UNIDAD 2 – Características técnicas del motor de maquinaria pesada y agrícola.
G0205: Análisis de elementos del tren de potencia para maquinaria pesada y agrícola.
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Unidad 2: Características técnicas del motor de maquinaria pesada y agrícola.
Material Introductorio: Características técnicas del motor de maquinaria pesada y agrícola.
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ÍNDICE DE CONTENIDO
Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 4 TEMA 1: MOTOR .............................................................................................................................................. 5 1.1
DEFINICIÓN................................................................................................................................................ 5
1.2
FUNCIÓN ................................................................................................................................................... 5
1.3
SISTEMAS Y PARTES ..................................................................................................................................... 6
PARTES ............................................................................................................................................................ 7 SISTEMAS DEL MOTOR DIÉSEL ...................................................................................................................... 19 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN ........................................................................................................................ 22 SISTEMA DE LUBRICACIÓN ............................................................................................................................ 23 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN........................................................................................................................ 25 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE ........................................................................................... 27 1.4
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ........................................................................................................................ 28
PARÁMETROS DEL MOTOR DIÉSEL ............................................................................................................... 29 POTENCIA Y PAR MOTOR O TORQUE ............................................................................................................ 30 1.5
MECANISMOS DE DESGASTE Y MANTENCIÓN................................................................................................... 31
1.6
FALLAS: CAUSA-EFECTO .............................................................................................................................. 33
CONCLUSIONES ...............................................................................................................................................36 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................................37
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INTRODUCCIÓN El objetivo principal de esta unidad es poder distinguir y relacionar las características técnicas de las piezas y sistemas auxiliares del motor, con sus mecanismos de desgaste, mantención, rendimientos y fallas, de acuerdo a su función y condiciones de operación en maquinaria pesada en general. Para lograr esto, el alumno deberá comprender el concepto de motor, describir la función según las condiciones de operación, e identificar los sistemas y partes de un motor según: su función, funcionamiento y materiales; determinar las características técnicas de un motor según los datos entregados en el manual del fabricante; y relacionar las fallas y el funcionamiento de las partes y piezas móviles de un motor, de acuerdo a los mecanismos de desgaste y mantención. El motor es el primer eslabón del tren de potencia o tren de fuerza de una maquinaria para trabajo pesado. Es por esto que partiremos estudiando lo mencionado, y en las unidades 3 y 4 analizaremos el convertidor de torque o par, la transmisión, el diferencial y los mandos finales.
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TEMA 1: MOTOR
1.1 Definición
¿Qué es un motor de combustión interna?
Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de la cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina.
1.2 Función ¿Cuál es la función de los motores diésel?
Un motor diésel, básicamente, tiene la función de realizar trabajo mecánico, el cual es transmitido del cigüeñal al sistema de transmisión para impulsar la maquinaria. Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado, muy pulverizado y con alta presión, en una cámara (o pre cámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión, que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. Esta es la llamada auto inflamación, por lo cual no hay posibilidad de autoencendido, ya que el aire solo se comprime durante el tiempo de compresión.
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1.3 Sistemas y partes
El motor diésel se puede clasificar según: Fijas Partes Móviles Distribución
Motor diésel
Lubricación Sistemas
Refrigeración Alimentación
Encendido
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PARTES Partes fijas: culata – block – carter CULATA Es un elemento del motor, montado en parte superior del bloque, que cubre los cilindros y forma la cámara de compresión con la cabeza del pistón. Sirve como tapa de los cilindros, y como alojamiento del mecanismo de válvulas y de la cámara de combustión. Se fija al bloque por medio de tornillos o espárragos. Dentro de la culata podemos encontrar: conductos de escape, conductos de refrigeración, guías de válvula, alojamiento del inyector o roscado para las bujías, alojamiento de cámara de combustión (en algunos casos), superficies rectificadas o mecanizadas, sellos de la cámara de agua, tapones de la cámara de agua y conductos de admisión.
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Tipos Según el sistema de refrigeración en los motores, las culatas se pueden clasificar en dos tipos generales: las que se utilizan en motores refrigerados por agua o aire.
Construcción Generalmente, son construidas de una sola pieza de hierro fundido o de aleaciones de aluminio. Su diseño es robusto para soportar las elevadas presiones de compresión.
Características Las culatas de hierro fundido presentan característica propias del metal con que se las construye: son de mayor peso y menor capacidad de disipación del calor, pero también es mayor su coeficiente de dilatación. Las culatas de aleaciones de aluminio son más livianas y con mayor capacidad de disipación del calor, pero también es menor su coeficiente de dilatación, lo
que obliga a extremar las
precauciones cada vez que se realiza una operación en este tipo de culata. La culata se une herméticamente con el block por pernos de acero de gran resistencia que, al igual que los del cigüeñal, deben ser ajustados con el torquímetro.
Empaquetadura o junta de culata Permite la hermeticidad entre la culata y el block. Es de una lámina de acero o asbesto, la cual impide escapes de compresión de los cilindros, y fugas de agua y aceite de las chaquetas y conductos.
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BLOCK La función del bloque es alojar el cigüeñal, las bielas y los pistones. En el caso de un motor por refrigeración con agua, que es el más frecuente, en el interior del bloque existen cavidades a través de las cuales circula el agua de enfriamiento, así como otras
tubulares
para
el
aceite
de
lubricación, cuyo filtro está generalmente fijo a la estructura del bloque.
Características Según modelo de la maquinaria, el bloque tiene conexiones y aperturas a través de las cuales varios dispositivos adicionales son controlados a través de la rotación del cigüeñal, como puede ser la bomba de agua, bomba de combustible, bomba de aceite y distribuidor.
Los materiales más usados son el hierro fundido y el aluminio, este último más ligero y con mejores propiedades disipadoras, pero de precio más elevado. Ya que el roce de los pistones es elevado, los bloques de aluminio tienen los cilindros normalmente revestidos con camisas de acero. El material del que son construidos los bloques tiene que permitir el moldeado de todas las aperturas y pasajes indispensables, así como también soportar los elevados esfuerzos de tracción de la culata durante la combustión, y alojar a las camisas de cilindro por donde se deslizan los pistones. Asimismo, van sujetas al bloque las tapas de los apoyos del cigüeñal, también llamadas apoyos de bancada. Además, tiene que tener apoyos del cigüeñal reforzados.
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CÁRTER Piezas de acero estampado que sirven de protección al motor, para evitar el contacto con polvo exterior y el ingreso de agua. Hay por lo menos tres en cada motor:
Cárter superior: sirve de apoyo a los cilindros y encierra los demás órganos del motor, a los que protege del polvo y del agua, tiene tres o cuatro apéndices solidarios a su cuerpo, que sirven para sujetar el motor a la cama que lo sujeta al casco. Lleva los cojinetes de apoyo al cigüeñal, que queda colgado del mismo. Generalmente forma una sola pieza con el bloque.
Cárter inferior: sirve de depósito para el aceite de lubricación y como tapón para el vaciado del mismo. Está unido al block por medio de bulones y una junta entre ambos que le asegura hermeticidad.
Cárter de mando: en la parte delantera del motor y unido al cárter principal para proteger los engranajes de la distribución y de los órganos auxiliares.
Partes móviles: pistón – bielas – balancines – cigüeñal – válvulas de admisión y escape – eje de levas.
Pistones o émbolos Las funciones principales que realiza un pistón son: transmitir la fuerza de combustión a la biela y al cigüeñal, sellar la cámara de combustión y disipar el calor excesivo de la cámara de combustión.
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Partes del pistón 1. Cabeza: contiene la cámara de combustión. 2. Ranuras y resaltos de los anillos: sujetan los anillos de compresión y de control de aceite. 3. Anillo de retención: mantiene el pasador de biela dentro del orificio del pasador. 4. Orificio
del
pasador
de
biela:
contiene un pasador que conecta el pistón con la biela. 5. Faldón
de
tope:
soporta
las
presiones laterales.
Tipos de pistón a) Cabeza aluminio colado con faldón de aluminio forjado, soldado con haz electrónico. b) Compuestos, formados por una cabeza de acero y un faldón de aluminio forjado, apernados entre sí. c) Articulados, formados por una cabeza de acero forjado con orificios de pasadores, bujes y un faldón separado de aluminio colado. Las dos piezas están conectadas por medio de un pasador de biela. d) Pistón de aluminio colado, de una sola pieza, con una banda de hierro que lleva los anillos de los pistones.
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Anillos de los pistones Hay dos tipos de anillos de pistón: (1) anillos de compresión y (2) de control de aceite. Los anillos de compresión sellan la parte inferior de la cámara de combustión, impidiendo que los gases de combustión se fuguen por los pistones.
Anillo de control de aceite Normalmente, hay un anillo de control de aceite debajo de los anillos de compresión. Los anillos de control de aceite lubrican las paredes de la camisa del cilindro al moverse el
pistón hacia arriba y hacia abajo. La película de aceite
reduce el desgaste en la camisa del cilindro y en el pistón. Resorte de expansión: detrás del anillo de control de aceite hay un resorte de expansión que permite mantener una película uniforme de aceite en la pared del cilindro. Superficies endurecidas: todos los anillos tienen una superficie endurecida para prolongar la duración de los anillos. Separación entre puntas de anillo: todos los anillos de los pistones tienen una separación entre las dos puntas. Para impedir fugas, las separaciones entre puntas no deben estar alineadas al instalarse.
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Bielas Las bielas están conectadas a cada uno de los pistones por medio de un pasador de biela. La biela transmite la fuerza de combustión del pistón al cigüeñal.
Partes de la biela 1. Orificio y tapa del cigüeñal: el orificio y la tapa del cigüeñal están en el extremo grande de la biela. Rodean el muñón del cojinete
de
biela
del
cigüeñal
y
conectan la biela con el este. 2. Vástago: el vástago se extiende a lo largo de la biela. Tiene forma de viga en “T” para una mayor resistencia y rigidez. 3. Pernos y tuercas de biela: el perno y la tuerca de la biela sujetan la biela y la tapa al cigüeñal. Este es el extremo del cigüeñal o el extremo grande de la biela. 4. Cojinetes de biela: los cojinetes de biela están en el extremo del cigüeñal de la biela. El cigüeñal gira dentro de los cojinetes de biela que soportan la carga. 5. Casquillos de los cojinetes de biela: por lo general, la mitad del casquillo superior soporta más carga.
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VÁLVULAS Son los elementos de la distribución que se encargan de permitir el ingreso del aire y salida de los gases quemados.
Partes de las válvulas Cabeza: es la parte circular de la válvula, existen varios tipos de según la forma de su cabeza. Margen: representa el espesor de la válvula entre la cabeza y la cara, y sirve para evitar que se deforme o se queme por efecto del calor. Cara: es la parte de la válvula que asienta sobre el asiento y produce un cierre hermético de está; el ángulo de la cara normalmente es de 30° a 45°. Vástago: es la parte central de la válvula que se desplaza en la guía de ésta, en los extremos se encuentran las ranuras de seguridad, donde van montados los seguros de media luna, que evitan que el resorte se salga de la válvula. Talón: es la parte de la válvula donde asienta la cara de contacto del balancín y se calibra la luz y holgura de la válvula en dicha superficie. Ranura de seguro: estas ranuras son las que permiten asegurar a la válvula con el sombrero de resorte, en algunas válvulas se tiene solo una ranura, mientras que en motores de alta revolución hay 2 de seguro.
Características Las válvulas de los motores diésel se instalan en la culata y pueden ser dos, tres o cuatro por cilindro, según el diseño del motor. En algunos casos, están dispuestas verticalmente a causa de la forma plana de la cámara de combustión, se accionan por taques, varillas y balancines, o bien, directamente, cuando el árbol de levas está situado en la culata. a) Válvulas de admisión: normalmente, se construyen de acero-cromo-níquel. Algunas poseen un deflector, cuya finalidad es crear o mejorar la turbulencia del
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aire durante la admisión. En algunos tipos, la cara de asiento de las válvulas es recargada con estelita (aleación de acero con cromo, tungsteno y carbono), la cual se aplica por medio de soldaduras; mediante este sistema se obtiene mayor endurecimiento y resistencia para disminuir el desgaste y prolongar la duración de las válvulas. b) Válvulas de escape: los materiales son similares a los de admisión, pero se les agrega tungsteno para soportar altas temperaturas. Los vástagos de las válvulas son prácticamente iguales en diversos modelos; se usa acero y níquel para los vástagos de las válvulas de admisión, y aleaciones diversas de acero para los vástagos de las válvulas de escape.
En algunos casos, los vástagos de las válvulas de escape
tienen una zona de menor diámetro cerca de la cabeza, que tiene la finalidad de evitar que se acumule exceso de carbón en el vástago y pueda trabar el movimiento de la válvula.
Diferencia entre las válvulas de admisión y escape Cuando las válvulas son de diferente tamaño, las de cabeza más larga o grande son de admisión. Durante su trabajo en el motor, las que se abren al bajar el pistón son las de admisión y las que se abren al subir el pistón son las de escape. Cuando el motor ya está funcionando, las válvulas adquieren un color diferente, las de admisión son de color gris oscuro y las de escape de color ladrillo.
TAQUÉS, VARILLAS Y BALANCINES Son elementos que transmiten el movimiento del eje de levas hasta las válvulas, para que éstas realicen su cierre y su apertura durante los ciclos de trabajo correspondiente.
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Taqués Se fabrican de acero cromo-níquel. La parte en contacto con la leva se endurece para resistir la presión y la fricción.
Varilla de balancines Son piezas rectas construidas de acero. Los extremos son
terminados de
forma que puedan adaptarse a las superficies de apoyo de los buzos y los balancines. La forma más común es la mostrada en la figura, donde un extremo termina en forma de semiesfera, y el
otro en una especie de copilla. Las
dimensiones de las varillas varían de acuerdo con las características de cada motor, y su función es la de transmitir el movimiento de los buzos a los balancines. Es requisito indispensable para su utilización que sea recto.
Balancines Se fabrican de diversos materiales, por procesos de estampado, fundición y forja. Normalmente, están alojados en lo que se denomina árbol de balancines.
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CIGÜEÑAL Está ubicado en la parte inferior del bloque de motor, transmite el movimiento giratorio al volante, proporcionando energía adecuada para el trabajo. El cigüeñal transmite la fuerza del motor al sistema de transmisión de potencia. Está fundido o forjado en una sola pieza. En el tiempo de explosión, cada pistón impulsa al cigüeñal hacia abajo, mientras que en los otros tres tiempos, es el cigüeñal el que impulsa a los cilindros hacia arriba y abajo. Como recibe varios impulsos en cada vuelta, violentos y aislados producidos por la explosión en cada cilindro y a través de él se transmite toda la potencia que recibirá la hélice, resulta ser una de las piezas que más sufren del motor, por ello habrá de ser robusto, con material de la mejor calidad y ha de estar perfectamente equilibrado para evitar vibraciones.
Partes 1. Muñones de cojinetes de biela. 2. Contrapesos. 3. Muñones de cojinetes de bancada. 4. Nervadura.
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EJE DE LEVAS El movimiento alternativo de apertura y cierre de las válvulas se realiza por medio de un mecanismo empujador, que actúa sobre las válvulas y que se denomina árbol de levas. La apertura y cierre de las válvulas tiene que estar sincronizado con el ciclo de funcionamiento y la velocidad del régimen del motor. El árbol de levas recibe movimiento del cigüeñal a un número de revoluciones que es la mitad de este. Constitución Está formado por una serie de levas, tantas como válvulas lleve el motor, con el ángulo correspondiente de desfase para efectuar la apertura de los distintos cilindros, según el orden de funcionamiento establecido. El eje de levas, además de las levas, lleva mecanizados una serie de muñones de apoyo sobre los que gira, cuyo número varía en función del esfuerzo a trasmitir. Los ejes de levas se fabrican en una sola pieza de hierro fundido o de acero forjado. Debe tener gran resistencia a la torsión y al desgaste, para ello se le da un tratamiento de templado. El desgaste del eje de levas puede suponer una modificación del diagrama de distribución, lo que puede suponer una baja en el rendimiento del motor. Perfil de las levas La forma de las levas practicadas sobre el árbol determinan los siguientes factores, muy importantes para el buen rendimiento del motor: el momento de apertura de las válvulas, el ángulo que permanecen abiertas, el desplazamiento o alzada máxima de la válvula y la forma de hacer la apertura y cierre de la misma.
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SISTEMAS DEL MOTOR DIÉSEL Sistema de encendido Es el encargado de dar los primeros movimientos al motor con ayuda de un
motor
eléctrico
(motor
de
arranque), se conecta y arrastra por unos segundos el volante de inercia del motor, el cual está unido al eje cigüeñal.
Sus
componentes
principales
son:
batería, conexión de encendido, motor de arranque (motor eléctrico).
Sistema de distribución Es un conjunto de piezas perfectamente sincronizadas, que controlan la entrada de aire y salida de los gases de escape. Esta sincronización debe estar acorde en todos los mecanismos de distribución para que se pueda realizar la inyección del combustible.
Elementos constituyentes: eje de levas, buzos, balancines, varillas empujadoras, engranaje del eje de levas y del eje del cigüeñal.
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Sistema de distribución OHV
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Sistema de admisión de aire Sus funciones son: colectar el aire admitido por el motor, purificar el aire admitido por el motor y colectar los gases que evacua el motor.
Turbocompresor El
turbocompresor
es
un
dispositivo que consta de un compresor y una turbina, la cual aprovecha los gases del escape
para
compresor
y,
accionar de
el
esta
manera, comprimir el aire que ingresa a la admisión y llenar mejor la cámara para la combustión.
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SISTEMA DE ALIMENTACIÓN
Múltiples de admisión y de escape Son tubos, de formas especiales, que van montados en la culata. El múltiple de admisión conduce el aire al interior de los cilindros del motor; el múltiple de escape permite la salida de los gases quemados, producto de la combustión. Tipos de Múltiples Según el tipo de llenado de los cilindros, los múltiples pueden ser: para motores de aspiración natural o motores con turbocompresor. Características a) En los motores de aspiración natural, la galería principal del múltiple de admisión está unida por medio de mangueras al purificador de aire. El múltiple de escape está dispuesto para montar solamente el tubo de escape y el silenciador. b) En los motores de aspiración forzada, la galería
principal
del múltiple de
admisión está conectada con el turbocompresor. El múltiple de escape, además de llevar instalados el silenciador y el tubo de escape, posee una sección donde se monta el turbocompresor. Construcción Los múltiples de admisión se fabrican de hierro fundido o aleaciones de aluminio; los de escape, se fabrican de hierro fundido y sus formas varían de acuerdo al tipo de motor.
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SISTEMA DE LUBRICACIÓN Genera una película lubricante para disminuir el roce entre los elementos móviles del motor. 1. Bomba. 2. Válvula seguridad. 3. Enfriador de aceite. 4. Filtro de aceite. 5. Válvulas by pass.
En este sistema, el aceite es forzado entre las superficies flotantes bajo el impulso de una bomba, la cual lo mantiene en circulación constante, permitiendo que parte del calor engendrado por la fricción de los cojinetes y demás elementos flotantes del motor se disipen por el aceite que circula por los conductos del sistema. Un manómetro mecánico o eléctrico, comunicado con un conducto del sistema, indica la presión existente, la cual es originada por la acción de la bomba.
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Canalizaciones de lubricación y distribución de aceite. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Bomba de aceite. Filtro de bomba. Varilla de empuje - eje bomba. Filtro de aceite. Orificios de engrase en cigüeñal. Orificios de engrase en biela (buje biela - bulón). Surtidores de aceite: fondo cabeza émbolo. Surtidores de aceite: engranajes distribución. 9. Pasos de aceite árbol de levas y cojinetes. 10. Pasos de aceite (balancines).
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SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
Disipa el calor generado por la combustión del motor. El sistema puede ser refrigeración por líquido o por aire. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Bomba de agua. Conductos de refrigerante. Cámaras de refrigeración. Termostato. Cámara superior de radiador. Panel de refrigeración. Cámara inferior radiador y entrada bomba de agua.
El sistema de refrigeración del motor tiene como función mantener las temperaturas adecuadas del motor. Si falla el sistema de enfriamiento puede ocurrir un daño serio en el motor.
El sistema de
enfriamiento hace circular refrigerante a través del motor, para absorber el calor producido por la combustión y la fricción. Para hacer este trabajo, el sistema
refrigerante
aplica
el
principio
de
transferencia de calor. El calor siempre se mueve de un objeto caliente (1) a un objeto más frío (2). El calor puede moverse entre metales, fluidos o aire; lo que permite este movimiento de calor es la diferencia de temperaturas relativas entre los objetos. Mientras mayor sea la diferencia de temperatura, mayor será la transferencia de calor.
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Bomba de agua La bomba de agua se compone de un rodete con paletas curvas contenido en una caja. A medida que el rodete gira, las paletas envían el agua hacia fuera, a la salida formada por la caja. Enfriador de aceite De la salida de la bomba de agua, el refrigerante fluye al enfriador de aceite. Los enfriadores de aceite se componen de una serie de tubos contenidos en una caja. El enfriador de aceite transfiere el calor del aceite lubricante, lo que permite que el aceite conserve sus propiedades. Post-enfriador Del enfriador de aceite, el refrigerante fluye al bloqueo o, en caso de que el motor tenga turbocompresor, el refrigerante puede fluir al post-enfriador. En algunos motores con turbocompresión se utiliza. Si es así, el refrigerante irá al post-enfriador, el cual absorbe el calor del aire de admisión. En un post-enfriador de agua de la camisa, el sistema de enfriamiento disipa el calor del aire. El post-enfriador se construye con tubos y aletas al igual que un radiador. El aire comprimido caliente, que viene del turbocompresor, pasa por las aletas y transfiere el calor al refrigerante contenido en los tubos.
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SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE
Suministra el combustible necesario para el funcionamiento del motor, de acuerdo con la carga aplicada al motor.
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1.4 Características técnicas ¿Qué es un ciclo? Es un conjunto de operaciones o tiempos que realizan los pistones para obtener un trabajo. Estas operaciones o tiempos se repiten miles de veces por minuto en cada cilindro del motor. Ciclos del motor diésel Admisión: comienza cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior (PMS). Se abre la válvula de admisión y el pistón baja provocando una succión, la cual ayuda a precipitar el aire dentro del cilindro hasta llenarlo. Cuando el pistón llega al punto muerto inferior (PMI), se cierra la válvula de admisión. El cigüeñal ha girado media vuelta con una carrera del pistón 180°. Compresión: durante la compresión el pistón sube del PMI al PMS y las dos válvulas permanecen cerradas. Solo se comprime aire purificado. El aire es comprimido fuertemente, este se calienta por encima del punto de inflamación del diésel. El cigüeñal gira otra 1/2 vuelta más, sumando 360°. La RC en los motores diésel es entre 12:1 hasta 22:1. Trabajo: durante el tiempo de trabajo, el pistón baja del PMS al PMI, y las dos válvulas de admisión y escape permanecen cerradas. El combustible diésel es inyectado en el momento preciso. Al encontrarse con el aire fuertemente comprimido y con una T° por encima del punto de inflamación del diésel, este se inflama. La onda expansiva impulsa al pistón hacia el PMI, transformando energía calorífica en mecánica. El cigüeñal gira otra 1/2 vuelta más, sumando 540°, es decir, vuelta y 1/2. Escape: durante el tiempo de escape, el pistón asciende del PMI AL PMS. La válvula de escape permanece abierta y la de admisión cerrada. Se evacuan todos los gases quemados de la combustión. El cigüeñal gira otra 1/2 vuelta, sumando 720° (2 vueltas y una vuelta del eje de levas).
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PARÁMETROS DEL MOTOR DIÉSEL
En que se gasta un litro de combustible
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POTENCIA Y PAR MOTOR O TORQUE Torque Fuerza rotacional que entrega el cigüeñal. Potencia efectiva Es la potencia que el motor entrega en el volante.
Donde T es el torque en Nm, N es la velocidad angular del eje cigüeñal
en
rpm
de
y
716,2
es
una
constante
transformación para obtener la potencia efectiva en W. Cilindrada: volumen que desplazan los pistones del motor cuando se mueven desde el PMS al PMI. Relación de compresión: proporción entre el volumen total admitido Vt y el volumen de la cámara de compresión Vc. Para un motor diésel varía entre 12 -22. Presión de compresión: es la presión que se genera al comprimir el aire admitido dentro del cilindro del motor.
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1.5 Mecanismos de desgaste y mantención
ACEITE Y FILTROS Una lubricación adecuada es crítica para mantener el desempeño y vida del motor. Es esencial utilizar el aceite y los filtros diseñados para motores específicos. Sin cambios regulares de aceite y filtros, el aceite se satura de impurezas y partículas contaminantes, y no puede realizar su función adecuadamente. Asegúrese de cambiar aceite y filtros según las indicaciones de su manual del operador. Verifique el nivel de aceite diariamente, o cada vez que vaya a utilizar su motor. El análisis del aceite puede prevenir fallas potenciales, ya que detecta desgaste de piezas clave y verifica el estado del aceite. Es normal que el motor consuma cierta cantidad de aceite. Refiérase a su manual de operación para más información, no todos los aceites y filtros son iguales, utilice el que recomienda el fabricante de su motor. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN Los refrigerantes (anticongelantes) sufren desgaste y pérdida de sus propiedades al igual que el aceite. Mantener la química apropiada del refrigerante protege contra cavitación, corrosión, depósitos, gelatinización y congelamiento. Verifique el nivel de refrigerante diariamente, o cada vez que vaya a utilizar su motor. Los sistemas de enfriamiento de los motores diésel requieren protección durante todo el año con un refrigerante de uso pesado, adecuado para este tipo de motor. Utilizar agua provocará problemas en el sistema de refrigeración y en el motor, rápidamente. Inspeccione la bomba de agua y sus cojinetes, si hay fuga repare o reemplace la bomba. Limpie el radiador externamente cuando esté sucio (puede ser necesario hacerlo a diario si trabaja en un ambiente de aire sucio) y después de cada reparación. Mida la presión del sistema de refrigeración y la temperatura de apertura del termostato cada 1,200 horas de operación. Inspeccione regularmente las aspas del ventilador. Si están dobladas o rotas, reemplace el ventilador.
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CORREAS Inspeccione las correas en busca de fisuras, desgaste o estiramiento, según los intervalos establecidos en su manual de operación. Reemplace cuando sea necesario. Mida la tensión de la correa y el estado del tensor automático si su motor cuenta con esta opción. SISTEMA DE COMBUSTIBLE Revise los inyectores y el tiempo de la bomba de inyección según se especifica en el manual del operador. Cambie los filtros de combustible regularmente, teniendo cuidado que sea el filtro indicado para su motor y tipo de sistema de inyección. REPARACIÓN MAYOR DEL MOTOR La vida y desempeño del motor varía dependiendo de las condiciones de operación y la calidad del mantenimiento. Hacer una reparación mayor del motor, antes de una falla, puede evitar costosas reparaciones y la pérdida de precioso tiempo de trabajo. Comienza a tener pérdida de potencia y a humear sin tener falla conocida en alguno de los componentes. Le cuesta trabajo arrancar debido a baja compresión. Comienza a consumir mayor cantidad de aceite. Tiene muchas horas de uso y se deben tomar medidas preventivas para evitar reparaciones costosas y largo tiempo detenido.
Recuerde que siempre las mantenciones deben estar de acuerdo a la plantilla ofrecida por el fabricante.
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1.6 Fallas: causa-efecto La siguiente tabla presenta los problemas típicos detectados en un motor diésel para maquinaria pesada o agrícola:
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UNIDAD 2 – Características técnicas del motor de maquinaria pesada y agrícola.
CONCLUSIONES En la presente unidad hemos definido el concepto de motor a combustión interna y, en específico, la función y el funcionamiento de un motor diésel, de aplicación directa en el área de maquinaria pesada y agrícola. Para realizar un análisis más puntual del motor diésel, estudiamos las partes y sistemas que lo componen, donde se distinguieron las partes fijas: culata, block y cárter, así como las partes móviles: pistón, biela, balancines, cigüeñal, eje de levas, válvulas de admisión y escape. Para los elementos nombrados, se determinó su función, ubicación en el motor y materiales, entre las características más importantes. A su vez, se distinguieron los sistemas que componen el motor, desde el punto de vista de su función y componentes principales, entre los que podemos nombrar: distribución, lubricación, refrigeración, alimentación y encendido. Otro tema desarrollado fueron las características técnicas, considerando los principales
parámetros
tales
como:
cilindrada
total,
unitaria,
relación
de
compresión, se definió qué es un ciclo y se describieron los cuatro que ocurren en un motor diésel, para lo cual el eje gira dos vueltas completas. El primer ciclo es el de admisión, luego compresión, trabajo y escape. Otros parámetros importantes son la potencia efectiva y el torque del eje cigüeñal. Finalmente, se relacionaron los mecanismos de desgaste sufridos por los componentes principales de los sistemas mencionados, con el mantenimiento que se debe realizar a cada uno, teniendo en cuenta siempre lo recomendado por el fabricante. Para cerrar la unidad se presenta una tabla de fallas comunes para los motores diésel y las posibles causas, identificando quien pueden resolver la falla, si el usuario o el técnico.
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UNIDAD 2 – Características técnicas del motor de maquinaria pesada y agrícola.
BIBLIOGRAFÍA Case Construction. (2011). 721F Tier 2 Wheel Loader Sevice Manual.
Crouse, W. (1983). Mecánica del automóvil. Barcelona: Marcombo.
Kates, E., Luck, W. & Vilardell, J. (1982). Motores diésel y de gas de alta compresión. Barcelona: Reverte.
Mahindra. Service Manual 9500-4WD
Ralbovsky, E. & Sepulveda, S. (2000). Motores diésel. Madrid: Paraninfo.
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