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TRANSMISIÓN
DIESEL-ELÉCTRICA
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ACTIVIDADES REALIZADAS
Resumen del contenido: motor diesel generador principal motores de tracción y dispositivos de regulación
Componentes de la transmisión diesel-eléctrica
Componentes de la transmisión diesel-eléctrica
Componentes de la transmisión diesel-eléctrica
Antecedentes
Transmisión Ward-Leonard 1880
Aplicación de la transmisión
Ward-Leonard a la tracción
ferroviaria
Jean-Jacques Heilmann 1853-1922
Primera locomotora construida en 1892
Primera locomotora construida en 1892
Conjunto motor de vapor-generador de CC
Segunda locomotora construida en 1897
Dotación: conductor, foguista y electricista
Vista en corte
Motor de vapor y generador de CC
Bogie
Motor de tracción calado directamente sobre el eje
Circuito eléctrico
Portada del Traité d’exploitation des chemins de fer 1899
Artículo en Traité d’exploitation des chemins de fer 1899
Nadie piensa, por lo demás, que sea ése el porvenir de la
tracción eléctrica
Motor diesel
Inyección y combustión en un motor diesel
Rudolf Diesel 1858-1913
Teoría y construcción de un motor térmico racional 1893
El primer motor construido en 1897 por MAN
El primer diseño del motor pretendía seguir el ciclo de Carnot
Dos isotermas en el diagrama presión-volumen
Dos adiabáticas (no hay cesión ni recepción de calor)
Ciclo de Carnot
Motor ideal de Carnot
Se aporta calor a temperatura constante
El gas se expande
Se retira la fuente de calor
El gas continúa su expansión sin recibir ni ceder calor
Fin de la expansión adiabática
El gas comienza a ser comprimido, cediendo calor a la fuente fría
Fin de la compresión a temperatura constante
Se aísla térmicamente el cilindro
Sigue la compresión, ahora adiabáticamente
Fin de la compresión y reinicio del ciclo
Para seguir el ciclo de Carnot
la compresión del aire debe ser muy elevada
Y en la primera inyección de combustible el motor estalla
Circuito eléctrico
Limitaciones al ciclo de Carnot
La compresión adiabática parte de la presión atmosférica
No es posible sobrepasar una presión máxima
Se abre la válvula de escape interrumpiendo la expansión
Ciclo a presión constante o ciclo Diesel
Ciclo a volumen constante (ciclo Otto) entre los mismos límites
Motor dieselCiclo de 4 tiempos
Motor ALCO 251
Motor ALCO 251
Motor diesel de 4 tiempos
Se abre la válvula de admisión en punto muerto superior
Continúa la admisión de aire
Fin de la admisión en punto muerto inferior
Se cierra la válvula de admisión. Comienza la compresión
Al fin de la compresión, se alcanza una temperatura de 600 ºC
Comienza la inyección del combustible
Se produce la combustión por la elevada temperatura del aire
Continúa la combustión y expansión
Fin de la expansión, el pistón llega al PMI
Se abre la válvula de escape
Continúa el escape
Fin del escape en PMS
Se cierra la válvula de escape y se reinicia el ciclo
Motor dieselCiclo de 2 tiempos
Motor General Motors 567
Válvula de escape y lumbreras de admisión totalmente abiertas
Válvula de escape y lumbreras de admisión cerradas.
Comienza la compresión
Continúa la compresión
Fin de compresión
Comienza la inyección del combustible
Se produce la combustión por la elevada temperatura del aire
Continúa la combustión y expansión
Fin de la expansión
Se abre la válvula de escape
Válvula de escape y lumbreras abiertas. Se reinicia el ciclo
Conjunto de potencia. Motor General Motors 645
Potencia y par motor
El ciclo diesel teórico
Cómo se obtiene la combustión a presión constante
El ciclo real
Trabajo de expansión de los gases
Trabajo de compresión
Trabajo del ciclo
Presión media indicada
presión media efectiva =
rendimiento mecánico ×
presión media indicada
pme = m pmi
índice de carga térmica =
presión media efectiva ×
velocidad media del pistón
ict = pme × vmp
𝒊𝒄𝒕 = 𝒑𝒎𝒆𝒌𝒈
𝒄𝒎𝟐× 𝒗𝒎𝒑
𝒎
𝒔
→ 𝒊𝒄𝒕
𝒌𝒈𝒎𝒔
𝒄𝒎𝟐
El ict tiene las dimensiones
de una potencia específica
que da idea de la solicitación
térmica (pme) y mecánica (vmp)
del motor
Locomotorapme
[kg/cm2]
vmp
[m/s]ict
ALCO RSD 35 16.56 9.8 162.3
ALCO RSD 16 13.31 8.9 118.4
GM GT 22 9.78 7.6 74.3
GM GR 12 6.88 7.1 48.8
Curvas características de un motor diesel Leyland
1961 Omnibus Leyland Royal Tiger
Curvas características de un motor diesel Leyland
Par motor
Pistón y biela-manivela
Fuerza sobre el pistón
Fuerza sobre el perno de pistón
Descomposición en una fuerza lateral y otra en la dirección de la biela
Fuerza transmitida a la manivela
Descomposición en una fuerza en dirección de la manivela
y otra fuerza tangencial
Reacción originada por el cojinete del cigüeñal
Par motor
𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 = 𝒑𝒂𝒓 ×𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒂𝒏𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓
𝑷𝒌𝒈𝒎
𝒔= 𝑻 𝒌𝒈𝒎 ×
𝒓𝒂𝒅
𝒔
𝟏 𝒓𝒑𝒎 =𝟐𝝅
𝟔𝟎
𝒓𝒂𝒅
𝒔
𝑷𝒌𝒈𝒎
𝒔=𝟐𝝅
𝟔𝟎𝑻 𝒌𝒈𝒎 × 𝒏 𝒓𝒑𝒎
𝟏 𝑯𝑷 = 𝟕𝟔𝒌𝒈𝒎
𝒔
𝑷 𝑯𝑷 =𝟐𝝅
𝟔𝟎 × 𝟕𝟔𝑻 𝒌𝒈𝒎 × 𝒏 𝒓𝒑𝒎
𝑷 =𝟏
𝟕𝟐𝟔𝑻𝒏
𝑻 = 𝟕𝟐𝟔𝑷
𝒏
Si la potencia es proporcional a la velocidad…
…estos triángulos son semejantes…
…estos triángulos son semejantes…
…estos triángulos son semejantes…
…y el par motor es constante
Pero la potencia medida se aleja de la recta
Y los valores del par ya no serán constantes
El par máximo ocurre en el punto en que la recta es tangente
a la curva de potencia medida
Reóstato de cuba de agua para el ensayo en carga
Punto de funcionamiento
Puntos de potencia máxima y de par máximo
Si el motor trabaja a potencia máxima, y aumenta el par resistente
…la velocidad del motor disminuye, pero el par es mayor:
puede superar la carga
Si el motor trabaja a par máximo, y aumenta el par resistente…
…la velocidad disminuye, y el par es menor: no puede superar la carga
El motor debe trabajar en un punto
cercano al de potencia máxima
Sobrealimentación
Prolongación de la expansión de los gases de escape
Soplador Roots
Funcionamiento del turbosobrealimentador
Efecto de la sobrealimentación en la potencia
Efecto sobre el par motor
Motor ALCO 12 ½ × 13 in.
de 6 cilindros a 740 rpm
Con aspiración atmosférica: 660 HP
Turbosobrealimentado: 1000 HP
Motor ALCO 12 ½ × 13 de 660 HP
Motor ALCO 12 ½ × 13 de 1000 HP
Locomotora de maniobras ALCO de 660 HP