan en los materiales al estar sometidos a distintas temperaturas por cada una de sus partes.
Aunque en motores pequeños puede darse el caso de que cilindro y camisa, o culata y camisa, estén construidos de una sola pieza, lo normal es que cada una de estas piezas sea independiente de las otras, para después unirlas formando el conjunto.
A primera vista parece que la construcción enteriza sea más económica y haya de presentar mayores ventajas, pero tanto lo uno como lo otro desaparecen cuando se observan los
trabajos a que están sometidas cada una de estas piezas, pues las distintas tensiones que por la temperatura sufren sus materiales ocasionan frecuentes averías, que quedan totalmente eliminadas cuando su construcción es independiente
Figura 70.
Sección de un bloque de cilindros de un motor Burmeister de dos tiempos
Además, siendo independientes, para cada una de ellas tiempos. podremos emplear en su fabricación los materiales más indicados en cada caso y, por otra parte, de ocurrir alguna avería sólo habremos de sustituir la pieza dañada y no todo el conjunto.
En los pequeños motores todos los cilindros se construyen en una sola pieza, o sea en un bloque para mayor facilidad de construcción, colocando después a cada uno de ellos su camisa correspondiente. Pero ya en tipos medianos los cilindros se construyen por separado formando con su camisa y culata, un conjunto de motor por completo independiente de los
restantes cilindros. Ahora bien, estos distintos conjuntos se unen entre sí por medio de tornillos y pernos ajustados, obteniendo así un bloque de gran solidez que forma el motor.
El material para la construcción de los cilindros es siempre el hierro fundido.
El bloque de cilindros va asentado sobre la parte alta de los bastidores o columnas, y unido a ellos por los necesarios tornillos con los que se le da la solidez que se precisa.
En los motores de tronco, la parte baja o fondo del cilindro, es abierta para que la barra de conexión pueda moverse libremente. No ocurre lo mismo en los de cruceta, en los cuales, al ser guiado el vástago del émbolo, el fondo del cilindro puede ser cerrado, de manera que el recinto del cárter queda aislado, evitando que el aceite o sus vapores pasen al cilindro, o también, en caso de anormal funcionamiento del émbolo, que los gases de la combustión, pasen al cárter. De ocurrir una u otra cosa, influye notablemente en la buena marcha del motor, porque en el primero de los casos, se ensucia el émbolo y empastan sus aros y en el segundo, los gases de la combustión ensucian el aceite del cárter.
Este fondo puede formar parte del propio cilindro o bien, adoptar variadas disposiciones, pero en todos ellos, en su parte central, llevará un orificio por el que se deslizará el vástago del émbolo.
La estanqueidad necesaria entre vástago y orificio, se consigue mediante un empaquetado, formado por unos aros cortados en varias secciones y colocados en la cajera del orificio, que por la tensión de unos resortes se adaptan al vástago, impidiendo que el aceite del cárter pueda pasar al cilindro, o que los residuos de la combustión lleguen al cárter.
En cuanto a la camisa diremos que es sencillamente un tubo de hierro fundido, material éste que hasta el presente, es el más indicado para soportar el desgaste originado por el rozamiento de los aros. Pero, además de resistir el desgaste, ha de ser resistente al tiempo que permita una buena transmisión del calor, para conseguir una refrigeración satisfactoria.
Por su interior la camisa es cilíndrica, pues sobre ella ha de deslizarse el émbolo, pero su exterior está dotado de distintos resaltes o nervios.
Normalmente, su parte alta termina en una brida circular, mediante la que asentará en el cilindro y sirviéndola de guía para su colocación en el cilindro, llevará unas franjas ajustadas o torneadas que la encajarán dentro del mismo.
Teniendo en cuenta que la camisa no ha de efectuar movimiento alguno, se coloca en el cilindro con una ligera presión para que quede encajada en sus franjas de asiento, pero sin tornillo alguno que la sujete.
Por otro lado, su parte baja queda completamente libre y colgando, para que con el aumento de la temperatura que alcanza durante el trabajo pueda dilatarse con facilidad, sin estar sujeta a nada que la domine.
Diremos que la culata, al colocarla en el cilindro, va asentada sobre la brida circular alta de la camisa, con lo que ésta queda sujeta de manera firme, siendo imposible el que pueda moverse de la posición en que ha sido colocada.
Figura 71.
Sección del cilindro de un motor SULZER de dos tiempos.
Decíamos que entre cilindro y camisa quedaba un espacio por el que se hacía pasar el agua de refrigeración. Este espacio debe ser estanco, con objeto de que el agua no pueda perderse o bien, pasar al interior del motor.
Para ello, en la propia camisa, en una de las franjas torneadas, se colocan unos aros de goma o cordón de empaquetadura (figura 71), de modo que queden apretados entre cilindro y camisa, obteniendo así la estanqueidad necesaria.
Estos aros se colocan únicamente en la parte baja, pues la alta, como el asiento de la camisa sobre el cilindro, se efectúa entre dos superficies mecanizadas y quedan apretadas firmemente, no precisando de esta clase de empaquetados.
Figura 72.
Colocación de los engrasadores del cilindro.
Para facilitar el montaje del émbolo con sus aros, la parte interior alta de la camisa se tornea cónica en una pequeña sección de su longitud. De esta manera, al colocar el émbolo, los aros van siendo cerrados por esta conicidad y al llegar a la medida normal de la camisa, émbolo y aros se introducen con la mayor facilidad.
En motores de cuatro tiempos también la parte alta de la camisa suele llevar dos rebajes circulares, que corresponden a la posición en que quedan las válvulas de aspiración y escape.
En un motor de dos tiempos, hacia la parte baja, se abren a la camisa una serie de lumbreras en toda su periferia, que servirán para efectuar el barrido y el escape.
Como el émbolo y sus aros, durante el funcionamiento del motor, están constantemente rozando sobre la camisa, ésta precisa de un engrase con el fin de protegerla contra el desgaste, al tiempo que evite que los aros queden agarrados produciéndose su rotura.
En los motores de tronco, el chapoteo del aceite del cárter cae sobre la faldilla del émbolo que lo arrastra al cilindro, siendo suficiente para engrasarlo.
En los motores con cruceta, aislados por completo los cilindros del cárter, hay que recurrir a un sistema de engrase independiente. Para ello, a la camisa se le practican, según su diámetro, cuatro o seis agujeros, en los que van colocadas unas toberas o cánulas (figura 72).
Estas toberas están dispuestas de forma que el aceite las atraviese llegando al interior del cilindro, pero los gases de la combustión no pueden salir a través de ellas, ya que unas pequeñas retenciones les cierran el paso.
El aceite que para el engrase de los cilindros suele ser distinto del empleado en el circuito general del motor, llega a las toberas impulsado por unos engrasadores destinados a tal fin
(figura 73). Son éstos, unas pequeñas bombas que impulsan un reducido caudal, y que van accionadas por un eje auxiliar del mismo motor.
Figura 73.
Detalle de un engrasador del cilindro.
La cantidad de aceite que se impulsa es de unas gotas por minuto dependiendo, naturalmente, de la velocidad del motor. Debe prestarse gran atención a este consumo ya que, de ser excesivo, los aros del émbolo se empastarán y quedarán agarrados y, por el contrario, de ser poco, los mismos aros pronto se romperán con lo que, por una u otra causa, el funcionamiento del émbolo dejará de ser normal.
Con los sucesivos reconocimientos de émbolo y camisa y con la debida experiencia, se podrá tener una idea de cómo ha funcionado el engrase. Cuando existan manchas o aros pegados, el engrase ha sido excesivo; camisa y émbolo secos denotan falta de engrase. Lo normal es que émbolo y camisa aparezcan limpios y brillantes, estando sueltos los aros.
Por último diremos que, mientras en unos motores indican que el aceite ha de entrar en el cilindro en un momento determinado de la carrera del émbolo, (BURMEISTER, por ejemplo), otros (GOTAVERKEN), estiman que esto no influye en absoluto para la buena marcha del motor.
Se ha de procurar que la camisa se conserve lo más limpia posible. En su interior, a cada reconocimiento, se limpiarán los residuos carbonosos que pudieran haber en la cámara de combustión; de existir ralladuras o señales de agarrotamiento s, deberán eliminarse por completo, repasándolas y suavizándolas; se comprobarán los engrasadores cerciorándonos de que el aceite llega hasta todos los orificios.
En cuanto a su exterior, como forma parte de la cámara de refrigeración, habrá que tener en cuenta las incrustaciones que se forman, ya que ellas dificultan grandemente una buena propagación del calor. Actualmente, al emplear casi exclusivamente el agua dulce para la refrigeración, el inconveniente de las incrustaciones ha desaparecido en gran parte.
Para evitar que la acción galvánica ataque las paredes del cilindro o de la camisa, en el interior de estas cámaras de refrigeración, se colocan los llamados electrógenos, que son trozos de zinc, los cuales, por sus propiedades electrolíticas se descomponen con facilidad, protegiendo con su descomposición, al cilindro y a la camisa. Estos electrógeno s han de ser reconocidos y cuando se observe que están desgastados deben cambiarse
Un detalle muy importante para tener en cuenta en los reconocimientos de la camisa, es el de comprobar su desgaste. Debido al continuo rozamiento de los aros sobre ella, aumentado con la temperatura a que está sometida, las camisas se desgastan, no pudiendo dar unas normas generales para decir cuando este desgaste es natural o excesivo ya que, en la actualidad, -este problema dista mucho de haber sido aclarado, dándose la circunstancia de que en un mismo motor, cilindros distintos, presentan con frecuencia desgastes diferentes.
La zona de mayor desgaste viene a ser siempre la que corresponde a la posición del tercer aro del émbolo cuando se encuentra en su punto muerto superior. La razón de ello parece ser la influencia de la cámara de combustión, con su alta temperatura. De esta zona al punto muerto alto, o sea, hasta el punto alto del recorrido del émbolo, el desgaste disminuye, ocurriendo lo mismo hacia la parte baja de la camisa en la que, en su región inferior, apenas si se desgasta.
Normalmente el desgaste debe ser circular en toda la camisa, sin que ésta llegue a tener ovalización, es decir, que irá aumentando su diámetro. Pero si son motores de tronco, por la mayor longitud del émbolo que en este caso sirve de guía. y además, obligado por la inclinación de la barra de conexión, con la creación de las fuerzas perjudiciales, el desgaste se hace mayor en la sección transversal del cilindro, y en este caso, sí que la camisa llega a tener la forma ovalada.
Influyen poderosamente en el desgaste de camisas, el material de los aros, que en todo caso ha de ser siempre más blando que el de la camisa. Esto, además de hacerlos más económicos, es conveniente porque resultan mucho más fáciles de cambiar.
También el aceite empleado para el engrase influye, debiendo tener muy en cuenta en el momento de su elección, las cualidades que posee. No por ser más barato resulta el aceite más económico, pues a la larga es la duración de las piezas del motor lo que nos interesa, por ser todas ellas caras debido a su costosa fabricación.
Por otra parte, la velocidad de giro del motor, así como el combustible empleado, son factores que también influyen grandemente en el des- gaste de la camisa.
Llegará un momento en que la camisa desgastada hace necesaria su sustitución. Esto ocurre, cuando su diferencia de medida con el émbolo es tal, que ya la compresión no alcanza los límites debidos por escapar los gases entre ambas piezas, ocasionando con ello la pérdida de potencia y por tanto de rendimiento.
No hay tiempo indicado para la duración de las camisas, pues mientras en un motor se hace necesaria su renovación, a los cinco años de funcionamiento, en otros puede llegar a los diez en condiciones normales.
Figura 74.
Sección de una culata de un motor de cuatro tiempos.
Serán la práctica y la experiencia la que nos indicarán el momento oportuno.
Por último y relativo al desgaste, hemos de tener en cuenta el retalón que en su parte alta forman los aros, retalón que es necesario rectificar con piedra de esmeril si hay que llevar a cabo el reconocimiento del émbolo, pues al sacarle los aros, ayudados por los residuos carbonosos de la combustión, al llegar a este punto se agarrarán 'a la camisa y, como ésta va colocada con una ligera presión en el cilindro, al forzar el émbolo, la arrastrará consigo, lo que hará necesario tener que desmontarla totalmente ya que nos habrá variado su posición, y también es probable que los aros de goma del empaquetado para la estanqueidad de la cámara de refrigeración, se hayan estropeado.
Pasemos ahora a ver la tercera parte importante del cilindro, es decir, su tapa o culata.
La culata cuando es para un motor de cuatro tiempos (figura 74), ha de estar dispuesta de forma tal, que en ella se puedan alojar las válvulas de aspiración y escape; válvula de combustible o inyector; y las de aire de arranque, seguridad y de indicador.
Si es para un motor de dos tiempos (figura 75), entonces se eliminan las válvulas de aspiración y escape, si bien esta última continúa empleándose en algunos tipos de motores, BURMEISTER, GOTAVERKEN.
Debe estar dotada además, de los necesarios conductos para que pueda circular el agua de refrigeración, ya que al formar parte de la cámara de combustión llega a alcanzar gran temperatura.
Con ello se comprende que la culata es una pieza bastante delicada y que, por las condiciones que ha de reunir, su construcci6n merece especial atención. .
Figura 75.
Culata de un motor SULZER dos tiempos.
Suelen construirse de hierro fundido y actualmente de acero especial de gran resistencia calorífica, con el fin de contrarrestar las tensiones que se originan en el material por las razones ya expresadas.
En su cara baja se asienta. sobre la camisa, pudiendo llevar un reborde torneado que le sirva de guía, yendo también dotada de algún pivote o prisionero, que nos fije la posición que deba tener. Mediante tomillos se afirma al bloque del bastidor o del cilindro y así, con su afirmación, queda también sujeta la camisa.
Ha de merecer atención su conservación y entretenimiento, en especial sus circuitos de refrigeraci6n, con el fin de que no alcance temperaturas peligrosas. Con, el empleo del agua dulce han desaparecido grandemente los Inconvenientes que se presentaban con el agua del mar, debido a las incrustaciones de sal y de otras substancias calcáreas que la acompañaban. No obstante hay que vigilar, para que tanto empleando un agua como otra, estas incrustaciones lleguen a tener un espesor ya que dificultan de manera total la buena refrigeración, pudiendo ocasionar grietas y roturas con la inutilización de la pieza.
Según su forma de trabajo habrá que espaciar más o menos sus reconocimientos, pero normalmente es conveniente que una vez por año, se reconozca y limpie su interior, aprovechando la oportunidad para repasar o reponer los electrógenos de que también van provistas.
Al mismo tiempo se las puede probar a presión hidráulica, es decir con una pequeña bomba se las llena de agua dándoles presión, igual a la que hayan sido probadas en fábrica que es,
por regla general, de 5 a 10 kilos. De existir algún poro o grieta nos lo acusará en seguida y