Gasolina, detonación y preignición Mezclando distintos combustibles básicos se obtiene una gasolina que proporciona un funcionamiento satisfactorio del motor bajo las distintas condiciones de funcionamiento que precisa. Los factores a considerar en las mezclas de gasolina incluyen la volatilidad, el poder antidetonante y la emisión de productos químicos nocivos y alquitranes. Veremos ahora algunos temas que son de importancia conocer como lo es el estudio de la gasolina, su composición, aditivos, qué contiene, algunos conceptos importantes como la volatilidad y cómo afecta esta al funcionamiento del motor, la detonación y cómo evitarla, qué relación existe entre la compresión y la detonación, preignición y otros. ¡Bien!, empezaremos analizando qué es la gasolina. La gasolina es un hidrocarburo (HC) que contiene una gran cantidad de compuestos de carbono e hidrógeno. Estos dos elementos se unen con el oxígeno, elemento muy común en la naturaleza ya que está presente en más de un 20% del aire que respiramos. Cuando el hidrógeno se combina con el oxígeno se produce el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2). Si la combustión en el motor fuera completa, todo lo que resultaría como producto de ella, sería agua (H2O) y anhídrido carbónico (dióxido de carbono CO2). Sin embargo en el motor no se produce la combustión perfecta, lo que hace que aparezcan los gases de escape como lo son CO y HC. Estos dos compuestos más una mezcla de óxidos de nitrógeno (NO2), son los más importantes agentes contaminantes emitidos por el motor de combustión interna. Como ya lo sabemos, la combustión de la gasolina en el motor produce calor y una alta presión que empuja al pistón. Este es el motivo por el cual el motor realiza un trabajo.

Tanto la gasolina como otros productos son obtenidos del petróleo o crudos del petróleo. No se sabe exactamente como se originó el petróleo que se encuentra en ‘bolsas’ bajo tierra. Si embargo, existen  evidencias de que se formó a partir de algunos restos animales y vegetales durante un periodo de millones de años. El petróleo se halla generalmente bajo tierra, sometido a elevadas presiones. Cuando se perfora una ‘bolsa’ o reserva, el fluido sale hacia la superficie. No obstante en algunos casos, la presión natural no es lo suficiente para que el líquido salga por sí solo del pozo. Cuando esto sucede su extracción se lleva a cabo por medios artificiales.

El petróleo es una mezcla  muy compleja de diversos componentes. Con el refinado se separan  algunas sustancias. Este proceso altera algunos de los componentes originales y forma otros nuevos. Del refinado se obtienen distintos tipos o grados de lubricantes, fuel-oil, varios tipos de combustibles para motores diesel y calefacciones, gasolina de distintos grados y tipos de queroseno y otros.

La gasolina está formada por una mezcla de hidrocarburos básicos, cada uno de los cuales tiene sus propias características. Mezclando distintos combustibles básicos se obtiene una gasolina que proporciona un funcionamiento satisfactorio del motor bajo las distintas condiciones de funcionamiento que precisa. Los factores a considerar en las mezclas de gasolina incluyen la volatilidad, el poder antidetonante y la emisión de productos químicos nocivos y alquitranes.

La volatilidad es una medida que indica la facilidad con que los líquidos se evaporan. Un líquido que se evapora a una temperatura  relativamente baja significa que tiene una volatilidad alta. Si su punto de ebullición es alto poseerá una baja volatilidad. Por ejemplo un aceite pesado  tiene una baja volatilidad, es decir que no hierve hasta que alcanza una temperatura superior a los 600ºF (316ºC). El agua es relativamente volátil, hierve a 212ºF (100ºC). La gasolina, así como el alcohol, son  todavía más volátiles.

Una sustancia de elevada volatilidad se evapora mucho más rápidamente a baja temperatura que una sustancia de baja volatilidad. A temperatura ambiente el alcohol y la gasolina se evaporan más rápidamente que el agua.

Detonación

Cuando el pistón  en su carrera ascendente comprime la mezcla, se produce la explosión en la cámara de combustión y tiene lugar un incremento de presión uniforme. Pero si el combustible se quema demasiado rápido o explota tiene lugar un repentino incremento de la presión; es decir sucede una explosión secundaria después de haber saltado la chispa en la bujía. Este aumento de la presión instantánea es lo que se denomina detonación  y produce un ruido de golpeteo  que suena casi como si se le hubiera asestado un golpe a la cabeza del pistón con un martillo. Realmente el incremento instantáneo de la presión supone una pesada carga instantánea sobre el pistón que es casi como un martillazo. Es muy probable que este  fenómeno pueda averiar el motor, desgastando rápidamente las piezas móviles, y, aun rompiéndolas. Además, gran parte de la energía liberada por la gasolina se desperdicia. El aumento instantáneo de la presión no contribuye a la producción de trabajo.

Detonación y relación de compresión

Cuando hablamos de  relación de compresión nos referimos a la relación que hay entre el volumen del cilindro cuando el pistón ocupa el punto muerto inferior (PMI) y el que queda cuando ocupa el punto muerto superior (PMS). Entonces a una mayor relación de compresión implica un mayor estrechamiento de la mezcla aire-gasolina en la carrera de compresión. Hay una presión inicial más elevada al principio de la carrera de trabajo. Esto significa  una mayor presión sobre el pistón cuando comienza la combustión de la mezcla. Este hecho brinda una gran ventaja; cuanto mayor sea la presión sobre el pistón durante la combustión, mayor será el trabajo resultante. Por tanto, aumentando la relación de compresión aumentamos la potencia de salida del motor. Esta es la razón por la cual los fabricantes producen motores con relación de compresión cada vez más altas. Con rediseños del motor, en lo relativo a la relación de compresión, se consigue aumentar la potencia de salida sin un aumento comparable del tamaño. De hecho, los motores  modernos de alta compresión pesan mucho menos y son mucho más potentes que los antiguos. Pero el aumento de la relación de compresión, tiene ciertas dificultades. Un motor de alta compresión tiene una mayor tendencia a detonar. Esto ha hecho indispensable  encontrar combustibles resistentes a la detonación  para este tipo de motores. Para hallar estos combustibles ha sido necesario un gran esfuerzo en los laboratorios de investigación y muchos ensayos.

Para entender porqué tiene lugar la detonación, hace falta primero saber qué le ocurre  a cualquier gas cuando se le comprime. La explicación de este fenómeno la veremos en la próxima entrega de nuestra revista Publimotos.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

Equilibrado en los motores parte 2 Equilibrado en motor monocilíndrico Las “pesas” o volantes del cigüeñal actúan como contrapesos colocados de manera estratégica para contrarrestar las fuerzas centrífugas generadas por la acción rotatoria del cigüeñal. Para equilibrar la fuerza de inercia producida por el movimiento alternativo del p istón habitualmente se instala únicamente un árbol de equilibrado o contrapeso que gira contrario a la rotación del cigüeñal formando con el eje vertical un ángulo igual al de rotación del cigüeñal. De esta manera la fuerza centrífuga de este contrapeso equilibra la fuerza de inercia. Aunque lo correcto sería colocar más contrapesos de manera que se lograra un perfecto equilibrado, pero el espacio ocupado por estos elementos así como el consumo de más potencia y un precio más elevado no lo permiten es por esto que con un contrapeso se reducen las vibraciones a un límite aceptable a precio justo y la pérdida de potencia no es muy considerable.

Equilibrado en motores de dos cilindros

Motores de dos cilindros los hay de varios tipos, por ejemplo los motores  de dos cilindros en paralelo como la Kawasaki VERSYS 650. la BMW HP2 enduro y motores de cilindros en V de 90º como la imponente DUCATI HYPERMOTARD 1100 refrigerada por aire, todas presentadas en el 2006 en el salón de Milán (Italia).

Para el caso de los motores en paralelo cada biela está colocada de manera tal que cuando un pistón se encuentra en el P.M.S el otro lo está en el P.M.I, y el cigüeñal está equilibrado con contrapesos individuales en cada “muñequilla” de la biela. Para reducir un tanto las vibraciones en los motores se adiciona un árbol de equilibrado con dos masas opuestas orientadas en los puntos muertos en la misma dirección que el pasador de su cilindro correspondiente.

Para el caso del motor de cilindros opuestos se emplea un cigüeñal de dos manivelas en donde cada biela se sitúa a 180º una con respecto a la otra. Su equilibrado se realiza con contrapesos individuales situados en cada volante del cigüeñal que contrarrestan las fuerzas de inercia y producen un par momento igual a cero.

Como las fuerzas de inercia de cada uno de los cilindros son iguales y opuestas entonces la resultante de las fuerzas es nula.

Los cilindros en V disponen de un cigüeñal el cual tiene un codo por el que las bielas se unen situadas en

un mismo plano por una sola muñequilla. Las masas rotativas del cigüeñal originan una fuerza centrifuga que se equilibra con dos contrapesos instalados en las prolongaciones de los brazos de la manivela del cigüeñal. La resultante de las fuerzas e inercia de primer orden tiene magnitud constante y siempre está orientada siguiendo el radio de la manivela. Por lo tanto puede ser equilibrada aumentando la masa de los contrapesos situados en la prolongación de los brazos de la manivela del cigüeñal.

Si el ángulo de la V del bicilíndrico no es ni de 90º ni de 180º se puede optar por desfasar el embielaje de los cilindros para anular la diferencia existente entre este tipo de motor y un V de 90º, como lo hace la firma Honda. El sistema funciona de la siguiente manera, sea cual sea el ángulo de los cilindros, al sumarle el ángulo entre los cilindros, al sumarle la mitad del ángulo que forman las muñequillas, la suma de los dos sea de 90º. Por ejemplo un motor con un ángulo entre cilindros de 52º como la honda VT500E debe tener un ángulo entre muñequillas que sea el doble de la diferencia del ángulo de los cilindros con los 90º, o sea 38º por 2, en total 76º. Y un motor de 45º debe tener 90º.

Motor de cuatro cilindros en línea

Este tipo de motores muy conocidos tiene un cigüeñal con  4 manivelas para cada una de las bielas dispuestas a 180º y tanto las fuerzas como los momentos son nulos es decir esta equilibrado. Las fuerzas de inercia de primer orden  para el primer y cuarto cilindros son iguales y de sentido contrario a la de los cilindros segundo y tercero, por lo cual la resultante de las fuerzas es cero. Por consecuente como estas fuerzas son simétricas con respecto al eje de simetría del cigüeñal, el momento resultante vale cero también (MR=M1+M2). No sucede lo mismo con las fuerzas de segundo orden, pues al tener todas el mismo sentido, no se anulan entre sí. Sin embargo su momento M si se anula. Con el fin de minimizar las vibraciones, se puede instalar un eje de balanceo paralelo al cigüeñal que gire a doble velocidad o también dos ejes que equilibren por completo las fuerzas de segundo orden no anuladas por la propia construcción del motor.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

Equilibrado en los motoresEn épocas anteriores los motores de combustión interna eran de un solo cilindro (monocilíndrico) y el cigüeñal, al tener una sola manivela, era completamente semejante al antiguo berbiquí de carpintero, denominado en francés «vilebrequin». El término vilebrequin es aún hoy día el apelativo francés correspondiente al español cigüeñal. Los ingleses lo llaman «crankshaft», que significa árbol - manivela. Cada manivela está formada por dos brazos llamados brazos de manivela y por la muñequilla de manivela o muñequilla de biela, que gira sobre el cojinete de la cabeza de biela. Las muñequillas del eje de rotación del cigüeñal se denominan muñequillas de bancada. En los motores con los cilindros en línea el cigüeñal está formado por tantas manivelas como cilindros. En los motores con los cilindros opuestos el número de manivelas puede ser el mismo que el de cilindros o sólo la mitad. En los motores en V, generalmente el número de manivelas es la mitad del de cilindros. El número de muñequillas de bancada puede variar bastante. Por ejemplo, en un motor de 4 cilindros puede emplearse un cigüeñal que tenga únicamente dos muñequillas de bancada, o bien tres, cuatro o cinco. La elección depende de razones técnicas y económicas. La solución más económica es un cigüeñal con sólo dos apoyos en los extremos, pero en este caso no puede pretenderse alcanzar potencias elevadas a altos regímenes. De hecho, para evitar las flexiones y las constantes vibraciones del cigüeñal, es necesario que las muñequillas de manivela tengan el mayor diámetro posible y los brazos de manivela una sección considerable.

En los motores de combustión interna, actúan distintas clases de fuerzas y momentos pares que originan toda clase de vibraciones y  perturbaciones lo que conlleva a desajustes, fatiga de los materiales y molestias al conductor. Es necesario entonces que los fabricantes evalúen profundamente estas situaciones y presenten en sus modelos un trabajo de ingeniería bien estructurado con el fin de minimizar lo más que se pueda estas molestias.

Un motor se encuentra  equilibrado cuando durante la marcha en régimen constante y durante un prolongado  tiempo las fuerzas  internas y externas en el motor se transmiten a los soportes y puntos fijos indicados del vehículo  evitando la generación de ruidos y vibraciones al piloto. En los automóviles este problema se soluciona utilizando dispositivos amortiguadores de ruido llamados “silent-blocks” que pueden ser por ejemplo  bloques de caucho colocados en los apoyos dando como resultado que a los usuarios llegue el menor número posible de perturbaciones mecánicas. No sucede lo mismo con la motocicleta ya que la falta de espacio y la misma estética del vehículo no permiten mucho el uso de estos “amortiguadores de ruido”. Es así que los constructores se ven obligados a utilizar altos refinamientos mecánicos con el objeto de reducir al máximo las vibraciones producidas por la mayoría de los motores.Es difícil analizar todos los distintos aspectos que forman parte del estudio del equilibrado de motores sin tener claro algunos conocimientos básicos de la física, pero trataremos de explicarlo de la forma más sencilla posible.

En todo vehículo y en especial en la motocicleta ya sea en funcionamiento o no, existen fuerzas de tensión, compresión y fuerzas que provocan giros llamadas par o momentos en todas sus partes ya sean fijas o móviles. Externamente se pueden apreciar fuerzas como el peso del motor, fuerzas de reacción debido a los gases del escape y de los líquidos en movimiento y el par o momento resistente del medio exterior al giro del cigüeñal. Por otro lado las fuerzas internas incluyen la inercia de las masas; estas masas, al moverse alternativamente, se aceleran en el eje del cilindro originando fuerzas alternas de inercia, el movimiento alternativo entre el pistón y parte de la biela, también el movimiento rotativo de las masas del cigüeñal y parte de la biela unida a él. Del análisis cinemático se deduce que mientras la rapidez de rotación del cigüeñal es uniforme la rapidez lineal del pistón varia de un valor cero, en sus puntos muertos a un valor máximo cuando la muñequilla del cigüeñal y la biela forman un ángulo recto. Todas estas variaciones de velocidad generan aceleraciones que a su vez están asociadas a unas masas dando origen a lo siguiente:

Fuerzas de inercias alternas de primer y segundo orden, originadas por las masas dotadas de movimiento alternativo, como por ejemplo: Pistón, bulón, anillos, Pie de biela y dos tercios del cuerpo de la biela.

Fuerzas de inercia centrífugas originadas por las masas rotantes: Muñequilla, Cabeza de biela, cojinete, pernos y tuerca, y un tercio del cuerpo de la biela.

Las fuerzas de inercia alternas y las centrífugas de las partes en movimiento, junto con la presión de los gases, producen en cada cilindro fuerzas y momentos, que actúan en el bloque del motor y, a través de los soportes, se transmiten a la estructura de fijación del motor. El equilibrado de motor reduce y trata de

eliminar estas vibraciones, anulando las causas mismas que las provocan, es decir las fuerzas y momentos aplicados al motor pueden estar equilibradas o no.

EQUILIBRADO DE LAS FUERZAS CENTRIFUGAS

Para reducir al máximo las vibraciones producidas por las fuerzas y momentos se realiza entonces el equilibrado del cigüeñal que debe ser tanto estático como dinámico.

Equilibrado estático

Un cigüeñal se equilibra estáticamente cuando su centro de gravedad está en el eje de rotación; en estas condiciones el cigüeñal se dispone horizontalmente, entre dos puntas situadas en correspondencia de su eje, se debe mantener quieto en cualquier posición angular. En la mayor parte de los casos, cuando la disposición de las manivelas desfasa uniformemente los ciclos de trabajo, el cigüeñal se equilibra estáticamente, al ser las manivelas simétricas respecto al mismo. Si esto no sucede se añaden unos contrapesos.

Equilibrado dinámico

El cigüeñal está equilibrado dinámicamente cuando, al girar éste, las fuerzas centrifugas de las masas en rotación están equilibradas (pares centrífugos). El equilibrado dinámico se consigue aplicando una masa en contraposición, de igual magnitud a la masa que provoca el desequilibrio; con esto se eliminan las fuerzas de primer orden. Estas se generan cuando el pistón se encuentra tanto en el P.M.S como en el P.M.I. por ejemplo en un motor bicilíndrico con manivelas a 180º, el cigüeñal está equilibrado estáticamente pero no dinámicamente, ya que las dos fuerzas centrífugas producen un par transversal.

Para equilibrarlo dinámicamente hay que añadir dos oportunos contrapesos, de tal forma que esta fuerza sea igual y contraria a la fuerza centrífuga.

Con cilindros en línea, la disposición de manivelas a 180º, ofrece ventajas desde el punto de vista del equilibrado pero supone cierta irregularidad en la sucesión de las fases útiles de trabajo. Por esta razón se adopta la solución de manivelas a 360º que supone que el motor se comporte como un monocilíndrico y por lo tanto debe contrapesarse.

En la práctica el equilibrado de un motor consiste en asegurar un grado tolerable de perturbación. Esto se consigue primero seleccionando el número indicado de cilindros, una buena disposición de ellos así como de las pesas del cigüeñal apropiadas y utilizando también los contrapesos adecuados para tal fin. Así mismo las piezas han de fabricarse de acuerdo a ciertas tolerancias en sus masas y dimensiones establecidas. Por ejemplo un grupo de pistones ha de tener las mismas especificaciones e idéntica disposición en el motor asegurando que los centros de gravedad de las bielas estén bien definidos así como el equilibrado estático y dinámico del  cigüeñal llamado también árbol de manivelas o árbol de codos. La idea general consiste en cumplir dos importantes condiciones:

Primera: la distribución exacta del centro de gravedad entre el cigüeñal y la biela debe quedar bien establecida.

Segunda: la sumatoria de todas las fuerzas que participan en el conjunto biela-cigüeñal debe producir un momento resultante respecto a cualquier punto del eje del cigüeñal igual a cero.Con respecto a la primera condición su solución se obtiene añadiendo contrapesos en las posiciones diametralmente opuestas y se comprueba montando el cigüeñal sobre prismas o en tornos para asegurar su equilibrado. La adición de los contrapesos asegura también que las fuerzas que actúan sobre el cigüeñal no produzcan esfuerzos centrífugos cumpliendo así la condición número dos. La suma de estas dos condiciones asegura que el cigüeñal gire en torno a su eje principal de inercia es decir que el eje de inercia coincida con el de giro.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

Comparación del motor Wankel con el de pistónYa se ha mencionado que el motor Wankel tiene los mismos cuatro tiempos que el motor de pistón: admisión, compresión, explosión y expulsión o escape. Así mismo el motor Wankel tiene los mismos sistemas de encendido, lubricación, alimentación de combustible y refrigeración que los motores de pistón. Gran cantidad de componentes de estos sistemas son muy similares y son reparados de la misma manera. El motor Wankel sin embargo tiene menos piezas que el motor de pistón y precisa menos operaciones de mantenimiento y servicio. El motor de pistón tiene 230 piezas básicas de las cuales 166 son movibles. El Wankel de un rotor tiene 70 piezas básicas y solo 3 son movibles. Así mismo el motor Wankel es de un tamaño y peso de aproximadamente la mitad que el de un motor convencional capaz de producir una potencia comparable. Ventajas

Menos piezas móviles: El motor Wankel tiene un 40% menos piezas móviles, y mitad de volumen y peso de un motor comparable a pistones. Esto redunda en una mayor fiabilidad.

Suavidad en la marcha: Todos los componentes del  motor rotativo Wankel giran en el mismo sentido, sin sufrir las constantes variaciones de sentido a las que está sometido un pistón. Sus partes están balanceadas internamente con contrapesos giratorios para suprimir cualquier vibración. Incluso la entrega de potencia se desarrolla en forma más progresiva, dado que cada etapa de combustión dura 90° de giro del rotor y a su vez como cada vuelta del rotor representa 3 vueltas del eje, cada combustión dura 270° de giro del eje, es decir, 3/4 de cada vuelta; a diferencia de un motor monocilíndrico, donde cada combustión transcurre durante 180° de cada 2 revoluciones, o sea 1/4 de cada vuelta del cigüeñal.

Menor velocidad de rotación: Dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje, las piezas principales del motor se mueven más lentamente que las de un motor convencional, aumentando la fiabilidad. Los motores  Wankel, la mayoría de los cuales son enfriados por líquido, son capaces de ejecutarse en las velocidades inusualmente altas por períodos del tiempo largos.

Menores vibraciones: Dado que las inercias internas del motor son muy pequeñas (no hay bielas, ni volante de inercia, ni recorrido de pistones), solo las pequeñas vibraciones en la excéntrica se ven manifestadas. Ciclos al mismo tiempo:   La ventaja más grande es que dentro del compartimiento del rotor están ocurriendo los cuatro ciclos simultáneamente, dando un empuje constante. También, el rotor da una mitad de vuelta de revolución por cada rotación completa del eje, comparada con una rotación del eje para un movimiento completo del pistón. Esto da más esfuerzo de torsión por ciclo de la ignición y también requiere menos revoluciones por minuto para obtener la misma potencia que en un motor de pistón.

Menos octanos: También este motor necesitaría una gasolina de setenta octanos lo que presenta ya una simplificación en la producción de los combustibles.Desventajas

Emisiones: Es más complicado (aunque no imposible) ajustarse a las normas de emisiones contaminantes.

Desequilibrio térmico: En el  motor los tiempos del ciclo ocurren siempre en el mismo sitio del estator; la admisión y compresión que pueden ser consideradas fases frías ocurren en la parte superior, mientras que

la explosión y el escape, que son fases calientes, ocurren en la parte inferior. Esto implica que un lado del motor alcance temperaturas de 150 ºC y al otro supere los 1000 ºC, lo que provoca problemas de refrigeración por un desequilibrio térmico.

Costos del mantenimiento: Al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta costoso. Consumo: La eficiencia termodinámica (relación consumo-potencia) se ve reducida por la forma alargada de las cámaras de combustión y la baja relación de compresión.

Difícil estanqueidad: Resulta muy difícil aislar cada una de las 3 secciones del cilindro en rotación, que deben ser impermeables unas de otras para un buen funcionamiento. Además se hace necesario cambiar el sistema de estanqueidad cada 6 años aproximadamente, por su fuerte desgaste. Para esto en el vértice del motor se colocan muelles de berilio u otro material siguiendo los bordes del estator, esta pieza es la que más fallas ha tenido.  El problema de la estanquidad en los vértices se agrava porque la “fuerza centrífuga” y el empuje del engranaje del rotor se aúnan para hacer que el segmento se apriete con gran fuerza sobre la pared curvada del estator, con presión variable en cada vuelta.

Sincronización: La sincronización de los distintos componentes del motor debe ser muy buena para evitar

que la explosión de la mezcla se inicie antes de que el pistón rotativo se encuentre en la posición adecuada. Si esto no ocurre, la ignición empujará en sentido contrario al deseado, pudiendo dañar el motor.

CONCLUSION:

Los Motores Wankel han tenido a través de la historia poca difusión aunque han  sido una revolución dentro de los motores a gasolina, ha tenido que esperar más que sus pares ya que necesitaba la tecnología y dedición de las compañías fabricantes de automóviles para tenerlo en su línea de producción. Ahora con los nuevos materiales de construcción, aleaciones, cerámicos, etc. y cuando sea el día en que las compañías dejen de ver a este motor como un diseño de prototipo, el motor Wankel dará su salto definitivo aprovechando todas las cualidades que éste tiene, junto con superar sus fallas. Actualmente se está probando un motor Wankel rotativo para quemar hidrógeno y los resultados están siendo sorprendentes.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

Motores WankelA diferencia de los motores alternativos o los motores de ciclo Otto (de pistón) de dos o cuatro tiempos muy utilizados en la industria automotriz, existen también los llamados motores rotativos o motores Wankel que fueron desde mediados de siglo pasado utilizados como compresores o como motores de combustión externa en motores de vapor. Actualmente se les puede ver en automóviles, motores fuera de borda y en  motocicletas. Su creador fue un ingeniero alemán llamado Félix Wankel, que fabricó su primer motor en el año 54. Los fabricantes de motocicletas Suzuki, Yamaha y Hércules han puesto en el mercado estas máquinas con motores Wankel. Actualmente, las máquinas Norton se equipan con este tipo de motor desde mediados de los años setenta consiguiendo incluso éxitos deportivos en algunas categorías.

Existe una diferencia básica entre el motor de pistones y el Wankel o motor rotativo. (Hay otro tipo de motores rotativos tales como el motor de turbina de gas) En el motor de pistón, estos se mueven de una forma alternativa de arriba abajo en el interior del cilindro. En el Wankel existe un rotor que gira en el interior de un gran cilindro de sección en forma de ocho (curva epitrocoide). El rotor no se mueve alternativamente, gira.

Diseño:

Su estructura está formada por un elemento fijo llamado “estator” que tiene una forma denominada epitrocoide y un elemento rotativo denominado rotor. Este elemento tiene forma triangular con sus paredes de forma curvilínea y perforada en el centro, donde dispone de dos zonas bien diferenciadas. La primera una zona cilíndrica y lisa, sobre la que se apoya un elemento intermedio que puede ser un rodamiento de rodillos o un cojinete o buje de fricción.  Esta zona se encarga de sujetar el rotor que, al estar anclado de forma excéntrica respecto al eje de giro, lo obliga a realizar un movimiento rotativo

respecto de este eje. La otra parte dispone de un dentado que engrana con un piñón solidario a la parte fija del motor. La misión de este dentado es mantener la orientación del rotor y mantener la relación que debe haber entre el numero de lóbulos o vértices  del pistón y el de la cámara donde se mueven que en este caso es de tres en el rotor y dos en el estator. Los vértices del rotor cierran herméticamente contra la superficie del alojamiento. Durante el giro, cada uno de los tres lóbulos del rotor sigue la forma del alojamiento. Este movimiento crea 3 cámaras separadas totalmente herméticas entre si. Estas cámaras aumentan o disminuyen su volumen. Es como la capacidad del cilindro en un motor Otto que aumenta o disminuye el volumen al subir y bajar el pistón. De esta manera   la formación de estas cámaras permite realizar los diferentes ciclos del motor, que continúan siendo los mismos que en los motores alternativos: admisión, compresión, combustión y escape.

 El motor también dispone de lumbreras de admisión y de escape para el trasvase de los gases al igual que en el motor Otto de 2 tiempos y el rotor es el encargado de poner en contacto a las lumbreras con las distintas cámaras formadas.

 En la actualidad los motores Wankel suelen ser monomotores o birrotores, con cilindradas que van de los 600 CC a los 1000 CC.Funcionamiento

En un motor alternativo de pistones, los diferentes tiempos se desarrollan en el mismo cilindro, lo que trae como consecuencia que el periodo de admisión y escape tienen momentos de cruce o que en algún momento se sobreponen, no sucede lo mismo con un motor Wankel en donde los 4 tiempos se desarrollan

pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; en otras palabras es como tener un cilindro para cada uno de los tiempos con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Inicialmente con el movimiento giratorio del rotor se descubre la lumbrera de admisión esto hace que aumente gradualmente el volumen, lo que provoca la entrada de la mezcla en ella, debida a la depresión producida. Una vez cerrada la lumbrera de admisión, la cámara comienza a disminuir su volumen lo que provoca una compresión de la mezcla hasta un punto exacto, marcado por la relación de compresión, que en este caso sería la fracción de dividir el volumen máximo de la cámara por el que queda tras la compresión.

La bujía situada en la parte diametralmente opuesta a la lumbrera de admisión hace saltar la chispa, encendiendo la mezcla. La onda expansiva hace girar el motor lo que provoca que el volumen de la cámara vuelva a aumentar, hasta llegar a los valores máximos, que coinciden con los valores obtenidos en el periodo de admisión, puesto que el estator es simétrico. Los gases calientes empujan el rotor girándolo siempre en sentido de las manecillas del reloj. Cuando el volumen ha aumentado lo suficiente, se termina la porción de giro útil y se abre la lumbrera de escape, saliendo los gases de la cámara debido a la presión interior y al giro del rotor. Todo este proceso sucede en tres cámaras, produciéndose un total de tres combustiones por cada vuelta del rotor. Cada vuelta de este produce por su parte tres vueltas del eje excéntrico que actúa como cigüeñal, de modo que se forma una fase útil por cada vuelta del cigüeñal.

Fíjese que el motor dispone de dos bujías. Esto es para conseguir una combustión más completa de la mezcla y, por tanto, reducir la emisión de gases de escape. Existen sin embargo motores Wankel de una sola bujía.

La relación 3:1El eje excéntrico del motor wankel que a su vez podría ser como el cigüeñal en el motor Otto junto con el rotor no giran a la misma velocidad, el eje gira tres veces por cada vuelta que da el rotor. En otras palabras cuando el rotor da una revolución completa el eje excéntrico da tres. La relación de transmisión es entonces de 1:3.En la próxima entrega veremos la comparación del motor Wankel con el de pistón.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

La transmision secundariaSeguimos a continuación con el estudio detallado de los diferentes mecanismos de transmisión que posee una motocicleta para su perfecto funcionamiento y desplazamiento. Nos referimos ahora a la transmisión secundaria, encargada de transmitir la potencia necesaria desde el eje de salida hasta la rueda trasera para que la motocicleta se impulse.

 La transmisión secundaria relaciona el movimiento desde el motor (eje de salida) hasta la rueda trasera, esta transmisión se efectúa entre dos ejes con movimiento rotativo. El  eje del motor puede estar situado longitudinalmente o transversalmente al desplazamiento de la motocicleta,  por ejemplo si el eje de salida se sitúa longitudinalmente, y el eje trasero de la rueda  se sitúa transversal, la transmisión se puede efectuar  por medio de un eje de cardanes. Si por el contrario tanto el eje de salida como el eje de la rueda son transversales al movimiento, se puede emplear dispositivos como cadenas de rodillos o correas. Un tercer caso es aquel en el que el eje de salida comunica directamente con la rueda en tal caso la transmisión es directa.

El uso del cardan esta extendido sobre todo para motocicletas de gran potencia aunque en algunos casos esta en uso para motocicletas de bajo cilindraje. Actualmente el elemento mas utilizado para la transmisión secundaria es la cadena de rodillos, tal vez por su bajo costo en comparación con otros

dispositivos como el cardán, su mayor comercialización y estandarización hacen que sea mas utilizada, además de la disposición de los motores que son por lo general transversales y esto facilita su uso.

Transmisión por cadena

Es tal vez el dispositivo más utilizado en la transmisión secundaria como ya se menciono, Prueba de ello es que anteriormente era frecuente el uso de  correas planas pero estas fueron  ineficientes ante el desgaste físico pues se  deslizaban sobre las poleas con mucha frecuencia. La cadena de rodillos soluciono este problema.

Una cadena de rodillos no es mas que una secuencia de elementos metálicos llamados eslabones; cada eslabón esta formado por una pareja de pequeños cilindros (rodillos) unidos de manera fuerte y precisa por dos placas que mantienen una distancia concreta llamada “paso”. Dos ejes metálicos son los encargados de sujetar dichas placas de los eslabones que se fijan sobre unos rodillos interiores. La unión entre eslabones se hace por medio de una pareja de placas que pueden girar alrededor  del eje de los rodillos, de manera que, eslabones y placas intermedias forman en conjunto una cadena que puede ser tan larga como se requiera y unirse así el primer eslabón con el ultimo.

Una vez constituida la cadena ésta se coloca en la motocicleta insertando los dientes del piñón de arrastre

y del  piñón trasero (catalina o sprokets) en cada espacio libre que existe entre los rodillos, y asegurándose con un eslabón que no esta remachado como los demás y es desmontable; esto se logra con la ayuda de un pin o clip abierto por uno de sus extremos el cual se debe colocar con el extremo abierto en sentido contrario al movimiento de la cadena para evitar que se salga. Este conjunto ya instalado forma un sistema  cadena - piñones o sistema de arrastre, que permite así transmitir la potencia generada por el motor. La fuerza de un diente contra el rodillo se transmite a través de las diferentes placas colocando otro eslabón en otro diente y así sucesivamente generando la transmisión. Es importante tener en cuenta  que para que el funcionamiento del sistema cadena-piñones sea lo mas preciso y efectivo, tanto la cadena como los piñones deben estar armónicamente alineados para que la cadena opere de forma recta o lineal y no se presenten desgastes prematuros tanto en los dientes de los piñones como alargamientos innecesarios en la cadena e inclusive se puede presentar el caso de que la cadena  se salte de los piñones provocando una avería mecánica o un  accidente grave, para evitar esto es necesario un buen mantenimiento y algunas condiciones de seguridad que ya anotaremos mas adelante.

Existen en el mercado diferentes tipos de cadenas de rodillo en cuanto a tamaños estando ya  estandarizados. Son  varios los sistemas de medida dependiendo de la region de fabricacion. La unidad de medida se da  por el “paso” de la cadena que es la distancia que hay entre los ejes de los rodillos. Los fabricantes japoneses pioneros en este tipo de productos han generalizado las medidas mas conocidas. Por ejemplo están desde el “paso” 415, 420, 428, 520, 525, 530, 630. De estas medidas el paso 420 es muy utilizado en motores pequeños y ciclomotores.

El “paso” 428 es más conocido pues es la utilizada en motores medianos y la 520, 530 y 630 para motocicletas de alto cilindraje. Normalmente para cada medida existen en el mercado diferentes modelos ya sea por el tipo de acero empleado que pueden ser muy templado como las reforzadas y las súper reforzadas, también están aquellas que incluyen la presencia de retenedores  en las cuales se intercala un retenedor entre las placas interiores  y exteriores, y también las que vienen con diferentes anchuras según se requiera por el usuario.

La lubricación de la cadena es muy importante pues de esto depende en gran parte su vida útil, cabe recordar que la cadena actúa en un medio externo en donde hay presencia de muchos agentes perjudiciales como agua, barro etc. así como también el constante esfuerzo que recibe y transmite acaban por deteriorarla produciendo un desgaste entre los ejes y los eslabones, de modo que el “paso” cada vez se va variando y la distancia ya no es estándar lo que trae como consecuencia un alargamiento de la cadena y desgaste en los dientes de los piñones. El uso de dispositivos como  los tensores para cadena son indispensables a la hora de mantenerla estable ante los constantes movimientos bruscos en el desplazamiento de la moto. Esto ayuda a mantener el sistema la cadena en buena posicion. Cuando ya no es posible mantener “tensionada la cadena” o ésta se encuentra demasiado cedida lo mejor es  aflojar la rueda y halarla hacia atrás para darle la tensión adecuada. Esto se hace por mucho dos veces pues entonces es necesario cambiarla o recortarla quitándole un eslabón aunque esto significa que ya es hora de reemplazarla por una nueva. Es de anotar también que la cadena por su constante movimiento circulatorio provoca una fuga del lubricante (centrifugación)  lo cual equivale a tener que estarla  lubricando constantemente.

La mejor forma de realizar un mantenimiento preventivo a una cadena es desmontarla, quitarle toda la suciedad posible con un cepillo lavándola con algún disolvente (excepto las cadenas de retenes) ACPM o petróleo hasta limpiar bien todas sus partes, dejarla en un lugar colgada hasta que seque por completo,

para luego lubricarla con un aditivo especial para cadenas que penetre en todas sus partes o en tal caso es recomendable el uso de  una vela de cebo que se consigue en las tiendas a muy bajo precio, untando la cadena  totalmente. Se debe evitar en lo máximo el uso de aceites delgados y ya utilizados porque aparte de que salpican la motocicleta, los aceites al calentarse la cadena por el natural uso se evaporan, lo mismo que el uso de grasas de cualquier tipo pues atraen mucho el polvo y barro dañando prematuramente la cadena y los piñones. La idea general es mantener limpia y lubricada la cadena para lograr un máximo rendimiento de este importante elemento.

Cadena de retenes

Este tipo de cadenas dispone de unos pequeños retenedores colocados en cada eje del eslabón entre las placas interiores y exteriores lo que impide que la lubricación dentro de los rodillos se escape y al mismo tiempo evitar que elementos perjudiciales como el agua o polvo penetren dentro de los ejes deteriorando la cadena. La idea es que el lubricante inyectado en el proceso de fabricación da la cadena permanezca por toda la vida útil hasta que al cabo del tiempo en uso normal se dañen los retenes y el lubricante se escape siendo necesario su reemplazo. Es de anotar que este tipo de cadena tiene un tiempo de duración mucho mayor que las cadenas de rodillos normales. Para su mantenimiento lo más aconsejable es lavarla

muy bien puede ser con parafina evitando cualquier tipo de disolventes que puedan dañar los retenes. Una vez bien limpia déjela escurrir y lubríquela evitando aceites muy delgados y usados.

Cadenas autolubricadas

Como su nombre lo indica este tipo de cadena tiene una  particularidad interesante y es que durante su funcionamiento en la motocicleta y al calentarse una grasa especial depositada en su interior sale a la superficie manteniendo en constante lubricación la cadena y logrando una muy elevada vida útil. Es talvez el mejor diseño de cadenas existentes en el mercado. Todo esto se realiza gracia a su diseño especial de fabricación pues cada eslabón de la cadena se diseña como un solo elemento con materiales férreos resistentes a la fricción y en procesos de alto vacío logrando que cada pieza sea compacta y resistente a los cambios bruscos normales de funcionamiento. En el mantenimiento es necesario limpiarla muy bien con un cepillo evitando golpearla para no dañar su estructura, dejarla escurrir y secarla bien con un trapo, también si lo desea puede darle lubricación siempre evitando aceites muy delgados.

Continuaremos con el estudio de el cardan, transmisión por correa y transmisión directa en el próximo articulo

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

EmbragueSeguimos analizando los elementos importantes que constituyen la transmisión en una motocicleta es así como el embrague juega un papel muy importante en cuanto conecta o desconecta la transmisión del movimiento desde el motor a la rueda. Analizaremos ahora el caso del embrague monodisco en seco.

Monodisco en seco

Prácticamente el funcionamiento de este embrague es similar a todos los demás excepto que está diseñado para funcionar en seco es decir, al aire. Sus elementos principales son: un piñón grande dentado que hace las veces de volante y lleva remachada una corona de acero en la cual engrana el motor de arranque mediante un acoplamiento del bendix en el momento de la puesta en marcha y soporta a su vez al embrague monodisco en seco, un disco de arrastre cubierto con un tipo especial de asbesto y que se sujeta junto con el eje primario de cambios a través de unas estrías muy bien engrasadas. Dos discos (“prensaembrague”) que comprimen el disco de asbesto por medio de un muelle de diafragma, una varilla que es empujada por medio de una leva que pivota sobre una canastilla de agujas. Durante la marcha del vehículo, el muelle de diafragma aprieta los discos “prensaembrague” o “conductores” contra ambas caras del disco de asbesto, haciendo que los tres discos se muevan en forma solidaria, y por consiguiente transmiten el movimiento al eje primario de cambios que se transmite por el estriado del eje. En esta posición se dice que el motor esta “embragado”. A diferencia cuando el piloto de la motocicleta aprieta la manigueta izquierda, hace accionar la leva por medio de un cable(guaya) que a su vez empuja la varilla ejerciendo presión sobre el muelle de diafragma. Al hacerlo, se anula por completo la presión que el muelle ejerce sobre los tres discos, de manera que el par que transmitía dicha unión desaparece. En este caso se dice que el motor esta “desembragado”. Entre las dos posiciones extremas esta también aquella en la cual el piloto no acciona la totalidad de la manigueta del embrague en cuyo caso se reduce en parte la presión del muelle y así mismo se reduce  el par transmitido. Esto último sucede en el momento de arranque del vehículo desde parada. Se dice entonces que el motor esta “semiembragado”.

Embrague multidisco en baño de aceite

Su funcionamiento difiere un poco al del anterior sobre todo porque  el sistema funciona en contacto directo con el lubricante. Siendo muy utilizado en motores de media y alta cilindrada. Presenta ventajas en cuanto a su compacidad y reducida inercia importantes para poder realizar cambios rápidos y a la vez

suaves ya que su diámetro exterior es bastante pequeño. Permite además incrementar el par a transmitir con tan solo agregar discos al embrague. Todo el conjunto del embrague va situado en eje primario de la caja de cambios

Sus elementos importantes son:

Campana o corona de embrague, formada por un piñón de gran tamaño que recibe el movimiento de otro piñón (piñón primario del cigüeñal) situado en el cigüeñal, y que hace las veces de transmisión primaria, y de una especie de  “araña” generalmente en aluminio resistentes al impacto provista de unas entalladuras que se denominan “almenas” de forma acanalada donde los discos de asbesto “descansan” gracias a unas protuberancia que tienen en su periferia con lo cual se hacen solidarios. La unión  del piñón y de la corona de aluminio se hace por medio de una serie de remaches que se ajustan fuertemente; en medio de estas dos piezas (el piñón y la corona) van un juego de bujes en caucho para absorber los impactos causados   cuando se transmite el movimiento del cigüeñal a la corona y a las vibraciones típicas del motor. En algunos casos como por ejemplo en  la Yamaha XT-500 la corona va provista de unos resortes que cumplen la misma función que los cauchos. Hay que aclarar que la corona aunque está montada sobre el eje primario de cambios no está engranada con él sino que gira libremente junto con el piñón primario del cigüeñal.

el manguito o cubo del embrague, situado en el centro de la corona del embrague y montado sobre el eje primario de la caja de cambios; es solidario con él a través de una tuerca de seguridad bien ajustada y  pinada para mayor seguridad y engrana con el eje por medio de las acanaladuras internas. En algunos casos el cubo está provisto también de unos cauchos amortiguadores que ayudan a que la transmisión del movimiento se realice de manera más suave como en el caso de los motores de embragues automáticos.

Se distinguen también unos discos metálicos conducidos que tienen unos dientes en su periferia interna y que se acoplan con el cubo de embrague que las respectivas protuberancias para que se acoplen a los discos conducidos de forma que giren solidariamente. Estos discos tienen sus dos caras distintas, una perfectamente plana y la otra con una concavidad y tallado especial para una buena fricción con los discos conductores de asbesto.

Discos conductores que son generalmente fabricados de asbesto o materiales como el corcho; Estos discos presentan en su parte externa unas aletas o dientes los cuales encajan perfectamente en las almenas de la corona del embrague para girar así solidariamente con ella cuando el motor se encuentra embragado. Estos discos presentan también en sus caras unas ranuras o espacios por donde el lubricante puede escurrir para evitar la cristalización de los discos por efecto de la fricción.

 Resortes de presión encargados de ejercer el ajuste necesario entre los discos conducidos y conductores estando el motor embragado. Cuando el motor se desembraga es decir el piloto acciona la manigueta los resortes dejan de oprimir los discos y estos se separan entre sí dejando de transmitir el par al eje de transmisión de la caja.

Tapa o plato fabricado generalmente en aluminio, se ajusta a los discos por la acción de los resortes en conjunto y se encarga de mantener oprimidos los discos o sueltos en caso de ser necesario. De esta presión depende que el sistema funcione correctamente o que patine y no transmita el par necesario. Esta

tapa por lo general se sujeta con los resortes por medio de pines  como el caso de la Suzuki TS o por medio de tornillos milimétricos como el caso de la Yamaha DT.

Hay varios mecanismos disponibles para accionar el plato y permitir el accionar del embrague, por ejemplo con varillas que van internas en el eje de transmisión de la caja me cambios, que se empujan por medio de una leva que es accionada por un cable o guaya situado en la manigueta izquierda. Esta leva empuja la varilla  liberando el plato de toda presión con los discos. Otro mecanismo es el de un pequeño eje situado directamente contra el plato y provisto de una cremallera que encaja en el plato jalándolo hacia fuera para liberar la presiona del plato contra los discos.

Una vez conocidos sus principales elementos es importante conocer su funcionamiento:

 El piñón de la corona del embrague recibe el movimiento de otro piñón situado en la punta de uno de los ejes del  cigüeñal haciendo las veces de reducción primaria. La corona por su parte mueve los discos de fricción gracias a las aletas o almenas que tiene la corona del embrague quienes a su vez transmiten el movimiento a los discos conducidos metálicos por la acción de los resortes que los mantienen presionados, estos mueven a su vez el manguito del embrague sujeto por la tuerca de ajuste que por ultimo transmite el movimiento al eje de transmisión de la caja poniendo en funcionamiento la transmisión.

Una vez que el piloto acciona la manigueta del embrague que por medio de un mecanismo como una guaya o hidráulico acciona una leva que libera el plato de toda presión con los discos encontrándose el motor desembragado, los discos entonces se mueven separadamente eliminado la transmisión de la potencia al eje de la caja. Aunque todo el sistema este en rotación no hay por lo tanto contacto físico suficiente de los discos por lo que el motor se encuentra embragado.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

La transmisiónLa transmisión en la motocicleta es de suma importancia para el movimiento y desplazamiento del vehículo. Es así que a través de la historia se han diseñado diversos mecanismos que, primero garanticen la potencia suficiente como para que la motocicleta circule así como para hacerla arrancar desde la parada. Se ve entonces la necesidad de emplear relaciones de transmisión distintas en función de las diversas necesidades así como la ayuda de un mecanismo que permita el cambio de las relaciones que se conoce con el nombre de “embrague”.

Empezaremos entonces recordando algunos conceptos necesarios para la comprensión del tema: el   par motor o esfuerzo de rotación es una medida del esfuerzo que realizan los gases en la relación de combustión, a través del pistón y biela sobre el cigüeñal, obligándolo a girar. A mayor cilindrada, más fuerte será la explosión y mayor el empuje de los mismos. Es decir el par motor refleja la calidad en cuanto a fuerza de una sola explosión del motor. A mayor número de explosiones, mayor cantidad de trabajo puede realizarse en determinado tiempo, por ejemplo un motor que gire a 4000 r.p.m estará en condiciones de realizar el doble de trabajo en la unidad de tiempo que si lo hiciera a 2000 r.p.m. otro concepto clave para el diseño de transmisiones es la potencia que  es el producto de dos factores: el par y régimen (r.p.m). Si el par representa la idea de calidad o fuerza de cada explosión, el régimen lo hace del esfuerzo realizado en un tiempo determinado. Ambos están relacionados por la siguiente relación: potencia = par x régimen. Además para que se produzca la deseada estabilidad en el desarrollo de la marcha, el motor debe funcionar a unas vueltas que estén comprendidas entre dos valores: por abajo, el del par máximo y por arriba el de potencia máxima.  Es así que mediante el conocimiento de estos y algunos otros datos los diseñadores llegan finalmente a determinar las características de la transmisión más adecuada, que suele componerse de transmisión primaria, embrague, cambio y transmisión secundaria. En síntesis se puede decir que la transmisión manda la potencia desde el cigüeñal hasta la rueda trasera. El embrague permite conectar o desconectar momentáneamente y a voluntad tal envío.

La transmisión primaria

La parte encargada de transmitir el movimiento del cigüeñal al embrague, recibe el nombre de transmisión primaria o reducción primaria. Empieza aquí la primera fase de reducción de velocidad de giro del eje al que transmite el movimiento respecto al cigüeñal. Para ello la idea es disponer de un piñón con un mayor número de dientes en el embrague con respecto al piñón del cigüeñal. Por lo general esta relación de transmisión entre el cigüeñal y el embrague es de 3:1 lo que significa que mientras el cigüeñal gira 3 vueltas el embrague lo hace una vez. Las formas en que se puede realizar la transmisión primaria son cadenas y engranajes. Para el primer caso los ejes del cigüeñal y del embrague giran en el mismo sentido, y en el segundo caso los ejes giran en sentido contrario, por lo tanto se hace necesario una construcción distinta del motor. También se  pueden instalar ejes intermedios de transmisión, pero no son muy frecuentes debido  a que aumentan el tamaño del motor, su número de piezas y las perdidas mecánicas.

Si la transmisión se realiza por cadena, esta puede situarse bien sea a un lado del cigüeñal en un motor monocilindrico o para reducir el ancho de los  motores de varios cilindros o también se puede situar entre las “pesas” o muñones del cigüeñal, sobretodo si el motor es muy ancho, como suele ocurrir con los motores en línea. Las cadenas empleadas para estos propósitos son las llamadas de “placas” formadas por numerosas placas remachadas, que aseguran una larga vida en buenas condiciones de engrase, como las que se dan dentro del motor. Actualmente lo normal es utilizar la transmisión por engranajes lo que reduce al máximo el mantenimiento y reduce el tamaño del motor. En este caso el piñón del cigüeñal se conecta directamente con el piñón de la campana del embrague. El dentado de estos piñones suele ser variable aunque se manejan ahora engranajes con dientes rectos. En algunas ocasiones se utilizan dientes helicoidales que permiten la transferencia de potencia sea mayor con la misma anchura del piñón, pero las fuerzas axiales provocan desajuste y demasiado ruido lo que ha provocado su desuso. Para este caso es común que se utilicen sistemas de amortiguadores para reducir el desgaste y ruido.

El embrague

Este mecanismo es el encargado de conectar o desconectar la transmisión del movimiento desde el motor a la rueda, a voluntad del conductor de la motocicleta. El desacople tiene lugar cuando se acciona el embrague y es necesario cuando se quiere proporcionar un arranque suave y progresivo de la motocicleta de tal forma que evite sacudidas y brincos, así mismo es útil cuando en el movimiento de la moto permite el cambio de marchas a través de los piñones en el interior de la caja, de tal manera que la transmisión se realice rápida y de manera suave deteniendo momentáneamente la caja de velocidades. El embrague suele estar situado entre la transmisión primaria y el eje primario de la caja de cambios. Se pueden clasificar en dos grupos: los mecánicos y los automáticos y también se pueden clasificar según su constitución como por ejemplo los de fricción que suelen ser los monódicos, multidiscos y de zapatas; según el medio en que funcionan pueden ser en seco o en baño de aceite; por el tipo de accionamiento: por cable o hidráulicos. Aparte de esto se pueden distinguir por la naturaleza del material de fricción como los cerámicos, metálicos, de corcho etc.

Embragues de fricción

Iniciaremos el estudio del embrague de un solo disco, ya que es el más fácil de analizar, considerando  los factores que influyen en el valor del par máximo que es capaz de transmitirLa figura muestra un embrague de tipo monodisco cuyas dimensiones dadas por r1 y r2  corresponden a los radios mayor y menor respectivamente. Si la presión (F/A fuerza por unidad de área) ejercida sobre el disco se multiplica por la superficie total del disco y por ambas “caras” obtenemos: F=P x A x 2 que sería la fuerza ejercida por el disco. Esta fuerza se transforma en fuerza de rozamiento al multiplicar ambos términos de la ecuación por el coeficiente de rozamiento μ (letra griega MU) que no es más que un número que identifica el rozamiento entre dos superficies: Fr=Fx μ=PxAx2 x μ.

Para saber que par o esfuerzo de giro significa este valor de fuerza de rozamiento habría que realizare operaciones del cálculo matemático, pero si se supone que el radio menor es inferior a 7/10 del radio mayor se puede considerar que la fuerza se concentra en un radio “medio” rm que es la media aritmética de los radios mayor y menor. Por lo tanto el embrague podría transmitir un par equivalente a:

Par=2 x Ax P x μ xrmAquí se aprecia que el par máximo depende de la superficie (área) de fricción de contacto. Es por esto que en el caso de un sistema de embrague monodisco es necesario utilizar un disco demasiado grande. Este es el caso de los motores con cigüeñal situado longitudinalmente en los que el embrague ocupa el ancho del motor. Una manera de solucionar esto es aumentar el número de discos de tal manera que se multiplica la superficie total. Este es el caso de los embragues multidiscos, que suelen adoptar las motos con motor transversal. Es importante anotar también que la presión ejercida por los resortes o mecanismo de cierre es proporcional al par. El problema de aumentar esta presión en los muelles es que el accionar del embrague se hace muy dificultoso. Además también influye el valor del coeficiente de rozamiento del material de los discos y separadores.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

El escape en un Motor de 2T dos tiempos

Hemos visto hasta ahora como es el funcionamiento básico de los diversos tubos de escape en un motor de dos tiempos. Pues bien existen también unos elementos muy importantes en todo este sistema de escape que son los silenciadores, encargados básicamente de evitar que el ruido excesivo salga hacia el exterior. Este ruido molesto proviene de toda la energía desprendida en la combustión de la mezcla que produce múltiples ondas de diversas frecuencias, algunas de las cuales se encuentran dentro del rango de la sensibilidad del oído humano, es decir entre los 20 y 20.000 Hz. sobrepasando a veces una intensidad de 100 db (decibeles) provocando contaminación por ruido, siendo este un factor que contribuye a enfermedades tales como la presión arterial alta, ansiedad, nerviosismo etc.

Los silenciadores pueden ser de varios tipos, su diseño se ve limitado por el poco espacio que hay en una motocicleta, por ello el volumen ocupado por estos aparatos es reducido.

Los silenciadores más sencillos y utilizados hoy día tanto por su bajo costo como por su sencillez en la fabricación, poca pérdida de potencia y buenas características de absorción de ruido son los llamados de absorción compuestos por un tubo agujereado alrededor del cual se sitúa un cilindro de fibra de vidrio, que se encarga de absorber las ondas, reduciendo el nivel sonoro. Las características varían dependiendo de la fibra, la longitud, el diámetro del tubo etc. sin embargo con la llegada de leyes más restrictivas, se han impuesto otros sistemas como los “tabicados” que forman unas paredes en el tubo con pequeñas salidas que obligan a los gases a frenar y salir por estrechos agujeros. Son muy eficaces, pero restan potencia al entorpecer la salida de los gases. Otros son los resonadores que están formados por tubos agujereados, en los cuales las ondas salen, pero luego no consiguen volver a entrar. Finalmente los llamados de cámaras de expansión formados por ensanchamientos bruscos de la sección del tubo. Algunos silenciadores no disponen de materiales que requieren mantenimiento, por lo que su duración es ilimitada siendo estos los más utilizados en la actualidad, aunque lo mejor sería que un silenciador dispusiera de de todos los tipos antes comentados, ya que cada uno de ellos son eficaces en cierto rango de frecuencia, de modo que la composición de todos proporciona una reducción más elevada de ruido.

Los tubos de escape generalmente están diseñados en acero inoxidable y los silenciadores en aluminio, algunos recubiertos de fibras especiales como el caso del carbono pues deben soportar altas temperaturas cerca de los 400ºc, así como soportar la corrosión interna debido a la condensación de agua a temperaturas de funcionamiento bajas, y a la importante labor de ataque de los gases de escape.

Escape en un motor de dos tiempos

Ya se ha visto que un motor de dos tiempos tiene algunas imperfecciones importantes en su funcionamiento debido al escaso control con que se cuenta en los momentos del ingreso de la mezcla al cilindro, lo mismo que al momento de la salida de los gases quemados al tubo de escape. Esto trae consecuencias como la pérdida de potencia que durante muchos años no tuvo ninguna solución a pesar de que su funcionamiento dispone de dos explosiones comparadas con una de un motor de cuatro tiempos y de menor desgate mecánico al no tener que accionar válvulas ni bombas de aceite etc. su rendimiento era mucho menor que los motores de válvulas. Esta situación cambio con el descubrimiento de los fenómenos ondulatorios que acompañan  a los gases en su salida por el tubo de escape.

El problema básico en los motores de dos tiempos era generado por la distribución simétrica de los cilindros. La admisión y el escape ocupan un periodo centrado en el P.M.I (punto muerto inferior), debido a la situación de las lumbreras, y el escape era siempre mayor.

Siguiendo el proceso de admisión de gases al interior del cilindro notamos que hay dos momentos en los cuales el trasvase de la mezcla se efectúa de una manera poco eficaz. El primero es cuando el pistón se encuentra cerca del P.M.I en ese instante su velocidad se reduce casi a cero pues se está preparando para el ascenso, y, por este motivo los gases comprimidos en el cárter sufren una disminución en su tendencia a subir al cilindro. La admisión queda poco detenida (ralentizada) siendo eficaz solo en el proceso de bajada del pistón. Cuando el pistón comienza su ascenso se crea una depresión en el cárter que hace que

los gases situados en las lumbreras de admisión tiendan a volver hacia él (cárter). En este momento es cuando se hace necesario crear una importante depresión en el cilindro de tal forma que los gases siguieran su rumbo ascendente hacia la cámara de combustión, al tiempo que facilitase la extracción de los gases ya quemados quienes también se han ralentizado por la disminución de la velocidad de bajada del pistón.

Otro momento crítico se presenta cuando las lumbreras de carga son cerradas por el pistón, en este momento, el cilindro se encuentra lleno hasta el tope de gas fresco, pero la lumbrera de escape aun permanece abierta un cierto periodo de tiempo, de modo que la carrera ascendente del pistón hace salir hacia el tubo de escape parte de la Mezcla fresca introducida previamente. Por lo tanto sería necesario crear una onda de presión que evitase la salida de estos gases. Como vimos anteriormente, se pueden crear ondas a voluntad en el interior del tubo de escape, variando los finales parciales y totales. Para crear una onda de presión, se debe interponer en el tubo un final cerrado. Este se puede construir   bien sea cerrando el tubo, o bien sea realizando un estrechamiento en el. La primera solución no es posible ya que el gas debe de poder salir al exterior, así que la segunda opción es la correcta. Al hacer un estrechamiento, la onda de presión que acompaña a los gases en su salida rebotará parcialmente, creando una nueva onda que se dirigirá hacia el cilindro. Por su parte la onda de depresión se crea de manera análoga en vez de que con un ensanchamiento. Según avance la onda de presión inicial se creara una de depresión al avanzar por el ensanchamiento que se dirigirá al cilindro.

En términos generales la idea es que inicialmente se debe crear una onda de depresión de modo que los gases quemados  salgan del cilindro, al tiempo que  se favorece la admisión  desde el cárter al cilindro. Esta onda debe llegar al cilindro en un periodo cercano al P.M.I que es donde se hace necesaria. Por su parte la onda de presión debe impedir la salida de gas fresco del cilindro cuando se cierren las lumbreras y no haya más entrada de gas en el.

 Para que estos fenómenos tengan lugar, es necesario construir un tubo de escape con una forma especial. Este tubo debe tener una salida inicial que coincida primero con el tamaño de la lumbrera de escape y pronto comience a ensancharse para crear la onda de depresión. Este ensanchamiento suele ser largo y poco pronunciado, de manera que la onda que se crea sea de una intensidad más o menos continua y tenga una duración prolongada. Habitualmente, el periodo de actuación de la onda se centra en el P.M.I y posteriormente el tubo que ha adquirido un diámetro bastante mayor y tiene un brusco estrechamiento que es el causante de crear la onda de presión que tapa el cilindro en el periodo que va desde algo antes   a que se cierren las lumbreras de admisión hasta que lo hace la lumbrera de escape. Posteriormente, el escape no sufre ninguna otra modificación y se mantiene con una sección uniforme hasta su salida.

Esta sección suele tener un diámetro bastante pequeño con dos fines:

1. Permitir prolongar lo máximo posible el periodo de creación de la onda de presión, que debe ser bastante violenta y contundente.2. Aumentar la velocidad de salida de los gases que se habían ralentizado bastante en la zona ancha del tubo.Hay que tener en cuenta que  la velocidad de paso de los gases por el tubo de escape depende de la sección, cuanto más estrecha es, más rápido circulan los gases, ocurriendo lo contrario cuando la sección es mayor.Cada zona del tubo de escape de los motores de dos tiempos recibe un nombre especial: al primer ensanchamiento se  le llama “cono” a la sección rectilínea posterior se le llama “panza” mientras que el estrechamiento se le conoce como contracono.Las medidas del tubo de escape dependen del tipo de motor y del comportamiento que se espere de él. La acción del tubo de escape en el motor de dos tiempos es tan importante, que un mismo motor, sin más modificación que el tubo de escape, puede variar de manera trascendental su rendimiento.Las medidas de un tubo diseñado para un motor que trabaje a bajas revoluciones deben ser tales que las ondas recorran el escape en un tiempo prolongado, y que su tiempo de actuación sea largo. De este modo, aunque el pistón circule a bajas revoluciones, los periodos de depresión y presión estarán acordes con el régimen. Esto obliga a crear tubos largos con conos y contraconos con poco ángulo de apertura.En el caso de motores a altas revoluciones, el caso es contrario, las ondas deben ser cortas pero contundentes y deben llegar rápidamente, lo que obliga a tubos de escape cortos, con conos y “contraconos” de mayor ángulo y “panzas” muy cortas.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

El escape en un Motor de 4T cuatro tiempos

Iniciaremos con el estudio de los tubos de escape en los motores de cuatro tiempos donde los gases salen por la válvula de escape a una alta temperatura así como de una gran energía cinética, que en ocasiones se ha querido aprovechar mediante la interposición de turbo compresores, pero estos elementos han tenido corta vida en las motocicletas.

Historia

En épocas anteriores los tubos de escape eran diseñados de tal forma que evitaran quemaduras tanto al piloto como al pasajero debido principalmente a las altas temperaturas de los gases generados en la combustión, cabe recordar que un gas cuando se comprime, no solo aumenta su presión sino también su temperatura y si a eso le añadimos la explosión ocasionada por la chispa en la bujía tenemos un gas con temperatura bastante elevada. Posteriormente los tubos se comenzaron a silenciar, ya que además de las altas temperaturas  los gases también poseen cierta vibración que en parte es sonora.

En los últimos años se ha querido aprovechar las ondas que producen estos gases en beneficio del rendimiento del motor, ajustando el tamaño, la longitud, y las uniones de los diferentes tubos de modo que ayuden a un mejor llenado del cilindro en la siguiente fase de admisión.

Los tubos de escape en los motores de cuatro tiempos han sido durante muchos años independientes más o menos hasta la década de los ochenta. Cada cilindro disponía de un tubo, lo que, en el caso de los motores de cuatro y hasta seis cilindros, representaba un serio problema, no solo de ubicación, sino también de peso. Básicamente cada tubo de escape operaba sobre el cilindro correspondiente, estando diseñado de acuerdo a las características del motor.

Funcionamiento

Para comprender mejor el proceso de extracción de los gases quemados estudiaremos este proceso desde que el gas sale de la válvula de escape, así podremos entender el porque de las diferentes formas de los tubos.

Se inicia el proceso de expulsión cuando la válvula de escape se abre  formando una onda de presión.

La válvula se cierra y la onda se transforma en  onda de depresión.

Cuando se abre la válvula de escape, los gases que se encuentran en la cámara de combustión, salen por ella a una gran velocidad, debido principalmente a la alta presión interior. La velocidad de salida varía dependiendo de algunos factores, como por ejemplo la temperatura y la anchura del tubo.

Junto con los gases se produce también una onda de choque, que viaja junto con los gases.

Una onda que circula por el interior del tubo sufre una serie de cambios hasta cuando llega a su final. Si el tubo termina en un final cerrado, la onda rebota en él y solo cambia de dirección volviendo a su lugar de origen, algo similar ocurre cuando una ola golpea un muro y rebota entonces la onda de la ola vuelve en dirección contraria. Si el final del tubo está abierto, lo que ocurre entonces es que la onda cambia de forma, si era una onda de presión, se convierte en una onda de depresión, y si era una onda de depresión se transforma en una onda de presión. La dirección continúa siendo contraria a la que tenía antes de llegar al final del tubo.

Estas propiedades son aprovechadas para mejorar la extracción de los gases residuales de la cámara de combustión, ya que si en el momento en que la válvula de escape se abre hay una onda que favorece el paso de los gases a través del  tubo entonces la fase de escape será mucho más efectiva y habrá menos posibilidades de que haya gas quemado que se quede en el interior del cilindro cuando la válvula se cierre de nuevo provocando un mal rendimiento de la máquina. En bajas revoluciones del motor no hay problema con la extracción de los gases, pero si en altas revoluciones cuando hay muy poco tiempo para que se realice el proceso. Por ejemplo en una moto a un régimen de 10.000 r.p.m solo existen 4 milésimas de segundo desde que la válvula de escape se abre hasta que se vuelve a cerrar, así mismo en un motor a 2500 r.p.m puede haber 10 milésimas de segundo para la extracción de los gases.

La onda de depresión rebota y cambia de direcciónEl final abierto del tubo convierte la onda de depresión en una de presión.

Ejemplo

Para ejemplarizar el funcionamiento de este proceso supongamos que contamos con un tubo de escape para un solo cilindro, este tubo debe encargarse de modificar las ondas de manera que ayuden a la extracción de los gases. Este tubo cuenta con un final abierto donde los gases saldrán al exterior, y también existe un extremo cerrado donde el tubo se une conectado a la salida en la culata   donde la válvula de escape está cerrada.

 En el proceso de escape la válvula está abierta creando una onda de presión que viaja a lo largo del tubo hacia el exterior. Cuando llega a la salida, se encuentra con un final abierto, de modo que regresa de nuevo hacia el motor transformada en una onda de depresión. Al llegar a la válvula que ya se ha cerrado, rebota como una onda de depresión y avanza de nuevo hacia la salida, para volver de nuevo retrocediendo cuando llega al final, convertida esta vez en onda de presión. Al llegar a la válvula rebota de nuevo, de tal modo que tiene las mismas características que cuando se creó. En este momento se abre la válvula de escape para dar salida a los nuevos gases quemados siendo ayudados esta vez por la onda de presión que va abriendo camino a través del tubo. Además aquí sucede un fenómeno físico en el cual   se superponen dos ondas; la inicial y la que provenía del ciclo anterior, de modo que con varios ciclos, el proceso va aumentando la intensidad. Estas dos ondas se suman generando una onda de mayor amplitud entrando el sistema  en resonancia aumentando el rendimiento.

Cabe recordar que la resonancia es el resultado de una onda a la que un agente externo en este caso otra onda proporciona la energía necesaria para compensar la energía que se pierde por diferentes factores como por ejemplo la fricción. La frecuencia de oscilación de las dos ondas se aproximan a un mismo valor  y la amplitud resultante va en crecimiento generando la resonancia.

Las ondas viajan siempre a una velocidad que es más o menos constante, cuando llegan a la válvula de escape lo hacen siempre al mismo tiempo y el proceso así es óptimo en un régimen del motor (r.p.m.) concreto en el cual el tiempo entre dos aperturas de la válvula de escape sea siempre el mismo para cuatro viajes de la onda, para que esto sea ideal, se  debe ajustar la longitud del tubo de escape. Si el régimen (r.p.m) es menor, la onda llega demasiado pronto, y si es mayor, la onda llega demasiado tarde.

En estas condiciones las ondas tienen un comportamiento demasiado brusco, que se puede evitar bien sea ensanchando o realizando estrechamientos en el tubo. Para el primer caso, el tubo actúa como un final cerrado parcial, es decir se crea la onda correspondiente al final completo pero no con la totalidad de la onda. Se aumenta el periodo de actuación y se reduce la intensidad del proceso. Esto se aprovecha para ofrecer al motor un mayor periodo en el que se beneficie, denominándose este tubo de escape “megáfono”, por tener un final que aumenta poco a poco de sección, como si se tratara de un altavoz primitivo modulando las ondas y actuando de una manera más suave y en un régimen más amplio.

En las motos actuales de varios cilindros, se utilizan colectores separados, compartiendo varios de los cilindros una salida común. El peso que supone contar con tres o cuatro tubos de metal, el espacio que ocupan, e incluso el precio de la construcción, han llevado a emplear este método. Además la unión de los tubos de los diferentes cilindros puede también ayudar en las tareas de extracción, sirviendo no solo en el cilindro que crea la onda, sino también en el resto. Las uniones de los tubos actúan como si fueran finales abiertos parciales en el tubo por donde circulaba la onda inicialmente, mientras que en los demás la onda inicial recorre el tubo, tomando como origen el punto de unión.

En términos generales se puede ver que las uniones de los tubos y el diseño de su longitud favorecen la fase de escape de los motores de cuatro tiempos, aunque solo actúan completamente para ciertos regímenes concretos. Aun contando con varias uniones en diferentes fases, las ondas tienen unos regimenes concretos en los que realmente actúan favorablemente, mientras que en el resto su actuación, no es tan notable. Algunas marcas han diseñado unos sistemas llamados EXUP (Exhaust Ultimate Power System) para mejorar el rendimiento de los tubos ampliando su régimen de actuación. Próximo artículo: LOS SILENCIADORES

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

Circuito de marcha lenta

También conocido como circuito auxiliar, de ralentí o circuito de mínima y tiene por objeto conseguir una mezcla adecuada exclusivamente para mantener el motor en marcha  a la menor revolución posible para que pueda mantenerse funcionando mientras la motocicleta está parada.

En estas condiciones el motor exige una mezcla rica que en condiciones de marcha normal regulada por la cortina no sería posible satisfacer. Es así que los carburadores vienen dotados de un sistema especial para cumplir con este objetivo.

Como puede observarse el carburador  dispone de una boquilla localizada en la cuba o vaso  donde se rosca el chicler de mínima o surtidor por el que penetra  la gasolina regulándose al paso de la boquilla. Un orificio en la parte trasera del carburador permite la entrada de aire y a través de un conducto lo pasa a emulsionar provocando la salida de la gasolina de la boquilla y extrayéndola por un orificio en la parte delantera del carburador. Es de anotar que la entrada de aire se realiza a un nivel extraordinariamente pequeño por debajo de la cortina, la cual se encuentra en su posición de reposo, es decir lo más bajo posible. Sin embargo el carburador está provisto de un tornillo regulador de la cortina disponiéndose en una dirección perpendicular al recorrido de la cortina y provisto de una punta cónica que impide a la cortina cerrarse completamente dejando el paso del aire necesario para el funcionamiento del circuito de marcha lenta. El último elemento de dicho circuito es el tornillo con la punta afilada y un resorte que le   mantiene en el lugar indicado llamado tornillo de regulación de baja y si se intercala en el circuito antes del pulverizador, regulará la riqueza de la mezcla en baja. En alguna ocasiones el tornillo está provisto de una junta tórica o arandela de caucho que impide la entrada de aire. Con este tornillo, se adecua la carburación en baja al caso particular de cada motor, que no ha de ser necesariamente igual que el de otro exacto a este, pero con su uso y unas condiciones de trabajo distintas. El punto de partida para su

regulación ha de ser fijado por el fabricante, que lo expresará en las especificaciones de la motocicleta, haciendo referencia al número de vueltas que se ha de aflojar el tornillo de baja desde su posición de cerrado.

Estos son en términos generales los principales dispositivos de los que se compone un carburador, cabe mencionar por último algunos aspectos importantes a la hora de desmontar, repara y montar un carburador.

Antes de empezar a desmontar un carburador hay que tener la precaución de cerrar los grifos de paso de gasolina, para que esta no se derrame.

Se pueden verificar algunos elementos del carburador sin necesidad de desmontarlo, como por ejemplo el estado de la cortina, la aguja, el nivel de gasolina, etc.En general todos los elementos del carburador se pueden limpiar utilizando aire a presión, con el fin de no variar su calibrado.

En el desarmado del carburador hay que tener especial cuidado con aflojar los tornillos de sincronización, se recomienda anotar el número de vueltas que es necesario dar al tornillo para su extracción, pues con esto se facilita la localización del punto de sincronización a la hora del montaje.Finalmente regular muy bien la marcha lenta, y para ello recordemos que hay que asegurar muy bien los tornillos de regulación de la cortina y el del aire de mínima. Esta puesta a punto debe hacerse con el motor en marcha y caliente.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

Circuito de arranque en frio

Como ya se mencionó anteriormente, en la carburación la dosificación de la mezcla no es la misma para todas las condiciones de trabajo del motor. Es necesario muchas veces una mezcla enriquecida en gasolina para ciertos casos como por ejemplo en arranque en frió del motor o para las aceleraciones cuando se desea la máxima potencia del motor. Así mismo es necesario mezclas pobres cuando por ejemplo se reduce la velocidad para frenar, para marchas lentas o cuando sencillamente se busca un consumo reducido de combustible. Para la solución de cada una de estas situaciones el carburador viene provisto de unos sistemas auxiliares específicamente diseñados para cada situación.

El circuito de arranque en frío o de estárter consistía hasta hace poco en una portezuela localizada en la parte posterior del carburador obturando la tobera de admisión impidiendo la entrada de aire, consiguiendo así una mezcla rica la cual producía la puesta en marcha del motor. En la mayoría de los carburadores modernos se obtienen mejores resultados si se busca mas bien aumentar la riqueza de la mezcla en virtud de aportar mayor cantidad de gasolina en vez de reducir el paso del aire, siendo este el

sistema más utilizado hoy día.

En las imágenes se puede apreciar el funcionamiento de este circuito en un carburador.

Conjunto de cortina y aguja  

Cuando el motor esta frió y se trata de arrancar, el conductor debe accionar la perilla del dispositivo (choque) y ponerla en la posición de la figura, en otros casos, se puede accionar el sistema desde el manubrio u otros sitios de la motocicleta (carenaje, chasis, tablero, etc)  esto se realiza mediante una guaya que permite graduar la apertura del émbolo. Una vez accionada deja abierto el paso que esta en contacto directo con la gasolina de la cuba (vaso del carburador). Por un orificio que atraviesa el cuerpo del carburador y proviene de la entrada del mismo penetra aire en este circuito interior, el cual hace ascender la gasolina pulverizándola por un orificio que se sitúa pasando la válvula corredera (cortina). Esta mezcla resulta mas apropiada por su riqueza para la puesta en marcha en frío.

En pequeños motores y  la mayoría de motos urbanas es frecuente el uso de choques automáticos que actúan siempre que el motor esta frío, y lo desconectan un tiempo después, regulándose por medio de la medición de la temperatura o de un tiempo concreto por medio de un electroimán que, al dar el contacto, recibe corriente y desplaza el embolo de accionamiento como lo hace, en su caso, el cable o la palanca. Cuando ha transcurrido unos minutos, o la temperatura ha aumentado  lo suficiente, el electroimán deja de recibir corriente y se desactiva.

Chicler de alta, Punzón, chicler de minima Otro sistema auxiliar es la bomba de aceleración. Esta suele incorporarse en motores en los que se emplea toda la escala de cuentarrevoluciones. Su misión es aumentar la riqueza de la mezcla en los momentos en que se solicita del motor una aceleración que, de no ser por este enriquecimiento adicional, no seria posible. Si no se añadiera mayor cantidad de gasolina de la habitual, la mayor inercia del combustible respecto al aire causada por su mayor peso, provocaría que llegara aire a la cámara de explosión sin la suficiente concentración de combustible, lo que resulta contraproducente en un momento en el que la combustión alcance todo su rendimiento, y, por tanto que no se desperdicie nada de oxigeno del aire aspirado. Este sistema se distingue

por el modo de funcionamiento. En este caso, no hay toma previa e aire, ni un surtidor que calibre el paso desde la cuba (vaso) ni una depresión que haga salir la gasolina, sino un simple mecanismo que impulsa la gasolina como lo haría una jeringa. Mediante un sistema que actúa al girar el mando del acelerador, la bomba envía una pequeña cantidad de gasolina al flujo de aire aspirado por medio de un resorte de accionamiento flexible. esta misma pieza obliga a que la bomba vuelva a la posición de reposo cuando el acelerador retrocede, de manera que la bomba se carga de nuevo de gasolina, y queda lista para actuar otra vez., esto ocurrirá mientras el acelerador no se accione con rapidez.

Conjunto de cortina y aguja Es de aclarar que en la gran mayoría de los caso no es conveniente, durante la puesta en marcha en frío ayudarse con el mando del acelerador abriendo y cerrando la cortina al mismo tiempo que se halla el circuito de arranque accionado (choque), ya que en vez de ayudar al arranque lo que hace es dificultar la puesta en marcha del motor.

Una vez el motor arranca es conveniente dejarlo calentar un poco y levantar la palanca del choque en la posición de cerrado taponando la entrada del circuito con lo que queda del todo inactivo.

En la próxima entrega veremos el circuito de marcha lenta.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

Circuitos en un carburadorCircuito de marcha normal

Conocido también como circuito principal, contiene los elementos de mayor importancia para el funcionamiento del motor, ya que son los que, durante más horas han de suministrarle la mezcla correctamente preparada. Estos elementos son:

cortina

Cuando el motor esta frió y se trata de arrancar, el conductor debe accionar la perilla del dispositivo (choque) y ponerla en la posición de la figura, en otros casos, se puede accionar el sistema desde el manubrio u otros sitios de la motocicleta (carenaje, chasis, tablero, etc)  esto se realiza mediante una guaya que permite graduar la apertura del émbolo. Una vez accionada deja abierto el paso que esta en contacto directo con la gasolina de la cuba (vaso del carburador). Por un orificio que atraviesa el cuerpo del carburador y proviene de la entrada del mismo penetra aire en este circuito interior, el cual hace ascender la gasolina pulverizándola por un orificio que se sitúa pasando la válvula corredera (cortina). Esta mezcla resulta mas apropiada por su riqueza para la puesta en marcha en frío.

En pequeños motores y  la mayoría de motos urbanas es frecuente el uso de choques automáticos que

actúan siempre que el motor esta frío, y lo desconectan un tiempo después, regulándose por medio de la medición de la temperatura o de un tiempo concreto por medio de un electroimán que, al dar el contacto, recibe corriente y desplaza el embolo de accionamiento como lo hace, en su caso, el cable o la palanca. Cuando ha transcurrido unos minutos, o la temperatura ha aumentado  lo suficiente, el electroimán deja de recibir corriente y se desactiva.

cortina

La válvula corredera o cortina:Este dispositivo lo adoptan muchos carburadores de motocicletas para producir la aceleración en virtud de dar más o menos mezcla al motor. Esta cortina está directamente conectada al acelerador en el manubrio llamado también empuñadura de gas, de manera que al girar el puño lo que se hace es levantar la cortina para así dar más paso de aire a través del carburador.

Si se observa de perfil una cortina, se distingue con facilidad un bisel en su parte inferior y más alejada del motor. Este bisel se encarga de orientar el paso del aire hacia el extremo superior de la boquilla, así como de acelerarlo más o menos. Una mayor o menor inclinación del bisel (y otro tanto para la longitud), produce mayor o menor velocidad y también influye en la dirección del flujo de aire.

En consecuencia, uno inadecuado produce mezclas mal dosificadas. Nos podemos dar cuenta de que un bisel bajo, o corto, orienta mayor cantidad de aire sobre la boquilla por la que se succiona la gasolina de modo que hace salir mayor cantidad de esta con respecto a la que hace salir un bisel alto. La primera enriquece la mezcla en el punto determinado de la carrera de la válvula corredera, y en el segundo caso la empobrece. En todos los casos los carburadores salen de fábrica con cortinas perfectamente adecuadas para el motor en concreto, de modo que no hay que pensar en este defecto si el carburador no ha sido nunca manipulado.

La aguja:

La aguja:

Este elemento del carburador se sitúa atravesando la cortina y quedando sujeta en ella por medio de un clip de manera que su punta sobresale de la cortina. Esta punta es la que se introduce en la boquilla del cuerpo del carburador y, dado que es cónica, deja salir mayor o menor cantidad de gasolina según la cortina este más o menos levantada.

Es de vital importancia observar las diferentes ranuras que trae la aguja en su parte superior (cabeza), pues en ellas el mecánico tiene la opción de colocar el clip en la ranura adecuada variando con ello la posición de la aguja según sea la necesidad de mayor o menor alimentación para el funcionamiento del motor y conseguir mezclas adecuadas en diferentes climas o en cambios bruscos de temperatura. Una aguja cónica adecuada se puede distinguir porque en un clima medio, con temperaturas entre los 16 a 21 grados centígrados, se halla suspendida en la ranura central.

De este modo permite ser levantada en temperaturas inferiores y bajada cuando la temperatura supera los 21 grados. Pero, ¿cómo saber que una aguja se halla en la ranura adecuada? La mejor forma de comprobarlo es probando la máquina en carretera, y observando el comportamiento de esta durante diferentes aberturas del acelerador. Si se observan explosiones en el carburador, muy posiblemente se trate de una mezcla pobre y convendrá, por lo tanto, subir la aguja colocando el clip en las ranuras mas inferiores. Si, por el contrario hay salida de humo negro por el escape, es señal de una mezcla rica y, por lo tanto habrá que bajar la aguja colocando el clip un poco más arriba de la ranura en que esta. Puede ocurrir que a pesar de bajar o subir la aguja no mejora el comportamiento de la máquina, entonces el defecto ya no está en las ranuras sino muy probablemente en la propia aguja cuya conicidad es inadecuada bien puede ser por desgaste normal, por lo cual se procederá a reemplazarla por otra de mayor o menor conicidad según el defecto observado. La regla a seguir es la siguiente: a mayor conicidad, mezcla más rica y, consecuentemente, a menor conicidad mezcla más pobre. Es decir cuando al observar la bujía vemos en ella una muestra de que la mezcla es muy pobre por el color de la porcelana, podemos levantar una ranura a la aguja para conseguir aumentar ligeramente la riqueza de la mezcla y obtener así mejores aceleraciones y rendimiento del motor.

Surtidor principal o chiqler de alta:La gasolina que necesariamente sube por la boquilla proveniente del vaso del carburador necesariamente tiene que pasar por esta pieza que se encuentra enroscada en la parte baja de la boquilla y está provista de un orificio cuyo diámetro es extraordinariamente preciso La elección del chiqler adecuado es vital para que el motor no consuma mezclas ricas ni pobres. La manera más sencilla para conocer el tipo de surtidor adecuado es probar la motocicleta en carretera a toda marcha. Otra forma sería disponer de un banco de pruebas para comprobar el funcionamiento de la moto, pero es un equipo costoso para un taller normal de motos.

Una vez que la máquina tiene suficiente velocidad, se reduce un poco el acelerador y si se nota que la velocidad tiende a aumentar es clara señal de que el surtidor resulta un poco pequeño y hay necesidad de cambiarlo por uno de un número mayor.

En los motores de dos tiempos es conveniente que la mezcla sea preferentemente rica ya que el aceite va mezclado con la gasolina y el engrase se produce a través de esta. Las mezclas pobres originan recalentamiento y desgaste en las piezas del motor aun cuando los lubricantes son cada vez superiores en sus componentes. Es conveniente que en todas las regulaciones del motor de dos tiempos tener preferencias por velocidades de marcha lenta relativamente elevadas, y por las mezclas ricas, por consiguiente elegir surtidores principales de gasolina generosos, aunque implique un mayor consumo de combustible.

El circuito emulsionador:Consiste en un conducto que va desde la entrada posterior del carburador hasta la boquilla de salida de la gasolina. Este conducto es una entrada adicional de aire que tiene por objeto mejorar la pulverización de la gasolina y facilitar el paso del circuito de marcha lenta al de marcha normal. su importancia es fundamental sobre todo cuando la cortina esta en la parte mas baja ya que resulta más sensible a la depresión que se origina en el carburador cuando el motor succiona aire, y esta depresión es tanto mayor cuanto mas cerrada esta la cortina.

Por: Ing. Edgar del Río Quimbayo

El carburador

Este importante dispositivo es le encargado de alimentar el motor con la mezcla aire-gasolina necesaria para funcionar. El carburador dosifica la gasolina y la pulveriza en el aire que el motor aspira. Si la mezcla no incorpora suficiente gasolina (mezcla demasiado pobre) o su cantidad es excesiva (mezcla demasiado rica) el motor no funcionara debidamente.

Es preciso también que en la fase de arranque con el motor frío, la mezcla contenga una mayor proporción de vapor de gasolina. La proporción entre el aire atmosférico y la gasolina para que la reacción pueda realizarse de modo completo sin que sobre ninguno de sus componentes, es de aproximadamente 14.9 Kg de aire por 1 Kg de combustible. Esta mezcla se denomina “estequiometrica” y relaciona las masas mas no los volúmenes. Sin embargo es posible trabajar con mezclas cuya proporción sea mayor o menor que esta y se denominan mezclas ricas o pobres dependiendo de que tenga más o menos gasolina de la necesaria.

Las mezclas pobres se caracterizan por tener menor proporción de gasolina en la mezcla, es decir que por cada Kg. de combustible hay mas de 15 Kg . de aire atmosférico. Las mezclas pobres tienen sus ventajas, pero también importantes desventajas. Una mezcla pobre contamina menos, ya que, al haber menos gasolina y ser la proporción de aire mayor, hay mas oxigeno para recombinarse, y la gasolina reacciona casi por completo. Sin embargo, se produce una mayor temperatura, que aumenta la del motor, y puede llegar a facilitar la detonación, por la creación de puntos calientes. Por otro lado la mezcla rica supone un despilfarro de combustible (mas costos), aumenta la contaminación al reaccionar solo parcialmente la gasolina por la falta de oxigeno, y se crea CO, que es un producto derivado de una combustión parcial de hidrocarburo.

La ventaja de las mezclas ricas es que disminuyen la temperatura del motor, Sin embargo su mayor

contaminación y el mayor consumo hacen que esta mezcla sea poco aceptable. También se presenta una dificultad en los casos en que se requiera de una repentina aceleración, y es que los dos elementos que forman la mezcla se ven sometidos a inercias, y además, por ser de distinta naturaleza, estas inercias son mayores para la gasolina que para el aire, esto significa que muy seguramente en caso de aceleraciones bruscas lo que primero llega a la cámara de combustión sea aire casi puro, empobreciendo la mezcla justo en el momento de la explosión.

Todo esto lleva a la necesidad de resolver los distintos problemas que se presentan al tratar de disponer de distintas cantidades de mezcla y en diferentes proporciones, dependiendo del régimen y del tipo de solicitación.

PRINCIPIO BASICO El principio mecánico del funcionamiento del carburador es muy sencillo, así como su fabricación, es por esto que su uso se ha generalizado durante mucho tiempo aunque hoy día con los carburadores modernos se busca la perfección en la dosificación de la mezcla y la búsqueda de una mayor potencia en los motores.

Inicialmente se utiliza la aspiración del motor para pulverizar o atomizar la gasolina con la corriente de aire, y así penetrar en el motor en el tiempo de admisión, ya sea en un motor de dos o cuatro tiempos. Este principio básico llamado venturi, afirma que si una corriente de fluido pasa por un estrechamiento, se produce entonces un aumento en la rapidez del fluido y una disminución de la presión que ejerce sobre las paredes del estrechamiento. Es así como uno de los componentes básicos del carburador es llamado venturi o difusor, la finalidad de este difusor es crear un vacío parcial o depresión, mediante una aceleración del flujo de aire. Cuando este aire penetra en el tubo de admisión, todas las moléculas de aire se mueven a la misma velocidad y están separadas entre si por distancia idénticas. Pero para que todas puedan pasar por el difusor, deben acelerarse y pasar más rápidamente. Cuando la primera molécula entra en el difusor, se acelera, tendiendo a separarse de la segunda. La segunda molécula entra al difusor y también se acelera; pero la primera ha tomado ya una ventaja y no puede alcanzarla; así las dos moléculas están mas separadas en el difusor de lo que estaban antes de entrar en el difusor. Cuando las moléculas están muy distanciadas entre si, se crea un vacío parcial o depresión. En el difusor del carburador, dicha depresión esta situada en el área en que sobresale al extremo del surtidor del combustible.

Como consecuencia de este vacío, la presión atmosférica exterior actúa sobre el combustible de la cuba o vaso del flotador que empuja el líquido a través del surtidor.

El combustible es rociado en el aire en rápido flujo, con el que se une para constituir la mezcla de aire y combustible que el motor necesita para funcionar.

Cuando el motor esta frió y se trata de arrancar, el conductor debe accionar la perilla del dispositivo (choque) y ponerla en la posición de la figura, en otros casos, se puede accionar el sistema desde el manubrio u otros sitios de la motocicleta (carenaje, chasis, tablero, etc)  esto se realiza mediante una guaya que permite graduar la apertura del émbolo. Una vez accionada deja abierto el paso que esta en contacto directo con la gasolina de la cuba (vaso del carburador). Por un orificio que atraviesa el cuerpo del carburador y proviene de la entrada del mismo penetra aire en este circuito interior, el cual hace ascender la gasolina pulverizándola por un orificio que se sitúa pasando la válvula corredera (cortina). Esta mezcla resulta mas apropiada por su riqueza para la puesta en marcha en frío.

En pequeños motores y  la mayoría de motos urbanas es frecuente el uso de choques automáticos que actúan siempre que el motor esta frío, y lo desconectan un tiempo después, regulándose por medio de la medición de la temperatura o de un tiempo concreto por medio de un electroimán que, al dar el contacto, recibe corriente y desplaza el embolo de accionamiento como lo hace, en su caso, el cable o la palanca. Cuando ha transcurrido unos minutos, o la temperatura ha aumentado  lo suficiente, el electroimán deja de recibir corriente y se desactiva.

 

Los carburadores de las motocicletas están equipados con venturi variable, es decir se puede variar el diámetro del estrechamiento denominado venturi o difusor. En este caso se dispone en el cuerpo del carburador de una válvula corredera o “cortina”, que deslizando de arriba hacia abajo, obtura y deja libre el conducto de admisión. A su vez la cortina incorpora la aguja que sube y baja con la cortina deslizando por la boquilla o chimenea. Esta boquilla tiene roscado en su extremo inferior el surtidor principal o chiqler de alta que es un paso finísimamente calibrado. El conjunto formado por la boquilla y el chicler roscado en su parte inferior esta siempre sumergido en gasolina dentro de la cuba o vaso del carburador.

Este vaso esta dotado de un sistema que le proporciona un cierto nivel preestablecido de combustible (mecanismo de nivel constante), para esto se utiliza una válvula de aguja o punzón que abre y cierra el paso de combustible al interior del vaso con la ayuda de un flotador que manda sobre dicha válvula. Cuando el nivel sube lo suficiente, el flotador lógicamente también sube y empuja el punzón y la hace cerrar, el consumo de combustible hará bajar de nuevo el nivel y el flotador también bajara, con lo que volverá a entrar gasolina por el conducto donde descansa el punzón hasta reponer de nuevo el nivel. Este flotador o boya como también se le denomina viene de varias formas; una forma es el del sistema de flotador basculante que articula un brazo, que al subir y bajar mueve el punzón; es el más usado actualmente, pero no es el único. Existen también carburadores donde el flotador incorpora un eje y este, a su vez, va guiado dentro del vaso. Otras veces, el eje es parte del vaso y el flotador va guiado por dicho eje. En cualquier caso, el fundamento físico es el mismo y así el resultado. Para que la gasolina llegue a la

entrada del vaso son normales dos métodos:

El sistema de funcionamiento de la cortina que hace variar el difusor o venturi cuando sube y baja da el nombre a estos carburadores. Si se parte de la posición de abierto, el conducto de admisión es, en si mismo, un estrechamiento que hace que el flujo de aire aspirado se acelere y provoque una caída de presión. Si baja la cortina para cortar gases, el paso de flujo disminuye, y esto hace que el régimen del motor disminuya. A la vez se produce una compensación que consiste en que parte de la depresión perdida por la disminución de flujo se gana por el mayor estrechamiento producido por la cortina.

Para que la cantidad de gasolina consumida no sea la misma, la cortina incorpora una aguja con forma cónica que se desliza dentro de la boquilla o chimenea. Es precisamente la forma de la aguja la responsable de que a una posición muy abierta del mando del acelerador cuando la cortina se encuentra en la parte superior, corresponde un gran paso de gasolina, y por el contrario, pase poco combustible cuando la cortina se encuentra el la parte inferior o mas baja. Se comprueba así que una posición baja de la aguja corresponde con un paso muy limitado de gasolina, y una posición alta implica un mayor paso.