INDICADOR DE DIAGRAMA MOTOR DIESEL

La potencia desarrollada por el motor depende de la sucesión de presiones en el cilindro, las cuales pueden serregistradas mediante un indicador conectado con la cámara de combustión. El indicador estáconstituido por un émbolo que se desplaza en un pequeño Cilindro, Puesto en comunicacióncon la cámara de combustión y por lo tanto sujeto a las presiones que se desarrollan en suinterior; y de un tambor porta-papel que gira alternativamente al compás de los movimientosascendente y descendente del émbolo.

El movimiento del émbolo del indicador se transmite a una palanca provista de un lápiz quese oprime sobre el tambor; la combinación simultánea de ambos movimientos describe unacurva que muestra la interdependencia entre la presión de los gases en el cilindro y la posicióndel émbolo.

La potencia útil de un motor depende de las variaciones de presión y volumen, producidasen los cilindros durante la compresión, combustión y expansión.

Lo expuesto en este capítulo es un resumen de la experiencia obtenida en muchos años demar, y sirve como directriz para conseguir un funcionamiento económico y seguro de lasinstalaciones Diesel, en especial de su Potencia, inyección de combustible y combustión,evitando que se lleguen a conclusiones falsas al estudiar los diafragmas del indicador y losdatos de banco.

Un motor Diesel durante el rodaje, está emitiendo continuamente calor y es necesario que seruede durante un período de 5 a 12 horas, según su tamaño, antes de tomar ninguna lectura, yaque solo se logra un estado estacionarlo cuando todas las partes del motor han alcanzado unatemperatura de trabajo. Lo mismo es aplicable a los motores en donde se han hecho grandesreparaciones.

Si no se tiene esto en cuenta, los resultados obtenidos difieren considerablemente de losvalores reales. Las lecturas hechas sin estas precauciones son solo aproximadas y aunqueseñalen grandes irregularidades en la regulación o en la inyección no se puede tomar como basepara un ajuste corrector del motor.

MANEJO DEL INDICADOR. El indicador es un aparato de precisión y está construidocon tolerancias muy pequeñas, por lo que debe manejarse con cuidado. Especialmente seprocura conservar extraordinaria limpieza en las partes del aparato, engrasando las partesmóviles con aceite especialmente recomendado por los constructores.

Una parte importante del aparato que se descuida con frecuencia es la guía del vástago delémbolo. Un vástago deficientemente engrasado puede ser la causa de vibraciones en elmecanismo registrador.

En la figura 175 presentamos el indicador de presiones «MAIHAK».

TOMA DE DIAGRAMAS. Antes de atornillar el indicador en el grifo de purga, se debepurgar este; esto eliminará partículas de carbón u otros productos de la combustión, evitándosesu entrada en el cilindro del indicador y que este se raye.

La hoja del diagrama debe fijarse fuertemente al tambor para evitar cualquier movimientoproducido por el rozamiento del lápiz o plumilla registradora.

El tornillo de ajuste del aprieto de la plumilla, se debe fijar y situar por medio de la tuercapara que se permita un apoyo suave del registrador en la hoja de papel. Un exceso de presiónoriginaría diagramas deformados y puede romper el papel.

Cuando se fija el indicador al grifo se debe dar la longitud debida al cordón del tambor (fig.176). El ajuste se hace con el gancho del cordón que acompaña al indicador. El peso delgancho debe ser el menor posible y por esta razón el de los indicadores «Maihak» es de unaaleación de aluminio. Se unirá el cordón al gancho de tal manera que permita aflojarsefácilmente.

Para que el diagrama salga en el centro de la hoja, se puede variar un poco la longitud delcordón girando la polea un poco, después de aflojar la tuerca de mariposa, o aflojando la tuercade conexión y girando el indicador en su alojamiento. En ningún caso debe rozar el cordón concualquier parte de la guía o apoyar sobre aristas vivas. El muelle de retroceso del tambor debe

tener la presión adecuada. Una tensión demasiado fuerte producirá un esfuerzo excesivo en elcordón, en el mecanismo registrador y en todo el indicador.

Una tensión demasiado lado baja del muelle hará que el tambor salte, dando origen a undesfase entre el movimiento del tambor y el sistema de transmisión, trazando un diagramafalso.

Se puede apreciar cuando va mal guiado por el giro irregular del tambor. En algunosmotores el accionamiento del tambor del indicador se hace por medio de un sistema depalancas fijo al pistón o cruceta (fig. 177 y 178).

En otros tipos de motores, como M.A.N. y B. y W., se mueve el tambor del indicador por unmecanismo de rodillo accionados por una excéntrica fija al eje de camones. Este mecanismo deaccionamiento se puede desembragar a voluntad (fig. 179).

El sistema excéntrico del mecanismo de accionamiento produce diagramas en los que seobserva que el movimiento por excéntrica y rodillo representa una guía de biela, en la cual lalongitud de la varilla de accionamiento es infinita. Los puntos de cambio de marcha dados poreste método de accionamiento no indican la posición real del émbolo y cigüeñal. Además sehan dado casos en los que se han calado las excéntricas incorrectamente, por lo que lasposiciones de los puntos muertos de la excéntrica no coinciden con los puntos muertos delmotor.

La figura 177 representa el método más barato de conectar las varillas que se empleannormalmente, siendo suficiente para un control sencillo de las condiciones de marcha y paraigualar la potencia de cada cilindro.

Sin embargo, los trabajos de investigación más exactos, necesitan un mecanismo deaccionamiento proyectado más cuidadosamente, puesto que el mecanismo de accionamientodel tambor no solo accionar a este, sino que al mismo tiempo debe reducir la carrera del motoren una relación que la iguale a la circunferencia del tambor del indicador.

Las sencillas varillas de conexión de la figura 177 tienen en un lado una relación de palancah1 :11 con un valor determinado, mientras que en el otro lado tienen la relación 1: ∞ debido aque la varilla 12 ha sido reemplazada por el cordón, que comparado con el pequeño brazo depalanca tiene una longitud casi infinita.

Las varillas de conexión calculadas cuidadosamente como las de la figura 178, aseguran queh1 : 11 = h2 :12. Unicamente en tales circunstancias los puntos de la carrera del pistón en elindicador corresponden exactamente con las posiciones reales del émbolo. Si se quieredeterminar el exponente de politropía de cambio de estado, se debe utilizar sistemas de varillasde este tipo.

El mejor medio para efectuar debidamente la regulación del motor, es usando el indicador depresiones, el cual nos da unos diagramas por los cuales podemos saber rápidamente y con todaexactitud el proceso que se efectúa en el interior del cilindro. Conociendo las compresiones,presiones máximas y potencias, se determina fácilmente el cilindro que trabaja deficientementey si existe alguna sobrecarga en alguno de ellos.

PRESION NORMAL DE LA COMPRESION; SU MEDIDA.- EL rendimientotérmico del motor crece con la presión de compresión. La potencia indicada aumentaproporcionalmente con la compresión, puesto que el consumo de combustible sigue siendo elmismo.

Pero, la presión de compresión queda limitada por el rendimiento total de la instalación queestá sujeto no solamente al rendimiento térmico sino también al mecánico, siendo este, tantopeor cuanto más elevada es la presión de compresión a causa de las pérdidas por rozamientos.

A medida que se eleva la presión de compresión y con ello el rendimiento térmico, seproduce simultáneamente una disminución en el rendimiento mecánico, es evidente que sellegará a un valor, desde el punto de vista del rendimiento total, que cualquier aumento en elrendimiento térmico quede compensado, y, por consiguiente, pasado este límite resultaráantieconómico seguir incrementando la presión de compresión.

El valor normal de compresión suele oscilar entre los 30 y 35 kg/cm2.

La presión de compresión se determina mediante los indicadores. Para ello se desconecta elcombustible del cilindro en que quiere determinarse la presión de compresión a diferentesvelocidades.

En la figura 180, están representadas las alturas de compresión, siendo éstas tanto mayorcuanto más elevada sea la velocidad del motor, puesto que las pérdidas que pudieran existir porenfriamiento o falta de ajustes son menores.

También se ha representado un diagrama de marcha en vacío, es decir, sin combustible. Lalínea superior corresponde a la curva de compresión, y la inferior a la expansión.

En un motor perfectamente regulado, éstas dos líneas están muy juntas, siendo la separaciónentre ellas tanto mayor cuanto más pérdidas por falta de ajuste se produzcan en el motor.

OBTENCION DE DIAGRAMAS; MEDIDA DE LA ORDENADA MAXIMA YDE LA MEDIA.- Los diagramas se obtienen con el indicador de presiones mediante lacombinación de dos movimientos, que son:

1.° El adquirido por el lápiz por efecto de la acción ejercida por los gases en el interior delcilindro, y cuyo recorrido es proporcional a los valores de dichas presiones.

2.° El movimiento rotativo alternativo del cilindro sobre el que previamente se ha enrolladouna hoja de papel, recibiendo el movimiento a través de un cordón flexible conectado a unórgano alternativo del mismo cilindro motor.

La ordenada media se obtiene trasformando la superficie del diagrama en un rectángulo deigual base y superficie, la altura del mismo indica la ordenada media indicada

Los métodos más conocidos para determinar la superficie y la ordenada media son: a) Con elplanímetro y b) Con la regla de Simpson.

a) El planímetro. Se designa con este nombre a todo aparato construido para determinarmecánicamente áreas de diagramas, obteniéndose con sólo recorrer el contorno del mismo.

El planímetro polar está formado por dos brazos: el brazo a y el polar b, ambos articuladossobre un eje vertical A, figura 181. En el extremo del brazo a se encuentra a punta F con lacual se recorre el contorno del diagrama a medirse, mientras el brazo b lleva en el extremo elpolo P, que es e punto Fijo del instrumento. El otro extremo del brazo a lleva un dispositivocorredizo D que puede moverse para variar la escala de medición, indicada a vecesdirectamente o determinada por medio de una escala métrica, según el sistema de construcción.

El tambor T, dividido en 100 partes permite la aproximación de 1/10 sobre el nonius, dandoasí 1/1000 de una revolución del tambor. Por el centro de dicho tambor pasa el eje E, cuyosinfín mueve el disco. El disco contador C registra pues, directamente, 10 vueltas completasmientras las fracciones deben leerse en la graduación del tambor T.

Son 3 los puntos sobre los cuales se apoya el planímetro durante su uso. 1.° El Polo fijodurante la operación. 2.° La punta F movida para seguir el contorno de la figura a medirse. 3.°El tambor T cuya rotación integra la superficie buscada.

Antes de iniciar el recorrido de un perímetro debe examinarse si será posible abarcar toda lafigura sin llegar a posiciones desfavorables del aparato, que se origina cuando los brazos a y bforman un ángulo muy pequeño o muy próximo a los 180°. Luego se lleva la punta F obre untrazo inicial del perímetro a recorrer y se efectúa la lectura inicial sobre el disco y sobre eltambor contador. Luego se recorre con la punta F el perímetro entero, en el sentido de las agujas del reloj,cerrando sobre el trazo inicial, y teniendo mucho cuidado de que la punta F nunca se aparte dela línea del contorno durante su recorrido. Llegando al punto de partida se realiza la lecturafinal y restándole la lectura inicial se obtiene el área buscada S en m/m2.

Si L es el largo del diagrama en m/m., la ordenada media indicada será igual a:

Superficie del diagrama en m/m2

Largo del diagrama en m/m

Es fácil ahora deducir la presión media indicada, conociendo la escala del resorte con el cualha sido obtenido el diagrama, designándose por R a la escala del resorte, tendremos:

Pm = S = Superficie del diagrama en m/m2

RxL Escala del resorte x Largo del diagrama en m/m

b) La regla de Símpson. En el caso de no disponer de planímetro, la ordenada media se

calcula según la regla de Simpson y aún más sencillo por medio del método Wagener que

facilitan un cálculo más exacto.

De acuerdo con la figura 182 se divide la longitud del diagrama en 10 partes iguales y porlos puntos de división se levantan las ordenadas Yl, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9, así como encada extremo se levantan las ordenadas Y0 e Y10 a una cuarta parte de la longitudcorrespondiente a estas décimas. Con ello se obtiene 11 ordenadas, luego la ordenada media,según la fórmula de Wagener, será:

ym = 110

y0 + y10 + y1 + y2 + y3 + y4 + y5 + y6 + y7 + y8 +y9

2m/m

Conocido el valor de la ordenada media, es fácil hallar la presión media indicada mediantela siguiente expresión:

Pm = ym

R

en la que R representa la tensión del resorte del indicador en m/m por kg/cm2.

Para la mayor claridad de lo expuesto tomamos como base el siguiente ejemplo:

Supongamos que los valores obtenidos del diagrama de la figura 181, son los siguientes:

y0 = 19,8y1 = 18,1y2 = 13,1y3 = 8,2

y4 = 6,5y5 = 5,3y6 = 5,0y7 = 4,5

y8 = 3,8y9 = 2,2y10 = 1,4

De donde se deduce:

ym = 110

19,8 + 1,4 + 18,1 + 13,1 + 8,2 + 6,5 + 5,3 + 5,0 + 4,5 + 2

3,8 +2,2 m/m

Si la escala de medición del resorte corresponde a 1 m/m = 1 kg/cm2, bastará multiplicar elnúmero de milímetros que haya acusado la ordenada media por 1 kg/cm2 para hallar la presiónmedia indicada que ha de mantenerse constante durante todo el ciclo.

Por lo tanto:

Pm = 7,73 = 7,73 kg/cm2 1

La ordenada máxima, será aquélla cuyo valor partiendo de la línea representativa de lapresión atmosférica sea máxima, deduciéndose de ella la presión máxima alcanzada por losgases en el interior del cilindro.

INTERPRETACION METODICA DE LOS DIAGRAMAS.- La forma de losdiagramas no solamente permite determinar la potencia indicada del motor, sino lo que es aúnmás importante, deducir por la forma del diagrama, con toda exactitud, la causa que origina eldefectuoso funcionamiento del proceso desarrollado en el interior del cilindro. Los diagramas pueden clasificarse en:

1.°2.°3.°4.°

Diagramas cerrados para calcular la potencia.Diagramas abiertos para juzgar la marcha de la combustión.Altura de combustión para controlar su uniformidad.Altura de compresión para comprobar el comienzo de la combustión.

Conviene ante todo tener presente la importancia que tiene cada línea del diagrama deacuerdo con el desarrollo del ciclo.

Cuando se analizan los resultados deducidos de los diagramas, se debe observar lo siguiente:

a) Una compresión alta dará un buen rendimiento térmico, pero también una elevación de la presión de combustión.

b) Una presión de combustión alta supone un esfuerzo grande en los cojinetes, y por esta razón la presión de combustible debe ser de 15 kg/cm2 por encima de la de compresión en los motores de inyección mecánica. En cambio, en los motores de inyección neumática la diferencia es bastante menor.

c) Una elevación de la curva hacia el final del escape indica un cierre anticipado de la válvula de escape.

d) Un descenso de la curva al principio de la aspiración denota una apertura tardía de la válvula de aspiración.

e) Una gran depresión en la curva de aspiración indica un estrangulamiento en la aspiración.

El estudio de proceso de la combustión se realiza con mayor claridad en los diagramasabiertos.

El proceso utilizado para la obtención de los diagramas abiertos consiste en utilizar para elaccionamiento del tambor del indicador otro cilindro cuyo camón se supone que está desfasado90° en relación con el cilindro considerado. Si el diagrama se traza desplazando el puntomuerto 90°, la marcha de la combustión aparece ampliada.

Puesto que la obtención de diagramas abiertos o desfasados no es siempre posible,corrientemente se sacan los mismos mediante el procedimiento de tirón. Por supuesto, no sepuede seguir con precisión el fenómeno de la combustión, puesto que la velocidad del tambores arbitraria y desigual. Sin embargo, la marcha de la combustión se puede seguir claramentepor este método.

El diagrama abierto es el más claro para enjuiciar la marcha de la combustión, figura 183.Se diferencian claramente la línea de compresión, el punto de encendido C y las líneas decombustión y expansión.

El ángulo x es una medida para la intensidad del golpe de encendido. Para aclaración de lamarcha de la inyección y de la combustión y aunque no es posible obtenerlo con el indicadornormal, encima del diagrama de trabajo se ha dibujado el de apertura de la aguja del inyector.

El punto A indica el momento en que la bomba empieza a impulsar. Debido a lacompresibilidad del combustible, este momento no coincide con el principio de la 'inyección, esdecir, la aguja abre un poco más tarde. Existe, por tanto, un retraso de inyección A-B.

B - C representa el llamado retraso del encendido, es decir el tiempo que transcurre desde elprincipio de la inyección hasta que en el diagrama se advierte subida de presión. Si se quiere sacar diagramas con altura de las presiones de combustión y compresión, sedesconecta el dispositivo de accionamiento del tambor del indicador y se gira el tamborlentamente con la mano. Este dará el diagrama de presiones de combustión. Repitiendo estaoperación con la bomba de combustible desacoplada se obtiene el diagrama de compresión.

ANORMALIDADES DEDUCIDAS DE LOS DIAGRAMAS.- El control de banco yregulación satisfactoria de un motor exigen indicación uniforme y se deben comprobarfrecuentemente los ciclos de combustión sacando diagramas. Unicamente se pueden observarcambios en el ciclo de combustión comparando los diagramas de las pruebas en banco con lasde las pruebas de recepción.

A continuación describimos las anormalidades deducidas de los diagramas, que con másfrecuencia suelen presentarse.

Para facilitar la comparación, el trazado de los diagramas correctos está hecho con línea depuntos y los defectuosos con líneas llenas.

En la figura 185, se representa el diagrama de un motor de cuatro tiempos. Las alturas decompresión y de combustión presentan normalmente pequeñas diferencias. Observando laanchura «b» a un ángulo de 45° se pueden igualar los cilindros del motor aproximadamente a lamisma Potencia, aunque solo es posible una igualación exacta cuando se calcula la potenciaplanimetrando el diagrama.

La figura 186, presenta un diagrama desfasado, trazado con el mecanismo de indicación deotro cilindro, cuyo camón se supone que está desfasado 90° en relación al cilindro considerado.Se observa en la figura la elevación de la línea de compresión, que en el punto «a» forma unligero codo redondeado correspondiente al punto de inyección del combustible.

La elevación de presión comienza antes de¡ punto muerto alto, y no debe ser demasiadopronunciada, puesto que esto supone detonación o golpes en los cojinetes.

La figura 187, representa el diagrama de un motor de dos tiempos. Para calcular la presiónmedia, se debe tener en consideración la longitud completa del diagrama. Si se mideúnicamente la longitud del diagrama hasta el punto «a», donde la línea de expansión encuentraa la atmosférica, el valor de la presión media será demasiado elevado.

La figura 188, representa un diagrama de compresión con la bomba de combustible fuera deservicio. La línea se eleva hasta la presión de compresión bajando después hasta la presióninicial.

Teóricamente la línea de expansión debe de coincidir con la de compresión. Sin embargo,debido a las pérdidas de inercia y enfriamiento de los gases a través de las paredes de loscilindros y culatas, la línea de expansión está por debajo de la de compresión. Una comparaciónperiódica de los diagramas de compresión indicará los cambios debidos al desgaste de los arosdel émbolo y válvulas. La diferencia entre los trazados de las líneas de compresión yexpansión está ligeramente exagerada en la figura para mayor claridad.

La figura 189 del diagrama presenta inyección anticipada (pre-ignición). Comparado con eldiagrama normal de puntos se reconoce la elevación rápida debida a la combustión prematura.La presión de combustión es más elevada. La línea de expansión está por debajo, lo que daráuna temperatura de gases de escape inferior a igualdad de carga.

La figura. 190, muestra una inyección retardada. La combustión comienza después del puntomuerto alto. La altura de la combustión es inferior y la línea de expansión está más alta, lo quehace que se eleve la temperatura de los gases de escape.

En el caso de igual carga la razón puede ser un camón atrasado, o para menor potencia,pérdidas en la bomba de combustible. Pero en este último caso la temperatura de los gases deescape será más baja.

La figura 191, muestra un diagrama con fuerte sobrecarga. Excesivamente grueso, granconsumo de combustible, humo negro en el escape y circulación del sistema de refrigeracióncaliente.

Las pérdidas en el inyector o las vibraciones de las agujas de los inyectores originancombustiones secundarias como se aprecia en la figura 192. Después de haberse inyectado unaparte de combustible la válvula e abre de nuevo; por tanto, originará una segunda combustión yuna levación de presión. Si la válvula inyectara pierde todavía, las elevaciones e presión serepetirán varias veces.

El diagrama de la figura 193, corresponde a un motor con cámara de pre-combustión. No sedebe confundir con la combustión secundaria; las elevaciones de presión sucesiva es debido alos efectos recíprocos entre la cámara de pre-combustión y el cilindro.

La figura 194, muestra un diagrama en el que se aprecia un estrangulamiento en el escape,bien por suciedad en la válvula de escape o en 1 tramo del colector correspondiente a la misma.

La figura 195, corresponde a un diagrama con estrangulamiento en a aspiración. La presiónde compresión es más baja, a causa de la menor cantidad de aire, así como también lacombustión y la expansión. Realizándose la aspiración muy por debajo de la presiónatmosférica.

El estudio del diagrama debe ser cuidadoso, puesto que las fuentes e error del indicador y enel mecanismo de accionamiento pueden producir trazos que pueden tener gran parecido conerrores reales en combustión. Por esta razón se han presentado aquí las irregularidades másfrecuentes de esta clase.

La figura 196 presenta un diagrama trazado con un cordón que vibra, lo que puede serconfundido con una combustión secundaria. La marcha uniforme de tirón confirma lavibración del cordón.

Para el trazado del diagrama representado en la figura 197, se ha empleado un cordóndemasiado largo. El tambor se para en uno de los extremos y da origen a un diagrama corto. Sieste acortamiento es pequeño, sólo se podrá comprobar por comparación con un diagramabueno, pero hay una gran influencia en la presión media.

El diagrama de la figura 198 es demasiado largo debido a un deslizamiento del tambor o quelas juntas del pivote tienen demasiada holgura. La potencia que resulta del diagrama de lafigura es demasiado alto.