DESARROLLO CUESTIONARIO DE MOTORES TERMICOS
Emanuel González Vallejo
DOCENTE:
Ing. Mec. IVÁN CANEVA RINCÓN
IX SEMESTRE
FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA
UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO BARRANQUILLA
1. ¿En qué se diferencia un motor de cuatro tiempos de un motor de dos tiempos?
El motor de dos tiempos, también denominado motor de dos ciclos, es un motor de
combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico
(admisión, compresión, expansión y escape) en dos movimientos lineales del pistón
(una vuelta del cigüeñal). Se diferencia del más común motor de cuatro tiempos del
ciclo Otto, en que este último realiza las cuatro etapas en dos revoluciones del
cigüeñal.
La comparación de los ciclos de trabajos de los motores de cuatro y dos tiempos
muestra que a iguales dimensiones del cilindro y al mismo número de revoluciones
la potencia del motor de dos tiempos es considerablemente mayor. Considerado el
aumento del número de ciclos de trabajo, debería esperarse un aumento de la
potencia en dos veces. En realidad la potencia de un motor de dos tiempos no
aumenta en dos veces sino aproximadamente entre 1.5 y 1.7 veces debido a la
perdida de parte de volumen de trabajo, al desmejoramiento de la limpieza y del
llenado del cilindro, así como un determinado gasto de potencia para el
accionamiento de la bomba de barrido. A las ventajas de los motores de dos
tiempos hay que relacionar también la gran uniformidad del momento torsional,
pues el ciclo de trabajo completo se realiza en cada revolución del árbol cigüeñal
(en lugar de los motores de cuatro tiempos). Una falla esencial del proceso de dos
tiempos, en comparación con el de cuatro tiempos, es el poco tiempo asignado al
proceso de intercambio de gases. La limpieza del cilindro de los productos de la
combustión y el llenado del cilindro con carga fresca se realiza mejor el los motores
de cuatro tiempos.
El motor de dos tiempos se diferencia en su construcción del motor de cuatro
tiempos en las siguientes características:
Ambas caras del pistón realizan una función simultáneamente, a diferencia del
motor de cuatro tiempos en que únicamente es activa la cara superior.
La entrada y salida de gases al motor se realiza a través de las lumbreras
(orificios situados en el cilindro). Este motor carece de las válvulas que abren y
cierran el paso de los gases en los motores de cuatro tiempos. El pistón
dependiendo de la posición que ocupa en el cilindro en cada momento abre o cierra
el paso de gases a través de las lumbreras.
El cárter del cigüeñal debe estar sellado y cumple la función de cámara de pre
compresión. En el motor de cuatro tiempos, por el contrario, el cárter sirve de
depósito de lubricante.
La lubricación, que en el motor de cuatro tiempos se efectúa mediante el cárter, en
el motor de dos tiempos se consigue mezclando aceite con el combustible en una
proporción que varía entre el 2 y el 5 por ciento. Dado que esta mezcla está en
contacto con todas las partes móviles del motor se consigue la adecuada
lubricación.
Figura 1.Frecuencia de funcionamiento de los cilindros de un motor de cuatro
tiempos.
Figura 2. Motor de dos tiempos
3. ¿A costa de qué se inflama la mezcla de trabajo en los motores Diesel y en los motores de carburador?
La mezcla de trabajo en el motor diesel se inflama a costa de la compresión que se le realiza a la mezcla y que es capaz de producir una temperatura mayor a la de auto ignición del combustible, es decir la temperatura innata alcanzada, es capaz de producir su auto inflamación.
Por otro lado, la mezcla de trabajo en el motor de carburador inflama en el momento en el que se haya alcanzado la presión suministrada por los pistones para entonces
4. ¿Cuáles ciclos teóricos (termodinámicos) se conocen y en qué se diferencian entre sí?
Los ciclos termodinámicos se dividen en dos: ciclos de potencia y ciclos de refrigeración, este último se aplica a los refrigeradores y bombas térmicas.
• Los ciclos de potencia se aplican a los motores térmicos; entre ellos encontramos: • El ciclo de Carnot difiere de los otros por ser reversible y tener el mayor rendimiento. • El ciclo Otto el encendido se hace por medio de una chispa.
• El ciclo Diesel el encendido se hace por medio de la compresión de la mezcla. • El ciclo Brayton es el ideal para todos los motores de turbina de gas.
• El ciclo de propulsión a chorro difiere del ideal (Brayton) en que el gas no se expande totalmente en la turbina y es empleado para accionar el compresor, el gas se termina de expandir en la tobera.
• El ciclo de potencia de vapor liquido de trabajo agua, pero es poco viable ya que es difícil diseñar compresores que trabajen con dos fases.
• El ciclo Rankine soluciona este problema utilizando un condensador.
• El ciclo de Ericsson el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotermas y dos isobaras.
• El ciclo de Stirling el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotérmicas y dos transformaciones a volumen constante (isocoras).
• El ciclo de Bouasse el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotérmicas y dos transformaciones lineales.
8. ¿Cómo se determinan el gasto teórico y el gasto real de aire?
Cantidad teórica necesaria de aire: Para la combustión de 1 Kgf de combustible, que se compone de gc Kgf de carbono y de gh Kgf de hidrogeno es necesario gastar determinada cantidad de oxígeno, por consiguiente, de aire.
Si para la combustión del carbono se necesitan 8/3 go Kgf de oxígeno, y para la combustión del hidrógeno se necesitan 8 go Kgf de oxigeno; entonces para la combustión de 1 Kgf de combustible para un motor que tiene la composición indicada, es necesario gastar (8/3 gc + 8 gh) Kgf de oxígeno. Sin embargo, si en 1 Kgf se contiene 0.25 Kgf de oxígeno, de aquí se corrige que (8/3 gc + 8 gh) Kgf de oxigeno deben contenerse en lo Kgf de aire, siendo:
⁄ [
]
Las composiciones del combustible (gasolina y/o Diesel) se pueden adoptar como
constituidas de 85% de carbono y 15% de hidrógeno. De aquí que la cantidad teóricamente necesaria de aire para la combustión de 1 Kgf de combustible constituye a 15 Kgf
Cantidad real necesaria de aire: Para determinar el gasto real de aire no es más que el cálculo del volumen del cilindro, que es igual a la cantidad que se buza.
9. ¿Cómo influye el coeficiente de exceso de aire en el desprendimiento de calor de la mezcla de trabajo?
El coeficiente de exceso de aire α representa la relación de la cantidad de aire que
participa realmente en el proceso de combustión l a la cantidad teóricamente
necesaria de aire l
0, es decir:
α = l/ l
0El 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 < l
0o 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 = l
0o 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 > l
0o sea α > 1; la mezcla carburante contiene más aire que el que se
necesita para la combustión completa. Tal mezcla recibe el nombre de mezcla
pobre.
La disminución de α es uno de los medios más efectivos para el forzamiento del
proceso de trabajo del motor.
Para una potencia dada del motor la disminución del coeficiente de exceso de aire
lleva a menores medidas del cilindro. Sin embargo, al disminuir la cantidad de α se
presenta la combustión incompleta del combustible en el motor, se desmejora la
economía y aumenta la tensión térmica del motor.
En las mezclas desmedidamente ricas o desmedidamente pobres en combustible,
luego de que aparece la chispa y de que se forma un volumen inicial pequeño de
flama, el desprendimiento de calor será insignificantemente pequeño en
comparación con la posible termo transferencia, como resultado, la flama se apaga
sin abarcar toda la mezcla recluida en la cámara de combustión, causando por
consiguiente que éstas no puedan arder o combustionar.
A un número estable de revoluciones del árbol cigüeñal y una posición invariable
de la mariposa de estrangulación, la cantidad de aire que ingresa al motor
permanece constante. La cantidad de calor que debe desprenderse durante la
combustión completa del combustible disminuye tanto en caso de
empobrecimiento (α > 1) como en caso de enriquecimiento (α < 1), considerándose
la imperfección química de la combustión.
Es por ello que concluimos que las mezclas de aire-combustible pueden inflamarse
y arder solo en el caso de que el combustible y el aire se hallen en determinadas
correlaciones; es decir, la combustión completa del combustible en el motor es
posible sólo a α = 1.
Cabe destacar que éstas correlaciones no permanecen constantes por ello es
imposible obtener tal mezcla perfecta de combustible con aire en la cual cada
partícula de combustible tenga asegurada la cantidad necesaria de oxígeno del aire,
ya que tal correlación pueden variar un poco en dependencia de la temperatura, de
la presencia de gases residuales y por otras causas.
10. ¿De qué componentes se forma la fuerza sumaria que actúa en el mecanismo de biela-manivela?
Durante el funcionamiento del motor las piezas del mecanismo de biela - manivela están sometidas a la acción de diferentes fuerzas: Presión de los gases, inercia de las piezas en movimiento alternativo, inercia de las piezas giratorias no equilibradas, peso y rozamiento. Todas estas fuerzas, excepto el peso, cambian el valor y el sentido en función del ángulo de giro del cigüeñal. Al calcular la resistencia mecánica de las piezas del mecanismo de biela - manivela se suele tomar en cuenta sólo las fuerzas de presión de los gases de inercia, puesto que estas fuerzas son sensiblemente mayores que el peso y el rozamiento. A continuación se detallarán las principales fuerzas que actúan sobre el mecanismo de biela – manivela.
Fuerza de presión de los gases: El valor absoluto de las fuerzas de presión de los gases y el carácter de la variación de la misma en función del ángulo de giro del cigüeñal se pueden determinar por el diagrama de indicador trazado según las lecturas del motor o construido en base al cálculo térmico.
Figura.3
En ambos casos el diagrama de indicador puede ser representado, en forma
desarrollada en las coordenadas P - (figura anterior); puesto que partiendo de las
coordenadas P – V se puede reconstruir, sin cambiar la gráfica, en las coordenadas
p – x después de sustituir en el eje de las abscisas los valores de volumen de gas V
por los valores correspondientes de traslación del pistón x. A su vez, la traslación
del pistón x está vinculada con el ángulo de giro del cigüeñal.
La presión de los gases en el cilindro del motor se transmite a todos los lados con
fuerza igual P
g= F
p(p
x– p
o) donde F
p= área del pistón.
Fuerza de inercia de las piezas en movimiento alternativo: (pistón con
segmentos, bulón del pistón y parte superior de la biela): es igual al producto de la
masa de estas piezas por la aceleración de las mismas y está dirigido al sentido
contrario de la aceleración.
P
1= m
pj
p(kgf)
Dónde:
m
p= G
p/g = masa de las piezas en movimiento alternativo la cual
convencionalmente se considera concentrada en el eje del bulón del pistón (kgf s /
m).
j
p= aceleración de las piezas en movimiento alternativo (m/s
2)
G
p= 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).
P
c= m
cw
2r
(kgf)
Dónde:
m
c= G
c/g = masa de las piezas no giratorias (kgf s / m).
G
c= 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 P
gque actúa sobre el fondo del pistón y la fuerza de inercia de las piezas
en movimiento alternativo P
iestán dirigidas por el eje del cilindro. La suma
algebraica de estas dos fuerzas, es la fuerza resultante P
pque actúa por el eje del
cilindro y se expresa por la ecuación.
11. Defina y determine la fuerza tangencial que actúa en la manivela del árbol cigüeñal?
En el mecanismo biela manivela la fuente de poder es la fuerza vertical hacia abajo que produce sobre el pistón la presión de la combustión. Por otro lado, sabemos que en una manivela la componente efectiva de la fuerza aplicada para producir el torque es la componente tangencial a la curva imaginaria de desplazamiento del extremo de la manivela.
Considerando estos dos hechos, la fuerza efectiva (pt) que produce el torque del cigüeñal
inevitablemente es sólo una componente de la fuerza de presión (PP) del pistón.
Figura 4. Esquema del mecanismo biela-manivela. De esta figura podemos deducir la siguiente relación entre las fuerzas de interés:
16. ¿Qué es presión indicada media?
Es la presión constante ficticia que actúa convencionalmente sobre el embolo durante su desplazamiento desde el PMS hasta el PMI. En este caso la cantidad de trabajo útil obtenido como resultado de la realización del ciclo real del motor con presión variable y con presión indicada media constante debe ser la misma.
La presión indicada media Pi representa en si el trabajo de los gases o el trbajo indicado Li ,
kgfm, referido al volumen del trabajo Vh*m3, del motor, es decir el trabajo tomado de la
unidad de volumen de trabajo:
Pi = ; kgf.m/m3
17. ¿En qué se diferencia la potencia efectiva del motor de la potencia indicada? Durante el funcionamiento del motor, parte de su potencia indicada Ni se gasta en superar
el rozamiento y en accionar mecanismos auxiliares. Esta parte de la potencia se denomina potencia de pérdidas mecánicas Nmec.
La diferencia entre la potencia indicada y la potencia de pérdidas mecánicas es la potencia que se transmite a la transmisión del automóvil o tractor y ella se denomina potencia efectiva del motor Ne. La potencia efectiva del motor es menor que la indicada porque se le
descuentan las pérdidas mecánicas.
18. ¿Qué perdidas en el motor toma en cuenta el rendimiento mecánico?
El rendimiento mecánico toma en cuenta dos clases de pérdidas: las pérdidas ligadas con el rozamiento y las pérdidas ligadas con el accionamiento de los mecanismos auxiliares. • Las pérdidas por rozamiento en el motor, estas pérdidas se relacionan con el rozamiento del émbolo y de los anillos que se desplazan por la pared del cilindro. El rozamiento que aparece durante el movimiento se convierte en calor, el cual se transmite al sistema de enfriamiento a través de la pared del cilindro y parcialmente al sistema de lubricación. El rozamiento de los émbolos en los diesel es aproximadamente 50% mayor que en los motores de carburador, ya que las superficies de rozamiento son mayores. El rozamiento en los cojinetes de biela y de bancada depende de la fuerza de presión de los gases sobre el émbolo, y de la fuerza de inercia del émbolo y de la biela.
• Las pérdidas en el accionamiento de los mecanismos auxiliares, se componen de los gastos de energía para la rotación del mecanismo de distribución de gases, de las bombas de agua, de aceite y de combustible, así como del ventilador, del generador eléctrico y del distribuidor. Estos gastos no dependen de la fuerza de presión de los gases en el cilindro y crecen a medida que aumenta el número de revoluciones del árbol. En los diesel esta pérdida es un poco mayor que en los motores de carburador ya que hay un mayor gasto de energía para la rotación de la bomba de combustible.
19. ¿Cómo se determina el gasto horario y el gasto específico de combustible? El Consumo específico indica la eficiencia que tiene un motor para transformar carburante en energía mecánica, y se expresa como la cantidad de carburante que hay que consumir (en gramos), para obtener una determinada potencia en kilovatios (kW), durante una hora (g/kWh). Estos datos se pueden tener en g/CVh, dividiendo las cantidades anteriores por 1,36.
20. ¿Qué métodos existen para elevar la potencia del motor? Para aumentar la potencia de un motor existen varias posibilidades:
- Aumentar la cilindrada o lo que es lo mismo la capacidad de absorción del motor. Ésta solución tiene como consecuencia un incremento del peso, de las dimensiones exteriores, de los rozamientos del motor y el consumo más elevado.
- Aumentar el régimen, incrementando el número de operaciones de bombeo en un tiempo determinado. Esta solución requiere un refuerzo del motor y aumenta los rozamientos.
- Aumentar el llenado, favoreciendo el efecto de aspiración del pistón durante su descenso. Esta solución implica mayores esfuerzos en el funcionamiento.
- Aumentar la relación de transmisión, implica la aparición de adelanto del encendido o combustión detonante además de elevar los esfuerzos en el motor.
- Utilizar tanto en los motores diesel como en los de gasolina un dispositivo conocido como turbocargador (sobrealimetador) ya que de esta manera no se recurre al rectificado convencional del motor con el cual se corre el riesgo de disminuir el volumen de las cámaras de combustión y, en consecuencia, aumenta la relación de compresión, modificándose así las condiciones de diseño del respectivo motor. Cabe destacar que hay que tener cuidado de la posición en la cual se coloca este dispositivo en función de los parámetros y condiciones de trabajo del motor.
26. Describa el objeto y las condiciones de funcionamiento de los anillos de embolo El objetivo de los anillos es el sellado hermético entre el pistón y el cilindro durante el ciclo de trabajo. Los anillos reducen las fugas de los cilindros a un mínimo en condiciones reales de funcionamiento y proporcionan un control máximo de aceite. Los anillos de émbolo, de acuerdo con su destinación, se dividen en de compresión (sellamiento, de empaquetadura o junta) y rascadores de aceite (colectores de aceite y salpicadores de aceite). Los de compresión se instalan para prevenir el paso de los gases de combustión al cárter y los rascadores se encargar de limpiar el sobrante de aceite de la superficie de trabajo y así evitar el paso del aceite a la cámara de combustión.
28. ¿Para qué se prevé la holgura entre el émbolo y la superficie de trabajo del cilindro?
Para la cantidad de gases comburentes que yo requiero según mi diseño, para calentar la mezcla fresca que entra en el siguiente proceso de admisión, esta debe ser bien calculada, ya que cuando se deja demasiada, estos gases son inherentes de la combustión, lo que quiere decir es que impiden la combustión, pero ayudan al calentamiento de la mezcla fresca q entra, a elevar su temperatura y facilita su combustión uniforme
29. ¿Por qué se emplean pasadores de embolo de tipo flotante y como se evita su desplazamiento axial?
El grupo embolo (conjunto de embolo) consta del embolo del anillo el embolo, el pasador del embolo (bulón), las piezas para la fijación del pasador. El pasador sirve para la unión articulada del embolo con la biela del motor con mecanismo de biela manivela. Los pasadores pueden ser sólidos o huecos con superficies internas cilíndricas rectas o cónicas. En los motores de viejos diseños para la fijación respecto al desplazamiento axial del pasador se empotraba en alojamientos y se retenía por medio de un perno; para que no girara el pasador se fijaba con una clavija. Una falla importante de tal instalación del pasador consistía en que el calentamiento del pasador provocaba deformación de la falda, y esto era causa del agarrotamiento del émbolo. Por eso en los motores se utilizan ampliamente los pasadores flotantes, los cuales pueden girar libremente tanto en pie de la biela como en los resaltes de émbolo. Para evitar el desplazamiento axial el pasador se fija por medio de anillos de resorte de retén o por medio de limitadores especiales de metal blando.
32. ¿Qué requerimientos se presentan a los pernos de fuerza o a las tuercas de la culata de cilindro?
La culata o tapa junto con el fondo del embolo y las paredes del cilindro forman la cámara de combustión. El término “culata del cilindro” se emplea para los motores de automóvil y de tractor; el término “tapa” se emplea para motores de barco y motores estacionarios. Durante el funcionamiento del motor la culata se carga con las fuerzas de presión de los gases y de apriete preciso de los espárragos y pernos de sujeción.
Las fuerzas de presión de los gases sobre la culata P”gas se puede determinar por el diagrama indicador y su magnitud es.
P”gas = P gases x F (kg-f) F= área del embolo en cm2
Al hacer una semejanza del sistema cilindro-embolo con un sistema de cilindro de pared delgada (resistencia de materiales) los requerimientos de los pernos y el número de pernos por cilindro se determinan por la fuerza de la presión dentro del sistema.
El número de pernos es igual a la fuerza máxima entre el límite de fluencia del perno por un factor de seguridad.
33. Describa las principales causas que violan el funcionamiento fiable de los pernos o espárragos de biela.
Las tuercas y pernos de los cojinetes principales y de la biela, de bancada y las piezas de sujeción de la culata de los cilindros es necesario apretarlas correctamente, observando una sujeción determinada como la de la figura 5 con una llave dinamométrica. El aseguramiento de los pernos y tuercas mediante los pasadores hendidos se debe efectuar en correspondencia estricta con las instrucciones de la fábrica productora del automóvil. Si la penetración del agua no se puede eliminar apretando las tuercas de los espárragos que fijan la culata, la junta debe ser reemplazada.
Para que los pernos no giren al apretar las tuercas, sus cabezas tienen un rebajo plano. La sujeción de los diferentes elementos de la armazón entre sí (de la bancada de fundamento, del cárter, de los cilindros, y a veces de las culatas) se realiza en la mayoría de los casos por medio de espárragos de fuerza. La fuerza del apriete previo de los pernos debe asegurar un empalme estrecho y superar considerablemente la magnitud de la fuerza que trata de debilitar el empalme, la unión.
Fig. 3. Sucesión del apriete de las tuercas de la culata de cilindros de un motor.
En los cojinetes de bancada para evitar el desplazamiento axial y el giro, los casquillos se fijan por medio de espigas o de salientes rebordeados en los casquillos y que entran en las correspondientes ranuras fresadas en el alojamiento de la bancada y en el sombrerete del cojinete.
Los espárragos deben distribuirse de manera que el esfuerzo de apriete se distribuya por igual sobre la superficie de la junta. Para que los pernos no giren al apretar las tuercas, sus cabezas tienen un rebajo plano. Los casquillos de cojinete se colocan en el lecho con un apriete tal que asegura una adherencia estrecha de los mismos al lecho al apretar las tuercas puestas en los espárragos de los cojinetes, por toda la circunferencia.
34. ¿Qué consecuencias puede tener la rotura del vástago del perno o esparrago de la biela?
La rotura del perno de biela suele provocar en el motor en funcionamiento grandes daños especialmente a las piezas del mecanismo de biela-manivela y de la armazón.
Tomando como ejemplo el motor de una aeronave que falló por la rotura por fatiga de uno de los tornillos que une el sombrerete al cuerpo de la biela y desencadeno una serie de roturas en otros elementos internos como el cárter y el cilindro del motor.
38. ¿Para qué se emplea el volante y los contrapesos?
El volante está situado en un extremo del árbol cigüeñal y busca disminuir la inversión mecánica en el movimiento de los pistones bajo el principio de aumentar la inercia del árbol cigüeñal, es decir se aprovecha esta inercia una vez puesto en movimiento el árbol con el fin de desperdiciar en menor medida la potencia de la carrera que en este caso se aprovecha casi totalmente como movimiento rotacional del mismo eje no como impulso para el movimiento alternativo.
Los contrapesos tienen por objeto balancear o equilibrar la fuerza centrífuga siempre dirigida desde el eje del árbol por el radio de la manivela que carga los cojinetes del árbol cigüeñal lo que genera vibración. Es decir el objeto de los contrapesos es mantener un trabajo sin vibraciones y evitar daños por sobretensiones de los componentes del mismo. 39. ¿Cómo se explica que la masa del volante disminuya al aumentar el número de cilindros dispuestos en una hilera?
En un diesel, actúan fuerzas y momentos que varían constantemente, los cuales transmiten a sus apoyos y provocan la vibración tanto del motor, de sus unidades y todo el vehículo. El desequilibrio del motor se determina por la presencia de fuerzas de inercia, cuyo valor cambia periódicamente, de las masas en movimiento giratorio y de translación del mecanismo de biela manivela y de los momentos engendrados por ellas, por la acción del momento torsional de valor variable que provoca el momento de vuelco en los apoyos, cuya magnitud es igual a la del anterior.
El problema del equilibrio del motor puede resolverse mediante una combinación tal en la disposición y desplazamiento de las masas desequilibradas, que la resultante de las fuerzas de inercia y del momento generado por las fuerzas de inercia se reduzca a cero. La irregularidad del momento torsional puede ser disminuida y restringida por unos límites determinados. El equilibrado del motor se realiza, eligiendo el número y la disposición de los cilindros, el esquema del cigüeñal y la situación de los contrapesos .Para obtener los valores de cálculo de las fuerzas equilibradas para un motor de cualquier disposición de cilindros, es preciso lograr la igualdad de las masas en los grupos de émbolos, la igualdad de las masas y la ubicación igual de los centros de masas en las bielas, en el equilibrio estático y dinámico del cigüeñal.
El momento torsional de un motor Mtor se equilibra por el par de resistencia y el momento
de fuerzas tangenciales de inercia de las masas móviles reducidas al cigüeñal. Para cualquier momento de tiempo
Mtor = Mres + J0 dw/dt,
Donde Mres es el momento que toma en consideración la resistencia de la carga, de la
fuerza de fricción y los gastos de energía para poner en acción los mecanismos auxiliares, J0
es el momento de inercia de la masa móvil, reducido al cigüeñal dw/dt es la aceleración angular del cigüeñal.
El momento torsional varía interrumpidamente según el ángulo de giro del cigüeñal y depende de la carga que tiene el motor. Para fines de comparación se determina el momento torsional en el régimen de potencia máxima. La uniformidad del momento crece con el aumento del número de cilindros. La igualdad de los intervalos entre las carreras efectivas en diferentes cilindros ejerce una influencia positiva sobre la uniformidad. Cuando se plantea el grado de irregularidad, se encuentra el momento de inercia de la masa del volante (en este caso toda las masa concentrada en la llanta del volante) o con cierta aproximación. La masa del volante ha de reducirse en primer lugar hasta el nivel, que asegura la uniformidad necesaria de rotación en la marcha al ralentí.
Sin embargo, en la practica la masa del volante se determina partiendo de las condiciones que aseguran la puesta en marcha del grupo con la transmisión conectada. En este caso la masa del volante resulta ser considerablemente mayor que la necesaria para obtener el grado de uniformidad indicado.
40. Describa las particularidades de diseño de los motores Diesel.
Los motores Diesel tienen como principal particularidad, la carencia de carburador, puesto que a la cámara de combustión no entra, una mezcla sino por el contrario la mezcla entre el aire y combustible en este caso el diesel se realiza internamente en el motor, además este tipo de motores por funcionar con diesel, el cual es auto inflamable no necesita de sistemas de encendido inducido (bujías).
La relación que presentan los motores Diesel es significativamente mayor que en los motores de encendido inducido, esto se debe a que estos motores deben alcanzar unas condiciones que garanticen la auto inflamación del combustible.
El rango de revoluciones para los motores diesel es bastante amplio, para así asegurar en todos los regímenes la más completa combustión del combustible diesel con los mínimos excesos de aire, a fin de evitar el aumento de peso del diesel, por esto los procesos de inyección del combustible diesel de atomización, vaporización, del mezclado con el aire y de combustión deben efectuarse en un tiempo muy corto (en el rango de las milésimas de segundos).
Debe asegurarse una distribución uniforme del combustible por todo el volumen de la cámara de combustión por lo tanto deben perfeccionarse los procesos de formación de la mezcla de lo contrario resultaría en unas partes de la cámara de combustión muchísimo combustible el cual no combustiona completamente, desmejorando la economía del combustible del diesel y en otras partes de la cámara de combustión resulta poco combustible, el cual combustiona completamente pero parte del aire no participa en la combustión y la presión media de los
gases en el cilindro no alcanza aquella magnitud que debería obtenerse dado el caso de utilización completa del aire.
41. Describa las particularidades de diseño de los motores de carburador.
Los motores de carburador deben presentar altas relaciones de compresión para que por medio de la bujía presente una buena combustión y pueda alcanzar potencias más elevadas.
Las temperaturas que alcanzan los motores de carburador son más elevadas que en los motores diesel por lo que se debe controlar en mayor medida la termo transferencia, la disociación y la extinción de la combustión del combustible.
Las presiones máximas que alcanzan los motores de carburador son menores que los diesel en medida considerable por el retraso de la inflamación y por el procedimiento de formación de la mezcla adoptado en el motor. Por tanto se deben tomar las mismas particularidades de diseño con respecto al motor diesel.
El diseño del carburador debe ser muy cuidadoso debido que es de vital importancia una buena mezcla carburante para que no haya una imperfección química elevada y se produzca una buena combustión. El diseño del carburador debe optimizar la funcionalidad de cada parte del mismo de la siguiente manera:
Cuerpo: El carburador puede ser de uno o dos cuerpos dependiendo de los requerimientos del motor. Es de vital importancia que se mezclan las 15 partes de aire y la parte de gasolina, necesarias para el funcionamiento del motor.
Depósito o taza: Es el lugar donde se almacena la gasolina proveniente del sistema de alimentación de combustible. Allí hay una aguja o punzón, que están unidos a un flotador que sube o baja de acuerdo al nivel de combustible que se encuentre en la taza, permitiendo la entrada o no de gasolina al interior, según las necesidades de cada momento.
Aguja o punzón: Se encarga de impedir o permitir la entrada del combustible a la taza, tapando o destapando un fino orificio, de acuerdo al nivel existente dentro de la taza o depósito del carburador.
Flotador: Fabricado en lámina delgada o plástico, sube o baja dentro de la taza, de acuerdo con la cantidad de combustible presente. Se encarga de ordenar mediante un vástago cuando la aguja debe permitir o impedir la entrada de combustible a la taza.
Inyector: Es una pieza atravesada por un orificio, cerrado por una pequeña válvula dotada de un resorte destinado a pulverizar la gasolina en las cámaras de combustión. Puede estar ubicada antes de la válvula de admisión (inyección indirecta) o después (inyección directa).
Surtidor o “chicler”: Es una pieza metálica atravesada por un pequeño orificio calibrado, por donde pasa aire o gasolina. Un carburador tiene varios de estos elementos, que permiten el paso de los dos componentes de la mezcla antes mencionados. Pueden ser de ralentí (marcha lenta o mínima), recuperación (gasolina), o de manejo de aire. Algunos carburadores modernos, incluyen chiclers eléctricos o electrónicos.
Boquilla de inyección: Forma parte del cuerpo del carburador, tiene un estrangulamiento llamado venturi, que tiene como función acelerar la salida de aire en este sitio y a crear una depresión necesaria para la aspiración de la gasolina.
Lámina de gases: Es una pequeña lámina metálica ubicada en la bese del carburador, que se encarga de regular la cantidad de gas carburado (mezcla gasificada de aire-gasolina) que deba ingresar al motor luego de atravesar el múltiple de admisión.
Choke: Se encarga de alterar la entrada de aire que se debe mezclar con la gasolina, para enriquecer la mezcla carburada aumentando la proporción de gasolina, para obtener un mejor encendido del motor en frío.
Puede ser accionado de manera mecánica, por una guaya o un sistema de varillaje, o por el contrario por un efecto térmico que activa el sistema de choke en frío, cerrando la entrada de aire, y abriéndola progresivamente, mientras el motor se calienta.
46. Describa la transmisión y las construcciones de la bomba de agua y del ventilador, los métodos de hermetización (sellamiento) de la bomba, las construcciones de los radiadores en el sistema cerrado de enfriamiento, el objeto, la construcción y el funcionamiento de los termostatos.
Según sea el procedimiento de suministrar el aceite a las superficies de rozamiento de las piezas, los sistemas de engrase se subdividen en tres tipos:
1) sistema de engrase por salpicadura (por barboteo) 2) sistema de engrase a presión, o sea, lubricación forzada 3) sistema de engrase combinado (mixto).
La mayoría de los motores de automóviles y tractores están provistos del sistema de engrase combinado. El aceite se suministra a presión a las piezas más cargadas (por ejemplo los cojinetes de biela y principales del cigüeñal, los cojinetes del árbol de distribución). Las demás piezas van lubricadas por el aceite salpicado en la cavidad interior del motor durante el trabajo de éste último.
La bomba de combustible, el regulador de revoluciones, el ventilador, la bomba de agua y los mecanismos del sistema de arranque están dotados de dispositivos autónomos para la lubricación de las superficies en roce de las piezas. El sistema de engrase combinado comprende también los dispositivos para la depuración y refrigeración del aceite lo que contribuye a disminuir el consumo de aceite y el desgaste de las piezas del motor.
47. ¿Cuáles son el objeto de la lubricación y las condiciones que influyen en la magnitud del coeficiente de razonamiento? ¿Cuáles son los periodos del funcionamiento del motor menos propicios en cuanto a la lubricación de las superficies de trabajo de los cilindros y de los cojinetes de árbol cigüeñal?
El sistema de lubricación sirve para disminuir la fricción y el desgaste de las piezas y al mismo tiempo es un sistema interno de refrigeración de los motores.
Durante el funcionamiento del motor las condiciones de lubricación de sus diversas piezas son variadas. El objeto de la lubricación es prevenir las perdidas por rozamiento y el desgaste de las superficies, para esto se necesita que la lubricación se da fluidamente. La lubricación es necesaria para evitar el desgaste excesivo, el recalentamiento, y el agarrotamiento de las superficies que rozan, para disminuir los gastos de potencia indicada por fricción en el motor y para extraer el calor que se desprende durante el funcionamiento de las superficies.
Las condiciones que influyen en la magnitud del coeficiente de rozamiento son el corte (cizallamiento) de los salientes existentes en las superficies en roce y la interacción molecular de estas superficies en los puntos de contacto, por consiguiente influye la rugosidad de estas superficies. Entre mayor sea la rugosidad de las piezas mayor va a ser r el coeficiente de rozamiento entre ellos y la potencia que se necesita para vencerla y el flujo de aceite debe ser mayor. El tipo de ajuste que haya entre las superficies en contacto también influye ya que de esto depende la estanqueidad y la capacidad de formar la lámina de aceite del lubricante entre estas piezas, si se tiene un ajuste muy holgado no va a surtir efecto el aceite lubricante y si el ajuste es muy fino se dificulta la lubricación entre estas superficies. Por lo dicho últimamente el tipo de aceite que se use para la lubricación también influirá en la magnitud del coeficiente de rozamiento: Aquí debemos tener muy en cuenta tanto sus propiedades físicas, como químicas, densidad, viscosidad, temperatura de ebullición, temperatura de evaporación, temperatura de condensación, que sea un aceite inerte con respecto a las piezas del motor, la oleosidad (la capacidad del aceite de formar una película estrechamente adherida a la superficie del metal).
Los momentos menos propicios en cuanto a la lubricación de las superficies de trabajo de los cilindros y de los cojinetes del árbol cigüeñal se presentan en el momento del arranque, es decir en que se presenta un juego mínimo entre las superficies en contacto. Para explicar esto definiremos primero lo que es la teoría hidrodinámica de lubricación: Cuando un árbol no gira (se encuentra en estado de reposo), el apoyo en el cojinete el juego entre estas dos superficies es cero. Al girar el árbol, las primeras capas de aceite adheridas a la superficie del árbol deben arrastrar a las siguientes, he aquí la importancia de las propiedades oleositas del aceite. Las partículas del aceite puestas en movimiento, bajo el efecto de las fuerzas de fricción existentes entre las capas, se trasladan de la parte ancha del juego a la parte estrecha. Como resultado, en la zona en que el juego tiene la magnitud mínima (h min.), en la capa de aceite surge una presión elevada, bajo cuya acción el árbol parece emergido a la superficie descansando en la almohada del aceite.
48. Explique la esencia, las ventajas y el esquema del sistema combinado de lubricación.
Mencione los conjuntos y piezas del motor que requieren lubricación, y explique cómo se realiza el suministro de aceite a ellos.
Según sea el procedimiento de suministrar el aceite a las superficies de rozamiento de las piezas, los sistemas de engrase se subdividen en tres tipos: 1) sistema de engrase por salpicadura (por barboteo); 2) sistema de engrase a presión, o sea, lubricación forzada; 3) sistema de engrase combinado (mixto).
La mayoría de los motores de automóviles y tractores están provistos del sistema de engrase combinado. El aceite se suministra a presión a las piezas más cargadas (por ejemplo los cojinetes de biela y principales del cigüeñal, los cojinetes del árbol de distribución). Las demás piezas van lubricadas por el aceite salpicado en la cavidad interior del motor durante el trabajo de éste último.
La bomba de combustible, el regulador de revoluciones, el ventilador, la bomba de agua y los mecanismos del sistema de arranque están dotados de dispositivos autónomos para la lubricación de las superficies en roce de las piezas.
El sistema de engrase combinado comprende también los dispositivos para la depuración y refrigeración del aceite lo que contribuye a disminuir el consumo de aceite y el desgaste de las piezas del motor.
49. Describa las construcciones, transmisión, disposición y funcionamiento de las bombas de aceite, así como las medidas para evitar la elevación de la presión del aceite.
Las bombas de aceite más utilizadas en los motores de combustión interna son las de engranajes, generalmente las de dientes helicoidales para reducir el ruido. Existen además otros tipos, como son la bomba de lóbulos y la de paletas, Dichas bombas son capaces de suministrar una presión elevada, incluso a bajo régimen de giro del motor.
Para mejorar su capacidad de aspiración, la bomba de aceite está montada en el bloque motor, normalmente dentro del cárter, sumergida en el aceite.
El giro de los engranajes produce el arrastre del aceite que llega a través del filtro de bomba. El aceite pasa entre los huecos de los dientes de los piñones, por ambos lados del cuerpo de bomba, para salir por el otro extremo a las canalizaciones de engrase.
La presión en el circuito se regula mediante una válvula de descarga, que permite la apertura de un by-pass cuando la presión aumenta excesivamente.
La presión excesiva se produce en los altos regímenes del motor o cuando el aceite está frío, siendo capaz de comprimir el muelle de la válvula de descarga. De éste modo, se mantiene en el valor deseado la presión de aceite del sistema.
50. ¿Por qué es necesario filtrar y enfriar el aceite? Menciones las clases de filtro de aceite, explique su disposición en el motor, métodos de conexión, construcciones y funcionamiento de los filtros.
Como sabemos el aceite nos sirve para disminuir la fricción entre los componentes móviles del motor y absorber parte del calor producido entre ellas, esa fricción produce limaduras muy finas, las cuales son arrastradas por el aceite y si no son filtradas se acumularan hasta un punto que provocaran obstrucción en el sistema de suministro de aceite, además el calor que absorbe el aceite debe ser controlado, ya que al aumentar la temperatura del aceite disminuirá su viscosidad y provocarle su oxidación.
Los filtros de aceite se pueden dividir en dos grupos: de depuración basta total y de depuración fina parcial.
Los filtros de depuración basta se intercalan en serie en el sistema y a través de ellos pasa todo el aceite que circula por el motor.
Por los filtros de depuración fina, que se enchufan en una derivación de las tuberías del sistema de engrase, se hace pasar una parte del aceite (10 a 20%) que después se mezcla con el aceite restante en el colector de aceite.
Un defecto del montaje de los filtros en derivación es que el aceite depurado va a parar al cárter inferior y no a las superficies en rozamiento del motor.
Los elementos filtrantes de los filtros de depuración basta pueden ser de malla fina (tela metálica) o de laminillas (ranurado), y los de depuración fina, de cartón, papel, fieltro o de un material especial.
En los filtros de depuración basta (total) existe una válvula de seguridad que en caso de aumentar la resistencia (en el período de calentamiento del motor cuando está muy sucio el elemento filtrante) deja pasar el aceite esquivando el filtro. Estos filtros retienen partículas de mínimo 0.07 mm.
Los filtros de depuración fina aseguran la limpieza del aceite de partículas mecánicas de hasta 0.001 mm de dimensión.
56. ¿En qué sitio se mide la presión del aceite en la tubería principal del motor Diesel?
¿Cuál debe ser la temperatura del aceite en la salida del motor? ¿El tanque de aceite se puede llenar completamente? ¿Por qué antes del arranque del motor Diesel es necesario trasegar aceite? ¿Hasta qué presión?
Medidor de presión del aceite del motor Diesel, este instrumento indica la presión existente en el sistema, si la lectura es notablemente inferior puede ser señal de desgaste de los cojinetes de bancada o en los de biela; este desgaste produce un aumento en las tolerancias de los componentes internos y en consecuencia una caída en la presión. El funcionamiento del indicador de presión consta en su interior de un tubo metálico flexible unido al sistema de lubricación. Al aumentar la presión, el tubo tiende a desenrollarse. Al hacerlo la aguja se desplaza a lo largo de la escala del indicador. Sin embargo, los usuarios notan un cambio en la presión de aceite de sus motores diesel cuando cambian un aceite monogrado a un multigrado. Efectivamente la presión del aceite en un multigrado es más baja y el usuario puede interpretar la caída de la presión como un problema en su motor o tiende a confundir y poner en duda su calidad como multigrado. La presión alta puede necesariamente no ser buena, ya que se puede deber a un aceite demasiado viscoso, que esté tapado un conducto, o que sencillamente el ralentí del motor es demasiado alto.
Sin embargo la presión baja en un motor no necesariamente puede ser mala, ya que podría ser ventajosa para un motor diesel que opere en condiciones normales.
La presión de operación normal de un motor diesel debe ser establecida por su fabricante. En los motores de gasolina el anillo de compresión superior puede llegar a exponer el aceite de motor a temperaturas de hasta 160 °C. En los motores diésel el anillo superior puede exponer el aceite a temperaturas superiores a los 315 °C. Los aceites de motor con índices de viscosidad superiores se debilitan menos a altas temperaturas.
Antes del arranque del motor Diesel es necesario trasegar aceite ya que este se encarga de limpiar el aire que ingresa en la mezcla aire combustible, y otro uso es la previa lubricación de todo el sistema del motor de combustión interna.
58. ¿Qué objeto tienen y con qué medidas se mejoran la atomización y la
vaporización del combustible en los carburadores? ¿De qué depende la cantidad de aire que pasa a través del carburador? ¿De qué depende la cantidad de combustible suministrado por el suministrador?
En el carburador el combustible se atomiza, se evapora parcialmente y se mezcla con el aire formando la mezcla combustible (aire carburado) cuya composición se necesita para llevar a cabo eficazmente el proceso de la combustión. De la calidad del funcionamiento del carburador, y la atomización del combustible en éste, depende la potencia que desarrolla el
motor y su rendimiento económico. Además, para el funcionamiento del motor con regímenes variables y para que la transición de un régimen a otro sea rápida el carburador debe asegurar la formación de una mezcla combustible homogénea en la cual se vaporice la mayor cantidad posible de combustible y se mezcle con el aire.
Debido a que los chorros de aire, que se mueven a través del difusor, con una velocidad que supera 25 veces, aproximadamente, la de las gotas de combustible que llegan al atomizador; las gotas de combustible deben atomizarse, formando así, partículas más pequeñas, y, mezclándose con el aire, producen una mezcla carburante que se suministra al cilindro del motor. La atomización se realiza para que se presente una mezcla más homogénea de aire – combustible y se pueda presentar la combustión.
Debido a la atomización aumenta la superficie de contacto de las partículas del combustible con el aire y el combustible se vaporiza intensamente.
Durante el tiempo de admisión, estando abierta la mariposa de aire, la depresión creada en el cilindro se transmite a través de la tubería de admisión a la cámara de carburación y al difusor, provocando en ellos el movimiento del aire. La depresión producida en la cámara de carburación y en el difusor se puede regular por la mariposa de gas y la de aire. En conclusión, la cantidad de aire que entra al cilindro depende del ángulo de apertura de la mariposa de aire.
El combustible procedente de la cuba pasa, a través del surtidor, al pulverizador, cuyo orificio de salida se encuentra en la parte estrecha (garganta) del difusor. Para que el combustible no salga del pulverizador cuando el motor está parado, el orificio de salida del mismo se encuentra de 1 a 2 mm superior al nivel del combustible que se halla en la cuba. El atomizar la gasolina y después mezclarla bien con el aire no basta para producir una carburización satisfactoria, la mezcla de aire-combustible debe ser adicionalmente evaporada para que llegue a los cilindros del motor en un estado casi gaseoso. Esto se logra aplicando calor a la sección central del múltiple de admisión por medio de un conducto de calefacción el cual se extiende por esta sección y directamente debajo de la pestaña de montaje del carburador. Los gases calientes de escape que pasan a través del conducto de calefacción ayudan a evaporar o gasificar la mezcla. Los gases de escape son desviados hacia el conducto de calefacción del múltiple de admisión por medio de una válvula controlada termostáticamente llamada válvula de calefacción. Cuando el motor está frío la válvula se cierra obligando a los gases de escape a pasar a través del conducto de calefacción. Cuando el motor comienza a calentarse gradualmente la válvula se abre poco a poco y parte de los gases de escape van directamente al sistema de escape.
El objeto de la atomización y vaporización del combustible en los carburadores es con el fin de garantizar el funcionamiento del motor con regímenes variables y para que la transición de un régimen a otro sea rápida. Además el carburador debe asegurar la formación de una mezcla combustible homogénea en la cual vaporice la mayor cantidad posible de combustible con aire.
Debido a la atomización aumenta la superficie de contacto de las partículas del combustible con el aire y el combustible se vaporiza intensamente.
Para asegurar una vaporización más completa del combustible se suele calentar la tubería de admisión por los gases de combustión o por los líquidos procedentes del sistema de refrigeración.
El empleo del sistema de difusores múltiples mejora la formación de la mezcla en el carburador, ya que el combustible que va suministrado de los atomizadores de los surtidores primeramente es atomizado por el aire que atraviesa los difusores, en los cuales están ubicados los pulverizadores o en su caso los atomizadores. Cuando la mezcla pasa a través del difusor medio, el combustible se atomiza todavía mas finamente por el aire que atraviesa este difusor.
La cantidad de combustible suministrado por el difusor depende de la depresión creada en el difusor pequeño y el difusor adicional y de la depresión creada en el difusor grande. A medida que va aumentando la apertura de la mariposa del gas, la corriente del aire comienza a separar del difusor las placas y una parte del aire, evitando los difusores pequeño y medio, pasará entonces entre el difusor grande y el medio. Cuanto más se abre la mariposa del gas, tanto mayor llega a ser la sección de paso entre en el difusor grande y el medio y por consiguiente, tanto más aumenta también la cantidad de aire que atraviesa esta sección. Con ello la depresión se aumenta en todos los difusores, pero el crecimiento de la depresión junto al pulverizado del surtidor principal y la salida del combustible contenido en el mismo ocurrirá más despacio que en el pulverizador del surtidor adicional. La entrada de aire al carburador depende de la mariposa de aire, instalada en la tubuladura de entrada. Al cerrarse la mariposa de aire, se eleva la depresión o vacío creada en la cámara de carburación, debido a lo cual la mezcla se enriquece a costa de una salida intensa del combustible a partir de los pulverizadores del dispositivo dosificador principal y del circuito de marcha lenta. El aire necesario para formar la mezcla carburante penetra a través de las rendijas junto al borde de la mariposa de aire. En muchos carburadores el mando de la mariposa de aire se efectúa manualmente valiéndose del cable que sale a la cabina del conductor.
59. ¿Cuáles son las composiciones de la mezcla carburante y por qué son necesarias: 1) en el arranque. 2) a pequeñas revoluciones de marcha en vacío. 3) para la obtención de eficiencia y de potencia plena ?
El motor de carburador instalado en los automóviles y tractores trabaja en los regímenes principales siguientes: 1) arranque; 2) marcha en vacío y cargas pequeñas; 3) cargas medias; 4) carga completa. Para obtener el trabajo más eficaz del motor para el régimen dado es muy importante que la mezcla carburante, para el momento de inflamarla por la chispa eléctrica, sea la más ventajosa en cuanto a su composición. La mezcla debe ser homogénea y el combustible que forma parte de ella debe encontrarse en el estado de vapor.
1) Arranque: al poner en marcha un motor frío, la formación de la mezcla queda dificultada dado que la depresión creada en el difusor es de valor insuficiente, la velocidad de movimiento del aire es pequeña y la temperatura de las piezas del motor permanecen bajas. Por eso, para efectuar el arranque, a los cilindros del motor se debe suministrar una mezcla carburante rica (α=0.5-0.6) para que al punto de inflamarla contenga una cantidad suficiente de fracciones livianas, de evaporación rápida, del combustible.
2) Marcha en vacío a pequeñas cargas: al operar en estas condiciones la mariposa del gas queda entrecerrada, ya que al motor se le debe suministrar una pequeña cantidad de mezcla carburante. La depresión y velocidad de la corriente de aire en el difusor son insignificantes. Las
condiciones para la pulverización y la evaporación son desfavorables. Por eso el carburador debe preparar una mezcla enriquecida con el coeficiente de exceso de aire α=0.6-0.8%. 3) Cargas medias: de un 40 a 90% de la carga plena del motor, a sus cilindros se deben suministrar cantidades de la mezcla carburante, pero la composición de esta última ha de permanecer constante y un poco empobrecida (α=1.10-1.15) para poner el trabajo más económico.
4) Carga plena del motor: la mariposa de estrangulamiento está abierta por completo por lo que para obtener la potencia máxima la mezcla carburante debe estar enriquecida (α=0.85-0.90).
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 carburador más sencillo no ofrece un enriquecimiento paulatino necesario de la mezcla.
Ahora bien, al trabajar en los regímenes indicados, el carburador más sencillo hace variar la composición de la mezcla de una manera inversa a lo que se requiere. Al abrir bruscamente la mariposa del gas, es necesario suministrar a los cilindros una mezcla enriquecida para que el motor eleve rápidamente el número de revoluciones y aumente su potencia. En el carburador más sencillo, al abrir de modo brusco la mariposa del gas, la mezcla carburante se empobrece.
62. ¿En qué consiste la esencia del fenómeno de la detonación? ¿Cuáles son sus síntomas externos, la causas de su surgimiento? ¿Qué circunstancias acentúan y debilitan la detonación?
Las principales causas de la detonación son el aumento rápido de la temperatura y de presión. La elevación de las temperaturas de la mezcla combustionada provoca el crecimiento de la presión y el aumento del volumen. En una parte de la mezcla carburante, que suele ser más alejada de la fuente de inflamación, a consecuencia de la termo transferencia y de la compresión de esa parte de la mezcla por la mezcla que ha ardido, la presión y la temperatura crecen, y también crece la preparación química de esta parte de la mezcla para la combustión térmica antes de que ella alcance el frente de flama. Esta parte de la mezcla se autoinflama y prácticamente arde instantáneamente; sus temperaturas y presiones crecen muy bruscamente, superando las temperaturas y presiones medias de toda la masa de gases que se hallan en la cámara de combustión.
La presión instantáneamente creciente de una pequeña parte de la mezcla no alcanza a igualarse, a nivelarse, y en la cámara de combustión se forman ondas de choque, que se mueven con velocidades supersónicas y que provocan el movimiento oscilatorio de toda la masa de productos de la combustión recluidos en la cámara.
Tal proceso de combustión con auto inflamación instantánea incontrolable, que lleva aparejados un crecimiento local brusco de las temperaturas y presiones y formación de ondas de choque, se llama combustión detonante o detonación.
Las ondas de choque de las presiones se mueven con velocidades muy grandes, por la cámara de combustión, múltiples veces chocan con las paredes de la culata y el émbolo, que comienza a vibrar, lo que durante el funcionamiento del motor se manifiesta por medio de golpes metálicos bien audibles.
La aparición de la combustión detonante principalmente es resultado de la clase de gasolina incorrectamente seleccionada para el motor de carburador con determinada relación de comprensión. Sin embargo además de esto, en la aparición y la intensidad de la combustión detonante ejercen también influencia una serie de otros factores.
La resistencia a la detonación de las gasolinas se acostumbra determinar acorde con el índice de octano. Para determinar el índice de octano se utilizan motores monociclíndricos con relación de comprensión variable.
Para elevar los índices de octano de las gasolinas a veces se les adicionan antidetonantes. Antidetonantes se llaman las sustancias que no son combustibles y se añaden a las gasolinas en muy pequeñas cantidades (fracciones porcentuales) para elevar sus cualidades antidetonantes.
La detonación trae consigo algunos síntomas que se manifiestan externamente tales como: Humosidad de los gases de escape; como consecuencia de la acentuada disociación de la combustión y el aflujo de calor en el proceso de expansión provocados por la elevación local instantánea de la temperatura.
Quemado de los fondos y bordes de los cilindros y destrucción de los cojinetes; producto de la detonación fuerte y prolongada.
Disminución de los indicadores de economía (eficiencia) y de potencia del motor por la elevación de las temperaturas de las paredes de la culata de cilindro, del émbolo y del plato de la válvula de escape, lo que produce la disminución del llenado de los cilindros.
63. ¿Mediante qué métodos se efectúa la compensación de la mezcla carburante en los carburadores? Describa la construcción de los filtros-sedimentadores y de los filtros de aire en los motores de carburador.
En los carburadores se utiliza un compensador de aire para la marcha mínima, con el fin de compensar la mezcla demasiado rica producida por los excesivos vapores de la gasolina, cuando se hace funcionar el motor cuando está muy caliente. En los carburadores de automóvil, el compensador consiste en una válvula controlada termostáticamente, por lo general montada encima del tubo Venturi principal o en la parte posterior de la taza del carburador. Esta válvula funciona por medio de una tira bimetálica y normalmente mantiene cerrado un conducto de aire que se extiende desde un punto situado encima del Venturi hasta un punto más debajo de la válvula del acelerador. Cuando el motor funciona estando muy caliente. Los excesivos vapores de gasolina que entran al múltiple, enriquecen normalmente la mezcla, dando como resultado una marcha mínima irregular e incluso que el motor deje de funcionar. El compensador de aire para la marcha mínima elimina este problema, ya que a una temperatura determinada el termostato se inclinará para desplazar
la válvula de su asiento y permitir que fluya aire a través del conducto compensador y así mantener la marcha mínima uniforme. Cuando el motor se enfría, el termostato cierra la válvula y el carburador proporciona mezcla normal.
El filtro sedimentador es un filtro de combustible en el que la depuración de impurezas mecánicas se lleva a cabo mediante dispositivos filtrantes en forma de mallas, de juegos de placas o de elementos porosos. La filtración de agua e impurezas mecánicas más finas del combustible se realiza en el sedimentador.
Filtro sedimentador
Los filtros de aire de los motores pueden ser de inercia, filtrantes o combinados. En caso de querer elevar la eficiencia se emplea líquidos en el escalón de inercia o humidificación de los elementos filtrantes esta disposición reconoce como filtros húmedos si no se emplea liquido alguno entonces se les llama filtros secos.
En la figura siguiente se nota el esquema de un filtro de aire, el aire ingresa al filtro por el embudo 5. En la sección de paso 3 el flujo se acelera. Pasando sobre el aceite 2, el aire gira bruscamente y se dirige a la cavidad con empaque 4. las partículas pesadas caen en el aceite incapaces de cambiar de trayectoria, mientras las partículas más pequeñas se filtran
64. ¿Qué requerimientos se presentan a los tubos de admisión y escape? Describa la construcción y el funcionamiento de los sistemas de precalentamiento de la mezcla de los motores.
Por la tubería de admisión la mezcla carburante procedente del carburador (en los motores de carburador) y el aire procedente del depurador de aire (en los motores diesel) llega a los cilindros. Por la tubería de escape los gases quemados se derivan de los cilindros.
Las tuberías de admisión y de escape se fabrican de fundición formando una pieza común o dos piezas separadas. En una serie de los motores las tuberías de admisión están fundidas en una aleación de aluminio. En algunas construcciones las tubería fundidas por separado se sujetan entre si mediante pernos. Las bridas de tabuladores de las tuberías de escape provistas de juntas de metal imantado y de los de admisión provistos de juntas de paronita se unen al bloque-cárter o a la culata de cilindros con ayuda de los espárragos o tuercas. Las tuberías de admisión y de escape deben tener formas y secciones tales que la resistencia que se opone al movimiento de los gases sea mínima y la mezcla carburante (o aire) vaya distribuida uniformemente por los cilindros.
Los gases quemados salen del cilindro del motor a gran velocidad, produciendo un ruido estridente, para disminuir este ruido se montan silenciadores en el tubo de escape y que al pasar por estos dispositivos dichos gases de escape se expanden perdiendo velocidad, saliendo al medio ambiente sin hace ruido.
Para disminuir el peligro de incendios las tuberías de escape de los motores de tractores y de máquinas agrícolas automotrices están dirigidas hacia arriba y están dotadas por apaga chispas.
En algunos casos la tubería de admisión es calentada por el agua caliente procedente del sistema de refrigeración. Para esto la tubería esta provista de paredes dobles y el espacio formado entre ellas está lleno de agua que pasa de la culata de cilindros al radiador.
Para evaporar mejor el combustible y evitar que se condense la mezcla carburante, antes de que llegue al motor de carburador, es precalentada por el calor de los gases de combustión o del líquido procedente del sistema de refrigeración.
Es recomendable precalentar el aire que llega al carburador y controlar su temperatura, ya que se reduce la variación en la densidad del aire y, en consecuencia, tener un mejor control de la relación de la mezcla, respecto a la economía del combustible y el control de emisiones; asimismo, se minimiza el congelamiento del carburador y se reduce la necesidad de una válvula de traspaso en el múltiple de escape.
El calentamiento puede ser no regulable y regulable. El grado necesario de calentamiento depende de la marca del combustible a utilizar, la temperatura ambiente y la carga del motor. La subida de la temperatura de la mezcla carburante y su expansión llevan a la reducción del llenado, en peso de los cilindros, por esto es conveniente variar la intensidad de calentamiento de la mezcla, aumentando el calentamiento al estar frío o poco cargado el
motor y disminuyéndolo gradualmente a medida que va calentándose el motor y creciendo la carga.
Funcionamiento del sistema de precalentamiento en el motor GA2.S2-01 (Figura. 15).
Figura. 15. Tuberías de admisión y escape con regulación manual de calentamiento de la mezcla carburante (motor CAZ-01).
a- calentamiento completo (invierno).
b- calentamiento está desconectado (verano).
1. mariposa; 2.sector; 3.tubería de escape; 4.tubería de admisión.
El calentamiento de la mezcla se regula manualmente con ayuda de la mariposa 1 instalada en la tubería de escape 3. Para esto el extremo exterior del eje de la mariposa lleva sujetada el sector 2. El sector puede ponerse en dos posiciones: junto a la marca con letrero “invierno” abriendo la mariposa y junto a la marca con letrero “verano” cerrándola. Cuando este queda cerrado, los gases de combustión no llegan a la camisa de calentamiento y el calentamiento de la mezcla carburante cesa.
En algunos motores diesel dotados de motores de carburador para el arranque el aire que pasa por la tubería de admisión es calentado por el calor de los gases quemados del motor de arranque durante la puesta en marcha del motor diesel. Esto facilita el arranque del motor diesel, sobre todo a bajas temperaturas del medio ambiente.
68. Describa el objeto, la construcción (esquema) y el funcionamiento de los reguladores de revoluciones del árbol cigüeñal.
En los motores de automóvil de carga y tractores se instalan dispositivos reguladores de velocidades llamados limitadores de revoluciones máximas con el fin de que no supere determinada velocidad (rpm). En los automóviles se instala una válvula de estrangulación en los tubos de admisión de los motores de carburador, la cual a grandes velocidades de la mezcla gira y disminuye la sección para el paso de esta. Para que el árbol del motor no supere el número de revoluciones estipulado por el fabricante.
En los automóviles livianos se instala un empaque de acero delgado, entre las bridas del tubo de admisión y el carburador, que disminuye la sección del paso de la mezcla con el objeto de disminuir el número máximo de revoluciones.
De igual manera en los Diesel se instala el regulador. El cual actúa sobre el caudal del combustible y aún número estipulado de revoluciones lo disminuye bruscamente. De esta manera el árbol de éste motor no puede superar el número revoluciones designado.
El máximo número de revoluciones en la mayoría de los motores constituye un 50-60% de aquellas revoluciones a las cuales el llenado ponderal podría alcanzar el máximo o 60-80% de las revoluciones correspondientes a la potencia efectiva máxima.
El objeto del regulador de revoluciones del árbol cigüeñal es mantener el régimen de velocidad límite del motor en funcionamiento a un número de revoluciones nominal con el cual alcanza este la potencia máxima, es decir su función es evitar que el motor supere una determinada velocidad. Este mecanismo regulador especial, a diferentes cargas, hace variar automáticamente la magnitud de apertura de la mariposa o la posición de la cremallera de la bomba de combustible, merced a lo cual cambie la cantidad de mezcla carburante o de combustible suministrada al cilindro del motor.
Figura 16. Regulador de revoluciones.
De lo anterior se deduce que el objeto del regulador de revoluciones es:
- Evitar los excesos de velocidad o calados del motor.
- Mantener la velocidad del motor relativamente constante para cualquier posición del acelerador seleccionada, a pesar de las variaciones de carga.
En los reguladores mecánicos el aumento de la fuerza centrífuga con la velocidad de rotación se utiliza para facilitar el control de regulación. Estos pueden ser: de velocidad constante, de velocidad variable o de velocidad limitada.
Regulador sencillo de velocidad constante: Se instalan en motores que necesitan funcionar a una velocidad establecida o constante. Sus aplicaciones incluyen motores que llevan un alternador de potencia, bombas de agua, elevadores, etc.
El regulador sencillo de velocidad constante consta de dos contrapesos pivotantes, una horquilla y un muelle de regulación. La fuerza del muelle actúa contra el brazo de la palanca de los contrapesos, que son empujados hacia el eje. Cuando el eje gira, la fuerza centrífuga hace que los contrapesos se desplacen hacia el exterior y el brazo de palanca
