Funcionamiento Del Motor Diesel

INTRODUCCION

Los motores térmicos son máquinas que tienen por objeto

transformar energía calorífica en energía mecánica directamente

utilizable. La energía calorífica puede provenir de diversas

fuentes primarias: combustibles, energía eléctrica, energía

atómica; pero en el estudio de los motores endotérmicos es

obtenida de la combustión de combustibles líquidos, o más

raramente, gaseosos.

En este informe se explicará el principio y funcionamiento básico de un motor de combustión interna

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I. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR

1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y CINEMÁTICA DEL MOTOR

Un motor basa su funcionamiento, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón (ver figura 1).

Figura 1 El motor de combustión interna

Este movimiento es transmitido por medio de la biela al eje principal del motor o cigüeñal, donde se convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a los mecanismos de transmisión de potencia (caja de velocidades, ejes, diferencial, etc.) y finalmente a las ruedas, con la potencia necesaria para desplazar el vehículo a la velocidad deseada y con la carga que se necesite transportar.

Mediante el proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energía química contenida en el combustible es transformada primero en energía calorífica, parte de la cual se transforma en energía cinética (movimiento), la que a su vez se convierte en trabajo útil aplicable a las ruedas propulsoras; la otra parte se disipa en el sistema de refrigeración y el sistema de escape, en el accionamiento de accesorios y en pérdidas por fricción.

En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustible convenientemente dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en la actualidad con los inyectores en los sistemas con control electrónico. Después de introducir la mezcla en el cilindro, es

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necesario provocar la combustión en la cámara de del cilindro por medio de una chispa de alta tensión que la proporciona el sistema de encendido.

2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DE CUATRO TIEMPOS

El principio de funcionamiento de los motores, se caracteriza por la combustión del combustible, que se efectúa por medio de la presión y el calor facilitado por la elevada compresión del aire, o la ayuda de una chispa eléctrica (bujía), en el interior de los cilindros.Se considera que el ciclo de trabajo o funcionamiento es la serie sucesiva de operaciones que se repiten para lograr el trabajo total del motor.El motor de cuatro tiempos efectúa el ciclo de trabajo en cuatro vueltas del cigüeñal (cuatro carreras del pistón). Los cuatro tiempos mencionados son:

- ADMISION- COMPRESION- EXPANSION- ESCAPE

2.1. PRIMER TIEMPO (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 (mezcla carburante), dentro del cilindro hasta llenarlo. Cuando el pistón llega al punto muerto inferior (PMI), se cierra la válvula de admisión. La válvula de escape permanece cerrada. Durante este tiempo el cigüeñal ha girado media vuelta (180º) con una carrera del pistón.

Figura Nº 2. Tiempo de admisión


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2.2. SEGUNDO TIEMPO (Compresión): Las válvulas de admisión y escape se encuentran cerradas, el pistón sube, comprimiendo el aire o (mezcla carburante) en el interior del cilindro y aumentando la presión y la temperatura hasta comprimirlo totalmente en la cámara de combustión. El cigüeñal ha girado media vuelta (180º) con una del pistón.

Figura Nº 3. Tiempo de compresión

2.3. TERCER TIEMPO (Expansión o fuerza): Al finalizar la carrera de compresión el aire (mezcla carburante) queda comprimido en la cámara de combustión.Cuando se alcanza la temperatura ideales por efecto de la alta compresión, y estando el pistón en el PMS, se inyecta el combustible (salto de chispa) en el cilindro por un medio auxiliar. En ese momento se produce la combustión y los gases resultantes, en su expansión, empujan al pistón hacia abajo hasta llegar al PMI. El cigüeñal ha girado media vuelta (180º) con una carrera del pistón. Esta carrera es la única que se denomina útil, por ser la que produce fuerza.

Figura Nº 4. Tiempo de Trabajo


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2.4. CUARTO TIEMPO (Escape): El pistón sube desde el PMI y se abre la válvula de escape que permite la salida de los gases al exterior, expulsados por el pistón; al llegar al PMS, se cierra la válvula de escape. El cigüeñal ha girado media vuelta (180º) con una carrera del pistón.El cigüeñal ha girado dos vueltas con cuatro carreras del pistón, completando un ciclo de trabajo.

Figura Nº 5. Tiempo de escape

3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DE DOS TIEMPOS

El ingreso de la mezcla y la salida de los gases se controlan, generalmente, mediante el pistón y unos conductos especialmente diseñados llamados lumbreras que unen en cilindro con la cámara del cigüeñal y con el exterior.Estos motores se fabrican de varios tipos:

- De dos aberturas,

- De tres aberturas, y

- Con válvulas de escape.

Este último reúne características muy propias porque no requiere de la cámara del cigüeñal.

El desarrollo del ciclo se basa en que se superpone en una misma carrera del pistón, los tiempos de explosión, escape y admisión; y en la otra carrera del pistón el tiempo de compresión.


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3.1. PRIMER TIEMPO (Admisión y escape)Cuando el pistón alcanza el P.M.S., se realiza la combustión de la mezcla por medio de una chispa eléctrica. Los gases resultantes desplazan en pistón hacia la parte inferior del cilindro, iniciando su carrera descendente.En esta carrera del pistón realiza las siguientes funciones:

- Cierra la lumbrera de admisión, bloqueando el ingreso de mezcla fresca a la cámara del cigüeñal.

- Comprime la mezcla en la cámara del cigüeñal.

- Descubre la lumbrera de transferencia por donde ingresa la mezcla chocando con el deflector del pistón y se dirige hacia la parte superior del cilindro, ayudando a expulsar los gases resultantes en la combustión.

Figura Nº 6. Primer tiempo

3.2. SEGUNDO TIEMPO (explosión y escape)El pistón realiza su carrera ascendente, bloquea la lumbrera de transferencia y comprime la mezcla aire combustible en el cilindro, produciendo simultáneamente una depresión en la cámara del cigüeñal.Al aproximarse el pistón al P.M.S; deja libre de la lumbrera de admisión, equilibrando así la diferencia de presión en la cámara del cigüeñal.En este tipo de motor se mezcla los gases de la combustión con la mezcla fresca que fácilmente puede escaparse por las paredes de las lumbreras, cuyos orificios son tangenciales a las paredes del cilindro.

Figura Nº 7. Segundo tiempoUNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

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4. IRREGULARIDADES DE FUNCIONAMIENTO

Un motor de dos tiempos es de construcción más sencilla que el de cuatro tiempos, pero presenta los siguientes inconvenientes:

- El ciclo no se desarrolla en condiciones tan favorables como en el motor de cuatro tiempos.

- El barrido o salida de gases no es perfecto, siempre quedan gases que obstaculizan la combustión de la mezcla fresca.

- Comparándolo ha igual potencia con un motor de cuatro tiempos, el motor de dos tiempos consumirán más combustible.

- Sus condiciones de funcionamiento exigen lumbreras sin obstrucciones, pues un conducto parcialmente obstruido no permite la evacuación rápida de los gases y el motor no puede desarrollar su potencia normal.


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TIEMPOS CARACTERÍSTICAS

MOTOR OTTO MOTOR DIESEL

PRIMER TIEMPO

mezcla carburantepresión y temperatura ambiente

aire puro (es la misma cantidad a cualquier carga, con excepciones de los motores con reguladores al vacio.presión y temperatura ambiente

SEGUNDO TIEMPO

RELACIÓN DE COMPRESION

6:1 a 10:1 12:1 a 22:1

PRESIÓN Y TEMPERATURAS A FINAL DE LA COMPRESIÓN

8 a 15 kg/cm2

250 a 400°c30 a 55 kg/ cm2

550 a 750°c

TERCER TIEMPO

COMBUSTIÓN Y EXPANSIÓN

la mezcla de combustible es encendida por una chispa eléctrica, produciéndose una combustión(empleo de carburador y de un sistema de encendido eléctrico)

el aire comprimido a una temperatura550 a 750°c da lugar a la inflamación de combustible inyectado produciéndose una combustión (empleo de inyector yde una bomba de inyección).

PRESIONES Y TEMPERATURAS

30 a 40 kg/cm21500 a 2200°c

60 a 80 kg/cm21500 a 2200°c

CUATRO TIEMPOS (ESCAPE)

TEMPERATURA DE LOS GASES DE ESCAPE

± 300°c en marcha en vacío700 a 1000°c a plena carga

± 250°c en marcha en vacío500 a 600°c a plena carga

CALOR PERDIDO EN LOS GASES DE ESCAPE

± 36% del calor contenido en el combustible.

± 29% del calor contenido en el combustible.

PROMEDIO DE VELOCIDAD

4000 r.p.m. 1900 r.p.m.

CONSUMO ESPECIFICO DE COMBUSTIBLE

± 300 gramos de gasolina por cada hp/h.

± 220 gramos de petróleo por cada hp/h.


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5. FUNCIONAMIENTO DE LAS PARTES PRINCIPALES DEL MOTOR

5.1. FUNCIONAMIENTO DE LA CULATA

La culata está formada por una pieza de Hierro fundido o aluminio encargada de sellar superiormente los cilindros de un motor de combustión para evitar la pérdida de compresión. También aloja en ella el eje de levas, las bujías (en motores gasolina), válvulas de admisión y escape y conductos de agua para la refrigeración de esta.

La culata se encuentra fuertemente unida al bloque y para sellar completamente se coloca entre culata y bloque un elemento llamado junta de culata.

5.2. FUNCIONAMIENTO DEL BLOQUE

El bloque del motor con su ubicación central está fijado directamente sobre el chasis mediante los soportes, se encuentra entre la culata de cilindros y el depósito de aceite (cárter), y su diseño presenta grandes agujeros denominados cilindros, lugar donde se mueven los pistones. Además de servir de soporte estructural para todo el resto del motor, el bloque cumple además la función de disipación del calor por conducción a través de su cuerpo y debe poseer la suficiente rigidez para soportar la fuerza originada por el mismo trabajo del motor. El bloque del motor está estrechamente relacionado con el tipo de motor, ya que su diseño nos marca si el motor tendrá 4, 6 o más cilindros, si el motor es en línea o en V según la disposición de los cilindros, etc. 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 inyección, bomba de aceite.

5.3. FUNCIONAMIENTO DEL CARTER

El cárter es una caja metálica donde se introduce todo el bloque del motor para aislarlo del exterior, con el propósito de protegerlo, lubricarlo, etc. Esta caja metálica, es en realidad una rígida carcasa de acero, que como se ha dicho contiene al bloque motor, y soporta las fuerzas del cigüeñal y los cilindros producidas durante el funcionamiento del motor. El cárter inferior tiene una función primordial: contener el aceite para la lubricación del motor, y conseguir su óptimo funcionamiento. El lubricante se deposita en el cárter inferior, y desde allí puede ser directamente bombeado de nuevo a todas las piezas del motor, o bien se recoge mediante succión a un pequeño depósito independiente, desde donde se bombea igualmente al motor.


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6. FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS AUXILIARES DEL MOTOR

6.1. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE LUBRICACION

Para un motor de cuatro tiempos, el funcionamiento del sistema del motor es bastante simple. El recorrido del aceite inicia cuando la bomba aspira el aceite del Carter, haciendo pasar por un filtro de malla metálica que retiene las impurezas más grandes. Este filtro de succión, algunas veces consiste en una malla plana y otras veces se presenta en forma de alcachofa.La bomba impulsa el aceite por un conducto al cual está conectada la válvula de descarga y por ese mismo conducto el aceite llega al filtro para ser limpiado. Lo normal es que el filtro sea de paso total, si el motor pertenece a una maquina agrícola o industrial. Después de pasar por el filtro, el aceite ingresa a un conducto que se divide en dos. Una de esas divisiones la constituye el tubo que va al manómetro o al manocontacto, según sea el caso, para el control de la presión del sistema. El otro conducto llega a los apoyos del cigüeñal, lubricando los cojinetes de bancada y también los de biela, pasando a través de los conductos taladrados en el interior del cigüeñal.Una vez lubricados los cojinetes o casquillos de biela, el aceite continua por los conductos de las bielas hasta los bulones; las paredes de los cilindros y los pistones se lubrican con el aceite que se escapa de los bulones o de las cabezas de biela y se lubrican por medio del anillo rascador de aceite. Otros conductos llegan hasta los apoyos del o los árboles de levas y, finalmente, hasta el eje de balancines si el motor lo posee, o al o los árboles de levas, es caso de que sea un motor con árbol o árbol en cabeza. El aceite sobrante del eje balancines, escurre por las varilla empujadoras, lubricando los tanques y las levas y regresando nuevamente al Carter. De la misma forma, el aceite que paso por el cigüeñal y sus conductos, regresan al Carter. Como es lógico, si el motor tiene el o los árboles de levas en cabeza, el aceite llega a estos por conductos y luego resbala por las diferente piezas del motor hasta volver al Carter.Los engranajes de distribución pueden ser lubricados de dos maneras. La primera se lleva a cabo conectando el canal del cigüeñal a un pequeño tubo que deja caer el aceite sobre los piñones, o dos tubos, haciendo que el aceite que escurre caiga sobre los engranajes antes de caer en el Carter. Es importante que el aceite llegue a todos los puntos de lubricación con suficiente presión, sobre todo a las partes más alejadas de la bomba, para que la lubricación sea eficiente. Es por eso que debe controlarse constantemente que dicha presión sea normal.


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6.2. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE INYECCION

El sistema de combustible de un motor diésel tiene como misión el entregar la cantidad correcta de combustible limpio a su debido tiempo en la cámara de combustión del motor.

Es el encargado de suministrar el combustible necesario para el funcionamiento del motor, pudiéndose diferenciar dos apartados fundamentales:

Elementos generales del sistema.Suelen ser parecidos en todos los fabricante de motores diésel, sin embargo puede ser que en algún caso no estén todos en un motor determinado, o que monte algún otro componente

a) Circuito de alta presión, encargado de impulsar el combustible a una presión determinada para ser introducido en las cámaras de combustión.

b) Circuito de baja presión, encargado de enviar el combustible desde el depósito en que se encuentra almacenado a la bomba de inyección.

6.3. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIERACION

6.3.1. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIERACION POR AIRE

Como se muestra en la figura 8, la turbina que impulsa el aire es operada por medio de una polea atornillada en el extremo del cigüeñal y sus correspondientes correas. El aire producido por la turbina es canalizado por la carcasa y algunos deflectores que se encuentran adheridos a ella. El aire debe canalizarse ya que, si circula libre, pasaría a mayor velocidad por los extremos de las aletas y el enfriamiento no sería equilibrado.

Figura Nº 8


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Al pasar el aire por las aletas a cierta velocidad, se lleva el calor, logrando con ello refrigerar el motor. Para que el aire circule a grandes velocidades, la turbina debe enviarlo a alta presión, para vencer el efecto de la resistencia al frotamiento existente en las aletas.Algunos fabricantes han ensayado introducir cambios en la forma de direccionar el aire sobre las aletas, para vencer el efecto de la resistencia al frotamiento, utilizando la depresión de los gases de escape, para hace pasar el aire a través de las aletas.

Como se muestra en la figura 9, existe una carcasa que cubre los cilindros. La carcasa o cubierta tiene una tobera o conducto, en el centro del cual se encuentra la salida de los gases de escape.

Los gases de escape producen una depresión dentro de la tobera, que aspira el aire, en una cantidad proporcional a la velocidad y carga del motor. El aire se pasa por las aletas de los cilindros y luego es evacuado por un tubo, junto con los gases de escape.

Figura Nº 9

Otro sistema usado para regular el caudal de aire que debe pasar por las aletas, consiste en conectar un termostato al circuito de aceite del motor, de manera que cuando la temperatura a la que se encuentre el aceite sea superior a la normal, se abran o cierran unas especies de persianas, para permitir el paso de mayor o menor cantidad de aire, evitando así que el motor se recaliente o trabaje a temperatura menor que la normal.

Algunos motores cuentan también con un sistema de enfriamiento mixto, llamado aire-aceite. Este sistema tiene una especie de aspersor o rociador de aceite, en la parte baja de cada cilindro, o sea, debajo de cada pistón, cuya función consiste en enviar un chorro de aceite, a presión, el cual choca con la parte baja del pistón.


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Con ello se logra lubricar el pistón y absorber una cantidad considerable de su calor.

El aceite es impulsado desde el cárter del motor, por la misma bomba que opera el sistema de lubricación, es decir, que el aceite para enfriamiento es el mismo que lubrica todas las partes móviles del motor. Como el aceite en un motor enfriado por aire se calienta más de lo normal, comparado con el aceite de un motor enfriado por líquido, en este último, el aceite se enfría mediante un radiador especial, por el que pasa parte del aire que envía la turbina.

Figura Nº 10

Cabe mencionar que en este sistema, la capacidad del cárter, de la bomba de aceite, del radiador y de la turbina, deben ser mayores que los de un motor corriente, para que el sistema funcione eficientemente. Una ventaja del sistema mixto (o sea, el que está enfriado por aire y aceite) es que, si en uno de los dos sistemas ocurre una avería, que no afecte a ambos, el otro podría continuar refrigerando al motor por un tiempo, evitando así daños irreparables en el motor, hasta solucionar o reparar la avería.

6.3.2. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIERACION POR LIQUIDO

Cuando el motor esta frío, figura 11, la bomba (7), hace circular el refrigerante que viene del motor (1), por el conducto (3), de nuevo hacia el motor, sin que este pase al radiador (5), se encuentra cerrada y la del conducto hacia la bomba (4) (también llamada tipo by pass), se encuentra abierta. Debido a que el refrigerante se calienta rápidamente, hasta alcanzar la temperatura ideal de trabajo del motor.


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Figura Nº 11

Cuando el refrigerante (ver figura 11) ha alcanzado la temperatura de apertura del termostato (6), se dilata. La válvula del conducto (3) que va hacia la bomba se cierra, y la del conducto (2), que va hacia el radiador, se abre, permitiendo que el refrigerante pase el depósito superior del radiador, desde donde comienza a bajar hacia el deposito inferior, por los pequeños tubos del panal, mientras el aire que impulsa el ventilador se lleva un poco del calor que ha absorbido.

Cuando el refrigerante ha perdido calor, regresa a motor por la manguera o conducto (8), para circular por las camisas de agua del bloque y absorber más calor, que luego se disparará en el radiador. El termostato continuará abierto mientras el refrigerante mantenga la temperatura de funcionamiento del motor o una temperatura un poco más allá. Es decir, que una vez que el motor se calienta, el termostato se mantendrá dilatado y el agua seguirá circulando por el radiador y no por el circuito by pass.

Figura Nº 12


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II. BIBLIOGRAFIA

Reparacion de motores y tractores agrícolas – JAIME GILARDI TRACTORES – MANUEL ARIAS PAZ

III. LINCOGRAFIA

http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_teorico.pdf http://www.reverte.com/isbn/img/pdfs/9788429148022.pdf http://www.fing.edu.uy/sites/default/files/cursos/2011/anexos/3440/Motores%20de

%20Combustion%20Interna.pdf


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