motores diesel marinos libro

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    PARA USO DIDACTICO PROHIBIDA SU VENTA

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    CONTENIDO

    CAPTULO l.

    HISTORIA DEL MOTOR DIESEL. - SUS APLICACIONES EN LOS BUQUES: Breve biografa de Rodolphe Diesel - Sus teoras e ideas. - Los primeros motores Diesel. Dificultades para adaptarlos a los buques y cmo fueron superadas. - Propulsin moderna.

    CAPTULO 2.

    COMBUSTIBLES: Combustin; elementos combustibles y comburentes. - Molcula y tomo. - Mezcla y combinacin. - Hidrocarburos. - Diversas clases de hidrocarburos. - Petrleos: clasificacin de los mismos. - Destilacin del petrleo y obtencin de sus derivados. - Su aplicacin en el funcionamiento de los motores. - Pro- piedades de los combustibles. - Peso especfico. - Poder calorfico. Viscosidad. - Punto de inflamacin. - Punto de combustin. - Punto de encendido.. - Aceites de engrase.

    CAPTULO 3.

    MOTORES DE DOS Y DE CUATRO TIEMPOS: Ciclo de funcionamiento. - Fases que componen estos ciclos. - Ciclos tericos y ciclos prcticos. - Diagramas. - Indicador de diagramas. - Rendimiento de los diagramas. - Presin media. - Presin mxima. - Presin de compresin. - Planmetro. - Potencias. - Rendimiento.

    CAPTULO 4.

    FORMAS CONSTRUCTIVAS: Aplicaciones de los motores de dos y cuatro tiempos. - Ventajas e inconvenientes. - Motores lentos y rpidos. - Velocidad de giro. - Carrera y dimetro. - Valor de la presin media. - Motores de simple y doble efecto. - Motores en V. - Motores de mbolos opuestos.

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    CAPTULO 5.

    EMBOLOS: MOTORES DE EMBOLO BUZO. - MOTORES DE CRUCETA: Condiciones que debe reunir un mbolo. - Aros de estanqueidad. - Material de los aros. - Sus huelgos. Construccin de los mbolos. - Sus diversos tipos. - Motores de mbolo buzo. - Motores de cruceta. - Refrigeracin de los mbolos. - Lquidos refrigerantes. - Tubos telescpicos. - Reconocimiento y conservacin de los mbolos. - Precauciones a observar en sus reconocimientos.

    CAPTULO 6.

    BIELAS CRUCETAS. - CONJUNTOS: Tren alternativo. Biela Cabeza y pie de biela. - Construccin de la biela. - Cojinetes de biela. - Sus huelgos. - Patines. -Correderas. - Engrase.

    CAPTULO 7.

    BOMBAS DE BARRIDO Y SOPLADORES: Necesidad de aire de barrido. - Dificultades para efectuar un barrido perfecto. - Distintos sistemas. - Barrido lateral por lumbreras. - Barrido uniflujo por vlvulas en la culata. - Diversos tipos de bombas. - Bomba alternativa. - Rotativa o soplador. - Centrfuga o turbosoplante.

    CAPTULO 8.

    SOBREALIMENTACION: Principio de la sobrealimentacin. - Motores sobrealimentados. - Ventajas e inconvenientes de la sobrealimentacin. - Diversas formas de sobrealimentar. - Turbina de gases de escape. - Su funcionamiento.

    CAPTULO 9.

    ARRANQUE: Diversas maneras de arrancar los motores. - Arranque a mano. - Arranque por embrague automtico: elctrico y neumtico. - Arranque por aire comprimido. - Vlvula de arranque. - Nmero mnimo de cilindros que ha de llevar esta vlvula. - Arranque del motor. - Motores de un solo sentido de giro. - Motores reversibles. - Cambios de marchas: Formas de conseguir lo. - Cambios de marcha por engranajes. - Id. por aire comprimido. - Id. por hlice de palas reversibles. - Telgrafos; mandos.

    CAPTULO 10.

    BANCADA. - BASTIDOR. - Importancia de la bancada. - Su constitucin. - Bandeja. - Cojinetes de bancada. - Crter. - Bastidores o columnas. - Tapas de crter. - Precauciones en el crter. - Correderas.

    CAPTULO 11.

    EL EJE DE CIGEALES. - Objeto del cigeal. - Condiciones que ha de reunir. - Orden de trabajo. - Tipos de cigeal. - Su construccin. - Huelgos. - Engrase. - Volante. - Grado de irregularidad. - Virador.

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    CAPTULO 12.

    CILINDRO. CAMISA. CULATA. - Conjunto del cilindro. - Cilindro. - Su refrigeracin. - Construccin. - Camisa. .- Su colocacin. - Engrase de la misma. - Engrasadores. - Conservacin de la camisa. - Desgaste. - Electrgenos. - Culata. - Vlvulas de aspiracin y escape. - Su entretenimiento y conservacin. - Accionamiento de las vlvulas. - Eje de levas. - Vlvulas de seguridad y de indicador

    CAPTULO 13.

    INYECCION DEL COMBUSTIBLE. - Sistemas de inyeccin. - Por aire o insuflacin y slida o directa. - Bombas de inyeccin. - Diversos tipos de bombas: Bosch, Burmeister, Sulzer. - Entretenimiento de las bombas de combustible.

    CAPTULO 14.

    DISTRlBUCION: Significado de la distribucin. - Distribucin por transmisin de engranajes o de cadenas.

    CAPTULO 15.

    ENGRASE Y REFRIGERACION: Necesidad de engrase. - Sistemas de refrigeracin. - Bombas de circulacin de agua. - Refrigeradores de agua y aceite.

    CAPTULO 16.

    COMPRESORES DE AIRE. BOTELLAS: Necesidad de aire para el arranque. - Compresin del aire. - Razones para subdividir la compresin. - Compresores de varias fases. - Su construccin. Manejo y entretenimiento. - Botellas.

    CAPTULO 17.

    LINEA DE EJES: Transmisin del movimiento del motor a la hlice. - Constitucin de la lnea de ejes. - Construccin de los ejes. - Chumaceras. - Eje de empuje. - Chumacera de empuje: diversos tipos. - Chumacera Mitchell: su principio y funcionamiento. - Cuidados que requiere la chumacera de empuje. - Ejes de cola. - Bocina.

    CAPTULO 18.

    HELICE: Propulsores. - Ruedas de paletas: Ventajas e inconvenientes - Hlices. - Paso y circunferencia de la hlice. Helicoide.- Su desarrollo. - Construccin de la hlice. - Electrgenos. - galvnica. - Cavitacin. - Resbalamiento. - Formas de obtener el paso de la hlice.

    CAPTULO 19.

    INSTALACION. ALINEACION: Instalacin de los motores a bordo. - Trazado de la lnea de ejes. - Su instalacin. - Monta motor. - Nivelacin de la bancada. Flexmetro su empleo

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    Fatigas. - Grfico de las flexiones. - Estado del cigeal segn el valor de las flexiones. - Suplementos asiento bancada.

    CAPTULO 20.

    LA CONDUCCION y EL MANEJO DEL MOTOR: Puesta en cha.- Sus preparativos. - Circulacin del aceite. Circuitos de agua. - Circuito del aire. - Circuito del combustible. Cuidados durante la marcha. - Preparativos en la llegada. Estancia en puerto. - Averas ms corrientes y forma de corregirlas. - Sociedades Clasificadoras.

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    PROLOGO

    Antes de la Primera Guerra mundial, en 1912, la fbrica danesa BURMEISTER & W AIN construa un motor Diesel de ocho cilindros que alcanzaba los 1250 CV. destinado a propulsar un buque de gran tonelaje.

    Hasta este momento el motor Diesel se haba aplicado slo a pequeas embarcaciones y se tena dudas de que dichn motor pudiera dar buen resultado. Sin embargo las dudas se aclararon cuando se pudieron comprobar los re- sultados. Desde entonces el motor Diesel fue ganando puestos contra todo tipo de motores destinadns a la pro- pulsin de barcos hasta el extremo de que hoyes, prcticamente, el dueo y seor de la traccin marina. Las potencias alcanzadas con este tipo de motores han llegado a lns 25000 CV. lo que puede dar una idea de sus grandes posibilidades.

    Por lo tanto decir motores marinos o motores Diesel marinos viene a ser la misma cosa por el gran campo de aplicacin que la traccin Diesel tiene en marina, en la actualidad.

    Ahora bien: los motores Diesel aplicados para la navegacin tienen que resolver sus propios problemas. Ni que decir tiene que las grandes potencias a que llegan slo pueden alcanzarse con motores de dimensiones extraordinarias, de gran capacidad de embolada y escaso nmero de revoluciones por minuto. La propulsin, que se ha de realizar por medio de una hlice, debe ser tal que permita la marcha hacia atrs para hacer las maniobras. Por otra parte el motor ha de tener una seguridad absoluta de funcionamiento de modo que hay que controlar todos los circuitos de refrigeracin, aceite, etc.

    Todas estas cuestiones y otras muchas ms, por supuesto, han sido desarrolladas por el autor de este libro cuyo ttulo viene a enriquecer nuestra coleccin de monografas con un tema de gran inters para los interesados por el mundo del motor.

    Los Editores

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    CAPITULO 1

    Historia del motor Diesel. Sus aplicaciones en los buques

    EN septiembre del ao 1853, nace en Pars, hijo de padres alemanes, Rodolphe Diesel, el que con los aos habra de ser el inventor del motor que lleva su nombre. Comienza y sigue los estudios de ingeniero hasta obtener su ttulo en 1879 en la Escuela Politcnica de Munich, pasando poco despus a trabajar en los talleres de la casa Sulzer en Winthertur. Ya desde sus primeros estudios y experiencias tiene Diesel la idea de llegar a construir un motor que funcione segn el llamado Ciclo de Carnot (o sea, un ciclo que estuviese formado por dos isotrmicas y dos adiabticas; dndose el nombre de transformacin a aquella que se realiza manteniendo constante su temperatura, es decir, aadiendo o quitando calor para que la temperatura no vare, y el de transformacin , a aquella en la cual no hay cambio alguno de calor con el exterior, con lo que su temperatura aumenta o disminuye).

    En el ao 1892, solicita Diesel la patente para poder , y al ao siguiente publica en Berln un folleto de 96 pginas sobre la construccin y funcionamiento de un nuevo tipo de mquina, documento tcnico famoso, que habra de revolucionar la industria, titulado , pensando emplear como combustible para el funcionamiento de este motor, el carbn finamente pulverizado.

    Por aquel entonces, todos los estudios y experiencias estaban destinados a perfeccionar los distintos tipos de mquinas existentes, tales como maquinas de vapor o motores de gas y nada poda hacer presumir que el lanzamiento de las ideas de Diesel, podran alcanzar, en tan poco tiempo, tan gran importancia

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    Figura 1 Ciclo Diesel original

    Y es que Diesel, en sus estudios, concibe un nuevo tipo de maquina por completo distinta de las dems, ya que al introducir en un cilindro una cantidad de combustible, el calor desarrollado en su combustin con el aire all encerrado a alta presin, se transformaba directamente en trabajo al actuar sobre el embolo y este, por la conexin biela-manivela, en movimiento del eje cigeales.

    Comienzan inmediatamente los trabajos para llevar a la prctica estas ideas y en mismo ao de 1893, la casa M,A,N. de Nuremberg, en Alemania construye el primer motor experimental bajo la direccin de Diesel. Este motor estaba constituido por un, cilindro de hierro forjado limitado por dos bridas a l remachadas, La brida inferior o fondo, a travs de un agujero en su parte central permita el paso del vstago del mbolo el cual, mediante una cruceta, se una a la barra de conexin que a su vez conectaba con el eje cigeal.

    Durante las pruebas de este primer motor ocurri un accidente que hizo explotar en pedazos el aparato indicador y estuvo a punto de costar la vida al inventor.

    Transcurren varios aos de intensos estudios hasta que en 1897, se construye ya el primer motor en el que pueden medirse su potencia y consumo.

    Las experiencias de estos estudios son dados a conocer seguidamente, y si bien los resultados obtenidos no son sealados por Diesel, ya que son inferiores a lo por el calculados, pues llevado por un error en sus clculos y formulas y formulas para la combustin, obtena para su mquina un rendimiento superior al de la llamada , este rendimiento era no obstante mayor que el de cualquiera de las mquinas conocidas hasta entonces.

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    Figura 2 Ciclo Diesel modificado

    Pensaba Diesel emplear para el funcionamiento de su motor, cualquier clase de combustible, especialmente el carbn finamente pulverizado ya citado, realizando la combustin por procedimientos distintos de los empleados en aquella poca.

    Comprimira el aire puro hasta alcanzar una presin de 2'88 atmsferas (hecho que ocurrira hacia la mitad del camino recorrido por el mbolo), por va isoterma, o sea, manteniendo constante la temperatura; esto se conseguira a base de inyectar agua, en el interior del cilindro. A partir de este punto, la compresin del aire sera adiabtica, es decir sin robar el calor al aire, y de esta forma al llegar el mbolo al punto superior habra alcanzado una presin de 250 atmsferas calculndole una temperatura de 800. En este momento, el combustible (carbn pulverizado), se introduca en el cilindro pero regulando su entrada lentamente de tal forma que la combustin fuese isotrmica. Cuando el mbolo, en movimiento descendente, hubiese recorrido una fraccin de su carrera y la presin de los gases hubiese disminuido hasta 90 atm. se interrumpira la introduccin de combustible, y entonces el movimiento del mbolo continuara por la expresin de los gases, hasta llegar a alcanzar stos su presin final.

    Como vemos, un motor funcionando as habra descrito el ciclo de Carnot, ms pronto pudo comprobar Diesel las dificultades Que representaba el llevar sus ideas a la prctica, por lo Que tuvo que modificar el ciclo de trabajo de su motor, presentando un nuevo ciclo con la ven- taja de una mayor sencillez, pero con la consiguiente prdida de rendimiento.

    La modificacin del ciclo consista en que la compresin del aire se efectuara toda ella por va adiabtica, eliminando su parte isotrmica, con lo cual, al alcanzar la presin de 90 atm., la temperatura es ya de 800 C.

    El primer motor experimental y sobre el que hemos dicho se efectuaron las medidas de potencia y consumo, fue un motor monocilindrico trabajando por el sistema de cuatro tiempos, con una potencia de 18 CV. Era vertical y con cruceta; empleaba el petrleo como combustible y hacia llegar la compresin tan slo a 40-45 atm.

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    Con sus mltiples ensayos y experiencias el motor se fue desarrollando e imponiendo en la industria terrestre a las dems mquinas existentes. Pero en la Construccin Naval, siendo siempre algo reacios a las innovaciones debido a los enormes gastos que la instalacin de un buque representa, al poco espacio de que se dispone, a la facilidad y rapidez de maniobra que se requiere y sobre todo a la seguridad de la vida del buque en la mar, hicieron que la aplicacin del motor Diesel para la propulsin de buques fuese algo retrasada con relacin a sus aplicaciones terrestres.

    No obstante todos estos obstculos fueron vencidos. En un principio el motor solo fue empleado para mover pequeas embarcaciones, ms cuando el tamao de stas se hizo mayor, al estar el motor concebido para trabajar en un solo sentido, hubo que estudiar la forma de poder invertir el sentido de la marcha de la embarcacin, para ello se pens que la marcha avante la facilitara el motor, y la marcha Atrs, se obtendra empleando motores elctricos o maquinas de vapor. Se emplearon tambin hlices de pasos reversibles, es decir, hlices que cambiaban la posicin de sus palas, invirtiendo as el impulso efectuado sobre el buque, mientras que el motor seguira girando en el mismo sentido. Pero todos estos sistemas serian definitivamente abandonados, cuando en el ao 1905, la casa Sulzer lograra construir el primer motor, con cambio del sentido de marcha o sea reversible, obteniendo con ello la seguridad y rapidez tan necesaria para la maniobra de un buque. En la actualidad todos los motores instalados para la propulsin de buques son reversibles, y tan slo en breves casos suele emplearse la hlice de paso reversible o bien, los embragues generalmente hidrulicos.

    El tener que emplear como combustible el petrleo represent en los buques una enorme ventaja sobre el carbn. El carbn hay que almacenarlo en grandes depsitos o carboneras, que haban de ser de fcil acceso para su almacenado y extraccin. Los espacios as empleados eran robados as a otros usos y necesidades; hay que tener en cuenta que el espacio siempre fue un problema primordial en los buques. En cambio, para almacenar combustibles lquidos, debido a su facilidad de manejo y transvase con bombas y tuberas, se pueden emplear depsitos o compartimientos que de otra forma no tienen utilidad, tales como son los tanques de doble fondo.

    En cuanto a la seguridad del buque, a medida que el motor se iba perfeccionando, se comprob que todos los temores eran infundados, y al ser estos desechados, el motor entr en franca competencia con las dems clases de maquinas a las que con el tiempo se fue imponiendo.

    Hasta el ao 1910, todos los buques propulsados por motores eran pequeas embarcaciones, pero a partir de entonces, los grandes buques van adoptando este sistema, y as, en 1912 entra en servicio el primer gran buque de motores para carga y pasaje, el dinamarqus SEELANDIA, equipado con dos motores de cuatro tiempos BURMEISTER WAIN, de ocho cilindros y 1.250 CV. cada motor.

    A medida que crecen las necesidades de la navegacin, cada vez van siendo mayores los buques, y necesitndose con ello mayores potencias. Aunque pareca que el uso del motor estara reservado al empleo exclusivo de buques de mediano tonelaje, ya que su ms firme competidor, la turbina de vapor ocupaba las altas potencias, he aqu que, en los ltimos aos, con los materiales empleados en la construccin, con la consiguiente reduccin de

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    peso, los sistemas de aire de sobrealimentacin aumentando su potencia, el poder emplear petrleos residuales con su bajo valor de coste, hacen que los mayores buques del mundo, los enormes , de cien mil toneladas de carga, vayan equipados con motores Diesel (el japons YAMUZY MARU, propulsado por un motor BURMEISTER WAIN, con 12 cilindros, sobrealimentado, trabajando con el ciclo de dos tiempos, de 25.000 CV. de potencia).

    Con ello vemos lo muy generalizado que est el empleo del motor, utilizndose ya no slo para la propulsin de cualquier tipo de buques, sino como mquina auxiliar a bordo, tales como son los grupos electrgenos.

    Hemos visto como fue el nacimiento del motor Diesel, como se desarroll e impuso hasta llegar a conseguir la gran preponderancia de que hoy disfruta, haciendo concebir para l, las ms halageas esperanzas. Ms no obstante es indiscutible, de que con el tiempo, el hombre, en su afn creador, construir nuevas mquinas que a su vez se impondrn al motor, y as ya hoy, una nueva fuente de energa comienza a emplearse en la propulsin de buques, la energa atmica.

    En esta ocasin la Construccin Naval, trabaja rpidamente y en el ao 1955 efectuaba ya sus pruebas el primer buque dotado de este nuevo sistema de propulsin, el submarino norteamericano Nautilus; en 1962, entraba en servicio el primer buque atmico de superficie, el rompehielos sovitico Lenin, y recientemente el primer buque mercante, el norteamericano Savanah, llamado as en honor del primer buque que con el mismo nombre y equipado con mquina de vapor, atraves el Atlntico.

    Como final de este captulo podramos decir que, probablemente, Rodolphe Diesel no llegase a sospechar la magnitud de sus teoras e inventos, y lo que ello habra de representar en la vida industrial. En un viaje relacionado con sus trabajos y estudios, Diesel embarc en el puerto de Amberes (Blgica) el 29 de septiembre de 1913, en el buque Dresden con des- tino a Harwich en Inglaterra, desapareciendo misteriosamente en la noche de aquel mismo da, sin llegar al trmino de su viaje.

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    CAPITULO 2

    Combustibles

    SABEMOS por la Fsica que el calor puede transformarse en trabajo y viceversa; estas dos formas de energa van ntimamente ligadas. Pues bien, para conseguir el calor necesario para el funcionamiento de los motores, hemos de introducir en el interior' de sus cilindros una cantidad de aire comprimido, y en el momento convenido hacer Ilegal; hasta l, el agente capaz de producir el foco calorfico que nos produzca el movimiento. Al agente lo llamaremos combustible, y al foco calorfico le daremos el nombre de combustin.

    Se llama combustible a todo cuerpo capaz de combinarse con el oxgeno con desprendimiento de luz y calor, y al fenmeno qumico que se desarrolla al efectuarse esta combinacin, la ms conocida de las reacciones, se la conoce con el nombre de combustin. Al oxgeno se le designa con el nombre de comburente. O sea que para que se produzca una combustin hacen falta siempre dos elementos, uno de ellos habr de ser el oxgeno, y el otro, el cuerpo que con l se combine para producir el calor. Otros elementos entran tambin en la combustin, los llamados inertes que son aquellos que an interviniendo en ella no toman parte activa pasando a formar las cenizas, hollines y escorias.

    Se designa con: el nombre de molcula, a la menor cantidad de materia que podemos tener de un cuerpo, conservando sus propiedades. Las molculas son de tamao sumamente pequeo, pero a su vez an pueden subdividirse en otras partes infinitamente ms pequeas llamadas tomos. Segn el nmero de tomos que se precisen para la formacin de una molcula, que puede ser de uno, dos, tres, etc., el cuerpo as formado se llamar monoatmico, biatmico, triatmico, etc.

    Cuando tenemos dos o ms cuerpos y los juntamos todos ellos formando uno nuevo, si en este, cada componente sigue teniendo sus propiedades, caractersticas, decimos entonces que tenemos una mezcla. En cambio, si al unir los cuerpos, aparece uno nuevo, de propiedades distintas a los que se han unido, decimos que hemos obtenido una combinacin. Tambin podramos definir estas dos palabras diciendo, que mezcla es la unin de dos o

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    ms cuerpos por procedimientos fsicos, y combinaci6n, cuando esta unin se lleva a cabo por procedimientos qumicos.

    Se conocen con el nombre de hidrocarburos, a las substancias obtenidas con la combinacin del carbono con el hidrogeno. Teniendo en cuenta cuanto hemos dicho acerca de mezcla y combinacin, el hidrocarburo se nos presenta ahora, como un cuerpo de propiedades distintas completamente de las de los cuerpos que han entrado en su formacin.

    El nmero de combinaciones que se pueden formar con un nmero de tomos de carbono con otros de hidrogeno, es ilimitado, por tanto tambin ser ilimitado el nmero de hidrocarburos que pueden existir, ms para nuestros estudios solo tres de ellos nos merecen el especial inters.

    1. Hidrocarburos de la serie acclica sobresaturada, llamados tambin de la "serie grasa o aliftica". Qumicamente vienen representados por la formula Cn H2n + 2, en la que C, es el tomo de carbono; H, el de hidrogeno; n el nmero de tomos de carbono que son necesarios para la formacin de la molcula de hidrogeno junto con el 2n + 2, nmero de tomos de hidrogeno, siendo el metano, de formula CH4, llamado tambin gris y gas de los pantanos, el hidrocarburo tipo de esta serie.

    2. Hidrocarburos de la serie acclica, semisaturados llamados tambin "etilnicos". Su formula Cn H2n., siendo el "etileno" C2 H2N, el tipo de esta serie.

    3. Hidrocarburos "serie cclica o aromtica", llamados as por su caracterstico olor, representados por la formula Cn H2n, siendo el benzol. el primero de esta serie C6 H6.

    Tras estas breves nociones fsicas, pasemos a estudiar los combustibles. Para su aplicaci6n al funcionamiento de los motores, solo nos interesan los llamados combustibles lquidos, y de ellos el petrleo con todos sus derivados.

    El petrleo natural Q "petrleo bruto" es un lquido inflamable, de menor densidad que el agua, de un caracterstico y desagradable olor con un color que puede ser desde el amarillo al negro, que se encuentra en bolsas en el interior de la tierra, estando formado por una mezcla, bastante compleja de hidrocarburos con otros cuerpos, en mucha menor proporcin y que generalmente constituyen sus impurezas.

    Segn los componentes que entren en su formacin, los petrleos se " clasifican de la siguiente forma:

    1. De base parafnica, estando constituidos por hidrocarburos de la serie acclica Cn H2N + 2, siendo ricos en combustibles para motores, aceites lubrificantes, cera parafnica y una pequea proporcin de azufres y asfaltos.

    2. De base asfltica, que estn constituidos por los hidrocarburos saturados cclicos Cn H2N, son muy viscosos y de color oscuro por su gran cantidad de asfalto; dan buenas gasolinas si bien sus lubrificantes son de peor calidad y dejan, en su destilacin, breas y asfaltos.

    3. Los de base mixta, o sea la mezcla de los parafnicos con los asflticos.

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    En cuanto a las diversas teoras que existen para explicamos la formacin del petrleo, podemos reducirlas a dos, que se consideran fundamentales: la teora que le atribuye un origen mineral y la otra, que le supone una formacin orgnica, siendo sta ltima, la generalmente aceptada en nuestros das.

    La teora orgnica atribuye la formacin del petrleo, a la descomposicin de diversas materias grasas, que por largo tiempo han estado sometidas a grandes presiones y temperaturas. Estas grandes cantidades de grasa provienen al parecer, de restos de peces y animales marinos.

    En pocas remotas y cuando por la constitucin de la tierra eran muy frecuentes las convulsiones geolgicas, originando levantamientos y hundimientos de la corteza terrestre, debieron quedar incomunicados trozos de mares que se transformaron en grandes lagos salados. En estos lagos la vida de las especies marinas sigui desarrollndose con la proliferacin rpida de aquellos tiempos, a la par que, con la evaporacin, el agua iba siendo ms densa cada vez, con lo que al transcurso de los siglos, toda la fauna dej de existir y sus restos siguieron un proceso de putrefaccin, quedando tan slo sus materias grasas de difcil descomposicin.

    Esta sustancia orgnica se fue acumulando en el fondo de estas aguas y, bajo la accin de determinados elementos se fue transformando en una especie de fango, el cual, con la intervencin de las sales del agua y al ser cubiertas con los sedimentos del terreno, estuvieron durante largo tiempo sometidas al alto calor y presin de la tierra, dando lugar a la formacin de la masa viscosa que son los hidrocarburos, base de los petrleos.

    Por lo que se refiere a la teora mineral, sta atribuye la formacin del petrleo, a la accin del agua de los mares sobre grandes cantidades de carburas metlicos existentes en el interior de la tierra, estando tambin sometidos a las altas presiones Y temperaturas existentes en las capas inferiores de la superficie de la tierra.

    En cuanto al conocimiento del petrleo se remonta a tiempos lejanos, pues incluso en hechos bblicos tales como el Arca de No o la Torre de Babel, ya se nos habla de l; los antiguos egipcios lo emplearon en medicina; griegos Y romanos en sus guerras, yendo evolucionando sucesivamente sus empleos pero siempre a base de pequeas cantidades.

    En el ao 1859, en Pensilvania (Estados Unidos), se consegua abrir el primer pozo importante, haciendo surgir de l unas 3 toneladas diarias.

    Normalmente, el petrleo se encuentra cerrado en grandes bolsas de la superficie terrestre Y a distintas profundidades, siendo la mayor registrada hasta la fecha de 6.000 metros. Para llegar a estas bolsas se emplean distintos tipos de mquinas, las cuales son como enormes taladros que abriendo agujeros llegan hasta estas cavidades donde est el petrleo, y segn se acierte el punto de la bolsa, el petrleo fluir a la superficie impulsado por las presiones a que est sometido debido a los gases all existentes, o bien habr que utilizar un sistema de bombas para su extraccin.

    La distribucin geogrfica de estas bolsas, o mejor dicho, los pases productores de petrleo son: Estados Unidos, Rusia, Arabia Saud, Irn, Irak y Venezuela, y segn clculos basados en los estudios geolgicos, las reservas existentes de petrleo, dan cifras fabulosas de miles

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    de millones de toneladas, siendo la reserva ms importante la del Oriente Medio, conocida con el nombre de Polo del petrleo. Tal y como encontramos el petrleo en la naturaleza es de difcil aplicacin para fines industriales, ya que viene acompaado de otras substancias tales como, oxgeno, azufre, nitrgeno, sales minerales, agua, arena..., por lo que hay que refinarlo para poderlo utilizar.

    Esta operacin se lleva a cabo mediante su destilacin fraccionada, obteniendo as una serie de productos, cada uno de los cuales presenta unas propiedades caractersticas dependientes de la temperatura a que se efecta dicha destilacin.

    Pueden agruparse estos productos en tres grupos: 1., los obtenidos entre la temperatura normal y los 150; 2., los obtenidos entre los 150 y 250, y 3., los que se obtienen entre los 250 y 400.

    Si a su vez los productos as obtenidos volvemos a destilarlos hacindolos pasar por temperaturas intermedias, obtendremos una nueva serie de ellos, ms para nosotros bastar agruparles de la siguiente manera:

    1. Voltiles (pertenecen al primer grupo anterior), los que fraccionando la temperatura entre normal y 150, se consiguen el ter, obtenido entre los 30 y 50; la gasolina,' entre los 50 y los 80; bencina, entre los 80 y 150 .

    2. Medios (corresponden al segundo grupo anterior). - El petrleo lampante entre los 150 y 250; gas-oil, entre los 200 y 350.

    3. Pesados (son el tercer grupo anterior). - El Diesel oil, los aceites lubrificantes y las parafinas.

    De todos estos productos el que mejores ventajas presenta para su aplicacin en los motores Diesel es el gas-oil que, como vemos, es un producto intermedio cuya destilacin est entre los 200 y los 350.

    Pero generalmente para el funcionamiento de los motores se emplea el Diesel-oil, combustible de calidad inferior al anterior de precio ms econmico.

    Debido al alto grado de perfeccionamiento que se ha conseguido en la construccin de los sistemas de inyeccin de combustible en el cilindro, en nuestros das se est empleando con magnfico resultado el llamado fuel-oil. Se designa con este nombre a la sustancia que queda del petrleo bruto tras extraerle los productos ms ligeros, comprendiendo fcilmente que si este combustible es de ms baja categora que los gas-oil y Diesel-oil, en cuanto a su refinado se refiere, tambin ser menor su precio de coste, razn por la cual se impone su empleo.

    Pasemos ahora a 'estudiar las diversas propiedades de los combustibles.

    Por definicin se llama peso especfico de un cuerpo, al peso en kilos de un litro de esta sustancia.

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    En el caso de los combustibles este dato se obtiene fcilmente, ya que tomando una cantidad de agua (cuyo peso especfico se toma por unidad), se pesa; seguidamente se toma un volumen igual del combustible que estamos tratando, y se pesa tambin. El cociente entre el peso del combustible y el del agua, es su peso especfico, que en el caso de los petrleos es siempre menor que la unidad, oscilando normalmente entre 0'820 y 0'900.

    Poder calorfico es el nmero de caloras que es capaz de desprender un kilo de combustible, siendo la calora el calor que hace falta para aumentar la temperatura de un litro de agua en un grado. Se comprende que cuanto mayor poder calorfico tenga un combustible, mejor ser su rendimiento. La determinacin del poder calorfico se lleva a cabo en los laboratorios debiendo aadir que en el caso del gas-oil, Diesel-oil y fuel-oil ste oscila alrededor de las 10.000 caloras. La viscosidad es la resistencia que todo lquido opone cuando se le hace pasar por un orificio; Este dato merece especial inters por cuanto a los combustibles pesados se refiere, tales como el fuel-oil, ya que para que los sistemas de inyeccin trabajen satisfactoriamente, al combustible hay que darle la suficiente fluidez para que pueda atravesar todos los conductos de tuberas, bombas e inyectores.

    Figura 3 Viscosmetro Engler

    Figura 4 Aparato para la medicin del punto de

    inflamacin

    Como vemos, viscosidad y temperatura van ligadas entre s, observando que, al aumentar la temperatura, disminuye la viscosidad (aumenta la fluidez), y viceversa, siendo norma general expresar la viscosidad a la temperatura de 20.

    Diversos aparatos se emplean para hallar la viscosidad de un combustible, siendo el llamado viscosmetro de Engler, el ms conocido. Consiste en un recipiente A (figura 3), que va colocado en el interior de otro mayor B, en el que se coloca agua a fin de poder calentar el primero de forma muy lenta. El recipiente A, tiene en su fondo un orificio con un grifo a travs del cual habr de pasar el combustible, estando adems dotado de un termmetro t para

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    saber la temperatura a que se lleve a cabo la prueba. En el recipiente A, se coloca una cantidad del combustible cuya viscosidad estamos tratando de averiguar; entonces mediante la aplicacin de un mechero m, se va calentando muy poco a poco el agua del recipiente B, que a su vez ir calentando muy lentamente el combustible colocado en A. Cuando este combustible alcance la temperatura deseada (generalmente los 20), se retira el mechero y abriendo el grifo g, mediante el reloj, se mide el tiempo que el combustible tarda en pasar por el orificio, recogindole en la vasija V. Seguidamente se repite la operacin pero llenando ahora el depsito A con agua, igual cantidad de la de combustible. Dividiendo el tiempo que tard en pasar el combustible por el que ha tardado el agua, nos dar la viscosidad del primero expresada en grados Engler.

    Punto de inflamacin es la temperatura a que ha de estar un combustible para que desprenda vapores inflamables que ardern al contacto de una llama, pero sin que la masa lquida entre en combustin; Este dato es importante conocerle con el fin de evitar el peligro que pueda ocasionar el manejo del combustible.

    Para averiguar el punto de inflamacin podemos valemos del aparato representado en la figura 4. Consiste en un recipiente A,' dotado de un termmetro t, y provisto de un orificio o en su parte alta; este recipiente va colocado en el interior de otro mayor B, que se llena de agua para que rodee al primero, de manera que al aplicar un mechero y a medida que vaya calentndose el agua, se calienta A, lentamente. En el citado recipiente A colocaremos el combustible a ensayar que no deber llenarlo del todo sino dejar, como mnimo, una altura de un centmetro, para los gases. A medida que aumentemos la temperatura del agua ir aumentando la del combustible desprendiendo gases. Sobre el orificio o dirigiremos la llama de un mechero. En el momento en que los gases desprendidos ardan (cual una pequea explosi6n), habremos alcanzado su "punto de inflamacin, cuya temperatura nos la dar el termmetro t.

    Punto de combustin, es la temperatura que debe alcanzar un combustible para que al acercarle una llama, ste arda de forma continua hasta su consumo total. En el mismo aparato que hemos empleado para averiguar el punto de inflamacin podemos hallar el punto de combustin. Acerca del punto de combustin podemos decir tambin, lo dicho para el punto de inflamacin, o sea que es un dato cuyo nico valor nos sirve para evitar los peligros que entraa el manejo o almacenamiento del combustible.

    Se llama punto de encendido, a la temperatura que debe alcanzar un combustible para que pueda arder de forma espontnea. Segn la constitucin de los combustibles este dato vara notablemente, influyendo tambin, en gran manera, la presin del aire con el que el combustible ha de efectuar su combusti6n, pudiendo decir que, en el gas-oil, por regla general, alcanza los 200 C cuando el aire est baj o la presin de 30 kilos.

    Adems de todas las propiedades enunciadas anteriormente, todo combustible ha de presentarse exento de impurezas, tales como el azufre, asfaltos, arenas, etc., ya que todas ellas influyen grandemente en la buena marcha del motor, con prdida de su rendimiento.

    Con la destilacin fraccionada del petrleo y cuando ya se han obtenido todos sus productos ligeros hasta llegar al gas-oil, nos queda entonces una sustancia viscosa, que sometida a un nuevo proceso de destilado entre los 250 Y 400 de temperatura, nos proporciona los aceites minerales tan necesarios para la lubricaci6n de toda mquina. Segn que estos aceites se

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    obtengan de menor a mayor temperatura, su fluidez ir de mayor a menor, y as los tendremos en sus distintos grados de viscosidad.

    El aceite lubrificante es indispensable para el funcionamiento de cualquier clase de mquina, debido a que todas las superficies que estn en contacto y sometidas a las presiones y roces del movimiento, por muy bien trabajadas que estn, aun con rectificado y pulido final, siempre presentan , unas rugosidades, imperceptibles al tacto, debidas a la constitucin del material. En estas condiciones, al deslizar una pieza sobre la otra rpidamente, stas se agarran produciendo gran cantidad de calor, consiguiendo que en pocos minutos se produzca un agarrotamiento o fundan los materiales. Manera de evitar el que esto pueda ocurrir es introduciendo entre las dos superficies de contacto una capa de aceite lubrificante, el cual, al rellenar las rugosidades existentes en sus materiales, hace que las piezas se deslicen ahora sobre una superficie suave y adems de facilitar su deslizamiento evita la formacin del calor. Comprendida la importancia de los aceites diremos una serie de cualidades que deben reunir para poder ser aceptados.

    1. Deben ser de constitucin homognea y de difcil descomposicin, no debiendo tener cuerpo duro alguno, ya que esto traera consigo la destruccin del material de las superficies de contacto.

    2. Estar exentos de cualquier sustancia alcalina o cida, pues en este caso, deterioran el material corroyndolo.

    3. El aceite no debe emulsionarse (saponificarse), aunque se mezcle y agite con agua.

    4. Debe tener un punto de inflamacin alto a fin de evitar que por el calor que se desarrolla en los roces de las piezas en movimiento, llegue a inflamarse causando las consiguientes averas. Generalmente la temperatura de inflamabilidad debe ser superior a los 200.

    5. La viscosidad ha de ser lo suficientemente alta para que pueda adherirse a las superficies que lubrique, sin empastarlas ni poder ser despedido.

    6. Hay que tener en cuenta su peso especfico, ya que el aceite habr de circular por un sistema de tuberas que forman el circuito del motor. Normalmente oscilar entre 0'87 y 0'90.

    Adems de los aceites minerales aqu tratados, existen tambin, otros de origen vegetal y animal que prcticamente carecen de Importancia, en cuanto a su aplicacin a los motores se refiere.

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    CAPITULO 3

    Motores de dos y de cuatro tiempos.

    EN un motor Diesel el ciclo terico de su trabajo est caracterizado porque la combustin de la mezcla combustible se efecta a presin constante y mediante el calor facilitado por la compresin del aire en el interior del cilindro.

    Segn se lleve a cabo la realizacin de este ciclo en una, vuelta del eje motor, o bien, en dos de ellas, nos sirve a nosotros para hacer una clasificacin general de los motores reunindoles en dos grupos fundamentales: motores de dos tiempos, los que efectan un ciclo completo de trabajo en una vuelta del eje, y motores de cuatro tiempos, los que efectan el ciclo en dos vueltas.

    Considerando que en una mquina cualquiera, el ciclo de funcionamiento es la serie de operaciones que, repitindose de forma continua, nos dan el trabajo total que la mquina, nos facilita, pasemos a estudiar las distintas fases que constituyen estos ciclos.

    En un motor Diesel, las fases que componen su ciclo de trabajo se resumen de la siguiente manera:

    1. Llenar el cilindro con aire atmosfrico. 2. Efectuar la compresin de este aire hasta que alcance una temperatura que sea

    superior ala de combustin del combustible. 3. Inyeccin del combustible con su proceso de combustin. 4. Expansin de los' gases producidos en la combustin. 5. Evacuacin de estos gases a la atmsfera.

    Todas estas fases se realizan en una vuelta del motor si es de dos tiempos y en dos vueltas cuando es de cuatro tiempos de la manera siguiente:

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    Figura 5 Esquema del Motor de dos tiempos

    1a. fase. - Supongamos que tenemos el embolo en su punto muerto bajo (extremo inferior de su carrera). En este momento, el aire, impulsado por un sistema cualquiera de ventilador o bomba adecuado a una baja presin, generalmente de hasta 0.5 kilos, se precipita a travs de las lumbreras o galeras, al interior del cilindro para llenarlo totalmente al tiempo que con su empuje limpia barriendo los residuos de gases que all pudieran quedar de ciclo anterior. Es necesario que el aire entre en el cilindro con esta pequea presin para aprovechar el breve espacio de tiempo disponible durante el que las lumbreras estn abiertas. A este aire as impulsado se le llama aire de barrido.

    2a. fase - El mbolo comienza su movimiento ascendente (figura 6, primer tiempo), con lo cual, cierra por las que hemos introducido el aire Entonces este aire va siendo comprimido al tiempo que su temperatura va aumentando. Cuando el embolo llega muerto alto (extremo superior de su carrera) el aire comprimido ha alcanzado una presin de 40 a 45 kilos, con una temperatura de 700 a 800.

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    Figura 6 Ciclo Diesel de dos tiempos

    3a. fase. - Estando el mbolo en este punto, y con el aire a la presin y temperatura indicadas, se efecta entonces la introduccin del combustible finamente pulverizado o inyeccin (figura 6, segundo tiempo). Al encontrar el combustible esta masa gaseosa caliente, de forma espontnea se produce su combustin con lo que se origina un aumento del volumen de dicha masa; esta expansin de los gases acta sobre el mbolo al que transmite su impulso con lo que comienza su movimiento descendente.

    4a. fase. - Los gases quemados se van expansionando, y el mbolo desciende como hemos dicho, debido a su impulso. A esta fase es la que podramos llamar "til", ya que es la nica en la cual se realiza el trabajo de mover el motor, mientras que las restantes tan slo nos sirven para hacemos realizable sta.

    5a. fase. - En su descenso, el mbolo llega a descubrir las lumbreras del cilindro; entonces, los gases expansionados ya, se precipitan al exterior por un nmero de ellas al tiempo que por las restantes comienza la entrada de aire fresco que nuevamente llenar todo el cilindro y barrer hacia el escape cuantos gases quemados pudieran quedar. El mbolo llegar a su punto muerto bajo y comenzar la repeticin del ciclo explicado.

    As, pues, vemos que para completa un ciclo de trabajo el motor ha tenido que dar una vuelta completa, habiendo efectuado el embolo dos carreras, ascenso y descenso.

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    Figura 7 Esquema de un motor de cuatro tiempos

    Motor de cuatro tiempos (figura 7)

    1a. fase. - En este caso supondremos que el embolo lo tenemos situado en el punto muerto superior, observan que la parte alta del cilindro est dotada de las vlvulas A, para la admisin o entrada del aire, y E, para la evacuacin o escape de los gases quemados. Al descender el mbolo est abierta la vlvula A (figura 8) con lo que la succin originada por el vaco del mbolo, precipite hacia el interior del cilindro llenndolo totalmente, hasta que dicho mbolo llega al extremo inferior de su carrera (punto muerto bajo).

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    Figura 8 Ciclo Diesel de cuatro tiempos

    2a. fase; - En el punto muerto bajo invierte el mbolo su sentido de mar- cha. Se cierra la vlvula A. En el movimiento de ascenso va comprimiendo el aire encerrado en el cilindro, aumentando su presin al tiempo que su temperatura, y cuando el mbolo ha llegado a su punto muerto alto, el aire alcanza los 40 kilos de presin, con unos .700 de temperatura.

    3a. fase. - Alcanzada esta presin y temperatura, y estando el mbolo en su punto muerto superior, inyectamos el combustible en el cilindro, y en estas condiciones, espontneamente, entra en combustin formando los gases que han de actuar impulsando al mbolo.

    4a. fase. - Estos gases, en su expansin, empujan al mbolo en movimiento descendente. Al igual que en los motores de dos tiempos, esta fase es la que llamamos til por ser la nica que nos produce trabajo. Desciende el mbolo hasta llegar al punto muerto bajo, donde invertir su movimiento.

    5a. fase. - Al comenzar el movimiento ascendente tenemos abierta la vlvula E, por la que los gases quemados de la combustin, impulsados por el mbolo son lanzados al exterior. Al alcanzarse el punto muerto alto la vlvula E se cerrar, abrindose la A y comenzando un nuevo ciclo.

    En esta ocasin, para que el ciclo de trabajo se complete, el motor ha tenido que dar dos vueltas o sea, que el mbolo ha efectuado cuatro carreras, ascenso, descenso, ascenso y descenso.

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    Quede con ello comprendido el por qu de la clasificacin de los motores en dos y cuatro tiempos. Tal y como hemos expuesto e] funcionamiento de los motores, diremos que los ciclos de trabajo realizados se pueden considerar como ciclos tericos, es decir, aquellos que slo en la teora pueden existir, ya que para poderles realizar en la prctica, o sea obteniendo ciclos prcticos, hay que tener en cuenta una serie de circunstancias todas ellas importantes que vamos a detallar.

    As tenemos que en el motor de dos tiempos, en el movimiento ascendente del mbolo, comprimimos el aire. Como hemos dicho, habra que inyectar e] combustible, al estar el mbolo en su punto muerto alto, y la combustin se desarrollaba a presin constante de manera uniforme. Pero hay que tener presente que el combustible inyectado, precisa de un tiempo para trasladarse desde el inyector a la cmara de combustin; tambin ha de calentarse y mezclarse con el aire comprimido, por lo que precisa de otro tiempo. Bien es verdad que la suma de estos tiempos es muy pequea, pero dada la velocidad con que se mueve el mbolo, resultara que de inyectarse el combustible cuando aqul se encontrase en su punto muerto, el tiempo que tardara en entrar en combustin el combustible, sera suficiente para que el mbolo hubiese comenzado su movimiento descendente, con lo cual variara la presin del aire junto con su temperatura, dando motivo a una combustin irregular y de escaso rendimiento.

    Manera de evitar este inconveniente es efectuando la inyeccin del combustible, el tiempo que necesitar para entrar en combustin, antes de que el mbolo llegue a su punto muerto alto, con lo que, al encontrarse en esta posicin, se originar una combustin rica, aunque no realizada a presin constante, y aprovecharemos al mximo la expansin de sus gases. Se comprende que este adelanto de la inyeccin, depender en gran manera de lo rpido que sea el motor, ya que cuanto ms revolucionado sea, a mayor distancia el mbolo de su punto muerto habr que comenzar a inyectar, pues a igualdad de tiempo ser mayor el ngulo girado por el cigeal para que la combustin tenga lugar en el momento oportuno. Tras el proceso de combustin se expansionan los gases hasta llegar a descubrir las lumbreras de escape, pero estos gases no se precipitan al exterior de forma instantnea tal como supusimos en teora, sino que precisan de un cierto tiempo para ir saliendo. Adems, el aire de barrido al entrar en el cilindro, tropieza con los gases quemados que dificultan su entrada necesitando de otro tiempo para entrar, lo que difiere tambin de lo supuesto tericamente.

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    Figura 9 Ciclo terico

    Figura 10 Ciclo practico

    En los motores que efectan su admisin y escape mediante lumbreras eliminamos este inconveniente haciendo que las lumbreras por las que salen los gases, sean de forma o tamao distinto de las destinadas a la entrada del aire de barrido, con lo que al tiempo que se adelanta la salida del escape consiguiendo su cada de presin, se logra que el nuevo aire entre en el cilindro con mayor facilidad.

    Por otra parte, las fases de compresin del aire y de la expansin de los gases de la combustin, que en teora los hemos efectuado por va adiabtica (sin cambio alguno de calor con el exterior), no nos es posible obtenerlas en la prctica, ya que debido al calentamiento de los cilindros del motor nos vemos obligados a refrigerarlos para evitar el agarrotamiento. Este robo de calor modifica el comportamiento del aire y de los gases, no siguiendo las leyes fsicas debidas, causa sta que influye en la variacin del ciclo terico.

    En las figuras 9 y 10 se comprende cuanto acabamos de explicar, acerca de los ciclos terico y prctico. En estas figuras, las circunferencias O y O' representan, cada una de ellas,' una vuelta completa del eje cigeal, siendo sus dimetros AF y A'E el recorrido del mbolo. Sobre el sistema de ejes de Presin y Volumen vamos a llevar a los distintos valores por los que pasa el aire en el interior del cilindro, y as tenemos en el Ciclo Terico (figura 9), que al estar el mbolo en su punto muerto ,bajo, F, la presin y el volumen del aire corresponden al punto f. Gira el cigeal el arco FE, ascendiendo el mbolo, recorrido F4, cerrando las lumbreras del escape y admisin al llegar a E, punto e de presin y volumen cerradas las lumbreras, el giro del arco EA por el cigeal hasta llega al punto muerto alto lo emplea el embolo en su recorrido 4-2-A. comprimiendo el aire, lnea e En este momento es cuando se inyecta el combustible y efecta su combustin, giro del cigeal A-B, recorrido del mbolo A-2, presin-volumen a-b. Comienza aqu la expansin de los gases describiendo el cigeal el arco B-C, recorrido del mbolo 2-4, presin-volumen h c. Al llegar el cigeal a C, el

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    mbolo en 4, descubre las lumbreras del escape y admisin cayendo la presin de c a e al escapar los gases quemados al exterior continuando el cigeal hasta llegar a F, punto muerto inferior con el recorrido 4-F del mbolo, y e f el valor de la presin y el volumen, por lo que se ha completado el ciclo terico. A partir de este punto comienza la repeticin de las fases sucesivamente.

    En el ciclo prctico (figura 10), tal como hemos dicho anteriormente, ha habido necesidad de adelantar el momento de introducir el combustible en el cilindro y modificar la apertura y cierre de las lumbreras de admisin y escape. Tenemos pues, el cigeal y mbolo en punto muerto bajo E'; lumbreras de admisin y escape abiertas, siendo e' la presin y el volumen. Gira el cigeal el arco E'-F', recorrido del mbolo E'-5', presin-volumen f'; se cierran las lumbreras de admisin con lo que comienza a aumentar suavemente la compresin f -g' durante el recorrido 5'-4' del mbolo, con el giro F'.G' del cigeal. Al llegar a G', se cierran las lumbreras del escape, el aire queda ya encerrado y aumenta su compresin g' -h'; el cigeal pasa a H' y el mbolo recorre 4'-3'-2'. En este momento, cuando an no se ha alcanzado el punto muerto superior, se inyecta el combustible efectundose su combustin, observndose que la representacin grfica de los valores de presin y volumen h'-h'-a'; es diferente de la obtenida en el ciclo terico (a-h); durante la combustin el cigeal ha girado H'-A'-B', y el mbolo ha recorrido 2'-A'-2'-3', llegando al punto muerto e invirtiendo el movimiento. Sigue ahora la expansin de los gases hasta alcanzar el cigeal el punto C'; el mbolo pasa de 3' a 4' la lnea de presin-volumen es' b'-c'. En C', punto 4' del mbolo, se abren las lumbreras del escape y los gases salen al exterior (c' a), y cuando el mbolo llega a 5' se abren las lumbreras de admisin, punto D' del cigeal, con lo que comienza la entrada del nuevo aire. Por cuanto hemos dicho en el calentamiento y refrigeracin de los cilindros, tambin la representacin grfica de la compresin y de la expansin es distinta de la del ciclo terico, siendo prcticamente de inferior valor. Se llega al punto muerto inferior E', cigeal y mbolo, dndonos los gases la lnea d-e, con lo que de nuevo comienza la repeticin del ciclo.

    En cuanto al motor de cuatro tiempos tambin nos presenta idnticos inconvenientes, por lo que lo dicho acerca de la inyeccin del combustible y su combustin para un motor de dos tiempos, es aplicable a aquellos, as como la forma de evitar dichos inconvenientes. El comportamiento del gas en el interior del cilindro es distinto del de un motor de dos tiempos, ya que distintas son sus fases de funcionamiento, pero sus dificultades son las mismas.

    As tenemos que al estar el mbolo en su punto muerto superior y comenzar el movimiento descendente, tenemos abierta la vlvula de admisin, hasta alcanzar el punto muerto inferior en que se cierra. Los movimientos de la vlvula no son instantneos y adems, el aire atmosfrico, al entrar en el cilindro, sufre una estrangulacin a su paso por la vlvula, con lo que al final del perodo de admisin, en el interior del cilindro, no existe la cantidad de aire necesaria, y, si el aire admitido es poco, la compresin no alcanza tampoco los lmites debidos motivando que la combustin se origine en muy malas condiciones. Lo mismo ocurre en el perodo de escape, pues su vlvula precisa de un tiempo para moverse; los gases al evacuar encuentran resistencia para atravesar la vlvula, de manera que al terminar esta fase, en el interior del cilindro quedan gran cantidad de gases quemados que dificultan la entrada del nuevo aire, y adems, al mezclarse con l, son causa de que la siguiente combustin se efecte en condiciones poco propicias.

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    A fin de evitar estos estrangulamientos en la admisin y el escape, a sus vlvulas respectivas se les dan las mximas dimensiones posibles.

    El momento de apertura de la vlvula de admisin, lo adelantaremos de forma que, al llegar el mbolo a su punto muerto superior, aqulla se encuentre completamente abierta y haya comenzado ya a entrar el aire. El cierre lo retrasaremos para despus de que el mbolo haya rebasado el punto muerto inferior; de esta manera, aun cuando el mbolo haya comenzado el movimiento ascendente, el aire, por la fuerza de inercia adquirida, seguir entrando en el cilindro hasta que esta fuerza de entrada se anule ron la presin interior del cilindro, que ser el momento en que cerrar la vlvula.

    La vlvula de escape, la abriremos antes de que el mbolo llegue al punto muerto inferior, para que al comenzar el movimiento ascendente los gases estn ya saliendo y no presenten resistencia a este movimiento de ascenso. Con objeto de dar ms tiempo para la salida de los gases, efectuaremos el cierre cuando el mbolo rebase el punto muerto superior.

    Observamos con lo dicho, que existe un momento del ciclo en que las vlvulas de admisin y escape estn las dos abiertas, intentndose con ello, que parte del nuevo aire que ingresa en el cilindro pueda pasar al escape efectuando as una limpieza arrastrando los gases quemados y dejando para la siguiente combustin un aire ms puro. Representando mediante grficos (figuras 11 y 12), al igual que en el motor de dos tiempos, los movimientos del cigeal, carrera del mbolo, y los valores presin-volumen en el interior del cilindro tendremos lo siguiente.

    Figura 11 Ciclo terico de cuatro tiempos

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    Ciclo terico (figura 11). - Cigeal y mbolo en A, punto muerto superior; presin-volumen en 1; abierta la vlvula de admisin. - Al describir el cigeal el arco A-C-B, el mbolo recorre su camino descendente A-O-B (fase de admisin), el aire entra a travs de la vlvula, en la que tericamente no sufre estrangulacin, y nos da la lnea 1-2, que se confunde con la lnea atmosfrica. A partir de B (punto muerto inferior), el cigeal gira el arco B-A; habindose cerrado la vlvula en B, de ad- misin, el mbolo, en su carrera ascendente B-O-A, comprime el aire en el interior del cilindro, fase de compresin, representada por: la lnea 2-3. De nuevo cigeal y mbolo en A (punto muerto superior), se inyecta el combustible y origina su combustin, describiendo el cigeal el arco A-C; el mbolo desciende A-c, siendo la lnea 3-4, el valor de la presin durante esta fase. Desde C hasta B, el giro se efecta por la expansin de los gases, recorriendo el mbolo c-O-B, en movimiento descendente y estando representada por la lnea 4-5 el valor de la presin durante esta fase. Otra vez en el punto muerto inferior; se abre la vlvula de escape y cae la presin de los gases, 5-2; el cigeal gira el arco B-A, recorriendo el mbolo B-O-A y expulsando los gases quemados, que como en su salida no encuentran resistencia alguna describen la lnea 2-1, que vuelve a confundirse con la lnea atmosfrica. Al llegar al punto muerto superior se inicia la repeticin del ciclo.

    Figura 12 Ciclo practico de cuatro tiempos

    Ciclo prctico (figura 12). - Antes de llegar al punto muerto superior (cigeal en G y mbolo en g) se abre la vlvula de admisin (punto 1) para comenzar la entrada del aire al cilindro. En el punto muerto superior A, empieza el movimiento descenderte del mbolo, y la succin

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    que produce el descenso, admite el aire cuya presin, debido a las inevitables estrangulaciones que sufre, en vlvula y conductos, caer algo por debajo de la lnea atmosfrica, describindonos la 2-3; cigeal y mbolo, tras un giro de 180, llegan al punto muerto inferior A' y lo rebasan pasando al movimiento ascendente comenzando entonces la compresin del aire que nos describe la lnea 3-4. Como vemos, el punto 3, momento que comienza la compresin del aire, est situado debajo de la lnea atmosfrica. Ya en ascenso, estando el cigeal en B y el mbolo en b se cierra la vlvula de admisin (punto 4). En su giro, el cigeal llega a C antes del punto muerto superior recorriendo el mbolo desde b hasta c, comprimiendo el aire segn la lnea 4-5. Se efecta en este instante la inyeccin del combustible seguida de su combustin con un giro del cigeal C-A-F-D y recorrido del mbolo c-A-c-g-f-d, siendo 5-6-7 el valor de la presin durante esta fase. Estamos ya en movimiento descendente durante el cual, los gases quemados se expansionan, siendo esta carrera de descenso en la que tenemos la combustin y expansin, la nica carrera til, en la que el motor nos produce trabajo, ya que como en el motor de dos tiempos, las carreras restantes son preparatorias para la realizacin de sta. En expansin, el cigeal gira el arco D-E, el mbolo recorre d-e, describindonos los gases la lnea 8-9. Se abre ahora la vlvula de escape dando comienzo el perodo de evacuacin cayendo la presin de los gases rpidamente segn la lnea 8-9. Se alcanza y rebasa el punto muerto inferior ascendiendo nuevamente, girando el cigeal durante la evacuacin E-A'-B-G-C-H-A-F (rebasado el punto muerto superior), el recorrido del mbolo e-A'-A-f, mientras que los gases, impulsados por el mbolo, nos describirn la lnea 9-1-2-10, que ir ligeramente P9r encima de la lnea atmosfrica en casi todo su trazado.

    Se observa ahora lo dicho anteriormente, de que al final del perodo de evacuacin, y al principio de la admisin, tenamos abiertas las dos vlvulas al mismo tiempo por las razones explicadas. Y a partir de este momento, se repite el ciclo de trabajo.

    Estas variaciones en los momentos de apertura y cierre de las vlvulas, son los llamados avances, sobre los cuales insistiremos nuevamente al hablar de la distribucin del motor.

    La forma de representar los distintos valores del volumen y presin a que se ve sometido el aire en el interior del cilindro, son los diagramas del motor, y fcilmente se comprender su importancia al decir que con su observacin sabemos, no slo el trabajo que el motor nos est suministrando, sino las anomalas que en su funcionamiento puedan existir y poder as evitarlas.

    Por todo lo explicado, tanto para los motores de dos tiempos como para los de cuatro, puede verse que los diagramas que en la prctica se nos presentan, son bastante diferentes de los que obtenamos en teora. El diagrama prctico de un motor obtenido mediante el aparato indicador f es bastante menor que el diagrama terico, y la comparacin de ambos es lo que se conoce con el nombre de rendimiento del diagrama, valor ste bastante difcil de conocer dependiente de las circunstancias de cada mquina, obtenindolo por comparacin entre un nmero de diagramas tericos y reales. Podramos decir que, generalmente, le asignamos un valor de un 75 %.

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    Figura 13 Aparato indicador de diagramas

    La obtencin de los diagramas se lleva a cabo mediante el aparato indicador, del cual damos una idea en la figura 13. Consiste en un pequeo mbolo A que se desliza muy ajustado en el cilindro B. El mbolo va dotado del vstago V, que presenta una hendidura sobre la que acta un resorte R, oponindose al movimiento del mbolo, apoyando el otro extremo del resorte en la parte fija del aparato. Sobre el brazo D, tenemos el tambor E, que por el eje F, va fijo con la roldana G, que le comunica un movimiento rotativo alternativo. Este movimiento se consigue conectando la roldana mediante un cordn a una pieza mvil del motor ya dispuesta para el caso, y generalmente situada sobre los ejes de levas; con el fin de que el tambor recupere siempre su posicin, lleva en el interior un resorte de recuperacin que acta al variar el tiro del cordn que le da movimiento. Un sistema de palancas a-b-d, que se mueve accionado por el " mbolo A, lleva en c un estilete o punta de marcar que se desliza sobre la superficie del tambor. En unas pletinas que lleva el tambor se coloca el papel en el que se va a trazar el diagrama, donde apoyar el estilete c.

    Mediante la tuerca C, el indicador se afirma a un grifo ya preparado de que estn dotados los cilindros del motor, y que estn en comunicacin con la cmara de combustin. Afirmando el indicador se conecta el cordn de la polea G a la pieza mvil destinada, y abriendo el grifo del motor, ponemos en comunicacin el indicador con el cilindro, y el aparato entrar en funcionamiento con los movimientos combinados del mbolo y tambor; entonces apretando suavemente la punta de marcar, nos trazar sobre el papel el diagrama indicado.

    Efectuar esta operacin requiere bastante prctica, ya que hay que hacerla rpidamente sin que el estilete pase dos veces sobre la misma lnea a fin de que los contornos salgan claros por completo.

    Trazado el diagrama, se cierra el grifo de comunicacin con la cmara de combustin, se desconecta el cordn de accionamiento, y se desmonta el aparato.

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    Como el indicador puede aplicarse a motores que trabajen a distintas presiones cada uno, va dotado de una serie de resortes R, en los que est grabada su presin de trabajo, debiendo elegirse el ms indicado en cada caso.

    Obtenido el diagrama, con su simple observacin, la experiencia nos indica las irregularidades que pueden existir en el funcionamiento del motor. Ms para llegar a conocer la potencia que el motor nos est desarrollando, hay que hacer el clculo del diagrama y una serie de operaciones. Se ha visto, que las lneas que formaban el diagrama representaban los distintos valores de la presin por los que pasaba el aire en el interior del cilindro durante la realizacin de un ciclo, y que la fuerza expansiva de los gases de la combustin era la que actuaba sobre la cabeza del mbolo comunicndole su impulso. Esta fuerza no es constante, variando notablemente de un punto a otro. Nosotros, para llevar a cabo el clculo del diagrama necesitamos dar a esta fuerza un valor que no nos vare, o sea, un promedio de los valores de la presin que se est ejerciendo sobre el I mbolo, para considerarla as, una fuerza constante y con ella, llegar a hallar la potencia indicada o del diagrama, que nos est desarrollando el motor.

    Este dato que vamos a buscar recibe el nombre de presin media y tambin ordenada media. Adems de esta presin media, encontramos tambin en el diagrama, la llamada presin de compresin, que es aquella que llegan a alcanzar los gases al final del perodo de compresin, o sea, la presin que existe en el cilindro en el instante en que va a inyectarse el combustible, la presin mxima o presion de combustin, que es el valor mximo que se alcanza, correspondiendo a la fase de combustin del combustible.

    Podemos decir, a ttulo de informacin, que los valores que normalmente suelen alcanzar estas presiones suelen ser, presin media, de 5 a 7 kilos; presin de compresin, unos 40 kilos; y la presin mxima, de 50 a 60 kilos.

    Figura 14 Mtodo practico de divisin del diagrama.

    Vamos a explicar dos maneras con las que se puede llegar a conocer el valer de la presin media, siendo stas, la de subdividir el diagrama en una serie de figuras, o medio prctico, o mediante el empleo del planmetro.

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    En el primer caso, se divide la longitud total del diagrama A (figura 14) en un nmero de partes iguales, 1, 2, 3... 10 (generalmente 10), aunque cuanto mayor sea este nmero, ms exacto ser el resultado. Por cada una de estas divisiones trazamos las perpendiculares A, B, C,...K, con lo que la figura diagrama, nos quedar dividida en una serie de ellas que prcticamente pueden considerarse como paralelogramos, en los que sus lados menores, son por completo irregulares, lo que nos representar un pequeo error de aqu la razn, de que cuanto mayor sea el nmero de divisiones del diagrama, menor ser el error final de la operacin.

    Se trata ahora de hallar el rea de todos estos paralelogramos (entendemos por tales, las figuras comprendidas dentro de los trazos del diagrama), cuya suma representar el rea del diagrama.

    Para ello, por el punto medio de cada una de las divisiones efectuadas, se trazar una nueva perpendicular, a, b, c, .. .f, que ser la base media de cada paralelogramo, en la que Y ser su altura.

    As tendremos:

    rea total = S = (Y X a) + (Y X b) + (Y X c) +.. + (Y x f), que equivale a

    S = Y (a + b + c + .+ f) Conocida esta rea total, la dividimos por la longitud del diagrama 0-10, con lo que nos dar la altura media de la figura, o sea, su ordenada media que era lo que queramos averiguar, y que ser la presin media constante que estar actuando sobre el .mbolo durante su carrera til.

    Habr que tener en cuenta, al llegar a la ordenada media, el resorte R que empleamos en el indicador al obtener el diagrama pues, como dijimos, haba una serie de ellos para los distintos valores de presin. Si el resorte empleado era 1 kilo = 1 milmetro, la presin media nos vendr representada, en kilos por centmetro, Caso de ser este resorte de otra, relacin, nos basta una sencilla regla de tres, para hacer su reduccin, aunque hay que resear, que cada resorte va dotado de una reglilla, con la que efectuamos la medida de las ordenadas, dndonos directamente el valor kilos/centmetro.

    Figura 15 Planmetro

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    En cuanto al planmetro diremos que es un aparato que nos da el rea del diagrama.

    Est formado el planmetro por dos brazos (figura 15), uno mvil A-B, y otro fijo A-C. El extremo del brazo fijo se afirma en C, por un pequeo peso con una, aguja. Sobre el brazo mvil tenemos el manguito H que se puede deslizar a voluntad. En este manguito est la articulacin de los brazos A, y un tambor D, con su contorno dividido en cien partes y un nonio en el que se miden las dcimas de estas partes. Mediante un husillo, el tambor D est conectado con el disco graduado L, de forma que si hacemos girar el tambor se mueve el disco, dando el disco una vuelta por cada diez del tambor. Al hacer funcionar el aparato, el tambor D se desliza sobre el papel. En el brazo mvil, en B, hay un estilete con el que se recorren las lneas del diagrama. Para operar con el aparato, se toma lectura del tambor y del disco, y teniendo la aguja C fija, se hace recorrer al estilete B toda la figura del diagrama, girando siempre a la derecha hasta volver al punto inicial. Se toma entonces nota de la numeracin existente y la diferencia entre sta y la tomada al comenzar la operacin, multiplicada por un nmero constante que se indica en el aparato, nos dar el rea del diagrama. Dividiendo esta rea por la longitud del mismo diagrama obtendremos el valor de la ordenada media.

    Normalmente, los planmetros destinados al clculo de diagramas llevan tambin dos puntas M-N, situadas en el brazo mvil, y que pueden desplazarse. Antes de operar con el aparato, se colocan estas puntas de forma que la distancia entre ellas sea exactamente la longitud del diagrama. Se toman las lecturas de la numeracin, y su diferencia multiplicada por la constante del aparato nos dar directamente el valor de la ordenada media.

    Tambin en el caso del planmetro debemos observar lo dicho acerca del resorte empleado en el indicador al obtener el diagrama, ya que ste es de 1 kilo = 1 milmetro, la presin ya nos viene expresada en kilos/centmetro, y de ser de otra relacin habr que hacer la reduccin correspondiente.

    Debido a la facilidad de manejo del planmetro, as como a la exactitud con que nos facilita el valor de la ordenada media, es el sistema que generalmente se emplea para realizar esta operacin, y tan slo cuando se carece de este aparato se recurre al mtodo prctico de dividir el diagrama mediante el trazado de las perpendiculares, operacin sta mucho ms engorrosa y con mayores errores en el resultado final.

    Obtenido el valor de la ordenada media, pasemos a calcular la potencia del motor.

    Esta potencia es igual al producto del empuje total en kilos con que el gas empuja al mbolo por su velocidad en metros/segundo. Llamando N a la potencia, P a la presin total del gas, y V a la velocidad del mbolo, tendremos:

    N = P x V

    Siendo p la presin media indicada obtenida del diagrama y D2 el rea del embolo de 4 dimetro D sobre la que est actuando esta presin media la presin total P ejercida sobre el

    mbolo ser p x D2 kilos/centmetro cuadrado 4

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    Si la carrera del mbolo es H y el motor da n revoluciones por minuto su velocidad ser:

    V = 2H x n metros/segundo: 60

    As pues, N = P x V = p x D2 x 2 H x n , potencia expresada en en kilogrmetros, 4 60 y para transformarla en caballos de vapor habr que dividir por 75, o sea,

    N = p x D2 x 2 H x n x 1 caballos 4 60 75

    Al explicar los ciclos de los motores vimos que, tanto en los de dos tiempos como en los de cuatro, el trabaja til desarrollado corresponda a una sola carrera de descenso del mbolo, siendo sta la de las fases inyeccin-combustin y expansin de los gases. En los motores de dos tiempos esto ocurra en cada vuelta del motor, mientras que en los de cuatro tiempos, a cada dos vueltas, detalle ste que ahora, al calcular la potencia, hay que tener en cuenta, y as tenemos, en el de dos tiempos:

    N = p x D2 x 2 H x n x 1 = p D2 x Hn x 1 caballos 4 60 2 x 75 4 60 75

    Y en el de cuatro tiempos

    N = p x D2 x 2 H x n x 1 p D2 x Hn x 1 caballos. 4 60 4 x 75 4 60 2 x 75

    Si consideramos que el motor tiene un nmero de cilindros, X habr que multiplicar la potencia as obtenida por X, para tener la potencia total del motor, aunque prcticamente, con el diagrama de cada cilindro, se halla su potencia correspondiente, y la suma de todos ellos, ser la potencia que vaya desarrollando el motor.

    Hasta aqu hemos estado hablando acerca de motores en los cuales la fase til de trabajo se desarrolla solamente por la cara superior del mbolo. Este tipo de motores, y que en general es el utilizado en la prctica, se les conoce por motores de simple efecto.

    Mas si esta fase til de trabajo, se desarrollase por las dos caras del mbolo, como al hablar de las diversas formas constructivas veremos que puede realizarse, entonces, el trabajo desarrollado por el motor sera el doble (en la realidad algo menor), dato ste, que habr que tener presente al calcular la potencia de un motor de esta clase, conocidos por motores de doble efecto.

    La potencia que acabamos de estudiar deducindola del diagrama, es la medida del trabajo que los gases han desarrollado realmente en el interior del cilindro, conocindola por el nombre de potencia indicada.

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    Mas si sobre el eje del motor instalamos un aparato cualquiera, por ejemplo un freno, que sea capaz de medir la potencia que el motor est desarrollando en este eje veremos, que el valor de esta ltima es menor que la que obtenamos mediante el diagrama.

    Esta, podramos llamar perdida, tiene su explicacin y es que parte de la potencia que el motor desarrolla, la absorbe el mismo en su funcionamiento para mover, ejes de camones, vlvulas de admisin y escape, bombas de combustible, bombas de barrido, y toda una serie de accesorios que precisa para su marcha.

    Adems tenemos tambin prdidas por los rozamientos en los cojinetes, aros del mbolo y articulaciones en general.

    He aqu por que la potencia medida en el eje, es menor que la que obtenamos a partir del diagrama. Esta potencia que nos desarrolla el motor, que es el trabajo real, recibe el nombre. de potencia efectiva.

    A la relacin existente entre la potencia efectiva y la potencia indicada la designamos por rendimiento mecnico del motor, cuyo valor suele oscilar de 0'80 a 0'90.

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    CAPITULO 4

    Formas constructivas

    DENTRO de la clasificacin general que hemos hecho de los motores, segn que stos realicen su ciclo de trabajo en una o dos vueltas (motores de dos y cuatro tiempos), existen gran variedad de tipos y modelos, en los cuales cada constructor intenta por procedimientos diversos, obtener un mejor entendimiento.

    En la prctica pueden aplicarse indistintamente el motor de dos o cuatro tiempos para todos los fines, aunque hoy da se ha impuesto el motor de dos tiempos en las grandes potencias, generalmente para la propulsin de buques siendo, en este caso, motores de bajo nmero de revoluciones y de gran carrera del mbolo, circunstancias que favorecen el funcionamiento de la hlice, ya que ella, cuanto ms despacio gire, ms alto es su rendimiento.

    Para pequeas y medianas potencias se emplea en marina el motor de cuatro tiempos, normalmente destinado al movimiento de los aparatos auxiliares, tales como grupos electrgenos, compresores, bombas, etc., siendo en estas ocasiones ms revolucionados, lo que se adapta a las necesidades de marcha de esta clase de aparatos.

    No podemos decir qu motor es mejor para un determinado cometido, si el de dos o el de cuatro tiempos, pues ambos presentan sus ventajas e inconvenientes, hacindonos difcil la eleccin.

    Por ejemplo tenemos en los de cuatro tiempos, que para su funcionamiento precisan mover una serie de vlvulas de aspiracin y escape, que son accionadas por ejes de camones con su correspondiente transmisin del movimiento, lo que lleva consigo el absorber parte de la potencia del motor, representando una prdida de rendimiento. En los de dos tiempos, normalmente no llevan estas vlvulas y ejes, pero en cambio tienen que estar equipados con los sopladores o bombas del barrido, aparatos que son muy voluminosos y que, al tener que

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    ser arrastrados por el propio motor, absorben tambin parte de su potencia con la consiguiente prdida del rendimiento.

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    En los motores de cuatro tiempos se dispone de una carrera completa para cada una de las fases de aspiracin y escape. El aire que comprimimos en el cilindro, por lo tanto, dispone de un mayor tiempo de entrada y tambin para la expulsin de los gases quemados y es siempre ms puro, de forma que la combustin del combustible se realiza en ptimas condiciones. En los de dos tiempos, como slo se puede disponer de una fraccin de carrera para que ambas fases de aspiracin y escape se realicen, el aire comprimido no alcanza la pureza del caso anterior, ya que dentro del cilindro quedan siempre una cantidad de gases residuales del ciclo anterior; con ello la combustin no puede ser tan perfecta como en los motores de cuatro tiempos, lo que representa una prdida de rendimiento.

    En la prctica, este inconveniente es eliminado con los modernos sistemas de barrido existentes, como veremos ms adelante, pudiendo anticipar, que es precisamente un motor que desarrolla el ciclo de dos tiempos, el de ms alto rendimiento que se conoce en la actualidad. En la figura 16 puede ver el lector un motor Diesel marino de dos tiempos que desarrolla 12.600 CV a 110 rpm.

    Por otra parte, la primitiva idea de que el motor de dos tiempos deba desarrollar doble potencia, ya que producen trabajo todos los movimientos descendentes del mbolo, que otro motor idntico trabajando a cuatro tiempos, que slo nos facilita trabajo cada dos carreras de descenso, dista mucho de la realidad, ya que su ciclo de trabajo no llega a alcanzar en la prctica estos valores por diversas razones.

    Podramos ir enumerando una serie de circunstancias en favor o en contra de los motores de ambas clases, mas para este estudio bstenos, como hemos dicho, el saber que tanto unos como otros, pueden aplicarse a todas las instalaciones con magnfico resultado.

    En los prrafos anteriores hablbamos de motores de bajo nmero de revoluciones para grandes potencias y altos para los de medianas o pequeas potencias. Entendemos por velocidad de giro, el nmero de revoluciones que da el motor por minuto. Este dato es muy importante para la buena marcha del motor pues en l se tienen en cuenta las fuerzas de inercia que se desarrollan durante el funcionamiento del mismo, que estn sujetas a una serie de cambios bruscos de su direccin, cambios stos que van repitindose a cada vuelta.

    Comprenderemos esto observando que cuando el mbolo efecta su movimiento ascendente, en su impulso, es lanzado hacia arriba y al llegar al punto muerto superior, cuando invierte su movimiento, todas las fuerzas de que estaba animado desaparecen, debiendo ser absorbidas por los cojinetes de bancada, cigeal o cruceta, en sus tapetas o partes altas. A continuacin, en el proceso de combustin, la fuerza expansiva de los gases acta sobre el mbolo y las fuerzas que se desarrollan ahora son opuestas a las anteriores, actuando al igual que aqullas sobre los cojinetes pero en esta ocasin, sobre sus mitades inferiores. Estos cambios bruscos y alternativos de las fuerzas repercuten directamente en los materiales de los cojinetes que se ven s sometidos a, un esfuerzo Irregular, debiendo ser de muy buena calidad y estar dotados adems de un buen sistema de lubricacin para soportar esta, clase de trabajo. Se comprende que la creacin de estas fuerzas de inercia va ntimamente ligada con el nmero de revoluciones.

    Otras razones influyen en el nmero de revoluciones. As, cuanto ms lento sea el motor, al ser menores las fuerzas de inercia que se crean, mejor funcionamiento mecnico obtendramos del motor, pero esta idea de una marcha lenta, est en contraposicin de lo

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    que nos ensea la Termodinmica, ya que nos indica que, cuanto mayor sea la rapidez con que se realicen los ciclos de trabajo, ms alto ser el rendimiento termodinmico del motor, pues el calor no tendr tiempo suficiente de propagarse al exterior, y ser todo l absorbido en el ms perfecto desarrollo del ciclo.

    Con lo explicado fcilmente se ve que el nmero de revoluciones depende de varios factores, no olvidemos tampoco lo reseado acerca del movimiento de la hlice, dato ms importante de un motor destinado a la propulsin de un buque), y que deben tenerse presentes, en cada caso particular.

    Como cada da, aparecen nuevos materiales, que a la vez que van siendo ms ligeros son tambin de mayor resistencia, esto trae consigo que los inconvenientes de las fuerzas de inercia vayan siendo eliminados. Ello parece indicar cierta tendencia a iniciar la construccin de motores rpidos o sea, de alto nmero de revoluciones, ya que con poco peso del motor se van consiguiendo potencias ms elevadas, razn comercial muy importante.

    Como las revoluciones del motor sern las veces que el mbolo suba y baje en el mismo tiempo, diremos que dicho mbolo, estar animado de una velocidad lineal que ser la longitud total de sus dos carreras, las veces que las recorra. Como dato general aadiremos, que esta velocidad lineal viene a ser de 6 a 8 metros por segundo, normalmente.

    Otros datos importantes del motor, son su carrera y dimetro. Al hacer el clculo de la potencia vimos que dependa directamente de estos datos. Es tendencia general en los motores Diesel marinos dar una gran carrera al mbolo reduciendo su dimetro, ya que con ello las presiones que se ejercen sobre dicho mbolo y que l transmite a su vez a crucetas, cojinetes y cigeales, tienen un valor unitario ms reducido, con lo que al tiempo que se protegen todas estas piezas, se mejora el rendimiento mecnico.

    Podemos decir como norma general, que la relacin existente entre las dos medidas de

    carrera y dimetro C , viene a oscilar normalmente entre 2 y 3. D

    Al estudiar el clculo de un diagrama vimos que el valor de la presin media dependa del rea del mismo, y que cuanto mayor fuese esta rea, mayor sera el valor de dicha presin, dato ste tambin muy importante. El rea o superficie del diagrama, est ligada a la cantidad de aire existente en el cilindro, o sea al volumen de su embolada y a la cantidad de combustible inyectado con su proceso de combustin, y su rendimiento ser tanto mayor, cuanto ms perfecta sea esta combustin, es decir, cuando todo el combustible sea quemado y no produzca gases en el escape. Son valores corrientes de la presin media los comprendidos entre los 7 y 10 kilos.

    Observando cuanto llevamos dicho acerca de la velocidad de giro, carrera, dimetro y presin media, comprenderemos que son ellos un problema que, de manera general, afecta por igual a cualquier tipo de motor. As tenemos que para unas medidas de cilindro, aproximadamente iguales, las revoluciones vienen a ser las mismas para todos los motores; para una determinada potencia, todos los constructores suelen dar idnticas medidas de carrera y dimetro; y en cuanto a la presin media, su valor viene a oscilar siempre sobre los mismos valores.

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    Hasta el momento hemos estado hablando de motores en los cuales el combustible se inyectaba en la cmara de aire formada, entre la tapa del cilindro y la parte superior del mbolo. Esta cmara, o sea, el espacio comprendido entre la tapa del cilindro y el mbolo cuando se encuentra en su punto muerto superior, recibe el nombre de espacio muerto y tambin espacio neutro.

    Los gases, al actuar sobre el mbolo, lo impulsan en su movimiento descendente, y de esta manera, el motor slo produce trabajo cada carrera de descenso. Estos motores en los que slo se utiliza la parte superior del mbolo junto con la tapa del cilindro para la inyeccin y combustin del combustible, o sea para desarrollar trabajo, reciben el nombre de motores de simple efecto.

    Pero ha habido constructores que han querido conseguir que el mismo motor nos facilite trabajo tambin en la carrera de ascenso. Para ello, la parte baja del cilindro ha sido cerrada con otra tapa, de parecidas caractersticas a la tapa superior. De esta forma el mbolo, al descender, origina en su punto muerto inferior una nueva cmara de aire, en la que ste, al ser comprimido, alcanza los valores debidos de presin y temperatura; se le inyecta combustible originndose su combustin, y entonces los gases creados, impulsan ahora el mbolo por su cara inferior o sea, en movimiento ascendente, ocurriendo que en la parte baja, estamos desarrollando otro ciclo de trabajo, y as tenemos, que el motor nos facilita energa, tanto en los movimientos de descenso como de ascenso.

    Figura 17 Esquema del funcionamiento de un motor de doble efecto y de cuatro tiempos

    Esta clase de motores que nos producen doble trabajo son los llamados motores de doble efecto, y en la figura 17 puede verse un esquema de su funcionamiento. Al parecer, los motores de doble efecto deberan ser ms ventajosos que los de simple efecto, ya que con slo adaptar la parte baja del cilindro obtendramos un doble de potencia, pero en la prctica estos motores no han dado el resultado esperado, ya que la ejecucin de la tapa inferior del

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    cilindro presenta una serie de dificultades en su construccin. Entre ellas, como el vstago del mbolo ha de atravesar esta tapa, queda enormemente debilitada, por el orificio central que debe llevar, precisando adems, de un obturador especial que adaptndose al vstago sea por completo hermtico, no permitiendo la salida del aire comprimido, o bien de los gases de la combustin al exterior. Tambin el escape, la inyeccin del combustible, as como los circuitos de refrigeracin y engrase, son modificados. Tampoco la potencia que suponamos llegara al doble alcanza este valor, debido a la disminucin de la superficie de la parte inferior del mbolo por el vstago. Todo ello unido a las dificultades que representan, la conservacin y entretenimiento de esta clase de motores, han hecho que en la actualidad estn prcticamente en desuso y por el contrario, sean los motores de simple efecto los que se hayan impuesto definitivamente.

    Cuando la potencia que se necesita es muy pequea, bien sea para mover pequeos compresores, grupos electrgenos de emergencia, y en general pequeos aparatos, entonces el motor suele construirse de un solo cilindro.

    Y

    Figura 18 Esquema de un motor de mbolos opuestos

    Pero cuando esta potencia toma ya un cierto valor, el motor se construye de dos o ms cilindros, que suelen colocarse en lnea, los cuales pueden estar construidos en un mismo bloque, o bien en bloques separados para despus unirlos firmemente mediante tornillos formando un armazn de gran solidez. En las medianas potencias, normalmente hasta

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    alcanzar los 1.000 caballos, suelen ser de un armazn comn, y en las ms altas potencias, los bloques separados para facilitar la construccin. El motivo de construir los motores de varios cilindros, tiene varias razones. As, por ejemplo, hay que tener en cuenta el sitio disponible donde haya que instalar el motor, pudiendo repartir la potencia que se necesite, en un determinado nmero de cilindros; si el lugar es de poca longitud, pero con altura, conseguiremos la potencia a base de pocos cilindros dando mayor carrera al mbolo; en cambio, si disponemos de poca altura, un mayor nmero de estos cilindros pero con menor carrera nos dar el mismo resultado. Si el motor va a ser destinado a la propulsin de un buque, deberemos tener presente que aqul ha de ser de fcil arranque para la rapidez de las maniobras, y ello se consigue pudiendo arrancarle a partir de cualquier posicin sin necesidad de colocarle en un punto determinado. Normalmente, los motores de propulsin suelen ser de seis cilindros en adelante, llegndose hoy da hasta los doce cilindros. De esta manera en el momento de dar paso al aire comprimido siempre habr una vlvula dispuesta para dar paso a este aire y con ello impulsar el mbolo correspondiente, iniciando as el movimiento. El nmero mnimo de cilindros que hara falta para arrancar un motor desde cualquier posicin ser de cuatro para los motores de dos tiempos, y de seis, para los de cuatro tiempos. Para una misma potencia, a medida que aumentamos el nmero de cilindros, los esfuerzos a que se someter el motor estarn ms repartidos, al tiempo que sern menores las vibraciones durante su funcionamiento. Estos detalles son de suma importancia para todos los motores que vayan a ser instalados en un buque. Los motores instalados a bordo de los buques, los de esta clase son los generalmente usados, es decir, los que constan de varios cilindros, situados todos en lnea. En algunos casos, no obstante, tales como embarcaciones de recreo o lanchas de tipo militar, con el fin de conseguir mayor" potencia en el reducido espacio de que se dispone, suelen emplearse los motores llamados de (IV J), que llevan doble fila de cilindros y se unen, formando dicha V, a un cigeal comn. El trabajo de esta clase de motores es idntico al de los de cilindros en lnea, diferencindose tan slo en la posicin de los citados cilindros.

    Hemos visto que cuando el mbolo, en su carrera ascendente, llegaba al punto muerto superior, se inyectaba el combustible y los gases de la combustin ejercan su fuerza expansiva, actuando sobre el propio mbolo qu