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MECÁNICA DEL AUTOMÓVIL Sistema de Lubricación Sistemas de Lubricació n Elementos de un circuito de Lubricaci ón Característi cas de los Lubricantes Introducción La función de el sistema de lubricación es evitar el desgaste de las piezas de el motor, creando una capa de lubricante entre las piezas, que estan siempre rozando. El lubricante suele ser recogido(y almacenado) en el carter inferior(pieza que cierra el motor por abajo) El lubricante y su viscosidad pueden influir mucho en el

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MECÁNICA DEL AUTOMÓVIL Sistema de Lubricación

Sistemas de Lubricación

Elementos de un circuito de Lubricación

Características de los Lubricantes

Introducción

La función de el sistema de lubricación es evitar el desgaste de las piezas de el motor, creando una capa de lubricante entre las piezas, que estan siempre rozando. El lubricante suele ser recogido(y almacenado) en el carter inferior(pieza que cierra el motor por abajo)

El lubricante y su viscosidad pueden influir mucho en el rendimiento de un motor, además, exixsten varios sistemas para su distribución.

Aceites:

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Los aceites empleados para la lubricación de los motores pueden ser tanto minerales,como sintéticos.Las principales condiciones o propiedades del aceite usado para el engrase de motores son: resistencia al calor, resistencia a las altas presiones, anticorrosivo, antioxidante y detergente.Por su densidad : espesos, extradensos, densos, semidensos, semifluidos, fluidos y muy fluidos.Por sus propiedades, los aceites se clasifican en: aceite normal, aceite de primera , aceite detergente y aceite multigrado(puede emplearse en cualquier tiempo), permitiendo unarranque fácil a cualquier temperatura.Los aceites sintéticos aunan las propiedades detergente y multigrado.

Existen en el mercado unos aditivos que suelen añadirse al aceite para mejorarlo o darle determinadas propiedades. El fín de estos aditivos es que el polvo de estos productos se adhiera a las partículas en contacto, haciéndolas resbaladizas.Los puntos principales a engrasar en un motor, son:

1. Paredes de cilindro y pistón. 2. Bancadas del cigüeñal. 3. Pié de biela. 4. Arbol de levas. 5. Eje de balancines. 6. Engranajes de la distribución.

El carter inferior sirve de depósito al aceite, que ha de engrasar a todos los elementos y en la parte más profunda, lleva una bomba que, movida por un eje engranado al árbol de levas, lo aspira a través de un colador.A la salida de la bomba, el aceite pasa a un filtro donde se refina, y si la presión fuese mayor de la necesaria, se acopla una válvula de descarga.

Presión:

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La presión a la que circula el aceite, desde la salida de la bomba hasta que llegue a los puntos de engrase. Esta presión debe ser la correcta para que el aceite llegue a los puntos a engrasar, no conviene que sea excesiva, ya que aparte de ser un gasto innecesario llegaría a producir depósitos carbonosos en los cilindros y las válvulas. Para conocer en todo momento la presión del sistema de engrase, se instala en el salpicadero un manómetro, que está unido a la tubería de engrase, y nos indica la presión real. O bien una luz situada en el tablero de instrumentos, que se enciende cuando la presión es insuficiente.

ÍndiceSistemas de Lubricación

Se denominan sistemas de lubricación a los distintos métodos de distribuir el aceite por las piezas del motor.Se distinguen los siguientes:

Salpicadura:

Resulta poco eficiente y casi no se usa en la actualidad(en solitario).Consiste en una bomba que lleva el lubricante de el carter a pegueños "depositos" o hendiduras, y mantiene cierto nivel, unas cuchillas dispuestas en los codos del cigüeñal "salpican" de aceite las partes a engrasar.

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De este sistema de engrase se van a aprovechar los demás sistemas en cuanto al engrase de las paredes del cilindro y pistón.

Sistema mixto

En el sistema mixto se empea el de salpicadura y además la bomba envía el aceite a presión a las bancadas del cigüeñal.

Sistema a presión

Es el sistema de lubricación más usado. El aceite llega impulsado por la bomba a todos los elementos, por medio de unos conductos, excepto al pie de biela, que asegura su engrase por medio de un segmento, que tiene como misión raspar las paredes para que el aceite no pase a la parte superior del pistón y se queme con las explosiones.

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De esta forma se consigue un engrase más directo.

Tampoco engrasa a presión las paredes del cilindro y pistón, que se engrasan por salpicadura.

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Sistema a presión total

Es el sistema más perfeccionado. en él, el aceite llega a presión a todos los puntos de fricción (bancada, pie de biela, árbol de levas, eje de balancines) y de más trabajo del motor, por unos orificios que conectan con la bomba de aciete.

Sistema de carter seco

Este sistema se emplea principalmente en motores de competición y aviación, son motores que cambian frecuentemente de posición y por este motivo el aceite no se encuentra siempre en un mismo sitio.

Consta de un depósito auxlilar (D), donde se encuenta el aceite que envía una bomba (B). Del depósito sale por acción de la bomba (N), que lo envía a presión total a todos lo órganos de los que rebosa y, que la bomba B vuelve a llevar a depósito (D).

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Índice

Elementos de un circuito de lubricación

Bombas de aceite

Su misión es la de enviar el aceite a presión y el una cantidad determinada. Se sitúan en el interior del cárter y toman movimiento por el árbol de levas mediante un engranaje o cadena.Existen distintos tipos de bombas de aceite:

Bomba de engranajes

Es capaz de suministrar una gran presión, incluso abajo régimen del motor. Esta formada pordos engranajes situados en el interior dela misma, toma movimiento una de ellasdel árbol de levas y la otra gira impulsadapor la otra. Lleva una tubería de entradaproveniente del cárter y una salida a presión dirigida al filtro de aceite.

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Bomba de lóbulos

También es un sistema de engranajes pero interno. Un piñón (rotor) con dientes, el cual recibe movimiento del árbol de levas, arrastra un anillo (rodete) 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 décimas de milímetro.

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Bomba de paletas

Tiene forma decilindro, con dos orificios (uno deentrada y otro de salida). En suinterior se encuentra una excéntricaque gira en la dirección contraria de la dirección del aceite, con dospaletas pegadas a las paredes del cilindro por medio de dos muelles (las paletas succionan por su partetrasera y empujan por la delantera).

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Manómetro

Se encarga de medir la presión del aceite del circuito en tiempo real.

Manocontacto de presión de aceite

Interruptor accionado por la presión del aceite que abre o cierra un circuitoeléctrico. Cuando la presión del circuito es muy baja se enciende una luz.

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Testigo luminoso

Indica la falta de presión en el circuito, y se enciende la luz cuando la presiónbaja de 0 ́5 hg/cm2 e indica la falta de aceite.

Indicador de nivel

También se coloca un indicador de nivel que actúa antes de arrancar el motor y con el contacto dado. La aguja marca cero con el motor en marcha.

Válvula limitadora de presión

También se puede denominar válvula de descarga o reguladora, va colocada en la salida de aceite de labomba de aceite. Su misión es cuando existedemasiada presión en el circuito abre y libera lapresión. Consiste en un pequeño pistón de bola sobre el que actúa un muelle. La resistencia del muelle va tarada a la presión máxima que soporte el circuito.

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Filtros de aceite

El aceite en su recorrido por el motor va recogiendo partículas como:

Partículas metálicas (desgaste de las piezas) Carbonilla y hollín (restos de la combustión)

El aceite debe ir limpio de vuelta al circuito y este dispone de dos filtros:

1. Un filtro antes de la bomba (rejilla o colador) 2. Un filtro después de la bomba (filtro de aceite o principal)

El filtrado puede realizarse de dos maneras: en serie y en derivación.

Filtrado en serie: todo el caudal deaceite pasa por el filtro. Es el mas utilizado.

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Filtrado en derivación: solo una parte del caudal de aceite pasa por el filtro.

Tipos de filtro de aceite

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Los filtros van provistos de un material textil y poroso y van provistos de una envoltura metálica. Los mas usados son:

Con cartucho recambiable

Monoblock

Centrífugo

Refrigeración del aceite

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Debido a las altas temperatura el aceite pierde su viscosidad (se vuelve mas líquida) y baja su poder de lubricación.Se emplean dos tipos de refrigeración:

1. Refrigeración por cárter 2. Refrigeración por radiador:El aceite pasa por un radiador

controlado por una válvula térmica, la cual cuando el aceite esta demasiado caliente deja pasar agua que procede del radiador del sistema de refrigeración de agua(mientras esta frío el aceite no deja pasar agua).

Índice

Características de los aceites

Los mas utilizados son los derivados del petróleo, por destilación (minerales) o por procesosquímicos (sintéticos).

Factores importantes

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Presión entre las piezas. Canalizaciones (longitud y diámetro) Revoluciones por minuto Temperatura Condiciones de uso

Características

Viscosidad: El aceite se hace más espeso en frío y menos espeso en caliente. El mejorador del índice de viscosidad reduce el régimen de cambio de viscosidad con la temperatura permitiendo un fácil arranque en frío y mejor protección contra el desgaste bajo altas temperaturas (la viscosidad es una medida de la facilidad con la cual fluye el aceite).

Untuosidad: es la capacidad que tienen los fluidos de adherirse a la superficie, es especialmente interesante para disminuir el desgaste en el momento de arranque.

Punto de congelación o inflamación: En todos los aceites la viscosidad cambia con la temperatura, sin embargo no todos cambian de la misma manera, generalmente los aceites monogrados son aquellos en los que estos cambios son más importantes. En los aceites de tipo multigrado los cambios no son tan drásticos.

Detergencia: Impide la formación de lodo al mantener inocuamente suspendidos el lodo y el carbón en el aceite.

Estabilidad química: El aceite lubricante se encuentra en constante movimiento, arrastra las partículas formadas por el desgaste propio de las partes, se contamina con: partículas de polvo, agua, combustible y gases producto de la combustión. Es por esta razón que debe tener una gran estabilidad química, de lo contrario se degradaría y formaría compuestos agresivos para el motor como “lodos de alta y baja temperatura”.

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Inhibidor de espuma: Reduce la producción de espuma en el cárter, un aceite espumoso se oxida con mayor facilidad.

Anticorrosivos y antioxidantes: Ayuda a evitar el ataque por corrosión y oxidación de los materiales de los diferentes componentes del motor.

EL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓNEl sistema de distribución es el conjunto de elementos que regulan la apertura y cierre de válvulas en el momento oportuno y a su vez la entrada de la mezcla, (gases frescos) y la salida de los gases residuales de los cilindros, en el momento adecuado después de producirse la explosión.

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Del momento en el cual se realice la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape, así será el correcto funcionamiento del motor (avance y retraso a la apertura y cierre de las válvulas correspondientes).Diferentes tipos de cámaras de compresiónLas cámaras de compresión se clasifican por su forma geométrica. La forma de las cámaras de compresión es fundamental en el rendimiento y en la potencia del motor.La forma de la cámara viene impuesta por la disposición y tamaño, tanto de las bujías como de las válvulas.

A continuación se representa algunos tipos de cámara de compresión más utilizadas.• Cámara cilíndricaEs muy utilizada, por su sencillez en el diseño, y el buen funcionamiento producido por la proximidad de la chispa al punto de máximo aprovechamiento. Son económicas.

• Cámara de bañera y en cuñaSe fabrican generalmente con válvulas en la culata y la bujía se sitúa lateralmente. Tienen la ventaja de que el recorrido de la chispa es muy corto y reduce el exceso de turbulencia del gas. Produce, a la entrada de los gases, un soplado sobre la cabeza del émbolo que reduce el picado de bielas.• Cámara hemisféricaPor su simetría, acorta la distancia que debe recorrer la llama desde la bujía hasta la cabeza del pistón, consiguiéndose una buena combustión.Es la más próxima a la forma ideal.Permite montar válvulas de grandes dimensiones así como, un mejor llenado de los cilindros.

Elementos del sistema de distribuciónLos elementos principales de la distribución son: árbol de levas, engranaje de mando, y las válvulas con sus muelles.Se clasifican, de acuerdo con su función en:• Elementos interioreso Válvula de admisióno Válvulas de escape• Elementos de exterioreso Árbol de levas.o Elementos de mando.o Taqués.o Balancines• Elementos interioresEstos elementos son las válvulas de admisión y las válvulas de escape.VálvulasSon las encargadas de abrir o cerrar los orificios de entrada de mezcla o salida de gases quemados en los cilindros.

En cada válvula , se distinguen dos partes: cabeza y cola . La cabeza, que tiene forma de seta, es la que actúa como verdadera válvula, pues es la que cierra o abre los orificios de admisión o escape. La cola o vástago, (prolongación de la cabeza) es la que, deslizándose

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dentro de una guía , recibirá en su extremo opuesto a la cabeza el impulso para abrir la válvula.Las válvulas se refrigeran por la guías, principalmente, y por la cabeza.Las válvulas que más se deterioran son las de escape, debido a las altas temperaturas que tienen que soportar 1000º C.

Algunas válvulas, sobre todo las de escape, se refrigeran interiormente con sodio .Debe tener una buena resistencia a la fatiga y al desgaste (choques).Debe presentar igualmente una buena conductividad térmica (el calor dilata las válvulas) y buenas propiedades de deslizamiento.La cabeza o tulipa de admisión es de mayor diámetro que la de escape, para facilitar el llenado.

Muelles ( y )Las válvulas se mantienen cerradas sobre sus asientos por la acción de un resorte (muelle) .Los muelles deben tener la suficiente fuerza y elasticidad para evitar rebotes y mantener el contacto con los elementos de mando.o Debe asegurar la misión de la válvula y mantenerla plana sobre su asiento.o El número de muelles puede ser simple o doble.

Guías de válvula ( y )Debido a las altas velocidades, el sistema de distribución es accionado muchas veces en cortos periodos de tiempo. Para evitar un desgaste prematuro de los orificios practicados en la culata por donde se mueven los vástagos de las válvulas y puesto que se emplean aleaciones ligeras en la fabricación de la culata, se dotan a dichos orificios de unos casquillos de guiado G, llamados guías de válvula, resistentes al desgaste y se montan, generalmente, a presión en la culata.Las guías permiten que la válvula quede bien centrada y guiada.

La guía de válvula debe permitir un buen deslizamiento de la cola de la válvula, sin rozamiento.Si existiera demasiada holgura entre la guía y el cuerpo de una válvula de admisión, entraría aceite en la cámara de compresión, debido a la succión del pistón, produciendo un exceso de carbonilla en dicha cámara, y si fuera en una válvula de escape, el aceite se expulsará por el tubo de escape.Asientos de válvulasSon unos arillos postizos colocados a presión sobre la culata para evitar el deterioro de ésta, por el contacto con un material duro como el de la válvula, su golpeteo, y a la corrosión debido a los gases quemados.El montaje de los asientos se hace a presión mediante un ajuste (frío-calor), y cuando estén deteriorados se pueden sustituir.

• Elementos exterioresSon el conjunto de mecanismos que sirven de mando entre el cigüeñal y las válvulas. Estos elementos son: árbol de levas, elementos de mando, empujadores o taqués y balancines. Según el sistema empleado, los motores a veces carecen de algunos de estos elementos.Árbol de levas

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Es un eje que controla la apertura de las válvulas y permite su cierre. Tiene distribuidas a lo largo del mismo una serie de levas , en número igual al número de válvulas que tenga el motor.

0El árbol de levas o árbol de la distribución, recibe el movimiento del cigüeñal a través de un sistema de engranajes . La velocidad de giro del árbol de levas ha de ser menor, concretamente la mitad que la del cigüeñal, de manera que por cada dos vueltas al cigüeñal (ciclo completo) el árbol de levas dé una sola vuelta. Así, el engranaje del árbol de levas, tiene un número de dientes doble que el del cigüeñal.El árbol de levas lleva otro engranaje , que sirve para hacer funcionar por la parte inferior a la bomba de engrase, y por la parte superior al eje del distribuidor. Además tiene una excéntrica para la bomba de combustible en muchos casos.Según los tipos de motores y sus utilizaciones, las levas tienen formas y colocaciones diferentes.En la 0 se representa dos tipos de árbol de levas:o Detalle B: con engranaje para accionar la bomba de aceite y distribuidor.o Detalle A: con excéntrica para la bomba de combustible.En la 1, se representa el perfil de la leva y las correspondientes fases que se realiza durante su giro.

1Elementos de mandoEl sistema de mando está constituido por un piñón del cigüeñal, colocado en el extremo opuesto al volante motor y por otro piñón que lleva el árbol de levas en uno de sus extremos, que gira solidario con aquél.En los motores diesel se aprovecha el engranaje de mando para dar movimiento, generalmente, a la bomba inyectora.El acoplamiento entre ambos piñones se puede realizar por alguno de los tres sistemas siguientes:Transmisión por ruedas dentadasCuando el cigüeñal y el árbol de levas se encuentran muy separados , de manera que no es posible unirlos de forma directa, se puede emplear un mecanismo consistente en una serie de ruedas dentadas en toma constante entre sí para transmitir el movimiento.

2Los dientes de los piñones pueden ser rectos, éstos son ruidosos y de corta duración o en ángulo helicoidales bañados en aceite en un cárter o tapa de distribución, siendo éstos de una mayor duración.En el caso de dos ruedas dentadas , el cigüeñal y el árbol de levas giran en sentido contrario y, si son tres, giran el cigüeñal y árbol de levas en el mismo sentido.

3Transmisión por cadenaIgual que en el caso anterior, este método se utiliza cuando el cigüeñal y el árbol de levas están muy distanciados. Aquí se enlazan ambos engranajes mediante una cadena.Para que el ajuste de la cadena sea siempre el correcto, dispone de un tensor consistente en

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un piñón o un patín pequeño, generalmente de fibra, situado a mitad del recorrido y conectado a un muelle, que mantiene la tensión requerida.En este sistema se disminuye el desgaste y los ruidos al no estar en contacto los dientes. Es poco ruidoso.

4Transmisión por correa dentadaEl principio es el mismo que el del mando por cadena, sólo que en este caso se utiliza una correa dentada de neopreno que ofrece como ventaja un engranaje más silencioso, menor peso y un coste más reducido, lo que hace más económico su sustitución.Es el sistema más utilizado actualmente, aunque la vida de la correa dentada es mucho menor que el de los otros sistemas. Si se rompiese ésta, el motor sufriría grandes consecuencias. Estos piñones se encuentran fuera del motor, por lo que es un sistema que no necesita engrase, pero sí la verificación del estado y tensado de la correa.En la figura , indica los tornillos para el tensado de la correa.

5TaquésSon elementos que se interponen entre la leva y el elemento que estas accionan. Su misión es aumentar la superficie de contacto entre estos elementos y la leva. Los taqués , han de ser muy duros para soportar el empuje de las levas y vencer la resistencia de los muelles de las válvulas.Para alargar la vida útil de los taqués, se les posiciona de tal manera, que durante su funcionamiento realicen un movimiento de rotación sobre su eje geométrico.Los taqués siempre están engrasados por su proximidad al árbol de levas.La ligereza es una cualidad necesaria para reducir los efectos de inercia.

6Taqués hidráulicosLos taqués hidráulicos funcionan en un baño de aceite y son abastecidos de lubricante del circuito del sistema de engrase del motor.Los empujadores o taqués se ajustan automáticamente para adaptarse a las variaciones en la longitud del vástago de las válvulas a diferentes temperaturas. Carecen de reglaje. Las ventajas más importantes de este sistema son su silencioso funcionamiento y su gran fiabilidad.

7Varilla empujadoraNo existen en los motores que llevan árbol de levas en cabeza.Las varillas van colocadas entre los balancines y los taqués .Tienen la misión de transmitir a los balancines el movimiento originado por las levas .Las varillas empujadoras:o Son macizas o huecas, en acero o aleación ligera.o Sus dimensiones se reducen al máximo para que tengan una débil inercia y al mismo tiempo una buena resistencia a las deformaciones.

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o El lado del taqué tiene forma esférica.o El lado del balancín tiene una forma cóncava que permite recibir el tornillo de reglaje.

8Balancines ( 9 y 0)Son unas palancas que oscilan alrededor de un eje (eje de balancines), que se encuentra colocado entre las válvulas y las varillas de los balancines (o bien entre las válvulas y las levas, en el caso de un árbol de levas en cabeza).Los balancines son de acero. Oscilan alrededor de un eje hueco en cuyo interior circula aceite a presión. Este eje va taladrado para permitir la lubricación del balancín.La misión de los balancines es la de mandar la apertura y el cierre de la válvula.Se distinguen dos tipos de balancines:o Balancines oscilantes.o Balancines basculante.Balancines oscilantesLo utilizan los motores con árbol de levas en cabeza. El eje de giro pasa por un extremo del balancín. Se le conoce también con el nombre de “semibalancín”. Recibe el movimiento directo del árbol de levas y lo transmite al vástago de la válvula a través de su extremo libre.

9Balancines basculantesLo utilizan los motores con árbol de levas laterales.Las válvulas van en cabeza. El eje de giro pasa por el centro del balancín. Uno de sus extremos recibe el movimiento de la varilla empujadora y lo transmite al vástago de la válvula por el otro extremo.

0Sistemas de distribuciónSe clasifican según el emplazamiento del árbol de levas:o Árbol de levas en bloque o lateral.o Árbol de levas en la culata o cabeza.Las válvulas generalmente, van colocadas en la culata. En algunos motores se utilizan válvulas laterales (sistema SV), pero está en desuso.• Árbol de levas en el bloque (sistema OHV)Es un sistema muy utilizado en motores diesel de medianas y grandes cilindradas. En los turismos, debido a las revoluciones que alcanzan estos motores cada vez se emplean menos. Esto es como consecuencia de las fuerzas de inercia creadas en los elementos que tienen movimientos alternativos.FuncionamientoEl cigüeñal le da movimiento al árbol de levas y éste acciona el taqué , en el cual está apoyada la varilla . Al ser accionada la varilla se levanta y acciona la cola del balancín (basculante) que al girar sobre el eje de balancines hace que éste actúe sobre la cola de la válvula , venciendo la acción del muelle , abriendo el orificio correspondiente. Al desaparecer la acción de la leva, el muelle recupera su longitud inicial y la válvula cierra el orificio, al permitirlo la leva.

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1• Árbol de levas en la culata (OHC)Es el sistema más utilizado. El accionamiento de las válvulas es o bien directo o a través de algún órgano. Esto hace que lo utilicen los motores que alcanzan un elevado número de revoluciones, aunque el mando es más delicado.El accionamiento puede ser:o Directo.o Indirecto.Sistema OHC de accionamiento directoEs un sistema que lleva pocos elementos. Se emplea para motores revolucionados. La transmisión entre el cigüeñal y árbol de levas se suele hacer a través de correa dentada de neopreno. Utiliza cámara de compresión tipo hemisférica, empleándose con mucha frecuencia tres o cuatro válvulas por cilindro. Estos sistemas presentan el problema de que la culata es de difícil diseño.Puede llevar uno o dos árboles de leva en la culata, llamado sistema DOHC, si son dos árboles de levas.

2Sistema OHC de accionamiento indirectoEste sistema prácticamente es igual que el anterior, con la única diferencia de que el árbol de levas , acciona un semibalancín , colocado entre la leva y la cola de la válvula .El funcionamiento es muy parecido al sistema de accionamiento directo.Al girar la leva, empuja el semibalancín, que entra en contacto con la cola de la válvula, produciendo la apertura de ésta.

ReglajesComo consecuencia de la temperatura en los elementos de la distribución, estos elementos se dilatan durante su funcionamiento por lo que hay que dotarles de un cierto juego en frío (separación entre piezas que permita su dilatación).Aunque la razón principal de dar este juego (holgura de taqués) es que determinan las cotas de la distribución, es importante no olvidar los efectos de la dilatación en la válvula.Esta holgura con el funcionamiento, tiende a reducirse o aumentarse (dependiendo del sistema empleado), por lo que cada cierto tiempo hay que volver a ajustarlos pues de lo contrario las válvulas no cerrarán ni abrirán correctamente. Esta holgura viene determinada por el fabricante y siguiendo sus instrucciones.Esta comprobación hay que realizarla cuando la válvula está completamente cerrada. En un sistema OHV el juego del taqués se mide entre el vástago de la válvula y el extremo del balancín .En el sistema de distribución OHC de accionamiento directo, el reglaje de taqués se hace colocando en el interior del taqué, más o menos láminas de acero .En el sistema de distribución OHC de accionamiento indirecto el reglaje de taqués se hace actuando sobre los tornillos de ajuste y contratuerca . El reglaje se hará siempre con el motor en frío y como se dijo anteriormente, su valor, depende del fabricante.Un juego de taqués grande provoca que, la válvula no abra del todo el orificio correspondiente, con lo que los gases no pasarán en toda su magnitud. Un juego de taqués pequeño provoca que la válvula esté más tiempo abierta incluso no llegue a cerrar si no

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existe holgura, no pudiéndose conseguir una buena compresión y pudiéndose fundir la válvula en la parte de su cabeza (válvula descabezada) dando lugar a producirse grandes averías en el interior del cilindro y de la culata.

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Mecanismo pistón-biela-cigüeñalEl nombre se debe a que en este mecanismo, se usan estos tres elementos para convertir la fuerza de empuje de gases a alta presión sobre un pistón, en movimiento rotatorio delun eje, según el esquema que sigue.

Observe que el movimiento de traslación del pistón colocado entre dos superficies guias, se transmite a través de una barra recta conocida como biela a una manivela rotatoria que es el llamado cigüeñal. La flecha representa el empuje de los gases sobre el pistón, que actúan solo en la carrera de descenso, luego la inercia de un volante acoplado al cigüeñal hace subir de nuevo el pistón para una nueva actuación del empuje, convirtiendo el movimiento oscilante del pistón en rotación permanente del cigüeñal.Aunque no es igual, se asemeja al movimiento que se hace cuando se pedalea en una bicicleta, en el cual el empuje de las piernas se convierte en movimiento rotatorio del eje de los pedales y luego de la rueda a través de la cadena.

SISTEMAS FUNCIONALES

3.1   SISTEMA PROPULSOR (MOTOR).

Lo mismo que un automóvil, una bicicleta o un tren, obviamente, es necesario que un aeroplano cuente con una fuerza que lo impulse. En un avión, esta necesidad se hace más imperiosa, pues mientras que en otras máquinas el impulso solo se necesita para vencer la inercia y la resistencia al avance, en un avión este impulso es vital para producir la circulación de aire en las alas, origen de la sustentación.

Esta fuerza, denominada de tracción cuando se ejerce por delante del motor -tira del avión-, o de empuje si es ejercida por detrás del motor -empuja al avión-, es

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proporcionada por el sistema propulsor, el cual está constituido por uno o más motores, y en muchos modelos, además por una o más hélices. En este último caso, el elemento que realmente produce la fuerza es la hélice, siendo el motor un mero mecanismo que la hace girar.

La fuerza de tracción o empuje, se obtiene acelerando hacia atrás una masa de aire ambiente a una velocidad superior a la del avión; de acuerdo con la 3ª ley del movimiento de Newton, esta acción provoca una reacción de la misma intensidad pero de sentido opuesto, la cual impulsa el avión hacia adelante. La aceleración de la masa de aire, se logra por la rotación de una hélice, movida por un motor convencional de pistón o una turbina de gas, o por la expulsión a muy alta velocidad del chorro de gases generado por una turbina de gas.

Ambos tipos de motor, de pistón o turbina, convierten la energía química contenida en el combustible en energía mecánica capaz de propulsar al avión, quemando dicho combustible, razón por la cual reciben el nombre de motores de combustión interna.

Dada la extensión del tema, se ha dividido en dos capítulos: este dedicado a los motores, y el siguiente a las hélices.

El que un piloto conozca los principios de funcionamiento del motor, puede ayudarle a obtener una mejor eficiencia del mismo, no someterle a desgastes prematuros ampliando así su vida útil, y en muchos casos evitar fallos y averías. Por razones prácticas, se hace especial hincapié en los motores de pistón, habituales en los aviones ligeros.

3.1.1   Motores de pistón.

Los motores de pistón son los más comunes en la aviación ligera. Estos motores son casi idénticos a los de los automóviles, con tres importantes diferencias:

Los motores de aviación tienen sistemas de encendido doble. Cada cilindro tiene dos bujías y el motor está servido por dos magnetos, una proporciona energía a todas las bujías "pares" de los cilindros y otra a las bujías "impares". Si una bujía o una magneto se estropea, la otra bujía o la otra magneto siguen haciendo saltar la chispa que enciende el combustible en el cilindro. Un detalle muy importante es que las magnetos, accionadas por el giro del motor, no dependen de la batería para su funcionamiento.

La mayoría de los motores aeronáuticos están refrigerados por aire. Esta particularidad evita cargar con el peso de un radiador y del refrigerante, y que una avería del sistema de refrigeración o la pérdida de refrigerante provoquen una avería general del motor.

Como los motores de aviación funcionan a distintas altitudes, el piloto dispone de un control manual de la mezcla, control que utiliza para ajustar la proporción adecuada de aire y combustible de entrada a los

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cilindros.

Este tipo de motor consta básicamente de cilindros, pistones, bielas y un cigüeñal. En el interior de cada cilindro, un pistón realiza un movimiento de arriba abajo, movimiento que mediante una biela transmite al cigüeñal, de forma que el movimiento rectilíneo del pistón se convierte en movimiento giratorio del cigüeñal. En la parte superior del cilindro, se encuentran normalmente dos bujías, una o más válvulas de entrada de la mezcla, y una o más válvulas de salida de los gases quemados.En aviación, la mayoría de estos motores son de cuatro tiempos, llamados así porque un ciclo completo de trabajo se realiza en cuatro movimientos del pistón (Fig.3.1.2):

Admisión - El pistón, situado en la parte superior del cilindro (punto muerto superior), realiza un movimiento de bajada con la válvula de admisión abierta succionando una mezcla de aire y combustible.

Compresión - Desde la parte inferior del cilindro (punto muerto inferior), el pistón hace un movimiento de subida estando las válvulas cerradas, lo cual comprime la mezcla admitida en la fase anterior.

Explosión - Con el pistón en la parte superior, una chispa procedente de las bujías hace explotar la mezcla comprimida de aire y combustible. Esta explosión lanza violentamente al pistón hacia abajo.

Escape - Desde la parte inferior, al realizar la carrera hacia arriba con la válvula de escape abierta, el pistón empuja y expulsa los gases del cilindro. Al llegar al punto superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión comenzando de nuevo el ciclo: admisión,...

Si el motor tuviera un solo cilindro, giraría a trompicones, con mucha fuerza en el

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momento de la explosión pero con menos fuerza en cada tiempo posterior hasta la siguiente explosión. Pero los motores tienen más de un cilindro, y cada uno de ellos se encuentra en una fase distinta de los demás, de forma que las explosiones se suceden a intervalos regulares dando al cigüeñal un giro más constante. Además el cigüeñal incorpora unos contrapesos que ayudan a hacer el giro más regular. Todos los ciclos de un motor de cuatro tiempos se realizan en dos vueltas del cigüeñal.

El movimiento del cigüeñal se transmite a través de engranajes o correas dentadas al árbol de levas, el cual mediante unos empujadores y balancines o a veces directamente, se encarga de abrir y cerrar las válvulas en el momento adecuado. Este giro también se transmite al sistema de ignición, el cual hace saltar la chispa en las bujías en el instante justo. Si la apertura o cierre de las válvulas o el salto de la chispa en las bujías no se realiza de forma perfectamente sincronizada con el movimiento de los pistones, el motor está "fuera de punto".

Lógicamente, para que el motor funcione, es necesario aportarle combustible en la forma adecuada, proporcionarle la corriente que hace saltar la chispa, lubricarle, refrigerarle, etc . Todas estas funciones se detallan en siguientes capítulos de esta sección.

3.1.2   Tipos de motores de pistón.

Atendiendo a la colocación de los cilindros, los motores pueden ser: horizontales opuestos (boxer), en los cuales 4 o 6 cilindros están colocados horizontalmente, la mitad de ellos opuestos a la otra mitad; en línea, cuando todos los cilindros están colocados uno detrás de otro verticalmente o con una ligera inclinación; en "V", con la mitad de los cilindros en cada rama de la V; radiales, cuando los cilindros (entre 5 y 28) están montados en círculo alrededor del cigüeñal, a veces en dos o más bancadas; etc.Los motores con cilindros horizontales opuestos, tipo boxer, son los más comunes en aviones ligeros.

3.1.3   Turbinas de gas.

Una turbina de gas es una máquina motriz que convierte la energía derivada de la

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combustión de un elemento, normalmente queroseno, en energía mecánica en forma de chorro de aire de alta presión y elevada temperatura. Esta energía mecánica puede ser aprovechada para mover un mecanismo propulsor tal como la hélice de un aeroplano o el rotor de un helicoptero, o para generar el empuje que impulsa a un avión.

Estas máquinas constan básicamente de cuatro partes: compresor, cámaras de combustión, turbina, y tobera de salida, y su funcionamiento es el siguiente: El aire entra por un gran conducto de entrada a la zona de compresores; en esta zona, un primer rotor con alabes comprime el aire, un segundo rotor lo comprime aún más, y así sucesivamente hasta alcanzar de 10 a 40 veces la presión del aire de entrada. Este aire pasa mediante difusores a las cámaras de combustión, donde un flujo constante de combustible en forma de spray, vapor o ambas cosas, es quemado a una presión casi constante.La combustión provoca la expansión violenta de los gases producidos, en forma de chorro de alta presión, temperatura (hasta 1500º C) y velocidad. En su camino de salida, el chorro mueve una turbina que comparte eje con los compresores, de manera que parte de la energía del chorro hace girar aquellos, en general a más de 10.000 R.P.M. Por último, este chorro de gases se expele a la atmósfera a través de la tobera de salida.Si se compara este ciclo de trabajo con el de un motor de pistón, vemos que es similar (admisión, compresión, explosión o combustión, y escape). La diferencia es que mientras en un motor de pistón se producen tantos ciclos de trabajo como número de cilindros hay, por cada dos vueltas del cigüeñal, en una turbina el ciclo de trabajo es un proceso continuo.

Una versión más moderna de turbina es la denominada turbofán. En esta, un gran rotor delante de la sección de compresores produce un flujo de aire a baja presión que no pasa por las cámaras de combustión, sino que es mezclado con el chorro de salida incrementando la masa de aire acelerado. Este sistema de mover grandes volúmenes de aire a una velocidad más baja, incrementa la eficiencia de la turbina consumiendo menos combustible y produciendo un nivel de ruido más bajo.

Puesto que la turbina tiene por diseño un movimiento giratorio, al contrario que los motores de pistón que tienen que convertir el movimiento rectilíneo a movimiento circular, una turbina de gas es más simple que un motor de pistón de potencia equivalente, tiene menos peso, requiere menos mantenimiento, y tiene mayor capacidad de generar potencia; a cambio, consume combustible en mayor cantidad, y ciertas limitaciones termodinámicas que restringen su eficiencia a un 40% de su valor ideal.

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En algunos casos, el chorro de aire que sale de turbina vuelve a ser quemado (postcombustión) generando una fuerza de aceleración extraordinaria. Debido al excesivo gasto de combustible de este procedimiento, solo se emplea en el Concorde y en aviones militares supersónicos, y en ambos casos en maniobras muy restringidas.También, para ayudar en el frenado del avión tras la toma de tierra, las turbinas suelen tener unos dispositivos en la tobera de salida, conocidos como inversores de empuje o reversa, que cambian la dirección de salida del chorro de gases hacia adelante.

3.1.4   Propulsión por turbina.

Existen dos formas generales de convertir la energía del gas de salida de la turbina en fuerza propulsora.

(1) Un rotor colocado en el flujo del chorro extrae la potencia mecánica para mover un propulsor externo, por ejemplo una hélice; en este caso el empuje o tracción es generado por la aceleración de la masa de aire por la hélice. En este tipo de propulsión denominado turbohélice o turbopropulsor, la turbina mueve la hélice a través de un mecanismo reductor. Los turbohélice son más eficaces que los reactores a velocidades de hasta 300 mph, pero pierden eficacia a mayores velocidades. Si la turbina es de tipo turbofán, se obtiene un altísimo flujo de aire usando hélices de paso muy alto.

(2) El chorro de alta energía producido es dirigido a una tobera que acelera el chorro a muy alta velocidad en su salida a la atmósfera; en este caso el empuje es generado por la propia energía del chorro de salida. Este tipo de propulsión se denomina turbojet.

Notas.

La eficiencia de un motor se expresa en términos de potencia, velocidad, y consumo de combustible. En un motor de pistón, parte de la potencia generada en los cilindros se pierde debido a la resistencia por fricción de los elementos mecánicos del motor. Igualmente, hay una gran cantidad de energía contenida en el chorro de gas de una turbina que no es totalmente aprovechada para proporcionar propulsión. La eficiencia mecánica de un motor es la fracción de la energía disponible que es aprovechada para impulsar al aeroplano, comparada con la energía total de la combustión o el chorro de gases.

A la hora de diseñar un motor, dos parámetros importantes a tener en cuenta son su peso y su volumen por el efecto que ambos tienen sobre el rendimiento del aeroplano. Cada motor es diseñado de forma específica para obtener un eficiente

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consumo de combustible y lograr el más alto rendimiento propulsor, con el menor peso y volumen posible, todo ello en función del rango de velocidades y alturas en que debe operar el avión.

Sumario:

La fuerza que impulsa al avión, se denomina tracción cuando se ejerce por delante del motor -tira del avión-, y empuje cuando se ejerce por detrás del motor -empuja al avión-.

Esta fuerza se obtiene acelerando una gran masa de aire. Esta aceleración hacia atrás genera una reacción de sentido contrario, la cual impulsa al avión hacia adelante.

La aceleración de esa masa de aire, se puede lograr mediante el giro de una hélice, la cual puede ser movida por un motor de pistón o una turbina de gas, o mediante la expulsión de gases a alta velocidad gracias a una turbina de gas. El elemento propulsor es la hélice en el primer caso, y la turbina en el segundo.

Tanto los motores de pistón como las turbinas, reciben el nombre de motores de combustión interna porque su funcionamiento requiere el quemado de combustible (queroseno, gasolina,...).

Los motores de pistón utilizados en aviación son casi idénticos a los de los automóviles, salvo tres aspectos característicos: (1) tienen un sistema de encendido doble servido por magnetos independientes de la batería, (2) suelen estar refrigerados por aire para ahorrar el peso que supone el radiador y el liquido refrigerante, y para minimizar las posibles averías por fallo en la refrigeración, y (3) como los aviones operan a distintas alturas, disponen de un control manual de la mezcla, que se utiliza para ajustar la proporción adecuada de aire y combustible según la altura.

El motor de pistón consta básicamente de unos cilindros, dentro de los cuales se deslizan arriba y abajo unos pistones que mediante las bielas transmiten este movimiento a un cigüeñal. El conjunto está dispuesto de forma que el movimiento rectilíneo de los pistones se convierte en movimiento giratorio del cigüeñal.

Los ciclos de trabajo de un motor de cuatro tiempos son: admisión, compresión, explosión y escape.

Conforme la disposición de los cilindros, los motores se denominan: horizontales opuestos (boxer), en línea, en "V", radiales...

Una turbina de gas es una máquina motriz que convierte la energía de la combustión de queroseno, en energía mecánica en forma de chorro de aire de alta presión y elevada temperatura.

Esta energía mecánica se aprovecha para mover un mecanismo propulsor tal como la hélice de un aeroplano o para generar el empuje que impulsa a un avión.

Las turbinas de gas constan básicamente de cuatro partes: compresor, cámaras de combustión, turbina, y tobera de salida.

Al contrario que en un motor de pistón, el ciclo de trabajo de la turbina es continuo.

Las turbinas tienen por diseño un movimiento giratorio, en tanto los motores de pistón han de convertir un movimiento rectilíneo en movimiento giratorio.

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En un avión turbohélice o turbopropulsor, una o más turbinas hacen girar una o más hélices que impulsan al avión.

En un turbojet, el impulso se debe al chorro de gases de salida de la turbina.

     

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El motorLos motores utilizados en los automóviles son de combustión interna, es decir, el quemado del combustible para obtener la energía, se produce en el interior del motor y en todos los casos esta energía, se convierte en movimiento de rotación de un eje que sale del motor para realizar trabajo útil. En síntesis, un motor introduce dentro de una cámara de combustión una mezcla de aire y combustible, que luego se inflama en una suerte de explosión controlada que hace aumentar la presión y la temperatura dentro de la cámara, esta presión empuja un órgano de trabajo que a su vez transmite la fuerza al eje de salida.Cabe destacar que la eficiencia de los motores es bastante baja, solo el 15-20% de la energía térmica del combustible puede ser utilizable en el eje de salida, el resto se pierde, en forma de calor transferido a las paredes de la cámara, o en los gases de escape, que aun calientes se vierten al exterior. Como se transfiere abundante calor a las paredes de la cámara, esta debe estar provista de un sistema de enfriamiento para mantener la temperatura dentro de valores seguros para la durabilidad del motor.A continuación una clasificación general de los motores. Pinchando en los enlaces dentro de la tabla, puedes obtener detalles sobre los diferentes motores.Los motores de automóvil pueden clasificarse en:

Según el modo de operar

1.-Motores con mecanismo pistón-biela-cigüeñal

Son los motores mas utilizados en los automóviles desde sus orígenes. Este esquema de trabajo es el mas representativo del motor de combustión interna.

2.-Motores rotatorios Se usan casi exclusivamente por algunos fabricantes de automóviles, principalmente para los amantes de la velocidad

Según el tipo de combustible

1.- Motores de gasolina Motores que se alimentan con una mezcla de aire-gasolina que luego es encendida por una chispa eléctrica

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2.- Motores Diesel Motores que se alimentan solo de aire que comprime y calienta. Luego se inyecta el combustible finamente pulverizado para que se auto-inflame.

3.-Motores de gas Lo mismo que los de gasolina, pero con una mezcla de gases combustibles y aire.

4.- Motores poli-combustibles

Motores como los Diesel, pero que pueden funcionar con diferentes tipos de combustibles.

Según el sistema de alimentación

1.- Motores de aspiración natural

Son motores en los que el cilindro de trabajo se llena por la aspiración natural del pistón al hacer vacío.

2.- Motores sobre-alimentados

Están dotados de un compresor que fuerza la mezcla de aire-combustible o aire solo, según el caso, en el cilindro de trabajo

Según los ciclos de trabajo

1.- Motores de dos tiempos

Motores donde todo el ciclo de trabajo se realiza en cada vuelta de cigüeñal.

2.- Motores de cuatro tiempos

En este caso el ciclo de trabajo se realiza por cada dos vueltas del cigüeñal.

Según el modo de lubricación

1.- Motores de cárter húmedo

Motores donde existe un cárter que contiene aceite lubricante.

2.- Motores de cárter seco

En este caso el cárter está vacío y el lubricante entra al motor mezclado con la gasolina.