-1 ¿En qué se diferencias los motores de embolo de combustión interna de las instalación de turbinas de gas?

La principal diferencia es que la combustión en los motores de embolo, ocurre dentro del mismo motor, en el cilindro, mientras que por otro lado, las turbinas de gas, tienen una cámara de combustión aparte, en la cual se realiza la combustión y de ahí se los gases calientes de combustión pasan a los alabes de la turbina.

-2 ¿En qué se diferencia un motor de cuatro tiempos a un motor de 2 tiempos?

En principio se puede pensar que un motor de dos tiempos, de la misma cilindrada que otro de cuatro, debe dar doble potencia porque hace doble número de carreras motrices; pero en la realidad no es así.

La sucesión de las operaciones -admisión, compresión, explosión y escape- en el motor de cuatro tiempos está perfectamente ordenada cada uno, en tiempo y espacio, con independencia de las otras, y las cotas de reglaje apenas influyen entre ellas graduándose independientemente, mediante el perfil de las levas, para conseguir el máximo rendimiento del combustible gastado. En cambio, el motor de dos tiempos ejecuta con dependencia mutua las mismas operaciones; siendo el pistón quien gobierna las aperturas y cierres de la carga y escape en el cilindro; ambas cosas se empezarían y terminarían con simetría respecto a los puntos muertos. Por ejemplo, si la carga empieza 80° antes del PMI., tiene que cesar precisamente 80° después del PMI ocurriendo lo mismo con el escape.

Se comprende que esta imposibilidad de regular con independencia aperturas y cierres ha de redundar en perjuicio del rendimiento, comparado con la libertad que se tiene en el motor de cuatro tiempos.

En cuanto al consumo, a poca velocidad es menor en el motor de dos tiempos (con aproximadamente en 10 por 100 de máxima economía con respecto al de cuatro tiempos), pero a medida que aumentan las r.p.m., toma cierta ventaja el de cuatro tiempos hasta llegar a un máximo de economía del 30 por 100.

La potencia máxima conseguible por litro de cilindrada (potencia especifica) es, en los buenos motores modernos, casi la misma que en los motores de cuatro tiempos. 

Por lo contrario, en los de dos tiempos, que no tienen reparo alguno en las pequeñas cilindradas, existe un limite máximo para el tamaño de los cilindros, porque a medida que estos son mayores, su "respiración" exige lumbreras más grandes, y esto presenta inconvenientes, pues si son anchas ya se comenta que los segmentos peligran de sobresalir y tropezar en ellas, rompiéndose; si se hacen altas, la carrera útil del embolo (la de compresión) resultaría reducida en exceso. Aunque la proporción de aceite en la gasolina se va reduciendo cada vez más, siempre se quema algo, dando lugar a la formación de carbonilla, más abundante que en el motor de cuatro tiempos, así como humos y olor en el escape.

En un motor de dos tiempos el vacio que se hace en el carter al subir el pistón se compensa al bajar seguidamente. Por encima del embolo ocurre lo mismo que en el de cuatro tiempos, con la diferencia de que la compresión y la explosión son peores, y como el escape está abierto mucho menos tiempo y no es ayudado por la carrera del embolo como en el ciclo de cuatro tiempos, sino

que se efectúa por diferencias de presiones, ahora inexistentes al cerrar la entrada de gases, la acción de frenado antes citada no existe prácticamente.

Todos los presuntos inconvenientes en los motores de dos tiempos se ven compensados por la sencillez mecánica: desaparecen el engranaje de distribución, árbol de levas, taqués, válvulas y resortes, suprimiéndose una complicación mecánica que es origen de averías, y desgastes; se abarata la construcción, y queda un motor constituido por solo tres robustas piezas en movimiento: pistón, biela y cigüeñal.

-3 ¿A costa de que se inflama la mezcla de trabajo en los motores Diesel y en los motores de carburador?

En los motores de combustión interna, se transforma la energía química del combustible en energía mecánica esa es la finalidad con la que se produce la combustión en los motores, pero dependiendo del combustible el proceso o los requerimientos de la combustión varían. En el caso de los motores que trabajan con combustible Diesel en la etapa de compresión, solo se comprime aire y cuando está próximo a llegar al PMS el pistón, se inyecta el combustible y por la temperatura alcanzada en este se realiza la combustión, pero este no es el caso en los motores a gasolina, en este tipo de motores, se controla la combustión con la utilización de una chispa procedente de la bujía, pero si el proceso no se controla apropiadamente, se puede tener combustión sin que ocurra el salto de chispa.

-4 ¿cuáles ciclos termodinámicos se conocen y en qué se diferencian entre sí?

Los ciclos termodinámicos se dividen en ciclos de refrigeración y ciclos de potencia, los de refrigeración se usan en bombas de térmicas y en refrigeradores, mientras que los ciclos de potencia se usan en motores térmicos.

Ciclo de Carnot, este es un ciclo teórico reversible y que posee el mayor rendimiento posible.

Ciclo Diesel la combustión se lleva a cabo debido a la temperatura que alcanza el aire y con la inyección del combustible en las condiciones apropiadas.

Ciclo de potencia de vapor y liquido de trabajo, pero es poco viable ya que es difícil diseñar compresores que trabajen con agua en fase liquida y en fase de vapor.

Ciclo Otto, en este ciclo la combustión controlada se hace con la utilización de una bujía que introduzca una chispa en la cámara con el combustible comprimido.

El ciclo de Bouasse el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotérmicas y dos transformaciones lineales.

El ciclo de Stirling el fluido realiza el ciclo con dos transformaciones isotérmicas y dos transformaciones isobáricas.

Ciclo Brayton es el ideal de los ciclos usados en turbinas de gas. El ciclo de Ericsson el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotérmicas y dos

isocoricas. Ciclo Rankine tiene dos etapas isentropicas y dos ciclos de transferencia de calor a presión

constante.

-9 ¿Cómo influye el coeficiente de exceso de aire en el desprendimiento de calor en la mezcla de trabajo?

El coeficiente de exceso de aire, juega un papel muy importante pues dependiendo del valor de este se puede extraer la mayor energía posible, pues se produciría solo CO2 en lugar de un

porcentaje de CO, haciendo más eficiente el uso del combustible. Pero si se usa demasiado aire, puede que la combustión no se produzca con la mayor generación de calor, es por eso que el coeficiente de exceso de aire en los motores de carburador, está entre 0.6 y 1.2 y se simboliza con α. En caso contrario la mezcla no arde, mientras que en el motor Diesel puede lograr combustiones de mezcla con coeficientes de exceso de aire tan variables como de 5 para regímenes de vacio hasta de 1.4 a 1.6 para regímenes nominales, es decir el coeficiente de exceso de aire varia constantemente durante el proceso de inyección.

Lo anterior se puede observar en la grafica que se muestra a continuación

Coeficiente de exceso de aire α

0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3

Desprendimiento de calor Kcal/l

0.57 0.63 0.67 0.70 0.63 0.58 0.54

Desprendimiento de calor %

82 90 95 100 90 83 77

-10 ¿De qué componentes se forma la fuerza sumaria que actúa en el mecanismo de biela-manivela?

La mayoría de las fuerzas que actúan sobre el mecanismo biela-manivela varían de forma constante la dirección de acción de la misma, esto es debido a que el movimiento de la biela siempre no está dirigido en la misma dirección, sino que va variando con el tiempo, esto hacer que las fuerzas que concurran en el o que existen dentro del motor también cambien tanto en magnitud como en dirección durante el ciclo de operación del motor. A continuación se detallan las fuerzas más notables durante el ciclo de funcionamiento.

Fuerza de presión de los gases: esta es la fuerza más notable y generalmente la que tiene una mayor magnitud y es con esta que se realizan los cálculos de resistencia de materiales de las bielas para simplificar el mismo. Esta fuerza varia en función del giro del cigüeñal y es máxima cuando se está cerca al punto muerto superior durante las etapas de compresión-expansión.

Fuerza de inercia de las piezas en movimiento alternativo: esta fuerza es proporcional a las piezas que conforman el mecanismo biela-manivela y dependiendo de la velocidad de rotación, es decir de las RPM que se estén manejando en dicho momento, así serán estas, es decir también son proporcionales a las RPM.

Fuerza de inercia de las piezas giratorias no equilibradas: estas fuerzas también son producto de la rotación del mecanismo completo, pero no son equilibradas como la anterior, sino que tienden hacía algún lado del cilindro, dependiendo de en que parte del ciclo se encuentre la cabeza de la biela.

Fuerza de rozamiento: esta fuerza existe pues dentro del cilindro, la cabeza de la biela esta en constante contacto con el cilindro o más específicamente con los anillos, que influyen sobre todas las fuerzas que actúan sobre dicho mecanismo.

Fuerza resultante que actúa sobre el eje del cilindro: La fuerza de presión de los gases Pg

que actúa sobre el fondo del pistón y la fuerza de inercia de las piezas en movimiento alternativo Pi están dirigidas por el eje del cilindro. La suma algebraica de estas dos

fuerzas, es la fuerza resultante Pp que actúa por el eje del cilindro y se expresa por la ecuación

-11 defina y determine la fuerza tangencial que actúa en la manivela del árbol cigüeñal.

La fuerza tangencial es la que actúa perpendicularmente al eje de la manivela, Esta fuerza crea el momento torsional y provoca la rotación del árbol cigüeñal. Como lo vemos en la figura la variación de la fuerza tangencial de un cilindro durante un ciclo de trabajo del motor.

Pc = Pp

sen (α+ β )cos β

Diagrama manivela – biela

Considerando estos dos hechos, la fuerza efectiva (Pt) que produce el troqué del cigüeñal inevitablemente es sólo una componente de la fuerza de presión (Pp) del pistón.

-12 ¿De qué fuerzas y momentos depende la uniformidad de marcha del motor?

La uniformidad de marcha del motor, depende de todas las fuerzas mencionadas en el punto 10, además de los momentos generados productos de estas, pero estas fuerzas no solo producen rotación, también producen vibraciones y esto es indeseable pues sería una fuente de desgaste demasiado rápido debido a la cantidad de ciclos que realiza un motor en un tiempo corto, además de que no se permitiría una buena entrega de la energía mecánica obtenía y seria también incomodo para la persona que opera el vehículo, es por eso que se utilizan mecanismos y elementos especiales para disminuir las vibraciones tanto como sea posible y dependiendo de qué tan pequeñas sean estas el cigüeñal tendrá una rotación uniforme o una rotación no uniforme del árbol.

-13 enumere y explique las causas de explotación de la desuniformidad de marcha del motor.

Las causas por las cuales puede darse una explosión no uniforme pueden ser las siguientes:

- En los cálculos teóricos para equilibrar el motor la medida y la masa de las piezas del mecanismo biela-manivela se asumen constantes. En realidad durante la fabricación la manivela y las masas de la piezas se desvían de las magnitudes de cálculo, a resultas de lo cual se viola el equilibrio teórico supuesto para un motor dado.

- Como consecuencia de la violación de las reglas de formación de los conjuntos de las piezas del mecanismo biela-manivela, lo que lleva a la formación de fuerzas de inercias desiguales en cada cilindro (especialmente en los motores rápidos). Por tal motivo en la formación de los conjuntos lo émbolos y las bielas en diferentes cilindros han de escogerse con las mínimas desviaciones en

cuanto a masa. Además, las bielas se escogen no sólo en cuanto a masa total, sino también en cuanto a distribución de la masa entre el pie de biela y la cabeza de biela.

- Como resultado de la violación de la coaxiabilidad del árbol cigüeñal y de otras piezas del mecanismo de biela-manivela, situaciones que dan lugar a la variación desfavorable del momento de torsión, que es análoga a la de la fuerza tangencial. Cuanto menos varía el momento giratorio en comparación con su valor medio, tanto más uniforme será la marcha del motor. El equilibrio de las fuerzas de inercia y de sus momentos se logra principalmente por dos métodos:

La disposición adecuada del cilindro y de la manivela del árbol cigüeñal (es decir un auto-equilibrio del motor) o empleando contrapesos.

- Como causa del apriete no uniforme o del ajuste incorrecto de los cojinetes de bancada durante la instalación del árbol cigüeñal lo cual ocasiona golpeteo en el motor. Para evitar el desplazamiento axial y el giro, los casquillos de los cojinetes de bancada se fijan por medio de espigas o de salientes rebordeados en los casquillos y que entran en las correspondientes ranuras fresadas en el alojamiento de la bancada y en el sombrerete del cojinete.

- Como consecuencia de la falta de equilibrio de las masas giratorias, debido a lo cual el árbol cigüeñal y el volante del motor antes del ensamblaje se someten a equilibrio dinámica. La tolerancia del ensamblaje para la falta de equilibrio se da por medio del valor del momento a determinado número de revoluciones en la unidad de tiempo. Este factor está relacionado con la formación de las fuerzas de inercia que provocan esfuerzos de tracción en los brazos de la manivela.

- Como efecto de la violación del equilibrio dinámico de las piezas del mecanismo de biela-manivela durante la reparación y ensamble de motores rápidos, lo que tiene como consecuencia la formación de vibraciones y conmociones en el motor las cuales son perjudiciales para el funcionamiento equilibrado del motor como para su vida útil. Las vibraciones torsionales son peligrosas no sólo para las piezas del mecanismo de biela-manivela, sino para todas las transmisiones mecánicas unidas elásticamente con el cigüeñal

- Por el cese de la inyección de combustible por el inyector en uno o varios cilindros del Diesel o de la falla del funcionamiento de las bujías en el motor de carburador, factores que influirán tanto en el proceso de combustión (la combustión de la mezcla de trabajo en los cilindros debe ocurrir consecutivamente una después de la otra en iguales ángulos de giro del árbol cigüeñal) como en el orden de funcionamiento de los cilindros del motor.

- Debido al suministro de diferentes cantidades de combustible a los cilindros del árbol cigüeñal, lo cual va afectar directamente el rendimiento mecánico y la eficiencia del motor.

- Como causa de la incorrecta regulación de la distribución de gas o de holguras excesivamente grandes en las articulaciones móviles del mecanismo de manivela.

- Como consecuencia de la violación del orden de funcionamiento de los cilindros.

- Como efecto de la regulación incorrecta del adelanto del encendido en los motores de carburador o del adelanto de la inyección de combustible en los Diesel.

-19 ¿Cómo se determina el gasto horario y especifico de combustible?

Lo que se debe hacer es multiplicar el gasto de combustible en un ciclo, por la cantidad de ciclos que se dan en una hora de trabajo del motor, en el caso de motores de cuatro tiempos, esta ecuación viene dada por:

Gc .h .=30 xnxGc .ciclo

Donde n es el número de revoluciones por minuto y Gc. ciclo, es el consumo de combustible por ciclo.

Tambien se puede usar la siguiente ecuación, que es validad para motores de gasolina o Diesel

para los diesel se cambia el denominador del segundo término por

-21 ¿en qué se diferencia la sobrealimentación mecánica de la sobrealimentación de turbina de

gas?

En la sobrealimentación mecánica se usa un soplador o compresor que se acopla al árbol cigüeñal, siendo accionado por este mismo. En cambio la sobrealimentación de turbina de gas se hace por un compresor que se une por medio de un eje a una turbina que es alimentada con los gases de escape del motor que aun poseen cierta cantidad de energía que por medio de la turbina que esta acoplada al compresor se utiliza para accionar a este y permitir su funcionamiento.

-Turbocompresor: los gases de escape impulsan el rodete del lado del escape (turbina) y este a su vez impulsa el rodete del lado de la admisión (compresor) debido a que están unidos a través del eje comun este ocaciona que en el lado de la admisin se produzca una presión mayor a la de la atmosfera, produciendo asi la tan famosa sobrealimentación con turbina. La valvula de descarga sirve para limitar la presión que se genera en el lado de la admisión y no vaya a ocacionar daños por sobrepresión, ya sea en el motor o en el turbocompresor.

- turbocargador: el funcionamiento del supercargador es bastante sencillo, simplemente entra el aire de la admisión por una abertura en un extremo de la cubierta, pasa por los rodetes que giran por el mismo impulso de las correas del motor con la polea de mando y sale comprimido por el otro extremo.

- 22 describa el funcionamiento y construcción de un mecanismo de biela-manivela.

En la construcción de un mecanismo de biela-manivela, se identifican las siguientes partes:

-la parte trasera de la biela en el eje del pistón, es la parte con el agujero de menor diámetro, y en la que se introduce el casquillo a presión, en el que luego se inserta el bulón, un cilindro o tubo metálico que une la biela con el pistón.

-El cuerpo de la biela es la parte central, está sometido a esfuerzos de tracción compresión en su eje longitudinal, y suele estar aligerado, presentando por lo general una sección en forma de doble T, y en algunos casos de cruz

- La cabeza es la parte con el agujero de mayor diámetro, y se suele componer de dos mitades, una solidaria al cuerpo y una segunda postiza denominada sombrerete, que se une a la primera mediante tornillos.

- Entre estas dos mitades se aloja un casquillo, cojinete o rodamiento, que es el que abraza a la

correspondiente muñequilla ó muñón en el cigüeñal.

-25 describa los posibles desgastes y otros daños en la superficie de trabajo del cilindro.

Las paredes del cilindro están expuestas a varias causas de desgaste una de ellas es debido a los anillos de compresión del embolo que tiene como función sellar el sistema para que la presión no se escape del mismo durante la combustión además de evitar la irrupción de los gases de combustión en el Carter.

Cuando la combustión no se realiza de manera adecuada, se producen cenizas o se desprenden partículas de carbón que por el continuo movimiento del pistón rallan la superficie del cilindro creando zonas por las cuales pueden escaparse los gases de combustión.

Debido a que sobre toda la superficie del cilindro no se encuentra la misma temperatura, se encuentran zonas que están más expandidas debido a efectos térmicos que otras, esto hace que unas zonas tiendan a comprimir otras, además de variar la resistencia a la penetración por el mismo efecto.

-26 Describa el objeto y las condiciones de funcionamiento de los anillos de émbolo

Un anillo de pistón es un anillo con abertura que encaja en los surcos del diámetro exterior del pistón. La mayoría de los pistones llevan tres anillos: dos para sellado de compresión y uno para sellado de aceite. Su función primaria es la de formar un sello entre el pistón y las paredes del cilindro, evitando así, que grandes cantidades de presión de la combustión se escabullan fuera el pistón. Adicionalmente, ellos estabilizan al pistón en su movimiento cotidiano, ayudan a enfriar el pistón al transferir calor hacia el bloque del motor y raspan aceite de las paredes del cilindro. Los anillos pueden ser redondos, cuadrados, planos, inclinados, afilado, pero más importante, deben estar hechos a la medida del pistón. El diseño y el material del anillo de pistón, variará para diferentes motores y niveles de potencia. A la hora de crear un anillo de pistón se deben considerar el control de aceite, las RPM, la potencia y la compresión.

Los anillos de pistón están sujetos al desgaste al frotarse contra el cilindro. Para minimizar esto, los anillos son fabricados con materiales resistentes al desgaste como el hierro y el acero y son tratados con una capa adicional para mejorar su resistencia. Típicamente, los anillos superiores y de control de aceite estarán cubiertos con una capa de Cromo o Nitruro rociado o tienen una capa cerámica de PVD (physical vapor deposit). El anillo inferior de control de aceite está diseñado para soltar una capa de aceite micrométrica en las paredes del cilindro, mientras el pistón desciende.

Si los anillos incorrectos o están muy desgastados pueden causar graves problemas. Esto pasaría cuando gases calientes de combustión se escapan a través de los anillos y hacia el cárter. Además de la evidente pérdida de potencia y de eficiencia, muchas personas no son consientes de otra consecuencia: el daño que causa el escape caliente y las llamas en el cárter. Otra complicación es la contaminación del aceite lubricante. Basado en todos estos efectos negativos, los anillos incorrectos o desgastados deben ser evitados. Señales de que algo anda mal son la acumulación del carbón o decoloración del pistón (entre el primer y segundo anillo). Por el otro lado, existen múltiples problemas que pueden suceder si se ignoran las áreas de encaje del pistón y el anillo. Espacio excesivo entre la parte de atrás del anillo y la hendidura en el pistón, resultan en un lento incremento de presión detrás del anillo y causan un escape ya que el anillo no está siendo empujado contra el cilindro. Este espacio debe ser lo más pequeño posible. Un pistón y área de contacto con el anillo deben estar bien preparados, para crear de una forma efectiva una presión interna del sistema. Esto es, en sí, una fuerza que sella. Las superficies superiores e inferiores de

cada ranura donde se coloca el anillo en el pistón, deben estar completamente lisas de forma que el anillo tenga algo contra qué sellar. Los anillos de pistón están creados para rotar en la ranura durante la operación del motor y deben de poder rotar libremente con el fin de que cada partícula de carbón sea retirada de la ranura. Asimismo, el anillo debe estar libre para que pueda moverse fácilmente contra las paredes del cilindro. Los anillos transfieren el calor del pistón hacia el cilindro, donde el sistema de enfriamiento lo puede evacuar. Los anillos están en la parte superior del pistón donde está más caliente. Ellos son el contacto primario entre el cilindro y el pistón, ya que el pistón flota en una capa de aceite. Si los anillos no sellan correctamente contra el cilindro, la temperatura del pistón aumenta y hay aun más recalentamiento. El tercer anillo del pistón es el responsable de raspar el aceite de las paredes del cilindro y devolverlo hacia el cárter a través de los pequeños orificios en el pistón. Si la compresión del anillo tiene un escape, la combustión de gases estaría alcanzando al tercer anillo y convirtiendo el aceite en carbón. Una vez más, el acumulamiento de carbón hará que el anillo se dañe. Si el anillo se daña, no puede limpiar el exceso de aceite del cilindro. Este exceso de aceite puede caer en los anillos de compresión, se convierte en carbón y causa que se dañen también. Todo esto puede causar que el motor explote.

-27 ¿Qué ventajas y fallas tienen los émbolos de aluminio y de fundición?

Los materiales que se utilizan para hacer los émbolos de los motores de automóvil deben reunir los siguientes requisitos:

-Alta resistencia mecánica y estabilidad a altas temperaturas.

-Poca peso en comparación con otros materiales.

-Buena conductibilidad calorífica.

-Pequeño coeficiente de dilatación volumétrica.

-Estabilidad a la corrosión.

-Altas propiedades antifricción a elevada temperatura y con poca lubricación.

-Poco coste y buena maquinabilidad.

La temperatura del émbolo depende del metal de que está fabricado. Al presente los émbolos se suelen fabricar o de aluminio o de fundición, teniéndose en cuenta que la conductividad térmica del aluminio es tres veces mayor que la de la fundición. Por esto el calor recibido por un émbolo de aluminio se evacua más rápidamente del centro hacia la periferia y luego hacia las paredes del cilindro.

El material del pistón debe poseer altas cualidades mecánicas y alta resistencia al desgaste, ser ligero y disipar muy rápido el calor. Estas condiciones las reúnen los émbolos fabricados con aleaciones de aluminio; sin embargo, conviene señalar, que éste material posee un gran coeficiente de dilatación volumétrica; para lo cual es necesario aumentar el juego existente entre las paredes del cilindro y el pistón; provocando el empeoramiento de las cualidades mecánicas a medida que va subiendo la temperatura.

Los cilindros fabricados en fundición poseen un bajo coeficiente de dilatación térmica, por lo cual soportarán altas temperaturas sin deformarse significativamente. Se ha hecho necesario cambiar a émbolos fabricados en aleaciones de aluminio, ya que este material permite aumentar la relación de compresión, debido al mayor coeficiente de termo-conductividad del aluminio y por las menores temperaturas durante la compresión y del comienzo de la combustión.

-31 ¿Qué requerimientos se presentan en el apriete o tensado de los pernos o espárragos de los cojinetes de biela y bancada?

-El ajuste del perno en el pistón se establece a 21ºC (70º F). A mayor temperatura el perno se afloja y a una

menor se aprieta. En la mayoría de los casos este ajuste es libre. Sin embargo, el ajuste de algunos pistones

para motores diesel y para motores europeos debe ser apretado o de interferencia. Para insertar o extraer

estos pernos es necesario calentar el pistón en agua caliente o al rayo del sol.

- En todos los casos, limpie el aceite anticorrosivo que protege al perno y lubríquelo generosamente. Haga lo

mismo con los barrenos del pistón antes de insertarlo.

-Los pernos a presión en la biela se deben tratar junto con ésta. Su ajuste al pistón debe ser muy flojo;

también es sumamente importante que no se altere. Si se siguen las siguientes instrucciones, no será

necesario abrir el ojo de la biela al cambiar los pistones o los pernos.

- 32 ¿Qué requerimientos se presentan a los pernos de fuerza o a las tuercas de la culata de cilindro?

La culata o tapa junto con el fondo del embolo y las paredes del cilindro forman la cámara de combustión. El término “culata del cilindro” se emplea para los motores de automóvil y de tractor; el término “tapa” se emplea para motores de barco y motores estacionarios.

Durante el funcionamiento del motor la culata se carga con las fuerzas de presión de los gases y de apriete preciso de los espárragos y pernos de sujeción.

Las fuerzas de presión de los gases sobre la culata P”gas se puede determinar por el diagrama indicador y su magnitud es.

P”gas = P gases x F (kgf.)

F= área del embolo en cm2

Al hacer una semejanza del sistema cilindro-embolo con un sistema de cilindro de pared delgada (resistencia de materiales) los requerimientos de los pernos y el número de pernos por cilindro se determinan por la fuerza de la presión dentro del sistema.

El número de pernos es igual a la fuerza máxima entre el límite de fluencia del perno por un factor de seguridad.

-33 describa las principales causas que violan el funcionamiento fiable de los pernos o espárragos de la biela

La fijación de las tuercas y pernos de la biela deben realizarse de forma apropiada, generalmente las condiciones de apriete, la tensión aplicada y el tipo de tornillo e incluso el material del mismo están especificados en los catálogos de los automóviles, para evitar cualquier acto indebido e incluso se pueden encontrar las secuencias de apriete recomendadas por los fabricantes para que los pernos trabajen de forma correcta, también se indican que la superficie de estos y los hilos de hélice, deben estar completamente limpios pues cualquier impureza o suciedad, al momento de realizar el apriete afecta en gran medida la resistencia del mismo, al crear entalladuras o puntos de concentración de esfuerzos. El diseño de la biela cuenta con una distribución simétrica de los tornillos que aseguran la cabeza de este, esto se hace con el fin de distribuir los esfuerzos en una forma equivalente para distribuir las fuerzas y las tensiones de manera apropiada.

-34 ¿Qué consecuencias puede tener la ruptura de un vástago del perno o esparrago de biela?

Este es un daño que no parece ser tan grave, pues solo es un perno, que tan malo podría ser?, pero cuando se analizan las consecuencias de este acto, están pueden llegar a destruir el motor, pues la falla de un perno en una biela, deja al otro perno con toda la carga y los esfuerzos que antes eran distribuidos por dos pernos a uno solo, esto como es sabido terminara con la destrucción del segundo perno, lo que dejaría la biela sin cabeza de biela, haciendo que se pierda una unión solida entre la biela y la manivela generando inestabilidad, perdida de un cilindro y por efecto de las presiones, temperaturas y velocidades que se manejan dentro de la cámara de combustión y en el sistema de biela manivela, resultaría en la destrucción del bloque del motor, haciendo completamente inútil el funcionamiento del mismo.

-39 ¿Cómo se explica que la masa del volante disminuya al aumentar el número de cilindros dispuestos en una hilera?

El volante tiene como misión que la rotación del eje sea uniforme: en términos técnicos, determina que las aceleraciones angulares de éste sean mínimas, mientras que el par motor, al variar en cada instante, tiende a hacer aumentar y disminuir periódicamente la velocidad de rotación. Para que el funcionamiento del motor sea suave y regular, incluso a regímenes bajos, el volante deberá tener un momento de inercia bastante grande, pero, para ahorrar peso, convendrá hacerlo de diámetro mayor, de manera que se obtenga el efecto deseado con una masa más pequeña.

Su masa depende del número de cilindros, siendo más pequeño cuantos más cilindros tiene el motor (la energía la aportan las carreras de expansión de los otros cilindros). Esto es porque entre mas cilindros existan dentro del bloque se realizaran las explosiones de manera mas fluida, es decir más continuas y no se generaran tantos periodos de disminución de la aceleración del cigüeñal, por lo tanto la masa necesaria para mantener una cierta velocidad de rotación no es tan alta como cuando se tienen menos cilindros.

-40 Describa las particularidades de diseño de los motores Diesel.

Los motores diesel siguen el ciclo de cuatro tiempos Diesel, presentan notables diferencias con respecto al motor de carburador. En el tiempo de admisión, el motor diesel aspira aire puro, sin mezcla de combustible. En el tiempo de compresión, el aire se comprime mucho más que en el motor de gasolina, con lo que alcanza una temperatura extraordinariamente alta. En el tiempo de explosión no se hace saltar ninguna chispa, los

motores diesel carecen de bujías de encendido, sino que se inyecta el gasoil o gasóleo en el cilindro, donde se inflama instantáneamente al contacto con el aire caliente. Los motores de gasoil no tienen carburador; el acelerador regula la cantidad de gasoil que la bomba de inyección envía a los cilindros. 

Los motores diesel son más eficientes y consumen menos combustible que los de gasolina. No obstante, en un principio se utilizaban sólo en camiones debido a su gran peso y a su elevado costo. Además, su capacidad de aceleración era relativamente pequeña. Los avances realizados en los últimos años, en particular la introducción de la turboalimentación, han hecho que se usen cada vez más en automóviles.

Otra diferencia bastante interesante es que los motores diesel no tiene que ser diseñados para soportar revoluciones tan altas como los motores a gasolina, lo que es importante, pues debido al mayor tamaño que los caracteriza sería un gran defecto la inercia mucho mayor que existiría en sus bloques.

Durante la inyección del combustible, un factor muy importante a tener en cuenta durante el diseño, es encontrar una forma en la cual el combustible se distribuya de manera eficiente en toda la cámara para que la combustión sea la que desprenda la mayor cantidad de energía posible.

La relación de compresión de los motores Diesel es mucho mayor a las que se presentan en los motores a gasolina.

-41 describa las particularidades del motor a carburador

Los motores a gasolina, cuentan con un sistema de control de la ignición que se hace utilizando una fuente de calor, que en particular es la bujía, dentro de la cámara de combustión no entra solo aire como en el caso de los Diesel, sino que en cambio entra una mezcla de aire y combustible, que se realiza antes de entrar a esta en una parte diseñada de construcción similar a un eyector, este elemento se conoce como carburador.

La relación de compresión en los motores que tienen como combustible la gasolina no son tan grande como los que presentan los motores que funcionan con Diesel, esto hace que los esfuerzos que se dan dentro de la cámara de combustión y los elementos que conforman el motor, sean más pequeños pues no necesitan resistir los mismos esfuerzos que los diesel.

El numero de revoluciones por minuto a las cuales gira el cigüeñal en el motor a gasolina son mucho mayores a las que se tienen en un motor diesel lo que hace que la inercia producto de la velocidad de rotación del sistema sea mayor en los motores a gasolina que en los motores diesel, pero la inercia producto de la masa de los elementos en movimientos es menor en los motores a gasolina que en los diesel por que los elementos tienen menos masa en los estos que en los diesel.El sistema de admisión, escape debe ser optimizado tanto como sea posible, pues de esto depende que tanta mezcla puede entrar a la cámara para realizar la combustión para entregar trabajo.

-42 ¿cómo se regula la alimentación de combustible al variar la carga en los motores Diesel?

Los reguladores según el método de regulación se dividen en reguladores de un régimen, o sea, limitadores, de dos regímenes y para todo régimen. Según el procedimiento empleado para crear el esfuerzo que se transmite al órgano de ajuste de la bomba de combustible, se dividen en mecánicos, hidráulicos y neumáticos.

Durante el trabajo de campo los grupos de máquinas agrícolas se encuentran en condiciones de cargas que varían rápidamente y con frecuencia . Para mejorar la adaptabilidad del motor al cambio de carga exterior sus reguladores deben ser para todo régimen. Semejantes reguladores deben efectuar el mando automático del suministro de combustible en todos los regímenes de velocidad en la gama de frecuencias de rotación del cigüeñal que constituyen un 35...105% de la nominal.

El grado de irregularidad que sufre la regulación ejerce una influencia sustancial sobre el rendimiento económico de la unidad. El funcionamiento con grado elevado de irregularidad hace que varíe considerablemente la velocidad angular de los ejes de algunos órganos funcionales se desvíe de la velocidad optima. El grado en que se altera la uniformidad de la regulación durante el ajuste para la frecuencia nominal de rotación , ha de estar dentro de los limites de 4..8% y se designa en dependencia de las singularidades de funcionamiento de los motores. En toda gama de trabajo de los regímenes parciales de velocidad el grado de irregularidad tiene que estar dentro de los limites de 10...12% . La tolerancia de ajuste , para el régimen nominal de velocidad , con la cual empieza a funcionar el regulador, no debe superar el 1,5%.

Para asegurar el funcionamiento estable del motor durante sobre cargas se efectúa una corrección especial de la característica exterior del motor.

Con este objetivo, las mas de las veces se emplean los correctores de muelle que regulan el suministro de combustible. Su principio de funcionamiento, como regle, consiste en que al bajar la frecuencia de rotación, el esfuerzo del muelle del regulador llega a ser mayor que la fuerza reducida de inercia de los pesos, y la diferencia entre estos esfuerzos se transmite a través del mecanismo de regulación al tope. Si en ves de tope rígido se instala un tope con un muelle, la diferencia de esfuerzos provocara la comprensión del muelle del tope y asegurara un desplazamiento adicional de la cremallera en dirección del aumento de la alimentación.

Para corregir el suministro de combustible se emplea también el corrector de perfil : en este caso para reducir la frecuencia de rotación por debajo de la nominal , el desplazamiento adicional del órgano de mando se determina por un perfil especial. La forma del perfil se elige tal que se obtenga un desplazamiento requerido de la cremallera en función de la frecuencia de rotación.

- 43 ¿cuáles sistemas de enfriamiento existen en los motores?

Sistema de refrigeración

En un motor puesto en marcha la temperatura media de los gases en el transcurso del ciclo se encuentra entre los 800°C y 900°C. Parte del calor se deriva a las piezas del motor causando que estas piezas eleven su temperatura. Si estas piezas no se mantienen

a una temperatura adecuada (ni muy calientes, y ni muy frías) provocarán un funcionamiento inaceptable del motor. Para obtener el estado térmico requerido el motor va acompañado de un sistema de enfriamiento el cual bien puede utilizar como refrigerante un líquido (agua, soluciones anticongelantes, o algún otro líquido que presente las mejores propiedades térmicas y que sea de fácil adquisición) o gas como el aire.

Sistema de Refrigeración por AguaEn este caso el agua, llena las camisas de agua del bloque-cárter y de la culata de cilindros, baña las paredes de los cilindros y de las cámaras de combustión arrastrando consigo el calor. El agua que lleva el calor es pasada luego por el radiador para ceder el calor al aire por medio de la convección forzada, después de pasar por el radiador vuelve a las camisas de agua del cilindro y se repite el ciclo. La temperatura del agua refrigerante debe encontrarse entre los 80°C y los 95°C.

Sistema de refrigeración por termosifónEn este caso se aprovecha el gradiente de densidad del agua que se genera debido a la diferencia de temperaturas en las camisas de agua que es mayor a la temperatura del agua que está disminuyendo al pasar a través del radiador.

Este sistema de refrigeración presenta una circulación lenta del agua lo cual puede provocar una intensa evaporación de ésta y requiere que se compruebe varas veces el nivel del agua.

Sistema de refrigeración forzadaEn este caso la circulación del agua es provocada por medio de una bomba centrífuga, la cual en nuestro medio se conoce como “la turbina”.

En este sistema la cantidad de agua que fluye en la unidad de tiempo depende del número de revoluciones del árbol cigüeñal, debido a que la temperatura del aire ambiente es muy variable a lo largo de todo el año en algunas partes del mundo se utilizan dispositivos como el termostato, cortinas y persianas del radiador para que no se pueda presentar un enfriamiento excesivo del motor.

En el caso de que se pueda presentar un enfriamiento excesivo el termostato deriva una corriente de agua caliente proveniente de las camisas del cilindro y la hace pasar directamente hacia la bomba sin pasar al radiador, evitando de esta manera el sub-enfriamiento; este sistema es muy parecido al que se utiliza en las neveras NO-FROST.Si el sistema de refrigeración está comunicado a la atmósfera se le conoce como abierto; y si no está conectado a la atmósfera se le conoce como cerrado.

Para un sistema de refrigeración herméticamente cerrado puede presentarse fugas en los tubos debido a una recalentamiento que ocasiona la evaporación del agua; y en caso de un enfriamiento cuando se para el motor puede ocasionar una depresión en los tubos debido a la condensación del vapor que lleva al deterioro de estos.

El sistema cerrado de refrigeración debe funcionar a una presión más alta que la atmosférica para que su temperatura de saturación también se eleve y así hacer algo difícil la formación del vapor.

Sistema de refrigeración por aire

La extracción de calor excesivo del motor se realiza mediante una corriente de aire forzado alrededor de los cilindros y sus respectivas cabezas.

Para los motores de poca potencia como el de las motocicletas el aire forzado se obtiene por la contracorriente del aire producida en el viaje. Para los motores de automóvil y tractores tal corriente de aire resulta insuficiente y se necesita de un ventilador, el cual consume una gran potencia del motor si la comparamos con la potencia que consume la bomba de agua en el sistema de refrigeración por líquido.

Las superficies externas de las culatas y de los cilindros tienen aletas para poder aumentar el área efectiva de transferencia de calor por convección forzada. El aire se fuerza a pasar por los cilindros mediante unos deflectores los cuales, primeramente conducen el aire hacia las zonas más calientes.

Para los motores en (V) la refrigeración puede realizarse forzando el aire a pasar a través de la (V) por medio de un ventilador axial. También la refrigeración puede realizarse forzando el aire a lo largo de las dos filas de cilindros por la parte exterior valiéndonos de dos ventiladores axiales, así como de sistemas de succión del aire por uno o dos ventiladores axiales situados en el espacio de la (V).La gran ventaja del sistema de refrigeración por aire se puede notar en lugares donde el agua es bastante escasa.

-49 Describa las construcciones, transmisión, disposición y funcionamiento de las bombas de aceite, así como las medidas para evitar la elevación de la presión del aceite.

Las bombas de aceite más utilizadas en los motores de combustión interna son las bombas de engranajes, generalmente las de dientes helicoidales para reducir el ruido. Dichas bombas son capaces de suministrar una presión elevada, incluso a bajo régimen de giro del motor.Para mejorar su capacidad de aspiración, la bomba de aceite está montada en el bloque motor, normalmente dentro del cárter, sumergida en el aceite.El giro de los engranajes produce el arrastre del aceite que llega a través del filtro de bomba. El aceite pasa entre los huecos de los dientes de los piñones, por ambos lados del cuerpo de bomba, para salir por el otro extremo a las canalizaciones de engrase.La presión en el circuito se regula mediante una válvula de descarga, que permite la apertura de un by-pass cuando la presión aumenta excesivamente.La presión excesiva se produce en los altos regímenes del motor o cuando el aceite está frío, siendo capaz de comprimir el muelle de la válvula de descarga. De éste modo, se mantiene en el valor deseado la presión de aceite del sistema.

La bomba de aceite es literalmente el corazón del sistema de lubricación de un motor. Succiona el aceite del Carter y lo impulsa a través del filtro y las galerías de aceite hacia los cojinetes del cigüeñal y del árbol de levas. Para el buen funcionamiento del sistema se requiere de un constante suministro de aceite para soportar y enfriar los cojinetes. Si por alguna razón la bomba no puede mantener la circulación del aceite, este será el fin del motor.Es uno de los elementos sin cuyo funcionamiento el motor sufrirá grandes averías de costosa reparación. En efecto todo el funcionamiento del motor depende de una lubricación perfecta, esta función depende de la bomba, que debe enviar continuamente aceite a todos los elementos móviles del motor.

-Bombas de engranajes, son capaces de suministrar una gran presión, incluso a bajo régimen del motor, formada por dos engranes situados en el interior de la misma, toma movimiento una de ellas del árbol de levas y la otra gira impulsada por la otra. Lleva una tubería de entrada proveniente del cárter y una salida a presión dirigida al filtro de aceite.

-bombas de lóbulos, también es un sistema de engranajes pero interno. Un piñón con dientes, el cual recibe movimiento del árbol de levas, arrastra un anillo de cinco dientes entrantes que gira en el mismo sentido que el piñón en el interior del cuerpo de la bomba, aspira el aceite, lo comprime y lo envía a una gran presión. La holgura que existe entre las partes no debe superar las tres decimas de milímetro

-Bomba de paletas, tiene forma de cilindro, con dos orificios. En su interior se encuentra una excéntrica que gira en la dirección contraria de la dirección del aceite, con dos paletas pegadas a las paredes del cilindro por medio de dos muelles.

-51 describa el objeto, la disposición, la conexión y el funcionamiento de los radiadores de aceite. ¿Cómo se realiza la ventilación del cárter?

Los turbocompresores trabaja con temperaturas elevadas debido a su contacto con los gases de escape del motor, por esta razón el aceite que sale del turbocompresor tiene temperaturas muy altas, dándose una pérdida de las propiedades del lubricante, para prevenir estos inconvenientes es necesario la implementación de un sistema intercambiador de calor que sea el encargado de la disminución de la temperatura del lubricante a la temperatura normal de funcionamiento del motor.

En los motores turbo alimentados es necesario la instalación de un radiador de aceite. Los radiadores de aceite son indispensables para mantener controlada la temperatura del aceite, lo que es necesario para el funcionamiento del motor y sus subsistemas, las temperaturas excesivas originan una rápida degradación de las propiedades lubricantes del aceite, corriéndose el riesgo de que se dañen los componentes mecánicos. Están diseñados para intercambiar calor entre el aceite y el aire, por esta razón el radiador de aceite tiene que estar instalado en la parte frontal del vehículo, par que el flujo de aire atraviese el radiador de aceite enfriando el aceite.

Para la selección del radiador de aceite a ser instalado se puede utilizar una tabla que nos dice el tamaño del radiador de aceite en función de la cilindrada de un motor.

El radiador de aceite carece de sentido de flujo por lo que el ingreso y la salida puede ser cualquiera. Es importante ubicar el radiador de aceite en un sitio en el que exista un buen flujo de aire del exterior en caso contrario no se lograría el objetivo de refrigerar el aceite. En muchos casos se implementa un ventilador adicional para mejorar la refrigeración.

-52 ¿para qué se instala en el filtro una válvula de paso? ¿Cómo está construido el filtro de purificación fina del aceite? ¿Para qué se emplea la purificación fina del aceite? ¿A dónde ingresa el aceite que pasa a través del paquete de limpieza fina?

La finalidad de una válvula de paso en el filtro, se realiza con la finalidad de que en caso que el filtro quede completamente obstruido por la cantidad de partículas que se encuentran en este, siga fluyendo aceite al sistema, dicha válvula está ubicada en los canales de entrada y salida del filtro este mecanismo está conformado por un resorte de presión que regula la presión a la cual la válvula permite el paso a través de ella, en lugar de ser por el filtro.

La purificación fina del aceite, se realiza para evitar el paso de partículas muy pequeñas de contaminantes o partículas de acero provenientes de los diferentes elementos en movimiento del motor.

-55 ¿Cómo se lubrican los muñones y las levas de los arboles distribuidores? ¿Indique como se suministra el aceite a la transmisión de las bombas de aceite y de cebado de combustible?

A los cojinetes de bancada y de biela el aceite se suministra bajo presión del dúcto principal. El aceite se suministra por parado a cada cojinete de bancada, del cual por canales en los codos y muñones del árbol se dirige a los cojinetes de biela, o el aceite se suministra a la cavidad interna del árbol y por canales radiales en los muñones llega a los cojinetes de bancada y de biela.

Los cojinetes de biela se lubrican con el aceite que ingresa por los canales en el árbol cigüeñal. A las paredes del cilindro el aceite se inyecta del orificio especial en la biela al coincidir este orificio con el orificio en el árbol cigüeñal. El bulón de émbolo se lubrica con el aceite tomado de las paredes del cilindro por el anillo roscador de aceite y dirigido a la cavidad interna del émbolo.

El aceite suministrado por la sección inferior de la bomba de aceite por un tubo que ingresa al radiador de aceite, donde se enfría por medio de la corriente de aire creada por el ventilador del sistema de enfriamiento.

Al sistema de lubricación el aceite se vierte por la garganta de llenado, que tiene un filtro de aire para la ventilación del cárter. Esta ventilación es necesaria porque los gases de escape propician la oxidación del aceite que se halla en el cárter.

La circulación del aceite en el sistema de lubricación se asegura por medio de bombas especiales, que se llaman lubricadores (en los diesel). Para su purificación se instalan filtros de limpieza fina.

-56 ¿En qué sitio se mide la presión del aceite en la tubería principal del motor diesel? ¿Cuál debe ser la temperatura del aceite en la salida del motor? ¿El tanque de aceite se puede llenar completamente? ¿Por qué antes del arranque del motor diesel es necesario trasegar aceite? ¿Hasta qué presión?

- La presión y la temperatura del motor diesel se miden después del cuerpo de los filtros. Para controlar la presión del aceite existente en la tubería maestra y la temperatura del mismo en el cuerpo de los filtros.

- La temperatura normal del aceite presente en el motor Diesel debe encontrarse, al funcionar este con régimen nominal, dentro de los límites de 80 a 90º C. Si la temperatura excede los 90º C, la calidad del aceite se empeora y como consecuencia se acelera el desgaste de las piezas del motor y aumenta el consumo de aceite

- En el motor parado se verifica el nivel de aceite contenido en le cárter, la fijación de los conjuntos y piezas del sistema de engrase y la falta de fugas de aceite. No es conveniente llenar de aceite de modo que este supere el trazo superior para no provocar la quemadura de los segmentos de pistón, la formación abundante de carbonilla en las cámaras y en los fondos de los pistones, así como el aumento del consumo del aceite. Si el nivel de aceite en el cárter no alcanza el trazo inferior, el trabajo del motor está prohibido, ya que en este caso es posible la alteración del suministro de aceite en el sistema, alteración que es acompañada de un desgaste intenso de las piezas en roce y de averías de los cojinetes debido a su fusión.

- Debe bombearse aceite en el arranque de los Diesel para asegurar la formación de la película de aceite entre los pistones y la cámara de combustión para evitar el rozamiento entre estos pues al apagarse este retorna al cárter quedando prácticamente estos elementos en contacto directo sin la película que los separe.

- A las revoluciones mínimas de la marcha en vacío la presión del aceite, creada en el sistema, no se tolera inferior a 0.8 Kgf/cm2. La válvula de reducción deriva el aceite de la cavidad de impulsión de la bomba de aceite a la bandeja del cárter al poseer el aceite con una viscosidad elevada (por ejemplo, al poner en marcha un motor Diesel frío). La válvula está ajustada para una presión de 7-8 Kgf/cm2.

-57 mencione las principales característica técnicas de un motor.

Las principales características son las que identifica si un motor es adecuado para un trabajo o si no, además de indicar cuáles son los requerimientos para su uso.

- Par motor, En general, cuanto mayor sea la cilindrada del motor mayor será el par del motor. Un par motor elevado permite una aceleración más fuerte. Por otro lado, un par motor elevado permite que se desplace un peso mayor, motivo por el que los vehículos diesel con frecuencia se emplean para la tracción de, remolques o cargas grandes.

-La potencia, es el trabajo efectuado en un cierto tiempo. Por este motivo, esta depende del par motor, pero también de la velocidad de rotación del motor. Cuanto más rápido gire el motor, mayor será la potencia.

-Consumo especifico de combustible, es la cantidad de combustible que necesita un motor para suministrar una determinada unidad de potencia por unidad de tiempo. El consumo específico es una forma de expresar el rendimiento del motor, en el sentido que relaciona consumo con prestaciones. Cuanto menor sea el consumo específico de un motor, mejor es su rendimiento.

-61 ¿Qué sistemas y porque es necesario agregarlos al carburador elemental para que el satisfaga plenamente los requerimientos presentados a un carburador moderno?.

El carburador es el dispositivo donde se prepara la mezcla carburante. El carburador se instala en un motor de automóvil y debe garantizar la perfecta dosificación de la mezcla de combustible para todos los regímenes de carga, velocidad y la estabilidad de esta dosificación durante una larga explotación del automóvil. Un carburador elemental comprende la cuba con el flotador, la aguja de cierre, el surtidor con el pulverizador, el difusor, las mariposas de gas y de aire y la cámara de carburación. La cuba, el flotador y la aguja de cierre se necesitan para mantener el nivel constante de combustible contenido en el pulverizador.Para que el carburador satisfaga con los requerimientos presentados a un carburador moderno debe tener los siguientes dispositivos auxiliares:- Circuito de marcha lenta (RALENTI), este es un dispositivo para marcha en vació o con cargas pequeñas del motor. Durante el funcionamiento del motor en vació o a cargas pequeñas la mariposa de gas está cerrada casi por completo. Por eso la depresión y la velocidad de la corriente de aire en el difusor son insuficientes para formar la mezcla

carburante de la composición deseada. Al mismo tiempo tras la mariposa del gas se crea una gran depresión. En estas condiciones se puede conseguir que el motor funcione establemente ya que se asegura la preparación de la mezcla carburante por el circuito de marcha lenta.- Dispositivo dosificador principal, es el encargado de asegurar una composición empobrecida (económica) constante de la mezcla en una ancha gama de cargas medias. Existen de dos tipos:

- Dispositivo dosificador principal con variación de la depresión junto al surtidor de combustible.

- Dispositivo dosificador principal con un surtidor adicional y la variación de la depresión en los difusores.

- Dispositivo de arranque, al poner en marcha el motor el número de revoluciones del cigüeñal es pequeño. Por esto la depresión creada en la cámara de carburación es insuficiente y el circuito de marcha lenta y el dispositivo dosificador principal no aseguran la obtención de una mezcla carburante enriquecida deseada. En los carburadores modernos se usa una mariposa la cual se cierra, instalada en la tubuladura de entrada, para elevar la depresión en la cámara de carburación debido a lo cual la mezcla se enriquece a costa de una salida intensa del combustible a partir de los pulverizadores del dispositivo dosificador principal y del circuito de marcha lenta.- Economizar, este es un dispositivo que se utiliza para enriquecer la mezcla al trabajar el motor a grandes cargas, suministrando una cantidad adicional de combustible a la cámara de carburación.- Bomba de aceleración, este es un dispositivo de enriquecimiento adicional de la mezcla al abrir bruscamente la mariposa de gas. A veces esta bomba esta unida con el economizador.

-62 ¿En qué consiste el fenómeno de detonación? ¿Cuáles son sus síntomas externos, las causas de su surgimiento? ¿Qué circunstancias acentúan y debilitan la detonación?

En si es la auto-inflamación instantánea incontrolable que se produce en la cámara de combustión debido a la termo-transferencia de la masa carburante y los gases residuales, en una zona alejada de la fuente de inflamación generando ondas de choque que se propagan en todas direcciones, aumentando la presión y la temperatura.Los síntomas externo son golpes metálicos bien audibles que en si son fuertes vibraciones que están ocurriendo internamente en el motor. La aparición de la combustión detónate principalmente es resultado de la clase de gasolina incorrectamente seleccionada, para el motor de carburador con determinada relación de compresión.Para controlar este fenómeno se emplea combustibles que tengan alta resistencia a la detonación, esto se determina con el índice de octano el cual nos dice que tan propenso será esa combustible a la detonación, el factor de diseño del motor (el diseño del la camarada combustión, diámetro del cilindro, materiales del embolo y de la culata del cilindro), los regímenes de trabajo (composición de la mezcla, numero de revoluciones del árbol y carga del motor, formación de carbonilla en la culata del bloque y en el embolo, adelanto del encendido, temperatura del agua de enfriamiento y la mezcla carburante).

-63 ¿Mediante qué métodos se efectúa la compensación de la mezcla carburante en los carburadores? Describa la construcción de los filtros sedimentadores y de los filtros de aire en los motores de carburador

En los carburadores se utiliza un compensador de aire para la marcha mínima, con el fin de compensar la mezcla demasiado rica producida por los excesivos vapores de la gasolina, se hace funcionar el motor cuando está muy caliente. En los carburadores de automóvil, el compensador consiste en una válvula controlada termostáticamente, por lo general montada encima del tubo Venturi principal o en la parte posterior de la taza del carburador. Esta válvula funciona por medio de una tira bimetálica y normalmente mantiene cerrado un conducto de aire que se extiende desde un punto situado encima del Venturi hasta un punto más debajo de la válvula del acelerador. Cuando el motor funciona estando muy caliente. Los excesivos vapores de gasolina que entran al múltiple, enriquecen normalmente la mezcla, dando como resultado una marcha mínima irregular e incluso que el motor deje de funcionar. El compensador de aire para la marcha mínima elimina este problema, ya que a una temperatura determinada el termostato se inclinará para desplazar la válvula de su asiento y permitir que fluya aire a través del conducto compensador y así mantener la marcha mínima uniforme. Cuando el motor se enfría, el termostato cierra la válvula y el carburador proporciona mezcla normal.

Los tipos de construcción de los filtros de aire son muy variados pero los más usuales son:- Los filtros de aire con elemento seco: el aire antes de pasar por el carburador pasa por un cartucho de papel para purificar el aire y evitar el rayado de los cilindros y desgaste anormal de los anillos.-Los filtros de aire con baño de aceite: en estos se dispone un pre-filtro en la entrada de aire para extraer las partículas más grandes antes de que el aire entre al filtro principal. El aire entra en el filtro a través del tubo de admisión y baja por él hasta la cubeta de aceite. El aire en esta zona choca contra la superficie de aceite, y la mayoría de las partículas de polvo que lleva son retenidas por el aceite de la cubeta.

-64 ¿Qué requerimientos se presentan a los tubos de admisión y de escape? Describa la construcción y el funcionamiento de los sistemas de precalentamiento de la mezcla de los motores.

Por la tubería de admisión la mezcla carburante procedente del carburador (en los motores de carburador) y el aire procedente del depurador de aire (en los motores diesel) llega a los cilindros. Por la tubería de escape los gases quemados se derivan de los cilindros.

Las tuberías de admisión y de escape se fabrican de fundición formando una pieza común o dos piezas separadas. Las tuberías de admisión están fundidas en una aleación de aluminio. En algunas construcciones las tuberías fundidas por separado se sujetan entre sí mediante pernos. Las bridas de las tuberías de escape provistas de juntas de metal imantado y de los de admisiones provistas de juntas de paronita se unen al bloque y cárter o a la culata de cilindros con ayuda de espárragos o tuercas.

Las tuberías de admisión y de escape deben tener formas y secciones tales que la resistencia que se opone al movimiento de los gases sea mínima y la mezcla carburante (o aire) vaya distribuida uniformemente por los cilindros.Los gases quemados salen del cilindro del motor a gran velocidad, produciendo un ruido estridente, para disminuir este ruido se montan silenciadores en el tubo de escape y que al pasar por estos dispositivos dichos gases de escape se expanden perdiendo velocidad, saliendo al medio ambiente sin hacer ruido.Para disminuir el peligro de incendios las tuberías de escape de los motores de tractores y de maquinas agrícolas automotrices están dirigidas hacia arriba y están dotadas por apaga chispas.En algunos casos la tubería de admisión es calentada por el agua caliente procedente del sistema de refrigeración. Para esto la tubería está provista de paredes dobles y el espacio formado entre ellas está lleno de agua que pasa de la culata de cilindros al radiador.Para evaporar mejor el combustible y evitar que este se condense la mezcla carburante, antes de que llegue al motor de carburador, es precalentada por el calor de los gases de combustión o del líquido procedente del sistema de refrigeración.Es recomendable precalentar el aire que llega al carburador y controlar su temperatura, ya que se reduce la variación en la densidad del aire y, en consecuencia, tener un mejor control de la relación de la mezcla, respecto a la economía del combustible y el control de emisiones; asimismo, se minimiza el congelamiento del carburador y se reduce la necesidad de una válvula de traspaso en el múltiple de escape.El calentamiento puede ser no regulable y regulable. El grado necesario de calentamiento depende de la marca del combustible a utilizar, la temperatura ambiente y la carga del motor. La subida de la temperatura de la mezcla carburante y su expansión llevan a la reducción del llenado, en peso, de los cilindros, por esto es conveniente variar la intensidad de calentamiento de la mezcla, aumentando el calentamiento al estar frío o poco cargado el motor y disminuyéndolo gradualmente a medida que va calentándose el motor y creciendo la carga.

Funcionamiento del sistema de precalentamiento en el motor GA2.S2-01 (figura 11 a).

a- calentamiento completo (invierno).b- calentamiento está desconectado (verano).1. mariposa; 2. Sector; 3. Tubería de escape; 4.tubería de admisión.

El calentamiento de la mezcla se regula manualmente con ayuda de la mariposa 1 instalada en la tubería de escape 3. Para esto el extremo exterior del eje de la mariposa lleva sujetada el sector 2. El sector puede ponerse en dos posiciones: junto a la marca con letrero “invierno” abriendo la mariposa y junto a la marca con letrero “verano” cerrándola. Cuando este queda cerrado, los gases de combustión no llegan a la camisa de calentamiento (Fig. 11 b) y el calentamiento de la mezcla carburante cesa.En algunos motores diesel dotados de motores de carburador para el arranque el aire que pasa por la tubería de admisión es calentado por el calor de los gases quemados del motor de arranque durante la puesta en marcha del motor diesel. Esto facilita el arranque del motor diesel, sobre todo a bajas temperaturas del medio ambiente.

-69 Describa la construcción y el funcionamiento de la bomba de cebado de combustible

En los diesel se emplea bomba de cebado de combustible de embolo, rotativas, de piñones o de diafragma con accionamiento o transmisión mecánica desde el motor o con un accionamiento eléctrico independiente.

Bomba de embolo: este tipo de bomba se instala en los equipos de autotractor. Se le instala directamente en el motor o en el cuerpo de la bomba de alta presión. El accionamiento de la bomba comúnmente se realiza desde una de la levas de las secciones de la bomba o con un excéntrico instalado en el árbol de la bomba de combustible o en el árbol distribuidor del motor

Bomba rotativa: se basa en el principio de desplazamiento positivo, en el cual la bomba posee cámaras que crecen y decrecen generando una succión en el sitio donde la cámara crece y un aumento e la presión en donde la cámara decrece obligando al combustible a salir de la bomba con un aumento razonable de su presión

Esta bomba está formada por un brazo con mandrilado excéntrico. Dentro del bazo alrededor de un eje que coincide con el eje de la superficie externa gira in rotor el cual posee cuatro ranuras longitudinales del rotor están colocadas libremente las paletas que se apoyan en un pasador flotante y en la superficie interna del mandrilado.

Bomba de piñones y de diafragma: al igual que las rotativas se basa en el principio de desplazamiento positivo, en el cual la bomba posee cámaras que crecen y decrecen

generando una succión en el sitio donde la cámara crece y un aumento e la presión en donde la cámara decrece obligando al combustible a salir de la bomba con un aumento razonable de su presión.

-70 describa los dispositivos de arranque de los motores. ¿Qué dispositivos de arranque se prevén en los motores Diesel? ¿Qué conjuntos principales entran en el sistema de arranque eléctrico?

El motor de combustión interna no tiene arranque propio, hay que hacerlo girar con una fuente externa para que se completen los procesos necesarios y se produzca el encendido. Existen varias formas de hacer girar el motor para que arranque:

-Arranque manual-Arranque por motor de aire comprimido-Arranque por motor de combustión auxiliar-Arranque por motor eléctrico

El arranque manual se usa para los pequeños motores  donde con un  aceptable esfuerzo corporal se hace girar el motor para el arranque y puede ser:

-Accionando una palanca con los pies (motocicletas y similares).-Tirando de una cuerda arrollada en una polea en el cigüeñal.-Girando un eje acodado acoplado al cigüeñal.-Empujando el vehículo hasta el arranque.

El arranque por aire comprimido se usa para algunos grandes motores en los que la potencia necesaria hace difícil el uso del arranque eléctrico debido a las altísimas corrientes necesarias, y en algunos vehículos especiales adaptados para funcionar a muy bajas temperaturas donde las baterías de acumuladores no pueden utilizarse.  También en  estos grandes motores el proceso de arranque es más complejo y por lo general, deben hacerse girar hasta que se lubriquen las partes internas antes de someterlos al funcionamiento por ellos mismos.

El arranque por motor de combustión auxiliar se usa en algunas máquinas de la construcción que usan motores Diesel. Estas máquinas pueden prescindir de las baterías de acumuladores y así ser más adaptables a condiciones climáticas de fríos severos. Usan un pequeño motor de gasolina que se arranca por el método manual o con motor eléctrico, este a su vez  acciona el motor principal a través de un acoplamiento de engranajes desplazables. Estos pequeños motores pueden hacer girar por largo tiempo al motor principal para permitir la lubricación antes de la puesta en marcha.En los automóviles se usa casi universalmente el arranque por motor eléctrico, por lo que será este método el que será tratado.Arranque por motor eléctricoPara el arranque de los motores de automóvil se usa un motor eléctrico de corriente continua que se alimenta desde la batería de acumuladores a través de un relé. Este relé a su vez se acciona desde el interruptor de encendido del automóvil.

Esquema del sistema de Arranque

Cuando se acciona el interruptor de arranque se alimenta con electricidad proveniente de la batería a la bobina del relé, y este a su vez cierra dos grandes contactos en su interior alimentando el motor de arranque directamente desde la baterías a través de un grueso conductor (representado con color rojo).

-71 describa el influjo de los diferentes factores en la atomización del combustible en los motores diesel. ¿Cuáles son las ventajas y fallas del método de inyección directa del combustible a los cilindros del motor?

-Inyección indirecta: En los motores de gasolina de inyección indirecta la gasolina se introduce en el colector de admisión, antes de la cámara de combustión. En los Diesel de inyección indirecta, el gasóleo se inyecta en una precámara ubicada en la culata, y conecta con la cámara principal de combustión dentro del cilindro mediante un orificio de pequeña sección. Parte del carburante se quema en la precámara, aumentando la presión y enviando el resto del combustible no quemado a la cámara principal, donde se encuentra con el aire necesario para completar la combustión

-Inyección directa: Independientemente de si se trata de un motor de gasolina o diesel, se dice que el sistema de inyección es directa cuando el combustible se introduce directamente en la cámara de combustión, formada por la culata y la cabeza del pistón; esta cabeza suele tener la superficie con una forma que favorece la turbulencia de los gases, y mejora así la combustión.

Ventajas:-Desestrangulación en los modos operativos con mezcla "estratificada". En estos modos operativos se trabaja con un valor lambda comprendido entre 1,55 y 3. Esto permite abrir más la mariposa y aspirar mas aire, porque tiene que superar una menor resistencia que provocaba la válvula de mariposa al estar medio cerrada.En el modo estratificado el motor trabaja con un valor lambda desde 1,6 hasta 3, consiguiendo una reducion de consumo de combustible considerable. 

-Menores pérdidas de calor cedido a las paredes de los cilindros Esto es debido a que en el modo de mezcla estratificada" la combustión únicamente tiene lugar en la zona próxima de la bujía, esto provoca menores pérdidas de calor cedido a la pared del cilindro, con lo cual aumenta el rendimiento térmico del motor.

-Debido al movimiento intenso de la mezcla en el modo homogéneo, el motor posee una alta compatibilidad con la recirculación de gases de escape, equivalente hasta un 25%. Para aspirar la misma cantidad de aire fresco que cuando trabaja con bajos índices de recirculación de gases se procede a abrir la mariposa de gases un tanto más. De esa forma se aspira el aire superando una baja resistencia y disminuyen las pérdidas debidas a efectos de estrangulamiento. 

-Con la inyección directa del combustible en el cilindro se extrae calor del aire de admisión, produciéndose un efecto de refrigeración de éste. La tendencia al picado se reduce, lo que permite aumentar a su vez la compresión. Una mayor relación de compresión conduce a una presión final superior en la fase de compresión, con lo cual también aumenta el rendimiento térmico del motor. 

-Es posible reducir el régimen de ralentí, y se facilita el arranque en frío debido a que al reanudar la inyección el combustible no se deposita en las paredes de la cámara de combustión. La mayor parte del combustible inyectado puede ser transformada de inmediato en energía utilizable. El motor funciona de un modo muy estable, incluso al trabajar con regímenes de ralentí más bajos. 

Desventajas:- Uno de los problemas principales que plantea la inyección directa de gasolina es el tratamiento de los gases de escape para cumplir las normativas anticontaminación. Los óxidos nítricos que se producen con motivo de la combustión en el modo "estratificado" y en el modo "homogéneo-pobre" no pueden ser transformados suficientemente en nitrógeno por medio de un catalizador convencional de tres vías. Sólo desde que ha sido desarrollado el catalizador-acumulador de NOx también se cumple la norma de emisiones de escape EU4 en estos modos operativos. Los óxidos nítricos se acumulan internamente en ese catalizador y se transforman en nitrógeno mediante medidas específicas para ello. 

-Otro inconveniente reside en los problemas que plantea el azufre en la gasolina. Debido a la similitud química que tiene con respecto a los óxidos nítricos, el azufre también se almacena en el catalizador- acumulador de NOx y ocupa los sitios destinados a los óxidos nítricos. Cuanto mayor es el contenido de azufre en el combustible, tanto más frecuentemente se tiene que regenerar el catalizador-acumulador, lo cual consume combustible adicional. 

-72 ¿Qué puede provocar la humosidad del motor? ¿Porque es perjudicial el polvo del aire atmosférico y que métodos existen para purificarlo?

Las posibles causas de la humosidad del motor son:

-Mala combustión: Se puede dar por mala sincronización, mecanismo de ignición defectuoso (en el caso de los motores a gasolina), agarrotamiento del inyector (queda abierto todo el tiempo), por la mala calidad del combustible y por ingreso de aire en el sistema de combustible.

-Quema de aceite: El aceite entra a la cámara de combustión y se quema en ésta. El lubricante puede entrar a través de guías de válvulas desgastadas, o por la holgura entre el émbolo y el cilindro cuando los anillos están desgastados o cristalizados.

-Ingreso de agua a la cámara de combustión: Si el sello de la culata está defectuoso, el agua que circula por el motor puede infiltrar a la cámara de combustión y quemarse produciendo vapor.

El polvo del aire atmosférico es perjudicial en el motor, porque, produce una pasta abrasiva al combinarse con el aceite; produciéndose así el desgaste del grupo de émbolo de los cilindros y los cojinetes.

Los purificadores de aire limpian el aire que ingresa al carburador, a los tubos de admisión y a los cilindros del motor, absorbiendo además el ruido de la admisión.Los filtros de aire se pueden dividir en de inercia, filtrantes y combinados, que tienen dos escalones de purificación (el primero de inercia y el segundo filtrante). Si para elevar la eficiencia de la purificación se emplea baño líquido en el escalón de inercia o humedecimiento de las superficies de los elementos filtrantes, los filtros se llaman húmedos; si no, se llaman secos.

-73 ¿Qué puede provocar el funcionamiento inesperado del motor en “desbocamiento”? Mencione las posibles fallas en el sistema de lubricación, en el sistema de enfriamiento, en el sistema de alimentación. ¿Cómo distinguir las causas de las fallas del motor por el color de los gases de escape?

El desbocamiento del motor ocurre cuando durante el funcionamiento del motor este supera el número de revoluciones nominal, es decir supera el número de revoluciones máximos bajo los cuales fue diseñado, situación que puede llevar al mal funcionamiento del motor. En desbocamiento el motor se encuentra sobrerevolucionado y acelerado.El número de revoluciones de embalamiento supera bastante el número de revoluciones nominal cuando disminuye la carga y por consiguiente el coeficiente de llenado ηv crece un poco. Si el número de revoluciones se eleva a más de ηnom la potencia no aumenta, debido a la disminución brusca de la presión efectiva media Pe, mientras que crecen la carga dinámica sobre las piezas principales y su desgaste. Por esto un motor cargado no se debe explotar con un número de revoluciones mayor que el nominal, siendo intolerable hacerlo con el de embalamiento (desbocamiento). Para excluir la posibilidad del paso del régimen de embalamiento y facilitar la conducción del automóvil cuando el motor funciona con el régimen nominal se instala un limitador, es decir, un regulador del número máximo de revoluciones, que cuando disminuye la carga del motor cierra automáticamente la mariposa de gases. Cuando se monta este limitador, si disminuye la carga del motor, el número de revoluciones pasa un poco de ηnom, alcanzando ηxxmáx.En sí el número de revoluciones con el cual Pi=Pm es el máximo para el motor recibe el nombre de revoluciones de embalamiento ηemb.

Las posibles fallas en el sistema de lubricación pueden ser por ejemplo:- Que la tubería de suministro de aceite o el filtro estén parcialmente obstruidos.- Consumo excesivo de aceite el cual se reflejado en la salida excesiva de humo por el escape.- Nivel de aceite en el motor demasiado bajo.- Utilización de un aceite de baja calidad o grado menor.- Fuga externa del aceite del motor.- Bomba de aceite defectuosa o válvula de descarga atorada.- Caudal incorrecto de la bomba de aceite.- Presión excesiva del aceite.

Las posibles fallas en que el sistema de enfriamiento puede incurrir son:- Nivel del sistema de refrigeración demasiado bajo.- Radiador o sistemas de refrigeración sucios o parcialmente atascados.- Bloqueo o restricción debido a la formación de hielo.- La correa del ventilador patina, o se ha acoplado a un ventilador inadecuado.- Caudal incorrecto en la bomba de alimentación.- termostato bloqueado en posición de cerrado.- Endurecimiento del agua.Posibles fallas en el sistema de alimentación pueden ser por:- El interruptor de parada está en la posición de no suministro.- Insuficiente combustible en el depósito.- Ingreso del aire en el sistema.- Filtros de combustible colmados.- tubos de suministro atascados.- Bomba de inyección deficiente que no suministre combustible a los inyectores.- El tubo de suministro de combustible están obstruidos.- La bomba de extracción del combustible no funciona.- El orificio de ventilación del depósito de combustible está obstruido.

Normalmente, cuando la gente ve a un camión urbano lanzando una nube de humo negro por el escape, dice que está contaminando. En parte tienen razón, pero lo que quiero recordar en este momento, es que a pesar de que no veamos humo o gases de un color específico, por el escape están saliendo diversos gases "invisibles" constantemente, ósea, que no los podemos ver. El hecho de encontrar un determinado color en el humo nos indica alguna anomalía, pero hay que tener cuidado en lo referente al humo blanco, porque hay muchas personas que malinterpretan su significado.Básicamente, vamos a encontrar tres diferentes colores de gases: el negro, el azul y el blanco.El humo negro nos está indicando un exceso de combustible, bien sea de gasolina o de Diesel en el caso de los camiones.El humo azul que sale por los tubos de escape nos está indicando que el aceite lubricante está llegando hasta las cámaras de combustión. No solamente el aceite del motor puede ser el causante de esta anomalía. Algunos componentes de las transmisiones automáticas o cajas automáticas van conectados al vacío (succión) del motor de la misma manera que se conectan los boosteres de los frenos. En un caso anormal, el motor puede llegar a aspirar aceite de la caja automática y al entrar por el múltiple de admisión puede pasar hasta las cámaras de combustión.Dejando esta situación a un lado, diremos que las principales causas que permiten el paso del aceite a las cámaras de combustión pueden ser: una tolerancia excesiva entre las guías de válvulas y los vástagos de las válvulas, unos sellos de válvula en mal estado, los anillos de los pistones, desgaste general del motor y posiblemente, cuando hay exceso de aceite en el cárter por haberlo llenado de manera exagerada.El humo blanco es simple y sencillamente vapor de agua. Prácticamente todos los coches del mundo lo emiten en mayor o en menor grado, dependiendo de muchas condiciones como pueden ser la temperatura ambiente, la cantidad de agua que pueda encontrarse en el sistema de escape y el hecho de que el coche "duerma" a la intemperie o bajo techo. Normalmente, lo podemos ver cuando se arranca el coche por primera vezpor la mañana y especialmente cuando la temperatura esta fría. El humo, al hacer contacto con un piso de mosaico, deja una pequeña capa sobre éste.

El problema de que un coche no deje de emitir humo blanco se debe a que está llegando a penetrar agua en las cámaras de combustión. Esto puede deberse a una empaquetadura o "junta" de cabeza en mal estado o a alguna fractura o fisura bien sea en el monoblock o en la cabeza. Algunas veces, cuando el motor está frío no sale humo blanco, pero a medida de que va alcanzando temperatura empieza a salir. Esto nos indica que la grieta o fractura se "abre" al dilatarse el metal de la pieza afectada debido al calentamiento y permite entonces el paso del agua a las cámaras de combustión.

-79 Métodos para elevar la potencia de los motores de combustión interna.

La potencia efectiva del motor puede ser aumentada en el caso general a costa de:

-El aumento del volumen de trabajo del cilindro (el aumento de las medidas lineales del diámetro del cilindro y de la carrera del émbolo).-El aumento de la cantidad de cilindros.-El aumento de la frecuencia de rotación del árbol cigüeñal del motor.-Elevación de la densidad de la carga y del coeficiente de llenado (por ejemplo, mediante sobrealimentación, así como a costa del mejoramiento de la organización del intercambio de gas, la disminución de las resistencias en la admisión y en el escape, el empleo de sobrealimentación de inercia para aumentar el rellenado, etc.)-La elevación del rendimiento indicado (a costa del perfeccionamiento del proceso de combustión y de la reducción de las pérdidas de calor del combustible en los procesos de compresión y expansión).-La elevación del rendimiento mecánico del motor (por ejemplo a costa de la utilización de aceites de alta calidad, la disminución de las superficies rozantes, la reducción de las pérdidas de bombeo, etc.)

Para aumentar la potencia de los motores diesel es necesario, además de las anteriormente mencionadas, los siguientes pasos:-Concordar la forma de la cámara de combustión con la forma, la dimensión, el número y la disposición de las llamas de combustible con el aire antes de autoinflamación y luego, a la combustión más completa.-Crear en la cámara de combustión las corrientes intensas de aire (torbellinos) que contribuyan al mezclado del combustible con el aire antes de la autoinflamación y luego, a la combustión más completa.-Pulverizar finamente el combustible.-Atomizar homogéneamente el combustible, o sea, fraccionar el chorro formando gotas de tamaño aproximadamente igual.

-81 ¿Qué caracteriza el número de octanos de un combustible?

El numero de octano, es una escala que mide la capacidad antidetonante del carburante cuando este se comprime dentro de un cilindro de un motor.Si un combustible no posee el índice de octano suficiente, en motores con elevadas relacion de compresión, se producirá el autoencendido de la mezcla, es decir, la combustion será demasiado rápida y dará lugar a una detonación prematura en la fase de compresión, que hará que el pistón sufra un golpe brusco y reducirá drásticamente el rendimiento del motor, llegando incluso a provocar graves averías. A este fenómeno también se le conoce entre los mecánicos como picado de bielas o pistoneo o cascabeleo..

Aunque comercialmente suele hablarse de un sólo Número de Octano, las especificaciones técnicas de los distintos países incluyen dos valores, que miden el comportamiento de la gasolina para dos situaciones diferentes:-R.O.N. número de octanos de investigación, es el que suele figurar en la estaciones de servicio. Representa, de manera aproximada, el comportamiento en ciudad: Bajo régimen con numerosas aceleraciones-M.O.N. número de octanos del motor, es el octanaje probado en un motor estático. Intenta reproducir la situación en carretera, alto régimen y conducción regular

-82 ciclos de los motores de combustión interna. Tipos de motor que funcionan de acuerdo a cada uno de estos ciclos.

-El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos. La eficiencia de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros la pérdida de energía por la fricción y la refrigeración.En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende del grado de compresión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octano. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%: sólo la cuarta parte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica.

-Motores diesel, en teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en este último a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. La mayoría de los motores diésel tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina. En la primera fase se absorbe aire hacia la cámara de combustión. En la segunda fase, la fase de compresión, el aire se comprime a una fracción de su volumen original, lo cual hace que se caliente hasta unos 440 ºC. Al final de la fase de compresión se inyecta el combustible vaporizado dentro de la cámara de combustión, produciéndose el encendido a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de potencia, la combustión empuja el pistón hacia atrás, trasmitiendo la energía al cigüeñal. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de expulsión. Algunos motores diésel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada .La eficiencia de los motores diésel depende, en general, de los mismos factores que los motores Otto, y es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. Este valor se logra con un grado de compresión de 14 a 1, siendo necesaria una mayor robustez, y los motores diésel son, por lo general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de utilizar combustibles más baratos.Los motores diésel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, en la actualidad, algunos tipos de motores diésel trabajan a velocidades similares que los motores de gasolina, pero por lo general con mayores cilindradas debido al bajo rendimiento del gas oil respecto a la gasolina.

-Motor de dos tiempos, con un diseño adecuado puede conseguirse que un motor Otto o diésel funcione a dos tiempos, con un tiempo de potencia cada dos fases en lugar de cada cuatro fases. La eficiencia de este tipo de motores es menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar sólo dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen más potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamaño.

El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los periodos de absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo. El diseño más simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas de cabezal, las válvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistón hacia atrás). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración cuando el pistón está en la posición más alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara.

-Motor Wankel, en la década de 1950, el ingeniero alemán Félix Wankel completó el desarrollo de un motor de combustión interna con un diseño revolucionario, actualmente conocido como Motor Wankel. Utiliza un rotor triangular-lobular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro. La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio de aspiración y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cámara. La rotación del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases se expulsan a través de un orificio de expulsión con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro.El motor de Wankel es compacto y ligero en comparación con los motores de pistones, por lo que ganó importancia durante la crisis del petróleo en las décadas de 1970 y 1980. Además, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica permite una fabricación barata. No requiere mucha refrigeración, y su centro de gravedad bajo aumenta la seguridad en la conducción. No obstante salvo algunos ejemplos prácticos como algunos vehículos Mazda, ha tenido problemas de durabilidad.

-Motor de carga estratificada, una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga estratificada, diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculación de los gases resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador. La clave de este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficiente como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos.

-85 ¿Cómo se determina a temperatura de del final de la combustión flamígera en el cilindro de un motor de combustión interna?La temperatura de los gases en el final de la combustión del combustible en el diesel, que funciona de acuerdo con el ciclo mixto, se puede determinar en base a la primera ley de la termodinámica, acorde con la cual

D=dU+AdL

En el caso considerado el calor aportado se traduce en aumento de la energía interna del gas y parcialmente en la relación de trabajo mecánico externo. Efectuando la integración en los límites del principio y del final del proceso de combustión, se obtiene:

Qc=Uz-Uc+ALz´z´

Donde Uc es la energía interna de los gases, (es decir de la mezcla carburante y de los gases residuales) en el momento del inicio del proceso de combustión; Uz es la energía interna de los productos de la combustión y de los gases residuales en el final del proceso de combustión; Lz es el trabajo mecánico externo de los gases que se expanden por la isobara; Qc es el calor que se desprende durante la combustión del combustible y que se gasta en la elevación de la energía interna y en la realización de trabajo mecánico externo? A es el equivalente térmico del trabajo.

Puesto que la energía interna de los gases en el inicio del proceso de combustión Uc representa en si la suma de las energías internas de las mezclas carburantes Uc.m.c y de los residuales Uzgr entonces

Uc= Uc.m.c+ Uzgr

La energía interna de los gases en el final del proceso de combustión también es igual a la suma de las energías internas de los gases; de los productos de la combustión Uzpc y de los residuales Uzgr de tal manera

Uz= Uzpc+ Uzgr

Colocando los valores hallados en la ecuación del balance térmico se obtiene:

Qc + Uc.m.c. + Ucgr = Uzpc + Uzgr + AL z´z´

El calor qc gastado en el aumento de la energía interna de los gases y en la realización de trabajo externo, evidentemente es igual al poder calorífico del combustible introducido al cilindro, disminuido a consecuencia de las perdidas térmicas; debido a la imperfección química de la combustión, a la disociación y a la extinción de la combustión del combustible, y también debido a la termo-transferencia a las paredes solo durante la combustión;

Donde, GCciclo: es la cantidad de combustible en kilogramos-fuerza introducido al cilindro del motor durante el ciclo a Vh = 1 litro.

hu: es el poder calorífico inferior de 1 kgf de combustible

: son las pérdidas de calor debido a la imperfección química de la combustión, es decir a consecuencia de aire a;

: es el coeficiente de utilización del calor que toma en cuenta las pérdidas durante la combustión del combustible debido a la extinción o finalización de la combustión, al termo-transferencia a las paredes y a la disociación.

La energía interna de la mezcla carburante o del aire (sin gases residuales) es:

Ucmc = GCciclocvoTc

Donde, GCciclo es la cantidad de mezcla carburante o de aire, en kgf, que ingresa al cilindro del motor con volumen de trabajo de 1 litro durante 1 ciclo;

cvo es la capacidad calorífica ponderal media de la mezcla carburante o del aire en el intervalo de temperaturas de cero a Tc.

La energía interna de los gases, residuales es:

Donde Es la capacidad calorífica media de los productos de r la combustión en el intervalo de temperaturas de cero a al temperatura en el comienzo del proceso de combustión Tc.

Es la cantidad de gases residuales en kgf, que suele ser determinada por medio del coeficiente de gases residuales y de la cantidad de mezcla carburante o de aire que ingresa fresco Gciclo

La energía interna de los productos de la combustión es:

Donde , Es la capacidad calorífica ponderal media de los productos de la combustión en el intervalo de temperatura de cero a la temperatura en el final del proceso de combustión Tz

La energía interna de los gases residuales calientes es:

Es la capacidad calorífica ponderal media de los productos de la combustión en el intervalo de temperaturas de cero a Tz.

El calor equivalente al trabajo de expansión por la isobara z´z se determina en base a la ecuación:

Después de remplazar las presiones y los volúmenes se obtiene:

Adaptándose:

Se obtiene:

Puesto que para los diesel Rc 30, entonces

En la ecuación obtenida el calor equivalente al trabajo de expansión isobárica esta expresada por medio de la relación de elevación de la presión, que es necesario asumir pues ella depende en medida considerable del momento de la inyección del combustible.

Después de colocar todos los valores hallados se obtiene la ecuación de la combustión para el ciclo mixto:

Después de algunas transformaciones esta ecuación adquiere el especto siguiente:

Suponiendo que cvo=c´vr (en la parte izquierda de la ecuación), pues este supuesto casi no se refleja en la temperatura máxima del ciclo, se obtiene en forma definitiva:

Para resolver esta ecuación es necesario asumir la relación de la elevación de la presión que depende de la cantidad de combustible que combustiona en los procesos isocórico e isobárico.

La máxima temperatura de combustión en los diesel es un poco menor que en los motores de carburador, y oscila en el intervalo de 1800 a 2100 K

En el caso particular de todos el combustible a V=const.

Y por consiguiente:

Para determinar la temperatura. Que alcanza 2500 K en el final del proceso de combustión, hay que resolver una ecuación cuadrática, pues la capacidad calorífica de la mezcla carburante y de los productos de combustión aumenta linealmente al crecer la temperatura.-86 ¿Qué se denomina presión indicada media de motor y como se determina?

El trabajo de los gases en el cilindro, es equivalente al área del diagrama indicador. Para comparar las áreas de los diagrama indicador, tomados de diferentes motores, es necesario reemplazar el área del diagrama indicador por el área equivalente de un rectángulo construido sobre la misma base Vh, la altura del rectángulo construido, representa en si la presión media del ciclo teórico.

Para los motores de transporte la elevación de la presión es particularmente deseable, pues en este caso se logra obtener la potencia dada (prevista) a un menor volumen de trabajo del motor y, por consiguiente, a menores medidas dimensionales y peso del motor.La presión media del ciclo teórico se puede determinar en base a la dependencia antes citada.

Donde, . Puesto que , entonces en forma definitiva:

De acuerdo con las ecuaciones relacionadas, la presión media del ciclo crece al aumentar el rendimiento térmico del ciclo y la cantidad de calor introducido a la unidad de volumen de trabajo del motor.El rendimiento térmico caracteriza la economía (la eficiencia) y la presión media del ciclo caracteriza la reversión mecánica del ciclo. Al aumentar la relación de compresión simultáneamente aumenta el rendimiento térmico y la presión media del ciclo. Por eso es particularmente deseable elevar la relación de compresión de los motores de automóvil.La presión indicada media, es la presión constante ficticia que actúa convencionalmente sobre el embolo durante su desplazamiento del PMS al PMI.

-87 ¿Qué se denomina potencia indicada y potencia efectiva del motor y como se determinan?

Se denomina potencia indicada, aquella que puede obtenerse de la grafica del diagrama de indicador, que es el medio por el cual se obtiene y potencia efectiva es la potencia del motor que es resultado del diseño del motor, con los cálculos termodinámicos en los cuales se estable que el motor puede entregar durante la explotación del mismo.

-91 Describa el sistema de suministro de combustible en los motores diesel.

El sistema de combustible del Diesel debe conservar una reserva de combustible necesaria para el funcionamiento del Diesel durante un intervalo de tiempo dado. Se realizar la limpieza del combustible de las impurezas mecánicas y del agua para asegurar una dosificación uniforme del combustible en dependencia del régimen de funcionamiento dado, su distribución por los cilindros y el suministro oportuno a ellos en los momentos establecidos del ciclo de trabajo en correspondencia con el orden de funcionamiento del motor. La elevada presión, necesaria para la inyección del combustible al cilindro en el intervalo de tiempo dado, para la pulverización y distribución del combustible por el volumen de la cámara de combustión, se crea por medio de las bombas de alta presión.Existen dos tipos principales de sistemas de alimentación de combustible para motores Diesel: los sistemas con inyección por bomba y los sistemas acumuladores. El suministro de combustible al cilindro se realiza por medio de conjuntos y dispositivos que se unen bajo la denominación común de “equipo de alimentación de combustible”.

-Sistemas de inyección de combustible por bomba.La bomba de cebado de combustible succiona el combustible del tanque a través del receptor de combustible y del filtro de limpieza basta y lo envía a través del filtro de

limpieza fina a la bomba de combustible de alta presión. Al elevarse la presión antes del filtro de limpieza fina por encima de lo establecido, el combustible de exceso se deriva al tanque de combustible a través de la válvula de paso y del tubo de evacuación. Si la presión en el canal de alimentación de la bomba de combustible llega a ser mayor que la admisible, el combustible de exceso se evacua al tanque a través de la válvula. La presión del combustible se revisa por medio del manómetro.La bomba de combustible envía el combustible por los conductos de alta presión a los inyectores. El combustible inyectado a través de los inyectores se pulveriza en las cámaras de combustión. El combustible que se infiltra a través de las holguras en los cuerpos de los pulverizadores de los inyectores y en las secciones de la bomba de alta presión, por unos tubos se lleva al tanque de combustible.Para expulsar del sistema de combustible el aire que se desprende del combustible y para eliminar los tapones de aire, se tienen los tapones roscados en el cuerpo de la bomba de combustible de alta presión, en los filtros de limpieza fina y en los inyectores.Durante paradas prolongadas del Diesel el combustible fluye de las tuberías a través de las estanqueidades, y para llenar el sistema de combustible antes del arranque del Diesel paralelamente a la bomba de cebado de combustible 18 se instala la bomba de cebado de combustible con accionamiento manual o eléctrico independiente. Esta bomba se desconecta después de que se llena el sistema con combustible por medio del grifo de tapón 16. En algunos sistemas la bomba de cebado de combustible con accionamiento eléctrico independiente sirve al sistema tanto antes del arranque como durante el funcionamiento del motor.El sistema de alimentación con acumulador es realmente una modificación importante del sistema con inyección por bomba convencional con una serie de artefactos que se encarga realizan un mejor control de la inyección en los aspectos de presión y cantidad de combustible inyectado.

-92 ¿Cómo se regula la cantidad de combustible suministrado a la cámara de combustión de un motor diesel?

Para mantener el régimen asignado de velocidad del motor sirve un mecanismo regulador especial, el cual a diferentes cargas, hace variar automáticamente la magnitud de la posición de la cremallera de la bomba de combustible, merced a lo cual cambia la cantidad de mezcla carburante o de combustible suministrada al cilindro del motor.

-93 ¿En qué se diferencia un inyector cerrado de un inyector abierto?

La diferencia más apreciable entre el inyector cerrado y el inyector abierto radica en el atomizador.La inyección del combustible mediante el inyector abierto comienza en el instante en que la presión en la cavidad del atomizador es mayor que en el cilindro, la diferencia de presiones debe ser suficiente para poder vencer la resistencia que se produce en las secciones de estrangulación, como lo son los orificios y toberas del atomizador por los canales 1 y 2 (Ver figura)

El inyector cerrado posee un órgano de cierre para la aguja, la cual durante el intervalo entre las inyecciones de combustible en el cilindro, cierra la comunicación entre el conducto de combustible a alta presión y la cámara de combustión.

El combustible desde la ranura anular 6 del extremo superior del cuerpo 3 del atomizador, pasando por los canales 4, entre a la cavidad interna 8. El muelle 5 previamente tensado aprieta la aguja 7 y el cono 1 al asiento que hay en el cuerpo del atomizador.Al llegar aceite de la bomba aumenta bruscamente la presión en la tubería y en la cavidad interna del atomizador. Cuando la presión que actúa sobre la superficie cónica 2 de la aguja se hace mayor que la que crea el muelle, la aguja sube y el combustible pasa por los orificios y toberas 9 y entra en la cámara de combustión a alta presión y gran velocidad.Después de cortar el suministro de combustible en la bomba de inyección, desciende la presión en la tubería y en la cavidad interna del cuerpo del inyector y se hace menor que la que crea el muelle. Como resultado la aguja inyectada por el muelle se ajusta fuertemente al asiento y cesa la entrada de combustible.

-94¿Cómo se realiza la formación de la mezcla en los motores diesel?

La formación de la mezcla carburante en el motor Diesel ocurre dentro de su cilindro del modo siguiente. En el cilindro, el combustible se inyecta a través del inyector bajo una presión que varias veces supera la del aire en el final del tiempo de compresión. Con ello la velocidad de movimiento del combustible alcanza 150 – 400 m/s. Debido al frotamiento contra el aire, el chorro de combustible se fracciona formando pequeñas gotitas de 0,002 - 0,003 mm las cuales constituyen una llama de combustible que tiene el aspecto de un

Inyector abierto

cono. El ángulo del cono de pulverización depende, en lo fundamental, de la forma y tamaño de la tobera, de la presión de la inyección, de la viscosidad del combustible y la presión del aire en el cilindro.

La formación de la mezcla en los motores Diesel transcurre en un lapso de tiempo muy breve. Esta circunstancia, así como una mala vaporización de los combustibles de motor Diesel dificultan el proceso de formación de la mezcla.

Para obtener la mezcla carburante capaz de quemarse rápida y completamente, es preciso que el combustible sea pulverizado lo más finamente posible, o sea, formando partículas más pequeñas posibles y cada partícula disponga en torno a sí misma de una cantidad de oxígeno necesaria para la combustión completa. Una distribución tan uniforme del combustible pulverizado en el aire que se halla en la cámara de combustión es difícil alcanzarla. Por eso en el cilindro del motor Diesel el aire se introduce en cantidades mayores que las necesarias teóricamente, ( = 1,20 – 1,65).

-99 describa el funcionamiento del mecanismo de distribución de gas de un motor de cuatro tiempos.

El mecanismo de distribución de los gases sirve para regular la admisión, a los cilindros del motor, de la mezcla de combustible fresca o del aire y el escape, de los cilindros, de los gases quemados.El mecanismo de distribución de los gases debe asegurar el mejor llenado y barrido de los cilindros, el trabajo seguro del motor con todos los regímenes de velocidad y de carga, y la alta resistencia al desgaste y gran duración de las piezas que lo constituyen.En los motores de automóvil producidos en gran escala los mecanismos de distribución que más utilizan son los de válvulas.Los mecanismos de distribución por válvulas pueden ser de tres tipos: 1) con las válvulas situadas en la culata de los cilindros, o de las válvulas en cabeza, 2) con las válvulas colocadas en el bloque de cilindros, o de válvulas laterales, y 3) con las válvulas dispuestas en la culata y en el bloque de cilindros, o de disposición mixta de las válvulas.Las válvulas en cabeza se utilizan tanto en los motores de carburador como en los Diesel. En este caso la cámara de combustión resulta más compacta, con un área de enfriamiento relativamente pequeña, lo que contribuye a disminuir las pérdidas de calor en el sistema de refrigeración, al aumentar el rendimiento indicado del motor y al reducir el peligro de que se produzca la detonación. En los motores de carburador todas las ventajas que hemos indicado, junto con el empleo de combustibles de alto octanaje, permiten elevar su rendimiento, haciendo que éste se aproxime al de los motores Diesel con cámaras de combustible separadas.En el caso de las válvulas dispuestas en cabeza el coeficiente de llenado puede ser hasta un 5 – 7% mayor que cuando están dispuestas lateralmente. Esto se consigue aumentando el número de válvulas o disponiéndolas formando ángulo con el eje del cilindro. La resistencia hidráulica en las tuberías, cuando las válvulas están en cabeza, es muy pequeña, por lo que este sistema es el que más se ha extendido a nivel mundial.Entre los inconvenientes de la disposición de válvulas en cabeza. La complicidad de su accionamiento y el aumento de la altura de la culata de los cilindros.El mecanismo de distribución consta de las piezas siguientes: las válvulas, sus casquillos guías, los taqués, los muelles, el árbol de levas y las piezas de los mecanismos de transmisión.

-100 describa la construcción de un filtro de aire

La mayoría de los vehículos con inyección de combustible se sirven de un filtro de papel plegado de forma plana. El filtro suele instalarse dentro de un recipiente de plástico conectado al cuerpo de la válvula de aceleración por medio de un tubo de entrada.Los vehículos más antiguos con carburador o inyección de válvula de aceleración íntegra normalmente usan un filtro de aire cilíndrico, de una altura de unos pocos centímetros y con un diámetro de entre 20 y 60 centímetros. El filtro se posiciona sobre el carburador o el cuerpo de la válvula de aceleración, normalmente en un contenedor de metal, o de plástico, que puede incorporar un conducto para proveer aire entrante frío o caliente, y asegurado con una cubierta de plástico

-101 ¿Cómo están construidos los motores de turbo-pistón?

En los motores de combustión interna, los gases de combustión que se expulsan al medio después de haber entregado parte de su energía y haber hecho posible que el cigüeñal gire, aun tienen energía que puede ser utilizada para mejorar el funcionamiento de nuestro motor, por esto es que se adaptan sistemas de turbocompresor, que utilizan esos gases de combustión y les extraen un poco de la energía que contiene con el fin de poder accionar un compresor que permite ingresar aire o mezcla a la cámara de combustión a mayor presión, haciendo posible extraer más energía de dicho ciclo.

-102 describa las características de los motores de combustión interna. ¿Ellas qué revelan?

Las características mas relevantes de un motor de combustión interna son:

-Forma de realizar la carburacion: El llenado de los cilindros se realiza con la mezcla aire-combustible, la cual se prepara en el exterior de los cilindros por medio del carburador, o los sistemas de inyección, para después ser comprimida en el interior de los mismos. Debido a esta forma de carburación los motores necesitan consumir combustibles ligeros y fácilmente vaporizables, para que la mezcla se realice en perfectas condiciones de carburación y para obtener así una rápida combustión.

-relacion de compresion y potencia: Debido a los combustibles utilizados, la relación de compresión en estos motores no puede ser elevada, ya que está limitada por la temperatura alcanzada por la mezcla durante la compresión en el interior del cilindro, la cual no puede ser superior a la temperatura de inflamación de la mezcla. Estas relaciones de compresión limitan la potencia de estos motores. Sin embargo, la preparación de la mezcla fuera del cilindro, con tiempo suficiente durante la aspiración y compresión para obtener una buena carburación de la misma, permite una rápida combustión, con lo que se puede obtener un elevado número de revoluciones en el motor.

-forma de realizar la combustion: Otra de las características esenciales de estos motores es la forma de realizar su combustión (volumen constante). Esta se produce cuando el embolo se encuentra en el punto de máxima compresión y se realiza de una forma rápida, por capas como si fuera una explosión, pero sin que los gases puedan expansionarse o sea, aumentar su volumen. Esto hace que la presión y la temperatura interna se eleven extraordinariamente al final de la combustión y se alcancen presiones considerables (40 a 70 kgf/cm2) que ejerce un empuje notable sobre el pistón, desplazándolo para realizar el trabajo motriz.

- forma de encendido: Estos motores se caracterizan por la forma de encendido, el cual se produce por ignición de la mezcla a través de una chispa eléctrica, que hace expansionar los gases una vez iniciada la combustión.

-103 características de velocidad del motor durante el funcionamiento con regulador limite.

El regulador del límite de velocidades máxima del cigüeñal del motor se instala en los motores de automóvil y tractor especiales, sirve para evitar el desgaste acelerado de las piezas del motor y el consumo excesivo del combustible que tiene lugar al desarrollar el cigüeñal revoluciones extremadamente altas. Si la frecuencia de rotación no supera al límite admisible (3200rpm) el rotor del limitador no desarrolla fuerza centrífuga suficiente, en este caso el servomecanismo se actúa de ningún modo sobre el eje y las mariposas del gas y el mecanismo funciona cuando se llegan a las 3200 rpm, la rotación del rotor cerrará el orificio del suministro del aire, luego las mariposas del gas se cerraran un poco evitando la posibilidad de que la velocidad del cigüeñal aumente. Este número de revoluciones en el cual el limitador comienza a funcionar se puede variar aunque éste ya viene regulado de fábrica con ayuda de aparatos especiales.

-1 durante el proceso de expansión, con suministro de 120 Kj de calor, 1 Kg de aire efectúa un trabajo igual a 90 Kj. Determine a variación de a temperatura del aire en el proceso, despreciándose la dependencia de la capacidad calorífica a la temperatura.

Calor que entra= 120 Kj; masa de combustible= 1Kg; trabajo que se extrae = 90 Kj; se conoce que a 27 °C, a capacidad calorífica a volumen constante es de 0.718 Kj/ Kg * K.

Q−W=ΔU=m Δu

Q−W=mC vΔT

ΔT=Q−WmC v

=(120−90 )KJ

(1Kg ) ¿¿

-6 en un cilindro de 1 metro cubico de capacidad se encuentra aire a una presión de 0.5 MPa y a una temperatura de 20 grados celcius. Como variaría la temperatura y la presión del aire, si se le suministra 275 Kj de calor.

Asumiendo = 7.59, K = 1.37 y sabiendo que R = 287 J/ kg K tenemos:

Tc = Ta k - 1 Ta = Tc / k – 1

Ta = (370 ºC / 759 13.7 – 1), entonces Ta = 174.79 ºC = 447.79 K

Q1 = (R / K – 1) (Ta k - 1 ) ( - 1)

400000 J = (287/ 1.37 – 1) (447.79 K x 7.59 1.37 - 1 ) ( - 1) = (775.6 J / kg K ) ( - 1)

Sí = 1.54 tenemos:

= 1.54 = Tz / Tc

Tz = 569.8 ºC

Entonces

Pc = Pa k y Pa = Pc / k

Pa = 0.0996 MPa

Pz = Pa k

Pz = 0.0996 x 1.54 x 7.59 1.37

Pz =2.4644 Mpa

Si Pz Vz = R T2

Vz = RT2 / Pz

Vz = 2.8 Litros

-7 en el cilindro de un motor de combustión interna,al final de la compresión la presión absoluta es de 1.6 MPa y la temperatura es de 370 grados celcius. La mezcla carburante se quema a volumen constante desprendiendo 400 KJ de calor por 1 Kg de ella, determine p, v, T en el cilindro al final de la combustión sin tenerse en cuenta la dependencia de la capacidada calorífica respecto de la temperatura. Considerese que los productos de la combustión poseen las propiedades del aire.

m = 1 Kg; T1 = 20ºC = 293K; P = const; V2 = 2V1

P1V 1

T 1

=P2V 2

T 2

P1V 1

T 1

=P12V 1

T2

1T1

= 2T2

Entonces T2= 2*293K = 586K

Q=mC p∆T=1Kg∗1.018KJKG

∗(586−293 )K=298.3KJ

La capacidad calorífica del aire fue tomada a la temperatura promedio de 439.5K, e igual a 1.018 KJ/Kg

Δu=cv ΔT=400kJ /kg

⇒ ΔT=400kJ /kg0 ,834 kJ /kg .K

=479 ,6K

Se tiene que la temperatura final es:

T 2=T 1+ΔT=643K+479 ,6K=1122 ,6K

Aplicando la ecuación de estado para gases ideales:

PV=nRuT , como V=const

Ru : es la constante universal de los gases

Se tiene que:

PT

=const

P1

T 1

=P2

T 2

⇒P2=T 2

P1

T 1

=1122 ,6643

1,6Mpa=2 ,79Mpa

Pv=RT

R : es la constante del gas

R=0 ,2870 kJ / kg .K , para el aire

v=RTP

v=( 0 ,2870kPa.m3 /kg .K ) (643K )

(1600kPa )=0 ,115m3 /kg

-I Calcular el motor de carburado de cuatro tiempos, destinado para un automóvil de carga. Potencia efectiva del motor Ne = 110 KW a, n = 3200 RPM del árbol cigüeñal y numero de cilindros i = 8. Relación de compresión ε=7.

Ne = 110 Kw; n = 3200 RPM; i = 8; ε = 7

Combustible.Para este motor se adoptan las normas técnicas del combustible. Con un índice de octano para una gasolina Eurosuper de 95

La composición elemental media del combustible derivado del petróleo es aproximadamente de:

C = 0.855; H = 0.145;

Estos son valores aproximados para simplificar los cálculos posteriores.

Calor inferior de combustión del combustible:

Hu=33 . 91C+125 .6H -10 . 89 (O-S ) -2. 51 (9H+W )

H u= (33.91 ) (0.855 )+(125.6 ) (0.145 )−(10.89 ) ( 0 )−(2.51 ) (9 )(0.145)

H u=43930KJKg

Parámetros del fluido motor.

Cantidad teórica para la combustión de 1 kg de combustible:

Lo=1

0.208 ( C12+ H

4− O

32 )= 10.208 ( 0.855

12+ 0.145

4+ 0

32 )

Lo=0.517Kmol aire

Kg combustible

Lo=1

0.23 ( 8C3

+8H−O)= 10.23 ( (8 )(0.855)

3+(8 ) (0.145 )−(0))

Lo=14.96Kgaire

Kg combustible

Coeficiente de exceso de aire:

Tomando como referencia las conferencias de cálculo térmico de motores de automóvil y de tractor.

α ,entre0.80 y 0.86Para motores de carburador

Cantidad de carga fresca:

Para los motores de automóvil el valor de mc , está entre 110-120 Kg/Kmol, por tanto la cantidad de mezcla carburante es igual a

M1= mezcla carburante.

M 1=α Lo+1/mc

Reemplazando los valores conocidos, tenemos que:

M 1=(0.83 ) (0.517 )+1/115=0.438Kmol /Kg

Cantidad de diferentes componentes de los productos de la combustión de un combustible liquido:

Con un valor de k para la gasolina entre 0.45 y 0.50,

MCO2= C

12−2

1−α1+k

0.208 Lo=0.855

12−2

1−0.831+0.475

(0.208)(0.517)

MCO2=0.046KmolCO2/Kgcombustible

MCO=21−α1+k

0.208Lo=21−0.831+0.475

(0.208)(0.517)

MCO=0.025KmolCO /Kgcombustible

MH 2O=H

2−2k

1−α1+k

0.208 Lo=0.145

2−(2 )(0.475) 1−0.83

1+0.475(0.208)(0.517)

MH 2O=0.061Kmol H 2O /Kgcombustible

MH 2=2k

1−α1+k

0.208 Lo=(2 )(0.475) 1−0.831+0.475

(0.208)(0.517)

MH 2=0.012Kmol H 2/Kgcombustible

MN 2=0.792α Lo=(0.792 ) (0.83 )(0.517)

MN 2=0.340Kmol N2/Kgcombustible

cantidad total de productos de la combustión:

M 2=MCO2+MCO+MH 2O

+MH 2+MN 2

M 2=0.046KmolCO2/Kgcombustible+0.025KmolCO /Kgcombustible+0.061KmolH 2O /Kgcombustible+0.012Kmol H 2/Kgcombustible0.340Kmol N2/Kgcombustible

M 2=0.484 kmolproductosde ombustion /Kgcombustible

Parámetros del medio circundante y gases residuales.

CONDICIONES ATMOSFÉRICAS:

p0=0 . 1MPa; T 0=293K

PRESIÓN DEL MEDIO CIRCUNDANTE PARA LOS DIESELES:

Un motor diesel sin sobrealimentación:pK=p0=0 .1MPa;

Con sobrealimentación:pK=1 . 85 p0=1 .85⋅0 .1=0 .185MPa;

(media sobrealimentación)

TEMPERATURA DEL MEDIO CIRCUNDANTE PARA LOS DIESELES:

Por lo anterior, si utiliza sin sobrealimentación: T K=T 0=293K ;

Con sobrealimentación: T K=T 0 ( pK / p0)(nK -1) /nK=293 (0 .185 /0 . 1 )(1. 7 -1 )/1. 7 =377 . 47K

Donde el exponente de la politrópica de compresión del aire nK es igual a 1.7 (compresores

axiales y centrífugos

TEMPERATURA Y PRESIÓN DE LOS GASES RESIDUALES:

Sin sobrealimentación:T r=800K ; pr=1 .1 p0=1 .1⋅0. 1=0. 11MPa

Con sobrealimentación: T r=900K ; pr=0. 865 pK=0 .865⋅0. 185=0.18MPa

Proceso de admisión.

TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO:

El motor calculado no presenta dispositivo especial para el precalentamiento natural de la carga fresca.

Entonces si se adopta en los dieseles Sin sobrealimentación: ΔT = 20ºC

Con sobrealimentación: ΔT = 5ºC

DENSIDAD DE LA CARGA EN LA ADMISIÓN:

ρK=106 pK /RaT K

Sin sobrealimentación ρK=( 106⋅0 .1 ) /(287⋅293 )=1. 189kg /m3

Con sobrealimentación:ρK=106 pK /RaT K=(106⋅0 . 1 )/ (287⋅293 )=1 .708 kg/m3

PERDIDAS DE PRESIÓN EN LA ADMISIÓN DEL MOTOR:

Δpa=( β2+ξad )W ad2 ⋅ρK⋅10-6/2

( β2+ξad )=3

W ad2 =80

Sin sobrealimentación:Δpa=3 . 25⋅902⋅1 .189⋅10-6/2=0.012MPa

Con sobrealimentación: Δpa=3 . 25⋅902⋅1 .708⋅10-6/2=0. 016MPa

PRESIÓN AL FINAL DE LA ADMISIÓN:

pa = pK - Δpa

Sin sobrealimentación: pa=0 . 1 -0 .012=0 . 088MPa

Con sobrealimentación: pa=0 . 185 -0 . 022=0 .168MPa

COEFICIENTE DE GASES RESIDUALES:

γ r=TK+ΔTT r

⋅pr

εpa -pr

Sin sobrealimentación: γ r=

293+20800

⋅ 0 .1117⋅0 .088 -0 . 11

=0 . 03

Con sobrealimentación:γ r=

293+5900

⋅ 0. 1617 . 8⋅0 . 156 -0 .16

=0. 028

TEMPERATURA AL FINAL DE LA ADMISIÓN:

T a=(TK+ΔT +γ rT r )/ (1+γr )

Sin sobrealimentación: T a=(293+20+0 .03⋅800 ) / (1+0 .03 )=327 . 56K

Con sobrealimentación: T a=(377 .47+5+0. 025⋅900 ) / (1+0 .025 )=396 . 9K

COEFICIENTE DE LLENADO:

ηV=TK (εpa -pr ) /[ (TK+ΔT ) (ε -1) pK ]

Sin sobrealimentación: ηV=293 (17⋅0 .088 -0 . 11)/ [ (293+20 ) (17 -1 )0 . 1 ]=0 . 82

Con sobrealimentación: nV=377 .47 (17 . 8⋅0 . 163 -0 .16 )/ [ (377 . 47+5 ) (17 .8 -1 ) 0. 185 ]=0. 895

Proceso de compresión.

EXPONENTES MEDIOS DE LA ADIABATA Y DE LA POLITROPA DE COMPRESIÓN:

En el funcionamiento del diesel con régimen nominal se puede con suficiente grado de exactitud adoptar el exponente de la politropa de compresión aproximadamente igual al exponente de la adiabata, el cual se determina por medio de la adiabata (Nomograma de la Figura 25 de las conferencias de Calculo Termico de motores de automóvil y de Tractor).

Sin sobrealimentación: para ε = 17 y Ta = 327.56K n1≈ k1 = 1.371

Con sobrealimentación: para ε = 17 y Ta = 396.9K n1≈ k1 = 1.361

PRESIÓN Y TEMPERATURA AL FINAL DE LA COMPRESIÓN:

pC=paεn1 TC=T aε

n1-1

Sin sobrealimentación: pC=0 . 088⋅171. 371=4 .31MPa

TC=327 .56⋅171 .371-1=937 .12K

Con sobrealimentación: pC=0 . 168⋅171. 361=7 .97MPa

TC=396 .9⋅171 .361-1=1103.76K

CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR MEDIA EN EL FINAL DE LA COMPRESIÓN:

- Del aire:(mcV )t0

tC=20.6+2 .638⋅10-3T C

Sin sobrealimentación Tc = 937.12 – 273 ; Tc = 664.12 ºC.

(mcV )t0tC=20. 6+2 .638⋅10-3 ¿664 .12=22 . 35kJ /kmol ºC

Con sobrealimentación: Tc =1103.76 – 273 ; Tc = 827.8ºC.

(mcV )t0tC=20.6+2 .638⋅10-3 ¿827 .8=23.53kJ /kmol ºC

- De los gases residuales: Se determina por medio de la Tabla 8, utilizando la interpolación.

Sin sobrealimentación. Para α = 1.4 y Tc = 664.12 ºC.

(mcV )t0tC=24 .19 kJ /kmol ºC

Con sobrealimentación: para α = 1.7 y Tc = 827.8ºC

(mcV )t0tC=24 . 4kJ /kmol ºC

- De la mezcla de trabajo:

(mc'V )t0tC= [1/ (1+γ r ) ] [(mcV )t 0

tC+γ r(m cV )t 0

tC ]

Sin sobrealimentación:(mc'V )t0

tC= [1 / (1+0. 03 ) ] [ 22. 35+0 . 03⋅24 .19 ]=22. 41kJ /kmol ºC

Con sobrealimentación: (mc'V )t0

tC= [1 / (1+0.028 ) ] [ 23 .58+0. 028⋅24 .4 ]=22.84 kJ /kmol ºC

Proceso de combustión.

COEFICIENTE DE VARIACIÓN MOLECULAR DE LA MEZCLA FRESCA:

Sin sobrealimentación: μ0=

M 2

M 1

=0. 73150. 7

=1 . 045

Con sobrealimentación: μ0=

M 2

M 1

=0. 88150. 85

=1 . 037

COEFICIENTE DE VARIACIÓN MOLECULAR DE LA MEZCLA DE TRABAJO:

Sin sobrealimentación:μ=( μ0+γ r) / (1+γ r )= (1 . 045+0 . 03 )/ (1+0 .03 )=1 . 044

Con sobrealimentación: μ=( μ0+γ r) / (1+γ r )= (1 . 037+0 . 028 )/ (1+0 . 028 )=1 . 036

CALOR DE COMBUSTIÓN DE LA MEZCLA DE TRABAJO:

Sin sobrealimentación:Hm . t .=Hu /M 1 (1+γr )=42440 /0. 7 (1+0 . 03 )=58882 . 42kJ /kmol mezcla trab

Con sobrealimentación: Hm . t .=Hu /M 1 (1+γr )=42440 /0.85 (1+0 .028 )=48592.08 kJ /kmol mezcla trab

CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR MEDIA DE LOS PRODUCTOS:

(mcV )t0t Z= 1

M 2[MCO2

(m cV CO2)t 0

t Z+MH2O(m cV H2O

)t0tZ+MO2

(m cV O2)t 0

t Z+MN2(mcV N2

)t 0

tZ ];(mcP )t0

tZ=(mcV )t0

t Z+8 .315

Sin sobrealimentación:

(mcV )t0t Z= 1

0.7315[ 0.0725 (39 .123+0 .003349 tZ )+0 .063 (26 .67+0 .004438tZ )+0 .0416 (23 .723+0 .00155 tZ )

+0 . 5544 (21 . 951+0 .001457 tZ ) ]=24 . 16+0 . 00191T Z

(mcP )t0tZ=24 .16+0. 00191 tZ+8 . 315=32 . 475+0 .00191 tZ

Con sobrealimentación:

(mcV )t0t Z= 1

0. 8815[ 0 .0725 (39 . 123+0 . 003349 tZ )+0 . 063 (26 . 67+0 . 004438 t Z )+0 . 0728 (23 .723+0 .00155 t Z )

+0 .3732 (21.951+0 .001457 tZ ) ]=23 .847+0 .00183 tZ ;

(mcP )t0tZ=23 .847+0 .00183 tZ+8 .315=32.162+0 .00183 tZ

COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN DEL CALOR (ξ):

Como el coeficiente de utilización de calor en motores dieseles con cámaras no separadas está

en un rango de: 0,7 – 0,88.

Sin sobrealimentación: ξZ = 0.8

Con sobrealimentación: ξZ = 0.86

COEFICIENTE DE ELEVACIÓN DE PRESIÓN (λ):

Para los dieseles con cámaras de combustión no separadas, λ = 1,6 - 2,5:

Sin sobrealimentación: λZ = 2.0

Con sobrealimentación: λZ = 1.5

TEMPERATURA EN EL FINAL DEL PROCESO VISIBLE DE COMBUSTIÓN:

ξ zHm . t .+[(mc 'V )t0tC+8 . 315 λ] tC+2270 ( λ−μ )=μ(m cP )t0

tZ t Z

Sin sobrealimentación:

0 . 8⋅58882 . 42+ [ 22. 41+8 . 315⋅2 . 0 ] 664 .12+2270 (2 .0 -1 . 044 )=1 .044 (32 . 475+0 . 00191tZ ) tZ

ó 0.001991t2z + 33.9tz – 75201.49 = 0

de donde

tZ=( -33 .9+√33 .92+4⋅0 .001991⋅75201.49 ) /2⋅0 .001991=2060K

Con sobrealimentación:

0 . 86⋅48782. 77+ [ 23 . 55+8 .315⋅1. 5 ] 837 .54+2270 (1. 5 -1 .036 )=1 . 036(32. 162+0 . 00183 tZ )tZó 0.0019t2 + 33.33t – 72175.47 = 0

de donde

tZ=( -33 .33+√33 .332+4⋅0.0019⋅72175.47 )/2⋅72175 .47=2222 .16K

PRESIÓN MÁXIMA DE COMBUSTIÓN:

Sin sobrealimentación:pZ= λ⋅pC=2 . 0⋅4 .31=8 .62MPa

Con sobrealimentación: pZ= λ⋅pC=1 . 5⋅7 . 97=11. 9MPa

RELACIÓN DE EXPANSIÓN PREVIA:

Sin sobrealimentación: ρ=

μT Z

λT C

=1 .044⋅20602.0⋅937 .12

=1. 26

Con sobrealimentación: ρ=

μT Z

λT C

=1 . 036⋅2222 .161. 5⋅1103. 76

=1. 39

Proceso de expansión.

RELACIÓN DE EXPANSIÓN CONSIGUIENTE:

Sin sobrealimentación: δ= ε

ρ=17

1.26=13 .5

Con sobrealimentación: δ= ε

ρ=17

1.39=12.2

EXPONENTES MEDIOS DE LA ADIABATA Y DE LA POLITROPA DE EXPANSIÓN:

En el régimen nominal se puede adoptar el exponente de la politropa de expansión por medio de la adiabata (Figura 30 de las conferencias de Calculo Termico de motores de automóvil y de Tractor).

Sin sobrealimentación:

Para δ = 13.5, TZ = 2060K, y α = 1.4; K2 = 1.278 y n2 varía para dieseles de 1.18 – 1.28. Se asume n2 igual a 1.25

Con sobrealimentación:

Para δ = 12.2, TZ = 2222.16K, y α = 1.7;K2 = 1.284 y n2 se asume igual a 1.2

PRESIÓN Y TEMPERATURA AL FINAL DE LA EXPANSIÓN:

Sin sobrealimentación: pb=

pZ

δn2= 8 . 62

13 .51. 25 =0 .332MPa

T b=T Z

δn2-1

=206013 .51 . 25-1 =1157 .5K

Con sobrealimentación: pb=

pZ

δn2=11. 9

12 .21 . 23 =0. 55MPa T b=T Z

δn2-1

=2222.1612. 21 .23 -1 =1249 .35K

VERIFICACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LOS GASES RESIDUALES:

Sin sobrealimentación:

T r=T b

3√( pb / pr )=1157 .5

3√ (0 .332 /0. 11)=815K

Δ = 100 (815 - 800)/815 ; Δ = 1,8 %, lo que es admisible.

Con sobrealimentación:

T r=T b

3√( pb / pr )=1249 . 35

3√ (0 .55 /0 .18 )=864 K

Parámetros indicados del ciclo de trabajo (del ciclo motriz).

PRESIÓN INDICADA MEDIA TEÓRICA:

p 'i=( pc / (ε -1) )⋅[ λ ( ρ−1 )+( λρ /(n2 -1))⋅(1−1/ (δn2-1 ))−(1 /(n1 -1))⋅(1−1/ (εn1-1 )) ]

Sin sobrealimentación:

p 'i=(4 .31/ (17 -1 ) )⋅[2 (1.26−1 )+(2⋅1 .26 /(1 .25 -1 ))⋅(1−1/ (13 .51.25-1) )−(1 /(1.37 -1 ))⋅(1−1/ (171 .37-1 )) ]p 'i=0 .964MPa

Con sobrealimentación:

p 'i=(7 .97/ (17 -1 ))⋅[1 .5 (1 .39−1 )+(1 .5⋅1 .39/(1 .23 -1 ))⋅(1−1/ (12 .21 . 23-1))−(1/ (1 .361-1 ))⋅(1−1/ (171. 358-1 ))]p 'i=1. 386MPa

PRESIÓN INDICADA MEDIA:

pi=ϕP p' i ; donde ϕP es el coeficiente de perfección (de plenitud) del diagrama que se adopta igual a 0.94.

Sin sobrealimentación: pi=0 .94⋅0 . 964=0 .907MPa

Con sobrealimentación: pi=0 .94⋅1 .386=1 .303MPa

RENDIMIENTO INDICADO PARA LOS DIESELES:

ηi=p i l0α

H u ρK ηV

Sin sobrealimentación: ηi=

0 . 907⋅14 . 45⋅1 . 442 .44⋅1.189⋅0. 82

=0 . 445

Con sobrealimentación: ηi=

1. 303⋅14 . 45⋅1 .742 .44⋅1.708⋅0. 895

=0 .5

GASTO ESPECÍFICO INDICADO DEL COMBUSTIBLE:

Sin sobrealimentación: gi=

3600Hu ηi

=360042 .44⋅0 .445

=190. 7 g/KWh

Con sobrealimentación: gi=

3600Hu ηi

=360042 .44⋅0 .5

=172 g/KWh

Indicadores efectivos del motor.

PRESIÓN MEDIA DE PÉRDIDAS MECÁNICAS:

pM=0 . 089+0 . 0118 vP .M . ; donde vP.M. velocidad media del pistón se adoptó igual a 8 m/s

pM=0 . 089+0 .0118⋅8=0 . 18MPa

PRESIÓN EFECTIVA MEDIA:

Sin sobrealimentación: pe = pi - pM = 0.907 – 0.18 = 0.72 MPa.

Con sobrealimentación: pe = pi - pM = 1.303 – 0.18 = 1.12 MPa

RENDIMIENTO MECÁNICO:

Sin sobrealimentación: ηM=

pepi

= 0 .720 . 907

=0 .79

Con sobrealimentación: ηM=

pepi

= 1. 121. 303

=0 .86

RENDIMIENTO EFECTIVO:

Sin sobrealimentación: ηe=ηiηM=0.445⋅0 .79=0 . 35

Con sobrealimentación: ηe=ηiηM=0.5⋅0. 86=0 . 42

GASTO ESPECIFICO EFECTIVO DEL COMBUSTIBLE:

Sin sobrealimentación:ge=

3600Hu ηe

=360042. 44⋅0 .35

=242 . 35g /KWh

Con sobrealimentación: ge=

3600Hu ηe

=360042. 44⋅0 .42

=200.1g /KWh

Parámetros principales del cilindro y del motor.

EMBOLADA (LITRAJE) DEL MOTOR:

V l=30 τN e

pen=30⋅4⋅66

0. 69⋅1800=6 .32 Lt

VOLUMEN DE TRABAJO DEL CILINDRO:

V h=V l

i=6 .32

4=1 .58 Lt

El diámetro y la carrera del émbolo del diesel, por regla se ejecutan con relación de la carrera del émbolo al diámetro del cilindro S/D >1. Sin embargo, la disminución de S/D para el diesel, como también para el motor del carburador, disminuye la velocidad del émbolo y eleva ηM. Por eso es conveniente adoptar S/D=11.

D=100⋅3√ 4V h

π (S /D )=100⋅3√ 4⋅1. 58

π⋅1=126 . 3mm

En definitiva se adopta D = S = 126 mm.

Por medio de los valores adoptados en definitiva de D y S se determinan los principales parámetros e indicadores del motor:

CILINDRADA DEL MOTOR: V l=

πD2Si4×106

=π⋅1262⋅126⋅44×106

=6 .3 Lt

AREA DEL EMBOLO: FP=

πD2

4=π⋅1262

4=125 cm2

VELOCIDAD DEL EMBOLO: vP .M .=

Sn

3×104=126⋅1800

3×104=7 ,56m /s

Lo que es suficientemente cercano al valor al vp.m. = 8 m/s. antes adoptado.

PARA MOTOR DE TRACTOR SIN SOBREALIMENTACIÓN:

POTENCIA EFECTIVA:Ne=

peV l n

30 τ=0 . 72⋅6 .3⋅1800

30×4=68 . 12kW

MOMENTO TORSIONAL: M e=

3×104N e

πn=3×104⋅68. 12

1800π=542. 42Nm

1 Tomado de las conferencias de Calculo Termico de motores de automóvil y de Tractor. Catedratico Ivan Caneva Rincón. Pág. 119

GASTO HORARIO DE COMBUSTIBLE: Ge=Nege=68. 12⋅0 . 242=20 .58 kg/h

N l=Ne/V l=68 .12 /6 . 3=16. 27kW /dm3

PARA MOTOR DE TRACTOR CON SOBREALIMENTACIÓN:

POTENCIA EFECTIVA: Ne=

peV l n

30 τ=1 .12⋅6 .4⋅1800

30×4=105 .53kW

MOMENTO TORSIONAL: M e=

3×104N e

πn=3×104⋅105 .53

1800π=559 . 84Nm

GASTO HORARIO DE COMBUSTIBLE: Ge=Nege=105 .53⋅0 .2=21 .11 kg/h

N l=Ne/V l=105 .53 /6. 4=16 .8kW /dm3

DIAGRAMA DE INDICADOR

MOTOR DE TRACTOR SIN SOBREALIMENTACIÓN:

OXOB/OX Px

OB/OX Px

7,411764706 174,30

8 13,518,61

6

7,875 163,96

5 12,737,99

9

8,4 153,62

9 11,957,39

1

9 143,30

1 11,176,79

3

9,692307692 132,98

2 10,396,20

5

10,5 122,67

2 9,6095,62

9

11,45454545 112,37

2 8,8295,06

3

12,6 102,08

1 8,049 4,51

14 91,80

1 7,2693,97

1

15,75 81,53

3 6,4893,44

6

18 71,27

6 5,7092,93

6

21 61,03

3 4,9292,44

3

25,2 50,80

5 4,149 1,97

31,5 40,59

3 3,3691,51

8

42 30,39

9 2,5891,09

3

63 20,22

9 1,8090,69

8

126 10,08

9 1,0290,34

5

126 10,08

9 10,33

3

MOTOR DE TRACTOR CON SOBREALIMENTACIÓN

OX OB/OX PxOB/OX Px

7,411764706 17 7,971 12,224 11,957

7,875 16 7,3397 11,524 11,12

8,4 15 6,7225 10,824 10,295

9 14 6,12 10,124 9,4824

9,692307692 13 5,5329 9,4242 8,6825

10,5 12 4,9618 8,7242 7,8962

11,45454545 11 4,4077 8,0242 7,1243

12,6 10 3,8714 7,3242 6,3677

14 9 3,3543 6,6242 5,6276

15,75 8 2,8575 5,9242 4,9052

18 7 2,3826 5,2242 4,2023

21 6 1,9317 4,5242 3,5208

25,2 5 1,5072 3,8242 2,8632

31,5 4 1,1124 3,1242 2,2328

42 3 0,752 2,4242 1,6344

63 2 0,4331 1,7242 1,0748

126 1 0,1686 1,0242 0,5664

126 1 0,1686 1 0,5499

BALANCE TÉRMICO.

CALOR TOTAL INTRODUCIDO AL MOTOR CON EL COMBUSTIBLE:

SIN SOBREALIMENTACIÓN Q0=

HuGC

3 . 6=42440⋅20.58

3 . 6=192024 . 68 { J /s ¿

CON SOBREALIMENTACIÓN Q0=

HuGC

3 .6=42440⋅21.12

3 .6=248925 .31 { J / s¿

CALOR EQUIVALENTE AL TRABAJO EFECTIVO EN 1S:

SIN SOBREALIMENTACIÓN Q0=1000Ne=1000⋅68 .12=68120 { J / s¿

CON SOBREALIMENTACIÓN Q0=1000Ne=1000⋅105 .53=105528 .53 { J /s¿

CALOR TRANSFERIDO AL MEDIO ENFRIADOR:

Qa=C i D1+2m nm (1/α )

Donde C es un coeficiente de proporcionalidad; para los motores de cuatro tiempos C = 0.45 – 0.532.

i = 4 cilindros

D = 12,63 cm.

n = 1800 rpm.

m es el exponente de la potencia; para los motores de cuatro tiempos m = 0.6 – 0.7.

SIN SOBREALIMENTACIÓN α = 1.4

Qa=0 . 5⋅4⋅12 . 631+2⋅0 . 65⋅18000 .65 (1/1. 4 )=63340 . 48 { J /s ¿

CON SOBREALIMENTACIÓN α = 1.7

Qa=0 . 53⋅6⋅12. 51+2⋅0.65⋅18000 . 65 (1/1 .7 )=98176 .72 { J / s¿

CALOR ARRASTRADO CON LOS GASES DE DESECHO:

Qr=(GC /3 .6 ) [M 2(m cP )t0t r t r−M 1(mcP )t0

tK t K ]

(m cP)t0t r =(mcV )t0

tr +8 . 315

Según la tabla 8: para α = 1.4 y Tr = 542 ºC (m cV )t0

tr =23 .7 kJ /kmol ºC

SIN SOBREALIMENTACIÓN

(m cP)t0t r =23 . 7+8 . 315=32 . 015kJ /kmol ºC

(mcP)t0tK =(mcV )t0

tK+8 .315

CON SOBREALIMENTACIÓN

para α = 1.7 y Tr = 591 ºC (m cV )t0

tr =23 .9kJ /kmol ºC

Según la tabla 5:

SIN SOBREALIMENTACIÓN para α = 1.4 y TK = 20ºC (m cV )t0

tr =20 .775 kJ /kmol ºC

(mcP)t0tK =20 . 775+8 .315=29 . 09kJ /kmol ºC

2 Tomado de las conferencias de Calculo Termico de motores de automóvil y de Tractor. Catedratico Ivan Caneva Rincón. Pág. 122

CON SOBREALIMENTACIÓN para α = 1.7 y Tr = 542 ºC

(m cP)t0t r =23 .9+8 .315=32 .2kJ /kmol ºC

Remplazando:

SIN SOBREALIMENTACIÓN Qr=(20 . 58/3 .6 ) [0 . 731⋅32 .015⋅542-0 .7⋅29 .09⋅20 ]=55532 .86 { J /s ¿

CON SOBREALIMENTACIÓN

Qr=(21 . 12/3. 6 ) [ 0 .881⋅32.2⋅608 . 12-0 .849⋅29. 165⋅104 . 47 ]=83015 .8 J /s

PERDIDAS NO CONSIDERADAS (RESTANTES) DE CALOR:

Qrest=Q0−(Q e+Qa+Q r)SIN SOBREALIMENTACIÓN

Qrest=68120−(68125 .26+63340. 48+55532. 86 )=5026 .09 { J /s ¿

CON SOBREALIMENTACIÓN

Qrest=248925 .3−(105525 .53+55292. 51+83015 .8 )=5088 . 46 { J / s¿

COMPONENTES DEL BALANCE TERMICO

MOTOR DIESEL PARA TRACTOR

DIESEL CON SOBREALIMENTACION

Q J/s q % Q J/s q %

Qe 68125,25 35.48 105528,533 42,39

Qa 63340,47 32.99 55292,5121 22,21

Qr 55532,86 28.92 83015,8007 33,35

Qres 5026,09 2.62 5088,46267 2,04

Q0 192024,68 100.00 248925,308 100,00

CARACTERISTICAS DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES

En base al cálculo térmico efectuado para el régimen de potencia nominal se obtuvieron los siguientes parámetros necesarios para el cálculo de la construcción de la característica de

velocidad externa del motor diesel3:

Potencia efectiva: 68,125 kW Frecuencia de rotación del árbol cigüeñal a potencia máxima nN= 1800rpm. Carrera del embolo s=126 Tiempo del motor t = 4 Cilindrada Vl =6.3 litros. Cantidad teóricamente necesaria de aire para la combustión de un Kg de combustible lo= 14.5

Kg aire/ Kg de combustible.DIESEL SIN SOBREALIMENTACION

Densidad de la carga en la admisión ρk= 1.189 kg/m3. Coeficiente de exceso de aire αN= 1.4. Gasto especifico de combustible geN = 239,11 g/(kW.h).DIESEL CON SOBREALIMENTACION

Densidad de la carga en la admisión ρk= 1.708 kg/m3. Coeficiente de exceso de aire αN= 1.7. Gasto especifico de combustible geN = 21,11 Kg/(kW.h).

LA POTENCIA EN LOS PUNTOS DE CÁLCULO

Nex=(Nenx/nN )⌈0.87+1.13nx/nN−(nx/nN )2 ⌉ kW

MOMENTO TORCIONAL EFECTIVO

M ex=(9554Nex /nx ) N*m

PRESIÓN EFECTIVA MEDIA.

Pex=N ex∗30T /V lnx) Mpa

VELOCIDAD MEDIA DEL PISTÓN

Vmpx=( Snx/30000 ) m/s

RESIÓN MEDIA DE PERDIDAS MECANITAS.

3 Tomado de las conferencias de Calculo Termico de motores de automóvil y de Tractor. Catedratico Ivan Caneva Rincón. Pág. 124-133

PMX=(0 .089+0 .0118∗vmp ) Mpa

PRESIÓN INDICADA MEDIA.

Pix=(Pex+Pmx ) Mpa

MOMENTO TORCIONAL INDICADO.

M ix=(Pix∗V l103/ (ΠΤ ) Nm

GASTO ESPECIFICO DE COMBUSTIBLE

gex=geN [ 1. 55−1 .55nx/nN+(nx /nN )2] g/kWh

GASTO HORARIO DE COMBUSTIBLE

Gex=10−3 gex Nex Kg/h

COEFICIENTE DE LLENADO

ηvx=Pex loα xgex /(3600 ρk )

DIESEL SIN SOBREALIMENTACION

potencia efectiva

rpm nominal tao Vl S Vmp

68,125 1800 4 6,3 126 4,2

68,125 1800 4 6,3 126 5,04

68,125 1800 4 6,3 126 5,88

68,125 1800 4 6,3 126 6,72

68,125 1800 4 6,3 126 7,56

rpm Nex Mex Pex vmpx Pmx

1000 45,01 429,77 0,86 4,2 0,14

1200 53,54 426,07 0,85 5,04 0,15

1400 60,61 413,44 0,82 5,88 0,16

1600 65,66 391,89 0,78 6,72 0,17

1800 68,13 361,41 0,72 7,56 0,18

Pix Mix gex Gex alfaxNvx(rediminto

)

1,00 860,38 238,52 10,73 1,2 0,83

1,00 862,56 229,81 12,30 1,25 0,83

0,98 849,36 227,01 13,76 1,3 0,82

0,95 820,78 230,11 15,11 1,35 0,82

0,90 776,83 239,11 16,29 1,4 0,82

DIESEL CON SOBREALIMENTACION

potencia efectiva

rpm nominal tao Vl S Vmp

105,53 1800 4 6,08 126 4,2

105,53 1800 4 6,08 126 5,04

105,53 1800 4 6,08 126 5,88

105,53 1800 4 6,08 126 6,72

105,53 1800 4 6,08 126 7,56

gasto espesifico lo pk

200,1 14,5 1,185

200,1 14,5 1,185

200,1 14,5 1,185

200,1 14,5 1,185

200,1 14,5 1,185

rpm Nex Mex Pex vmpx Pmx

1000 69,72 665,74 1,38 4,2 0,14

1200 82,94 660,00 1,36 5,04 0,15

1400 93,89 640,44 1,32 5,88 0,16

1600 101,71 607,06 1,25 6,72 0,17

1800 105,53 559,85 1,16 7,56 0,18

Pix Mix gex Gex alfaxNvx(rediminto

)

1,51 1308,56 199,61 13,92 1,25 1,17

1,51 1306,88 192,32 15,95 1,36 1,21

1,48 1280,52 189,97 17,84 1,475 1,26

1,42 1229,47 192,57 19,59 1,5875 1,30

1,34 1153,73 200,10 21,12 1,7 1,34

caracateristicas de velocidad diesel sin sobre alimentacion.

-20,00

80,00

180,00

280,00

380,00

480,00

580,00

680,00

780,00

880,00

980,00

900 1100 1300 1500 1700 1900

rpm

ge(gr/kWh)

alfa

Ge(kg/h)

Ne(kW)

Me(N.m)

Mi(N.m)

caracteristicas de velocidad de un motor diesel con sobre alimentacion

-20,00

180,00

380,00

580,00

780,00

980,00

1180,00

1380,00

990 1090 1190 1290 1390 1490 1590 1690 1790 1890

rpm

ge(gr/kWh)

alfa

Ge(Kg/h)

Ne(kW)

Me(N.m)

Mi(N.m)

http://jamayuscularaper4ever.wordpress.com/2007/06/05/diferencias-entre-motores-de-2t-y-4t/

http://www.taringa.net/posts/autos-motos/5335882/TurboCompresor-vs-SuperCargador.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Biela

http://costex.com/Library/articles/IT05S.pdf

http://tumotor.mx/2010/04/consejos-para-instalar-el-perno-en-el-piston/

http://www.taringa.net/posts/info/9588905/El-diseno-de-un-motor-y-otras-cosas-importantes.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_aceite_en_motores_de_combusti%C3%B3n_interna

http://www.slideshare.net/galarga/bombas-de-aceite

http://mecanicayautomocion.blogspot.com/2009/02/engrase-indice-introduccion-aceites.html

http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/108/9/Capitulo4.pdf

Transferencia de calor Yunus A. Cengel

Transferencia de calor incropera

Transferencia de calor J.P. holman

Transferencia de calor Donald Q. Kern

3014898766