trabajo de motores diesel

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  • INTRODUCCION

    En el presente trabajo se pretende realizar una exhaustiva recopilacin de

    informacin, acerca de el motor diesel; su definicion, clasificacin, estructura y

    funcionamiento. Todo esto para validar importantes conocimientos respecto a los

    motores, mediante un aporte informativo para que como estudiantes de ingeniera

    mecanica tengamos bases fundamentadas sobre los mas importantes conceptos

    relacionados con los motores diesel.

  • OBJETIVOS

    Objetivo General

    Recopilar informacion sobre todo lo relacionado con los motores diesel.

    Objetivos especificos

    Explicar la definicion y clasificacion de los motores. Exponer detalladamente las partes que conforman un motor diesel y su

    funcionamiento.

  • 1. QU ES UN MOTOR?

    Un motor es la parte sistemtica de una mquina capaz de hacer funcionar el

    sistema, transformando algn tipo de energa (elctrica, de combustibles fsiles,

    etc.), en energa mecnica capaz de realizar un trabajo. En los automviles este

    efecto es una fuerza que produce el movimiento.

    2. CLASIFICACIN GENERAL DE LOS MOTORES

    Una primera clasificacin de los motores hace relacin al tipo de energa que

    transforman. De ah toman su nombre. Veamos algunos ejemplos:

    1. Los motores que transforman la energa calrica de un combustible en energa

    mecnica se denominan motores trmicos.

    2. Los motores que transforman energa elctrica en energa mecnica se

    denominan motores elctricos:

    3. Los motores que transforman energa hidrulica en energa mecnica se

    denominan motores hidrulicos.

    Primero se explicar la clasificacin de los motores as:

    Tipos de motores trmicos Segn la disposicin de los pistones. Segn su ciclo de funcionamiento. Segn el tipo de inyeccin. Segn la disposicin de las vlvulas. Segn el tipo de combustible utilizado Segn el nmero de cilindros. Segn el sistema de refrigeracin.

    2.1. MOTORES TRMICOS

    Los cuales pueden ser de dos tipos, a saber:

    Motor de combustin interna: es un tipo de mquina que obtiene mecnica directamente de la energa qumica de un combustible que arde dentro de la

    cmara de combustin. Su nombre se debe a que dicha combustin se

    produce dentro de la propia mquina, a diferencia de, por ejemplo,

    la mquina de vapor.

  • Motores de combustin externa: son aquellas mquinas, en las que el proceso de combustin se realiza fuera del cilindro de trabajo del motor y el

    fluido motriz es vapor de agua. Este vapor se produce en una caldera

    mediante el calor que le transmiten los productos de la combustin. A este

    grupo pertenecen la mquina alternativa de vapor y la turbina de vapor.

    2.2. CLASIFICACION DE LOS MOTORES POR LAS DISPOSICION DE

    LOS CILINDROS

    Otra forma de clasificar los motores para su identificacin, es por la disposicin de

    los cilindros.

    2.2.1. Motores de cilindros en lnea.

    En este tipo de motores, los cilindros se

    disponen unos detrs de otros.

    Suelen tener entre 4 y 6 cilindros, ya

    que aumentar ms los cilindros puede

    suponer un problema de refrigeracin

    con los cilindros traseros. En la figura

    podemos ver un motor de cilindros en

    lnea y una Tiger Moth que lo monta.

    Vemos como el motor condiciona el

    diseo del morro del avin, en este

    caso, un morro largo para poder

    albergar el motor.

    2.2.2. Motores de cilindros horizontales y opuestos.

  • Es la solucin estndar actual para los

    motores de baja-media potencia.

    Consiste en 4 o ms cilindros,

    opuestos, situados en un plano

    horizontal. De este modo se obtiene un

    motor ms compacto, con menos

    vibraciones y ms estrecho, por lo que

    tambin reduciremos la resistencia del

    avin. En la imagen podemos ver un

    motor Continental de 6 cilindros.

    2.2.3. Motores con cilindro radiales

    Los motores en estrella o tambin

    conocimos como motores radiales,

    estn constituidos por un conjunto de

    cilindros que se disponen de forma

    radial al rededor del cigeal. En este

    tipo de motores, casi siempre se

    construyen con un nmero impar de

    cilindros por estrella. De este modo se

    evitan los tiempos pasivos de los

    cilindros enfrentados.

    2.2.4. Motores con cilindros en V

  • Es una disposicin de motor de

    combustin en donde los cilindros se

    agrupan en dos bloques afilas de

    cilindros, donde forman una letra "V", y

    que convergen en el mismo cigeal.

    En estos motores el aire de admisin

    es succionado por dentro de la V y los

    gases de escape expulsados por los

    laterales. Un diseo temprano de un

    motor en V -este es un motor de dos

    cilindros, o de V gemelos; usado en un

    diseo v de motor de motocicleta

    britnico temprano.

    2.3. CLASIFICACIN DE LOS MOTORES POR EL CICLO DE

    FUNCIONAMIENTO

    Otra forma de clasificar los motores es por el ciclo de funcionamiento del motor.

    Se tienen dos tipos: el motor de dos tiempos y de cuatro tiempos.

    2.3.1. Motor de dos tiempos

    El motor de dos tiempos, tambin denominado motor de

    ciclos, es un motor que realiza las cuatro etapas del ciclo

    termodinmico (admisin, compresin, explosin y

    escape) en dos movimientos lineales del pistn (una vuelta

    del cigeal).

  • 2.3.2. Motor de 4 tiempos

    Son los ms populares de la

    actualidad, se han terminado

    imponiendo a los motores de 2

    tiempos casi en todas las

    disciplinas al ser ms limpios y

    menos contaminantes. Un motor

    de explosin con ciclo de 4

    tiempos se compone por un

    cilindro, una biela, un cigeal, al

    menos dos vlvulas, una buja y

    muchos otros componentes que

    hacen que todo trabaje de forma

    coordinada.

    2.4. CLASIFICACIN DE LOS MOTORES DE ACUERDO CON LA

    INYECCIN.

    Pueden clasificarse los motores disel de acuerdo a la inyeccin tenindose los

    siguientes tipos:

    Motores de inyeccin directa: En los motores de gasolina o disel, se dice

    que el sistema es de inyeccin directa cuando el combustible se introduce

    directamente en la cmara de combustin.

    Motores de inyeccin indirecta: motores con precmaras o antecmaras

    de combustin en las cuales se hace la inyeccin en una precmara anterior

    a la cmara de combustin.

    2.5. CLASIFICACIN DE LOS MOTORES POR LA DISPOSICIN DE SUS

    VLVULAS

    Los motores tambin se clasifican por la forma en que levan dispuestas las vlvulas

    de admisin y escape. Estas pueden ir en el bloque de cilindros o en la culata. Las

    formas ms corrientes de disponerlas son: en l, L, F.

  • 2.6. CLASIFICACIN DE LOS MOTORES POR EL TIPO DE

    COMBUSTIBLE UTILIZADO

    Los motores se clasifican por el combustible que queman. Los ms comunes son:

    1. De gasolina.

    2. De gas natural

    3. De gasoil (A.C.P.M. o disel).

    4. De gas propano (L.P.G.)

    El funcionamiento de estos motores es similar diferencindose nicamente en la

    forma en que son alimentados segn el combustible, y la forma de su encendido.

    2.7. CLASIFICACIN POR EL NMERO DE CILINDROS

    Tambin pueden clasificarse los motores por el nmero de cilindros as:

    Monocilndricos: El motor de un solo cilindro es el ms simple de Ajustes

    de motores, el ms adecuado para motores de baja potencia. Hay un solo

    cilindro del motor de dos tiempos , cuatro tiempos y disel .Estos motores

    tienen suficiente vibracin y no llegan a una gran cantidad de energa: por el

    contrario, tienen un alto par.

    Policilndricos: Cuando el motor tiene varios cilindros. Ej.: Motor de cuatro

    cilindros. Motor de seis cilindros.

  • 2.8. CLASIFICACIN POR EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

    Tambin pueden clasificarse los motores disel por el sistema de enfriamiento

    utilizado, para mantener la temperatura normal de funcionamiento del motor.

    2.8.1. Enfriados por agua

    Es el motor que tiene sistema de enfriamiento a base de agua y aire, es por este

    medio que irradia el calor generado.

    2.8.2. Enfriados por aire

    Es el motor que irradia el calor generado por la combustin, con la ayuda de una

    corriente de aire producida por una turbina. Este aire circula a travs de espacias

    construidos en las partes del motor que estn sometidas a mayores temperaturas.

    3. CLASIFICACIN DE LOS MOTORES DIESEL

    Los motores Disel pueden dividirse segn:

    Los ciclos de funcionamiento

    la disposicin o arreglo de los cilindros

    el efecto de los pistones

    mtodos de inyeccin.

    3.1. CICLO DE FUNCIONAMIENTO:

    Los motores Disel pueden clasificarse segn el nmero de tiempos del motor en:

    Motores de 4 ciclos y motores de 2 ciclos.

    3.2. Disposicin de los cilindros

    Cilindros en lnea: Es la disposicin ms simple con todos los cilindros,

    paralelos en lnea. Esta clase de construccin se emplea en los motores que

    tienen hasta 10 cilindros.

    Disposicin en V: Si el motor tiene ms de 8 cilindros puede ser difcil

    hacerlo sin una armadura lo suficientemente rgido en lnea. La disposicin

    en V con 2 bielas conectadas a un mismo mun permite la reduccin de la

    longitud a la mitad hacindole as mucho ms rgido, con un cigeal

    resistente. Este alegro comn para los motores de 8 a 16 cilindros. Los

  • cilindros situados en el plano reciben el nombre de bloque y el ngulo de los

    bloques puede variar de 30 a 120 siendo el ngulo ms comn entre 40 y

    75

    Motor horizontal: se fabrican motores con un ngulo de 180, se usa

    principalmente para buses y camiones.

    Motores de unidades mltiples: con el objeto de aumentar la potencia del

    motor sin aumentar el dimetro interior de sus cilindros ni la carrera de los

    pistones, se han agrupado dos o cuatro completos de seis u ocho cilindros

    conectando los al eje propulsor mediante embragues y cadenas o

    transmisin.

    Motores con cigeal vertical: Es un motor con 4 bielas conectadas a un

    mismo mun. Los 4 cilindros estn todos en un plano horizontal, quedando

    de esta en forma vertical. Cuatro bloques colocados uno en sima del otro

    usando un cigeal con 4 manivelas, formando un motor completo de 16

    pistones, este motor es muy frecuente en la industria naval.

    3.3. Efecto de los pistones

    Los motores de simple efecto usan solo una cara del pistn para producir potencia,

    la gran mayora de los motores Disel son de simple efecto.

    Los motores de doble efecto usan ambos extremos del cilindro y las dos caras del

    pistn para el desarrollo de la potencia. Los motores de doble efecto son construidos

    para unidades grandes y de velocidad relativamente baja.

  • 4. ESTRUCTURA DE UN MOTOR DIESEL

    La estructura de un motor dificil es sistematica y compleja, por eso subdiviremos

    su estructura de tal forma que resulte mas facil entenderla. El motor diesel puede

    considerarse conformado por:

    Un conjunto de partes fijas Un conjunto de partes moviles Sistemas auxiliares.

    4.1. PARTES FIJAS PRINCIPALES

    Entendemos por partes fijas aquellos que componen la parte basica de un motor

    que hace las veces de sus paredes extriores y que soporta por lo tanto el edificio

    del motor, sin participar de movimiento.En esta clasificacion se encuentran incluidos

    los siguientes elementos:

    o Culata

    o Camara de combustion

    o Bloque de cilindros

    o Crter.

    En la figura se muestra todo este conjunto, en la parte alta, la pieza de la culata (1)

    conjuntamente con algunas de sus piezas fijas de sujecion como el esprrago (E),

    la tapa cubrelata (T), la guia de la valvula (G) y otras piezas de fijacion. Hay que

    destacar tambien en esta figura la presencia de las juntas de estanqueidad siendo

    la mas importante la llamada junta de culata (J) y la junta de la tapa cubreculata (A).

    En esta parte hay que destacar especialmente la presencia de la camara de

    combustion (2). En la zona central de la citada figura nos encontramos en (3) con el

    bloque de cilindros. En B y C tenemos los orificios de asentamiento de los extremos

    del cigeal con sus dos retenes de estanqueidad delantera (B) y trasera (C). por

    ultimo, en la parte baja de la figura nos encontramos con la parte del bajo crter (5)

    que constituye el deposito de aceite para el engrase, aqu se halla el tapn de

    drenaje (D) desde el cual se realiza el cambio del aceite a traves de su vaciado.

  • despiece general de las partes fijas de un motor diesel. 1, culata. 2, camara. Bloque de

    cilindros. 4,tapa de la transmision. 5, crter.

    4.1.1. Culata.

    Es el elemento del motor que cierra los cilindros por la parte superior. La culata

    constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va

    colocada encima del bloque del motor. Su funcin es sellar la parte superior de los

    cilindros para evitar prdidas de compresin y salida inapropiada de los gases de

    escape.

  • En la culata se encuentran situadas las vlvulas de admisin y de escape, as como

    las bujas. Posee, adems, dos conductos internos: uno conectado al mltiple de

    admisin (para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en la cmara de

    combustin del cilindro) y otro conectado al mltiple de escape (para permitir que

    los gases producidos por la combustin sean expulsados al medio ambiente).

    Posee, adems, otros conductos que permiten la circulacin de agua para su

    refrigeracin.

    Culata de un motor disel.

    La culata est firmemente unida al bloque del motor por medio de tornillos. Para

    garantizar un cierre hermtico con el bloque, se coloca entre ambas piezas

    metlicas una junta de culata, constituida por una lmina de material de amianto

    o cualquier otro material flexible que sea capaz de soportar, sin deteriorarse, las

    altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del motor.

    4.1.2. Camara de combustion.

    Por cmara de combustin se entiende el volumen cerrado encima del pistn

    cuando se comienza la inyeccin de combustible, esto es, cuando el pistn est

    llegando al punto muerto superior en la carrera de compresin. En esta cmara ha

    sido confinado todo el aire que entr al cilindro durante la admisin en forma

    comprimida y por lo tanto muy caliente. Aqu es donde el inyector suministra el

    combustible. Las camaras de combustion pueden dividirse en dos tipos principales:

    de inyeccion directa e indirecta.

  • Inyeccin directa.

    en la figura de la derecha se muestra un esquema de

    una cmara de inyeccin directa con el pistn en la

    carrera de fuerza. En este caso el aerosol de

    combustible pulverizado se inyecta directamente

    sobre la cabeza del pistn, donde se ha practicado

    una oquedad de forma especial para producir

    turbulencia en el aire. En esta oquedad es donde se

    acumula casi todo el aire del cilindro cuando el pistn

    est en el punto muerto superior, aunque en realidad

    la verdadera cmara de combustin es todo el

    volumen cerrado sobre el pistn. Como la cmara de

    combustin solo tiene una pequea superficie

    refrigerada por agua (superficie de la culata) la

    prdida de calor del aire comprimido es poca y estos

    motores tiene una gran facilidad de arranque en fro

    y son muy eficientes.

    Inyeccin indirecta.

    en el caso de la cmara de combustin separada como la que se muestra a la

    derecha, la oquedad donde se acumula el aire en la carrera de compresin se ha

    practicado en la masa metlica de la culata, y la comunicacin entre el volumen

    sobre el pistn y esta cmara es un pasaje relativamente estrecho. Este pasaje

    estrecho hace que el aire en la carrera de compresin, circule a alta velocidad hacia

    la cmara en un flujo muy turbulento que favorece la formacin de la mezcla del aire

    y el combustible una vez comenzada la inyeccin.

    Los gases a elevada presin producto de la

    combustin tambin tienen que pasar por este pasaje

    estrecho, por lo que van a parar a la cabeza del pistn

    con cierta gradualidad, que hace que las presiones

    mximas que tiene que soportar el mecanismo pistn-

    biela-manivela nos sean tal elevadas como en el caso

    de la inyeccin directa. Estos motores son en general

    de un funcionamiento mas silencioso y elstico que

    los de inyeccin directa, pero el aumento del rea de

    transferencia de calor (debido a la cmara) al agua de

    enfriamiento produce prdidas y la eficiencia es

    menor as como se dificulta el arranque en fro.

  • 4.1.3. Bloque de cilindros.

    El bloque es la parte ms grande del motor, contiene los cilindros donde los pistones

    suben y bajan, conductos por donde pasa el lquido refrigerante y otros conductos

    independientes por donde circula el lubricante. Generalmente el bloque esta

    construido en aleaciones de hierro o aluminio, siendo estas ultimas mucho mas

    livianas y permiten mayor rendimiento.

    En el bloque se situan las camisas,

    Son los cilindros por cuyo interior

    circulan los pistones. Suelen ser de

    hierro fundido y tienen la superficie

    interior endurecida por induccin y

    pulida. Normalmente suelen ser

    intercambiables para poder reconstruir

    el motor colocando unas nuevas,

    aunque en algunos casos pueden

    venir mecanizadas directamente en el

    bloque en cuyo caso su reparacin es

    mas complicada.

  • 4.1.4. Carter

    Es una caja metlica que contiene los mecanismos operativos del motor. La funcin

    bsica del crter es cerrar y aislar del exterior el bloque del motor, que aloja el

    cigeal, el pistn y la biela. Pero su principal misin es albergar el aceite de

    lubricacin del motor.

    Se compone de dos partes:

    Crter superior o del cigeal: est en contacto directo con el conjunto cilindros-cigeal e integra los cojinetes de bancada o apoyos del cigeal

    de acero. La eficacia del crter superior depende de su rigidez, pues recibe

    toda la fuerza de los cilindros y del cigeal.

    Crter inferior o de aceite: es la parte inferior de la carcasa del crter, fijada mediante tornillos especiales al crter superior. Tiene una funcin bsica:

    contiene el aceite para la lubricacin del motor. A modo de bandeja, el crter

    inferior mantiene el lubricante que, posteriormente, es aspirado por la bomba

    de lubricacin para bombearlo de nuevo a todas las piezas del motor.

    El crter suele fabricarse en chapa de acero, pero tambin puede estar compuesto

    de aleaciones ligeras de aluminio, de mayor calidad debido a su buena

    conductividad trmica y a que disminuye el nivel acstico del motor.

    El crter se fija al bloque del motor mediante tornillos con interposicin de una junta

    de estanqueidad, que suelen ser de corcho u otros materiales sintticos, aunque

    ltimamente se tiende a la aplicacin de juntas lquidas o masillas que polimerizan

    al contacto con el aire. En la parte inferior del crter encontramos el tapn roscado

    que permite su drenaje.

  • 4.2. PARTES MOVILES PRINCIPALES

    Una vez destacados las partes fijas del motor que constituyen su base, se estudiar

    a este tema importante del motor disel desde sus cuatro elementos fundamentales

    que son:

    o Conjunto de pistones y segmentos

    o Bielas

    o Cigeal

    o Volante.

  • 4.2.1. Pistn

    Un pistn es una pieza que forma parte del mecanismo de funcionamiento de un motor. Tambin conocido como mbolo, se trata de un elemento que se mueve de forma alternativa dentro de un cilindro para interactuar con un fluido. Su funcin principal es la de constituir la pared mvil de la cmara de combustin, transmitiendo la energa de los gases de la combustin a la biela mediante un movimiento alternativo dentro del cilindro. Dicho movimiento se copia en el pie de biela, pero se transforma a lo largo de la biela hasta llegar a su cabeza apretada al mun del cigeal, en donde dicha energa se ve utilizada al movilizar dicho cigeal. De esta forma el pistn hace de gua al pie de biela en su movimiento alternativo. Un embolo es semejante a un vaso invertido, completamente hueco para reducir al mximo su peso. Est formado por una cabeza destinada a recibir los esfuerzos de empuje, en el cual se mecanizan las ranuras que contienen los aros o segmentos encargados de hacer el cierre hermtico con el cilindro. La parte inferior llamada falda, sirve de gua al embolo en su desplazamiento por el cilindro. En ella se sita el alojamiento destinado al ajuste del buln de amarre con la biela, a travs del cual se transmiten los esfuerzos de empuje.

    El material empleado para la fabricacin de mbolos destinados a motores es a base de aleaciones ligeras, a base de aluminio-silicio con ligeros contenidos de Cu, Ni y Mg, fundidas en coquilla. Una vez mecanizados se someten a un tratamiento trmico escalonado con la finalidad de elevar la dureza y resistencia al desgaste. Para motores de alta potencia y Disel sobrealimentados, los pistones se fabrican mediante forja y estampacin, con altos contenidos de silicio, hasta un 25%.

    4.2.2. Segmentos

    Los segmentos son unos anillos elsticos situados sobre las ranuras practicadas en la cabeza del pistn. Tienen como misin hacer estanco el recinto volumtrico durante el desplazamiento del mbolo, asegurar la lubricacin del cilindro y

  • transmitir el calor absorbido por el mbolo, a la pared del cilindro para su evacuacin.

    Los segmentos segn el trabajo que realizan pueden ser:

    Segmentos de compresin: estn destinados a realizar el cierre hermtico del cilindro y van colocados en nmero de 2 o 3 en la parte superior del mbolo. Su posicin en el pistn hace que estos segmentos sean los ms afectados por la temperatura y las elevadas presiones que se originan durante el ciclo. El primero de ellos es el que recibe directamente los efectos de la explosin, por lo que tambin se le conoce como "segmento de fuego".

    Segmento de engrase: van situados por debajo de los de compresin, tienen la misin de barrer, durante el descenso del mbolo, el exceso de aceite depositado sobre la pared del cilindro, permitiendo, dentro de unos lmites, su paso a la parte alta del mismo. El aceite que no es arrastrado por el segmento de engrase es recogido por los segmentos de compresin, y una mnima cantidad pasa a lubricar la zona alta del cilindro.

    En la fabricacin de segmentos se utiliza la fundicin de hierro aleada con ligeras

    proporciones de Si, Ni, y Mn, con una estructura perltica de grado fino obtenida por

    colada centrfuga. Para mejorar el comportamiento del segmento en la friccin, se

    le somete a un tratamiento de fosfatacin. Con este tratamiento se consigue formar

    una capa porosa que se impregna de aceite, lo que ayuda a mejorar las condiciones

    de rozamiento, con una elevada reduccin del desgaste.

  • 4.2.3. Biela

    La biela es el elemento

    del motor encargado de

    transmitir la presin de los

    gases que acta sobre el

    pistn al cigeal, o lo que

    es lo mismo, es un

    eslabn de la cadena de

    transformacin del

    movimiento alternativo

    (pistn) en rotativo

    (cigeal). Debido a los

    grandes esfuerzos que

    tiene que soportar, y a

    que es un elemento de

    lubricacin difcil, la biela

    es una parte crtica del

    motor, y su correcto

    diseo y fabricacin son

    muy importantes.

    La biela est dividida en tres partes, la primera es el pie, que es el extremo que va

    unido al buln, que, a su vez, va enganchado en el cigeal. ste es el extremo

    ms pequeo de la biela. El cuerpo es la zona central de la biela, que debe soportar

    la mayor parte de los esfuerzos, pero al estar en continuo movimiento tambin debe

    de ser ligero, por ello se suele construir con forma de doble T. La cabeza es la parte

    que va unida al cigeal, a diferencia del pie, la cabeza va dividida en dos mitades,

    una de ellas unida al cuerpo, y la otra (sombrerete) separada de ste, necesitando

    dos tornillos para unirse a l.

    Por lo general las bielas se fabrican de acero templado, aunque en motores de altas

    prestaciones se suelen utilizar bielas de aluminio o de titanio.

    4.2.4. Cigeal

    El cigeal es la pieza que recoge el esfuerzo de la explosin y lo convierte en par

    motor a determinadas revoluciones. Es el encargado de transformar el movimiento

    alternativo de los pistones en un movimiento rotativo. El cigeal tambin transmite

    el giro y fuerza motriz a los dems rganos de transmisin acoplados al mismo.

  • El cigeal est constituido por un rbol acodado, con unos muones (A) de apoyo

    alineados respecto al eje de giro. Dichos muones se apoyan en los cojinetes de la

    bancada del bloque. Durante su trabajo, el cigeal se calienta y sufre una dilatacin

    axial; por esta razn las muequillas de apoyo se construyen con un pequeo juego

    lateral, calculado en funcin de la dilatacin trmica del material.

    En los codos del rbol se mecanizan unas muequillas (B), situadas

    excntricamente respecto al eje del cigeal, sobre las que se montan las cabezas

    de las bielas.

    Los brazos que unen las muequillas se prolongan en unos contrapesos (H), cuya

    misin es equilibrar el momento de giro y compensar los efectos de la fuerza

    centrfuga, evitando las vibraciones producidas en el giro y las deformaciones

    torsionales. En la parte posterior del eje va situado el plato de amarre (D) para el

    acoplamiento del volante de inercia.

    El cigeal tiene una serie de orificios (I) que se comunican entre s y con los

    taladros de engrase (L), situados en las muequillas y muones. La misin de estos

    conductos es hacer circular el aceite de engrase para la lubricacin de los cojinetes,

    tanto en los apoyos como en las muequillas, y expulsar el sobrante al crter.

  • En (E) existe un orificio con casquillo de bronce, donde se apoya el eje primario de

    la caja de cambios, sobre el eje se monta el embrague. En (F) se monta un pin

    por mediacin de un chavetero o rosca, del que se saca movimiento para el rbol

    de levas. En (G) se monta una polea, tambin por mediacin de un chavetero, que

    da movimiento generalmente a la bomba de agua

    El material empleado generalmente para la construccin de los cigeales es de

    acero al carbono; en los casos de mayores solitaciones se emplean aceros

    especiales al cromo-nquel o al cromo-molibdeno-vanadio tratados trmicamente.

    Se construyen tambin cigeales en fundicin nodular que poseen unas

    caractersticas de resistencia semejantes a las del acero al carbono.

    4.2.5. Volante de inercia

    El volante de inercia es una pieza circular pesada unida al cigeal, cuya misin es

    regularizar el giro del motor mediante la fuerza de inercia que proporciona su gran

    masa. Su trabajo consiste en almacenar la energa cintica durante la carrera motriz

    y cederla a los dems tiempos pasivos del ciclo de funcionamiento.

    El diseo del volante debe ser calculado, sobre todo su peso, teniendo en cuenta

    las caractersticas del motor. Un peso excesivo del volante se opone a una buena

    aceleracin del motor.

  • 4.3. SISTEMAS AUXILIARES

    4.3.1. La distribucin

    Se llama distribucin al conjunto de piezas que regulan la entrada y salida de gases

    en el cilindro. Este sistema debe estar en perfecto sincronismo con el cigeal, para

    que las aperturas y cierres de las vlvulas se produzcan con arreglo a las sucesivas

    posiciones del pistn dentro del cilindro y en los momentos adecuados.

    La distribucin est formada por los siguientes componentes:

    Las vlvulas con sus muelles, asientos, guas y elementos de fijacin. El rbol de levas y elementos de mando. Los empujadores y balancines.

    4.3.1.1. Mando de la distribucin

    El movimiento de rotacin del rbol de levas se realiza directamente desde el cigeal, para la cual se emplean distintos sistemas de transmisin a base de:

    Ruedas dentadas. Cadena de rodillos. Correa dentada.

  • El sistema que se adopta depende del tipo motor, situacin del rbol de levas y costo de fabricacin. En la actualidad se tiende, en la mayora de los casos, a obtener una transmisin silenciosa. Sea cual sea el tipo de transmisin empleada, como la velocidad de giro en el rbol de levas tiene que ser la mitad que en el cigeal, los piones de mando acoplados a los rboles conducido y conductor tienen que estar en la relacin 2/1, es decir, que el dimetro o nmero de dientes del pin conducido (rbol de levas) tiene que ser el doble que el pin conductor (cigeal). El accionamiento de la distribucin adems de transmitir movimiento al rbol de levas, mueve tambin dependiendo de los motores: la bomba de agua, la bomba de inyeccin en caso de que el motor sea Disel, como se ve en la figura inferior.

    4.3.1.2. Vlvulas

    Las vlvulas son elementos que abren y cierran los conductos de admisin y escape sincronizados con el movimiento de subida y bajada de los pistones. A su vez mantiene estanca o cerrada la cmara de combustin cuando se produce la carrera de compresin y combustin del motor. Se utilizan dos vlvulas por lo menos para cada cilindro (una de admisin y una de escape), aunque actualmente hay muchos motores con 3, 4 y hasta 5 vlvulas por cilindro.

    Las vlvulas se fabrican de aceros especiales con grandes contenidos de cromo y nquel, que le dan una gran dureza, pues tienen que soportar grandes esfuerzos y resistir el desgaste y las corrosiones debidos a las grandes temperaturas a que estn sometidas. La vlvula de admisin puede llegar a temperaturas de funcionamiento de 400 C y eso que es refrigerada por los gases frescos de admisin.

    La vlvula de escape est sometida al paso de los gases de escape por lo que puede alcanzar temperaturas de hasta 800 C. Para soportar estas temperaturas, tiene que estar fabricada con materiales que soporten estas condiciones de trabajo.

  • El calor que soportan las vlvulas es evacuado en mayor parte a travs de los asientos en la culata, el resto es evacuando a travs de las guas de las vlvulas. Para evacuar ms calor las dimensiones de las guas son distintas dependiendo que sea para la vlvula de escape o de admisin. La gua utilizada para la vlvula de escape ser ms larga para evacuar ms calor

    4.3.1.3. rbol de levas

    El movimiento alternativo de apertura y cierre de las vlvulas se realiza por medio

    de un mecanismo empujador que acta sobre las vlvulas y que se denomina rbol

    de levas. La apertura y cierre de las vlvulas tiene que estar sincronizado con el

    ciclo de funcionamiento y la velocidad del rgimen del motor. El rbol de levas recibe

    movimiento del cigeal a un nmero de revoluciones que es la mitad de este.

    Est formado por una serie de levas, tantas como vlvulas lleve el motor, con el

    ngulo correspondiente de desfase para efectuar la apertura de los distintos

    cilindros, segn el orden de funcionamiento establecido. Sobre el mismo rbol,

    sobre todo en motores antiguos, va situada una excntrica para el accionamiento

    de la bomba de combustible, y el pin de arrastre para el mando del distribuidor de

    encendido en los motores de gasolina, el cual tambin comunica el movimiento a la

    bomba de aceite.

    El rbol de levas adems de las levas lleva mecanizados una serie de muones de

    apoyo sobre los que gira, cuyo nmero vara en funcin del esfuerzo a trasmitir. Los

    rboles de levas se fabrican en una sola pieza de hierro fundido o de acero forjado.

    Debe tener gran resistencia a la torsin y al desgaste, para ello, se le da un

    tratamiento de templado

    4.3.1.4. Empujadores y balancines

    Estos elementos sirven de enlace entre el rbol de levas y las vlvulas para realizar

    la apertura y cierre de las mismas. Su forma y disposicin en el motor est en

    funcin del sistema de distribucin adoptado por el fabricante del mismo.

  • Los elementos empleados reciben el nombre de: taqus, varillas empujadoras y

    balancines.

    Taqus: estos elementos se interponen entre la lea del rbol y la vlvula, bien directamente o con interposicin de una varilla empujadora, segn el

    tipo de distribucin. El taqu sirve para aumentar la superficie de ataque de

    la leva, para reducir el desgaste.

    Balancines: son unas palancas que transmiten el movimiento de la leva, bien directamente o a travs de los empujadores, a las vlvulas. En distribuciones

    tipo OHV, el balancn es accionado por la varilla empujadora, mientras que

    en las distribuciones OHC es empujado directamente por el rbol de levas.

    El eje de giro de los balancines puede estar en el centro o en un extremo del

    balancn, clasificndose segn su movimiento en balancines basculantes y

    oscilantes.

  • 4.3.2. Sistema de engrase

    Los circuitos de engrase a presin, instalados actualmente en los motores, estn

    formados por una serie de elementos cuya misin es hacer que el aceite de engrase

    llegue, con la suficiente presin y limpieza, a los puntos a lubricar, manteniendo la

    circulacin del mismo dentro unos lmites de fluidez para un mejor refrigeracin de

    los elementos lubricados.

    Los elementos empleados para mantener estas condiciones de engrase en el

    circuito son los siguientes:

    Bomba de engrase. Vlvula de descarga. Sistema de filtrado y depurado de aceite.

  • 4.3.2.1. Bombas de engrase

    Entre las bombas de engrase ms utilizadas en la actualidad para motores de

    explosin y Disel est la bomba de engranajes.

    Bomba de engranajes: Est constituida por una carcasa de aleacin ligera, donde van alojados dos piones engranados entre s, de los cuales uno, el

    conducido, gira loco en su eje "impulsado" por el pin "conductor" que recibe

    movimiento generalmente del rbol de levas o directamente de la

    distribucin. Los engranajes estn alojados en la carcasa cuya forma interior

    se ajusta al contorno de estos, formando dos cmaras separadas, una de

    aspiracin que comunica con el crter, y otra de presin, comunicada con el

    circuito principal.

    4.3.2.2. Vlvula de descarga

    Las bombas de engrase en su funcionamiento suministran una cantidad de aceite

    con una presin que depende directamente del nmero de revoluciones del motor.

    Por este motivo, puede llegar un momento en que la presin sea excesiva,

    ocasionando un gasto intil de energa y un elevado riesgo de avera en la

    instalacin.

    Para evitar los inconvenientes expuestos se instala en los motores una vlvula de

    descarga, que se acopla en la misma bomba de engrase o en el circuito principal de

    engrase, la cual cumple en el circuito tres misiones importantes:

    o Descargar al crter el aceite sobrante cuando el aumento de velocidad del

    motor hace excesiva la presin proporcionada por la bomba.

    o Regular la presin de aceite, ajustndola al estado y holguras del motor.

    o Servir como dispositivo de seguridad, ya que descarga el aceite al crter

    cuando por obstruccin en las canalizaciones la presin suministrada por la

  • bomba puede dar lugar a sobrepresiones peligrosas en los conductos del

    motor.

    El funcionamiento de la vlvula se basa en el desplazamiento de un pequeo

    mbolo o bola, que cierra, por medio de la accin de un muelle tarado a la presin

    de engrase que se necesita. Cuando la presin del aceite suministrado por la bomba

    sobrepasa un valor determinado, la bola se desplaza venciendo la fuerza del muelle

    y parte del aceite retorna al crter por un conducto alternativo.

    La presin que proporciona la bomba de engrase, se puede regular desde el exterior

    por medio de un tornillo, dando mayor o menor presin al muelle que empuja a la

    bola hacia su posicin de cierre.

    4.3.2.3. Filtrado de aceite de engrase

    El aceite de engrase arrastra impurezas en forma de partculas de carbn y polvo metlico procedente del desgaste de las piezas, impurezas que van quedando depositadas en el aceite durante su accin lubricante y de limpieza, las cuales han de ser retenidas para evitar que lleguen a los distintos puntos de engrase, donde producirn una accin esmeriladora entre las superficies en contacto y que podran taponar las ranuras y orificios de engrase en los cojinetes.

    Con este fin se dispone en el circuito un sistema de filtrado que consiste en intercalar en el mismo un filtro por donde pasa el aceite antes de llegar a las canalizaciones de engrase y donde son retenidas las sustancias e impurezas que pueden llevar en suspensin el aceite, con el objeto de que llegue limpio a los puntos de engrase.

  • El primer paso de filtrado se realiza a la entrada de la bomba, donde se coloca una malla metlica, ms o menos tupida, llamada colador o pre-filtro, que retiene las partculas ms gruesas que puede llevar en suspensin el aceite y que podran daar u obstruir la bomba.

    El segundo paso de filtrado, consiste en intercalar a la salida de la bomba un elemento filtrante a travs del cual se purifica el aceite de engrase. Segn la disposicin de este elemento en el circuito, el sistema de filtrado puede ser en "derivacin" o en "serie".

    Filtrado en derivacin: consiste en hacer pasar una parte del caudal de la bomba directamente a las canalizaciones del circuito de engrase del motor y otra parte a travs del filtro que, una vez purificado, pasa directamente al crter. Con este sistema lo que se realiza es una limpieza del aceite contenido en el crter, con la ventaja de que si el filtro, por exceso de suciedad, se obstruye, la circulacin de aceite a los puntos de engrase no se altera. Sin embargo, en este sistema, el aceite que llega a las canalizaciones de engrase no est exento de impurezas al ser una mezcla de aceite purificado y sucio, lo cual puede obstruir los conductos de engrase y, si el filtro se obstruye, el sistema queda totalmente sin filtrado. Algunos vehculos, para paliar este inconveniente, intercalan un segundo filtro en serie, con lo cual el filtrado es completo, pero encarecen mucho el sistema al tener que disponer una bomba que proporcione ms caudal y llevar ms elementos instalados en el circuito.

  • Filtrado en serie: este sistema es el utilizado por la mayora de los automviles actualmente. Todo el aceite que proporciona la bomba de engrase es obligado a pasar por el filtro, de esta manera se produce un filtrado total del aceite. Este sistema de filtrado cuenta con un conducto en derivacin controlado por una vlvula bypass, con esto se evitan problemas en caso de que se obstruya el filtro

    5. FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DIESEL

    5.1. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL CON CICLO DE 4

    TIEMPOS

    El motor disel puede funcionar segn los ciclos de cuatro o de dos tiempos. El de

    cuatro tiempos es el ms empleado en motores pequeos y medios, mientras que

    el de dos tiempos se emplea en motores lentos y grandes, como los utilizados en la

    marina.

  • 5.1.1. Primer tiempo o admisin

    En esta fase el descenso del pistn aspira la mezcla aire combustible en los motores

    de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresin. La

    vlvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisin est abierta. En

    el primer tiempo el cigeal gira 180 y el rbol de levas da 90 y la vlvula de

    admisin se encuentra abierta y su carrera es descendente.

    5.1.2. Segundo tiempo o compresin

    Al llegar al final de carrera inferior, la vlvula de admisin se cierra, comprimindose

    el gas contenido en la cmara por el ascenso del pistn. En el 2 tiempo el cigeal

    da 360 y el rbol de levas da 180, y adems ambas vlvulas se encuentran

    cerradas y su carrera es ascendente.

    Al final de la compresin, el volumen de aire se ha reducido (de 14 a 23 veces segn

    el tipo de motor) Su temperatura se eleva a ms de 600 c La presin ha aumentado

    de 30 a 50 bares Tercer tiempo o explosin/expansin:

    Al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presin mxima. En

    los motores disel, se inyecta a travs del inyector el combustible muy pulverizado,

    que se auto inflama por la presin y temperatura existentes en el interior del cilindro.

    5.1.3. Tercer tiempo o explosin/expansin

    Una vez iniciada la combustin, esta progresa rpidamente incrementando la

    temperatura y la presin en el interior del cilindro y expandiendo los gases que

    empujan el pistn. Esta es la nica fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo

    el cigeal gira 180 mientras que el rbol de levas da gira, ambas vlvulas se

    encuentran cerradas y su carrera es descendente.

    5.1.4. Cuarto tiempo o escape

    En esta fase el pistn empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la

    combustin que salen a travs de la vlvula de escape que permanece abierta. Al

    llegar al punto mximo de carrera superior, se cierra la vlvula de escape y se abre

    la de admisin, reinicindose el ciclo. En este tiempo el cigeal gira 180 y el rbol

    de 90.

  • 5.1.5. Representacin de un sistema de ejes coordenados P V del ciclo

    de funcionamiento de motor disel.

    0-1.- Admisin (Isobrica): Durante la admisin se supone que el cilindro se llena totalmente de aire que circula sin razonamiento por los conductos de

    admisin, por lo que se puede considerar que la presin se mantiene

    constante e igual a la presin atmosfrica. Es por lo que esta carrera puede

    ser representada por una transformacin isobrica (P=K).

    1-2.- Compresin (adiabtica): durante esta carrera el aire es comprimido hasta ocupar el volumen correspondiente a la cmara de combustin y

    alcanza en el punto (2) presiones del orden del orden de 50kp/cm2. se

    supone que por hacerse muy rpidamente no hay que considerar perdidas

    de calor, por lo que esta transformacin puede considerarse adiabtica.

    23.- Inyeccin y combustin (isobrica): durante el tiempo que dura la inyeccin, el pistn inicia un descenso, pero la presin del interior del cilindro

    se supone que se mantiene constante, transformacin isobrica, debido a

  • que el combustible que entra se quema progresivamente a medida que entra

    en el cilindro.

    3 4. Terminada la inyeccin se produce una expansin (3 - 4), la cual como la compresin se supone que se realiza sin intercambio de calor con el

    medio exterior, por lo que se considera una transformacin adiabtica. La

    presin interna desciende a medida que el cilindro aumenta de volumen.

    4-1.- Primera fase del escape (isocora): En el punto (4) se supone que se abre instantneamente la vlvula de escape y se supone que los gases

    quemados salen tan rpidamente al exterior, que el pistn no se mueve, por

    lo que se puede considerar que la transformacin que experimentan es una

    isocora. La presin en el cilindro baja hasta la presin atmosfrica y una

    cantidad de calor Q2 no transformado en trabajo es cedido a la atmosfera.

    1-0.- Segunda fase del escape (Isobrica): los gases residuales que quedan en el interior del cilindro son expulsados al exterior por el pistn

    durante su recorrido (1-0) hasta PMS. Al llegar a l se supone que de forma

    instantnea se cierra la vlvula de escape y se abre la admisin para iniciar

    un nuevo ciclo. Como se supone que no hay perdida de carga debida al

    rozamiento de los gases quemados al circular por los conductos de escape,

    la transformacin (1-0) puedes ser considerada como isobrica

    5.2. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL CON CICLO DE 2

    TIEMPOS

    El motor de dos tiempos, tambin denominado motor de dos ciclos, es un motor de

    combustin interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinmico (admisin,

    compresin, expansin y escape) en dos movimientos lineales del pistn (una vuelta

    del cigeal). Se diferencia del ms conocido y frecuente motor de cuatro tiempos

    de ciclo de Otto, en el que este ltimo realiza las cuatro etapas en dos revoluciones

    del cigeal. Existe tanto en ciclo Otto como en ciclo Disel.

    Fase de admisin-compresin

    El pistn se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su

    recorrido deja abierta la lumbrera de admisin. Mientras la cara superior del pistn

    realiza la compresin en el cilindro.

    Fase de admisin-compresin

    La cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a travs de la lumbrera.

    Para que esta operacin sea posible el crter tiene que estar sellado. Es posible

  • que el pistn se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de

    combustin.

    Fase de explosin-escape

    Al llegar el pistn a su punto muerto superior se finaliza la compresin y se provoca

    la combustin de la mezcla gracias a la inyeccin de combustible por medio del

    inyector. La expansin de los gases de combustin impulsa con fuerza el pistn que

    transmite su movimiento al cigeal a travs de la biela.

    Fase de explosin-escape:

    En su recorrido descendente el pistn abre la lumbrera de escape para que puedan

    salir los gases de combustin y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de

    aire-combustible pasa del crter al cilindro. Cuando el pistn alcanza el punto

    inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y

    comienza un nuevo ciclo.

    5.3. DESVENTAJAS Y VENTAJAS DEL MOTOR DIESEL

    5.3.1. Desventajas del motor disel

    Mayor peso. La alta presin y temperatura de trabajo requieren un motor ms robusto y por lo tanto ms pesado.

    Mayor costo. Es consecuencia de la robustez y tambin de la precisin que exige la fabricacin de sus piezas. Eso lo hace rentable tan solo cuando estos

    gastos se amortizan en muchas horas, kilmetros o millas de trabajo.

    Gastos de mantenimiento ms elevado. Por las mismas razones anteriores resultan las piezas de recambio y las revisiones y reparaciones ms cara.

    Marcha ruidosa. Tambin es consecuencia de los altos valores de trabajo.

    5.3.2. Ventajas del motor disel

    Seguridad. La seguridad de funcionamiento y el fcil manejo de su combustible lquido, sin peligro ninguno, son inigualables

    Simplicidad. Aunque las piezas sean caras, pesadas, robustas y precisas, su simplicidad de concepcin y de funcionamiento hace que sea muy fcil

    conocer, interpretar y resolver sus reajustes o sus fallos.

    Ausencia de equipo elctrico. Punto que en general los mecnicos agradecen mucho, pues les evita que ser auxiliados por otro especialista.