1
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DETERMINAR LAS CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO
DEL MOTOR DEL MINI TRACTOR DE ORUGAS MODELO 98 DE
FUNCIONAMIENTO MECÁNICO, EN CONDICIONES DE EMPUJE
CON CARGA Y SIN CARGA.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
SANGUCHO CEVALLOS JUAN CARLOS
DIRECTOR: ING. EDWIN RAMIRO TAMAYO AVALOS
2 © Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016
3
DECLARACIÓN
Yo JUAN CARLOS SANGUCHO CEVALLOS, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ Juan Carlos Sangucho Cevallos
4
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Determinar las características de funcionamiento del motor del mini tractor de orugas modelo 98 de funcionamiento mecánico, en condiciones de empuje con carga y sin carga”, que para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Juan Carlos Sangucho Cevallos, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________ Ing. Edwin Ramiro Tamayo Avalos
DIRECTOR DEL TRABAJO
5
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios padre por forjarme la persona que soy ahora, gracias por permitirme ser parte de una gran familia.
A mi madre
Quiero agradecer a mi madrecita: ENITH DEL CARMEN CEVALLOS, por darme el regalo más hermoso que es la vida, a ti madre que cuidaste de mi cuando lo necesite, a ti que nunca dudaste de mis habilidades cuando yo ya me creía derrotado, gracias te doy madrecita y pido a Dios que me dé la oportunidad para cuidarte y tenerte a mi lado como lo has hecho conmigo.
A mi padre
Quiero agradecer a mi papa: JOSÉ JUAN SANGUCHO, por enseñarme a ser el hombre honesto, responsable, humilde y sencillo que soy ahora, gracias por compartir conmigo el conocimiento adquirido en base a tus experiencias, gracias porque has sido para mí un ejemplo a seguir por andar siempre en buenos pasos porque yo seguí los tuyos, gracias papá por todo el sacrificio que tuviste que realizar para ayudarme a cumplir mis metas.
6
DEDICATORIA
La presente tesis se la dedico a Juan Sangucho y Enith Cevallos, mis padres, quienes han dado lo mejor de ellos para formar el gran hombre que soy ahora, a ellos que se han esforzado incondicionalmente para ayudarme a cumplir mis objetivos, quiero también dedicar de una manera especial a Segundo Sangucho quien tiene mi respeto y cariño como si fuera un padre más para mí, a mis abuelos quienes siempre me desearon lo mejor de la vida quienes siempre confiaron en mí, a mis hermanas Evelyn, Maritza y Sylvia por quienes trato de ser un buen ejemplo a seguir, esperando de tal manera que sepan seguir mis pasos.
i ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ... XIV
ABSTRACT ... XV
1. INTRODUCCIÓN ... 1
1.1. PROBLEMA ... 2
1.2. JUSTIFICACIÓN ... 3
1.3. ALCANCE ... 4
1.4. OBJETIVOGENERAL ... 4
1.5. OBJETIVOSESPECÍFICOS ... 4
2. MARCO TEÓRICO ... 5
2.1. MAQUINARIADECONSTRUCCIÓN ... 5
2.2. TIPODEMAQUINARIADECONSTRUCCIÓN ... 6
2.3. ELEMENTOSBÁSICOSDEUNTRACTORBULLDOZER ... 7
2.3.1. BASTIDOR CENTRAL O CUERPO ... 8
2.3.2. HOJA DE EMPUJE (APARATO TOPADOR) ... 9
2.3.3. TREN DE RODAJE ... 9
2.3.3.1. Ruedas guías ... 10
2.3.3.2. Rodillos ... 10
2.3.3.3. Rueda motriz ... 10
2.3.3.4. Cadenas de tracción ... 10
2.3.3.5. Templadores de cadenas... 11
2.3.4. SERVO TRANSMISIÓN ... 11 x
ii
2.3.4.1. Trasmisión mecánica ... 12
2.3.4.2. Embrague ... 12
2.3.4.3. Mandos finales ... 12
2.4. MOTORDIESEL ... 12
2.4.1. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR ... 13
2.4.2. SISTEMA DE LUBRICACIÓN ... 14
2.4.3. SISTEMAS DE INYECCIÓN DIESEL ... 15
2.4.3.1. Circuito de baja presión ... 16
2.4.3.2. Depósito de combustible ... 17
2.4.3.3. La bomba de alimentación ... 17
2.4.3.4. La bomba aspirante – impelente de pistón ... 18
2.4.3.5. Filtro de combustible ... 18
2.4.3.6. Bombín de mano o de cebado ... 19
2.4.3.7. Cañerías de baja presión ... 19
2.4.3.8. Mangueras de combustible ... 20
2.4.3.9. Circuito de alta presión ... 20
2.4.3.10. Bombas de inyección ... 21
2.4.3.11. Racor de salida de la bomba ... 22
2.4.3.12. Inyectores ... 22
2.4.3.13. Cañerías de alta presión ... 24
2.5. CARACTERÍSTICASDELCOMBUSTIBLE(DIESEL) ... 25
2.5.1. PODER CALORÍFICO ... 25
2.5.2. PUNTO DE INFLAMACIÓN ... 25
2.5.3. PUNTO DE AUTO INFLAMACIÓN ... 26
2.5.4. INDICE DE CETANOS ... 26
2.5.5. DENSIDAD ESTABLE ... 26
2.5.6. VISCOSIDAD ... 26
2.6. EQUIPOSDEMEDICIÓNPARAELMOTOR ... 27
2.6.1. MANÓMETRO DE GLICERINA DE ALTA PRESIÓN ... 28
iii
2.6.3. TACÓMETRO DIGITAL ... 29
2.6.4. TERMO - ANEMÓMETRO (PYLE PMA90) ... 31
2.6.5. HORÓMETRO... 32
2.7. LÁMINASDEHIERRONEGRO ... 33
2.8. ELECTRODOSDESOLDADURA60-11 ... 33
2.9. DETERMINACIÓNDELASCARACTERÍSTICASFÍSICASINTERNAS DELMOTOR ... 34
2.9.1. CILINDRADA DEL MOTOR ... 35
2.9.2. VOLUMEN DEL CILINDRO ... 36
2.9.3. CILINDRADA TOTAL DEL MOTOR ... 36
2.9.4. RELACIÓN DE LA CARRERA A DIÁMETRO ... 37
2.9.4.1. Carrera larga (motores alargados) ... 38
2.9.4.2. Motor cuadrado ... 38
2.9.4.3. Motor súper cuadrado (Carrera corta) ... 38
2.9.5. RELACIÓN DE COMPRESIÓN... 39
2.9.6. CÁMARA DE COMPRESIÓN ... 40
2.9.7. PRESIÓN MEDIA DEL EMBOLO... 40
2.9.8. GRADOS DE ADMISIÓN (RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO) ... 42
2.10. FÓRMULASPARAELCÁLCULOPOTENCIA,TORQUEY CONSUMO ... 42
2.10.1. POTENCIA INDICADA ... 42
2.10.2. POTENCIA EFECTIVA (POTENCIA ÚTIL) ... 43
2.10.3. POTENCIA POR CILINDRADA (POTENCIA UNITARIA) ... 44
2.10.4. PESO POR UNIDAD DE POTENCIA DEL MOTOR ... 44
2.11. FÓRMULAPARAELTORQUE(PARMOTOR) ... 45
2.12. CONSUMODECOMBUSTIBLE ... 45
2.12.1. CONSUMO POR HORA ... 46
2.12.2. CONSUMO ESPECÍFICO DEL MOTOR ... 46
2.13. COMBUSTIBLEINYECTADOENELMOTOR ... 47
iv 2.13.2. CICLOS DE TRABAJO POR HORA EN MOTORES DE CUATRO
TIEMPOS ... 49
2.13.3. CANTIDAD INYECTADA POR CICLO DE TRABAJO ... 49
2.14. PRESIÓNENLÍQUIDOS ... 50
2.14.1. LEY DE PASCAL ... 50
2.15. FUERZAEJERCIDAENUNASUPERFICIE ... 51
2.16. SUPERFICIE ... 51
2.17. CAUDAL ... 52
2.17.1. CAUDAL VOLUMÉTRICO ... 52
3. METODOLOGÍA ... 53
3.1. INTRODUCCION ... 53
3.2. METODODELAINVESTIGACIÓNCUANTITATIVA ... 53
3.2.1. PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN CUANTITATIVA ... 54
3.2.2. METODO DESCRIPTIVO ... 54
3.2.3. METODO EXPLICATIVO ... 55
3.2.4. MÉTODO EXPLORATORIO ... 55
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 56
4.1. INTRODUCCIÓN ... 56
4.2. MEDICIÓNVOLUMÉTRICA YCARRERADEPISTÓNDELMOTOR DELMINIBULLDOZER ... 56
4.2.1. PROCEDIMIENTO PARA LA MEDICIÓN INTERNA DEL CILINDRO ... 57
4.2.1.1. Mediciones de la carrera del pistón ... 57
4.2.1.2. Medición de la cámara de compresión ... 58
4.2.1.3. Medición del volumen del cilindro ... 59
v
4.3. CÁLCULOSDELMOTOR ... 62
4.3.1. VOLUMEN DEL CILINDRO ... 62
4.3.2. CILINDRADA TOTAL ... 63
4.3.3. DIÁMETRO DEL CILINDRO ... 64
4.3.4. CARRERA DEL PISTÓN ... 65
4.3.5. RELACIÓN DE CARRERA A DIÁMETRO ... 66
4.3.6. RELACIÓN DE COMPRESIÓN... 66
4.3.7. CÁMARA DE COMPRESIÓN DEL MOTOR DEL MINI BULLDOZER ... 67
4.3.8. PRESIÓN MEDIA DEL EMBOLO... 68
4.4. CÁLCULOPOTENCIAEFECTICA ... 68
4.4.1. POTENCIA POR CILINDRADA (POTENCIA UNITARIA) ... 69
4.4.2. PESO POR UNIDAD DE POTENCIA DEL MOTOR ... 70
4.5. CÁLCULOSDE TORQUEOPARMOTOR ... 70
4.6. CONSUMODECOMBUSTIBLE ... 72
4.6.1. CONSUMO POR HORA ... 72
4.6.2. CONSUMO ESPECÍFICO DEL MOTOR ... 73
4.7. CANTIDADDECOMBUSTIBLEINYECTADO ... 74
4.7.1. CANTIDADES EN GRAMOS POR INYECCIÓN ... 74
4.7.2. VALOR INYECTADO EN MILÍMETROS CÚBICOS POR INYECCIÓN ... 75
4.7.3. CANTIDAD DE COMBUSTIBLE INYECTADO POR HORA Y POR CILINDRO ... 75
4.8. CICLOSDETRABAJO ... 76
4.8.1. CANTIDAD INYECTADA POR CICLO DE TRABAJO ... 76
4.9. LÍNEASCOMBUSTIBLE ... 78
4.9.1. MANGUERA DE SUMINISTRO ... 78
vi 4.9.3. FUERZA EJERCIDA SOBRE EL PISTÓN DE LA BOMBA DE
SUMINISTRO ... 79
4.9.4. PRESIÓN DE LA LÍNEA DE SUMINISTRO ... 80
4.9.5. BOMBA DE SUMINISTRO ... 80
4.9.5.1. Superficie del conducto de la bomba ... 81
4.9.5.2. Velocidades de circulación del combustible ... 81
4.9.5.3. Caudal volumétrico ... 82
4.9.6. CAÑERÍAS DE ALTA PRESIÓN ... 84
4.10. PROCEDIMIENTODECONSTRUCCIÓN ... 85
4.10.1. IMPLEMENTACIÓN DE EQUIPOS Y MANÓMETROS EN EL MINI BULLDOZER ... 85
4.10.2. CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE LA CAJA DE PROTECCIÓN PARA LOS EQUIPOS ... 86
4.10.2.1. Diseño ... 86
4.10.3. MONTAJE DE LAS CAÑERÍAS DE ALTA PRESIÓN ... 88
4.10.4. ACOPLE DE LA VÁLVULA CHECK ... 90
4.10.5. INSTALACIÓN MANÓMETRO ... 90
4.10.6. MANÓMETROS DE LAS LÍNEAS DE BAJA PRESIÓN ... 90
4.10.6.1. Montaje del manómetro de la bomba de suministro ... 91
4.10.6.2. Montaje manómetro después del filtro ... 91
4.10.7. INSTALACIÓN ROTÁMETRO... 91
4.10.8. INSTALACIÓN TACÓMETRO... 92
4.10.9. INSTALACIÓN ANEMÓMETRO ... 93
4.10.10. INSTALACIÓN HORÓMETRO ... 93
4.10.11. PROTECCIÓN DE INSTRUMENTOS... 93
4.10.12. MONTAGE LLAVES DE PASO DE COMBUSTIBLE ... 94
4.11. GUÍADEOPERACIÓNYFUNCIONAMIENTODELOSMANDOS DEL MINIBULLDOZER ... 95
4.11.1. MANDOS DE OPERACIÓN ... 95
vii
4.11.1.2. Cable del ahogador (apagado) ... 96
4.11.1.3. Pedal de aceleración ... 97
4.11.1.4. Pedal de embrague ... 98
4.11.1.5. Palanca de cambios ... 98
4.11.1.6. Mando de dirección izquierdo y derecho ... 98
4.11.1.7. Bloqueo de desplazamiento... 99
4.11.1.8. Control de accionamiento de eje de acople ... 100
4.11.1.9. Control hidráulico derecho ... 100
4.11.1.10. Control hidráulico izquierdo ... 101
4.12. PROCEDIMIENTODEENCENDIDO ... 101
4.12.1. REVISIÓN VISUAL ... 101
4.12.2. NIVELES DE ACEITE ... 101
4.12.3. REVISIÓN LÍQUIDO REFRIGERANTE ... 102
4.12.4. PURGADO DEL CIRCUITO ... 102
4.12.4.1. Purgado de la línea de baja presión ... 102
4.12.4.2. Purgado de las líneas de alta presión ... 103
4.12.5. ARRANQUE O ENCENDIDO DEL MOTOR ... 104
4.12.6. SEGURIDAD DE OPERACIÓN... 104
4.13. LECTURASDEEQUIPOSINSTALADOS ... 104
4.13.1. TOMA DE LECTURAS DEL TACÓMETRO DIGITAL ... 105
4.14. LECTURAS DECONSUMODECOMBUSTIBLEEN(ML) ... 105
4.14.1. POTENCIA ... 108
4.15. REPRESENTACIÓNGRAFICADERESULTADOS ... 115
4.15.1. TORQUE ... 110
4.15.2. CONSUMO ESPECÍFICO DEL COMBUSTIBLE (DIESEL) ... 111
4.15.3. PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN DE FLUJO DE AIRE CON EL ANEMÓMETRO ... 113
4.15.4. LECTURAS DE CAUDAL CON EL ROTÁMETRO ... 116
4.15.5. PRESIÓN DE LA BOMBA DE SUMINISTRO ... 118
viii
4.15.6.1. Cierre al paso de combustible en el retorno del circuito ... 120
4.15.7. PRUEBA DE LAS LÍNEAS DE ALTA PRESIÓN ... 120
4.15.7.1. Resultado inyector 1 ... 122
4.15.7.2. Resultado inyector 2 ... 123
4.15.7.3. Resultado inyector 3 ... 124
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 125
5.1. CONCLUSIONES ... 125
5.2. RECOMENDACIONES ... 126
BIBLIOGRAFÍA ... 127
ix
ÌNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Valores de las propiedades de los combustibles e hidrocarburos
líquidos. ... 27
Tabla 2. Características de manómetro de glicerina ... 28
Tabla 3. Características del tacómetro ... 31
Tabla 4. Características del anemómetro ... 32
Tabla 5. Datos obtenidos de la placa del motor... 57
Tabla 6. Promedio de volumen del cilindro y la cámara de compresión. ... 59
Tabla 7. Valores volumétricos medidos ... 61
Tabla 8. Información básica del tipo de motor ... 62
Tabla 9. Datos del motor del mini bulldozer obtenidos en base a cálculos mediante fórmulas dadas. ... 71
Tabla 10. Valores obtenidos medidos del consumo de combustible ... 73
Tabla 11. Datos técnicos calculados ... 77
Tabla 12. Características de la manguera utilizada en la línea de baja presión ... 83
Tabla 13. Características de la cañería de alta presión en base a cálculos .... 85
Tabla 14. Consumo de combustible vs rpm ... 107
Tabla 15. Valores de potencia, torque y consumo ... 115
Tabla 16. Valores del torque con base en las rpm y potencia kW del motor 110 Tabla 17. Valores de consumo específico g/kW-h ... 112
Tabla 18. Flujo de aire vs rpm ... 115
Tabla 19. Caudal de alimentación de la bomba de inyección vs rpm ... 117
x
ÌNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Tractor de oruga (bulldozer) ... 5
Figura 2. Maquinaria para la apertura de vías o plataformas ... 6
Figura 3. Mini tractor bulldozer montado sobre orugas ... 7
Figura 4. Bastidor central Caterpillar D6H ... 8
Figura 5. Despiece del tren de rodaje ... 9
Figura 6. Esquemas ilustrador del tren de potencia ... 11
Figura 7. Partes principales del sistema de refrigeración mixta ... 14
Figura 8. Sistema de lubricación interna de un motor diesel ... 15
Figura 9. Circuito completo del sistema de inyección de un motor diesel ... 16
Figura 10. Circuito de combustible de baja presión ... 17
Figura 11. Filtro de combustible ... 18
Figura 12. Mangueras para línea de combustible de baja presión ... 19
Figura 13. Circuito de combustible de alta presión ... 20
Figura 14. Bomba inyectora de alta presión ... 21
Figura 15. Válvula de impulsión ... 22
Figura 16. Esquema gráfico del inyector mecánico ... 23
Figura 17. Cañerías de alta presión ... 24
Figura 18. Manómetro de 0 a 5000 psi, y de 0 a 350 bares con toma de ¼” . 29 Figura 19. Rotámetro equipo de medición de caudal ... 29
Figura 20. Montaje de tacómetro digital en el tablero de instrumentos ... 30
Figura 21. Anemómetro digital instalado ... 31
Figura 22. Horómetro analógico ... 33
Figura 23. Motores alargados, cuadrados y supe cuadrados ... 37
Figura 24. Imagen ilustrada de potencia indicada y potencia efectiva ... 43
Figura 25. Aplicación del principio de pascal (presión por partes iguales) ... 51
xi
Figura 27. Construcción de caja metálica para implementos ... 87
Figura 28. Montaje y pintura de panel de instrumentos ... 88
Figura 29. Intervención en las líneas de inyección de los inyectores ... 89
Figura 30. Soldadura de cañerías para acople de manómetros... 89
Figura 31. Manómetros instalados en las líneas de inyección ... 90
Figura 32. Montaje de rotámetro en el tablero de instrumentos ... 92
Figura 33. Montaje de anemómetro digital en el motor de mini bulldozer. ... 93
Figura 34. Instalación de Horómetro en el tablero de instrumentos ... 94
Figura 35. Instalación de llaves de paso del combustible ... 94
Figura 36. Swich de encendido ... 96
Figura 37. Bombín de mano y cable del ahogador ... 97
Figura 38. Acelerador y embrague ... 97
Figura 39. Palanca de cambios ... 98
Figura 40. Mandos de dirección ... 99
Figura 41. Bloqueo de desplazamiento ... 99
Figura 42. Mando de accionamiento del eje de volteo ... 100
Figura 43. Controles hidráulicos ... 100
Figura 44. Bombín de mano ... 102
Figura 45. Lecturas obtenidas del tacómetro digital ... 105
Figura 46. Instrumentos para la prueba de consumo de combustoble ... 106
Figura 47. Prueba de consumo de combustible con una probeta de 100ml . 106
Figura 48. Potencia del motor vs rpm ... 108
Figura 49. Representación gráfica del torque vs rpm ... 111
Figura 50. Consumo especifico de combustible vs rpm ... 113
Figura 51. Partes del anemómetro ... 113
Figura 52. Vista de la toma de lecturas del anemómetro con relación al
tacómetro ... 114
Figura 53. Representación gráfica de flujo de aire vs rpm ... 116
Figura 54. Lecturas del rotámetro en base a las rpm ... 116
xii
Figura 56. Ubicación de las llaves de paso en el tablero de instrumentos .... 119
Figura 57. Manómetro de inyección en el tablero ... 120
Figura 58. Variación de presión del manómetro 1... 122
Figura 59. Variación de presión del manómetro 2... 123
xiii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO 1 ... 129 Guía de mantenimiento
ANEXO 2 ... 135 Guía de laboratorio 1
ANEXO 3 ... 142 Guía de laboratorio 2
ANEXO 4 ... 148 Guía de laboratorio 3
ANEXO 5 ... 156 Planos de diseño de la caja metálica
ANEXO 6 ... 112 Planos de diseño del circuito de baja presión
xiv
RESUMEN
xv
ABSTRACT
1
1. INTRODUCCIÓN
Para el desarrollo de este proyecto se adquirió un mini bulldozer despiezado en mal estado por lo cual se lo adquirió como material de chátara con su respectiva justificación de compra. Este proyecto es un material de apoyo didáctico para la aplicación práctica de la teoría, de tal forma que el estudiante pueda complementar su conocimiento teórico aplicándolo en la práctica mediante laboratorios que el estudiante deberá realizar.
Al pasar de los años la maquinaria de construcción ha ido evolucionando para bien de la humanidad, permitiendo así reducir el esfuerzo físico de gente que labraba la tierra, cabe indicar que existe una gran variedad de maquinarias de construcción para distintas acciones u objetivos, existe maquinaria de construcción que esta denominada maquinaria agrícola la cual se refiere como su nombre lo indica a todo lo relacionado con la agricultura.
La maquinaria de construcción también se refiere a el equipo pesado de construcción y apertura de vías, rellenos como también construcción de plataformas para pozos petroleros, para ello existen una gran variedad de máquinas como: excavadoras, tractores bulldozer, reto excavadoras las que se encargan de la apertura principal de la vía y existe un grupo más para el terminado que se refiere aplanamiento, nivelación y colocada de la capa asfáltica en la vía de tal manera que esta quede terminada y lista para la libre circulación de vehículos livianos y pesados.
2 puedan comprobar de forma práctica y real el funcionamiento, para llevar a cabo ésta determinación es necesario de la implementación de manómetros de medición de presión de combustible.
Por lo tanto es necesario de la familiarización de dichos manómetros, se analizara el lugar apropiado para su adaptación donde no corra peligro alguno o cause algún daño en los sistemas. Las lecturas que se desean obtener de cada uno de los manómetros, estos valores tienen que ser tomados en el instante que la máquina se encuentra funcionando, obteniendo así datos reales.
Después de recolectar los datos se realizara pruebas para determinar las relaciones entre diferentes cargas e inclinaciones de trabajo del mini tractor, interpretándolas por medio de tablas y gráfica para ilustrar dichos resultados de tal manera que las características de funcionamiento sean claramente entendidas por los estudiantes.
1.1. PROBLEMA
3 El tema de la maquinaria de construcción para muchos estudiantes es una área desconocida, ya que la realización de prácticas laborales es muy escasa, y se puede ver que en Ecuador existen casas comerciales que prestan servicio de mantenimiento a sus propias máquinas, por ende, él estúdiate opta por especializarse en vehículos pequeños ya que existe una gran demanda de vehículos en la ciudad de quito, pero también, existe una gran acogida en el área de maquinaria pesada en todo el país y esta área no es explotada aun.
1.2. JUSTIFICACIÓN
A medida que la tecnología avanza de una manera impresionante en el mundo automotriz como lo es en los vehículos, pues también en la maquinaria pesada crece de la misma forma, pero la diferencia es que mientras en el mundo del automotor crece los profesionales también lo hacen para satisfacer la demanda de vehículos, a lo contrario de lo que pasa en la maquinaria pesada donde en su mayoría los servicio de mantenimiento solo lo realizan en las casa comerciales pertenecientes a la misma marca.
Con el siguiente proyecto se pretende determinar las características de funcionamiento del motor del mini bulldozer sin carga y plena carga, mediante manómetros y equipos de medición que facilitara al estudiante realizar los laboratorios prácticos.
4
1.3. ALCANCE
Se determinar las características de funcionamiento del motor del mini bulldozer cuando este es sometido a un funcionamiento a plena carga y sin carga, para dicha acción se instalara equipos de medición, tanto de caudal, flujo, presión y un cuenta vueltas también conocido como tacómetro. Instalados todos los equipos y manómetros se obtendrá valores que serán necesarios para muestro análisis de resultados, una vez obtenidos los datos se graficaran mediante tablas para su representación y análisis.
1.4. OBJETIVO GENERAL
Determinar las características de funcionamiento del motor del mini tractor de orugas modelo 98 de funcionamiento mecánico, en condiciones de empuje con carga y sin carga.
1.5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1). Describir las partes del mini tractor de orugas y el funcionamiento de cada una de ellas.
2). Diseño y construcción de un panel de instrumentos para determinar en el motor del mini tractor las características de su funcionamiento.
3). Realizar pruebas para determinar el funcionamiento del motor en diferentes condiciones de carga.
5
2. MARCO TEÓRICO
2.1. MAQUINARIA DE CONSTRUCCIÓN
“La palabra tractor fue empleada por primera vez en Inglaterra en el año 1856 como sustituto o sinónimo de “motor de tracción” trabajo que realizaban las mulas, caballos o los conocidos bueyes” (Chaves, 2004). En 1890 en una patente inscrita en Estados Unidos, apareció el término “tractor” haciendo referencia a un motor de vapor a tracción, en el cual iba montado sobre orugas.
Los tractores orugas son parte de la maquinaria pesada como su nombre mismo lo indica son máquinas robustas diseñada con el único propósito de reducir esfuerzos físicos del ser humano utilizando la máquina que se muestra en la figura 1, grandes compañías empezaron con la creación de diseños de máquinas ya no solo para la agricultura sino también para la construcción, después de varios años una gran variedad de maquinaria salió al mercado en diferentes marcas y de diferentes formas y diseñadas específicamente para ciertos tipos de trabajos, en la actualidad.
Figura 1. Tractor de oruga (bulldozer)
6
2.2. TIPO DE MAQUINARIA DE CONSTRUCCIÓN
En el Ecuador existe una gran variedad de maquinaria que se encuentra dividida en dos partes, la maquinaria agrícola, donde se encuentra: cosechadoras, maquinaria de forestación, máquinas para la fumigación de cultivos, tractores de arado y como también máquinas procesadoras de granos, en general todas aquellas que sean útiles para la agricultura. La maquinaria de construcción en general está construida de varios sistemas de funcionamiento, la mayor parte de la maquinaria de construcción utiliza el sistema hidráulico que permite aumentar las fuerzas de accionamiento basado en la aplicación de presión en un fluido.
Para el accionamiento del sistema hidráulico es necesario de una fuente de energía, en muchos de los caso esta fuente de energía la generan motores de combustión interna, permitiendo a la maquina realizar grandes esfuerzo como: movimiento de tierras, apertura de vías, desbanques de tierra, perforación para túneles, transporte de materiales pétreos, demoliciones, nivelación de superficies, construcción de plataformas, compactación de superficies etc., en la figura 2, se puede apreciar algunos tipos de maquinaria de construcción.
Figura 2. Maquinaria para la apertura de vías o plataformas
7
2.3. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN TRACTOR BULLDOZER
Un tractor bulldozer posee partes de funcionamiento que en conjunto forman un solo equipo de funcionamiento con el mismo objetivo, un tractor bulldozer posee partes similares sea grande o pequeño variando únicamente si el método de funcionamiento es mecánico o hidráulico ya que de esto dependerá su funcionalidad de operación.
El motor cumple una gran función, es aquel que genera la potencia necesaria para movilizar la maquina en sí, en la figura 3 y figura 6, se muestra algunas de las partes de las que está constituido un bulldozer. Existen elementos adicionales que se los puede acoplar y desacoplar con mucha facilidad, los accesorios adicionales más comunes como el ripper o dependiendo de la acción que se desee realizar, se puede acoplar accionamientos como también cortadoras de césped o algún otro mecanismo que necesite ser accionado por un mecanismo de giro.
8
2.3.1. BASTIDOR CENTRAL O CUERPO
El chasis o bastidor central es el cuerpo del mini bulldozer su funcionalidad está basada en parte a su rigidez, su objetivo es el de alojar y proteger todos sus implementos resistiendo los fuertes tirones, golpes y traqueteos que en su desempeño se pueden presentar, el bastidor central puede estar formado por una sola pieza fundida o bien puede componerse de varias partes soldadas formando un solo cuerpo rígido.
Uno de los muchos elementos que se acopla al cuerpo del bulldozer es el marco de empuje, el cual a la vez acoge a la hoja de empuje o también conocido este grupo de dos piezas como bulldozer, de aquí su nombre de bulldozer, en muchos tractores la parte trasera del bastidor está diseñada para alojar la servo transmisión y los mandos finales que acoplan a los costados, como se muestra en la figura 4.
Figura 4. Bastidor central Caterpillar D6H
9
2.3.2. HOJA DE EMPUJE (APARATO TOPADOR)
Esta es una hoja metálica instalada en la parte delantera del tractor como se muestra en la figura 3, esta parte del mini bulldozer es la que aplica el esfuerzo de empuje sobre los materiales que se desean remover. “La hoja está sustentada por dos brazos de empuje, los que se articulan por el lado interior de las orugas” (Del Río, 2006). Los brazos están suspendidos por dos cilindros hidráulicos, generalmente fijados a la coraza del bastidor del bulldozer.
2.3.3. TREN DE RODAJE
El tren de rodaje es aquel conjunto de partes y piezas que juntas permiten trasladar al tractor de un lugar a otro, ejerciendo un empuje de material sin perder su tracción en el terreno, en la figura 5, se muestra los elementos de tracción que hacen posible su rodadura y empuje. Para tener la garantía de desplazamiento de los tractores en las condiciones más adversas de tiempo y de terreno se ha utilizado desde hace muchos años el conjunto del tren de rodaje con cadenas. El sistema es asimilable al transporte de una locomotora de cremallera.
Figura 5. Despiece del tren de rodaje
10
2.3.3.1. Ruedas guías
Es una fundición de acero liza que se encarga de absorber los tirones de la cadena formando también una guía para el rodaje de la cadena, esta es lubricada internamente con aceite pesado reduciendo así la fricción y temperatura generada.
2.3.3.2. Rodillos
Los rodillos son elementos rodantes lubricados internamente que soportan todo el peso del Bulldozer permitiendo trasladar de un lugar a otro por medio del tren de rodaje como se muestra en la figura 5, reduciendo la fricción entre metales.
2.3.3.3. Rueda motriz
Son las encargadas de transmitir la fuerza motriz proveniente de la servo transmisión hacia las cadenas de rodadura por medio de una rueda dentada similar al mecanismo de cadena de una bicicleta, esta ruedas dentadas están formadas por un solo cuerpo o como también pueden formar un conjunto con varios segmentos que forman un circulo dentado.
2.3.3.4. Cadenas de tracción
11
2.3.3.5. Templadores de cadenas
los templadores de las cadenas varían dependiendo el tipo de bulldozer, existen templadores: mecánicos con tornillo de regulación, hidráulicos o de pistón accionados con lubricantes hidráulicos o grasa, como su nombre lo indica son los encargados de mantener tensionada la cadena para que no se dé lugar a un descarrilamiento del elemento rodante.
2.3.4. SERVO TRANSMISIÓN
Un tren de potencia característico empieza desde el motor al eje impulsor, como se puede apreciar en la figura 6, es el encargado de transmitir la fuerza necesaria hacia las cadenas para que el Bulldozer pueda realizar trabajo. “La servo transmisión obtiene la fuente de potencia del motor de combustión” (INTERNACIONAL, 1986).
Figura 6. Esquemas ilustrador del tren de potencia
12
2.3.4.1. Trasmisión mecánica
Un sistema de transmisión de potencia para tractor tiene dos funciones. Además de transmitir la potencia del motor a los mandos finales, permite cambiar el torque del motor y la velocidad requerida para cada mando.
2.3.4.2. Embrague
El embrague del motor o embrague principal, es generalmente de un solo disco seco operado por una palanca de pie. Las máquinas de mayor tamaño tienen reforzadores hidráulicos para facilitar la operación del embrague encargado de acoplar y desacoplar el volante del motor con el eje de la caja.
2.3.4.3. Mandos finales
Son el último eslabón de la transmisión, consiste en un juego de engranes lubricados por inmersión del tipo sencillo. El engrane impulsor grande está unido a un eje corto que hace girar la rueda motriz que impulsa a su vez la oruga, tiene por objeto aumentar el par de torsión de las ruedas motrices que generan el movimiento para el tren de rodaje.
2.4. MOTOR DIESEL
13 interna se encuentra en el grupo de motores alternativos, en el cual sobresalen dos principales diferencias del motor Otto su forma de alimentación y la forma en que se realiza la combustión. Los elementos constitutivos de un motor diesel son muy similares a los de un motor Otto.
El motor diesel fue creado con el propósito de obtener una mayor fuerza a bajas revoluciones lo que es muy diferente a motores a gasolina (Otto). “La relación volumétrica de compresión es 14:1 a 23:1 para motores diesel y 8:1 a 10:1, para motores a gasolina” (Moreno, 2008). Para lograr perfeccionar el motor diesel fueron necesarios alrededor de 25 años de trabajo para poder presentar un motor diesel confiable y menos ruidoso. En la actualidad los motores diesel son los más utilizados en la industria ya que estos motores se los ha catalogado como de alto rendimiento y trabajo, estos motores diesel han sido utilizados he incluso hasta en vehículos pequeños.
2.4.1. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR
14
Figura 7. Partes principales del sistema de refrigeración mixta
(Martínez, 2002)
2.4.2. SISTEMA DE LUBRICACIÓN
Tiene como finalidad, reducir al mínimo el rozamiento entre elementos móviles de motor, el sistema de lubricación actúa interponiendo una fina película de aceite lubricante entre las superficies que se encuentran en constante rozamiento.
Con la lubricación óptima de un motor se obtiene además de la finalidad principal los siguientes puntos:
refrigerar las partes móviles y a aquellas a las que no tiene acceso el circuito de refrigeración.
Aporta en el cierre hermético de los cilindros.
Reduce el coeficiente de rozamiento dinámico.
15 Existen diferentes formas de lubricación pero todas cumplen un mismo fin, que es el de asegurar el suministro de aceite suficiente para todas las partes móviles del motor con el fin de evitar un desgaste prematuro. Un sistema de lubricación está compuesto de las siguientes partes como se puede apreciar en la figura 8.
Figura 8. Sistema de lubricación interna de un motor diesel
(virtual unal , 2014)
2.4.3. SISTEMAS DE INYECCIÓN DIESEL
16 de baja presión, circuito de alta presión, bomba de inyección, cañerías y filtro de combustible como se muestra en la figura 9, existen básicamente dos tipos de sistemas de inyección: inyección indirecta la cual inyecta el combustible pulverizado sobre una precámara de encendido. El sistema de inyección directa es aquel que introduce el combustible directamente sobre la cabeza del pistón.
Figura 9. Circuito completo del sistema de inyección de un motor diesel
(Martínez, 2002)
Los fabricantes de motores diesel de altas revoluciones han recurrido a la inyección directa del combustible, según el procedimiento utilizado en los motores lentos de culata caliente o del tipo diesel normal, estos motores hoy en la actualidad han alcanzado un alto grado de perfección.
2.4.3.1. Circuito de baja presión
17 del combustible, consta también de un filtro y una bomba de caudal de baja presión.
Figura 10. Circuito de combustible de baja presión
(Martínez, 2002)
2.4.3.2. Depósito de combustible
Está provisto de una boca de llenado, al igual que un tubo de aspiración de combustible y otro de retorno, su construcción es de chapas metálicas y en algunos casos de plástico, debido a la volatilidad del diesel está provisto de una válvula de alivio.
2.4.3.3. La bomba de alimentación
18
2.4.3.4. La bomba aspirante – impelente de pistón
Esta bomba esta accionada por un pistón que succiona el combustible y lo expulsa por otro conducto a una determinada presión, que está entre 1 y 2 kg/cm2 y un caudal suficiente para abastecer de combustible a la bomba de inyección, este pistón es accionado por medio de una leva excéntrica esta puede ser accionada desde el árbol de levas del motor o de la bomba de inyección.
2.4.3.5. Filtro de combustible
“Está constituido por un cartucho de papel filtro, con una capacidad de retener partículas de hasta 0,015 mm” (Pérez, 2011), el filtro en si puede integrarse en una cuba, metálica o de plástico, que forma parte de un conjunto de soporte en el que se dispone de las tuberías de entrada, salida y retorno tal como se puede apreciar en la figura 11.
Figura 11. Filtro de combustible
19
2.4.3.6. Bombín de mano o de cebado
Por lo general la bomba manual de cebado está montada sobre la bomba de inyección, como se puede observar en la figura 10, esta bomba de mano cumple el objetivo llenar el circuito de combustible y purgar el circuito cuando exista aire en su interior y realizar el llenado de diesel en los filtros de combustible.
2.4.3.7. Cañerías de baja presión
Son las encargada de conducir el diesel desde el deposito hasta la bomba inyectora, así también como recoger el sobrante y conducirlo al depósito, está compuesto por un recubrimiento especial para que el combustible no lo descomponga, así como un trenzado de nylon o alambre como se muestra en la figura 12, en sus puntas dispone de terminales cilíndricas que se acoplan perfectamente a las tomas de la bomba o filtro por medio de un perno perforado que permite el paso de combustible por su interior, este tipo de acoples necesitan arandelas de cobre, aluminio o mixtas de hierro y caucho que impiden la fuga de combustible como también el ingreso de aire al circuito.
Figura 12. Mangueras para línea de combustible de baja presión
20
2.4.3.8. Mangueras de combustible
Se usan con frecuencia las mangueras flexibles reforzadas. Los materiales con que están hechas incluyen butil caucho, caucho sintético, caucho de silicón, elastómeros termoplásticos y nylon. El refuerzo trenzado está construido de alambre de acero, kevlar, poliéster y tela. Las aplicaciones industriales incluyen vapor, aire comprimido, lubricantes, refrigerantes, transferencia de químicos, enfriadores calentadores, propano, transferencia de combustibles, agua, alimentos y bebidas.
2.4.3.9. Circuito de alta presión
El circuito de alta presión este circuito empieza desde la bomba de inyección transmitiendo el combustible por las cañerías de alta presión hacia los inyectores, en la figura 13, se puede apreciar el circuito de alta presión armado.
Figura 13. Circuito de combustible de alta presión
21
2.4.3.10. Bombas de inyección
La bomba de inyección, se basa en el principio de funcionamiento del desplazamiento de un pistón dentro de un cilindro y se la puede denominar bomba volumétrica. En la figura 14, se muestra las partes y accionamiento de inyección, considerando que el combustible debe ser inyectado a una muy elevada presión de entre 120 y 250 bares de presión, introducido en cantidades pequeñas y precisas para cada uno de los cilindro.
La presión de inyección debe ser elevada para poder introducir el combustible en el cilindro, ya que esta acción se realiza cuando el pistón se encuentra muy aproximado al PMS y la presión del aire está dentro de los 35 y 70 bares, por lo que la presión de inyección debe estar muy por encima, también menciona que en los motores atmosféricos de inyección directa, la presión de inyección debe estar por encima de los 200 bares.
Figura 14. Bomba inyectora de alta presión
22
2.4.3.11. Racor de salida de la bomba
Esta válvula está montada sobre la parte superior de la bomba de inyección, su funcionamiento es el de cerrar el paso de combustible a la salida de la bomba, tiene la misión de separar la tubería de impulsión de combustible del circuito de alta presión y descargar la tubería de impulsión de la bomba. Está formada por un cuerpo roscado en el cuerpo de la bomba, en el cual se encuentra una válvula que es mantenida a presión sobre su asiento como se muestra en la figura 15.
Figura 15. Válvula de impulsión
(Pérez, 2011)
2.4.3.12. Inyectores
23 Se debe distinguir entre un inyector y un porta inyector resaltando que el ultimo aloja al primero, además es donde estarán todos los conductos tanto de entrada como de retorno de combustible y el resto de elementos que conforman al inyector como se muestran en la figura 16.
Figura 16. Esquema gráfico del inyector mecánico
(Pérez, 2011)
24
2.4.3.13. Cañerías de alta presión
La cañería de alta presión de combustible como se muestran en la figura 17, son los conductos que van desde la bomba de inyección hasta los inyectores, “las cañerías están fabricadas de acero trefilado de buena calidad para resistir las presiones que varían de 40 Kg/cm2 hasta 600 Kg/cm2 o un equivalente de 500 a 9000 psi y un diámetro de 1.5 a 2 mm” (Erpelding, 1982).
Figura 17. Cañerías de alta presión
(Erpelding, 1982)
Las cañerías son instaladas en un sistema de inyección deben poseer ciertas características técnicas de suma importancia las cuales son:
Longitud: todas las cañerías del sistema deben ser de igual longitud a pesar de las distintas distancias entre la bomba y los inyectores.
Curvas: como las cañerías deben ser de la misma longitud se debe realizar curvas en las cañerías con el mayor radio posible.
25 de 2mm con el espesor de 2mm y el topo B un diámetro interior de 1.5 mm con un espesor de 2.5mm.
2.5. CARACTERÍSTICAS DEL COMBUSTIBLE (DIESEL)
El combustible gasoil o más conocido como diesel, es clasificable dentro de las naftas, que es un hidrocarburo que se obtiene de la destilación del petróleo junto con otros carburantes. Está a medio camino entre el queroseno y los aceites pesados. Su destilación por tanto se produce a temperatura entre 160 y 390ºC en la tabla 1, se puede apreciar los valores de las características del combustible utilizado para la combustión de los motores diesel de maquinaria de construcción.
2.5.1. PODER CALORÍFICO
El poder calorífico es la cantidad de energía que posee el diesel por unidad de masa o volumen al producirse una reacción química de oxidación, “El poder calorífico del diesel es algo más bajo que el poder calorífico de la gasolina, en el diesel comercial utilizado para la maquinaria agrícola se sitúa entorno a las 10150 Kcal/Kg” (Pérez, 2011).
2.5.2. PUNTO DE INFLAMACIÓN
26
2.5.3. PUNTO DE AUTO INFLAMACIÓN
Como su nombre indica es la temperatura a partir la cual el combustible arde espontáneamente, sin necesidad de aportación de llama dicha temperatura esta algo por encima de los 220 ºC.
2.5.4. INDICE DE CETANOS
Es un indicativo de la capacidad que tiene el diesel para inflamarse, en relación a su facilidad de combustión. El diesel comercial tiene un índice en torno a 50. Cuanto más elevado sea este índice mejor cualidades tendrá para la combustión.
2.5.5. DENSIDAD ESTABLE
Esta característica resulta especialmente importante en los nuevos sistemas de inyección por conducto común. La densidad del diesel comercial oscila entre 0,83 y 0,86 g/cm3, mediante una temperatura de 15 ºC, el diesel empleado para vehículos pesados de trasporte y maquinaria pesada obtiene una densidad de 0,845 Kg/litro a 15 ºC
2.5.6. VISCOSIDAD
27 En la tabla 1, se muestra las propiedades de combustible diesel y gasolina donde se puede comparar valores de los dos combustibles más utilizados en los vehículos. El diesel como se puede ver en los valores de la tabla el diesel es más denso que la gasolina y se evapora con mayor dificultad, lo que le permite encenderse a mayor temperatura y mayor presión.
Tabla 1. Valores de las propiedades de los combustibles e hidrocarburos líquidos.
Substancia Densidad (Kg/l) Tempe. De ebullición Especifica (ºC) Calor de evaporación (KJ/kg) Temperatura de encendido (ºC) Potencia calorífica teórica (MJ/Kg) Gasolina 42.7 Normal Entre 0.720 y 0.775
Entre 25 y 210
Entre 380 y 500 300 43.5 Súper Entre 0.720 y 0.775
Entre 25 y
210 _
400
43.5
Gasolina de
avión 0.720
Entre 40 y
180 _ 500 43
Queroseno Entre 0.77
y 0.83
Entre 170 y
260 _
250
Gasóleo
Entre 0.820 y
0,845
Entre 180 y 360 250 250 42.5 =10150 kcal /kg (BOSCH, 2005)
2.6. EQUIPOS DE MEDICIÓN PARA EL MOTOR
28
2.6.1. MANÓMETRO DE GLICERINA DE ALTA PRESIÓN
Manómetro lleno de glicerina con caja de acero inoxidable diseñado para soportar ambientes donde existan agentes corrosivos, gran cantidad de polvo, vibración excesiva o la presión de la línea tenga severa pulsación o golpes de ariete causados por cambios bruscos de presión en fluidos.
En la tabla 2, se muestra las características técnicas que posee este tipo de manómetros diseñados para la lectura de luidos líquidos.
Tabla 2. Características de manómetro de glicerina Especificaciones técnicas
Exactitud +/- 2% del total de la escala Elemento Tubo bourbon de bronce Conexión Bronce ¼”
Mecanismo Broce
Caja y bisel Acero inoxidable 304 Ventana Acrílico
Caratula Aluminio fondo blanco, números negros, rojos y verdes
Aguja Aluminio esmaltado negro Tamaño Diámetro 63mm (2 ½”) Rango Doble escala, kg/cm2 y PSI
29
Figura 18. Manómetro de 0 a 5000 psi, y de 0 a 350 bares con toma de ¼”
2.6.2. ROTAMETRO
Los rotámetros son instrumentos utilizados para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante, mediante una boya que se eleva a medida que el flujo de aire o cualquier fluido aumenta indicando la cantidad de fluido que circula por el circuito, este tipo de rotámetros vienen graduados en ml/s, ml/min, l/min o l/hora, como se muestra en la figura 19.
Figura 19. Rotámetro equipo de medición de caudal
2.6.3. TACÓMETRO DIGITAL
30 calibración y los acoples de transmisión de giro que se transmite desde la polea del cigüeñal hacia el tacómetro, este tacómetro posee la facilidad de obtener los valores de giro del motor mediante dos opciones una por contacto físico de giro y la otra opción por láser, obteniendo el mismo valor por cualquiera de los dos métodos.
Figura 20. Montaje de tacómetro digital en el tablero de instrumentos
31
Tabla 3.
Características del tacómetro VALORES DE MEDICIÓN
5 dígitos de 18 mm 0.6 ") LCD Precisión
± (0,05% un dígito)
Tiempo de muestreo: 0,5 segundos (más de 120RPM Rango de medición: 2.5 ~ 9999.9 RPM
Seleccione el rango Auto-Rango
Resolución 0,1 rpm (2,5 ~ 999.9RPM) 1RPM (más de 1.000 RPM)
Distancia de detección 50 ~ 500 mm
2.6.4. TERMO - ANEMÓMETRO (PYLE PMA90)
El anemómetro es una unidad de medida de tipo digital (mide la velocidad de flujo de aire y temperatura), que facilita la toma de medidas con una extensión de ventilador de mano que se lo coloca en el área donde se desea tomar las medidas. Como se muestra en la figura 21, La aplicación de este equipo puede ser en ventiladores u cualquier otra fuente que genere un cierto caudal de aire.
32 En la tabla 4, se muestra el rango de medición que posee el anemómetro digital, como también las características permisibles de funcionamiento que el equipo posee.
Tabla 4. Características del anemómetro RANGO DE MEDICIÓN
Unidades de velocidad de aire m/ s, Km/h, pies/ minuto, nudos Velocidad del aire exactitud +/- 3%
Unidades de flujo de aire CMM (metros cúbicos/ minuto), CFM (pies cúbicos/ minuto)
Unidades de temperatura ºC / ºF
Rango de temperatura 14-140 - Grado F
Visualización LCD doble función de 4 dígitos Velocidad de muestreo una lectura por segundo
Sensores brazo veleta en ángulo convencional con baja fricción de cojinetes de bolas, NTC: tipo termistor
Batería 9v
Peso 1,6 libras incluyendo la batería y la Sonda Principales dimensiones del
instrumento
7.0”, x 2.9”, x 1.2”
Cabeza del sensor 2.75 '' de Diámetro
Nota: Apagado automático después de 20 minutos
2.6.5. HORÓMETRO
33
Figura 22. Horómetro analógico
2.7. LÁMINAS DE HIERRO NEGRO
Las láminas de hierro negro son productos de acero, planos, laminados en caliente y se obtienen del corte trasversal de las bobinas negra laminadas en caliente obtenidas a partir de planchones de acero, estas laminas se suministran en espesores de 2 a 12 mm utilizadas para la fabricación de tubos soldados recipientes a presión, partes y piezas automotrices, fabricación de perfiles soldados, utilizados en la industria metálica y para trabajos de herrería en general, debido a su fácil manipulación y fundición.
2.8. ELECTRODOS DE SOLDADURA 60-11
34
2.8.1. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL ELECTRODO
Electrodo celulósico de alta penetración, todas posiciones, ti ene característica mecánica muy superiores a electrodos de su tipo, buena tenacidad a temperaturas bajo cero.
Presentación: ... Electrodo (smaw) Resistencia a la tensión: ... 73,500 libras/pulg2
Tipo de corriente:... CA o CD Electrodo Positivo (Polaridad Inversa) Los tipos de diámetros y amperajes que se utilizan para cada soldadura se muestran a continuación.
3/32” (2.4 mm)…………..40 - 80 amperes 1/8” (3.2 mm)……….….75 - 125 amperes 5/32” (4.0 mm)………..110 - 170 amperes 3/16” (4.8 mm)………..140 - 215 amperes
2.9. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
INTERNAS DEL MOTOR
35 Para la aplicación de dichas formulas será necesario de obtener datos mediante la práctica para luego poder aplicarlos en las fórmulas presentadas, para dicha acción será necesario adquirir instrumentos de medición como puede ser jeringas graduadas en ml o cm3, de tal manera que nos permitan medir el combustible en cantidades muy aproximadas a su consumo real.
Una jeringa puede ser de gran ayuda para introducir el aceite en interior del cilindro, de tal forma que se pueda obtener lecturas cuantiosas del volumen de aceite que ingresa, sin embargo será necesario realizar varias pruebas y sacar un promedio de los valores utilizando la siguiente fórmula de promedio.
[2.1]
Dónde:
: Promedio xi : Diferente valor
n : Número total de valores
2.9.1. CILINDRADA DEL MOTOR
“La cilindrada de un cilindro es el espacio comprendido entre el P.M.S. y el P.M.I. espacio en el que recorre el pistón” (Kindler, 1986).
36
2.9.2. VOLUMEN DEL CILINDRO
“El volumen del cilindro es la cantidad de fluido que puede ingresar al cilindro” (Kindler, 1986), para el cálculo del volumen es necesario obtener la sección y la carrera del pistón.
[2.2]
[ ]
[2.3]
Dónde:
Vh :Cilindrada del cilindro
A : Sección del cilindro s : Carrera del pistón [ ] D : Diámetro del cilindro
2.9.3. CILINDRADA TOTAL DEL MOTOR
Se obtiene multiplicando la cilindrada del cilindro por el número de cilindros del motor.
[2.4]
37 Dónde:
VH : Cilindrada total del motor
i : Número de cilindros Vh : Cilindrada (del cilindro)
D : Diámetro del cilindro π : Número irracional s : Carrera del pistón
2.9.4. RELACIÓN DE LA CARRERA A DIÁMETRO
La carrera es la distancia entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior, el diámetro del cilindro es igual al diámetro del pistón más el huelgo, la carrera del pistón y el diámetro del cilindro de un motor guardan entre si una relación determinada que se denomina relación de carrera a diámetro, en la figura 23, se muestra los tipos de motores.
Figura 23. Motores alargados, cuadrados y supe cuadrados
38
2.9.4.1. Carrera larga (motores alargados)
En estos motores la carrera es mayor que el diámetro, estos motores no alcanzan revoluciones demasiado altas. En la actualidad son más usados en motores diesel que en motores de gasolina.
Carrera /diámetro > 1
2.9.4.2. Motor cuadrado
La carrera y el diámetro tienen la misma longitud, es decir la relación entre la carrera y el diámetro es 1. Las revoluciones alcanzadas por este tipo de motores son mayores que en los motores alargados.
Carrera /diámetro = 1
2.9.4.3. Motor súper cuadrado (Carrera corta)
El diámetro del cilindro es mayor que la carrera. Se pueden alcanzar revoluciones muy altas. Son utilizados para vehículos de gasolina muy revolucionados.
= >1, =1, <1 [2.6] Dónde:
: Relación de la carrera a diámetro D : Diámetro del cilindro
39
2.9.5. RELACIÓN DE COMPRESIÓN
En el tiempo de compresión se comprime el aire puro hasta un volumen reducido con el objetivo de elevar la potencia por consiguiente da origen a:
aumento de la presión
elevación de la temperatura
la mescla del aire con el combustible
“La cámara de compresión es el espacio sobre el punto muerto superior, donde la mayoría de motores diesel la ubicada sobre la cabeza del pistón”. El volumen del cilindro se compone de la cilindrada de la carrera y el volumen de la cámara de compresión, indicando la relación de la compresión q indica cuantas veces es mayor el volumen del cilindro que la cama de compresión, indica por lo tanto a cuanto se reduce por compresión el volumen original de aire (Kindler, 1986).
[2.7]
Dónde:
Ɛ : Relación de compresión Vc : Cámara de compresión
40
2.9.6. CÁMARA DE COMPRESIÓN
Cámara de compresión principal se encuentra mecanizada en la cabeza del pistón. En los motores diesel de inyección indirecta, formando una precámara de combustión o también conocida como cámara de turbulencia, donde se da lugar al diesel inyectado, de tal manera que se pueda generar la expansión de las partículas del combustible.
[ ] [2.8]
Dónde:
Vc : Cámara de compresión
Vh : Cilindrada (del cilindro)
Ɛ : Relación de compresión
2.9.7. PRESIÓN MEDIA DEL EMBOLO
“La fuerza del embolo depende de la presión del gas y de la magnitud de la superficie de la cabeza del pistón” (Kindler, 1986), La presión originada por la combustión del gas actúa en cada centímetro cuadrado multiplicando esa presión por la superficie de la cabeza del pistón y se tiene la fuerza que este ejerce sobre el mismo.
41 presión media de la combustión en los motores Otto y diesel esta entre 6 y 10 bar de sobre presión.
“La presión media de la combustión o presión de trabajo depende del grado de admisión (ƞF) y del número de revoluciones n del motor”. La fórmula para
obtener la presión media se obtiene del manual (BOSCH, 2005, pág. 501).
Ecuación de magnitud
[2.9]
Dónde:
Pm : Presión media del embolo (presión de trabajo)
P : Potencia VH : Cilindrada total
n : Número de revoluciones
Ecuación de valores numéricos
[2.10]
Dónde:
Pm : Presión media del embolo (presión de trabajo)
P : Potencia VH : Cilindrada total
42
2.9.8. GRADOS DE ADMISIÓN (RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO)
En el cilindro mediante los ciclos de trabajo, quedan gases remanentes que perturban el relleno de aire por lo que esta resulta menos que la cilindrada.
Grado de admisión [2.11]
Dónde:
ȠF : Grados de admisión
VF : Cantidad de gas nuevo
Vh : Cilindrada del cilindro
2.10. FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO POTENCIA, TORQUE Y
CONSUMO
2.10.1. POTENCIA INDICADA
43
Figura 24. Imagen ilustrada de potencia indicada y potencia efectiva
2.10.2. POTENCIA EFECTIVA (POTENCIA ÚTIL)
“La potencia efectiva es aproximadamente un 10% menos que la que llega al volante de impulsión”, deducidas las pérdidas de rozamiento ver figura 24, accionamiento de auxiliares como la bomba de aceite, la distribución de válvulas, etc.). La potencia indicada de los motores de combustión interna se calcula con la fórmula general de la potencia.
( ) [ ] [2.12]
Dónde:
B : Consumo de combustible en g/h
44
2.10.3. POTENCIA POR CILINDRADA (POTENCIA UNITARIA)
La potencia por cilindrada (potencia unitaria) es un número que sirve para comparar entre si motores de distinta cubicación. La potencia unitaria es la relación entre la potencia efectiva Pe y la cilindrada total VH.
Una potencia por cilindrada de 20Kw/l significa que el motor desarrolla una potencia efectiva de 20kw por cada litro de cilindrada. El peso por unidad de potencia es igualmente un número para comparar motores y vehículos de distintos tamaños.
[ ]
[213]
Dónde:
PH : Potencia unitaria
Pef : Potencia efectiva
VH : Cilindrada total
2.10.4. PESO POR UNIDAD DE POTENCIA DEL MOTOR
“Es la relación entre el peso del motor y la potencia efectiva” (Kindler, 1986).
[
45 Dónde:
GP motor: Peso por unidad de potencia del motor
G motor : Peso del motor
Pef : Potencia efectiva
2.11.
FÓRMULA PARA EL TORQUE (PAR MOTOR)“En la táctica se entiende por momento la acción rotatoria de una fuerza sobre un cuerpo fijado de modo que pueda girar”. En los motores de combustión aparece siempre un momento de rotación que se denomina par motor. Fórmula para calcular el par motor (Kindler, 1986, pág. 153).
[ ] [2.15]
Dónde:
MM : Par motor
Pef : Potencia efectiva
n : Revoluciones del motor 9550 : Es una constante
2.12.
CONSUMO DE COMBUSTIBLE46
2.12.1. CONSUMO POR HORA
Se denomina consumo específico a la cantidad de combustible que necesita un motor para que en el banco de pruebas funcione una hora con una potencia de 1KW. Dicho en otro modo el consumo necesario en el banco de pruebas por unidad de potencia y tiempo. Útil para comparar los consumos de distintos motores y es independiente de las condiciones del vehículo y la circulación.
[ ] [2.16]
Dónde:
B : Consumo por hora [ ]
K : Cantidad de combustible consumido ρ : Densidad del combustible [ ]
t : Tiempo continuo de la prueba en el banco de pruebas [s]
2.12.2. CONSUMO ESPECÍFICO DEL MOTOR
[ ] [2.17]
Dónde:
be : Consumo específico [ ]
47 K : Cantidad de combustible consumido
ρ : Densidad del combustible [ ]
t : Tiempo cronometrado para el consumo del volumen de medición [s]
2.13.
COMBUSTIBLE INYECTADO EN EL MOTORDe acuerdo al numeral 2.4.3 del sistema de inyección, motores diesel de cuatro tiempos son de construcción distinta a los motores de dos tiempos y su fórmula se expresa de la siguiente manera:
[ ] [2.18] [ ] [2.19]
Dónde:
KIV : Cantidad inyectada en los motores de cuatro tiempos
b : Consumo específico [ ] Pef : Potencia efectiva [kW]
i : Número de cilindros n : Número de revoluciones ρ : Densidad del combustible
48 cámara de combustión la cantidad de combustible correspondiente que le suministra la bomba de inyección.
2.13.1. CANTIDAD DE COMBUSTIBLE INYECTADO POR CILINDRO
La cantidad de combustible inyectada en el cilindro a cada ciclo de trabajo se precisa los siguientes datos:
consumo especifico b
potencia del motor P
Número de revoluciones n
Número de ciclo de trabajo
Número de cilindros i
Sistema dos o cuatro tiempos
El consumo específico de los gramos consumidos por kW y hora, se multiplican por la potencia del motor y se tiene el consumo para el total de kW. Este valor se divide por el número de cilindros y se tiene la cantidad inyectada por cilindro y hora y para una potencia determinada.
Por tanto la fórmula para calcular la cantidad inyectada por hora y por cilindro, se define de la siguiente manera:
[ ] [2.20]
Dónde:
49 Pef : Potencia efectiva [kW]
i : Número de cilindros
2.13.2. CICLOS DE TRABAJO POR HORA EN MOTORES DE CUATRO TIEMPOS
Para determinar con qué frecuencia se inyecta el combustible en el cilindro, se toman las revoluciones por minuto del motor, se multiplica por 60, en los motores de cuatro tiempos, como sólo hay un tiempo de trabajo cada dos vueltas hay que dividir por 2 el resultado.
[2.21]
2.13.3. CANTIDAD INYECTADA POR CICLO DE TRABAJO
Se divide la cantidad inyectada por hora por el número de ciclos de trabajo en ese mismo tiempo y se tiene la cantidad por ciclo, es decir la cantidad de cada inyección.
Cantidad inyectada por cada ciclo de trabajo
50
2.14. PRESIÓN EN LÍQUIDOS
La fuerza de cohesión de las moléculas, son mayores en los cuerpos solidos que en los líquidos de acuerdo al principio de Pascal, por ello las moléculas de estos últimos se desplazan unas a otras y modifican su forma. No obstante están íntimamente unidas, como en los sólidos y no dejan ningún espacio vacío entre ellas.
[ ] [2.23]
Dónde: P : Presión F : Fuerza A : Área
2.14.1. LEY DE PASCAL
“La presión ejercida sobre un líquido se reparte por igual en todos los sentidos, principio de pascal” (Mott R. L., 2006).
51
Figura 25. Aplicación del principio de pascal (presión por partes iguales)
2.15. FUERZA EJERCIDA EN UNA SUPERFICIE
Puesto que la relación fuerza con superficie, para realizar un trabajo o un movimiento, que es equivalente al kg/cm2, es decir al ejercer una fuerza de 1 kg sobre una superficie de 1 cm2, también equivale a 1 atmosfera.
[2.24] Dónde:
A : Superficie presionada del pistón F : Fuerza de presión [N]
P : Presión de líquidos
2.16. SUPERFICIE
La superficie de un círculo se calcula con la siguiente fórmula:
52 Dónde:
A : Superficie D : Diámetro
π : Número irracional
2.17. CAUDAL
Es la cantidad de fluido que puede circular por un conducto en un tiempo determinado. Cuanto más fluido circule por una conducción durante un segundo, mayor será el caudal por la naturaleza de los gases, y su tendencia a expandirse se distingue dos tipos de caudal:
2.17.1. CAUDAL VOLUMÉTRICO
En este caso el caudal se denomina en función de su volumen, expresándose en litros/segundo o cualquier múltiplo o submúltiplo de estas unidades. Se aplica en la medición de caudal en líquidos dado que en estos el volumen no sufre variaciones, a diferencia de los gases.
[2.26]
Dónde:
Cv : Caudal volumétrico
