Fundamentos de operación de motor a diesel. Msc. Ing. Betzi Terán Fuente: entrenamiento para Mantenimiento de Motores Cummins

El origen del motor diesel guarda relación con el señor Rudolf Diesel, quien en el año 1892, inventó y luego patentó este motor. Su primera aparición fue en la Feria Internacional de París en 1900, y fue presentado como el primer motor para biocombustibles; fue diseñado para la combustión de aceite de palma con un 100% de pureza.

Teoría Básica en Motores de Combustión Interna Un motor Térmico es una maquina que convierte la energía térmica , en energía mecánica. Es un tipo de maquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Los motores de combustión interna según su funcionamiento pueden ser: Rotativos Alternativos Reacción

Tipos de Motores Motor Otto: Es el mas empleado en la actualidad y realiza la transformación de energía calorífica en mecánica fácilmente utilizable en cuatro fases. Motor Diesel: En teoría, el ciclo Diesel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar a volumen constante en lugar de producirse a presión constante. Motor Wanquel: Este utiliza un rotor triangular lobular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro Motor Radial Motor Wanquel Motor de 4 tiempos

Diagramas de motores de combustión interna Ciclo ideal de Otto Ciclo ideal del Diesel

Motor Wanquel

Punto muerto superior (P.M.S.) Punto Muerto Inferior (P.M.I.) Es necesario conocer la terminología universalmente usada hoy para indicar algunas dimensiones y valores fundamentales: P.M.I. P.M.S. Carrera V1 V2 D Punto muerto superior (P.M.S.) Punto Muerto Inferior (P.M.I.) Diámetro (en ingles Bore) Carrera (en ingles Stroke) Volumen Total del cilindro (V1) Volumen de la cámara de combustión (V2) Volumen desalojado por el pistón o cilindrada (V1-V2) Relación Volumétrica de compresión l = V1/V2

Principio de funcionamiento de un Motor Diesel Un motor diesel funciona mediante la ignición del combustible al ser inyectado en una cámara de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombustión, se produce la combustión sin necesidad de chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación.

Tiempos de un motor a Diesel

Admisión Primer Tiempo: Admisión En este primer tiempo el pistón efectúa su primera carrera desde el P.M.S. al P.M.I., aspirando aire de la atmósfera debidamente purificado a través del filtro

El Sistema de Admisión Eficiencia Volumétrica Del Múltiple de admisión Al Múltiple de Admisión ó al Post-enfriador Del Filtro de aire Escape Eficiencia Volumétrica El Traslape Valvular no ayuda en la expulsión de los gases de combustión , ya qué mientras el pistón se dirige al PMS las válvulas de admisión de abren, esto, para qué el aire qué entra a presión nos ayude a expulsar los gases de combustión, esto nos es útil también por el hecho de qué nos ayuda a enfriar tanto los gases de escape, como las válvulas,la cabeza del pistón y la camisa de cilindro. Una combustión completa depende de la cantidad de oxigeno Del Múltiple de admisión

Válvulas de Admisión Válvulas de Escape

Compresión Segundo Tiempo: Compresión En este segundo tiempo y con las dos válvulas completamente cerradas el pistón comprime el aire a gran presión, quedando solo aire alojado en la cámara de combustión.

Proceso del Sistema de Compresión Sellado de la combustión Anillos Pelicula lubricante

Tiempo de compresión / inyección

Explosión Presión x Área = Fuerza Tercer Tiempo: Trabajo, explosión o combustión Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro, en una cantidad que es regulada por la bomba de inyección. Presión Área Fuerza

Calor Generado por la compresión Fuerza Calor Generado por la compresión Reacción Química Termodinámica Calor - Combustión Acción Mecánica

Escape Cuarto Tiempo: Escape Durante este cuarto tiempo se abre instantáneamente la válvula de escape, el pistón durante su recorrido ascendente, expulsa a la atmosfera los gases remanentes

Traslape Valvular La carrera de escape comienza poco antes de qué el pistón llegue al PMI, en ese instante las válvulas de escape abren, esto para asegurar qué los gases de la combustión serán expulsados por completo y eficazmente. La carrera de escape comienza poco antes de qué el pistón llegue al PMI, en ese instante las válvulas de escape abren, esto para asegurar qué los gases de la combustión serán expulsados por completo y eficazmente.

Principio de funcionamiento de un Motor Diesel

Principales Sistemas de un motor a Diesel.

Sistemas de un motor Un motor diesel tiene cuatro sistemas que son necesarios para sostener el movimiento rotatorio y la vida útil del motor estos son: Sistema de Aire Sistema de Combustible Sistema de Refrigeración Sistema de Lubricación

Filtro de aire: Retiene impurezas del aire de admisión Sistemas de Aire Las funciones son suministrar el oxígeno a los cilindros para que el combustible pueda quemarse y sacar los gases gastados dejados por la combustión. El aire seco es compuesto de nitrógeno aproximadamente del 78% y de oxígeno del 21 % sobre el volumen. El nitrógeno es un elemento inactivo y no sirve ningún propósito útil pero este hace calentar la compresión con el oxígeno. Filtro de aire: Retiene impurezas del aire de admisión El sistema de aire tiene un filtro por lo general se localiza donde el aire entra en la tubería y debe ser revisado de vez en cuando para mantener la restricción a un mínimo, quitar el polvo y otras partículas .

Turbocargador: Aprovecha la energía de los gases de escape Sistemas de Aire: Componentes Objetivos de un turbocompresor son Llenar de más aire el cilindro entonces más combustible puede ser quemado así aumenta la potencia para compensar la presión de aire en altitudes mayores así el motor no pierde energía. El turbocompresor aumenta considerablemente la eficiencia volumétrica. Turbocargador: Aprovecha la energía de los gases de escape

Sistemas de Combustible 1.- Suministro de combustible limpio al resto del sistema donde será regulado. 2.- Medición de la cantidad de combustible exacta que será inyectado en toda las condiciones de velocidad y carga 3.- La sincronización de la inyección de combustible para que el combustible sea quemado en el período óptimo del ciclo. 4.- Inyectar, atomizar, y distribuir el combustible en la cámara de combustión

Sistemas de Inyección en motores Diesel y su regulación Componentes mecánicos principales de un Sistema de Inyección: - Filtro de combustible. - Bomba de alimentación de combustible. - Bomba de inyección. - Inyector. - Porta-inyector. - Regulador.

Sistemas de Combustible: Componentes El periodo del tiempo de inyección esta determinado por la configuración de la excéntrica del lóbulo de inyección en el árbol de levas. En el sistema de combustible en la mayor parte de sistemas de gasoil, el combustible es suministrado por una bomba de tipo engranaje de desplazamiento positiva.

Sistemas de Combustible Algunos motores usan el sistema de bomba múltiple. En este sistema, combustible es suministrado a un alojamiento que incorpora un grupo de bombas de presión altas. En este sistema, el inyector no es manejado por el árbol de levas de motor. Las funciones de medir, sincronizar, y controlar son realizadas dentro del alojamiento de la bomba

Inyectores Inyector: Atomiza el combustible que entra a la cámara de combustión. Diagrama de flujo Cummins PT

Sistemas de Combustible 1/3 de la energía caloríficas del combustible es aprovechada para hacer el trabajo sobre los pistones. El resto del calor que es generado sale al sistema de escape o transferido a un líquido o el medio de aire y luego a la atmósfera.

Sistemas de Refrigeración Absorber el exceso de calor del motor y disiparlo a la atmósfera es el trabajo del sistema de refrigeración. El quitar del calor impide 1.- La interrupción de la película de aceite lubricante que separa partes que rozan 2.-Que se debilite el metal por el calor

Sistemas de Refrigeración La mayoría de los motores utiliza líquido de enfriamiento y tiene el molde de pasos de refrigerante en el bloque, cabezas, y algunas veces colectores de escapes. Los pistones transfieren un poco del calor de combustión a paredes de cilindro y un poco de ello al aceite lubricante. El refrigerante que se circula en las chaquetas de agua absorbe la mayor parte de este calor y lo lleva de distancia al radiador donde este es transferido a la atmósfera.

Sistemas de Refrigeración Ventilador de enfriamiento: Aumenta flujo y velocidad del aire que pasa a través del radiador Radiador: Dispersa el calor del refrigerante

Sistemas de Refrigeración La mayoría de los motores diesel usan un enfriador de aceite especial para reducir la temperatura del aceite lubricante. El enfriador del aceite es un transformador de calor de tipo de tubo- y- cáscara con el refrigerante que pasa a través de los tubos y recoger el calor del aceite que pasa por la cáscara.

Sistemas de Refrigeración El refrigerante circula todas partes del sistema por la bomba de agua que trabaja por la fuerza centrífuga. La bomba consigue su poder del cigüeñal de motor y puede ser engranaje conducido por una banda. La pureza del refrigerante es un factor muy importante para el enfriamiento eficiente del motor, El agua es el principal componente del refrigerante y usualmente lleva a la formación de escalas e impurezas

Sistemas de Lubricación El aceite lubricante es bombeado a través de pasajes internos en el bloque por la bomba de aceite de engranaje. El trabajo que debe realizar el aceite es permitir el deslizamiento entre superficies de metal, para ello debe poseer propiedades para soportar temperaturas extremas y cargas sin fracturarse. El sistema desempeña básicamente cuatro funciones: Lubricar, Sellar, Limpiar, Enfriar partes en movimiento.

Sistemas de Lubricación Para cumplir la función de limpieza el aceite debe ser capaz de mantener las partículas sólidas en suspensión, y así el filtro de aceite pueda retenerlas por más tiempo La película de aceite entre los aros del pistón y la pared del cilindro debe ser lo suficiente delgada y mantener la viscosidad para proveer el sellado, así el pistón se desplaza con mínimo de fricción del fluido

Aunque los sistemas están separados se afectan unos con otros cuando realizan sus funciones. Considere por ejemplo, una fuga en el sistema de admisión de aire, suficientes partículas de sucio pueden entrar al cilindro eventualmente y hacer pequeñas rayas en la pared del cilindro. Así se rompe el sellado de la combustión y vapores de agua se mezclan con el aceite formando ácidos corrosivos, además que afecta la perdida de presión en el cilindro incrementando el consumo de combustible. Como una consecuencia adicional, los gases de escape más caliente sobrecargan el sistema de enfriamiento.

Fundamentos de Operación del Motor a Diesel. Principales componentes de un motor a Diesel. Para facilitar la comprensión de este tema hemos distribuido los principales componentes de motor en 5 grupos diferentes. 1) Grupo del Block. 2) Grupo de la Cabeza de Cilindros. 3) Grupo de las Cubiertas 4) Grupo del Carter. 5) Grupo de los Accesorios.

Fundamentos de Operación del Motor a Diesel. Pares de cada Grupo. 1) Grupo del Block. Monoblock del motor Camisas de cilindros Pistones y anillos Bielas de pistón Cigüeñal Árbol de levas Seguidores de levas 2) Grupo de la Cabeza de Cilindros. Cabeza de cilindros Válvulas Los inyectores Ensamble de la carcaza de balancines. Cubierta de la carcaza Multiples de admisión y escape

Fundamentos de Operación del Motor a Diesel. 3) Grupo de las cubiertas Cubierta frontal de engranes. Amortiguador de vibraciones. Carcasa del volante Cubierta trasera Volante 4) Grupo del Carter. Carter Ensamble de la tubería de succión Empaques 5) Grupo de los accesorios. Bomba. De Agua. Ventilador. Bomba de Aceite Ensamble del filtro enfriador de aceite Compresor de Aire Bomba se Combustible Frenos de Motor Turbocargador

Partes y piezas Fundamentales Amortiguador de vibraciones o Dámper: Absorbe vibraciones torsionales del cigüeñal. Cigüeñal

Tipos de accionamiento de válvulas Árbol de Levas Válvula (1)Regulación por varilla de empuje, (2)Regulación por ciclo oscilante, (3)Regulación por balancín, (4) regulación por empujadores planos

Soporte del motor: Soporta y absorbe vibraciones del motor Bandas: Medio de transmisión de movimientos por poleas Soporte del motor: Soporta y absorbe vibraciones del motor

Muchas Gracias