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    Motor diesel Motor diesel Document Transcript

    • INTRODUCION El motor diésel fue inventado en el año 1893, por el ingeniero Rudolf Diesel. De origen francés, aunque de familia alemana, fue empleado de la firma MAN, que por aquellos años ya estaba en la producción de motores y vehículos de carga. Rudolf Diesel estudiaba los motores de alto rendimiento térmico, con el uso de combustibles alternativos en los motores de combustión interna. Su invento le costó muy caro, por culpa de un accidente que le provocó lesiones a él y a sus colaboradores y que casi le costó la vida porque uno de sus motores experimentales explotó. Durante años Diesel trabajó para poder utilizar otros combustibles diferentes a la gasolina, basados en principios de los motores de compresión sin ignición por chispa, cuyos orígenes se remontan a la máquina de vapor y que poseen una mayor prestación. Así fue como a finales del siglo XIX, en el año 1897, MAN produjo el primer motor conforme los estudios de Rudolf Diesel, encontrando para su funcionamiento, un combustible poco volátil, que por aquellos años era muy utilizado, el aceite liviano, más conocido como fuel oil que se utilizaba para alumbrar las lámparas de la calle. Inicialmente la principal ventaja de los motores diésel, comparados con los motores a gasolina, estribaba en su menor consumo de combustible (y así, su menor efecto contaminante puesto que además los niveles de emisión de dióxido de carbono de estos motores son inferiores a los de los motores de gasolina). Pero el precio del diésel supera hoy al de la gasolina debido al aumento de la demanda. Las desventajas iniciales de estos motores (el precio, los costos de mantenimiento y las prestaciones) se están reduciendo debido a la introducción de mejoras como la inyección electrónica y el turbocompresor. No obstante, la adopción de la precámara, con la que se consiguen prestaciones semejantes a los motores de gasolina, presenta el inconveniente de incrementar el consumo, con lo que la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece. 3
    • MANTENIMIENTO Y REPARACION DE MOTORES DIESEL SISTEMA DE INYECCION Al final de la carrera de compresión el aire que ha entrado al cilindro durante la carrera de admisión previa, ha sido confinado a un pequeño volumen llamado cámara de combustión y sometido a una fuerte compresión y está muy caliente. Si en ese momento se inyecta al interior del cilindro la cantidad adecuada de combustible Diesel pulverizado, este se inflamará y producirá el debido incremento de presión que actúa sobre el pistón para producir la carrera de fuerza del motor. El mecanismo que se ocupa de dosificar, pulverizar e introducir al cilindro en el instante y por el tiempo adecuados el combustible al cilindro se llama sistema de inyección. El proceso de inyectar combustible en el motor Diesel puede resumirse en pocas palabras como se ha hecho, y aparentemente parece ser simple, pero en realidad está rodeado de un gran número de particularidades que hacen de él, una de las mayores conquistas tecnológicas realizadas por el hombre en la mecánica de precisión del siglo XX. Baste decir que este sistema tiene que poder inyectar con gran exactitud y a grandes presiones (entre 120 y 400 kg/cm²), volúmenes de líquido que pueden ser comparables con el de la cabeza de un alfiler, con un comienzo y tiempo de duración muy exactos, a frecuencias que pueden llegar a mas de 2000 ciclos por segundo, y por un período de millones de ciclos sin fallo. Súmele a eso que la inyección se produce en una cámara donde hay combustión simultánea a la inyección, en un ambiente caliente y agresivo y me dirá si no es un verdadero milagro tecnológico haberlo conseguido y perfeccionado. Para preparar el terreno y que usted pueda conocer las particularidades básicas relacionadas que hacen complejo el funcionamiento del sistema de inyección, hagamos un análisis de los factores involucrados en el proceso. Mecanismo de avance El combustible que entra al cilindro lo hace de forma líquida, para que este combustible se inflame luego que se pone en contacto con el aire caliente capaz de inflamarlo, tiene que calentarse, evaporarse y mezclarse con el aire para que se produzca el encendido. Este 4
    • proceso aunque breve, toma cierto tiempo, por lo que el comienzo de la inyección debe hacerse un determinado tiempo antes de que el pistón haya alcanzado el punto muerto superior, a fin de que el combustible se evapore, mezcle e inflame antes de que el pistón llegue al punto adecuado después del punto muerto superior, y aproveche al máximo el incremento de presión producto de la combustión para producir trabajo útil. Como este tiempo de preparación de la mezcla dentro del cilindro, antes de producirse la inflamación es un tiempo fijo (en realidad cambia, pero muy poco) mientras el motor puede girar a velocidades notablemente diferentes entre ralentí y la velocidad máxima, el instante del comienzo de la inyección con respecto a la posición del pistón, debe ser diferente para cada régimen de velocidad y así poder lograr que en todo el rango de trabajo del motor, las presiones máximas del ciclo se produzcan en el instante adecuado a la posición del pistón una vez comenzada la inflamación. Este tiempo de anticipación al punto muerto superior en que se comienza la inyección se mide en grados de ángulo de giro del cigüeñal y se conoce cono ángulo de avance a la inyección. En un motor Diesel rápido puede estar para altas velocidades en el orden de los 30 a 40 grados. Nuestro sistema de inyección debe cumplir una primera condición: Condición 1: El sistema debe regular el comienzo de la inyección de acuerdo a la velocidad de rotación del motor. Pulverizado del combustible Para que el proceso de evaporación, mezclado e inflamación del combustible sea lo más eficiente, estable y corto posible, este debe ser inyectado en la cámara de combustión como uno o más aerosoles con partículas sumamente finas, a alta velocidad y bien dirigidas para que lleguen a todas partes de la cámara de combustión, con independencia de la velocidad de giro del motor. De esta forma se produce un mejor mezclado y un contacto íntimo con todo el aire caliente para aprovechar su calor en la evaporación y preparación de la mezcla del aire y el combustible tanto antes del comienzo de la inflamación, como después, durante el proceso de quemado en todo el rango de trabajo. 5
    • El comienzo y fin de la inyección (formación del aerosol) deben ser abruptos, veamos: Las primeras gotas que salen del aerosol ya deben estar sumamente pulverizadas. Si esta condición no se cumple, y se producen al inicio, gotas grandes de combustible, estas demoran en evaporarse, y como el combustible se inyecta de manera continua, cuando se produzca el encendido se habrá acumulado mucho combustibles dentro del cilindro lo que produce una inflamación masiva de excesivo combustible con el consecuente incremento violento de la presión. Este incremento violento de la presión además de afectar las piezas del mecanismo pistón-biela-manivela reduce notablemente la eficiencia del motor. Si el sistema de inyección interrumpe el aerosol de manera gradual, las últimas gotas producidas se han atomizado a baja presión y ya no son pequeñas, el proceso de evaporación se hace lento y el quemado de este combustible puede realizarse muy tarde en la carrera de fuerza e incluso no quemarse del todo con la consecuente pérdida de potencia y rendimiento del motor. Aquí aparece la segunda condición a cumplir: Condición 2: El sistema debe garantizar un aerosol de partículas de combustible muy finas, rápidas y bien distribuidas con un comienzo y fin abruptos. Dosificación del combustible Los motores Diesel al igual que cualquier otro motor funcionan en el automóvil en un rango amplio de entrega de potencia y velocidad de rotación, esta potencia se obtiene a expensas del combustible por lo que a mas potencia mas combustible. Esta potencia entregada por el motor se hace a voluntad del conductor oprimiendo más o menos el pedal de acelerador de acuerdo a la necesidad del camino. En el motor Diesel convencional, el conducto de entrada de aire al motor es siempre el mismo, sin nada que interfiera el libre paso del aire a no ser las propias pérdidas por rozamiento del conducto, de esta manera el cilindro del motor se llena siempre completamente de aire por lo que la entrega de potencia dependerá solo de la cantidad de combustible que se inyecte. 6
    • Durante el funcionamiento a las revoluciones de ralentí, solo hay que producir potencia para vencer las pérdidas internas del motor y las de los agregados acoplados (ventilador, generador etc.) durante este estado de trabajo la cantidad de combustible que se inyecta es un volumen muy pequeño, mientras que durante el trabajo a potencia máxima el volumen inyectado es muchas veces superior. De esta necesidad surge la tercera condición a cumplir: Condición 3: El sistema debe permitir cambiar continua y gradualmente la cantidad de combustible que se inyecta al cilindro. Característica de inyección El proceso de la inyección del volumen de combustible al cilindro comienza como ya hemos visto, algunos grados antes del punto muerto superior, como este proceso dura determinado tiempo y el cigüeñal está en constante giro, terminará algunos grados pasado el punto muerto superior y antes de acercarse al punto muerto inferior. La dinámica del mecanismo biela-cigüeñal determina la forma en que debe crecer la presión dentro del cilindro para que el trabajo del motor tenga la máxima eficiencia, al mismo tiempo que las piezas no estén sometidas a cargas excesivas. Para adaptarse a los requerimientos óptimos del mecanismo biela-cigüeñal, la cantidad de combustible inyectado por unidad de tiempo durante el proceso de inyección debe cumplir ciertos requisitos. El comportamiento de la entrega de combustible al cilindro por unidad de tiempo se le llama característica de inyección. En el gráfico de la abajo muestra la forma teórica óptima en que debe producirse la inyección. El eje vertical representa el volumen de combustible inyectado y el eje horizontal el ángulo de giro del cigüeñal. Pueden diferenciarse claramente dos zonas, nombradas como 1 y 2. En la zona 1comienza abruptamente la inyección de una pequeña cantidad de combustible por unidad de tiempo durante un breve lapso de giro del cigüeñal. Este combustible en pequeña cantidad se inyecta durante el tiempo de demora de la inflamación a fin de 7
    • preparar e iniciar el encendido sin que se acumulen grandes cantidades de combustible dentro del cilindro, luego, cuando ya se ha producido la inflamación, y dentro de la cámara de combustión hay alta temperatura y gases incandescentes que aceleran en mucho la velocidad de evaporación-inflamación del combustible, se aumenta al ritmo adecuado para su combustión gradual en la carrera de fuerza (zona 2). Finalmente y en el instante apropiado se interrumpe drásticamente la inyección. En los motores reales esta condición teórica no se alcanza, paro los fabricantes de motores tratan de hacer sus sistemas que cumplan lo mejor posible esta condición: Condición 4: El ritmo de inyección de combustible al cilindro debe corresponder a cierto patrón óptimo. Velocidad máxima En el motor de gasolina existe un estrechamiento del conducto de admisión, este estrechamiento supone unas elevadas pérdidas por rozamiento durante el llenado del cilindro, por esta condición la velocidad final de giro del motor se auto limita, ya que a medida que crece la velocidad de giro, crece también la velocidad de entrada del aire y por consiguiente las pérdidas por rozamiento. Finalmente y a altas velocidades de giro, la cantidad de aire que entra el cilindro es muy pobre y la potencia que se obtiene solo alcanza 8
    • para vencer las pérdidas mecánicas del propio motor. El motor no puede acelerar más. En el motor Diesel, el conducto de admisión se construye para que sus pérdidas por rozamiento sean lo menor posible y así lograr siempre un llenado máximo del cilindro, de esta forma la velocidad máxima de giro del motor no se auto limita como en el caso del motor de gasolina. Como la velocidad de giro del motor Diesel no puede crecer indefinidamente debido a que dentro del motor se producen fuerzas crecientes con la velocidad, que ponen en peligro la integridad del motor, resulta imprescindible limitar la máxima velocidad de giro a un valor seguro. Esta regulación de la velocidad se consigue cortando la entrega de combustible. Condición 5: El sistema de inyección debe regular la velocidad de giro máxima del motor. Velocidad mínima A menos que se desee lo contrario, cuando se suelta el acelerador de un motor Diesel este debe mantenerse funcionando a baja velocidad constante de rotación (ralentí). Como la carga del motor a la velocidad de ralentí puede variar considerablemente en diferentes momentos de uso, por ejemplo; puede que esté o no esté accionando un compresor de aire acondicionado, o de refrigeración, o de los frenos de vehículo, o un sistema de accionamiento hidráulico etc. no basta con establecer una cantidad fija de combustible inyectado para que se mantenga girando a velocidad estable en ralentí. Si se hiciera así el motor se aceleraría cuando baja la carga o se detendría cuando sube, por esta razón el sistema debe cumplir otra condición: Condición 6: El sistema debe mantener fija la velocidad de rotación en ralentí con independencia de la carga del motor. Esquema del sistema Durante el desarrollo del motor Diesel, los fabricantes han elaborado diferentes sistemas mecánicos que cumplen con los requisitos de trabajo descritos anteriormente. Los motores diesel no llevan bujías, porque no necesitan la explosión de aire y combustible dentro del cilindro. 9
    • En los motores de gasolina de cuatro tiempos y alimentación convencional, el carburador aspira una mezcla de aire y carburante que se introduce en el cilindro. Éste la comprime y, en el momento oportuno, de las bujías salta una chispa que hace estallar la mezcla, provocando el trabajo del motor. De igual forma trabajan los autos con sistema de inyección electrónica. En el caso de los diesel, sólo se aspira aire, que adquiere en la cámara de combustión una presión tan alta que su temperatura se eleva. En ese momento se inyecta el gasoil y arde. Como no se requiere chispa, tampoco hacen falta las bujías. SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL 10
    • MECANISMO Y SISTEMA DEL MOTOR DIESEL La figura 1 muestra los componentes más importantes de un motor Diesel. ALGUNOS DE LOS SISTEMAS MÁS IMPORTANTES, RESPONSABLES DE UN FUNCIONAMIENTO SINCRONIZADO, SON EL DE VÁLVULAS, EL CIGÜEÑAL Y EL SISTEMA DE INYECCIÓN. En este caso el MECANISMO DE VÁLVULAS consta de un árbol de levas y válvulas. Estos están albergados en la tapa de cilindros y cerrados por la tapa de la misma en la parte superior. La tapa de cilindros contiene asimismo los inyectores y los conductos para la aspiración del aire y la expulsión de los gases de la combustión. La bomba de inyección es autónoma y está montada en el exterior del block motor. EL MECANISMO DEL CIGÜEÑAL comprende los pistones, las bielas y el propio cigüeñal. Estas piezas están situadas en el block motor que está cerrado en su parte inferior por el cárter de aceite. El cárter de aceite alberga las piezas del sistema de lubricación. Tapa De Cilindros La tapa de cilindros, se asienta en la parte superior del block motor. Forma parte del espacio de compresión y alberga el inyector y, dependiendo del método de inyección, la cámara de pre combustión o de turbulencia y cuando es necesario la bujía de incandescencia. La tapa de cilindros incorpora asimismo las lumbreras de admisión y escape, las válvulas y las piezas del mecanismo de válvulas. La tapa de cilindros está sometida a considerables cargas térmicas debido a los gases de combustión. Está fabricada de fundición gris o de una aleación de metal ligero capaz de disipar calor con rapidez. En los motores Diesel la tapa de cilindros está expuesta a altas presiones y a fluctuaciones de temperatura. Por esta razón se montan pernos y juntas de culatas de dimensiones especiales. Mecanismos De Válvulas. Dependiendo del tipo del motor, normalmente se utilizan diferentes tipos de mecanismos de accionamiento de válvulas,: balancines o accionamiento directo . La versión con balancines y empujadores es normal en motores con árbol de levas en el block motor. La gran cantidad 11
    • de piezas móviles hace inadecuada esta versión para regímenes de motor altos. Un árbol de levas en la tapa de cilindros con accionamiento directo posee menos piezas móviles y es por ello más resistente a regímenes de motor altos. Además, este tipo de construcción ocupa poco espacio. Cilindros El cilindro forma la cámara de combustión juntamente con el espacio de compresión en la culata y la cabeza del pistón. La función del cilindro es guiar al pistón y disipar el calor excedente originado en la combustión. Se utilizan cilindros de diferentes tipos de construcción. Existen, bloques monocilindro (1) y bloques de varios cilindros (2). Se distingue, además, entre cilindros refrigerados por aire y cilindros refrigerados por agua. En el sector de fabricación de automóviles se prefiere casi sin excepción la refrigeración por agua. El block motor se fabrica mediante un procedimiento de colado de fundición gris o de aleaciones ligeras. La superficie de deslizamiento para los pistones, es decir, el diámetro interior del cilindro, puede ser mecanizado directamente en el material del block motor. Otra posibilidad es encajar camisas en los cilindros. Se establece una diferencia entre cilindros de camisa húmeda y de camisa seca. En el block motor de aleación ligera se montan siempre camisas, ya que las aleaciones ligeras no poseen suficiente dureza. Pistones Es un embolo cilíndrico que sube y baja deslizándose por el interior de un cilindro del motor. Son generalmente de aluminio, cada uno tiene por lo general de dos a cuatro segmentos. El segmento superior es el de compresión, diseñado para evitar fugas de gases. El segmento inferior es el de engrase y está diseñado para limpiar las paredes del cilindro de aceite cuando el pistón realiza su carrera descendente. Cualquier otro segmento puede ser de compresión o de engrase, dependiendo del diseño Llevan en su centro un bulón que sirve de unión entre el pistón y la biela. 12 del fabricante.
    • Turbocompresor Accionado Por Los Gases De Escape Los turbocompresores accionados por los gases de escape utilizan la energía del flujo de los gases de escape. Los gases de escape que salen del cilindro accionan una turbina que está conectada mediante un eje a la rueda del compresor. Esta está ubicada en el colector de admisión. La eficiencia del turbocompresor depende directamente del régimen del motor. A bajas vueltas la producción de gases de escape y, por lo tanto, la velocidad de giro de la turbina de compresión y la presión del aire de admisión es baja. Si la presión de estos aumenta demasiado a medida que se incrementa el régimen del motor, se evita que la presión continúe aumentando mediante una válvula de corte. 13
    • El flujo de gases con esta válvula se divide y el excedente se conduce hasta la salida del compresor evitando su flujo por la turbina. Los motores Diesel de aspiración atmosférica funcionan con un nivel de alimentación del cilindro del orden de un 60%, mientras que los asistidos por un turbocompresor llegan a un 90%. Este aumento de la alimentación del cilindro permite inyectar una cantidad mayor de combustible y aumentar así la potencia por litro. Los motores Diesel con turbocompresor tienen, además, un control, en función de la sobrepresión generada, de la cantidad de combustible inyectado y del avance de inyección. Cuando el aire es comprimido en el turbocompresor aumenta, además de su presión, la temperatura del mismo. Como esto le hace perder densidad, lo que obligaría si fuera usado en estas condiciones a inyectar menos combustible y generar menos potencia, se emplea un intercambiador de calor para bajar su temperatura y emplearlo con mayor densidad. Bomba de vacío Como el motor Diesel es básicamente incapaz de producir un vacío suficiente, precisa de una bomba de vacío adicional. Esta crea la depresión adecuada para el funcionamiento del servofreno y los actuadores controlados por vacío ej: válvula EGR. Dependiendo del motor puede estar montada en la tapa de cilindros o en el block motor, siendo accionada por una por una leva o por engranajes. Bujías de incandescencia La asistencia para el arranque en frío que se emplea con más frecuencia en los motores con cámara de precombustión y cámara de turbulencia es el precalentamiento por medio de bujías de incandescencia. En este caso, las bujías de incandescencia se proyectan en la cámara de pre-combustión o cámara de turbulencia, calientan el aire de admisión y hacen que el combustible inyectado se vaporice e inflame. Las características de calentamiento se mejoran también mediante los sistemas de postcalentamiento que funcionan de acuerdo con la temperatura. En ellos la bujía de incandescencia calienta la cámara de combustión de acuerdo con la temperatura del motor. La duración del calentamiento es variable y se indica cuándo está 14
    • listo el motor para arrancar mediante un testigo en el cuadro de instrumentos. Para garantizar una marcha satisfactoria del motor en frío, el calentamiento continúa una vez arrancado el motor. La bujía de incandescencia, consta de un tubo que se calienta internamente en la punta mediante una espiral de calentamiento. Antes de la espiral de calentamiento hay otra de control que aumenta su resistencia eléctrica a medida que se calienta. Por lo tanto cuando se conecta fluye una corriente alta que luego desciende a medida que aumenta la temperatura, manteniendo así uniformemente unos 1000°C. La espiral de control está fabricada de una aleación especial. Cuando se montan bujías de incandescencia, es imprescindible apretarlas al par especificado ya que de otra forma se reduce la holgura anular entre el tubo calentador y la rosca. Los sistemas de precalentamiento modernos están diseñados de forma que las bujías alcancen su temperatura de servicio tras 5 segundos aproximadamente, dependiendo de la temperatura ambiente. OTROS SISTEMAS QUE SON LO COMPLEMENTAN • Sistema De Lubricación O Engrase Los elementos que componen los sistemas de lubricación son los mismos que un motor de explosión, con la misma disposición de éstos y funcionamiento. El sistema más utilizado es el de presión total, que en la actualidad se aplica también en motores de explosión. Donde varía el motor diesel es en las condiciones de engrase que serán mucho más duras que en un motor de explosión debido a la compresión elevada, presiones alcanzadas y temperaturas de funcionamiento. Por otra parte, debido al rozamiento, el aceite está sometido a otros inconvenientes: a) Al existir un número mayor de segmentos y mayor longitud de los pistones, son mayores las resistencias a deslizar. b) El azufre que contiene el gasoil se endurece y dificulta tanto la acción de los segmentos como el deslizamiento pistón-cilindro, afectándole a su elasticidad. Todos estos factores deben ser reducidos de la siguiente manera: a) Utilizando un aceite adecuado: de excelente calidad y homologado. Se emplean los 15
    • aceites detergentes "HD" recomendados por el fabricante. b) Sistema de filtrado adecuado y en buen estado y de las mejores calidades. c) Mantenimiento más frecuente: la capacidad del circuito de engrase en volumen es mucho mayor que el de un motor de gasolina, pero los cambios de aceite y filtro son mucho más frecuentes que en un motor de explosión (hasta la mitad del tiempo). Se deben seguir las instrucciones del fabricante. d) Dotando al circuito de un radiador de aceite para refrigerar el lubricante del circuito, sobre todo en motores que están sometido a grandes exigencias. • Sistema de refrigeración A causa de las elevadas temperaturas, especialmente en la culata, la refrigeración de un motor diesel ha de ser más precisa que en un motor de explosión. Aunque hay motores diesel refrigerados por aire, los más abundantes y más empleados son refrigerados por líquido. El sistema utilizado es el de refrigeración líquida forzada por bomba, dotada de electroventilador y circuito a presión hermético. LAS DIFERENCIAS DEL SISTEMA CON EL MOTOR DE EXPLOSIÓN SON a) Mayor capacidad del circuito, ya que la refrigeración ha de ser más efectiva. b) Mayor tamaño de sus órganos: ventilador más grande, mayor tamaño del radiador, bomba de más caudal y las cámaras de agua de mayores dimensiones. c) Mantenimiento más minuciosos y más frecuente, ya que el motor diesel es más sensible que el motor de explosión; por tanto el sistema de refrigeración debe estar siempre en perfecto estado. • Sistema de distribución Debido a que los motores diesel no alcanzan el mismo número de revoluciones que los motores de explosión, no es necesario un accionamiento directo de las válvulas mediante un árbol de levas en cabeza, que encarecería mucho la culata, aunque en la actualidad, sobre todo en motores de turismo, se está utilizando. . En los motores diesel se recurre a una distribución con válvulas en cabeza, mandadas, generalmente, por balancines con el árbol de levas algo elevado en el bloque para que los empujadores no sean tan largos; el árbol de levas lleva varios apoyos y está movido bien por engranajes, correa dentada o cadena. 16
    • Las válvulas son similares a las de los motores de explosión, aunque requieren mayor refrigeración por lo que las de escape son huecas y se les rellenan con sodio (con grandes coeficientes de transmisión del calor). En algunos casos, las de admisión llevan un deflector en la parte interna de la cabeza, con la misión de imprimir al aire de admisión un movimiento giratorio, que durante la compresión se convierte en torbellino sobre el que se pulverice y esparza mejor el gasoil. Dada la gran cilindrada de algunos motores diesel, a veces, se les dota de 2 válvulas de admisión y 2 de escape, ya que si no fuese así, las válvulas tendrían mucho tamaño y peso, con lo que su inercia sería muy grande (dificultad para abrirse y cerrarse). • Sistema de arranque en frío El motor diesel no necesita sistema de encendido, ya que la inflamación de la mezcla no se produce por chispa, sino por autoencendido del combustible debido a la alta compresión del aire y a una posterior inyección de combustible. De lo que dispone el motor diesel es de un sistema de caldeo para que el aire aspirado tome una temperatura inicial que facilite el arranque del motor. Este apartado se explica con detenimiento en el tema siguiente. Aún así, podemos adelantar que, en un motor diesel no se utilizan los carburadores, sino la inyección del gasoil. La inyección similar a la de la gasolina, puede ser de dos tipos: a) Mecánica, que es la más utilizada sobre todo en camiones. b) Electrónica, menos utilizada por su precio. Se emplea en motores diesel de altas prestaciones. El sistema de alimentación dispone de dos circuitos, como veremos en el siguiente tema: a) Circuito de baja presión. b) Circuito de alta presión. ARRANQUE DE LOS MOTORES DIESEL Factores Que Influyen En El Arranque De Los Motores Diesel. El arranque de los motores Diesel se produce por la autoinflamación del combustible inyectado como un aerosol en el cilíndro cuando el pistón se acerca al punto muerto superior. Para garantizar esta autoinflamación el aire en el interior del cilindro al momento 17
    • de la inyección debe estar lo suficientemente caliente para evaporar el combustible e incendiarlo. La autoinflamación del combustible al momento de la inyección está determinada por tres factores básicos: 1. Temperatura del aire en el interior del cilíndro cuando se comienza la inyección. 2. Volatilidad y facilidad de inflamado del combustible. 3. Calidad de la inyección. FACILIDAD DE INFLAMACIÓN Esta característica del combustible se valora con el Número de Cetano, de forma que a mayor número de cetano, mayor facilidad de inflamación. En los países donde las temperaturas del invierno pueden llegar a valores muy bajos (temperaturas bajo 0) generalmente en el mercado existen diferentes tipos de combustible Diesel con mayor o menor número de cetano para ser usado en las diferentes épocas del año y así facilitar el arranque. En los casos de temperaturas exteriores bastante por debajo de 0 grados Celsius el combustible Diesel puede adquirir cierto carácter de gel, lo que impide su adecuado paso por los filtros, no llega a la bomba de inyección e imposibilita el arranque. Aun cuando el combustible no esté gelificado en el tanque, puede hacerlo al ser inyectado en aerosol dentro del cilindro y entrar en contacto con las paredes sumamente frías de la cámara de combustión, generando una combustión ineficiente con la posibilidad de daño potencial a la culata y bujías de precalentamiento del motor. Si se sospecha que el combustible puede potencialmente gelificarse por las bajas temperaturas puede agregársele aditivos que reducen la gelificación que se expenden en el mercado. Si se ha gelificado ya, lo mejor es cambiar los filtros y calentar ligeramente el tanque de combustible antes de intentar el arranque. 18
    • TEMPERATURA DEL AIRE En la temperatura final del aire durante la carrera de compresión influyen varios factores entre los que están: 1. Forma de la cámara de combustión. 2. Temperatura del motor. 3. Temperatura del aire de admisión. 4. Hermeticidad de la cámara de combustión. 5. Velocidad de rotación durante el arranque. Algunos detalles de cada uno de los factores Forma de la cámara de combustión Durante la carrera de compresión el aire contenido en el cilindro se comprime fuertemente y esta compresión hace que aumente su temperatura. Este aire comprimido está confinado al volumen sobre el pistón y en contacto con las superficies que forman este volumen, de manera que puede transferir parte del calor generado a esas superficies si están más frías, como es el caso del arranque del motor frío. Para garantizar las menores pérdidas de calor durante la compresión y así lograr el arranque del motor, la superficie de la cámara de combustión debe ser la menor posible. La utilización de la inyección directa reduce notablemente la superficie de la cámara de combustión con respecto a los motores de cámara separada, y por este motivo, estos motores tienen un arranque en frío mas seguro, pudiendo llegar a arrancar sin grandes dificultades a temperaturas cercanas a los 0 grados Celcius, sin necesidad de dispositivos calentadores, mientras que los motores de inyección indirecta generalmente requieren de dispositivos precalentadores aun en condiciones de temperatura ambiente de más de 30 grados Celcius. 19
    • Temperatura del motor. Resulta evidente que las pérdidas de calor a través de las paredes de la cámara de combustión durante la compresión tratadas en el punto anterior, son mayores a medida que el cuerpo del motor esté más frío, por eso, el arranque del motor que ha permanecido en reposo durante muchas horas se dificulta un tanto más que el del que está aún caliente por el trabajo previo. Todos los motores Diesel arrancan bien con el motor caliente sin ayuda de elementos precalentadores. Temperatura del aire de admisión Cando el aire de admisión está muy frío, la temperatura final de este en el momento de la inyección no llega a los valores que se alcanzan con el aire de admisión más cálido. La temperatura final puede no ser suficiente para la inflamación del combustible. Hermeticidad de la cámara de combustión. Si debido al desgate por el uso, o alguna avería, se pierde la hermeticidad de la cámara de combustión (mal cierre de las válvulas, anillos desgastados etc.) las fugas del aire de admisión hacen que se reduzca notablemente el volumen de aire comprimido, y con ello su temperatura final, pudiendo llegar a valores tan bajos que imposibilitan el arranque cuando el motor está frío. En casos graves el arranque no se produce aun con el motor caliente. Velocidad de rotación durante el arranque. Si la velocidad de rotación del motor Diesel es baja durante el arranque, el tiempo de contacto entre el aire en compresión y las paredes de la cámara es muy largo, y por lo tanto las pérdidas de calor a través de las superficies frías de la cámara de combustión se incrementan notablemente, a esto hay que agregarle que las pérdidas de aire por las fugas entre el pistón y el cilindro y por las válvulas se incrementan también, el resultado de estos dos factores negativos puede hacer que la temperatura final del aire en el momento de la inyección no alcance la temperatura suficiente para producir la inflamación del combustible y el motor no se ponga en marcha. CALIDAD DE LA INYECCIÓN. Si la presión de apertura o la hermeticidad del inyector no es correcta, las gotas del aerosol de combustibles son más grandes, esto hace, que la evaporación y posterior inflamación de este se dificulte perjudicando la capacidad de arranque. 20
    • CONSEJOS AL ARRANCAR MOTORES DIESEL A BAJAS TEMPERATURAS. Arrancar un motor Diesel frío a temperaturas muy bajas (en el orden de -100 Celsuis o menos) puede ser frustrante si el motor no está preparado para ello. Para facilitar esta tarea pueden seguirse los consejos siguientes. 1. De ser posible guarde el vehículo dentro de un local, estos son siempre más cálidos que el exterior. Unos pocos grados de diferencia pueden ser decisivos a la hora del arranque. Si esto no es posible, entonces ponga las baterías de acumuladores en el interior de un local cálido algunas horas antes de intentar el arranque, esto mejorará notablemente su potencia para generar electricidad. 2. Use un combustible con el mayor número de cetano posible. 3. Use el lubricante de la viscosidad recomendada para el motor a bajas temperaturas. Un lubricante muy viscoso producirá una resistencia adicional al giro del motor. 4. Use de ser posible bujías de precalentamiento para calentar la cámara de combustión o un calentador eléctrico del bloque del motor antes de intentar el arranque. Esto impide la gelificación del combustible sobre las partes de la cámara de combustión reduciendo los problemas potenciales de daño a las piezas y la falta manifiesta de eficiencia durante el arranque. 5. Si sospecha que el combustible se ha gelificado en el tanque o las tuberías, espere a que la temperatura suba o caliente ligeramente el tanque de combustible y los conductos usando un método seguro, por ejemplo con aire caliente, luego cambie los filtros antes de intentar el arranque. 6. En condiciones muy frías, después del arranque, mantenga el motor funcionando por varios minutos a bajas revoluciones para que se caliente antes de darle carga, a fin de obtener mejor eficiencia en el quemado del combustible, para prevenir daños a las piezas frías del motor y para garantizar un apropiado flujo de lubricante a las piezas. 21
    • SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Gracias al gran desarrollo tecnológico protagonizado tanto por los sistemas de adquisición de imagen e iluminación como por otros sistemas optoelectrónicas, ha sido posible la implementación de diferentes técnicas de visualización al estudio de la inyección y combustión Diesel. Sistemas de iluminación Los sistemas de iluminación de mayor uso en la visualización con técnicas ópticas son los sistemas láser, luces estroboscópicas o flash y las fuentes continuas de gran intensidad. Las características básicas de las fuentes láser son su altísima densidad de energía, la monocromaticidad y la coherencia espacial y temporal (relación de fase constante). Las fuentes de luz estroboscópica y las fuentes continuas son fuentes policromaticas, normalmente con un rango de emisión en el espectro visible por lo que suelen denominarse fuentes de luz blanca. Las fuentes de luz continua cobran importancia en la visualización con cámara ultrarrápidas donde las fuentes flash, de mayor intensidad que las fuentes continuas, no sirven a los propósitos de la iluminación, por el tiempo de espera requerido entre disparos. Las propiedades del flash han sido evaluadas con el objetivo de determinar su repetitividad y la forma de la curva de descarga de la lámpara. Para ello se registraron diferentes disparos del flash con un sistema PD con una frecuencia de registro alta. Una fuente de luz se considera puntual cuando el tamaño de la fuente es del orden de la longitud de onda. En la práctica, no existen fuentes de luz perfectamente puntuales sino que tienen unas dimensiones, es decir lo que se maneja en los experimentos son fuentes de luz extensas. • Las fuentes de luz extensa se pueden considerar como la suma de muchas fuentes puntuales unidas que se organiza en forma de círculos, rendijas, etc. 22
    • • La iluminación difusa se utiliza en aplicaciones donde se requiera una iluminación uniforme no direccional. Esta se consigue posicionando un difusor en el camino ´óptico de la iluminación. • La direccionalidad de la radiación generada por las fuentes láser, facilita la generación de haces de luz colimados (rayos paralelos) o laminas, mediante el uso de la ´óptica adecuada. LA CARGA DEL MOTOR DIESEL La carga, con el régimen, es la variable principal del funcionamiento del motor. Es la cantidad de mezcla que hay en la cámara antes de la combustión, y equivale a la solicitación de potencia que hace el conductor o un sistema automático de control. El motor funciona a plena carga cuando el conductor pisa al máximo el acelerador, en carga parcial cuando lo pisa a menos del máximo, y a ralentí si no lo pisa y el régimen es menor de un cierto nivel. La carga se puede expresar en términos absolutos o relativos. En términos absolutos, la curva de carga según el régimen es igual a la curva de par motor. En términos relativos, se expresa como una proporción de la máxima carga posible en cada régimen. En un Diesel, la carga varía con la cantidad de gasóleo que inyecta la bomba, ya que siempre entra todo el aire posible. En carga parcial (acelerador poco pisado) la bomba inyecta menos gasóleo que a plena carga. COMBUSTIBLES UTILIZADO EN LOS MOTORES DIESEL El combustible utilizado en los motores diesel, es un producto derivado del petróleo. Se obtiene en un proceso menos complicado que el utilizado en la obtención de la gasolina, mediante la destilación del petróleo bruto entre los 150º y los 300º. Este combustible es un aceite ligero y que se emplea en motores diesel que alcanzan unas 5000 r.p.m. Otro aceite, el fuel-oil o aceite pesado, se emplea en motores diesel de grandes dimensiones que alcanzan unos 2000 r.p.m. Las características que debe reunir el gasoil, entre otras, son las siguientes: 23
    • Buen poder autolubricante sobre todo para el sistema de inyección. Temperatura de inflamación baja, para facilitar el arranque del motor y para que la combustión se realice en el menor tiempo posible. Bajo punto de congelación. El contenido de azufre no superior a 1%. Poder calorífico 10.000 kcal/Kg. Muy volátil, para mezclarse fácilmente con el aire. Viscosidad estable. Contenido de aditivos que faciliten la combustión (5% Etilo). Alto índice de cetano. El índice de cetano o cetanaje, expresa la facilidad que tiene el gasoil para su autoencendido o inflamabilidad 24
    • CONCLUSION El motor diesel como se dijo anteriormente recibe este nombre porque es el apellido de su inventor, el alemán Rudollf Diesel. La mayoría de vehículos industriales y plantas funcionan con tecnología diesel. Entre ellos están los tractores, grandes petrolíferas, excavadoras, taladradoras, equipo utilizado en la minería, grúas, máquinas excavadoras, generadores, taladros de petrolíferas y los vehículos de transporte público. El combustible diesel determina en gran parte la economía proveyendo la energía para que el transporte público, las industrias y otros medios de distribución funcionen. Estas máquinas necesitan mantenerse en un buen estado para evitar su mal funcionamiento y mantener la seguridad y fiabilidad de las mismas. Al motor diesel también se le conoce con el nombre de motor de combustión. En el motor diesel, la fuerza para su funcionamiento la proporciona la expansión de los gases que se producen al quemar (combustión) una determinada cantidad de combustible en determinadas condiciones. El motor diésel es un motor térmico que tiene combustión interna alternativo que se produce por el auto encendido del combustible debido a altas temperaturas derivadas de la compresión del aire en el interior del cilindro, según el principio del ciclo del diésel. Se diferencia del motor de gasolina. El motor diésel de cuatro tiempos está formado básicamente de las mismas piezas que un motor de gasolina, algunas de las cuales son: Aros, Bloque del motor, Culata, Cigüeñal, Volante, Pistón, Árbol de levas, Válvulas, Cárter 25
    • BIBLIOGRAFÍA http://html.rincondelvago.com/motor-diesel_1.html http://www.mecanicadiesel.info/index.php http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9sel http://www.microcaos.net/ocio/motor/el-motor-diesel-todo-sobre-motoresdiesel/ html.rincondelvago.com/el-motor-diesel_1.htm http://www.mecanicadiesel.info/ http://www.km77.com/glosario/c/carga.asp http://www.ingenierosnavales.com/DOCUMENTACIONFOROS/6%20DI AGRAMA%20DE%20FUNCIONAMIENTO%20DEL%20MOTOR.pdf foro.migui.com › Foro › Ciencia › Ingeniería es.wikipedia.org/wiki/Motor 26