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ciclo dicel
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1.ResumenEn este trabajo se desarrolla la modelización y el desarrollo del comportamiento termodinámico del ciclo y motor Diesel, así como el rendimiento de sus principales parámetros termodinámicos.
Por ello que el presente trabajo denominado ciclo diésel ase referencia la combustible que mediante un proceso largo y continuo se puede obtener y producir energía eléctrica.
Cabe resaltar que para una correcta optimización de un motor mediante un modelado implica un incremento de sus prestaciones y su economía, así como una menor emisión de elementos contaminantes.
Finalmente este trabajo concluido gracias al esfuerzo de todo el grupo y para poder terminarlo presentamos este trabajo ante Ud. para las correcciones y sugerencias correspondientes.
2. Introducción2.1 Conceptos previos
El motor térmico Un motor térmico o máquina térmica es un artefacto que convierte energía térmica en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una “fuente” caliente y un “sumidero” frío. El calor se transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un gas o un líquido. Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor.
2.2 Ciclos termodinámicos
Representado en un diagrama P-V, un ciclo termodinámico adopta la forma de una curva cerrada. En este diagrama el volumen de un sistema es representado en abscisas y la presión en ordenadas de forma que el trabajo por cambio de volumen es igual al área descrita entre la línea que representa el proceso y el eje de abscisas.
El sentido de avance de la curva, indicado por las puntas de flecha, nos indica si el incremento de volumen es positivo (hacia la derecha) o negativo (hacia la izquierda) y, como consecuencia, si el trabajo es positivo o negativo, respectivamente. Por lo tanto, se puede concluir que el área encerrada por la curva que representa un ciclo termodinámico en este diagrama, indica el traba el sistema, si éste avanza en sentido horario o, por el contrario, el trabajo total ejercido sobre el sistema si lo hace en sentido anti horario.
2.3 Ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico ideal reversible entre dos fuentes de temperatura, en el cual el rendimiento es máximo. Actualmente no se ha conseguido implementar este ciclo en ninguna máquina de manera eficiente.
3. Antecedentes
El motor diésel fue inventado en el año 1893, por el ingeniero alemán Rudolf Diésel, empleado de la firma MAN, que por aquellos años ya estaba en la producción de motores y vehículos de carga rango pesado.
Rudolf Diésel estudiaba los motores de alto rendimiento térmico, con el uso de combustibles alternativos en los motores de combustión interna. Su invento le costó muy caro, por culpa de un accidente que le provocó lesiones a él y a sus colaboradores y que casi le costó la vida porque uno de sus motores experimentales explotó.
Durante años Diésel trabajó para poder utilizar otros combustibles diferentes a la gasolina, basados en principios de los motores de compresión sin ignición por chispa, cuyos orígenes se remontan a la máquina de vapor y que poseen una mayor prestación. Así fue como a finales del siglo XIX, en el año 1897, MAN produjo el primer motor conforme a los estudios de Rudolf Diésel, encontrando para su funcionamiento, un combustible poco volátil, que por aquellos años era muy utilizado, el llamado aceite liviano, más conocido como fuel oíl que se utilizaba para alumbrar las lámparas de la calle.
4. Ciclo Diésel
Un ciclo Diésel ideal es un modelo simplificado de lo que ocurre en un motor diésel. En un motor de esta clase, a diferencia de lo que ocurre en un motor de gasolina la combustión no se produce por la ignición de una chispa en el interior de la cámara. En su lugar, aprovechando las propiedades químicas del gasóleo, el aire es comprimido hasta una temperatura superior a la de auto ignición del gasóleo y el combustible es inyectado a presión en este aire caliente, produciéndose la combustión de la mezcla.
Puesto que sólo se comprime aire, la relación de compresión (cociente entre el volumen en el punto más bajo y el más alto del pistón) puede ser mucho más alta que la de un motor de gasolina (que tiene un límite, por ser indeseable la auto
ignición de la mezcla). La relación de compresión de un motor diésel puede oscilar entre 12 y 24, mientras que el de gasolina puede rondar un valor de 8.
Un motor diésel puede modelarse con el ciclo ideal formado por seis pasos reversibles, según se indica en la figura. Pruebe que el rendimiento de este ciclo viene dado por la expresión
Siendo r = VA / VB la razón de compresión y rc = VC / VB la relación de combustión. El método para obtener este resultado es análogo al empleado para el ciclo Otto. Compare los rendimientos del ciclo de Otto y el diésel. ¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes respectivos?
Para modelar el comportamiento del motor diésel se considera un ciclo Diésel de seis pasos, dos de los cuales se anulan mutuamente:
Admisión E→A
El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de aire en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante (ya que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior). En el diagrama PV aparece como una recta horizontal.
Compresión A→B
El pistón sube comprimiendo el aire. Dada la velocidad del proceso se supone que el aire no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente, por lo que el proceso es adiabático. Se modela como la curva adiabática reversible A→B, aunque en realidad no lo es por la presencia de factores irreversibles como la fricción.
Combustión B→C
Un poco antes de que el pistón llegue a su punto más alto y continuando hasta un poco después de que empiece a bajar, el inyector introduce el combustible en la cámara. Al ser de mayor duración que la combustión en el ciclo Otto, este paso se modela como una adición de calor a presión constante. Éste es el único paso en el que el ciclo Diésel se diferencia del Otto.
Expansión C→D
La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él. De nuevo, por ser un proceso muy rápido se aproxima por una curva adiabática reversible.
Escape D→A y A→E
Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una temperatura mayor que la inicial, siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fría en la siguiente admisión. El sistema es realmente abierto, pues intercambia masa con el exterior. No obstante, dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la
misma podemos, para el balance energético, suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón está en su punto más bajo, el volumen permanece aproximadamente constante y tenemos la isocora D→A. Cuando el pistón empuja el aire hacia el exterior, con la válvula abierta, empleamos la isobara A→E, cerrando el ciclo.
En total, el ciclo se compone de dos subidas y dos bajadas del pistón, razón por la que es un ciclo de cuatro tiempos, aunque este nombre se suele reservar para los motores de gasolina.
4.1 Rendimiento en función de las temperaturas.Un ciclo diésel contiene dos proceso adiabáticos, A→B y C→D, en los que no se intercambia calor. De los otros dos, en el calentamiento a presión constante B→C, el gas recibe una cantidad de calor | Qc | del exterior igual a
En el enfriamiento a volumen constante D→A el sistema cede una cantidad de calor al ambiente
El rendimiento del ciclo será entonces:
Con γ = cp / cV la proporción entre las capacidades caloríficas.
4.2 Rendimiento en función de los volúmenes.La expresión anterior requiere conocer las cuatro temperaturas de los vértices del ciclo. Puede simplificarse teniendo en cuenta las características de cada uno de los procesos que lo componen.
Así tenemos, para la compresión adiabática A→B
que, teniendo en cuenta la relación de compresión, podemos reescribir como
Para la expansión a presión constante, aplicando la ecuación de estado de los gases ideales
Introduciendo ahora la relación rc = VC / VB obtenemos
Por último, para la temperatura en D aplicamos de nuevo la ley de Poisson y el que el enfriamiento es a volumen constante:
Multiplicando y dividiendo por VB y aplicando el valor de la temperatura en C
Combinado estos resultados nos queda
Sustituyendo esto en la expresión del rendimiento obtenemos finalmente
4.3 Caso Práctico
Vamos a considerar un ciclo Diesel en la que el aire a la entrada está a una presión de 1 atm y una temperatura de 17°C; la razón de compresión es 18 y la de combustión vale 2. El volumen máximo de la cámara es de 1900 cm³. Vamos a determinar los volúmenes, presiones y temperaturas de cada vértice del ciclo, así como su rendimiento y el calor y el trabajo intercambiados por el motor.
4.3.1 Estado inicial
Como punto de partida del ciclo de cuatro pasos tenemos que el gas a temperatura y presión ambientes llena el cilindro
El número de moles contenidos en el cilindro es
4.3.2 Compresión adiabática
Tras la compresión, el volumen del cilindro se reduce según la razón de compresión
La temperatura al final la compresión la obtenemos de la ley de Poisson
y la presión en este punto la hallamos mediante la ley de los gases ideales
4.3.3Expansión isóbara
En el proceso de calentamiento, la presión se mantiene constante, por lo que
mientras que el volumen lo da la relación de combustión
y la temperatura la ley de los gases ideales (o la ley de Charles, en este caso)
4.3.4 Expansión adiabática
Durante la bajada del pistón el gas se enfría adiabáticamente. La temperatura al final del proceso la da la ley de Poisson, combinada con el que sabemos que el volumen al final es el mismo que antes de empezar la compresión
La presión en este estado es
4.3.5 Enfriamiento a V constante
En un motor diésel real el aire quemado y caliente es expulsado por el tubo de escape, liberando calor al ambiente y siendo sustituido por nuevo aire frío. En el ciclo Diésel ideal nos imaginamos que el aire recircula, volviendo al estado A, intercambiando sólo el calor con el ambiente.
4.3.6 Balance energético
4.3.6.1 Calor absorbido
El calor procedente del foco caliente es absorbido en la expansión a presión constante y es igual a
donde hemos usado que
que para γ = 1.4 da el resultado conocido cp = 3.5R.
Un resultado más exacto para un proceso a presión constante, sin hacer uso de la hipótesis de gas ideal, consistiría en igualar el calor a la variación en la entalpía
y aplicar valores tabulados de la entalpía del aire para las presiones y temperaturas de los estados B y C.
4.3.6.2 Calor cedido
El calor que se intercambia con el foco frío se cede en el enfriamiento a volumen constante
Donde, como antes, hemos empleado la relación
que para γ = 1.4 da cV = 2.5R.
Si se quisiera hacer exactamente, habría que aplicar que para un proceso a volumen constante el calor equivale a la variación en la energía interna
4.3.6.3 Trabajo realizado
El trabajo realizado por el sistema durante un ciclo es la diferencia entre el calor absorbido y el cedido (en valores absolutos)
4.3.6.4 Rendimiento
El rendimiento de este ciclo Diésel lo podemos hallar como el trabajo realizado dividido por el calor absorbido
Vemos que el rendimiento es mucho mayor que para un ciclo Otto que, para valores típicos de motores de explosión, rondaba el 50%. La causa principal de la diferencia es la mucha mayor relación de compresión en el motor diésel.
El rendimiento de este ciclo Diésel es, por supuesto, inferior al de un ciclo de Carnot que operara entre las temperaturas TA y TC:
4.4 Representación en un diagrama T-S
El ciclo Otto, además de en un diagrama pV, puede representarse en uno T-S, en el que el eje de abscisas corresponde a la entropía del sistema y el de ordenadas a su temperatura.
En este diagrama, los dos procesos adiabáticos corresponden a sendos segmentos verticales, pues la entropía permanece constante en un proceso adiabático reversible.
Para los procesos a volumen constante recurrimos a la expresión para la entropía de un gas ideal
siendo T0 y V0 la temperatura y el volumen de un cierto estado de referencia. Despejando de aquí la temperatura
que nos dice que cuando V es constante, la temperatura varía exponencialmente con la entropía.
El ciclo Otto corresponderá por tanto a dos curvas exponenciales conectadas por dos segmentos rectilíneos.
5. Motor DiéselEl motor diésel es un motor térmico que tiene combustión interna alternativa que se produce por el autoencendido del combustible debido a altas temperaturas derivadas de la compresión del aire en el interior del cilindro, según el principio del ciclo del diésel. Se diferencia del motor de gasolina en usar gasóleo como combustible. Ha sido uno de los más utilizados desde su creación.
5.1 Constitución
5.1.1 El bloque
Es la estructura básica del motor, en el mismo van alojados los cilindros, cigüeñal, árbol de levas, etc. Todas las demás partes del motor se montan en él.
Generalmente son de fundición de hierro o aluminio. Pueden llevar los cilindros en línea o en forma de V.
Lleva una serie de aberturas o alojamientos donde se insertan los cilindros, varillas de empuje del mecanismo de válvulas, conductos del refrigerante, los ejes de levas, apoyos de los cojinetes de bancada y en la parte superior lleva unos taladros donde se sujeta el conjunto de culata.
5.1.2 El cigüeñal
Es el componente mecánico que cambia el movimiento alternativo de las bielas en movimiento rotativo. Esta montado en el bloque en los cojinetes principales los cuales están lubricados.
El cigüeñal se puede considerar como una serie de pequeñas manivelas, una por cada pistón. El radio del cigüeñal determina la distancia que la biela y el pistón puede moverse. Dos veces este radio es la carrera del pistón.
Podemos distinguir las siguientes partes:
- Muñequillas de apoyo o de bancada.
- Muñequillas de bielas.
- Manivelas y contrapesos.
- Platos y engranajes de mando.
- Taladros de engrase.
Una muñequilla es la parte de un eje que gira en un cojinete.
Las muñequillas de bancada ocupan la línea axial del eje y se apoyan en los cojinetes de bancada del bloque. Las muñequillas de biela son excéntricas con respecto al eje del cigüeñal. Van entre los contrapesos y su excentricidad e igual a la mitad de la carrera del pistón. Por cada muñequilla de biela hay dos manivelas.
Los motores en V llevan dos bielas en cada muñequilla.
En un extremo lleva forjado y mecanizado en el mismo cigüeñal el plato de anclaje del volante y en el otro extremo va el engranaje de distribución que puede formar una sola pieza con él o haber sido mecanizado por separado y montado luego con una prensa. Algunos cigüeñales llevan un engranaje de distribución en cada extremo para mover los trenes de engranajes de la distribución.
Otra particularidad del cigüeñal es una serie de agujeros de engrase, para que pase el aceite desde las muñequillas de biela a las de bancada. Como al taladrar quedan esos orificios en los contrapesos, se cierran con tapones, que se pueden quitar para limpiar dichos conductos.
5.1.3 La Culata
Es el elemento del motor que cierra los cilindros por la parte superior. Pueden ser de fundición de hierro o aluminio. Sirve de soporte para otros elementos del motor como son: Válvulas, balancines, inyectores, etc. Lleva los orificios de los tornillos de apriete entre la culata y el bloque, además de los de entrada de aire por las válvulas de admisión, salida de gases por las válvulas de escape, entrada de combustible por los inyectores, paso de varillas de empujadores del árbol de balancines, pasos de agua entre el bloque y la culata para refrigerar, etc.
Entre la culata y el bloque del motor se monta una junta que queda prensada entre las dos a la que llamamos habitualmente junta de culata.
5.1.4Las válvulas
Las válvulas abren y cierran las lumbreras de admisión y escape en el momento oportuno de cada ciclo. La de admisión suele ser de mayor tamaño que la de escape.
En una válvula hay que distinguir las siguientes partes:
Pie de válvula.
Vástago.
Cabeza.
La parte de la cabeza que está rectificada y finamente esmerilada se llama cara y asienta sobre un inserto alojado en la culata. Este asiento también lleva un rectificado y esmerilado fino.
Las válvulas se cierran por medio de resortes y se abren por empujadores accionados por el árbol de levas. La posición de la leva durante la rotación determina el momento en que ha de abrirse la válvula.
Las válvulas disponen de una serie de mecanismos para su accionamiento, que varía según la disposición del árbol de levas.
5.1.5 El árbol de levas
Este elemento es utilizado para abrir las válvulas que va sincronizado con la distribución del motor y cuya velocidad de giro es la mitad que la del cigüeñal; por tanto, el diámetro de su engranaje será de un diámetro doble que el del cigüeñal. Asimismo, según su situación varía el mecanismo empujador de las válvulas.
- Cuando el árbol de levas es lateral el mecanismo empujador consta de leva, taqué, varilla, balancín y eje de balancines.
- Cuando el árbol de levas va en cabeza la leva actúa directamente sobre un cajetín cilíndrico.
- También e otro motores de cuatro válvulas por cilindro la leva actúa directamente sobre un rodillo de un balancín en forma de horquilla. El principio es el mismo que el de levas laterales con la diferencia que se ha abandonado la varilla de empuje.
5.1.6 Engranajes de distribución
Conduce los accesorios y mantienen la rotación del cigüeñal, árbol de levas, eje de leva de la bomba de inyección ejes compensadores en la relación correcta de desmultiplicación.
El engranaje del cigüeñal es el engranaje motriz para todos los demás que componen el tren de distribución, por lo que deben de estar sincronizados entre sí, de forma que coincidan las marcas que llevan cada uno de ellos.
5.1.7 Bomba de aceite
Está localizada en el fondo del motor en el cárter del aceite. Su misión es bombear aceite para lubricar cojinetes y partes móviles del motor.
La bomba es movida por un engranaje, desde el eje de levas hace circular el aceite a través de pequeños conductos en el bloque.
El flujo principal del aceite es para el cigüeñal, que tiene unos taladros que dirigen el lubricante a los cojinetes de biela y a los cojinetes principales. Aceite lubricante es también salpicado sobre las paredes del cilindro por debajo del pistón.
5.1.8 Bomba de agua
Es la encargada de hacer circular el refrigerante a través del bloque del motor, culata, radiador etc.
La circulación de refrigerante a través del radiador trasfiere el calor del motor al aire que circula entre las celdas del radiador. Un ventilador movido por el propio motor hace circular el aire a través del radiador.
5.1.9 Sistema de inyección.
En un motor diésel el sistema de inyección es el encargado de dosificar y dar presión al combustible para que llegue a los cilindros en la mejor situación para ser pulverizado dentro del cilindro.
Hay tres sistemas de inyección en los motores diesel: Precombustión, inyección directa e inyector-bomba.
- Precombustión.
El sistema de cámara de precombustión se encuentra principalmente en motores más antiguos. Se utiliza una bomba de inyección clásica que contiene realmente unos pistones que impulsan el combustible de cada cilindro por separado, este sale por tuberías separadas para cada uno de los cilindros, donde entra en unas toberas con un agujero en la punta donde sale el combustible pulverizado a una precámara montada en la culata, donde se inicia la combustión que luego sale al cilindro impulsada por su propio calor. Hay bujías incandescentes o calentadores montadas en las precámaras que sirven para calentar el aire y favorecer el arranque del motor.
- Inyección directa.
Funciona de la misma manera que el anterior con la única diferencia que no existen las precámaras, es decir el inyector pulveriza el combustible directamente en el cilindro que tiene un rebaje especial en su cabeza que favorece la mezcla del aire-combustible.
La ventaja de este sistema sobre el anterior es que consume un poco menos de combustible, no necesita bujías de precalentamiento, puesto que arranca fácilmente. Desde el punto de vista de fabricación tiene también la ventaja de que es más fácil de construir el motor.
- Inyector-Bomba.
Este sistema es el más moderno que se utiliza en la actualidad. Sobre cada cilindro tiene un inyector que lleva incorporada una bomba de inyección de alta presión. No
necesita llevar tuberías de alta presión a los inyectores, con lo que se consigue que las presiones de inyección se puedan aumentar drásticamente, esto redunda en una mejor pulverización del combustible y un mayor rendimiento del mismo.
Se usa una leva adicional en la culata para presionar el cilindro del inyector-bomba.
Common-Rail.
Este sistema tan de moda hoy en día consiste en una bomba de inyección que suministra combustible a una tubería común para todos los inyectores, cada uno de ellos tiene en todo momento presión de combustible, pero solo lo dejan pasar al cilindro cuando una señal eléctrica pasa a través de una electroválvula integrada en el inyector. La bomba de inyección no tiene internamente varias bombas individuales, sino una sola.
5.1.10 Pistón
Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido.
Los pistones de motores de combustión interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso especifico bajo para disminuir la energía cinética que se genera en los desplazamientos. También tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones. El material más elegido para la fabricación de pistones es el aluminio y suelen utilizarse aleantes como: cobre, silicio, magnesio entre otros.
5.1.11 Biela
Se denomina biela a un elemento mecánico que sometido a esfuerzos de tracción o compresión, transmite el movimiento articulando a otras partes de la maquina. En un motor de combustión interna conectan el piston al cigueñal.
Actualmente las bielas son un elemento básico en los motores de combustion interna. Se diseñan con una forma específica para conectarse entre las dos piezas, el pistón y el cigüeñal. Su seccion transversal o perfil puede tener forma de H, I o +. El material del que están hechas es de una aleacion de acero, titanio o aluminio. En la industria automotor todas son producidas por forjamiento, pero algunos fabricantes de piezas las hacen mediante maquinado
5.1.12 Cilindro o camisa
El cilindro de un motor es el recinto por donde se desplaza un piston. Su nombre proviene de su forma, aproximadamente un cilindro geométrico.
En los motores tales como los utilizados en los vehículos automotores, se dispone un ingenioso arreglo de cilindros junto con pistones, válvulas, anillos y otros mecanismos de regulación y transmisión, pues allí es donde se realiza la explosión del combustible, es el origen de la fuerza mecánica del motor que se transforma luego en movimiento del vehículo.
El cilindro es una pieza hecha con metal fuerte porque debe soportar a lo largo de su vida útil un trabajo a alta temperatura con explosiones constante de combustible, lo que lo somete a un trabajo excesivo bajo condiciones extremas. Una agrupación de cilindros en un motor constituye el núcleo del mismo, conocido como bloque del motor.
El diámetro y la carrera del cilindro, o mejor la cilindrada, tienen mucho que ver con la potencia que el motor ofrece, pues están en relación directa con la cantidad de aire que admite para mezclarse con el combustible y que luego explota, generando con ello el movimiento mecánico que finaliza con el desplazamiento del vehículo hacia otra posición.
5.1.13 Los cojinetes
Elementos mecánicos que permiten el libre movimiento entre piezas fijas y móviles. Los cojinetes de antifricción son esenciales para la maquinaria: sostienen o guían sus piezas móviles y reducen al mínimo la fricción y el desgaste. La fricción consume energía inútilmente y el desgaste altera las dimensiones y el ajuste de las piezas hasta la inutilización de la máquina.
Estos van colocados en las uniones del cigüeñal y biela y cigüeñal y bloque
5.1.14 Turbocompresor
Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentacion que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases y aumentar la potencia del motor. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores alternativos, especialmente en los motores Diesel. En algunos países, la carga positiva sobre los automoviles depende de la cilindrada del motor. Como un motor con turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, estos modelos pagan me nos impuestos que los que no tienen turbocompresor.
5.2 Principio de funcionamientoUn motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara (o pre cámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. Este proceso es lo que se llama el auto inflamación.
La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo del motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de combustión a gran presión desde unos orificios muy pequeños que presenta el inyector de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión (entre 700 y 900 °C). Como resultado, la mezcla se inflama muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia fuera.
Esta expansión, a diferencia del motor de gasolina es adiabática generando un movimiento rectilíneo a través de la carrera del pistón. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento rectilíneo alternativo (de va y viene, ida y vuelta) del pistón en un movimiento de rotación.
Para que se produzca la auto inflamación es necesario alcanzar la temperatura de inflamación espontánea del gasóleo. En frío es necesario pre-calentar el gasóleo o emplear combustibles más pesados que los empleados en el motor de gasolina, empleándose la fracción de destilación del petróleo fluctuando entre los 220 °C y 350 °C, que recibe la denominación de gasóleo o gasoil en inglés
5.3 Conducción de plantas Diésel en buquesAsí empieza en buques, antes de la puesta en marcha de un motor Diésel principal es necesaria una inspección de los circuitos de refrigeración y lubricación, y controlar sus niveles. Antes de su puesta en marcha se debe poner en funcionamiento un generador. Limpiar los filtros de toma de agua de mar, de combustible y de aceite. Se debe hacer funcionar el virador con los grifos abiertos para purgar los cilindros, y verificar el nivel de agua de camisas. Debe precalentarse el combustible en caso de que éste sea viscoso (Hay motores donde esto no es necesario porque el Fuel Oíl circula permanentemente con un sistema de calentamiento constante, que puede
incluir desde pre calentadores hasta recubrimiento calefaccionado de las tuberías de alta presión de inyección). Y una vez que se han eliminado todos los bloqueos, poner en funcionamiento el motor acorde a lo indicado por el puente de mando, el cual indicará mediante el telégrafo cuál es la velocidad deseada.
5.4 Comparación De Los Motores Otto Y Diésel Teóricos.
Los motores Otto y Diesel, que tienen una forma constructiva, una disposición de elementos y un funcionamiento semejantes, se diferencian esencialmente por su sistema de alimentación y por su combustión. . La alimentación en los motores de tipo Otto se realiza introduciendo una mezcla aire - combustible en el interior del cilindro durante Ia admisión. Esta mezcla, una vez comprimida, se incendia por medio de una chispa eléctrica, lo que origina una combustión suave y progresiva.
En los motores Diesel el llenado de los cilindros se realiza solamente con aire, introduciendo el combustible a alta presión el cual arde espontáneamente al ponerse en contacto con el aire previamente comprimido, cuya temperatura está por encima del punto de inflamación del combustible, haciéndolo bruscamente, lo que produce Ia trepidación característica de estos motores, Ia cual es cada vez más reducida por los nuevos sistemas de inyección a muy alta presión y multipunto.
. Los motores Otto no pueden trabajar con grandes relaciones de compresión. El valor máximo queda limitado a una relación de 9/1 a l0/l para que la temperatura alcanzada en la compresión no rebase el punto de inflamación de la mezcla y se produzca el autoencendido. En los motores Diesel es necesaria una elevada relación de compresión del orden de 22/1 a 24/1, para conseguir las temperaturas adecuadas en el interior del cilindro, con objeto de que se produzca la autoinflamación de combustible al ser inyectado. Este grado de compresión hace que las presiones de trabajo sean muy elevadas por lo que deben estar constituidos por elementos muy resistentes que soporten grandes cargas, lo que hace que sean más pesados y lentos.
Como se vio el rendimiento térmico en ambos motores es función de la relación de compresión y. al ser más alto en los motores diesel, el aprovechamiento de la energía del combustible es mayor en ellos que en los de ciclo Otto.
Debido a la forma de realizar la mezcla. Los motores de tipo Otto necesitan utilizar combustibles ligeros y fácilmente vaporizables con el objeto de obtener una buena mezcla aire -combustible.
Estos motores están condicionados en cuanto al tipo de combustible empleado. Siendo el de mayor uso la gasolina. En los motores Diesel, como Ia mezcla aire - combustible se realiza al pulverizar este a alta presión en el interior de los cilindros. La volatilidad del combustible no tiene gran importancia y se pueden utilizar, en consecuencia, combustibles más pesados y de menor calidad. El más utilizado es el gasoil. Una ventaja no desdeñable es que al no usar combustibles vaporizables no existe peligro de incendio, cualidad que se aprovecha sobre todo en motores para usos agrícolas.
Hasta la aparición de los motores Otto de inyección, el sistema de alimentación Diesel tenía la ventaja de que al suministrar en cada momento la cantidad justa de combustibles según las necesidades de marcha, no se producía derroche en los mismos por mezclas excesivamente ricas ni pobres.
Además, como en los Diesel en el interior del cilindro se quema todo el combustible, no hay producción de gases tóxicos y, como consecuencia, la contaminación atmosférica es menor. Sin embargo necesitan una gran precisión en la construcción de la bomba de inyección y un filtrado muy riguroso del combustible para que no se obstruyan los inyectores. Un inconveniente del motor Diesel es el arranque en frio. En invierno cuando el aire y las paredes del cilindro están a temperaturas muy bajas, la temperatura alcanzada en la compresión puede no ser suficiente para inflamar el combustible. Por esto necesitan usar calentadores que se colocan en las cámaras de combustión, lo que hace más lenta su puesta en marcha.
Estos calentadores son puestos en funcionamiento bien por el conductor, bien de forma automática durante unos instantes antes de arrancar el motor. Así se calienta el aire y las paredes de la cámara. El calor generado se transmite al pistón y al cilindro, lo que favorece el calentamiento del aire que penetra en su interior.
Con ello se consigue una mayor temperatura del aire al finalizar la compresión. Estos calentadores se desconectan automáticamente al accionar el arranque.
El consumo de combustible en los motores depende esencialmente de la relación de compresión, de la forma de realizar la carburación y del llenado de los cilindros. Estos factores varían notablemente en ambos tipos de motores y determinan la diferencia de consumo existente entre ellos.
Cuanto más elevada sea la relación de compresión, mayor es el rendimiento térmico y, por tanto, también lo es el aprovechamiento de la energía calorífica del combustible. Esto significa que, a igualdad de potencia, el consumo de combustible es menor cuanto mayor sea la relación de compresión. En los motores Diesel el bajo consumo de combustible se debe, fundamentalmente, al alto grado de compresión con que trabajan.
En los motores Otto la relación de compresión está muy por debajo del límite crítico, porque está limitado por la temperatura de la cámara de combustión al término de la compresión, que no debe superar el valor de autoinflamación de la mezcla. Para incrementar el grado de compresión, los constructores trabajan en la aplicación de nuevas tecnologías que permitan elevarlo y reducir, por tanto, el consumo del motor. Los estudios en cuestión se encaminan a conseguir culatas de material de mayor conductividad térmica, para facilitar la evacuación del calor, a la mejora del diseño de las cámaras de combustión y al empleo de combustibles capaces de soportar mayores temperaturas sin autoencenderse. Por otra parte, se tiende a la fabricación de motores Diesel de nueva tecnología, cuya velocidad de régimen sea superior y a reducir el coste de fabricación para aprovechar las ventajas que proporciona el menor consumo y el menor precio del combustible empleado.
Como en los motores de gasolina, la preparación de la mezcla se efectúa de forma que la riqueza obtenida está muy próxima a la teórica, lo que no ocurre en los motores Diesel que, por su particular forma de alimentación, necesitan una sobreaportación de aire para obtener una buen combustión, es por lo que la riqueza en combustible de la mezcla es mayor en los motores de gasolina.
Otro de los factores que inciden sobre el consumo de combustible es la forma de funcionamiento de ambos motores.
En los motores Otto la regulación de la potencia se realiza admitiendo mayor o menor cantidad de mezcla en el cilindro según las necesidades de potencia solicitada. Esta disposición presenta el inconveniente de que, a menor carga, el grado de compresión es más bajo, lo que hace que el rendimiento térmico sea menor, y es por lo que el menor consumo corresponde a las zonas de trabajo próximas a la plena carga.
En los motores Diesel la regulación de potencia se realiza variando la cantidad de combustible inyectado en función de la potencia solicitada. Como la mayor o menor cantidad de combustible inyectado no influye en el llenado del cilindro con el aire, la relación de compresión no disminuye, es por lo que el rendimiento térmico se mantiene constante a cualquier régimen de carga.
Debido al tiempo disponible para realizar la mezcla, unos 3600 de giro del cigüeñal, y al poco peso de sus elementos móviles, los motores de tipo Otto no tienen grandes limitaciones para alcanzar un elevado número de revoluciones. En la práctica están limitados por las fuerzas de inercia y por los rozamientos, que crecen con el cuadrado de la velocidad.
La velocidad de régimen alcanzada por los motores de encendido por chispa, puede llegar a alcanzar incluso 17000 r.p.m. En los motores Diesel, sin embargo, la
velocidad de régimen está limitada por el corto tiempo de que disponen para la formación de la mezcla en el interior de sus cilindros, unos 30 ° máximos, lo cual limita la velocidad de los mismos, llegándose en los motores más rápidos a un régimen que aún hoy no supera las 6000 r.p.m.
Esta característica representa una gran ventaja de los motores Otto sobre los Diesel pues, debido a su alto régimen de funcionamiento, se pueden obtener grandes potencias aun con pequeñas cilindradas por ser la potencia función de estas dos variables. Además, como los motores Otto tienen un menor peso muerto, son más ligeros y más económicos.
5.5Ventajas y desventajas
En automoción, las desventajas iníciales de estos motores (principalmente precio, costos de mantenimiento y prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras como la inyección electrónica y el turbocompresor. No obstante, la adopción de la precámara para los motores de automoción, con la que se consiguen prestaciones semejantes a las de los motores de gasolina, presenta el inconveniente de incrementar el consumo, con lo que la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece.
Las principales desventajas son las siguientes:
Los motores diesel tienden a ser más caros que los de gasolina. Debido a su peso y su tasa de compresión, suelen tener un rango de RPM más
bajo que los de gasolina. Esto hace que los diesel sean más lentos en términos de aceleración.
Los motores diesel tiene tendencia a producir más humos y olores. Lo diesel son más difíciles de arrancar en temperaturas frías. Los motores diesel hacen más ruido y tienden a vibrar.
Sin embargo, las cosas que juegan a favor de los diesel son una mayor economía de combustible, mayores índices de torque y una vida más prolongada del motor. Ambas ventajas significan, si hablamos de la vida del motor, acabará ahorrando dinero con un diesel.Como se ha comentado, la el listado de desventajas son históricas, y hoy en día muchas de ellas han sido solucionadas. Muchos de los motores diesel nuevos están eliminando estas desventajas como por ejemplo, el humo, ruido,
vibraciones y costes. Incluso la velocidad y potencia están llegando a una posición cercana a los de gasolina.Actualmente se está utilizando el sistema commom rail en los vehículos automotores pequeños. Este sistema brinda una gran ventaja, ya que se consigue un menor consumo de combustible, mejores prestaciones del motor, menor ruido (característico de los motores Diesel) y una menor emisión de gases contaminantes.
5.6 Aplicación de los motores Diésel
En la actualidad el motor Diesel es más popular que nunca, particularmente para Colombia, todo comenzó con la crisis económica del país donde se opto por el alza en el precio de los combustibles para generar más ingresos al estado y combatir la crisis económica, inicialmente atacaron a la gasolina de una manera que en pocos años era casis inexequible tener un carro de alta cilindrada a gasolina por los grandes costos del consumo de combustible.
Luego de esto empezaron los camiones comerciales a realizar cambios de motor a Diesel debido a que el gobierno lo permitía y era 100% legal, estos compraban motores importados usados traídos de países desarrollados como Estados Unidos y Europa, se vieron algunos casos traídos de Venezuela.
Estos camiones por lo general eran los usados y modelos viejos (desde modelos 60 hasta los 90), en poco tiempo casi todos los camiones del país era Diesel y dada esta revolución los fabricantes empezaron alrededor del 1992 a importar camiones nuevos con motores Diesel originales de fábrica, dejando atrás los camiones de gasolina.
Para la época estos motores de los camiones nuevos eran de muy baja tecnología los cuales a medida que fueron pasando los años hasta la fecha han tenido mejoras muy significativas siendo ahora los más ecológicos del mercado, los pioneros de esta revolución fueron los Kodiak de Chevrolet aunque en los años 70s se vieron lo Dodge Diesel pero no tuvieron éxito debido a que los motores de gasolina de la época era más silenciosos y potentes y para ese entonces los costos de la gasolina no eran un problema.
Los fabricantes de otros vehículos como pick up, crossover, suv y algunos automóviles empezaron a principio del 2000 a acoger también el ejemplo de los camioneros para tener más competencia en el mercado, por lo tanto se empezaron a traer los primero vehículos Diesel siendo pionera chevrolet y por el éxito obtenido las demás marcas empezaron a traer sus vehículos con motores Diesel con gran aceptación del mercado Colombiano, fue tanta la acogida por sus ventajas económicas que hoy la mayoría de las Pick up, crossover, suv son Diesel y referente a los automóviles actualmente solo se ven algunos brotes se espera que se mejoren las tecnologías para adaptarlos mejor a estos vehículos sin embargo algunas marcas importantes han traído sus automóviles con motores Diesel como Audi y BMW.
Referente a los tractocamiones o tractomulas desde sus principios han utilizado motores Diesel por los beneficios de torques y durabilidad, lo mismo se presenta en plantas estacionarias, generadores eléctricos, grandes bombas y otras aplicaciones industriales, después de analizar todo lo mencionado podemos concluir que los motores Diesel en la actualidad constituyen la mayoría del mercado dejando para la gasolina los vehículos de baja cilindrada como los automóviles y motos.
Como vemos en el grafico podemos apreciar el creciente uso del Diesel o ACPM
Adicional a lo mencionado también podemos ver las siguientes aplicaciones:
- Maquinaria agrícola 2T (pequeña) y 4T(tractores, cosechadoras)
- Propulsión ferroviaria
- Propulsión marina 4T hasta una cierta potencia, a partir de ahí 2T
- Vehículos de propulsión a oruga
- Automóviles y camiones (4T)
- Grupos generadores de energía eléctrica (centrales eléctricas y de emergencia)
- Accionamiento industrial (bombas, compresores, etc., especialmente de emergencia)
- Propulsión aérea
5.7 Mantenimiento de Motores Diésel
Ya sea para uso continuo o intermitente, los motores diesel requieren de mantenimiento si han de funcionar como se espera. Esta guía está diseñada como referencia para motores diesel de alta y media velocidad que usan combustible diesel 1-D y/o 2-D, y plantea algunos puntos importantes que deben ser observados.
5.7.1 Combustible Y Sistema De Combustible
Los motores diesel pueden quemar una amplia gama de combustibles, dependiendo de su diseño. Los combustibles específicamente formulados para uso en motores diesel se denominan normalmente como Número 1 (ASTM D975 No. 1D), y Número 2 (ASTM D975 No. 2D). Los motores más grandes también vienen equipados con sistemas de combustible para quemar productos más pesados, conocidos como combustibles pesados. Sin importar la clasificación, hay ciertas propiedades del combustible que son importantes para el usuario del motor. Durante la vida de un motor, el combustible representa alrededor del 75% del total de los costos de operación. Más aún, si la calidad del combustible no se mantiene, puede causar fallas prematuras del motor o un funcionamiento disminuido. Con frecuencia se pasa por alto la conveniencia y condición del combustible para motores diesel como un asunto de mantenimiento. Hay varios aspectos importantes que deben ser revisados:
5.7.2 Calidad de Combustible
Las especificaciones técnicas de desempeño para los motores diesel están basadas en un tipo de combustible específico (el combustible base). Las calidades normalmente disponibles para uso en motores diesel de media y alta velocidad se muestran en la tabla a continuación. Al considerar el rendimiento del motor, siempre es necesario conocer las propiedades del combustible utilizado y cómo se compara con el combustible de base indicado en las especificaciones de desempeño.
Además de las consecuencias sobre el rendimiento por usar un combustible por fuera de las especificaciones, hay riesgos mecánicos. Los combustibles más ligeros pueden reducir la expectativa de vida de componentes del sistema de combustible porque su baja viscosidad reducirá el nivel de lubricación. Los combustibles más pesados pueden reducir la vida útil del revestimiento y los anillos de los cilindros debido a los mayores depósitos en la cámara de combustión.
Si es necesario corregir la densidad del combustible, ello debe hacerse mezclando las disponibilidades existentes con un grado más pesado / más liviano para lograr las características deseadas. ¡NUNCA reduzca el combustible con alcoholes o gasolina! NUNCA agregue gasolina o alcohol al combustible diesel por ningún motivo. Al hacerlo dañará el sistema de inyección de combustible. Además, tal tipo de combinación puede crear una mezcla explosiva (con gasolina) en el tanque o producir estratificación (con alcoholes). Otras características importantes de todos los combustibles diesel son: a. Punto de Nublado: La temperatura a la que una nube o niebla aparece en el combustible. Esto es causado por la solidificación de parafinas en el combustible, y estos sólidos pueden causar el taponamiento del filtro de combustible. El funcionamiento del motor en o por debajo del punto de nublado puede verse seriamente afectado en serio por un flujo inadecuado de combustible debido al taponamiento del filtro. Si se prevé tal funcionamiento, se deben instalar calentadores de combustible. La dilución del combustible con queroseno o agregarle un aditivo para mejora del flujo (modificadores de cristal de cera) también puede ser de ayuda. Punto de Flujo: Temperatura 5 grados F más caliente que aquella en la que el combustible fluirá. El funcionamiento confiable de los motores diesel requiere un punto de flujo igual o inferior al de la temperatura ambiente. La dilución del combustible con queroseno o agregarle un aditivo para mejora del flujo (modificadores de cristal de cera) también puede ser de ayuda. Contenido de Agua: Un contenido de agua superior al .05% por volumen (este contenido de agua es permitido en ambos tipos de combustibles 1-D y 2-D) es un contaminante del combustible diesel. La separación de agua por sedimentación o por filtro combinado debe ser la adecuada para remover el agua del combustible antes de que éste llegue a la bomba de inyección del combustible. Las concentraciones de agua por encima del .05% por volumen causarán daños al sistema de inyección de combustible. La presencia de agua en el combustible diesel también puede promover el crecimiento
bacteriano, lo que constituye un serio riesgo para el sistema de filtración de combustible. Se recomienda tratar todo el combustible diesel con un biocida.
5.7.3 Edad del Combustible
El combustible diesel es más propenso a la oxidación que la gasolina. Nunca debe permanecer en almacenamiento por más de 12 meses. Deben hacerse los arreglos correspondientes ya sea para consumir el combustible o rotarlo al inventario de petróleo para el quemador.
5.7.4 Número de Cetano
Este índice clasifica el combustible de acuerdo con su propensión a encenderse por presión y calor. Los combustibles con un número de cetano bajo padecerán de ignición tardía, y pueden causar dificultades de arranque y golpeteo del motor. Esto puede ocasionar el daño del motor. La emisión de humo blanco y los olores durante el encendido en clima frío son indicadores de combustible con número de cetano bajo. Como guía, el índice de cetano mínimo es de 40 para todos los motores. Si bien algunos motores con cámara de pre-combustión funcionarán con un combustible con índice de cetano de 35, una buena regla para seguir con cualquier motor diesel es usar combustibles con un índice de cetano superior a 40. ¡Siga siempre las recomendaciones del fabricante del motor! Existen productos para mejorar el índice de cetano de sus inventarios de combustible. NOTA: Algunos fabricantes de motores prohíben el uso de aditivos de combustible con el único propósito de aumentar el número de cetano.
5.7.5 Limpieza
Los sistemas de inyección de combustible diesel dependen de ductos de flujo pequeños y de espacios libres muy reducidos. Ellos no pueden tolerar impurezas en el combustible. Esto significa que los filtros de combustible deben recibir mantenimiento de acuerdo a la programación publicada por los fabricantes, o más frecuentemente si las condiciones del inventario de combustible lo exigen. Todos los
filtros deben ser como mínimo de la misma calidad de los originales del equipo. Los filtros de aire son igualmente importantes para la longevidad de motor. Ellos actúan como trampa para retener los abrasivos antes de que puedan entrar en las cámaras de combustión del motor. La falta de un filtrado de aire apropiado causará el rápido desgaste de anillos, pistones, y revestimientos. Cambie los filtros de aire por lo menos con la misma frecuencia con que lo recomienda el fabricante, y use un filtro de reemplazo como mínimo de la misma calidad de los originales del equipo. Si está expuesto a condiciones extraordinariamente polvorientas, puede requerirse una más frecuente limpieza o cambio de los filtros de aire.
5.7.6 Refrigerante Y Sistema De Enfriamiento
El sistema de enfriamiento de un motor diesel debe ser capaz de remover de manera continua aproximadamente el 30% del calor generado por la combustión de su combustible sin recalentarse. Asumiendo que se cuenta con un sistema de enfriamiento razonablemente limpio, esto normalmente no es un problema. Además del nivel del refrigerante, hay varios puntos que deben ser revisados:
5.7.7 Nivel del Refrigerante
El nivel del refrigerante es crítico para el funcionamiento apropiado de un sistema de enfriamiento. Si el nivel del refrigerante cae hasta un punto dónde el aire es arrastrado hacia las chaquetas de enfriamiento, la capacidad de enfriamiento se reducirá, resultando en daños mecánicos serios, incluyendo la corrosión de la cavitación.
5.7.8 Composición del Refrigerante
El refrigerante de motores por lo general es una mezcla de etileno o de anticongelante con base de glicol propileno y agua. El punto de congelación de la mezcla dependerá de la cantidad relativa de glicol usada. Es importante usar la mejor agua disponible mezclada con no más de un 60% de anticongelante con base de glicol etileno, o no más de un 50% de anticongelante con base de glicol propileno. Es igualmente importante nunca usar exclusivamente agua como refrigerante del motor. (El agua es corrosiva a las temperaturas de operación del motor). La calidad del agua es importante. La siguiente tabla muestra las características mínimas aceptables recomendadas para el agua del sistema de enfriamiento, según un fabricante (Caterpillar, Inc.):
Calidad Mínima del Agua para Uso como Refrigerante:
5.7.9 Aditivos e Inhibidores Recomendados
Los fabricantes de motores normalmente le proporcionarán guías detalladas acerca de los aditivos necesarios para prevenir la corrosión o proporcionar lubricación suplementaria a los componentes del sistema de enfriamiento. Es muy importante no exceder las concentraciones recomendadas de éstos aditivos. Las altas concentraciones pueden causar precipitación de sólidos, y pueden ocasionar el daño de sellados y otras partes internas. Por otro lado, la baja concentración de aditivos refrigerantes puede causar perforaciones en la cavitación del revestimiento de los cilindros que está en contacto con el agua. En ocasiones, los fabricantes del motor le proporcionarán filtros especiales que distribuyen aditivos en el refrigerante (filtros de descarga controlada). Si un motor está equipado con estos filtros, entonces es muy importante NO agregar aditivos adicionales por separado al refrigerante. Por el contrario, si la química es controlada por aditivos específicos entonces NO se deben usarse filtros de descarga controlada.
5.7.10 Integridad del Sistema de Enfriamiento
Ninguna revisión del sistema de enfriamiento estará completa a menos que sea bastante claro que el sistema está sellado y libre de aire. La inducción de aire en un sistema de enfriamiento por cualquier motivo es una cuestión seria, dado que puede causar cavitación interna y manchas de corrosión en las chaquetas de agua, sobre todo en las partes de más altas temperaturas, como las fundas de los cilindros. Debe prestarse particular cuidado a los motores que tienen mangueras con empaques de silicona dado que las mangueras no se adherirán a las conexiones del motor. Sólo deben usarse abrazaderas de resorte de tensión constante para sujetar estas mangueras y su integridad debe ser verificada rutinariamente Si tiene alguna duda sobre la integridad del sistema debe consultar al fabricante del motor, y deben realizarse pruebas adicionales hasta que tal duda sea resuelta.
5.7.11 Lubricación
La lubricación del motor es quizás el elemento individual más importante de un buen programa de mantenimiento. El aceite del motor lubrica las partes móviles; proporciona protección contra la corrosión; absorbe y neutraliza los contaminantes; sirve como refrigerante; y es un sellador. A través de cambios regulares de aceite y filtros, el aceite remueve las materias extrañas del motor, mientras contribuye a la limpieza interior y minimiza el desgaste. Los aceites para lubricación de motores se preparan con petróleo o bases sintéticas, y son formulados con diferentes aditivos que proporcionan o modifican ciertas características del ingrediente de base. Entre éstos se encuentran los detergentes, agentes de alcalinidad, inhibidores de la oxidación, dispersantes, y agentes contra el desgaste. Estos aditivos, o el paquete aditivo, es lo que le da las calidades deseables al aceite del motor, y el agotamiento de los aditivos, así como la acumulación de productos de la combustión, son los elementos que limitan la vida de la carga de aceite. Los aceites re refinados son aceptables siempre y cuando cumplan con la viscosidad SAE y las especificaciones API para aceites nuevos.
5.7.11.1 La Selección del Aceite del Motor - Clasificación
Clasificación Quizás ninguna otra de las propiedades de los aceites lubricantes para motor causa tanta confusión como los sistemas de clasificación promulgados por el Instituto Americano de Petróleo (American Petroleum Institute –API-) y algunas agencias europeas. Para evitar esa confusión, usted sólo necesita consultar las recomendaciones del fabricante del motor y estar consciente de que sólo unas pocas de estas clasificaciones aplicarán para un motor en particular. El sistema API de clasificación de aceites los divide en dos grandes clases: los aceites de Estación de Servicio (Clase API SA-SH a partir de este escrito), y los aceites Comerciales (Clase API CA-CG-4 al momento de este escrito). Para los efectos de esta discusión se asume que se toman en consideración sólo los motores diesel, y por consiguiente los aceites de Estación de Servicio, destinados para ser usados en motores de gasolina del tipo de los de los automóviles, no aplicará
Clasificaciones API Actuales para Aceites de Motor Comerciales:
Es importante anotar que cualquier fabricante puede describir sus productos de acuerdo con estas clasificaciones, pero sólo las compañías autorizadas pueden usar el símbolo API en sus empaques. A dichas compañías autorizadas les es exigido certificar que sus productos cumplen los estándares de desempeño técnico de cada categoría de servicio API.
5.7.11.2 La Selección del Aceite del Motor - Viscosidad
Viscosidad La viscosidad es la propiedad que resiste el flujo del aceite. Es la propiedad del aceite que le proporciona la habilidad de formar una película con capacidad de carga entre partes móviles adyacentes. Mientras más viscoso sea el aceite, mayor será la fortaleza de la película y por ende la habilidad de soportar una carga de presión. Desgraciadamente, esa misma viscosidad más alta impedirá el flujo del aceite dentro de los conductos y pasos de aceite, de manera que la viscosidad debe ser escogida teniendo presentes estas dos necesidades contrapuestas. Esta selección ese complica aún más por el hecho de que para la mayoría de los aceites la viscosidad cambia con la temperatura, y el funcionamiento en climas más calurosos requerirá de mayor viscosidad. Afortunadamente, los fabricantes de motores normalmente son muy diligentes en sus recomendaciones acerca de la viscosidad de los aceites lubricantes, y normalmente le ofrecerán una recomendación para cumplir con cualquier condición.
5.7.12 Pruebas Para Aceite Del Motor
Los motores que representan una inversión significativa y que realizan funciones críticas deben ser sometidos a un programa regular de pruebas del aceite. Los resultados de las pruebas le confirmarán el estado de la carga de aceite de lubricación y también le proporcionarán información importante también sobre las condiciones internas del motor.
El análisis del aceite puede descubrir contaminantes como el combustible diesel, hollín, refrigerante, sal, arena, suciedad o polvo, y, metales indicadores de desgaste de componentes internos. Nosotros recomendamos el análisis de aceite como parte de todo programa de Mantenimiento Preventivo para motores diesel.
Las pruebas del aceite deben incluir los siguientes análisis:
1. Pruebas química y físicas para determinar la presencia de contaminantes (agua, combustible, anticongelante, etc.)
2. Análisis de desgaste para identificar los componentes desgastados en el aceite.
3. Análisis de la condición del aceite para cuantificar los productos de hollín, azufre, nitración, y oxidación en el aceite.
4. Número Base Total El Número Base Total es un índice de la capacidad de neutralización de productos derivados del azufre por parte del aceite del motor. Dado que virtualmente todos los combustibles diesel contienen un poco de azufre, y dado que los aceites de motor contienen aditivos diseñados para neutralizar los compuestos de azufre producidos por la combustión, este índice constituye una manera apropiada para juzgar hasta qué punto se ha agotado dicha capacidad de neutralización.
5. Contenido de Sulfato de Ceniza en las Cenizas Virtualmente todos los aceites dejarán un residuo no combustible si son quemados. Ese residuo no combustible, si es excesivo, puede acumularse en algunas áreas de altas temperaturas dentro del motor, y pueden causar molestias. Nuevamente, el fabricante del motor normalmente le ofrecerá buenos consejos respecto al nivel máximo de ceniza en los aceites de motor, y debe seguir sus recomendaciones.
5.8 Impacto medioambiental
La figura 6.3 muestra los contaminantes generados por la combustión, a continuación se cuantifican:
• 4.17 g/m3 de partículas • 500 PPM de CO
• 550 PPM de HC• 240 PPM de NOx
Inyectamos m_diesel [g] de diesel al ciclo. Si se mira internamente este valor es de 22,06 mg. Por lo tanto:
La masa de aire introducida a la cámara de combustión es de 882,4 mg, sumando los 22,06 mg de diesel que se inyecta, se tiene un total de 904,46 mg de mezcla. Para considerar la masa molecular de la mezcla haremos un promedio de la masa molecular del aire y de la masa molecular del diesel:
Considerando que el motor a estudiar tiene 4 cilindros:
Por lo tanto, el volumen de los gases quemados lo obtenemos aplicando la ecuación de los gases ideales:
Con el volumen de los gases quemados, podemos obtener el volumen total y la masa total de las emisiones
Para pasar de m3 a masa (g) se multiplica por el peso molecular y se divide por 22.4m3 /kmol.
Se han de tener en cuenta las siguientes suposiciones efectuadas en el cálculo de la masa:
• El peso molecular del HC se ha considerado igual al peso atómico del C2H3 (30.06 g/mol).• El peso molecular del NOx se ha considerado igual al peso atómico del NO2 (46.01 g/mol).
Cabe comentar que los valores de la tabla 6.2 son valores por ciclo termodinámico.Para reducir los contaminantes en un motor diesel existen sistemas de anitpolución como los siguientes:
-Para reducir CO i Hc:
Calentamiento rápido del motor. Pre-calentamiento del aire admitido Optimización de la homogeneidad de la mezcla Inyección de aire en los gases de escape Catalizador de oxidación Absorción de los vapores de depósito
-Para reducir NOx:
Bajar la relación de compresión Bajar la presión y la temperatura al final de la combustión
Disminuir los puntos calientes en la c.c.
Disminuir el ángulo de encendida para bajar la T de combustión Reciclar los gases de de escape (válvula ERG) Catalizador de reducción
-Para reducir las partículas:
Mejorar la polvorización del gasoil Filtro de partículas
6. Bibliografía
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