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INTRODUCCIÓN.

En la Actualidad, el concepto de Mecánica Automotriz ha cambiado considerablemente, ya que anteriormente para el funcionamiento de los diferentes componentes principalmente del motor, se necesitaba aprovechar el movimiento del motor, por ejemplo; el ventilador, bomba de gasolina, entre otros, por tanto era energía mecánica.

Para ahorrar y aprovechar al máximo el rendimiento del motor, ahora se utilizan componentes electromecánicos, basados principalmente en el uso de la electricidad,  la electrónica y un software denominándose actualmente mecatrónica automotriz.El campo de la Mecánica Automotriz, se ha desarrollado potencialmente en el diseño aerodinámico de sus carrocerías, aprovechar al máximo la potencia del motor, disminuir la contaminación y consumo de carburantes fabricándose vehículos híbridos hasta casi llegar a cero contaminaciones.

Por lo antes expuesto, el perfil que debe tener un mecánico automotriz, no solamente es desarmar y armar piezas del vehículo o el motor, sino que también, tener conocimientos sólidos de electricidad y un poco de electrónica y así comprender el funcionamiento del vehículo y el motor.

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ANTECEDENTES.

Las aplicaciones de esta ingeniería se encuentran en los archivos de muchas sociedades antiguas de todo el mundo. En la antigua Grecia, las obras de Arquimedes (287 a. C.-212 a. C.) ha influido profundamente en la mecánica occidental y Heron de Alejandria (c. 10-70 d. C.), creó la primera máquina de vapor. En China, Zhang Heng (78-139 d. C.) mejora un reloj de agua, e inventó un sismometro, y Ma Jun (200-265 d. C.) inventó un carro con diferencial de engranajes. El ingeniero chino Su Song (1020-1101 d. C.) incorporó un mecanismo de escape en su torre del reloj astronómico dos siglos antes de que cualquier fuga se pudiese encontrar en los relojes de la Europa medieval, así como la primera cadena de transmisión.Durante los siglos VIII al XV, en la era llamada edad de oro islámica, se realizaron notables contribuciones de los musulmanes en el campo de la tecnología mecánica. Al Jaziri, quien fue uno de ellos, escribió su famoso "Libro del Conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos" en 1206, en el cual presentó muchos diseños mecánicos. También es considerado el inventor de tales dispositivos mecánicos que ahora forman la base de mecanismos, tales como árboles de levas y cigueñal.Un hito importante en la creación de la ingeniería mecánica sucedió en Inglaterra durante el siglo XVII cuando Sir Isaac Newton formuló las tres Leyes de newton y desarrolló el cálculo. Newton fue reacio a publicar sus métodos y leyes por años, pero fue finalmente persuadido a hacerlo por sus colegas, tal como Sir Edmund Halley, para el beneficio de toda la humanidad.La mecánica automotriz es la rama de la mecánica que estudia y aplica los principios propios de la física y mecánica para la generación y transmisión del movimiento en sistemas automotrices, como son los vehículos de tracción mecánica.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En un mundo en donde la industria automotriz es de las más importantes si no la mas en cuanto a innovación y desarrollo de tecnología, cada vez se desarrollan automóviles con más variantes y mejor rendimiento en cuanto a combustión se refiere lo cual implica una gran competencia entre corporaciones dedicadas al diseño y desarrollo de sistemas automotrices, lo que conlleva a una gran fuente de trabajo alrededor del mundo, en nuestro país en el cual existen una gran cantidad de plantas encargadas desde ensamble hasta el desarrollo de diseño de partes.

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JUSTIFICACIÓN.

La ingeniería de la industria automotriz, junto con la ingeniería aeroespacial y la ingeniería marina, es una rama de la ingeniería vehicular, que incorpora elementos de mecánica, electricidad, electrónica, software e ingeniería de seguridad aplicándolos al diseño, manufactura y operación de motocicletas, automóviles, autobuses y camiones y sus respectivos subsistemas de ingeniería.

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OBJETIVOS.

Conocer los conceptos generales de la mecánica y electricidad automotriz, así como los sistemas tradicionales y no convencionales, también conocer la historia automotriz.

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FUNDAMENTOS.

El término mecánico se refiere principalmente para denominar a todos los profesionales que se ocupan de la construcción de equipos industriales y maquinarias, así como de su montaje y de su mantenimiento cuando las máquinas están en servicio. Tanta globalidad de profesionales contiene una buena variedad de especialidades de mecánicos según la tarea que desarrollen: Así por ejemplo en los talleres y fábricas de construcción de equipos y maquinaria, los mecánicos se especializan según la máquina herramienta que manejen, por ejemplo: Ajustadores, torneros, fresadores, rectificadores, soldadores, etc. Los mecánicos que se ocupan del montaje de maquinaria, se les conoce como mecánicos montadores. Finalmente a los mecánicos que se ocupan del mantenimiento de maquinaria reciben el nombre de: mecánicos de automoción, mecánicos de barcos, nicos de trenes, mecánicos de aviones, etc. La formación de un profesional mecánico se adquiere después de varios años de aprendizaje tanto teórico como práctico. Este aprendizaje se imparte en los Institutos de Formación Profesional. Un profesional mecánico que continúe sus estudios, puede titularse como Ingeniero Mecánico y poder trabajar en la Oficina técnica de proyecto y diseño de maquinaria y equipos industriales. En sus tareas profesionales los mecánicos manejan una buena cantidad de herramientas e instrumentos de medición, muestra de la cual se adjunta en este artículo.

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DESARROLLO.

7.1 Clasificación de los motores de combustión interna

7.1.1 Posición del árbol de levas.

Un árbol de levas es un mecanismo formado por un eje en el que se colocan distintas levas, que pueden tener distintas formas y tamaños, y están orientadas de diferente manera, para activar diferentes mecanismos a intervalos repetitivos, como por ejemplo unas válvulas, es decir constituye un temporizador mecánico cíclico, también denominado Programador mecánico.

En un motor controla la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y escape, para desplazar las válvulas de sus asientos se utilizan una serie de levas, tantas como válvulas tenga el motor. Dichas levas van mecanizadas en un eje, con el correspondiente ángulo de desfase para efectuar la apertura de los distintos cilindros, según el orden de funcionamiento establecido.

Los sistemas de distribución se pueden clasificar dependiendo de la localización del árbol de levas. Hasta la década de 1980 los motores tenían una configuración del árbol de levas ubicado en el bloque motor. En la actualidad, prácticamente todos los motores poseen el árbol de levas montado en la tapa de cilindro. Las válvulas pueden ir dispuestas de varias maneras respecto del cilindro, pero hay dos ubicaciones principales: laterales o en la culata.

Sistema SV: También denominado "de válvulas laterales". En este sistema

la válvula se ubica en una posición lateral al cilindro, es decir, está alojada

en el bloque. El mando de esta válvula se efectúa con el árbol de levas

situado en el bloque motor. Este sistema de distribución no se utiliza desde

hace tiempo por dos inconvenientes principales: Obliga a que la cámara de

compresión tenga que ser mayor, y el tamaño de las cabezas de las

válvulas se vea limitado por el poco espacio de que dispone.

Sistema OHV: Se distingue por poseer el árbol de levas en el bloque motor

(Generalmente en el sector inferior) y las válvulas dispuestas en la culata.

En este sistema la transmisión de movimiento del cigüeñal al árbol de levas

se hace directamente por medio de dos piñones o con la interposición de un

tercero, también se puede hacer por medio de una cadena de corta

longitud. La ventaja de este sistema es que la transmisión de movimiento

entre el cigüeñal y el eje de camones necesita un mantenimiento nulo o

cada muchos kilómetros. La desventaja viene dada por el elevado número

de elementos que componen este sistema para compensar la distancia

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existente entre el árbol de levas y las válvulas. Este inconveniente influye

sobre todo a altas revoluciones del motor, lo cual supone un límite en el

número de revoluciones que estos motores pueden llegar a alcanzar. Este

sistema se ve muy influenciado por la temperatura del motor, lo que hace

necesario una holgura considerable en los taqués.

Sistema OHC: Se distingue por tener el árbol de levas en la culata al igual

que las válvulas. Es el sistema más utilizado en la actualidad en todos los

automóviles. La ventaja de este sistema es que se reduce

considerablemente el número de elementos entre el árbol de levas y las

válvulas por lo que la apertura y el cierre de las válvulas es más precisa.

Esto trae consigo que los motores puedan alcanzar mayor número de

revoluciones. Tiene la desventaja de complicar la transmisión de

movimiento del cigüeñal, ya que se necesitan correas o cadenas de

distribución de mayor longitud, que con el uso se van desgastando en

mayor medida, necesitando más mantenimiento. Este sistema es en

general más caro y complejo pero resulta mucho más efectivo y se obtiene

un mayor rendimiento del motor.

Dentro del sistema OHC existen dos variantes:

SOHC: Está compuesto por un sólo árbol de levas que acciona las válvulas

de admisión y escape.

DOHC: Está compuesto por dos árboles de levas, uno accionando las

válvulas de admisión y el otro accionando las de escape.

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7.1.2 Posición de los pistones en B

En la carrera de explosión, el pistón recibe un fuerte impulso por su parte superior, que lo lanza del PMS hacia el PMI. Este impulso se transmite al cigüeñal por medio de la biela. La fuerza que actúa sobre la cabeza del pistón en el momento de la explosión depende del tipo del vehículo de que se trate, pero puede suponerse de 1500 kg. Este impulso lanza al pistón hacia abajo con una velocidad lineal aproximada de 12 m/s en un motor que gire a 5.000 rpm. Las temperaturas medias que alcanza el pistón durante el funcionamiento oscilan entre los 300 a 400ºC.El pistón, por tanto, deberá ser resistente para soportar las presiones y elevadas temperaturas que se desarrollan en el momento de la explosión y tener un peso reducido para atenuar los efectos de inercia debidos a la gran velocidad con que se mueve.

Una de las características importantes del pistón es la precisión de algunas de sus medidas debido a la extremada exactitud de su acoplamiento con el cilindro para mantener la estanqueidad. También hay que considerar la influencia de la dilatación de los materiales empleados. Si el émbolo se ajusta en frío, al producirse la dilatación, se agarrota. Si por el contrario se ajusta en caliente, con el motor frío se produce un cabeceo en el émbolo que golpea las paredes del cilindro. Debido a esto se requiere el empleo de materiales con un reducido coeficiente de dilatación térmica, muy difícil de conseguir con las aleaciones ligeras.

Estructura.-Un embolo es semejante a un vaso invertido, completamente hueco para reducir al máximo su peso. Está formado por una cabeza () destinada a recibir los esfuerzos de empuje, en el cual se mecanizan las ranuras () que contienen los aros o segmentos encargados de hacer el cierre hermético con el cilindro. La parte inferior llamada falda (), sirve de guía al embolo en su desplazamiento por el cilindro. En ella se sitúa el alojamiento () destinado al ajuste del bulón de amarre con la biela, a través del cual se transmiten los esfuerzos de empuje.

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La cabeza del émbolo puede ser plana, o adoptar formas especiales, destinadas a provocar la turbulencia del gas, como ocurre en los motores Diesel, o con protuberancias en forma de deflector para conducir los gases, en los motores de inyección directa y también en los de 2 tiempos. También los pistones pueden tener rebajes para no interferir con las válvulas

Características.-Teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento a que están sometidos, los émbolos deben reunir las siguientes características:

Disponer de una estructura robusta, sobre todo en las zonas de mayor esfuerzo, como son la cabeza y el alojamiento del bulón.

Tener el menor peso posible y estar perfectamente equilibrados en todos los cilindros.

Máxima resistencia al desgaste y a los agentes corrosivos. Mínimo coeficiente de dilatación. Gran conductibilidad térmica.

El material empleado para la fabricación de émbolos destinados a motores es a base de aleaciones ligeras, a base de aluminio-silicio con ligeros contenidos de Cu, Ni y Mg, fundidas en coquilla. Una vez mecanizados se someten a un tratamiento térmico escalonado con la finalidad de elevar la dureza y

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resistencia al desgaste. Para motores de alta potencia y Diesel sobrealimentados, los pistones se fabrican mediante forja y estampación, con altos contenidos de silicio, hasta un 25%.

7.1.3 Tipos de combustible (diesel y gasolina)

Gasolina.- La gasolina es una mezcla de hidrocarburos alifáticos obtenida del petróleo por destilación fraccionada, que se utiliza como combustible en motores de combustión interna con encendido por chispa convencional o por compresión (Dies Otto), así como en estufas, lámparas, limpieza con solventes y otras aplicaciones. En Argentina, Paraguay y Uruguay, la gasolina se conoce como «nafta» (del árabe «naft»), y en Chile, como «bencina».

Tiene una densidad de 760 g/L1 (un 20 % menos que el gasóleo, que tiene 850 g/L. El gasoil A tiene una densidad de 845 g/L, es amarillento y se usa para turismos, el gasoil B tiene una densidad de 855 g/L, es rojizo y es para uso agrícola, y el gasoil C es azulado y tiene un uso doméstico). Un litro de gasolina proporciona, al arder, una energía de 34,78 mega julios, aproximadamente un 10 % menos que el gasoil, que proporciona 38,65 mega julios por litro de carburante. Sin embargo, en términos de masa, la gasolina proporciona un 3,5 % más de energía.

En general se obtiene a partir de la gasolina de destilación directa, que es la fracción líquida más ligera del petróleo (exceptuando los gases). La nafta también se obtiene a partir de la conversión de fracciones pesadas del petróleo (gasoil de vacío) en unidades de proceso denominadas FCC (craqueo catalítico fluidizado) o hidrocraqueo.

La gasolina es una mezcla de cientos de hidrocarbonos individuales desde C4 (butanos y butenos) hasta C11 como, por ejemplo, el metilnaftaleno.

Gasolina de destilación directa: ausencia de hidrocarburos no saturados, de moléculas complejas aromáticas nafténicas. El contenido aromático se encuentra entre 10-20 %.

Diesel.- El gasóleo o diésel, también denominado gasoil, es un hidrocarburo líquido de densidad sobre 832 kg/m³ (0,832 g/cm³),1 compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en calefacción y en motores diésel. Su poder calorífico inferior es de 35,86 MJ/l (43,1 MJ/kg)1 que depende de su composición comercial.

La palabra “diésel” (también es apropiada la escritura dísel, tal y como se indica en la última Ortografía académica publicada) se deriva del nombre del inventor alemán Rudolf Christian Karl Diesel2 que en 1892 inventó el motor diésel. Al

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principio consideró que el combustible idóneo para su motor era carbón en polvo, pero al intentar inyectarlo en los cilindros causó una explosión que destrozó el prototipo. Después probó con aceites vegetales y tuvo éxito usando aceite de cacahuete. Finalmente Diesel consiguió un producto estable a partir del refinado del petróleo produciendo lo que hoy conocemos como gasóleo.

Por otro lado, las calderas de calefacción empezaron a emplear otro derivado del petróleo llamado fuelóleo (hidrocarburo) de cadena más larga que el gasóleo) que, con el tiempo se demostró era contaminante, por su relativamente alto contenido en azufre, poco a poco, fue prohibiéndose su uso (hasta llegar a su prohibición en muchos países), cambiándolo por el gasóleo. Si en principio era aceptable la palabra diésel para denominar este combustible, su uso para la calefacción, que no tiene nada que ver con el inventor del motor, hace que los nombres más apropiados sean los de gasóleo o gasoil.

7.1.4 Refrigeración.

Los denominados sistemas frigoríficos o sistemas de refrigeración corresponden a arreglos mecánicos que utilizan propiedades termodinámicas de la materia para trasladar energía térmica en forma de calor entre dos o más focos, conforme se requiera. Están diseñados primordialmente para disminuir la temperatura del producto almacenado en cámaras frigoríficas o cámaras de refrigeración las cuales pueden contener una variedad de alimentos o compuestos químicos, conforme especificaciones.

Cuando el motor de combustión funciona, solo una parte de la energía calorífica del combustible se convierte en trabajo mecánico a la salida del cigüeñal, el resto se pierde en calor. Una parte del calor perdido sale en los gases de escape pero otra se transfiere a las paredes del cilindro, a la culata o tapa y a los pistones, por lo que la temperatura de trabajo de estas piezas se incrementa notablemente y será necesario refrigerarlos para mantener este incremento dentro de límites seguros que no los afecten. Además las pérdidas por rozamiento calientan las piezas en movimiento, especialmente las rápidas, como cojinetes de biela y puntos de apoyo del cigüeñal.Para refrigerar las piezas involucradas se usan dos vías: El aceite lubricante para las piezas en movimiento y la cabeza de los pistones. Un sistema especialmente construido que usa un fluido en movimiento para refrigerar camisas de cilindros y culata. Este fluido puede ser aire, o líquido.

Por líquido.- El líquido es movido por una bomba que se acciona desde el motor de manera que siempre que este funcione, la bomba hace circular el líquido al sistema, una válvula de control de flujo cuya apertura depende de la

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temperatura, restringe el flujo de refrigerante en mayor o menor medida de acuerdo a esta, y así  garantizar una temperatura temostatada en el agua que sale del motor y con ello su temperatura de trabajo. Esta válvula se conoce como termostato.El refrigerante caliente procedente del motor se hace circular por un intercambiador de calor dotado de múltiples tubos con aletas, conocido como radiador, por el que se hace circular un flujo de aire externo representado con flechas azules para enfriarlo.Una hélice accionada eléctricamente o bien desde el motor a través de un embrague térmico induce el flujo de aire para el funcionamiento del intercambiador de calor.Por último un sensor especial alimenta el indicador al conductor, que puede ser una señal luminosa de alarma o un aparato indicador de la temperatura o ambos. El aparato indicador de la temperatura generalmente es un termómetro de termo resistencia.Como el sistema está completamente lleno con agua y esta se dilata y contrae al calentarse y enfriarse, el sistema está provisto de una válvula de seguridad de presión calibrada, que se abre y cierra por la propia presión. El trasiego del volumen sobrante se hace a un recipiente aparte que a la vez sirve de reserva. Esta válvula no está representada en la figura y casi siempre es la propia tapa del radiador, y por donde además, se llena todo el sistema con refrigerante.

Por aire.- Una hélice radial movida desde el cigüeñal del motor a través de una correa, está ubicada dentro de un cuerpo de forma adecuada para dirigir el flujo de aire hacia la camisa del cilindro que es la parte a refrigerar. El diámetro de la hélice así como la relación de transmisión entre las poleas están bien elaborados para garantizar la cantidad de aire necesario. La camisa del cilindro está dotada de aletas para aumentar la superficie de transferencia de calor con el aire y así mejorar el enfriamiento.Un termostato, que puede ser mecánico o electro-mecánico, regula la apertura de la compuerta de salida de acuerdo a la temperatura del aire procedente de la camisa para mantener el motor a la temperatura óptima.Este mecanismo es en cierto modo auto compensado, ya que a medida que crece la velocidad del motor y se producen más ciclos de combustión, automáticamente se genera más aire de enfriamiento debido al propio aumento de la velocidad de rotación de la hélice que está acoplada al cigüeñal.En la mayor parte de las aplicaciones la correa que mueve la hélice también mueve otros agregados del motor como el alternador, el fallo de la correa puede encender una alarma luminosa al conductor en caso de fallo debido a la falta de servicio de alguno de los otros agregados, y por lo tanto, en ocasiones el indicador de temperatura del motor no existe en el tablero.

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Componentes.

Radiador.- Es un tipo tanque donde se deposita el agua, su función es disipar el calor del líquido refrigerante que viene del motor a través de una circulación que le atraviesa por los canales o cañuelas que lo conforman.

Bomba de agua.- Hace circular el líquido refrigerante en el sistema de refrigeración del motor. Es accionada por una correa de transmisión y sólo funciona cuando el motor se encuentra encendido, va conectada al cigüeñal y hace circular el agua por el circuito de refrigeración y el motor, esto, se logra el intercambio de calor al ingresar el líquido por el radiador, el cual por corriente de aire disipa la temperatura. La bomba de agua es un componente vital para el buen funcionamiento del sistema que regula la temperatura con la cual el motor debe trabajar. Las bombas de agua son responsables de hacer circular el líquido refrigerante a través del bloque de motor, radiador, culata, etc. Así mismo deben asegurar una obturación óptima, ya que las pérdidas de refrigerante ocasionarían calentamientos del motor que podrían causar averías cuantiosas en el peor de los casos. 

Ventilador.- El ventilador es necesario cuando la temperatura del motor sube sobre un nivel predeterminado o cuando hay una carga creciente en el sistema de enfriamiento (como al encender el aire acondicionado). El resto del tiempo, el funcionamiento del ventilador sería una pérdida de energía eléctrica, por eso se apaga.

Termostato.- La función de esta válvula es controlar el paso del refrigerante hacia el radiador en dependencia de la temperatura del motor, para mantenerla dentro del rango adecuado. Cuando el motor se arranca frío esta válvula está cerrada y se mantiene así hasta que el refrigerante dentro del motor se acerque a la temperatura de trabajo (algo más de 70 grados Celsius). En ese momento comienza a abrirse, permitiendo el paso al radiador y estará completamente abierta unos grados más arriba (alrededor de los 90 grados Celsius).

Ampolleta de Temperatura.- El Sensor de Temperatura del Refrigerante envía información para la preparación de la mezcla aire / combustible, registrando las temperaturas del motor, la computadora adapta el ángulo de inyección y el tiempo de encendido para las diferentes condiciones de trabajo, dependiendo de la información del sensor. El Sensor de Temperatura del Refrigerante es un sensor con un coeficiente negativo, lo que significa que su resistencia interna aumenta cuando la temperatura disminuye.

Mangueras.-

Mangueras moldeadas: Diseñadas para cumplir con las normas de calidad del equipo original, reemplazando en cualquier tipo de vehículo los ductos de entrada y salida del sistema de refrigeración y enfriamiento.

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Mangueras lisas (Rectas): Diseñadas para ser empleadas  en el sistema de refrigeración de autos, camiones y maquinaria donde se requiere una instalación recta y firme de alta resistencia a la temperatura extrema, aplastamiento o ruptura.

Mangueras Flexibles (Corrugadas) Su gran flexibilidad y amplio radio de curvatura, contribuyen a crear una magnífica manguera de  excepcional desempeño en el sistema de refrigeración de autos, camionetas y camiones, que cumplen con las funciones del equipo original.

Principales Causas de Fallas.-

1. No revisar el nivel del líquido refrigerante

2. Mezclar marcas diferentes de refrigerantes

3. Usar aditivos que no son compatibles con el líquido refrigerante

4. Modificar la parte frontal del vehículo restringiendo el paso de aire hacia el radiador

5. No cambiar el lubricante por lo menos una vez al año

6. Usar líquidos refrigerantes de baja calidad

7. Tener fugas en el sistema

8. Cambiar el tipo de tapón del radiador

9. No cambiar mangueras dañadas, cuarteadas, rajadas, duras o muy suaves (esponjosas)

10. No cambiar bandas dañadas

11. Limpiar las mangueras del radiador con diesel, aceite, gasolina o solventes

12. Usar mangueras de radiador que no sean originales

13. Quitar la tolva del radiador

14. Modificar (cerrar) las ranuras de ventilación en los motores enfriados por aire

15. El termostato se queda pegado o no abre

16. El embrague del ventilador es defectuoso o está dañado

17. El motor del ventilador no opera

18. La bomba de agua se encuentra dañada.

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7.1.5. Tipo de inyectores o carburadores.

Historia.-

Diesel.- Los motores a Diesel son actualmente algo irrenunciable en el mundo moderno y tan técnico. Se utilizan en vehículos pesados, camiones, autobuses, autos de pasajeros, máquinas agrícolas, bancos y un sin fin de aplicaciones. Los motores a Diesel presentan siempre un servicio fiable, económico y poco contaminante. El rendimiento fiable y económico de los motores Diesel requiere sistemas de inyección que trabaja con precisión. Con estos sistemas, se inyecta en los cilindros del motor a la presión necesaria y en el momento adecuado el caudal de combustible requerido para que alcance una determinada potencia.

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Otto.- La inyección de combustible es un sistema de alimentación de motores de combustión interna, alternativo al carburador en los motores de explosión, que es el que usan prácticamente todos los automóviles europeos desde1990, debido a la obligación de reducir las emisiones contaminantes y para que sea posible y duradero el uso del catalizador a través de un ajuste óptimo del factor lambda. El sistema de alimentación de combustible y formación de la mezcla complementa en los motores Otto al sistema de Encendido del motor, que es el que se encarga de desencadenar la combustión de la mezcla aire/combustible. Este sistema es utilizado, obligatoriamente, en el ciclo del diésel desde siempre, puesto que el combustible tiene que ser inyectado dentro de la cámara en el momento de la combustión (aunque no siempre la cámara está sobre la cabeza del pistón). En los motores de gasolina actualmente está desterrado el carburador en favor de la inyección, ya que permite una mejor dosificación del combustible y sobre todo desde la aplicación del mando electrónico por medio de un calculador que utiliza la información de diversos sensores colocados sobre el motor para manejar las distintas fases de funcionamiento, siempre obedeciendo las solicitudes del conductor en primer lugar y las normas de anticontaminación en un segundo lugar.

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7.1.6. Tipos de encendido.

Elementos del sistema de arranque convencional:

Bobina de encendido (también llamado transformador): su función es acumular la energía eléctrica de encendido que después se transmite en forma de impulso de alta tensión a través del distribuidor a las bujías.

Resistencia previa: se utiliza en algunos sistemas de encendido (no siempre). Se pone en cortocircuito en el momento de arranque para aumentar la tensión de arranque.

Ruptor (también llamado platinos): cierra y abre el circuito primario de la bobina de encendido, que acumula energía eléctrica con los contactos del ruptor cerrados que se transforma en impulso de alta tensión cada vez que se abren los contactos.

Condensador: proporciona una interrupción exacta de la corriente primaria de la bobina y además minimiza el salto de chispa entre los contactos del ruptor que lo inutilizarían en poco tiempo.

Distribuidor de encendido (también llamado delco): distribuye la alta tensión de encendido a las bujías en un orden predeterminado.

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Variador de avance centrífugo: regula automáticamente el momento de encendido en función de las revoluciones del motor.

Variador de avance de vació: regula automáticamente el momento de encendido en función de la carga del motor.

Bujías: contiene los electrodos que es donde salta la chispa cuando recibe la alta tensión, además la bujía sirve para hermetizar la cámara de combustión con el exterior.

Funcionamiento.

Una vez que giramos la llave de contacto a posición de contacto el circuito primario es alimentado por la tensión de batería, el circuito primario está formado por el arrollamiento primario de la bobina de encendido y los contactos del ruptor que cierran el circuito a masa.

Con los contactos del ruptor cerrados la corriente eléctrica fluye a masa a través del arrollamiento primario de la bobina. De esta forma se crea en la bobina un campo magnético en el que se acumula la energía de encendido.

Cuando se abren los contactos del ruptor la corriente de carga se deriva hacia el condensador que está conectado en paralelo con los contactos del ruptor.

El condensador se cargara absorbiendo una parte de la corriente eléctrica hasta que los contactos del ruptor estén lo suficientemente separados evitando que salte un arco eléctrico que haría perder parte de la tensión que se acumulaba en el arrollamiento primario de la bobina.

Es gracias a este modo de funcionar, perfeccionado por el montaje del condensador, que la tensión generada en el circuito primario de un sistema de encendido puede alcanzar momentáneamente algunos centenares de voltios.

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Debido a que la relación entre el número de espiras del bobinado primario y secundario es de 100/1 aproximadamente se obtienen tensiones entre los electrodos de las bujías entre 10 y 15000 Voltios. 

Una vez que tenemos la alta tensión en el secundario de la bobina esta es enviada al distribuidor a través del cable de alta tensión que une la bobina y el distribuidor. Una vez que tenemos la alta tensión en el distribuidor pasa al rotor que gira en su interior y que distribuye la alta tensión a cada una de las bujías.

7.1.7. Tipos de lubricación.

Existen distintas sustancias lubricantes dependiendo de su composición y presentación:

Líquidos

De base (origen) mineral o vegetal. Son necesarios para la lubricación hidrodinámica y son usados comúnmente en la industria, motores y como lubricantes de perforación.

Semisólidos

Son las denominadas "Grasas". Su composición puede ser mineral, vegetal y frecuentemente son combinadas con muchos tipos de lubricantes sólidos como el Grafito, Molibdeno o Litio.

Sólidos

Es un tipo de material que ofrece mínima resistencia molecular interna por lo que por su composición ofrece óptimas condiciones de lubricación sin necesidad de un aporte lubricante líquido o semisólido. El más común es el Grafito aunque la industria está avanzando en investigación en materiales de origen metálico.

Descripción.

El lubricante es una sustancia que introducida entre dos superficies móviles reduce la fricción entre ellas, facilitando el movimiento y reduciendo el desgaste.

El lubricante cumple variadas funciones dentro de una máquina o motor, entre ellas disuelve y transporta al filtro las partículas fruto de la combustión y el desgaste, distribuye la temperatura desde la parte inferior a la superior actuando como un refrigerante, evita la corrosión por óxido en las partes del motor o máquina, evita la condensación de vapor de agua y sella actuando como una junta determinados componentes.

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La propiedad del lubricante de reducir la fricción entre partes se conoce como Lubricación y la ciencia que la estudia es la tribología.

Un lubricante se compone de una base, que puede ser mineral o sintética y un conjunto de aditivos que le confieren sus propiedades y determinan sus características.

Cuanto mejor sea la base menos aditivos necesitará, sin embargo se necesita una perfecta comunión entre estos aditivos y la base, pues sin ellos la base tendría unas condiciones de lubricación mínimas.

Los lubricantes se clasifican según su base como:

Mineral.

Sintético.

Lubricante mineral.-

Es el más usado y barato de las bases parafínicas o naftenicas. Se obtiene tras la destilación del barril de crudo después del gasoleo y antes que el alquitrán, comprendiendo un 50% del total del barril, este hecho así como su precio hacen que sea el más utilizado.

Existen dos tipos de lubricantes minerales clasificados por la industria, grupo 1 y grupo 2 atendiendo a razones de calidad y pureza predominando el grupo 1. Es una base de bajo índice de viscosidad natural (SAE 15) por lo que necesita de gran cantidad de aditivos para ofrecer unas buenas condiciones de lubricación. El origen del lubricante mineral por lo tanto es orgánico, puesto que proviene del petróleo.

Los lubricantes minerales obtenidos por destilación del petróleo son fuertemente aditivados para poder:

1. Soportar diversas condiciones de trabajo.

2. Lubricar a altas temperaturas.

3. Permanecer estable en un amplio rango de temperatura.

4. Tener la capacidad de mezclarse adecuadamente con el refrigerante

(visibilidad).

5. Tener un índice de viscosidad alto.

6. Tener higroscopicidad definida, (capacidad de retener humedad).

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Lubricante sintético.

Es una base artificial y por lo tanto del orden de 3 a 5 veces más costosa de producir que la base mineral. Se fabrica en laboratorio y puede o no provenir del petróleo. Poseen unas excelentes propiedades de estabilidad térmica y resistencia a la oxidación, así como un elevado índice de viscosidad natural (SAE 30). Poseen un coeficiente de tracción muy bajo, con lo cual se obtiene una buena reducción en el consumo de energía.

Existen varios tipos de lubricantes sintéticos:

1.- HIDROCRACK o grupo 3

2.- PAO o grupo 4

3.- PIB o grupo 5

4.- ESTER

1.- Hidrocrack. Es una base sintética de procedencia orgánica que se obtiene de la hidrogenización de la base mineral mediante el proceso de hidrocracking. Es el lubricante sintético más utilizado por las compañías petroleras debido a su bajo costo en referencia a otras bases sintéticas y a su excedente de base mineral procedente de la destilación del crudo para la obtención de combustibles fósiles.

2.- PAO. Es una base sintética de procedencia orgánica pero más elaborada que el hidrocrack, que añade un compuesto químico a nivel molecular denominado Poli-Alfaolefinas que le confieren una elevada resistencia a la temperatura y muy poca volatilidad (evaporación).

3.- PIB. Es una base sintética creada para la eliminación de humo en el lubricante por mezcla en motores de 2 tiempos. Se denomina Poli-isobutileno.

4.- ESTER. Es una base sintética que no deriva del petróleo sino de la reacción de un ácido graso con un alcohol. Es la base sintética más costosa de elaborar porque en su fabricación por "corte" natural se rechazan 2 de cada 5 producciones. Se usa principalmente en aeronáutica donde sus propiedades de resistencia a la temperatura extrema que comprenden desde -68 °C a +325 °C y la polaridad que permite al lubricante adherirse a las partes metálicas debido a que en su generación adquiere carga electromagnética, hacen de esta base la reina de las bases en cuanto a lubricantes líquidos. El ester es comúnmente empleado en lubricantes de automoción en competición.

Aditivos de los lubricantes.-

La base de un lubricante por sí sola no ofrece toda la protección que necesita un motor o componente industrial, por lo que en la fabricación del lubricante se añade un compuesto determinado de aditivos atendiendo a las necesidades del

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fabricante del motor (Homologación o Nivel autorizado) o al uso al que va a ser destinado el lubricante en cuestión.

Los aditivos usados en el lubricante son:

Antioxidantes: Retrasan el envejecimiento prematuro del lubricante.

Antidesgaste Extrema Presión (EP): Forman una fina película en las paredes a lubricar. Se emplean mucho en lubricación por barboteo (Cajas de cambio y diferenciales)

Antiespumantes: Evitan la oxigenación del lubricante por cavitación reduciendo la tensión superficial y así impiden la formación de burbujas que llevarían aire al circuito de lubricación.

Antiherrumbre: Evita la formación de óxido en las paredes metálicas internas del motor y la condensación de vapor de agua.

Detergentes: Son los encargados de arrancar los depósitos de suciedad fruto de la combustión.

Dispersantes: Son los encargados de transportar la suciedad arrancada por los aditivos detergentes hasta el filtro o cárter del motor.

Espesantes: Es un compuesto de polímeros que por acción de la temperatura aumentan de tamaño aumentando la viscosidad del lubricante para que siga proporcionando una presión constante de lubricación.

Diluyentes: Es un aditivo que reduce los microcristales de cera para que fluya el lubricante a bajas temperaturas.

7.1.8. Tipos de frenos.

La función de los frenos, es detener el giro de la llanta para así lograr detener un vehículo. Los frenos constituyen uno de los más importantes sistemas de seguridad de un automóvil. Los frenos de tu vehículo los debes de mantener siempre en el mejor estado posible, y es recomendable que cambies el líquido de frenos una vez al año. Hay distintos sistemas de frenos, como son:

Freno de cinta o de banda, freno de disco, freno de tambor y freno de estacionamiento. La tecnología en frenos más reciente es el sistema ABS el cual controla el frenado para evitar que las llantas se derrapen, y te permite mantener el control del vehículo aun en una situación de frenado extremo.

-Historia.

En 1783 Kirkpatrick Macmillan, un herrero escocés invento el freno de cuchara que consistía en una palanca que presionaba un bloque de madera contra la llanta (actualmente la banda de hierro). Alrededor de 1890 entran los frenos de

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disco. Los frenos de tambor modernos se inventaron en 1902 por Louis Renault. En 1961 apareció el servofreno, como ayuda al esfuerzo que ejerce el conductor sobre el pedal. En la carrera por disipar mejor el calor, en 1966 Porsche lanzó el disco autoventilado. En 1985 comenzó a ofrecerse de serie (Mercedes Clase S y Ford Scorpio, los primeros) el ABS, en lo que fueron los inicios de la aplicación de la electrónica a los sistemas de frenado.

Abierto ya el camino, la llegada de más sistemas electrónicos a los frenos fue cuestión de tiempo: en 1986 llegó el control de tracción (ASR) que funciona en conexión con el ABS.

-Tipos de frenos.

Frenos de cinta o de banda: Utilizan una banda flexible, las mordazas o zapatas se aplican para ejercer tensión sobre un cilindro o tambor giratorio que se encuentra solidario al eje que se pretenda controlar. La banda al ejercer presión, ejerce la fricción con la cual se disipa en calor la energía cinética del cuerpo a regular.

Freno de disco: Un freno de disco es un dispositivo cuya función es detener o reducir la velocidad de rotación de una rueda. Hecho normalmente de acero, está unido a la rueda o al eje.

Freno de tambor: El freno de tambor es un tipo de freno en el que la fricción se causa por un par de zapatas o pastillas que presionan contra la superficie interior de un tambor giratorio, el cual está conectado al eje o la rueda.

Freno de estacionamiento: Utilizado para mantener el vehículo en completa inmovilidad sin que se esté haciendo la fuerza en el pedal de freno, este dispositivo se encuentra a lado del asiento del conductor.

Sistema De Disco.

Balatas.- Caliper.-

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Bomba.- Discos.-

Liquido.-

Sistema De Tambor.

Zapatas.- Mecanismo.-

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Bomba.- Tambores.-

Liquido.-

Sistema ABS.

El ABS funciona en conjunto con el sistema de frenado tradicional. Consiste en una bomba que se incorpora a los circuitos del líquido de freno y en unos detectores que controlan las revoluciones de las ruedas. Si en una frenada brusca una o varias ruedas reducen repentinamente sus revoluciones, el ABS lo detecta e interpreta que las ruedas están a punto de quedar bloqueadas sin que el vehículo se haya detenido. Esto quiere decir que el vehículo comenzará a deslizarse sobre el suelo sin control, sin reaccionar a los movimientos del volante. Para que esto no ocurra, los sensores envían una señal al Módulo de Control del sistema ABS, el cual reduce la presión realizada sobre los frenos, sin que intervenga en ello el conductor. Cuando la situación se ha normalizado y las ruedas giran de nuevo correctamente, el sistema permite que la presión sobre los frenos vuelva a actuar con toda la intensidad.

7.2 Ciclo otto y diesel.

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Ciclo diesel.-

El ciclo del motor diésel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovación de la carga., y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores. No hay que olvidar que los grandes motores marinos y de tracción ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos diesel.

Ciclo termodinámico presión - Volumen de un motor diésel lento.

Ciclo otto.-

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de

combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Se

caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta

a volumen constante.

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7.3. Freno Prony.

El freno de Prony es un dispositivo simple inventado por Gaspard de Prony

para medir el par de torsión producido por un motor. El término "caballos de

fuerza de freno" es una medida de la potencia derivada de este método de

medición de par.

Esencialmente, la medición se realiza envolviendo un cordón o correa

alrededor del eje de salida del motor y la medición de la fuerza transferida a la

correa a través de la fricción. La fricción se incrementa apretando el cinturón

hasta que se reduzca la frecuencia de rotación del eje. En la práctica más

potencia del motor a continuación, se puede aplicar hasta que se alcanza el

límite del motor.

En su forma más simple un motor está conectado a un tambor giratorio por

medio de un eje de salida. Una fricción de la banda se envuelve alrededor de la

mitad de la circunferencia del tambor y cada extremo unido a una balanza de

resorte separado. Un importante pre-carga se aplica a los extremos de la

banda, de modo que cada balanza de resorte tiene una lectura inicial e

idénticos. Cuando el motor está en marcha, la fuerza de fricción entre el tambor

y la banda aumentará la lectura de la fuerza en un equilibrio y disminuir en el

otro. La diferencia entre las dos lecturas multiplicado por el radio del tambor

arrastrado es igual al par. Si la velocidad del motor se mide con un tacómetro,

la potencia de frenado se calcula fácilmente.

Un mecanismo alternativo es para sujetar una palanca para la medida del eje y

el uso de un único equilibrio. El par de torsión se relaciona entonces con la

longitud de la palanca, el diámetro del eje y la fuerza medida.

El dispositivo se utiliza por lo general en un rango de velocidades del motor

para obtener curvas de potencia y par motor para el motor, ya que existe una

relación no lineal entre el par y la velocidad del motor para la mayoría de los

tipos de motores.

La potencia de salida en unidades SI se puede calcular de la siguiente manera:

= 2p palanca de velocidad de rotación longitud rotatoria de la energía mide la

fuerza.

O en unidades inglesas:

= 2p palanca de velocidad de rotación longitud rotatoria de la energía mide la

fuerza.

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7.4 Pruebas de los motores.

La prueba de motores o "ground check" se realiza normalmente en el área de espera o "punto de espera". Muchos aeródromos tienen espacio suficiente en este área para que el calentamiento de motores y chequeo previo al despegue de un avión no bloquee a los que vienen detrás, pero en aquellos que no disponen del mismo, se debe procurar no retrasar innecesariamente a otros aviones, si es posible realizando estas operaciones en otro lugar del aeródromo limpio y despejado. Este chequeo conviene realizarlo si es posible con el avión enfrentado (aproado) al viento.

En primer lugar se pone el freno de mano, y seguidamente se comprueba que la presión y temperatura del aceite del motor tienen valores normales (arco verde). La presión del aceite debería tenerlos, pues nada más arrancar el motor se chequeó, pero esta comprobación aunque redundante es necesaria. Si no marca valores normales algo grave debe suceder en el sistema de lubricación para que en el tiempo que dura el rodaje la presión tenga valores anormales, así que se procede volver lo más pronto posible y sin acelerones, a un lugar del aparcamiento para apagar el motor antes de que pueda griparse. Y agradecer que esto haya sucedido ahora y no durante el vuelo.Si la temperatura del aceite no ha alcanzado el arco verde, el motor está frío y habrá que esperar a que tome la temperatura suficiente para realizar las pruebas. El régimen de r.p.m. adecuado para el calentamiento del motor es el especificado en el chequeo "después de arrancar". El aceite tarda en alcanzar su temperatura normal de operación unos cuatro minutos en tiempo cálido y seis minutos en tiempo frío, aproximadamente, pero algunos pilotos lo apresuran algo con un poco más de r.p.m. o empobreciendo ligeramente la mezcla, cosa que como sabemos produce más calor en el motor.

Una vez el motor tiene la temperatura adecuada, se comprueba que la palanca de mezcla esté en posición de "full rich", y se abren gases paulatinamente hasta las r.p.m. indicadas en la lista (2000 en el ejemplo de la fig.4.9.1), para chequear:

En primer lugar, que todos los instrumentos del motor dan lecturas normales. En caso negativo, volver al aparcamiento para resolver el problema o aparcar el avión.

Seguidamente, comprobar que el indicador de succión de la bomba de vacío da la lectura indicada en la lista, entre 4 y 5 Hg dependiendo del avión. Recordemos que la bomba de vacío es la que mueve los giróscopos, por ello la importancia de su buen funcionamiento.

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A continuación, pasamos a efectuar la prueba de magnetos.

En algunas listas de chequeo, antes de la prueba de motores se requiere cambiar de depósito, en cuyo caso dicho cambio no está incluido en el chequeo tras arrancar el motor. Si hemos rodado con el motor alimentado por un depósito, en caso de problemas en el mismo lo hubiéramos detectado. Al cambiar ahora de depósito, se verifica durante la prueba de motores que el motor se nutre del otro también sin problemas.

7.5 Factores de funcionamiento

7.5.1. Potencia y rendimiento mecánico.

El rendimiento es un concepto asociado al trabajo realizado por las máquinas. 

Todo el mundo sabe que obtener un buen rendimiento supone obtener buenos 

y esperados resultados con poco trabajo. En Física este concepto se define  

como el cociente entre el trabajo útil que realiza una máquina en un intervalo  

de  tiempo determinado y el trabajo total entregado a la máquina en ese

intervalo:

Ejercicios.

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7.6 Rendimiento volumétrico de un motor.

Denominado también coeficiente de llenado, es la relación entre la masa de aire aspirada efectivamente en cada ciclo y la que teóricamente podría llenar un volumen igual a la cilindrada V en las condiciones de presión y temperatura exteriores.El rendimiento volumétrico influye mucho en las prestaciones de un motor, ya que cuanto más grande sea la masa de aire introducida en los cilindros, mayor será la cantidad de combustible que podrá quemarse y, por tanto, mayor será la potencia.El rendimiento volumétrico, cuyo valor suele oscilar entre 0,70 y 0,85, varía con el régimen de rotación del motor, ya que la resistencia que el fluido encuentra al atravesar los conductos aumenta con la velocidad del mismo.

La masa de fluido que se introduce efectivamente en los cilindros es inferior a la teórica, sobre todo por las razones que se enumeran seguidamente:

- contrapresión en el escape debida a los gases residuales presentes en el cilindro al final de la fase de escape; los gases residuales, al hallarse a una

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presión superior a la del ambiente, se expanden durante la primera parte de la fase de admisión, obstaculizando la introducción de carga fresca;

- disminución de la densidad de la carga a causa de la cesión de calor a la carga fresca por parte de las paredes, los conductos, el cilindro y la fracción de gases residuales;

- resistencia que el fluido encuentra a su paso por el carburador, los conductos y las válvulas de admisión.Para mejorar el rendimiento volumétrico es preciso: diseñar los conductos de admisión y escape con él fin de optimizar el coeficiente de flujo; aumentar las secciones de los conductos y los diámetros de las válvulas para reducir la velocidad de los gases; adelantar la apertura de las válvulas de admisión con el fin de que alcancen su altura máxima en el momento más conveniente para obtener el máximo llenado del cilindro; retrasar el cierre de la válvula de admisión para aprovechar la inercia del fluido en el conducto de admisión con objeto de aumentar la cantidad de fluido introducida en el cilindro; adelantar la apertura y retrasar el cierre de la válvula de escape para reducir, respectivamente, la contrapresión en el escape y la cantidad de gases residuales.

7.7 Normas que se emplean para comparar el rendimiento de los motores.

7.7.1 Presión media efectiva.

Presión media efectiva (p.m.e.): Nos ofrece una indicación del empuje de los gases durante las fases de combustión y expansión, así como de las pérdidas por calor o fricción durante un ciclo operativo en un motor. Se trata, por tanto, de un parámetro fundamental para valorar las prestaciones del motor, pues multiplicando la p.m.e por el área de la cabeza del pistón, se obtiene la fuerza media que cada pistón desarrolla en la manivela del cigüeñal. La p.m.e es proporcional al par motor y, para un régimen de rotación determinado, también a la potencia suministrada. Se mide por lo general en kilopascales (kPa) o kg/cm2.

La presión media efectiva es una cantidad relacionada con el funcionamiento

de un motor alternativo y es una valiosa medida de la capacidad de un motor

para hacer el trabajo que es independiente de la cilindrada del motor. Cuando

citó como una presión efectiva media indicada o IMEP, que puede ser pensado

como la presión media de un ciclo en la cámara de combustión del motor.

Derivación

Vamos,

 = Trabajo por ciclo en julios = salida de potencia en vatios = presión efectiva

media en pascal = volumen de desplazamiento en metros cúbicos = número de

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revoluciones por ciclo = número de revoluciones por segundo = par en Newton-

metro

La energía producida por el motor es igual al trabajo realizado por los tiempos

de ciclo de funcionamiento el número de ciclos de funcionamiento por segundo.

Si N es el número de revoluciones por segundo, y es el número de

revoluciones por ciclo, el número de ciclos por segundo es sólo su relación.

Podemos escribir

Por definición:

De modo que

Dado que el par T está relacionada con la velocidad angular y la energía

producida por

Entonces la ecuación para mep en términos de par se convierte,

Observe que la velocidad se ha salido de la ecuación y las únicas variables son

el par y volumen de desplazamiento. Dado que el rango de frenado máxima

significa presiones eficaces para buenos diseños de motor está bien

establecida, ahora tenemos un motor de desplazamiento medida independiente

de la capacidad de producción de torque de un motor de diseño. Esto es útil

para la comparación de motores de diferentes desplazamientos. La presión

media efectiva es también útil para los cálculos iniciales de diseño, es decir,

dado un par, podemos utilizar los valores mep estándar para estimar el

desplazamiento del motor requerido. Sin embargo, es importante recordar que

la presión media efectiva no refleja las presiones reales dentro de una

combustión en una cámara individual-aunque los dos están sin duda

relacionada y sólo sirve como una medida conveniente de rendimiento.

Presión media efectiva o BMEP es, como de costumbre, calculado a partir del

par del dinamómetro medida. Presión efectiva media indicada o IMEP se

calcula utilizando la potencia indicada, es decir, el volumen de presión integral

en la ecuación de trabajo por ciclo. A veces el término FMEP se utiliza como un

indicador de la presión media efectiva perdido a la fricción y es simplemente la

diferencia entre IMEP y BMEP.

Tipos de presiones medias efectivas

La presión media efectiva se define por la medida de localización y método de

cálculo, algunos diputados de uso común se dan aquí.

Presión media efectiva - Presión media efectiva calculada a partir de la

fuerza de frenado

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Indicado presión efectiva media - Presión media efectiva calculada a

partir de la presión del cilindro, el promedio de la presión del cilindro

durante el ciclo de motor.

Fricción presión efectiva media - teórica presión media efectiva requerida

para venir fricción del motor, se puede considerar como la presión media

efectiva perdido debido a la fricción. BMEP = IMEP - FMEP

BMEP valores típicos

Atmosféricos motores de encendido por chispa: BMEP máxima en el

rango de 8.5 a 10.5 bar, a la velocidad del motor en el que se obtiene el

par máximo. A la potencia nominal, los valores BMEP son típicamente de

10 a 15% menor.

Impulsado motores de encendido por chispa: BMEP máxima en el rango

de 12,5 a 17 bar.

Atmosféricos de cuatro tiempos diesel: BMEP máxima en el intervalo de

7 a 9 bar.

Impulsado automóvil de cuatro tiempos diesel: BMEP máxima en el

rango de 14 a 18 bar.

De dos tiempos diesel tienen valores comparables, pero muy grandes

motores diesel de baja velocidad como el Wrtsil-Sulzer RTA96-C puede

funcionar a BMEPs de hasta 19 bar.

Ultra impulsado motores como el motor utilizado en el Koenigsegg Agera

puede funcionar a BMEPs de hasta 28 bar

Los mejores motores de dragster de combustible: 80-100 bar

Por ejemplo, un motor de cuatro tiempos de producción de 160 Nm a partir de 2

litros de cilindrada tiene un BMEP de/= 1005000 N/m2 = 1.005 kPa. Si el

mismo motor produce 76 kW a 5.400 rpm, su par motor es de 134 Nm y su

BMEP es de 8,42 bar. Como los motores de pistón siempre tienen su par

máximo a una velocidad de rotación inferior a la potencia máxima, la BMEP es

inferior a la máxima potencia.

Puede ser de interés para considerar la, 0,13 cc de desplazamiento, la

velocidad de flujo unidireccional del motor de vapor "Tiddler" de alto, construida

según el modelo de ingeniero Geoff Wolfe. Al parecer, para gestionar una

salida de carga completa de 20w @ 5300 rpm. Motores de vapor alternativos

tienen como de 2 tiempos, por lo que la BMEP del motor se puede calcular

como un poco menos de 129 bar.

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7.7.2 Presión media efectiva indicada.

Ciclo real es el que refleja las condiciones efectivas de funcionamiento de un motor y se identifican, por tanto, con el diagrama de presiones medias en el cilindro en correspondencia a las diversas posiciones del pistón.

El dibujo demostrativo de este ciclo se llama diagrama indicado, y recibe el nombre de indicador el aparato que sirve para obtenerlo.

La figura muestra, en forma esquemática, como se traza el diagrama indicado por medio del indicador.

En este aparato, un pequeño cilindro provisto de un pistón retenido por un muelle comunica con la cámara de combustión del cilindro motor por medio de un tubo. El vástago del pistón actúa sobre un sistema de palancas que forman un cuadrilátero amplificador, cuyo brazo de palanca más largo está provisto en su extremidad de un estilete.

La presión de los gases se transmite a través del tubo, actúa sobre el pistón y, venciendo la carga del muelle, lo desplaza a una longitud proporcional al valor de la presión. El estilete traza, por tanto, en sentido vertical una línea de longitud proporcional a la presión que actúa sobre el pistón. Como todo el dispositivo indicador esta fijo al pistón motor, el estilete se mueve linealmente con él, y su posición horizontal corresponde en cada punto a la del pistón motor.

La curva trazada por el estilete está referida, pues, a dos ejes coordenados, cuyas abscisas representan los espacios recorridos por el pistón y, por tanto, los volúmenes, así como las ordenadas representan las presiones.

Supongamos que el motor es de encendido por chispa y de 4 tiempos, y, además, para mayor simplicidad, que las condiciones de funcionamiento son aproximadamente las teóricas.

Deslizando el pistón del punto muerto superior (P.M.S.) al punto muerto inferior (P.M.I.) y viceversa, con la válvula abierta, de suerte

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que no ofrezca, en la práctica, ninguna resistencia al paso del gas, la presión en el cilindro se mantiene igual a la atmosférica, y el estilete va trazando un segmento horizontal A-A, de longitud igual a la carrera, el cual representa el diagrama de las presiones para la fase de aspiración y de escape.

Cerrada la válvula durante la carrera de compresión, el estilete describe la curva A-B. Al final de la carrera de compresión se verifica la combustión y, en consecuencia, se produce un aumento repentino de presión que hace trazar al estilete la línea casi vertical B-C. Sucesivamente, durante la carrera de expansión, el estilete describe la curva C-D. Poco antes de terminar la carrera de expansión, se abre la válvula de escape, la presión desciende a un valor muy próximo al atmosférico y, por tanto, el estilete traza el pequeño rasgo, casi vertical, D-A.

El aparato esquematizado sirve para mostrar cómo se obtiene un diagrama indicado, pero no es realizable en la práctica. Los indicadores son, en realidad, aparatos más complicados, que utilizan los técnicos especializados.

La figura siguiente representa dos ciclos reales típicos de motores Otto y Diesel de igual cilindrada unitaria.

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Para facilitar la comparación entre los dos ciclos, los diagramas se han dibujado superpuestos. El eje de las presiones para el ciclo Otto, como consecuencia de la diferencia de volumen Vc de la cámara de combustión. En efecto, a igualdad de cilindrada unitaria Vp, siendo más elevada la relación de compresión del motor Diesel que la del motor Otto, resulta menor el volumen Vc, de la cámara de combustión.

La superficie 1 2 6 1' 1 representa el trabajo negativo debido al bombeo en la fase de aspiración y de escape; la superficie 2 3 4 5 6 2 representa el trabajo positivo. Su diferencia es el trabajo útil. Dividiendo el arrea correspondiente al trabajo útil efectuado por el fluido, por la longitud de la carrera, o por la cilindrada Vp con arreglo a la escala elegida para el eje de las abscisas, se obtiene el valor de la presión media indicada (p.m.i.).

Si deseamos valorar la diferencia del trabajo útil entre el ciclo teórico y el ciclo indicado, estableceremos la relación comparativa entre las superficies correspondientes. Dividiendo la superficie del ciclo indicado por la respectiva del ciclo teórico de aire, se obtiene el rendimiento indicado.

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7.8. Sistema de combustión.

7.8.1 Combustión y aplicación de los ciclos termodinámicos.

Llamamos combustible a toda sustancia natural o artificial, en estado sólido, líquido o gaseoso que, combinada con el oxígeno produzca una reacción con desprendimiento de calor.

Para que una sustancia sea considerada como combustible a nivel industrial deberíamos exigirle algunos requisitos más, por ejemplo:

-disponibilidad en grandes cantidades

- bajo costo de operación (obtención, transporte y almacenaje)

- aplicabilidad (poder quemarla con la tecnología actual)

- poder calorífico razonable.

Poder calorífico de un combustible:

Es la energía liberada en la combustión completa de una unidad de combustible una vez que los productos se llevan a las mismas condiciones de presión y temperatura que los reactivos.

Poder calorífico inferior (Qi): el agua producto de la combustión se considera en estado de vapor.

Poder calorífico superior (Qs): el agua producto de la combustión se considera en estado líquido.

Dependiendo de si el proceso se da a presión o a volumen constante tendremos dos poderes caloríficos distintos: Qpy Qv

En general los procesos de combustión que se presentan en las calderas son a presión constante, o prácticamente constante.

En ese caso la relación entre el Qp

sy el Qpi es:

Qps = Qpi+ 9.H.hfg (para aquellos combustibles que no tienen agua en su composición)

H = cantidad de hidrógenos en el combustible

hfg = entalpía de cambio de estado del agua a 1 ata

La clasificación más conocida de los combustibles es

La que se basa en su estado físico:

a) Sólidos

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- naturales: madera (chips, astillas, rolos), carbón mineral, esquistos bituminosos.

- elaborados: coke, carbón vegetal, subproductos (aserrín y recortes, pellets, cáscara de arroz)

b) Líquidos

- naturales: petróleo

- elaborados: gasolinas, fuel-oil, alcohol, biodiesel

c) Gaseosos

- naturales: gas natural

- elaborados: GLP, biogas, gas de gasógeno.

7.8.2 Características de la flama.

Llama es un fenómeno luminoso que se produce por la incandescencia de los gases durante la combustión.

Para que la llama comience y quede estable, se debe estabilizar el frente de llama. Para ello, se debe coordinar la velocidad de escape de gases y de propagación de la llama con la entrada de comburente (aire) y combustible. El frente de llama marca la separación entre el gas quemado y el gas sin quemar. Aquí es donde tienen lugar las reacciones de oxidación principales. El espesor del frente de llama puede ir desde menos de 1mm hasta ocupar totalmente la cámara de combustión. La propagación de la llama es el desplazamiento de ésta a través de la masa gaseosa. Se efectúa esta propagación en el frente de llama Si la combustión se efectúa con suficiente, oxígeno, es completa. La llama que se produce en este caso tiene poco poder de iluminación, por lo que se conoce con el nombre de llama de oxidación o llama oxidante, y el exceso de oxígeno es suficientemente alto para oxidar a los metales. Si falta oxígeno, la combustión es incompleta y la temperatura que se alcanza es mas baja; en esta llama se reducen los óxidos de algunos metales; la llama que se produce tiene una luminosidad característica a causa de la incandescencia del carbón que no se quema por falta de oxígeno. Esta llama se conoce con el nombre de llama de reducción.

Clasificación de las llamas.-

Las llamas se clasifican en 3 grupos ateniéndonos a los parámetros para un combustible líquido:

a. Mezcla combustible comburente.

b. Velocidad de la mezcla de combustible.

c. Posición de la llama respecto a la boca del quemador.

a. Mezcla combustible comburente.

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1) Llama de premezcla: La mezcla de los dos fluidos se realiza parcial o totalmente antes de alcanzar la cámara de combustión.

2) Llama de difusión: (sin mezcla previa) El combustible y el comburente se mezcla justo en el momento de la combustión.

b. Velocidad de la mezcla de combustible.

1) Laminar: Los fenómenos de mezcla y transporte ocurren a bajas temperaturas.

2) Turbulento: Las velocidades de la mezcla aire/combustible es elevada. La mezcla vaporizada suele salir silbando y en forma de torbellino.

c. Posición de la llama respecto a la boca del quemador.

1) Llama estacionaria: El combustible se va quemando poco a poco al pasar por una determinada parte del sistema. Este es el tipo de llama ideal desde el punto de vista industrial.

2) Llama explosiva libre: Es la que está en movimiento.

7.8.3 Composición y propiedad del combustible.

¿Qué es el aire?

Es una mezcla homogénea que se compone de los elementos que se citan

en el siguiente apartado.

Composición porcentual del aire.

La atmósfera terrestre está constituida principalmente por nitrógeno (78%) y

oxígeno (21%). El 1% restante lo forman el argón (0,9%), el dióxido de

carbono (0,03%), distintas proporciones de vapor de agua, y trazas de

hidrógeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y

xenón.

Reacciones de oxígeno.

Reacciones de combustión.

La combustión es un proceso de oxidación rápida de una sustancia,

acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso

de los combustibles comunes, el proceso consiste en una combinación

química con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido

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de carbono, monóxido de carbono y agua, junto con otros productos como

dióxido de azufre, que proceden de los componentes menores del

combustible.

EJEMPLO DE COMBUSTIÓN:

C4H10 + 02 ⇒ CO 2 + H20 + Energía

*   Formación de óxidos básicos.

Se forman al combinar oxígeno con un metal

*    Formación de óxidos ácidos.

Se forman al combinar un no metal con oxígeno como: Nitrógeno para

formar: Óxido Nitroso que es un neurotransmisor que produce

vasodilatación.

Carbono para formar: Anhídrido carbónico o dióxido de carbono.

4. Reacciones de óxido - reducción.

Es una reacción química correspondiente a la acción de un cuerpo oxidante

sobre un cuerpo reductor, que da lugar a la reducción del oxidante y a la

oxidación del reductor.

La oxidación de un cuerpo corresponde a una pérdida de electrones y la

reducción corresponde a una ganancia de electrones. Un oxidante es una

sustancia susceptible de captar uno o varios electrones; un reductor cede

fácilmente uno o varios electrones.

5. Contaminantes del aire.

Los principales contaminantes del aire:

 

CONTAMINANTE PRINCIPALES FUENTES

Monóxido de carbono (CO) Vehículos de motor

Dióxido de azufre (SO2) Plantas de ácido sulfúrico

Partículas en suspensión Vehículos de motor

Plomo (Pb) Vehículos de motor

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Hidrocarburos no metánicos Vehículos de motor

Dióxido de carbono (CO2) Todas las fuentes de combustión

7.8.4 Características de evaporación.

La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición. En hidrología, la evaporación es una de las variables hidrológicas importantes al momento de establecer el balance hídrico de una determinada cuenca hidrográfica o parte de esta. En este caso, se debe distinguir entre la evaporación desde superficies libres y la evaporación desde el suelo. La evaporación de agua es importante e indispensable en la vida, ya que el vapor de agua, al condensarse se transforma en nubes y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.

Vista como una operación unitaria, la evaporación es utilizada para eliminar el vapor formado por ebullición de una solución o suspensión líquida.

Fenómeno físico.

El movimiento térmico de una molécula de líquido debe ser suficiente para vencer la tensión superficial y evaporar, esto es, su energía cinética debe exceder el trabajo de cohesión aplicado por la tensión superficial a la superficie del líquido. Por eso, la evaporación acontece más rápidamente a altas temperaturas, a altos caudales entre las fases líquidas y vapor y en líquidos con bajas tensiones superficiales (esto es, con presión de vapor más elevado).

Con solamente una proporción pequeña de moléculas localizada cerca de la superficie y moviéndose en la dirección correcta para escapar del líquido en un cierto instante, la tasa de evaporación es limitada. Además, como las moléculas de mayor energía escapan y las que quedan tienen menor energía

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cinética média, la temperatura del líquido se reduce. Este fenómeno también es llamado de enfriamiento evaporativo. Un ejemplo para dicho fenómeno es la transpiración (sudor).

Equilibrio evaporatorio

Presión del vapor de agua frente a la temperatura. (760 Tor = 1 atm).

Si la evaporación ocurre en un recipiente cerrado, las moléculas que escapan del líquido se acumulan en forma de vapor arriba del líquido. Muchas de esas moléculas regresan al estado líquido. Cuando el proceso de escape y regreso alcanza un equilibrio, el vapor es llamado saturado y no ocurren cambios adicionales en la presión de vapor o en la temperatura del líquido.

Déficit higrométrico

Los factores que condicionan la tasa de evaporación (generalmente se la expresa en mm/día ó mm/mes) son, por un lado, los que caracterizan el estado de la atmósfera en la vecindad de la superficie evaporante y, por el otro, los factores que caracterizan la naturaleza y el estado de la superficie evaporante (agua libre, hielo, suelo desnudo, vegetación). Como una forma de correlación entre la evaporación y otros factores meteorológicos que influyen en ambos medios (agua y aire), Dalton (1802) propone la siguiente formulación:

que expresa la tasa de evaporación E en forma directamente proporcional a la diferencia entre la presión de vapor saturado (ps) a la temperatura del agua, y la presión de vapor (pv) existente en el aire circundante. La diferencia (ps-pv) se denomina déficit higrométrico. La presión de vapor pv, y por ende la evaporación E, depende entonces tanto de la temperatura del agua como del aire.

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7.8.5 Composición del petróleo.

El petróleo es un compuesto de origen orgánico, más denso que el agua y de un olor fuerte y característico. Se extrae de la superficie terrestre y después es almacenado en grandes depósitos y enviado mediante oleoductos (vía terrestre) o por los grandes barcos petrolíferos (vía marítima) a las partes del mundo donde es necesario.

En numerosas ocasiones se utiliza la palabra crudo para denominar al petróleo sin refinar.

Los hidrocarburos están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. La composición media del petróleo sería 85%C, 12%H y 3% S+O+N, además de varios elementos metálicos.

La composición de los crudos varía dependiendo del lugar donde se han formado. Las diferencias entre unos y otros se deben, a las distintas proporciones de las diferentes fracciones de hidrocarburos, y a la variación en la concentración de azufre, nitrógeno y metales.

En las refinerías el crudo pasa a convertirse en un derivado del petróleo. El proceso de refinado pretende:

Separar el crudo en fracciones diferentes mediante destilación fraccionada o fraccionamiento del crudo.

Convertir las fracciones que tienen una menor demanda en el mercado en otras de mayor demanda. Esto se realiza gracias a la técnica de ruptura térmica o catalítica (craqueo).Craqueo térmico : Consiste en la ruptura de las cadenas carbonadas y acción de calor a una temperatura de entre 400-650ºC. De esta ruptura se obtienen parafinas cortas , olefinas, naftalenos o aromáticos.Craqueo catalítico: Mejoras en el craqueo térmico mediante el empleo de catalizadores.

Modificar las cadenas de carbono de las gasolinas para aumentar la calidad del carburante (reformado) y elevando el poder antidetonante de la gasolina.Los catalizadores de reformado tienen dos funciones químicas diferentes:Función metálica: Las reacciones que catalizan los metales (Pt, Re, Ir) en este proceso son las de hidrogenación y deshidrogenación.Función ácida: Esta función la realiza el cloro, y tiene como misión llevar a cabo las reacciones de isomerización de n-parafinas, así como catalizar algunas etapas del proceso de reformado.

Realizar un refinado adicional para eliminar los componentes no deseados, como el azufre.

En la siguiente tabla se muestran los diferentes productos que se pueden obtener del crudo:

Producto Intervalo De Aplicaciones

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Temperatura Ebullición

Fracciones Ligeras

Gas de refinería

<20ºCCombustible para la refinería

GLP <20ºCCalefacción doméstica e industrial

Gasolina 40-150ºCCarburante para automóviles

Nafta pesada 150-200ºCMateria prima para productos químicos, disolventes.

Fracciones Medias

Queroseno 170-250ºCLámpara de alumbrado carburante para turborreactores

Gas Oil 250-320ºCCarburantes para motores diesel, calefacción doméstica

Fracciones Pesadas

Fuel Oil ligero 340-4001CCombustible para buques, locomotoras, etc.

Fuel Oil pesado 400-500ºCMateria prima para lubricantes, ceras, cremas y aceites.

Asfalto >500ºCPavimentación, techado, impermeabilización, etc.

Clasificación y composición del Fuel OilEl Fuel Oil es una mezcla de hidrocarburos alifáticos y aromáticos del petróleo (benceno y derivados del benceno). Puede contener también añadidos como el nitrógeno o azufre. La composición química exacta de cada uno de los fuel oil variará dependiendo del origen y de otros factores.

El Fuel Oil, según las normas AFNOR (Asociación Francesa de Normalización) NF M 15-010 octubre 1976 se puede clasificar en:

Fuel Oil n°1 o fuel oil doméstico Fuel Oil n°2 (contenido máximo en azufre: 4%) o fuel de bodega Fuel Oil n°2 BTS, bajo contenido de azufre (contenido máximo en

azufre: 2%) Fuel Oil n°2 TBS, muy bajo contenido de azufre (contenido máximo en

azufre: 1%)

Las características que determinan los usos que se le darán al fuel son principalmente:

Viscosidad: Mide la resistencia de un líquido al flujo.

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Poder calorífico: Representa la cantidad de energía liberada por unidad de masa o volumen del fuel oil durante la reacción química para lograr una combustión

Punto de escurrimiento: Es la temperatura más baja a la cual el fuel oil fluirá bajo condiciones de ensayos estándar.

Contenido de azufre: El contenido de azufre depende del crudo, del proceso de refinación y del tipo de fuel oil.El bajo contenido de azufre del fuel oil, minimiza los efectos de la corrosión generada por los residuos de la combustión, garantizando un mínimo de depósitos y escoria adherida en los componentes de la caldera.

Contenido de agua y sedimentos: La presencia de agua en el fuel oil se debe, generalmente, a la condensación de esta en los tanques de almacenaje, perdidas de vapor cuando se lo utiliza para la calefacción de los tanques, etc. La presencia de agua y sedimentos puede causar problemas en filtros y quemadores, a su vez puede causar problemas de corrosión en tanques y líneas.

7.9 Composición química.

Todos los tipos de petróleo se componen de hidrocarburos, aunque también suelen contener unos pocos compuestos de azufre y de oxigeno; el contenido de azufre varía entre un 0,1 y un 5%. Dichos hidrocarburos pueden separarse por destilación fraccionada de la que se obtienen aceites ligeros (gasolina), vaselina, parafina, asfalto y aceites pesados. 

El petróleo contiene elementos gaseosos, líquidos y sólidos. La consistencia del petróleo varía desde un líquido tan poco viscoso como la gasolina hasta un líquido tan espeso que apenas fluye. Por lo general, hay pequeñas cantidades de compuestos gaseosos disueltos en el líquido; cuando las cantidades de estos compuestos son mayores, el yacimiento de petróleo está asociado con un depósito de gas natural.

La composición elemental del petróleo normalmente varía entre estos intervalos:

Elemento Peso %Carbono 84-87Hidrógeno

11-14

Azufre 0-2Nitrógeno 0,2

El petróleo es un líquido insoluble en agua y de menor densidad que ella. Dicha densidad está comprendida entre 0.75 y 0.95 g/ml. Sus colores varían del amarillo pardusco hasta el negro.

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La composición varía con la procedencia. Se los clasifica según el tipo de hidrocarburos que predominan en el:

-Petróleo a base parafínica (fluidos);

-Petróleo a base asfáltica (viscosos);

-Petróleo a base mixta.

El petróleo a base asfáltica es negro, viscoso y de elevada densidad: 0,95 g/ml. En la destilación primaria produce poca nafta y abundante fuel oil, quedando asfalto como residuo. Petróleos asfálticos se extraen del flanco sur del golfo de San Jorge (Chubut y Santa Cruz). Estos petróleos son ricos en compuestos cíclicos como el ciclopentano y el ciclohexano, y en hidrocarburos aromáticos como el benceno y sus derivados.

Los petróleos a base parafínica tienen color claro, son fluidos y de baja densidad: 85 g/ml. Rinden más nafta que los asfálticos. Cuando se refinan sus aceites lubricantes se separa la parafina. Mendoza y Salta poseen yacimientos de petróleos parafínicos. De estos petróleos se pueden extraer grandes cantidades de nafta, kerosene y aceites lubricantes.

Los de base mixta tienen características y rendimientos comprendidos entre las otras dos variedades principales. Después de destilar sus porciones más volátiles abandonan nafta y asfalto. Aunque sin ser iguales entre sí, petróleos de Comodoro Rivadavia (Chubut) y Plaza Huincul (Neuquén) son de base mixta.

Los componentes del petróleo más usados como combustibles son el Carbono y el Hidrógeno debido a que ellos se combinan fácilmente con el oxígeno, iniciando la combustión.

7.10. Servomotores.

Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición

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dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.Los servomotores son comúnmente usados en modelismo como aviones, barcos, helicópteros y trenes para controlar de manera eficaz los sistemas motores y los de dirección. Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, tiene un consumo de energía reducido. Los servomotores hacen uso de la modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar la dirección o posición de los motores de corriente continua. La mayoría trabaja en la frecuencia de los cincuenta hercios, así las señales PWM tendrán un periodo de veinte milisegundos. La electrónica dentro del servomotor responderá al ancho de la señal modulada. 

Aplicaciones.-

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7.11. Sensores.

El sensor convierte una magnitud física (temperatura, revoluciones del motor, etc.) o química (gases de escape, calidad de aire, etc.) que generalmente no son señales eléctricas, en una magnitud eléctrica que pueda ser entendida por la unidad de control.

Sensores en el automóvil.- Los automóviles actuales tienen una cantidad importante de sensores (de 60 a 70 sensores en algunos casos). Estos sensores son necesarios para la gestión electrónica del automóvil y son utilizados por las unidades de control (ECU) que gestionan el funcionamiento del motor, así como la seguridad y el confort del vehículo. El sensor se puede presentar como un "sensor elemental" o un "sensor integrado" este ultimo estaría compuesto del sensor propiamente dicho mas la parte que trataría las señales para hacerlas comprensibles por la unidad de control. La parte que trata las señales generadas por el sensor (considerada como circuitos de adaptación), se encarga en general de dar a las señales de los sensores la forma normalizada necesaria para ser interpretada por la unidad de control.

Sensor de Posición de Cigüeñal o Árbol de Levas. a). Ubicación:

• En la tapa de la distribución o en el monoblock.

b). Función:

• Indican la posición del cigüeñal o árbol de levas al módulo de control. Esta información es usada para el tiempo de apertura de los inyectores y el tiempo de encendido.

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c). Síntomas de falla:

• El motor no arranca.

• El automóvil se tironea.

• Puede apagarse el motor espontáneamente

Sensor de Temperatura .- a). Ubicación:

• Se encuentra en la caja del termostato conocida como toma de agua o en el múltiple de admisión.

b). Función:

Informar al módulo de control la temperatura del refrigerante del motor para que este a su vez calcule la entrega de combustible, la sincronización del tiempo y el control de la válvula EGR, así como la activación y la desactivación del ventilador del radiador.

c). Síntomas de falla:

• Ventilador encendido en todo momento con motor funcionando.

• El motor tarda en arrancar en frío y en caliente.

• Consumo excesivo de combustible.

• Niveles de CO muy altos.

• Problemas de sobrecalentamiento.

Sensor de Temperatura de Aire. a). Ubicación:

• Se encuentra en el ducto de plástico de la admisión del aire.

• Puede estar en el filtro de aire o fuera de él antes del cuerpo de aceleración.

b). Función:

• Determinar la densidad del aire.

• Medir la temperatura del aire.

c). Síntomas de falla:

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• Altas emisiones contaminantes de monóxido de carbono.

• Consumo elevado de combustible.

• Problemas para el arranque en frío.

• Aceleración ligeramente elevada o alta.

Sensor de Velocidad.-

a). Ubicación:

• En la transmisión, cable del velocímetro o atrás del tablero de instrumentos.

• La señal puede ser una onda, de tipo alterna o digital.

b). Función:

Los voltajes que proporciona este sensor, la computadora los interpreta para:

• La velocidad de la marcha mínima.

• El embrague del convertidor de torsión.

• Información para que marque la velocidad, el tablero eléctrico digital.

• Para la función del sistema de control de la velocidad de crucero (cruise control).

c). Síntomas de falla:

• Marcha mínima variable.

• Que el convertidor de torsión cierre.

• Mucho consumo de combustible.

• Pérdida de la información de los kilómetros recorridos en Un viaje y el kilometraje por galón.

• El control de la velocidad de crucero puede funcionar con Irregularidad o no funciona.

Sensor de detonación. a). Ubicación:

• Está situado en el bloque del motor en el múltiple de admisión o en la tapa de válvulas.

b). Función:

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• Es un sensor de tipo piezoeléctrico, la detonación o cascabeleo del motor provoca que el sensor genere una señal de bajo voltaje y esta es analizada por el PCM (computadora del carro).

• Esta información es usada por el PCM para controlar la regulación del tiempo, atrasa el tiempo hasta un límite que varía según el fabricante, puede ser de 17 a 22 grados, esto lo hace a través de un módulo externo llamado control electrónico de la chispa.

c). Síntomas de falla:

• Pérdida de potencia o cascabeleo del motor y por lo tanto deterioro de algunas partes mecánicas.

Sensor de Posición de la Mariposa de Aceleración.-

a). Ubicación:

• Localizado en el cuerpo de aceleración.

b). Función:

• Informa al PCM la posición de la mariposa del cuerpo de aceleración.

• Calcula el pulso del inyector.

• Calcula la curva de avance del encendido.

• Es de tipo potenciómetro.

• Calcula el funcionamiento del sistema del control de emisiones.

c). Las señales que genera este sensor la computadora las usa para modificar:

• Regulación del flujo de los gases de emisiones del escape a través de la válvula EGR.

• La relación de la mezcla-aire combustible.

• Corte del aire acondicionado por máxima aceleración.

d). Síntomas de falla:

• La marcha mínima es variable, ya que están más bajas o más altas las RPM normales.

• El titubeo y el ahogamiento durante la desaceleración.

• Una falta de rendimiento del motor o mayor consumo de combustible.

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Sensor de Flujo de Aire.- a). Ubicación:

• Localizado entre el filtro del aire y del cuerpo de aceleración.

b). Función:

• Se usa como un dispositivo de medición térmica.

• Una resistencia térmica mide la temperatura del aire de admisión. Cuando más aire pasa cerca de la misma, ésta se enfría, mientras que cuando menos aire pasa, se calienta.

• La computadora analiza los cambios de potencia de electricidad necesaria para calentar y mantener la temperatura de la resistencia térmica a 75 grados centígrados.

c). Síntomas de falla:

• Ahogamiento del motor (exceso de combustible) debido a que el sensor no calcula la cantidad de combustible.

• Consumo excesivo de combustible, niveles altos de CO (Monóxido de carbono).

• Falta de potencia.

• Humo negro por el escape.

Sensor de Oxígeno.- a). Ubicación:

• En el tubo de escape.

• En el múltiple de escape.

b). Función:

• Medir la cantidad de oxígeno después de la combustión.

• Mandar información a la unidad de control para ajustar la mezcla aire-combustible.

c). Síntomas:

• Altas emisiones contaminantes.

• Mucho consumo de combustible.

7.12 Sistema de protección para los ocupantes de automóvil.

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La ingeniería de seguridad es la evaluación de diversos escenarios de accidentes y su impacto en los ocupantes de vehículo. Estos están testea- dos contra rigurosas normas gubernamentales. Algunos de esos requerimientos incluyen: Funcionalidad de los cinturones de seguridad y air bag, evaluación de impactos frontales y laterales y resistencia al vuelco. Las evaluaciones se realizan con varios métodos y herramientas: Simulación computarizada del choque (por lo general con análisis de elementos finitos), maniquíes para pruebas de choque, sistemas parcial de trineo y accidentes completos con vehículos.

7.13. Impacto ambiental.

Es el efecto que produce la actividad humana sobre el medio ambiente.

Los tipos de impactos ambientales, según su origen son los provocados por:

• El aprovechamiento de los recursos naturales.

• Contaminación.

• Ocupación del territorio.

De acuerdo a sus atributos el impacto ambiental se puede clasificar en:

• Positivo o Negativo.

• Directo o Indirecto.

• Acumulativo.

• Sinérgico.

• Residual.

• Temporal o Permanente.

• Reversible o Irreversible.

• Continuo o Periódico.

Huella de carbono.- Históricamente se define como la totalidad de gases de efecto invernadero producidos por una organización, evento, producto o persona.

Industria Automotriz.- Determinar la huella de carbono que produce la fabricación de un automóvil es una tarea extremadamente compleja.

Uso de recursos.- En su fabricación y mantenimiento los vehículos hacen uso de recursos no renovables, tales como:

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• Petróleo.

• Metales.

• Otros combustibles fósiles.

Ruido.- El exceso de ruido es lo que se conoce como contaminación acústica, en áreas urbanas los vehículos son responsables de la gran parte del ruido que se genera.

El ruido afecta el trabajo, la relajación y el sueño de las personas; en casos extremos puede conllevar a problemas físicos de salud como fatiga crónica, alta presión sanguínea y enfermedad del corazón.

Calidad de suelos y de agua.- El aceite, y otras partículas desprendidas por el accionar normal del vehículo, como el residuo de frenos y neumáticos van a parar al camino, la lluvia las lleva hasta los ríos y arroyos, donde eventualmente llega al mar.

Efecto invernadero.- Los automóviles producen gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global y al cambio climático.

Dióxido de carbono, óxido nitroso y metano entre otros.

• 1 litro de petróleo = 2.3 Kg de CO2

• 1 litro de LPG = 1.5 k Kg de CO2

• 1 litro diesel = 2.7 Kg de CO2.

Calidad de aire. - Las emisiones de los vehículos de pasajeros contribuyen en:

• Monóxido de carbono 47%

• Óxidos de nitrógeno 40%

• Hidrocarburos 27%

• Partículas 4%

Regulaciones.- Existen muchas normas y acuerdos a nivel global que rigen el impacto ambiental de la industria automotriz, además de incentivos que los gobiernos otorgan a las empresas por el desarrollo de tecnología mas eficiente en el uso de los combustibles, etc.

7.14. La industria automotriz.

La industria automotriz se encarga del diseño, desarrollo, fabricación, ensamblaje, comercialización, reparación y venta de automóviles. Es una gran generadora de empleo ya que además de la mano de obra directa que

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requiere, genera toda una industria paralela de componentes, por lo que la mano de obra indirecta creada es sumamente grande también. En 2006 se produjeron en todo el mundo más de 69 millones de vehículos de motor. En este mismo año se vendieron 16 millones de automóviles nuevos en los Estados Unidos, 15 millones en Europa Occidental, 7 millones en China y 2 millones en la India. En el año 2007, los mercados de Canadá, Estados Unidos, Europa Occidental y Japón no mostraron crecimiento en ventas, a diferencia de los pujantes mercados de Sudamérica (especialmente Brasil), Europa Oriental (especialmente en Rusia) y Asia (Corea del Sur y la India).

Historia.- En 1885 se crea el primer vehículo automóvil por motor de combustión interna con gasolina. Se divide en una serie de etapas marcadas por los principales hitos tecnológicos. Uno de los inventos más característicos del siglo XX ha sido sin duda el automóvil. Los primeros prototipos se crearon a finales del XIX, pero no fue hasta alguna década después cuando estos vehículos empezaron a ser vistos como algo "útil". El intento de obtener una fuerza motriz que sustituyera a los caballos se remonta al siglo XVII. El automóvil recorre las tres fases de los grandes medios de propulsión: vapor, electricidad y gasolina. El primer vehículo a vapor (1769) es el "Fardier", creado por Nicolás Cugnot, demasiado pesado, ruidoso y temible. En 1900, la producción masiva de automóviles había ya empezado en Francia y Estados Unidos. Las primeras compañías creadas para fabricar automóviles fueron las francesas Panhard et Levassor (1889), y Peugeot (1891). En 1908, Henry Ford comenzó a producir automóviles en una cadena de montaje, sistema totalmente innovador que le permitió alcanzar cifras de fabricación hasta entonces impensables. En 1888, Bertha Benz viajó 80 km desde Manheim hasta Pforzhelm (Alemania) para demostrar el potencial del invento de su marido.

Caracterizada por el desarrollo de motores más seguros y eficientes y menos contaminantes.

1961-1992 Renault 4

1966-presente Toyota Corolla, Chrysler Challenger, Ford Mustang

1970-presente Range Rover

1974–presente VW Golf

1975–1976 Cadillac Fleetwood Seventy Five- uno de los autos más grandes fabricados.

1976–presente Honda Accord

1986–presente Ford Taurus

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1983-1998 Peugeot 205

2000- Presente Lamborghini, BMW, Ferrari, Alfa Romeo, etc...

2001-2010 Chevrolet Chevi

2002-Presente Ford Fiesta

2003-Presente Volkswagen Jetta

2004-Presente BMW Z4

2005-Presente Ford Mustang GT

2012-Ford Focus 1.0 ECOBOOST 125 C.V.

En México.

Industria automotriz de vehículos ligeros

Las empresas de la industria terminal de vehículos ligeros cuentan con un total de 18 complejos productivos en 11 Entidades Federativas del país, en los que se realizan actividades que van desde el ensamble y/o blindaje hasta la fundición y el estampado de los vehículos y motores. Actualmente, en México se producen más de 45 modelos de automóviles y camiones ligeros.

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Industria automotriz de vehículos pesados

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La industria terminal de vehículos pesados también ha alcanzado un importante nivel de desarrollo en nuestro país. Actualmente 11 empresas fabricantes de vehículos comerciales y dos de motores de este tipo de vehículos cuentan con instalaciones productivas en México.

Marco normativo.-

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7.15. Sistemas automotrices.

• Los sistemas son todos los componentes que conforman un vehículo automotor.

Haciendo más fácil su manejo

• Todos trabajan de manera coordinada para obtener un mejor rendimiento en el vehículo.

• Si algún elemento falla puede dejar el vehículo inmóvil dependiendo la importancia que este tenga.

Sistemas que integran un automóvil.-

Sistema de frenos.

Sistema de enfriamiento.

Motor.

Suspensión y dirección.

Transmisión.

Embrague.

Aire acondicionado.

Sistema eléctrico y electrónico.

Sistema eléctrico y electrónico.

Los sistemas se dividen en:

• Primarios

Son aquellos sin los cuales el automóvil no podría ser utilizado

• Secundarios

Son aquellos que ayudan a facilitar el manejo pero que a pesar de no tenerlos el automóvil podría funcionar

Sistemas primarios.-

• Motor

• Dirección

• Embrague

• Transmisión

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Sistemas secundarios.-

• Sistema de enfriamiento

• Aire acondicionado

• Sistema eléctrico y electrónico

• Suspensión

• Frenos

Motor.-

• Es la parte más importante del vehículo

• En él se transforma toda la energía para darle tracción a las ruedas

• Se divide en tres partes principales

Cabeza o culata

Monoblock

Carter

Dirección.-

• El sistema de dirección permite darle la movimiento a las llantas para guiar el vehiculo según lo requiera el conductor.

Embrague.-

El embrague es un sistema que permite tanto transmitir como interrumpir la transmisión de una energía mecánica a su acción final de manera voluntaria.

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En un automóvil, por ejemplo, permite al conductor controlar la transmisión del par motor desde el motor hacia las ruedas.

Conclusiones.

Durante este curso logramos aprender desde lo que fue los inicios del automóvil, con los primeros vehículos automatizados para moverse solo una gran novedad para finales del siglo XIX, luego continuo con la primera empresa que se decidió industrializar el desarrollo de automóviles. Aprendimos también las partes del motor, los diferentes sistemas que hacen que un motor funcione como el sistema de inyección cuales son los componentes que conlleva a su funcionamiento. Realizamos también algunos ejercicios para calcular el par torsión de un motor, vimos también los ciclos otto y diesel. Aprendimos sobre los sistemas de seguridad de un automóvil, los diferentes sensores que nos facilitan un buen funcionamiento del vehículo además de su impacto tanto en el ámbito social, cultural sobre todo en la industria automotriz en nuestro país y sobre todo el ambiental algo muy importante hoy en día.

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Recomendaciones.

La recomendación que podemos dar: es que es muy importante conocer las partes que de los vehículos y muy importante el motor conocer cómo funciona, que partes lo componen y para qué sirve cada componente, así como conocer todo lo que compete a la industria automotriz un ramo estratégico para el desarrollo de tecnología.

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Bibliografía.

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http://www.profesorenlinea.com.mx/fisica/Trabajo_eficiencia_Ejercicio001.html

http://ejercicios-fyq.com/?Rendimiento-y-potencia-util-0001

http://www.manualvuelo.com/PRE/PRE49.html

https://sites.google.com/site/energia1bachillerat/12-potencia-rendimiento-de-un-motor

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Diesel

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_otto

http://www.ecured.cu/index.php/Llama_(combusti%C3%B3n)

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http://www.ejemplode.com/38-quimica/598-importancia,_composicion_y_propiedades_del_aire.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Evaporaci%C3%B3n\

http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_del_autom%C3%B3vil

65

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Bosh. Manual de la técnica del automovil. Editorial reverte.Barcelona

www.air.ingresoll-rand.com . Clase de Mecánica y Electricidad Electromotriz impartida por el

profesor: Ing. Edgar Fías Orta. Semestre Agosto-Diciembre 2014