Unidad 2Sistemas de Admisión de Aire y Escape

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Objetivos de la unidad:

Al terminar esta unidad, el estudiante podrá:

1. Identificar los componentes del sistema de admisión de aire yescape en un motor instalado.

2. Quitar, inspeccionar e instalar los componentes del sistema deadmisión de aire y escape de los Motores 3406B y 3406CCaterpillar.

Referencias de la unidad:

Manual de Operación y Mantenimiento de los motores 3176B, C-10, C-12 y 3406E para camión SSBU6758Turbocompresores SSBV0550Manual de Servicio del Motor 3406B SSBR0544Manual de Servicio del Motor 3406C SSBR0560

Herramientas:

222-7876 (168-0328) Juego de herramientas del técnico de servicio osu equivalente9S9082 Herramienta para girar el motor6V4186 Pasador

NOTAS

Lección 1: Componentes, Operación y

Mantenimiento de los Sistemas de

Admisión de Aire y Escape

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Introducción:

Un buen rendimiento en la operación de los motores diesel requiereuna cantidad correcta de aire en la cámara de combustión y que losgases de escape puedan salir con mínima restricción. Por tanto, sideseamos obtener rendimiento máximo y larga vida útil del motor, esesencial el control de la temperatura del aire de admisión y de latemperatura de los gases de escape.

Objetivos:

Al terminar esta lección, el estudiante podrá explicar la operación delsistema de admisión de aire y escape e identificar los componentesdel sistema.

Referencias:

Manual de Operación y Mantenimiento de los motores 3176B, C-10, C-12 y 3406E Para Camión SSBU6758Turbocompresores SSBV0550

Fig. 2.1.1 Componentes del sistema de admisión de aire

Componentes del sistema de admisión de aire

El sistema de admisión de aire y escape consta de los siguientescomponentes:

• Filtro de aire

• Turbocompresor

• Posenfriador

• Culata, válvulas y pistones

• Múltiple de escape

Unidad 2 2-1- 2 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.2 Filtro de aire

Filtro de aire

El aire entra en el motor a través del filtro de aire. El filtro de airecontiene un elemento filtrante que retiene el material extraño del aireantes de que éste entre en el motor. Hay diferentes tipos de filtros deaire disponibles actualmente en los motores Caterpillar. Consultesiempre el manual de operación y mantenimiento del motor para usarlos procedimientos de mantenimiento correctos.

Unidad 2 2-1- 3 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.3 Indicador de servicio típico

Los filtros de aire del motor deben tener mantenimiento regular. Lamayoría de los filtros de aire están equipados con un indicador deservicio. El indicador sirve para determinar la restricción del filtro deaire. El indicador de servicio es el método más exacto paradeterminar cuándo necesita servicio el filtro de aire. Debe darseservicio a los elementos del filtro de aire del motor, limpiarlos oreemplazarlos, bien sea cuando el diafragma amarillo esté en la zonaroja o el pistón de color rojo se sitúe en una posición visible.

Fig. 2.1.4 Filtro de aire de elementos secos

Fig. 2.1.5 Limpieza del elemento seco

Los filtros de aire de elementos secos pueden limpiarse con aire secoy filtrado a una presión máxima de 207 kPa (30 lb/pulg²). Elelemento debe limpiarse por el lado limpio de la parte de afuera,manteniendo la punta de la pistola de aire paralela a los pliegues delfiltro de aire.

Los filtros de aire de elementos secos son, sin duda, los más usadosen los motores Caterpillar. Los filtros de aire de elementos secosconstan generalmente de un material filtrante de papel plegado usadopara quitar la suciedad del aire.

Este tipo de filtro de aire requiere reemplazo o limpieza cuando sedispara el indicador de servicio.

Unidad 2 2-1- 4 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.6 Filtros AIRSEP®

Otro tipo de filtro de aire se encuentra en los motores Caterpillar,principalmente en equipos de aplicaciones marinas de altorendimiento. El filtro se denomina AIRSEP®. Los elementos del filtroAIRSEP son materiales filtrantes de fibra plegada impregnados conun fluido especial a base de petróleo. Esto hace que los elementosAIRSEP manejen un flujo alto de volumen de aire con muy pocarestricción y limpien también el aire que entra al motor. Estoselementos son reutilizables, pero requieren un procedimiento especialde mantenimiento. Los filtros AIRSEP se limpian usando el juego delimpieza 109-9720. Siga las instrucciones del Manual de Operación yMantenimiento.

Unidad 2 2-1- 5 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.7 Antefiltro de una tapa

Fig. 2.1.8 Caja de recolección de polvo

Otro tipo de antefiltro usado en el equipo Caterpillar es un tamborcon paletas en espiral. Las paletas hacen que el aire de entrada gire.Como la suciedad es más pesada que el aire, la suciedad es enviadahacia afuera debido a la acción de rotación. La suciedad entonces caea una caja recolectora.

Los antefiltros deben inspeccionarse y limpiarse diariamente.

Antefiltro

Algunos motores también están equipados con un antefiltro. Elantefiltro está ubicado antes de la entrada al filtro de aire principal. Elpropósito del antefiltro es quitar la mayor parte de la suciedad antesde que entre en el filtro. Esto aumenta el tiempo de servicio del filtrode aire.

El tipo más simple de antefiltro es una tapa de rejilla en la partesuperior a la entrada de la caja del filtro de aire.

Unidad 2 2-1- 6 Fundamentos del Motor

Lección 1

Unidad 2 2-1- 7 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.9 Turbocompresor

Turbocompresor

La mayoría de los motores diesel están equipados con unturbocompresor para mejorar el rendimiento y la eficiencia del motor.El turbocompresor recibe el aire limpio que pasa a través del filtro deaire. La rotación de la rueda compresora del turbocompresor succionael aire, que luego es comprimido y enviado con presión a loscilindros.

Fig. 2.1.10 Ventajas de los turbocompresores

Ventajas de los turbocompresores

Los turbocompresores tienen las siguientes ventajas importantes:

1. Potencia - El aire comprimido contiene más oxígeno por unidadde volumen. A mayor cantidad de oxígeno en el cilindro, mayorcantidad de combustible que puede inyectarse para obtener unamejor potencia de salida.

2. Eficiencia - El turbocompresor permite una combustión máseficiente que resulta en emisiones bajas y mayor economía decombustible.

Fig. 2.1.11 Operación del turbocompresor

Operación del turbocompresor

Los gases de escape pegan contra los álabes de la turbina y hacengirar la rueda de la turbina. La rueda de la turbina está conectada porun eje a la rueda compresora. Los gases de escape empujan la turbinay hacen que la rueda del compresor gire a velocidades de 80.000 a130.000 rpm, lo cual comprime el aire de admisión.

Cuando la carga del motor aumenta, mayor cantidad de combustiblese inyecta en los cilindros. El aumento de la combustión producemayor cantidad de gases de escape y hacen que la turbina y la ruedadel compresor giren más rápido. Mientras más rápido gira la ruedadel compresor, más aire entra en los cilindros. Las rpm máximas delturbocompresor dependen del ajuste de inyección de combustible, delajuste de velocidad alta en vacío y de la altitud sobre el nivel del mar.

Unidad 2 2-1- 8 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.12 Posenfriadores

Posenfriadores

Cuando el turbocompresor comprime el aire de entrada, aumenta latemperatura del aire. El aire caliente tiene menor densidad, por tanto,menos oxígeno. Si el aire comprimido caliente se entrega al motor, seperdería la eficiencia ganada por la compresión.

Los posenfriadores se usan junto a los turbocompresores para bajar latemperatura del aire que llega al turbocompresor antes de que ésteentre en el cilindro. Esto hace que el aire sea más denso y contengamás oxígeno por unidad de volumen. Este aumento de oxígeno en elcilindro se traduce en mayor potencia y eficiencia del motor.

Hay diferentes tipos de posenfriadores usados en los motoresCaterpillar. Sin embargo, todos los posenfriadores tienen el mismopropósito: disminuir la temperatura del aire de admisión, lo queproporciona aire más denso y refrigerado al cilindro.

Unidad 2 2-1- 9 Fundamentos del Motor

Lección 1

Unidad 2 2-1- 10 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.14 Posenfriador con agua de las camisas (JWAC)

Posenfriador con agua de las camisas (JWAC)

El sistema de posenfriador con agua de las camisas tiene un conjuntode núcleo cargado con refrigerante. Éste usa el refrigerante del motorpara enfriar la carga de aire que entra a los cilindros. La bomba derefrigerante envía el refrigerante a los núcleos del posenfriador. Elposenfriador enfría el aire presurizado del turbocompresor, antes deque el aire entre al múltiple de admisión.

Posenfriador de aire a aire (ATAAC)

En el sistema del posenfriador de aire a aire, se instala un núcleoenfriador separado al frente del radiador del vehículo. El aire atemperatura ambiente pasa a través del núcleo del posenfriador poracción del ventilador. El posenfriador de aire a aire enfría el airepresurizado proveniente del turbocompresor, antes de que el aire entreal múltiple de admisión. Éste es un método altamente eficaz paraproveer al posenfriador de un gran volumen de aire enfriado. Por estarazón, la configuración ATAAC se encuentra con mayor frecuencia enlas aplicaciones de los camiones de carretera.

Fig. 2.1.13 Posenfriador de aire a aire (ATAAC)

Fig. 2.1.15 Posenfriador de circuito separado

Posenfriador de circuito separado (SCAC)

Un sistema con posenfriador de circuito separado es similar alsistema con posenfriador de agua de la camisa, con pequeñasdiferencias. El circuito de enfriador separado del agua de la camisadel motor se usa para enfriar el motor. El agua de la camisa actúa enforma normal y enfría la culata, el bloque, el aceite de la transmisión,etc. El sistema con posenfriador de circuito separado tiene una bombade refrigerante propia, tuberías y un intercambiador de calor para elposenfriador. Este sistema se usa típicamente en aplicaciones dondese requiere posenfriamiento máximo. En la mayoría de lasaplicaciones marinas se usan posenfriadores de circuito separado,junto con los intercambiadores de calor diseñados para usar el aguade la quilla para enfriar el circuito. En la mayoría de los camiones deminería Caterpillar grandes se usa este tipo de posenfriador.

Unidad 2 2-1- 11 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.16 Carrera de admisión

Carrera de admisión

El aire llena los orificios de entrada en la culata. En la carrera deADMISIÓN, a medida que el pistón se desplaza hacia abajo en elcilindro, las válvulas de admisión se abren y el aire llena el volumendel cilindro.

Unidad 2 2-1- 12 Fundamentos del Motor

Lección 1

Múltiple de admisión

Desde el filtro de aire (turbocompresor/posenfriador, si está equipado)el aire entra en el múltiple de admisión. El múltiple de admisiónenvía el aire a la culata.

Unidad 2 2-1- 13 Fundamentos del Motor

Lección 1

Fig. 2.1.17 Carrera de compresión

Fig. 2.1.18 Carrera de potencia

Carrera de potencia

Cuando el pistón se acerca a la parte superior de su recorrido, seinyecta combustible en el cilindro. El combustible se mezcla con elaire caliente y se produce la combustión. La potencia producida porla combustión envía el pistón hacia abajo, lo cual produce la carrerade POTENCIA.

Carrera de compresión

En la carrera de COMPRESIÓN el pistón comienza a moverse haciaarriba y las válvulas de admisión se cierran. El aire atrapado en elcilindro se comprime. Cuando el aire inyectado al cilindro secomprime, aumenta su temperatura hasta el punto en que hará que elcombustible se queme.

Fig. 2.1.19 Carrera de escape

Fig. 2.1.20 Flujo de gases de escape

Flujo de gases de escape

Los gases que escapan del cilindro pasan por el múltiple de escape alturbocompresor, si está equipado. Desde el turbocompresor los gasesde escape pasan a través de la tubería de escape, del silenciador.

Los gases de escape calientes que salen de los cilindros contienen altaenergía calorífica sin usar. La turbina de escape del turbocompresorcaptura parte de esta energía calorífica.

Carrera de escape

Casi al final de la carrera de POTENCIA, las válvulas de escape seabren. Cualquier presión residual de la combustión saldrá por elmúltiple de escape. En el movimiento hacia arriba del pistón o carrerade ESCAPE, los gases se barren fuera del cilindro. Al terminar lacarrera de escape, las válvulas se cierran y el ciclo se inicianuevamente.

Unidad 2 2-1- 14 Fundamentos del Motor

Lección 1

Ejercicios en clase

1. Explique la función de los siguientes componentes del sistema de admisión de aire y escape delmotor:

Antefiltro:

Filtro de aire:

Turbocompresor:

Posenfriador:

NOTA: Consulte las publicaciones “Turbocompresores” (SSBV0550) y “Manual de Operación y

Mantenimiento de los Motores 3176B, C-10, C-12 y 3406E Para Camión” (SSBU6758), para

responder las siguientes preguntas:

2. Indique cinco causas posibles de la falla del turbocompresor:

3. Indique cinco inspecciones que se deben realizar al turbocompresor en el intervalo demantenimiento MP de nivel 2::

4. Indique los artículos y los intervalos de mantenimiento del sistema de aire:

Unidad 2- Fundamentos del Motor

Copia del Estudiante - Ejercicio 2.1.1

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ESPECIFICACIONES DE LOS SISTEMAS DE AIRE DEL MOTOR CATERPILLAR

Temperatura máxima del aire de admisión: - 48 °C (120 °F) ambiente

Restricción máxima del filtro de aire -

Filtro nuevo - 15 pulgadas de aguaFiltro usado - use el indicador de servicio del filtro de aire

En motores diesel para carretera - 25 pulg de aguaOtros motores diesel - 30 pulg de aguaMotores de gas - 15 pulg de agua

Restricción máxima del posenfriador -

Posenfriador con agua de la camisa - 7,6 cm (3 pulg) de mercurioPosenfriador de aire a aire - 10,1 cm (4 pulg) de mercurio

Temperatura de escape máxima -

Turbocompresión - 642 °C (1.200 °F) (en algunos motores puede ser más alta)De aspiración natural - 697 °C (1.300 °F)

Restricción máxima de gases de escape -

Con turbocompresión - 68,5 cm (27 pulg) de aguaAspiración natural - 86,3 cm (34 pulg) de aguaMotores diesel para carretera - 101,6 cm (40 pulg) de agua

Temperaturas máximas del múltiple de admisión -

Con turbocompresión - 161 °C (325 °F)Con turbocompresión, posenfriamiento con agua de la camisa - 117 °C (245 °F)Con turbocompresión, posenfriamiento con circuito separado [29 °C (85 °F) del agua] 51 °C (125 °F)Con turbocompresión, posenfriamiento de aire a aire - 65 °C (150 °F)

Datos de conversión -

0,5 lb/pulg² = 1” Hg = 1’ H2O = 3,5 kPa

1 lb/pulg² = 2” Hg = 2’ H2O = 7 kPa

15 lb/pulg² = 30” Hg = 30’ H2O = 103 kPa

Unidad 2 - 1 - Fundamentos del Motor

Lección 1, Hoja 1

Lección 2: Cómo Quitar e Inspeccionar los

Componentes del Sistema de

Admisión de Aire y Escape

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Introducción:

Para llevar a cabo un diagnóstico, reparación y servicio eficaces del sistemade admisión de aire y escape del motor diesel, es necesario conocer cómoquitar, inspeccionar e instalar los componentes relacionados.

Objetivos:

Utilizando la sección “Desarmado y armado de componentes” del Manual deServicio del Motor 3406, el estudiante podrá demostrar su capacidad paraquitar, inspeccionar e instalar correctamente los componentes de los sistemasde admisión de aire y escape.

Referencias:

Manual de Servicio del Motor 3406B SSBR0544Manual de Servicio del Motor 3406C SSBR0560Turbocompresores SSBV0550

Herramientas:

222-7876 (168-0328) Juego de herramientas del técnico de servicio oequivalente9S9082 Herramienta para giro6V4186 Pasador

Material complementario:

Manual de Prácticas de Fundamentos del Motor Cat Fundamentos del Motor CD ROM(Desarrollado por Illinois Central College)

NOTAS

Unidad 2 1 Fundamentos del Motor

Copia del Estudiante - Práctica 2.2.1

Ejercicios de la práctica de taller

Usando como guía el Manual de Servicio del Motor 3406, quite el turbocompresor del Motor 3406.Usando como guía la publicación “Turbocompresores” (SSBV0550), quite las cajas del turbocompresory revise sus componentes.

Quite el múltiple de escape y revíselo en busca de fisuras o erosión.

A medida que desarma el motor que le fue asignado, tenga cuidado de poner las piezas en formaordenada de modo que se facilite el armado correcto. Anote la posición de las empaquetaduras. Se debehacer una inspección visual de las piezas a medida que las quita. Si hay piezas rotas o faltan algunas,regístrelo y notifíquelo al instructor.

1. Quite el turbocompresor: Iniciales del instructor

- Quite las cajas del turbocompresor ________

- Inspeccione las hojas de la turbina ________

- Inspeccione las hojas del compresor ________

- Inspeccione el eje del turbocompresor ________

- Revise el contrajuego del turbocompresor ________

2. Quite el múltiple de escape:

- Revise en busca de fisuras y erosión ________

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NOTAS