Capítulo: Sistema biela-manivela.
Este es el sistema mecánico
interno principal del motor, es la interfase entre la energía liberada en la
combustión del combustible y la energía mecánica resultante.
Su importancia radica en que es
el sistema del motor que relaciona todos los movimientos que en él se producen
para obtener un trabajo útil en el eje de salida.
Este mecanismo transforma el
movimiento rectilíneo alternativo del pistón en el movimiento de rotación
variado del cigüeñal.
Consta de un pistón articulado
a una biela y ésta a su vez conectada a una manivela o cigüeñal, éstas
articulaciones son a través de bujes o cojinetes de metal anti-fricción.
El funcionamiento es el
siguiente:
El pistón confinado a moverse
en un recinto cerrado o camisa, produce un movimiento rectilíneo alternativo,
primero baja debido a la acción de la presión que ejercen sobre él los gases de
la combustión en su expansión, y como está vinculado a una biela ésta lo
acompaña en su movimiento, pero a su vez como la biela está vinculada a la
manivela del cigüeñal, produce la rotación de éste, el movimiento continúa,
cuando el pistón sube debido a la inercia de los contrapesos del cigüeñal,
logrando una vuelta completa, luego el ciclo se repite dando como resultado el
movimiento de rotación del cigüeñal, el cual transmite este movimiento al
exterior a la máquina que está acoplada.
El sistema funciona sin inconvenientes
si se mantiene el régimen de revoluciones fijado para el motor y no se producen
detenciones indeseadas.
Para que este sistema funcione
deben responder correctamente otros sistemas relacionados a él como son el de
lubricación y el de refrigeración para evitar su engrane. Además debe
asegurarse una correcta combustión para mantener el movimiento alternativo del
pistón.
Si el mecanismo produce un
funcionamiento irregular, pérdida de rendimiento, dificultad en el arranque,
engrane del motor o una detención brusca, es posible que el mecanismo
biela-manivela se encuentre dañado, presentando un desgaste excesivo de los
cojinetes de fricción, o exista una interferencia fuera de rango entre pistón y
camisa debida a depósitos de residuos carbonosos o a un calentamiento excesivo
de sus partes, por falta de lubricación y/o de refrigeración.
La reparación de este
mecanismo, no es muy simple, requiere el desmontaje de sus partes componentes,
una revisión y control de dimensiones, tolerancias, alineación y paralelismo de
sus componentes, en general se requerirá verificar si la biela no está torcida,
si el eje del buje de biela y el eje del cojinete de fricción no han perdido
paralelismo y el estado de los metales anti-fricción, del muñón del
cigüeñal y su concentricidad. Probablemente la reparación además,
consista en el reemplazo del buje y metales anti-fricción de la biela, el perno
de pistón, rectificar el muñón del cigüeñal y también comprobar el estado y
fijación de sus contrapesos.
Respecto a la seguridad de las
personas, hay que tener en cuenta que el sistema consta fundamentalmente de
partes en movimiento y que sólo podrá acceder a ellas con el motor detenido y
frío, por otro lado estos mecanismos funcionan lubricados, utilizando para ello
un circuito que los provee de aceite a cierta presión, en consecuencia, hay que
extremar las precauciones en la manipulación del lubricante evitando derrames y
teniendo presente el grado de inflamabilidad.
Capítulo:
Combustible líquidos y gaseosos.
Los combustibles que a temperatura y presión
ordinarias son gaseosos están constituidos de hidrocarburos de la serie
parafínica y oleofínica de estructura simple (metano, etileno).
El gas natural es una mezcla de
metano (95%), etano y una pequeña cantidad de propano y se lo utiliza
comprimido en botellones a presiones del orden de los 200 Kg./cm2, y se lo denomina GNC, su condición
natural antidetonante es de 120
a 130 octanos, sin necesidad de aditivos tóxicos de
plomo orgánico ni benceno u otros muy cuestionados que sí contienen las naftas.
Los gases permanentes son el
metano natural o artificial, el gas de coque y el gas de alumbrado, éstos dos
últimos son de bajo poder calorífico por lo tanto han dejado de utilizarse.
Los combustibles líquidos son
los de mayor utilización y entre ellos los hidrocarburos obtenidos de la
refinación del petróleo crudo, además del benzol y los alcoholes.
Específicamente la nafta o
gasolina está compuesta de hidrocarburos de todas las series: parafínica o
alifática, son hidrocarburos saturados y son muy estables, oleofínica,
similares a las parafínicas pero son no saturadas, son menos estables,
nafténica son hidrocarburos saturados y tienden a la estabilidad, aromática, no
son saturados pero más estables que otras series no saturadas.
Procedentes de moléculas de
peso molecular creciente tenemos el gasoil y el petróleo pesado. Su peso
específico es mayor y la volatilidad disminuye.
Los combustibles, según su
composición tienen distinta capacidad para evaporarse y por lo tanto distinta
capacidad de mezclarse con el aire, aquellos que fácilmente se mezclan se llaman
carburantes y son utilizados en los motores de encendido por chispa (nafta y
gas), los menos carburantes son utilizados en los motores de encendido por
compresión (gasoil, fuel oil).
Número
de Octano - Poder antidetonante de los carburantes:
Para obtener una combustión
normal en un motor de encendido a chispa, el combustible debe tener aptitudes
para soportar sin detonación elevadas compresiones, cuando ello ocurre, se dice
que está dotado de un elevado poder antidetonante. La calidad de un carburante
depende esencialmente del valor de su poder antidetonante, cuya medida está
dada por el llamado Número de Octano (N.O.). El valor del N.O. de un carburante
se obtiene comparándolo con combustibles de referencia constituidos por mezclas
de isoctano (C8H18) de la serie isoparafínica, y eptano (C7H16) o bien isoctano
y tetraetilo de plomo.
Al isoctano de óptima capacidad
antidetonante, se le asigna convencionalmente el N.O.=100 y al eptano de la
serie parafínica que posee cualidades antidetonantes muy bajas, el N.O.=0
(cero). Mezclando los dos combustibles en diversas proporciones, se obtienen
mezclas con todos los N.O. posibles entre 0 y 100.
La determinación del N.O. de un
carburante se hace por medio de motores construidos en serie según
prescripciones de pruebas normalizadas. Estos motores son monocilíndricos
especiales, que permiten variar la relación de compresión durante el
funcionamiento. En sucesivas pruebas se determina la mezcla de isoctano y
eptano que para un mismo valor de la relación de compresión tenga la misma
intensidad de la detonación que el combustible de ensayo. El tanto por ciento
de isoctano en esta mezcla representa el número de octano del combustible. Así
por ejemplo, el combustible que posee la misma intensidad de detonación que una
mezcla compuesta de 80% en volumen de isoctano y 20% de eptano, tiene un número
de octano de 80.
El N.O. de los combusibles,
puede ser elevado con la mezcla, en pequeñas porciones, de determinadas
sustancias antidetonantes, antiguamente el plomo tetraetilo (TEL), plomo
tetrametilo (TML). Las gasolinas "sin plomo" contienen una mayor
proporción de hidrocarburos de cadena ramificada, como 2,2,3-trimetilbutano y
éter metilterbutílico MTBE (C5H12O), que también actúa como agente
antidetonante y oxidante reduciendo la cantidad de hidrocarburos sin quemar y
el monóxido de carbono en el escape.
Facilidad
de ignición - Número de Cetano:
El motor de encendido por
compresión desde el momento en que el combustible se inyecta en la cámara de
combustión hasta aquel en que se verifica el encendido transcurre un corto
período de tiempo llamado retraso al encendido. Cuanto mayor es el retraso al
encendido, tanto mayor resulta la cantidad de combustible que se acumula en la
cámara de combustión antes de que ésta comience, por ello, se desarrolla de un
modo repentino y en tal medida, que causa un gradiente de presión tan fuerte,
que produce un golpe. Es decir, en el caso del motor Diesel se verifica también
un efecto similar al causado por la detonación en el motor de encendido por
chispa. Un combustible es tanto mejor cuanto menor es el retraso al encendido
se que produce en el motor, en este caso, se dice que el combustible tiene una
buena facilidad de ignición. Para tener esta cualidad los combustibles para los
motores de encendido a compresión, deben tener características opuestas a los
utilizados para los motores de encendido a chispa.
Para valorar el grado de
ignición de un determinado combustible, se hace la comparación directa, con un
combustible de referencia, sobre un motor tipo de prueba. La medida de la
facilidad de ignición viene dada generalmente con el Número de Cetano (N.C.).
El cetano (C16H35) es un hidrocarburo parafínico con óptima facilidad de
ignición al que le ha sido asignado por convención el N.C.=100. Al mismo se le
mezcla el alfametilnaftaleno, hidrocarburo de escasa facilidad de ignición, al
cual le asignan un N.C.=0 (cero). El procedimiento para determinar el N.C. es
similar al empleado para determinar el N.O.
Un combustible debe cumplir con
ciertos requisitos para poder ser utilizado en un motor, para ello le dan
ciertas propiedades para hacerlos aptos a los distintos regímenes de marcha
como son: arranque, aceleración, desaceleración, carga máxima, etc. También
deben ser capaces de aportar estas propiedades en cualquier tipo de clima.
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