La mecánica automotriz es la rama de la mecánica que estudia y aplica los principios propios de la física y mecánica para la generación y transmisión del movimiento en sistemas automotrices, como son los vehículos de tracción mecánica.
La correa de distribución o dentada , es uno de los más comunes métodos de transmisión de la energía mecánica entre un piñón de arrastre y otro arrastrado, mediante un sistema de dentado mutuo que posee tanto la correa como los piñones, impidiendo su deslizamiento mutuo. Se emplea muy frecuentemente en motores Otto y diésel de 4 tiempos entre el cigüeñal y el árbol de levas, en motores de motocicletas y maquinaria industrial, de forma general, es una correa de goma que normalmente enlaza un generador de movimiento con un receptor de la misma por medio de poleas o piñones.
viernes, 18 de mayo de 2012
Introduccion de la Mecanica Automotriz
La Mecanica Automotriz es un materia que sirve para dar mantenimiento a todas las partes del vehiculo
tambien es la rama de la mecanica que estudia y aplicalos principios propiosde la fisica y mecanica para la generacion y transmicion de movimiento en sistemas automotrices como son los vehiculo de transmicion macanica
y sus sistemas son muy esencial para el funcionamiento del mortor y k son :
sistema de lubricacion.
sitema de refrigeracion.
sistemade encendido.
sistemad de distribucion.
sistema de carga.
PISTON Y BIELA
- LA FUERZA MOTRIZ
- BULON DE BIELA
- SEGMENTO
BIELA
DILATACIÓN DEL PISTON
CIGÜEÑAL
TANSMISION DE LA FUERZA
LUBRICACION DEL CIGÜEÑAL
BLOQUE
BLOQUE
CAMISAS
JUNTA DE CULATA
CULATA Y VÁLVULAS
CULATA
REFRIGERACIÓN DE LAS VÁLVULAS
FLUJO DE GASES EN LA CULATA
MECANISMO DE APERTURA Y CIERRE DE VÁLVULAS
ARBOL DE LEVAS CON EMPUJADORES.
ARBOL DE LEVAS
MECANISMO DE ACCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS
BALANCÍN
ARBOL DE LEVAS SIMPLE Y DOBLE
ARBOL DE LEVAS SIMPLE Y DOBLE..
TAQUES.
CORREA DE DISTRIBUCIÓN.
ARBOL DE LEVAS EN CULATA
DETALLE DE LAS PARTES
PRINCIPALES.
ESTRUCTURA:
Ha de ser lo suficientemente rígida como para soportar las fuertes
cargas aplicadas sobre los cojinetes del cigüeñal y sobre las demás
partes internas.
Dentro de la estructura, podemos diferenciar tres partes, la culata, el bloque y el conjunto del cigüeñal. LA CULATA:
En
ella están dispuestas las válvulas, el mecanismo que determina su
apertura y los muelles que las cierran. También se encuentran en la
culata los conductos de admisión y escape y, por regla general, las
cámaras de combustión. EL BLOQUE:
Es la
parte más voluminosa del motor; posee unos alojamientos cilíndricos
para los pistones, conductos para la circulación del agua de
refrigeración y otros para el aceite de lubricación, así como
alojamientos para los taqués, en el caso de que el motor disponga de
ellos. CONJUNTO DEL CIGÜEÑAL:
Los
pistones, que se mueven alternativamente en el interior de los
cilindros, están unidos al cigüeñal por las bielas. El cigüeñal se apoya
en unos cojinetes situados en la parte inferior del bloque. En uno de
sus extremos se halla el volante de inercia, que presta uniformidad a
los impulsos motores de cada cilindro.
CONVERSIÓN DEL CALOR EN ENERGIA MOTRIZ
EL CRUCE DE VÁLVULAS:
Podríamos suponer que las válvulas se abren o cierran en el momento en
que el pistón se encuentra en los extremos de su recorrido; pero en la
práctica existe un desfase, es decir, un adelanto o un retraso en su
apertura. La válvula de escape se abre antes de que el pistón alcance la
parte más baja de su recorrido y se cierra después de que éste alcance
la parte superior de su recorrido y se cierra después de que éste
alcance la inferior.
Durante este desfase, ambas válvulas están
abiertas al mismo tiempo, y el impulso de los gases que entran y salen
del cilindro sirve para llenarlo con la mezcla y para eliminar los
gases. ORDEN DE ENCENDIDO DE LOS CILINDROS:
Los contrapesos del cigüeñal están dispuestos de modo que lo equilibran
perfectamente y aseguran que el encendido de cada cilindro produzca su
efecto de una forma regular. En un motor de cuatro cilindros cuyo orden
de encendido fuera 1, 2, 3, 4, el cigüeñal y los soportes del motor
estarían sometidos a considerables esfuerzos y vibraciones. Estos se
reducen al mínimo estableciendo el orden de encendido 1, 2, 4, 3, ó 1,
3, 4, 2.
PISTON Y BIELA
LA FUERZA MOTRIZ:
Al producirse la explosión de la mezcla de gasolina y aire en las
cámaras de combustión, los pistones, impulsados por la expansión de los
gases, proporcionan la fuerza motriz del motor.
En un coche de
tipo medio, cuando el motor está funcionando a su régimen máximo cada
pistón puede llegar a efectuar hasta cien recorridos por segundo. Debido
a esta rápida sucesión de movimientos, los pistones han de ser
resistentes, aunque de poco peso. En la mayoría de los coches modernos,
están fabricados de una aleación de aluminio.
El calor generado por la combustión del carburante dilata los pistones y los cilindros; estos últimos son de hierro fundido.
Los segmentos del pistón cierran casi herméticamente el espacio que
existe entre el pistón y la pared del cilindro. Los segmentos de
compresión, que suelen ser dos, impiden que los gases pasen del cilindro
al cárter, y el segmento rascador de aceite retira el exceso de aceite
lubricante de la pared del cilindro y lo devuelve al cárter.
La
fuerza se transmite desde los pistones al cigüeñal, que, con las bielas,
la convierte en movimiento rotatorio. Las bielas suelen ser de acero
forjado.
El extremo superior de la biela, llamado pie de biela,
se une al pistón por medio del bulón de biela, que le permite a ésta
pivotar lateralmente durante el movimiento alternativo de subida y
bajada que realiza unida al pistón. El bulón de biela suele ser hueco
para pesar menos, y con frecuencia se fija al pistón por medio de dos
aros elásticos llamados frenillos.
El extremo inferior de la
biela, llamado cabeza de biela, abraza al cigüeñal y describe con él una
trayectoria circular, mientras que el pie de biela sigue el movimiento
alternativo de bajada y subida del pistón.
La cabeza de biela
está seccionada en sentido horizontal u oblicuo. La sección oblicua
permite reducir la anchura de la biela en su punto más ancho y aumentar
su tamaño.
BULÓN DE BIELA:
El bulón de
biela, suelto, gira libre en sus alojamientos y en el pie de biela. Los
frenillos impiden que se desplace horizontalmente y roce con las paredes
del cilindro.
El bulón de biela, fijo, a la biela por medio de
un perno o introducido a presión, sólo puede moverse en los alojamientos
del pistón.
SEGMENTOS:
Unos anillos, llamados segmentos, impiden el paso de los gases del
cilindro al cárter. Los segmentos se alojan en unos rebajes practicados
en la parte superior del pistón. Puede ocurrir que una pequeña cantidad
de gas pase el segmento superior, pero un segundo y a veces un tercero,
impiden definitivamente su paso al cárter. Otro segmento, rascador,
retira el exceso de aceite de las paredes del cilindro.
BIELA:
El pie de biela se une al pistón por medio del bulón, y la cabeza de la biela abraza la muñequilla del cigüeñal.
DILATACIÓN DEL PISTÓN:
La forma de algunos pistones es ligeramente elíptica. Con el calor
(izquierda) se dilatan y adquieren forma circular. En otros tipos de
pistones, como los de falda partida (derecha), la dilatación se compensa
por unas ranuras en la falda del pistón.
CIGÜEÑAL
TRANSMISIÓN DE LA FUERZA:
El cigüeñal, transmite la fuerza del motor a la caja de cambio y, por
lo tanto, a las ruedas. Está fundido o forjado en una sola pieza, y
algunas de sus partes están mecanizadas con tolerancias de hasta 0,025
mm.
Los apoyos giran y descansan sobre unos cojinetes
antifricción, llamados de bancada; las muñequillas giran dentro de las
cabezas de las bielas, que las unen a los pistones; los contrapesos
conectan los apoyos con las muñequillas y su forma les permite
equilibrar y suavizar el esfuerzo del motor.
El volante de
inercia es un disco pesado y cuidadosamente equilibrado, fijo al extremo
del cigüeñal correspondiente a la caja de cambio. Facilita la suavidad
de marcha del motor, pues mantiene la uniformidad en el giro del
cigüeñal.
LUBRICACIÓN DEL CIGÜEÑAL:
El aceite fluye por unos conductos practicados en el cigüeñal entre los apoyos y las muñequillas.
BLOQUE
BLOQUE:
El bloque es la parte principal del motor y suele estar fundido en una sola pieza.
En la mayor parte de los motores, el bloque es de hierro fundido, pues
este material es bastante resistente, económico y fácil de mecanizar en
grandes series. Puede incrementarse la resistencia del bloque con una
aleación de hierro colado y otros metales.
Algunos bloques son
de aleación ligera, con o que pesan menos y conducen mejor el calor,
pero tienen el inconveniente de ser mas caros. Asimismo, en los bloques
de aleación ligera, la superficie de fricción con los pistones es
demasiado blanda, por lo que es preciso revestir los cilindros con
camisas de hierro colado.
Las cámaras de agua, o conductos a
trabes de los cuales circula el agua que refrigera los cilindros, suelen
formar parte integrante del bloque. Se comunican con las cámaras de
agua de la culata a trabes de unas aberturas existentes en la parte
superior del bloque.
Puede ocurrir que aparezcan fisuras en el
bloque, debido a la presión producida por el aumento de volumen del agua
al congelarse. A veces, el aumento de volumen del agua puede llegar a
desalojar los tapones que sellan ciertos orificios necesarios para la
fundición del bloque, pero estos tapones nunca deben considerarse como
válvulas de seguridad.
CAMISAS:
Las camisas secas están rodeadas por el metal del bloque del motor. Las
camisas húmedas tienen mayor parte de su superficie en contacto con el
agua del sistema de refrigeración.
JUNTA DE CULATA:
Sirve para sellar el espacio comprendido entre el bloque y la culata y evita fugas de gases y del agua de refrigeración.
CULATA Y VALVULAS
CULATA:
El material que más se suele emplear para la culata de un motor de
válvulas en cabeza es el hierro colado, aunque muchos automóviles la
montan de aluminio. El aluminio se utiliza también en numerosos motores
de gran rendimiento, especialmente en coches deportivos, debido a su
menor peso y mejor conducción del calor. Pero las culatas de guías y
asientos de válvulas, y pueden presentar dificultades en su unión con
los distintos coeficientes de dilatación de ambos materiales.
La
cara inferior de la culata esta mecanizada para que asiente
perfectamente en la cara superior del bloque. Generalmente se coloca una
junta entre las dos caras, pero algunos motores prescinden de ella
gracias al perfecto ajuste de la culata con el bloque, que impide fugas
de gas, utilizando en su lugar aros de estanqueidad de goma para evitar
escapes de agua del sistema de refrigeración.
Cualquier
deformación en las caras de la culata o del bloque puede producir
perdidas de compresión o de agua. Estas deformaciones pueden producirse
si el motor funciona con insuficiente cantidad de agua en el sistema de
refrigeración.
Aunque el colector de la admisión puede ser de
aluminio, el de escape tiene que ser necesariamente de un material muy
resistente al calor, como el hierro colado o el acero.
REFRIGERACIÓN DE LAS VÁLVULAS:
Las
válvulas de admisión suelen ser más grandes que las de escape debido a
que el flujo de gases en la admisión es mas lento que en el escape, pues
en este ultimo tiempo actúan bajo presión.
Cuando el motor,
funciona a su máxima potencia, la válvula de escape puede llegar a
ponerse incandescente. El calor excedente se elimina a trabes de la guía
en que se aloja su cola.
FLUJO DE GASES EN LA CULATA:
La mezcla de gasolina y aire penetra en los cilindros por un costado y
los gases quemados salen por el opuesto, formando un flujo de gases. En
otros motores, ambos colectores están en el mismo lado del motor, y el
calor del escape contribuye a la vaporación de la mezcla.
MECANISMO DE APERTURA
Y
CIERRE DE LAS VÁLVULAS
ARBOL DE LEVAS CON EMPUJADORES:
El
sistema de apertura de las válvulas esta concebido de forma que abra y
cierre cada un de ellas en un momento determinado del ciclo de cuatro
tiempos, y la mantenga abierta el tiempo necesario para permitir el
flujo de gases.
Para efectuar la apertura y cierre de las
válvulas se puede recurrir a diversos procedimientos. Él más frecuente
es el que utiliza empujadores y balancines accionados por un árbol de
levas situado en el bloque. El árbol de levas es accionado por una
cadena ( o un juego de piñones ) desde el cigüeñal y gira a la mitad de
revoluciones de este.
En su rotación, cada una de las levas del
árbol levanta su correspondiente taque y empujador, haciendo bascular el
balancín, que empuja la válvula hacia abajo. La válvula se cierra por
la acción de un muelle cuando, al continuar su rotación, el árbol de
levas permite el descenso del taque.
Para su mejor
funcionamiento, las válvulas deben cerrar perfectamente. Para conseguir
esto tiene que existir una cierta holgura, llamada juego de taques,
entre válvula cerrada y su correspondiente balancín. Esta holgura
permite la dilatación de la válvula cuando se calienta.
El juego
de taques varia considerablemente según los diferentes tipos de
motores, pero es importante ajustarlos perfectamente a las tolerancias
indicadas por el fabricante.
Como el sistema de encendido debe
originar una chispa en cada bujía y en el momento preciso, de acuerdo
con el mecanismo de apertura y cierre de las válvulas, el distribuidor,
encargado de suministrar la corriente a las bujías, suele ser accionado
por el árbol de levas o por el cigüeñal, a trabes de un piñón.
El árbol de levas se apoya en el árbol de modo que quede asegurado el
orden de encendido. El contorno y disposición de las levas influyen
decisivamente en la potencia del motor y en su consumo de gasolina.
ARBOL DE LEVAS:
Este eje suele ser de acero forjado o hierro fundido, y esta mecanizado
y endurecido para que ofrezca la máxima resistencia al desgaste en el
contorno de las levas. Las levas están dispuestas de acuerdo con el
orden de encendido.
MECANISMO DE ACCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS:
La
leva actúa sobre la válvula a trabes del taque, empujador y balancín.
Al elevarse el taque y el empujador, el balancín bascula y empuja a la
válvula hacia abajo. Después, el árbol de levas permite el descenso del
taque y el empujador, con lo que la válvula vuelve a cerrarse. BALANCÍN: En algunos motores es de chapa de acero estampada y pivote sobre una rotula.
ARBOL DE LEVAS SIMPLE
Y
DOBLE EN CULATAS
ARBOL DE LEVAS SIMPLE Y DOBLE EN CULATA:
Debido
a que el mecanismo de apertura y cierre de las válvulas realiza un
movimiento alternativo, los diseñadores tratan de reducir su peso para
obtener elevado régimen de revoluciones del motor. Para conseguir esto
se utilizan uno o dos árboles de levas en culata. La acción de estos
árboles de levas sobre las válvulas es más directo, ya que interviene un
menor numero de piezas que si el árbol de levas estuviera en el bloque.
Una forma muy sencilla de transmitir el movimiento desde el cigüeñal a
un árbol de levas en culata consiste en el empleo de una cadena. Pero
sin un tensor adecuado, una cadena larga tendería a latiguear. El tipo
de tensor utilizado en la mayor parte de las cadenas de transmisión es
una pieza de acero pulida y ligeramente combada o recubierta por una
lamina de goma. Un muelle oprime esta pieza contra la cadena.
Otro tipo consiste en un taco de caucho sintético, pegado a un pistón
pequeño, empujado por un muelle y accionado por la presión del aceite.
Un tercer tipo esta formado por un brazo, en cuyo extremo se encuentra
un piñón libre, que engrana con la cadena y que esta oprimido contra la
misma por un muelle.
Algunos coches de competición utilizan
piñones que engranan en el cigüeñal y en el árbol de levas, pero este
sistema tiende a producir demasiados ruidos.
Uno de los sistemas
de transmisión más recientes utiliza una correa dentada de caucho,
dispuesta en la parte exterior del bloque. Estas correas no necesitan
lubricación y están fabricadas con caucho resistente al aceite, moldeado
sobre una armadura inextensible. Para evitar que patinen los dientes de
la correa, estos engranan en el dentado de las poleas situadas en el
cigüeñal y en el árbol de levas.
En algunos motores, el árbol de
levas en culata acciona las válvulas a trabes de un balancín, pero en
la actualidad se tienden a suprimir los balancines y a colocar las
válvulas directamente bajo las levas.
Para evitar el desgaste
que produciría el rozamiento del árbol sobre las válvulas se utiliza un
taque invertido entre la leva y la cola de válvula. Este se desliza a lo
largo de una guía y es lo suficientemente grande como para alojar el
conjunto válvula-muelle.
TAQUES:
Para
proteger la válvula contra el desgaste que produciría la leva, se
coloca entre ambas un taque. El juego se ajusta por medio de arandelas
de reglaje.
CORREA DE DISTRIBUCIÓN:
En
algunos motores se utiliza una correa dentada en lugar de una cadena
para accionar el árbol de levas. Los dientes de su parte interior están
diseñados para que engranen en el dentado de las poleas del árbol de
levas y del cigüeñal.
ARBOL DE LEVAS EN CULATA:
El accionamiento por cadena del árbol de levas desde el cigüeñal puede
sé directo o por medio de dos cadenas a trabes de piñones
intermediarios. Las válvulas son accionadas directamente por levas y
taques o por levas y balancines.
Se denomina pistón a uno de los elementos básicos del motor de combustión interna.
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.
A través de la articulación de biela y cigüeñal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.
Esquema simplificado del movimiento pistón/biela
Puede formar parte de bombas, compresores y motores. Se construye normalmente en aleación de aluminio.
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
específico 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 y manganeso entre otros.
Fabricación
Gráficas de posición, velocidad y aceleración de un pistón; en función de distintas relaciones de R (brazo de cigüeñal) y L (longitud de biela).
Básicamente existen dos procesos para la fabricación de los pistones: Estos pueden ser:
Fundidos
Forjados
Dependiendo de la cantidad necesaria a producir y especialmente de
los esfuerzos, temperaturas, presiones, etc. a los que estarán sometidos
(sea un motor diésel, de gasolina
, de competición, etc.) se elige uno u otro método. Los pistones
forjados tienen mayor resistencia mecánica. Luego llevan mecanizados
varios que son los que determinan la forma final del pistón. Estos
mecanizados son hechos con un CNC.
Mecanizado del alojamiento del perno
o bulón de pistón: se mecaniza el alojamiento del perno, como este
perno estará girando cuando el motor esté en funcionamiento por lo que
debe quedar una superficie de buena calidad y rugosidad sin rayaduras.
Estos son dos orificios ubicados en paredes opuestas del pistón. Estos
agujeros deben ser concéntricos (tener la misma línea de eje) y esta
línea debe ser paralela a la línea de eje del muñón del cigüeñal ya que si así no fuese al funcionar el motor la biela se “agarra” con el perno. Para que este perno no se salga y raye el cilindro se colocan seguros seeger al final de los alojamientos realizados, entonces se debe realizar las cavidades para poner los seguros.
Mecanizado del alojamiento de los aros: Se debe realizar la cavidad
para poder poner los aros. Para montar el conjunto pistón – aros dentro
del cilindro los aros se comprimen, por lo tanto la profundidad del
alojamiento de los aros debe ser tal que todo el aro quede oculto en el
pistón. En el alojamiento del aro “rasca aceite” se realiza un orificio
pasante para que el aceite que se saca del cilindro vaya hacia adentro
del pistón y luego se lo direcciona hacia el perno, para poder
mantenerlo lubricado.
Mecanizado de la cabeza del pistón: de acuerdo al diseño del motor
la cabeza puede no ser plana. Puede tener vaciados para mejorar la
homogeneidad de la mezcla en la admisión, vaciados para mejorar la combustión
y en los motores donde la compresión es alta se realizan vaciados para
que al abrir las válvulas no golpeen al pistón. Se debe eliminar
cualquier canto vivo.
Mecanizado exterior: Al hacer un corte al pistón que pase por la
línea de eje del perno y al hacer otro corte que sea perpendicular a la
línea del perno puede verse que el pistón no tiene la misma cantidad de
material en todas sus paredes, es decir, que por donde pasa el eje la
pared del pistón tiene más cantidad de material. Por lo tanto al
aumentar la temperatura el pistón dilata de forma desigual quedando con
una forma ovalada lo cual puede causar fugas o hacer que el pistón “se
agarre” en el cilindro. Para que no pase esto se realiza un mecanizado
exterior el cual le da una forma ovalada para que cuando dilate quede de
forma cilíndrica. Este mecanizado es de solo algunas milésimas en las
paredes por donde no pasa el perno y por lo tanto es imperceptible a
simple vista.
Un motor de combustión interna, motor a explosión o motor a pistón, es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible
que arde dentro de una cámara de combustión. Su nombre se debe, a que
dicha combustión se produce dentro de la máquina en si misma, a
diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor.
El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo.
De dos tiempos (2T): efectúan una carrera útil de trabajo en cada giro
De cuatro tiempos (4T) efectúan una carrera útil de trabajo cada dos giros.
Existen los diésel y gasolina tanto en 2T como en 4T.
Aplicaciones más comunes
Motor SOHC de moto de competición, refrigerado por aire, 1937.
Las diferentes variantes de los dos ciclos tanto en diésel como en gasolina, tienen cada uno su ámbito de aplicación.
2T gasolina: tuvo gran aplicación en las motocicletas, motores de
ultraligeros (ULM) y motores marinos fuera-borda hasta una cierta
cilindrada, habiendo perdido mucho terreno en este campo por las normas
anticontaminación. Además de, en las cilindradas mínimas de ciclomotores
y scooters (50 cc), sólo motores muy pequeños como motosierras y
pequeños grupos electrógenos siguen llevándolo.
4T gasolina: domina en las aplicaciones en motocicletas de todas las cilindradas, automóviles, aviación deportiva y fuera borda.
2T diésel: domina en las aplicaciones navales de gran potencia,
hasta 100000 CV hoy día, tracción ferroviaria. En su día se usó en
aviación con cierto éxito.
4T diésel: domina en el transporte terrestre, automóviles,
aplicaciones navales hasta una cierta potencia. Empieza a aparecer en la
aviación deportiva.
Historia
Los primeros motores de combustión interna alternativos de gasolina
que sentaron las bases de los que conocemos hoy fueron construidos casi a
la vez por Karl Benz y Gottlieb Daimler.
Los intentos anteriores de motores de combustión interna no tenían la
fase de compresión, sino que funcionaban con una mezcla de aire y
combustible aspirada o soplada dentro durante la primera parte del
movimiento del sistema. La distinción más significativa entre los
motores de combustión interna modernos y los diseños antiguos es el uso
de la compresión.
Estructura y funcionamiento
Los motores Otto y los diésel tienen los mismos elementos principales, (bloque, cigüeñal, biela, pistón, culata, válvulas) y otros específicos de cada uno, como la bomba inyectora de alta presión en los diésel, o antiguamente el carburador en los Otto.
En los 4T es muy frecuente designarlos mediante su tipo de distribución: SV, OHV, SOHC, DOHC. Es una referencia a la disposición del (o los) árbol de levas.
Cámara de combustión
La cámara de combustión es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo y dentro del cual se desliza un pistón
muy ajustado al cilindro. La posición hacia dentro y hacia fuera del
pistón modifica el volumen que existe entre la cara interior del pistón y
las paredes de la cámara. La cara exterior del pistón está unida por
una biela al cigüeñal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistón.
En los motores de varios cilindros, el cigüeñal tiene una posición de
partida, llamada espiga de cigüeñal y conectada a cada eje, con lo que
la energía producida por cada cilindro se aplica al cigüeñal en un punto
determinado de la rotación. Los cigüeñales cuentan con pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la irregularidad del movimiento del eje. Un motor alternativo puede tener de 1 a 28 cilindros.
Carburador SOLEX monocuerpo.
Sistema de alimentación
El sistema de alimentación de combustible de un motor Otto consta de un depósito, una bomba de combustible
y un dispositivo dosificador de combustible que vaporiza o atomiza el
combustible desde el estado líquido, en las proporciones correctas para
poder ser quemado. Se llama carburador al dispositivo que hasta ahora venía siendo utilizado con este fin en los motores Otto. Ahora los sistemas de inyección de combustible
lo han sustituido por completo por motivos medioambientales. Su mayor
precisión en el dosaje de combustible inyectado reduce las emisiones de
CO2, y aseguran una mezcla más estable. En los motores diésel se
dosifica el combustible gasoil
de manera no proporcional al aire que entra, sino en función del mando
de aceleración y el régimen motor (mecanismo de regulación) mediante una
bomba inyectora de combustible.
Bomba de inyección de combustible BOSCH para motor diésel.
En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se lleva los cilindros a través de un tubo ramificado llamado colector de admisión.
La mayor parte de los motores cuentan con un colector de escape o de
expulsión, que transporta fuera del vehículo y amortigua el ruido de los
gases producidos en la combustión.
Sistema de Distribución
Válvulas y árbol de levas.
Cada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a través de
válvulas de cabezal o válvulas deslizantes. Un muelle mantiene cerradas
las válvulas hasta que se abren en el momento adecuado, al actuar las
levas de un árbol de levas rotatorio movido por el cigüeñal, estando el conjunto coordinado mediante la cadena o la correa de distribución. Ha habido otros diversos sistemas de distribución, entre ellos la distribución por camisa corredera (sleeve-valve).
Los motores necesitan una forma de iniciar la ignición del
combustible dentro del cilindro. En los motores Otto, el sistema de
ignición consiste en un componente llamado bobina de encendido,
que es un auto-transformador de alto voltaje al que está conectado un
conmutador que interrumpe la corriente del primario para que se induzca
un impulso eléctrico de alto voltaje en el secundario.
Dicho impulso está sincronizado con la etapa de compresión de cada
uno de los cilindros; el impulso se lleva al cilindro correspondiente
(aquel que está comprimido en ese momento) utilizando un distribuidor
rotativo y unos cables de grafito que dirigen la descarga de alto
voltaje a la bujía. El dispositivo que produce la ignición es la bujía
que, fijado en cada cilindro, dispone de dos electrodos separados unas
décimas de milímetro, entre los cuales el impulso eléctrico produce una
chispa, que inflama el combustible.
Si la bobina está en mal estado se sobrecalienta; esto produce
pérdida de energía, aminora la chispa de las bujías y causa fallos en el
sistema de encendido del automóvil.
Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben
disponer de algún tipo de sistema de refrigeración. Algunos motores
estacionarios de automóviles y de aviones y los motores fueraborda se
refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este
sistema cuentan en el exterior con un conjunto de láminas de metal que
emiten el calor producido dentro del cilindro. En otros motores se
utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se
encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se
hace circular mediante una bomba. El agua se refrigera al pasar por las
láminas de un radiador. Es importante que el líquido que se usa para
enfriar el motor no sea agua común y corriente porque los motores de
combustión trabajan regularmente a temperaturas más altas que la
temperatura de ebullición del agua. Esto provoca una alta presión en el
sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques y sellos de
agua así como en el radiador; se usa un refrigerante,
pues no hierve a la misma temperatura que el agua, sino a más alta
temperatura, y que tampoco se congela a temperaturas muy bajas.
Otra razón por la cual se debe usar un refrigerante es que éste no
produce sarro ni sedimentos que se adhieran a las paredes del motor y
del radiador formando una capa aislante que disminuirá la capacidad de
enfriamiento del sistema. En los motores navales se utiliza agua del mar
para la refrigeración.
Sistema de arranque
Al contrario que los motores y las turbinas de vapor, los motores de
combustión interna no producen un par de fuerzas cuando arrancan (véase Momento de fuerza),
lo que implica que debe provocarse el movimiento del cigüeñal para que
se pueda iniciar el ciclo. Los motores de automoción utilizan un motor eléctrico (el motor de arranque) conectado al cigüeñal por un embrague
automático que se desacopla en cuanto arranca el motor. Por otro lado,
algunos motores pequeños se arrancan a mano girando el cigüeñal con una
cadena o tirando de una cuerda que se enrolla alrededor del volante del
cigüeñal.
Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de
inercia, que aceleran el volante manualmente o con un motor eléctrico
hasta que tiene la velocidad suficiente como para mover el cigüeñal.
Ciertos motores grandes utilizan iniciadores explosivos que, mediante la
explosión de un cartucho mueven una turbina acoplada al motor y
proporcionan el oxígeno necesario para alimentar las cámaras de
combustión en los primeros movimientos. Los iniciadores de inercia y los
explosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones.
Motor Otto de 2T refrigerado por aire de una moto: azul aire, verde mezcla aire/combustible, gris gases quemados.
El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos (4T), aunque en fuera borda y vehículos de dos ruedas hasta una cierta cilindrada se utilizó mucho el motor de dos tiempos
(2T). El rendimiento térmico de los motores Otto modernos se ve
limitado por varios factores, entre otros la pérdida de energía por la fricción y la refrigeración.
La termodinámica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende en primera aproximación del grado de compresión.
Esta relación suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores
Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1,
aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la
utilización de combustibles de alto índice de octano para evitar el fenómeno de la detonación,
que puede producir graves daños en el motor. La eficiencia o
rendimiento medio de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%: sólo la
cuarta parte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica. Funcionamiento (Figura 1) 1. Tiempo de admisión - El aire y el combustible mezclados entran por la válvula de admisión. 2. Tiempo de compresión - La mezcla aire/combustible es comprimida y encendida mediante la bujía. 3. Tiempo de combustión - El combustible se inflama y el pistón es empujado hacia abajo. 4. Tiempo de escape - Los gases de escape se conducen hacia fuera a través de la válvula de escape.
Motores diésel
Los cuatro tiempos del diésel 4T; pulsar sobre la imagen.
En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que la
combustión tiene lugar en este último a volumen constante en lugar de
producirse a una presión constante. La mayoría de los motores diésel son
asimismo del ciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamaño muy grande,
ferroviarios o marinos, que son de dos tiempos. Las fases son diferentes
de las de los motores de gasolina.
En la primera carrera, la de admisión, el pistón sale hacia fuera, y
se absorbe aire hacia la cámara de combustión. En la segunda carrera, la
fase de compresión, en que el pistón se acerca. el aire se comprime a
una parte de su volumen original, lo cual hace que suba su temperatura
hasta unos 850 °C. Al final de la fase de compresión se inyecta el
combustible a gran presión mediante la inyección de combustible
con lo que se atomiza dentro de la cámara de combustión, produciéndose
la inflamación a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera
fase, la fase de trabajo, los gases producto de la combustión empujan el
pistón hacia fuera, trasmitiendo la fuerza longitudinal al cigüeñal a
través de la biela, transformándose en fuerza de giro par motor. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de escape, cuando vuelve el pistón hacia dentro.
Algunos motores diésel utilizan un sistema auxiliar de ignición para
encender el combustible al arrancar el motor y mientras alcanza la
temperatura adecuada.
La eficiencia o rendimiento (proporción de la energía del combustible
que se transforma en trabajo y no se pierde como calor) de los motores
diésel dependen, de los mismos factores que los motores Otto, es decir
de las presiones (y por tanto de las temperaturas) inicial y final de la
fase de compresión. Por lo tanto es mayor que en los motores de
gasolina, llegando a superar el 40%. en los grandes motores de dos
tiempos de propulsión naval. Este valor se logra con un grado de
compresión de 20 a 1 aproximadamente,contra 9 a 1 en los Otto. Por ello
es necesaria una mayor robustez, y los motores diésel son, por lo
general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa
con el mayor rendimiento y el hecho de utilizar combustibles más
baratos.
Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con
velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o
r/min), mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2.500 rpm
(camiones y autobuses) y 5.000 rpm. (automóviles)
Con un diseño adecuado puede conseguirse que un motor Otto o diésel
funcione a dos tiempos, con un tiempo de potencia cada dos fases en
lugar de cada cuatro fases. La eficiencia de este tipo de motores es
menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar sólo
dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen más potencia que
un motor cuatro tiempos del mismo tamaño.
El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la
duración de los periodos de absorción de combustible y de expulsión de
gases a una parte mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada
operación requiera un tiempo completo. El diseño más simple de motor de
dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas de cabezal, las válvulas
deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistón
hacia atrás). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y
aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración cuando el
pistón está en la posición más alejada del cabezal del cilindro. La
primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla
cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se
desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de
expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara.
Motor de 5 tiempos
Hacia 1879 Nicolaus August Otto diseñó y construyó un motor con doble
expansión, concepto propuesto por los ingleses Jonathan Hornblower y
Artur Woolf en 1781, antes de que Watt llevase a la práctica la máquina
de vapor. La primera expansión se hacía en el cilindro donde se realizó
la combustión, y una segunda en otro pistón, este a baja presión, con el
objetivo de lograr el aprovechamiento de la energía de los gases de
escape; incluso se han construido motores con triple expansión, como el
Troy, y el principio se usó en muchos motores marinos. En 1906 la
empresa de Conneticut EHV fabricó un motor de tres cilindros y doble
expansión montado en un automóvil. Al igual que el motor construido por
Otto, cuyo comprador lo devolvió, el motor de EHV no demostró en la
práctica las ventajas de menor consumo de combustible esperadas. En
España hay dos patentes concedidas de motores con un principio similar,
una de 1942 a Francisco Jimeno Cataneo (Nº OEPM 0156621) y otra de 1975 a
Carlos Ubierna Laciana (Nº OEPM 0433850), parece que en el INTA se
construyó un prototipo de motor de aviación con cilindros en estrella y
el mismo principio, al que se atribuyó un consumo muy bajo de
combustible. El año 2009, la empresa británica ILMOR presentó en una
exposición internacional de motores en Stuttgart, un prototipo de motor
de 5 tiempos, según una patente concedida en EEUU a Gerhard Schmitz.
Para este motor anunciaron un consumo específico de 215 g/kWh, una
relación de compresión efectiva de 14'5/1 y un peso inferior en 20% a
los motores convencionales equivalentes.123
En la década de 1950, el ingeniero alemán Félix Wankel
completó el desarrollo de un motor de combustión interna con un diseño
revolucionario, actualmente conocido como Motor Wankel. Utiliza un rotor
triangular-lobular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y
un cilindro.
La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio
de aspiración y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la
pared de la cámara. La rotación del rotor comprime la mezcla, que se
enciende con una bujía. Los gases se expulsan a través de un orificio de
expulsión con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en
cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en
cada giro.
El motor de Wankel es compacto y ligero en comparación con los
motores de pistones, por lo que ganó importancia durante la crisis del
petróleo en las décadas de 1970 y 1980.
Además, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica permite
una fabricación barata. No requiere mucha refrigeración, y su centro de
gravedad bajo aumenta la seguridad en la conducción. No obstante salvo
algunos ejemplos prácticos como algunos vehículos Mazda, ha tenido problemas de durabilidad.
Motor de carga estratificada
Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga
estratificada, diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un
sistema de re-circulación de los gases resultantes de la combustión y
sin utilizar un catalizador. La clave de este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre.
La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara
principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficientemente baja
como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno, mientras que la
temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de
monóxido de carbono e hidrocarburos.
Combustible es cualquier material capaz de liberar energía
cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor poco a
poco. Supone la liberación de una energía de su forma potencial (energía de enlace) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía mecánica (motores térmicos)
dejando como residuo calor (energía térmica) ,dioxido de carbono y
algun otro compuesto quimico. En general se trata de sustancias
susceptibles de quemarse, pero hay excepciones que se explican a continuación.
Hay varios tipos de combustibles:
Entre los combustibles sólidos se incluyen el carbón, la madera y la turba. El carbón se quema en calderas para calentar agua que puede vaporizarse para mover máquinas a vapor
o directamente para producir calor utilizable en usos térmicos
(calefacción). La turba y la madera se utilizan principalmente para la
calefacción doméstica e industrial, aunque la turba se ha utilizado para
la generación de energía y las locomotoras que utilizaban madera como combustible eran comunes en el pasado.
En los cuerpos de los animales, el combustible principal está constituido por carbohidratos, lípidos, proteínas, que proporcionan energía para el movimiento de los músculos,
el crecimiento y los procesos de renovación y regeneración celular,
mediante una combustión lenta, dejando también, como residuo, energía
térmica, que sirve para mantener el cuerpo a la temperatura adecuada
para que funcionen los procesos vitales.
Se llaman también combustibles a las sustancias empleadas para producir la reacción nuclear en el proceso de fisión, aunque este proceso no es propiamente una combustión.
Tampoco es propiamente un combustible el hidrógeno, cuando se utiliza para proporcionar energía (y en grandes cantidades) en el proceso de fusión nuclear, en el que se funden atómicamente dos átomos de hidrógeno para convertirse en uno de helio,
con gran liberación de energía. Este medio de obtener energía no ha
sido dominado en su totalidad por el hombre (salvo en su forma más
violenta: la bomba nuclear de hidrógeno, conocida también como Bomba H) pero en el universo es común, específicamente como fuente de energía de las estrellas.
Los combustibles fósiles se formaron hace millones de años a partir
de restos orgánicos de plantas y animales muertos. Durante miles de años
de evolución del planeta, los restos de seres vivos que lo poblaron en
sus distintas etapas se fueron depositando en el fondo de mares, lagos y
otras masas de agua. Allí se cubrieron por sucesivas capas de
sedimentos. Las reacciones químicas de descomposición y la presión
ejercida por el peso de esas capas durante millones de años,
transformaron esos restos orgánicos en lo que ahora conocemos como
combustibles fósiles. Son recursos no renovables, o mejor dicho, son
renovables, pero harían falta millones de años para su renovación, y en
algún momento, se acabarán. Por el contrario, otros combustibles, como
la madera solamente requieren años para su renovación.
Químicamente, los combustibles fósiles son mezclas de compuestos orgánicos mineralizados que se extraen del subsuelo con el objeto de producir energía por combustión.
El origen de esos compuestos es materia orgánica que, tras millones de
años, se ha mineralizado. Se consideran combustibles fósiles al carbón, procedente de la madera de bosques del periodo carbonífero, el petróleo y el gas natural, procedentes de otros organismos.
Los Combustibles Fósiles Se llaman combustibles fósiles a aquellas materias primas
emplea en combustión que se han formado a partir de las plantas y otros
organismos vivos que existieron en tiempos remotos en la Tierra. El carbón en
todas sus variedades, el petróleo y el gas natural son por distintas de
presentarse estos productos.
El
carbón, el lignito y la turba, por ejemplo, tienen su origen en los restos
oceánicos de árboles y plantas de bosques que se hundieron en el agua de
pantanos, se pudrieron como consecuencia de la acción del agua y las bacterias,
se fueron cubriendo poco a poco de capas sucesivas de fangos que solidificaron y
se convirtieron en rocas. El petróleo, por su parte, procede probablemente de la
composición bacteriana de restos animales y vegetales (principalmente plancton)
en grasas, que existían en las proximidades de lagos y mares.
Al depositarse en
el fondo de éstos, o al ser cubiertos por las aguas, lo fueron también por capas
de sedimentos, descomponiéndose y dando origen a productos combustibles en
estado liquido, como el petróleo o el gas natural. El carbón, el petróleo y el
gas natural son compuestos orgánicos, formados fundamentalmente por
hidrocarburos. A partir de ellos se obtienen otros combustibles derivados y
subproductos que son luego empleados como materias primas en diversos procesos
químicos orgánicosy sus derivados
Combustibles fluidos (liquidos)
-
Alcoholes. En los últimos años se ha trabajado en el desarrollo de
motores aptos para funcionar con metanol o etanol, productos obtenidos a
partir de madera y cana de azúcar. En Brasil se ha llegado a
comercializar un combustible liquido compuesto
de etanol y gasolina.
-
Petróleo bruto natural. Es un líquido viscoso y oscuro que se encuentra
en el subsuelo, algunas veces a gran profundidad, de donde se extrae
por medio de perforaciones. La producción mundial de petróleo puede
llegar a 3 000 millones de Tm al año, de las cuales la mitad se produce
en la zona de Oriente Medio y el resto, en orden decreciente, en URSS,
EEUU, África, Amé rica del Sur, etc. El comercio internacional del
petróleo utiliza como unidad el barril, que equivale a 159 litros.
El
petróleo crudo se somete a una destilación fraccionada o por etapas,
que consiste en calentarlo a distintas temperaturas en orden creciente,
con lo cual se consigue que se desprendan primero los vapores de los
productos más volátiles. La gasolina, hasta 180 ºC; hasta 280 ºC se
desprende el queroseno o petróleo industrial; el gasóleo a los 350 OC
los aceites de engrase y el fuel-oil se obtienen utilizando temperaturas
más elevadas y, por último, queda el alquitrán como subproducto final.
Como
el porcentaje de gasolina que se obtiene de la destilación del petróleo
es relativamente pequeño, dado el gran consumo actual, en las
refinerías se reprocesan los otros productos más densos mediante un
método llamado «crackingx., que los transforma en gasolina.
Estos
combustibles derivados del petróleo son mezclas de hidrocarburos de
moléculas complejas que al arder se combinan químicamente con el oxigeno
del aire desprendiendo energía calorífica, dióxido de carbono, vapor de
agua y, en menor cantidad, otros gases que dependen de los aditivos del
combustible y de las condiciones de su combustión.
Los
combustibles derivados del petróleo ocupan el primer lugar entre los que
se emplean para la industria, el transporte y la calefacción.
-
Gasolina. Es un combustible liquido, de densidad 0,75 y de potencia
calorífica 32 000 Kcal/l, muy volátil. A la temperatura ordinaria ya
emite vapores que forman mezclas explosivas con el aire, por lo que se
prohibe a los automovilistas repostar con el motor en marcha, mantener
las luces encendidas, fumar, etc.
Se comercializan distintos
tipos de gasolina: normal, de 91 octanos, y super, de 97 octanos. El
llamado índice de octanos indica fundamentalmente su diferente capacidad
para resistir las altas presiones y temperaturas, dentro del cilindro
del motor, sin que se produzca detonación, es decir, autoencendido con
anticipación al encendido por la chispa de la bujía. Por eso la gasolina
normal es la adecuada para los motores de media compresión y para los
que están algo desgastados por el uso, mientras que la gasolina super se
emplea para los de alta compresión y prestaciones.
Para mejorar
su capacidad antidetonante y hacerlas menos corrosivas, las gasolinas
contienen aditivos como el tetraetilo de plomo que, por ser contaminante
de la atmósfera, se está sustituyendo por otros más inocuos. Por esta
razón ya se está comercializando otro tipo de gasolina, llamada sin
plomo.
- Queroseno o petróleo industrial. Es un líquido
transparente, algo más denso que la gasolina y menos inflamable, que se
utiliza como combustible en los motores a reacción y de turbina de gas.
Se utiliza también como disolvente y para calefacción
doméstica.
-
Gasóleo. Es un líquido de aspecto algo aceitoso, de densidad 0,85 y
potencia calorífica de 42 000 Kcal/kg. Su principal aplicación es como
combustible de los motores diesel gracias a su propiedad de inflamarse
cuando se le somete a elevadas presiones y temperaturas.
En la
actualidad este combustible resulta más económico que las gasolinas y
por eso se utiliza para motores medianos y grandes de coches, camiones,
tractores y buques.
- Fuel-oil. Es un líquido espeso y oscuro que
se utiliza para los hornos industriales y ara calefacción. Como su
temperatura de inflamación es elevada es difícil mantener su combustión,
por lo cual es necesario calentarlo previamente, y con frecuencia puede
resultar contaminante debido al humo que desprende cuando las
condiciones de su combustión no son las adecuadas. Es el combustible
liquido más económico.
La industria petroquímica extrae del
petróleo una gama muy amplia de productos: combustibles, disolventes,
plásticos, abonos y otros productos semielaborados que se utilizan como
materia prima para la obtención de otros.
- Combustibles
gaseosos. Gas de alumbrado o «gas ciudad». Es una mezcla de gases que se
obtiene por destilación seca de la hulla. Se compone de un 50 % de
hidrógeno, un 34 % de metano, un 8 % de monóxido de carbono y pequeñas
cantidades de otros compuestos. Actualmente está siendo sustituido por
el gas natural.
- Gas natural. Es un combustible gaseoso que se
encuentra formando bolsas en el subsuelo, generalmente asociado con el
petróleo o el carbón. Está compuesto fundamentalmente por metano,
pequeñas cantidades de otros gases combustibles como el etano y otros no
combustibles como el nitrógeno y el dióxido de carbono.
Los
principales productores de gas natural son: Unión Soviética, Estados
Unidos, Canadá, Países Bajos, Reino Unido, Rumania, Argelia e Indonesia.
La
comercialización y utilización generalizada del gas natural es bastante
reciente. En España comenzó en la década de 1970 (en Barcelona),
sustituyendo al gas obtenido de la destilación de la hulla que se
utilizaba ya desde el siglo pasado.
El gas natural se transporta
licuado desde su lugar de obtención hasta los lugares de consumo
mediante buques metaneros o através de largas tuberías o gasoductos. En
España, la red de gasoductos que lo distribuye parte de los puertos de
llegada de los buques metaneros: Barcelona (que lo recibe de Argelia y
Libia) y Cartagena y Huelva (que lo reciben de Argelia).
España
tiene pequeñas explotaciones en el Pirineo aragonés, en la costa de
Vizcaya y en la costa junto al Guadalquivir, que cubren algo más de la
décima parte del consumo total.
El gas natural se almacena en
grandes depósitos llamados gasómetros que lo mantienen a la presión
necesaria para impulsarlo a través de una red de tuberías enterradas en
el suelo, de estructura ramificada, provista de llaves de paso para
aislar cualquier tramo en caso de avería.
Este gas es más pesado
que el aire. Por ese motivo cuando se produce una fuga en un recinto
cerrado resulta muy peligrosa pues, además del riesgo de explosión,
existe el de asfixia, ya que el gas va desplazando al aire que se
necesita para la respiración. Para advertir de este peligro, se la añade
una sustancia de olor característico que advierte su presencia.
Las normas de seguridad para el uso del gas natural son:
-
Los locales donde se consume el gas deben estar dotados de dos
aperturas en los muros (una a nivel del suelo y otra junto al techo)
para evitar que se acumule el gas en caso de fuga.
- Todas las
instalaciones nuevas o las modificaciones de las ya existentes deben ser
realizadas por una empresa debidamente autorizada.
- Son obligatorias las revisiones periódicas, cada cuatro años, de todas las instalaciones de gas.
El
consumo de gas natural va en aumento, tanto para la industria como para
usos domésticos de calefacción y cocina, pues presenta una combustión
muy limpia, sin desprendimiento de humo ni de residuos sólidos. Su
transporte canalizado es más fácil que el transporte en recipientes
metálicos de gases licuados como
el butano y el propano.
-
Propano y butano. Son dos combustibles gaseosos que se obtienen en las
refinerías de petróleo. El butano se comercializa licuado y envasado en
recipientes metálicos de diferentes tamaños, desechables los más
pequeños y recargables todos los demás.
El propano (C3HB) también
se suministra licuado, en botellas o recargando depósitos metálicos
situados en el exterior, junto a las industrias o viviendas, con el gas
transportado por un camión cisterna.
Dispositivos para la combustión
Sirven para realizar la combustión facilitando la regulación del aire y el contacto del mismo con el combustible.
La instalación para quemar combustibles sólidos consta de:
Las
parrillas, donde se deposita el combustible sólido. El cenicero, donde
se reúnen las cenizas. El hogar es el recinto cerrado donde se produce
la combustión. La chimenea o conducto de salida de los gases resultantes
de la combustión.
El caudal de aire se regula mediante dos
compuertas das situadas antes del hogar y en la chimenea, con las cuales
se con trola la intensidad de la combustión.
En las grandes
instalaciones térmicas el carbón se pulveriza previamente y se introduce
en el hogar mezclado con aire, y allí se quema en forma de gran llama
continua.
Los quemadores para líquidos introducen en el hogar el
combustible finamente pulverizado mezclado con aire en la proporción
adecuada.
Para evitar obstrucciones en la estrecha salida del
quemador es necesario que el combustible liquido esté filtrado y, si es
muy denso, se debe precalentar para hacerlo más fluido.
Lubricantes
Un lubricante es una sustancia que, colocada entre dos piezas
móviles, no se degrada, y forma así mismo una película que impide su
contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones.
Una segunda definición es que el lubricante es una sustancia
(gaseosa, líquida o sólida) que reemplaza una fricción entre dos piezas
en movimiento relativo por la fricción interna de sus moléculas, que es mucho menor.
En el caso de lubricantes gaseosos, se puede considerar una corriente
de aire a presión que separe dos piezas en movimiento, en el caso de
los líquidos, los más conocidos son los aceites lubricantes que se
emplean, por ejemplo, en los motores. Los lubricantes sólidos son, por
ejemplo, el disulfuro de molibdeno (MoS2), la mica y el grafito.
De base (origen) mineral o vegetal. Son necesarios para la
lubricación hidrodinámica y son usados comunmente en la industria,
motores y como lubricantes de perforación.
Son las denominadas "Grasas". Su composición puede ser mineral,
vegetal o animal y frecuentemente son combinadas con lubricantes sólidos
como el Grafito, Molibdeno o Litio.
Es un tipo de material que ofrece mínima resistencia molecular
interna por lo que por su composición ofrece optimas condiciones de
lubricación sin necesidad de un aporte lubricante líquido o semisólido.
El más común es el Grafito aunque la industria está avanzando en
investigación en materiales de origen metálico.
Descripción
El lubricante es una sustancia que introducida entre dos superficies
móviles reduce la fricción entre ellas, facilitando el movimiento y
reduciendo el desgaste.
El lubricante cumple variadas funciones dentro de una máquina o
motor, entre ellas disuelve y transporta al filtro las partículas fruto
de la combustión y el desgaste, distribuye la temperatura desde la parte
inferior a la superior actuando como un refrigerante, evita la
corrosión por óxido en las partes del motor o máquina, evita la
condensación de vapor de agua y sella actuando como una junta
determinados componentes.
La propiedad del lubricante de reducir la friccion entre partes se
conoce como Lubricación y la ciencia que la estudia es la tribología.
Un lubricante se compone de una base, que puede ser mineral o
sintética y un conjunto de aditivos que le confieren sus propiedades y
determinan sus características.
Cuanto mejor sea la base menos aditivos necesitará, sin embargo se
necesita una perfecta comunión entre estos aditivos y la base, pues sin
ellos la base tendría unas condiciones de lubricación mínimas.
Es el más usado y barato de las bases parafínicas. Se obtiene tras la
destilación del barril de crudo despues del gasoleo y antes que el
alquitrán, comportando un 50% del total del barril, este hecho así como
su precio hacen que sea el más utilizado.
Existen dos tipos de lubricantes minerales clasificados por la
industria, grupo 1 y grupo 2 atendiendo a razones de calidad y pureza
predominando el grupo 1. Es una base de bajo indice de viscosidad
natural (SAE 15) por lo que necesita de gran cantidad de aditivaje para
ofrecer unas buenas condiciones de lubricación. El origen del lubricante
mineral por lo tanto es orgánico, puesto que proviene del petroleo.
Los lubricantes minerales obtenidos por destilación del petróleo son fuertemente aditivados para poder:
1. Soportar diversas condiciones de trabajo
2. Lubricar a altas temperaturas
3. Permanecer estable en un amplio rango de temperatura
4. Tener la capacidad de mezclarse adecuadamente con el refrigerante (visibilidad)
5. Tener un índice de viscosidad alto.
6. Tener higroscopicidad definida como la capacidad de retener humedad.
Lubricante sintético
Es una base artificial y por lo tanto del orden de 3 a 5 veces mas
costosa de producir que la base mineral. Se fabrica en laboratorio y
puede o no provenir del petróleo. Poseen unas excelentes propiedades de
estabilidad térmica y resistencia a la oxidación,así como un elevado
índice de viscosidad natural (SAE 30). Poseen un coeficiente de tracción
muy bajo, con lo cual se obtiene una buena reducción en el consumo de
energía.
Existen varios tipos de lubricantes sintéticos:
1.- HIDROCRACK o grupo 3
2.- PAO o grupo 4
3.- PIB o grupo 5
4.- ESTER
1.- Hidrocrack. Es una base sintética de procedencia organica que se
obtiene de la hidrogenización de la base mineral mediante el proceso de
hidrocracking. Es el lubricante sintético mas utilizado por las
compañías petroleras debido a su bajo costo en referencia a otras bases
sintéticas y a su excedente de base mineral procedente de la destilación
del crudo para la obtencion de combustibles fósiles.
2.- PAO. Es una base sintética de procedencia orgánica pero mas
elaborada que el hidrocrack, que añade un compuesto químico a nivel
molecular denominado Poli-Alfaolefinas que le confieren una elevada
resistencia a la temperatura y muy poca volatilidad (evaporación).
3.- PIB. Es una base sintética creada para la eliminación de humo en
el lubricante por mezcla en motores de 2 tiempos. Se denomina
Poli-isobutileno.
4.- ESTER. Es una base sintética que no deriva del petroleo sino de
la reacción de un acido graso con un alcohol. Es la base sintética mas
costosa de elaborar porque en su fabricación por "corte" natural se
rechazan 2 de cada 5 producciones. Se usa principalmente en aeronáutica
donde sus propiedades de resistencia a la temperatura extrema que
comprenden desde -68ºC a +325ºC y la polaridad que permite al lubricante
adherirse a las partes metálicas debido a que en su generación adquiere
carga electromagnética, hacen de esta base la reina de las bases en
cuanto a lubricantes líquidos. El ester es comunmente empleado en
lubricantes de automoción en competición.
Aditivos de los lubricantes
La base de un lubricante por sí sola no ofrece toda la protección que
necesita un motor o componente industrial, por lo que en la fabricación
del lubricante se añade un compuesto determinado de aditivos atendiendo
a las necesidades del fabricante del motor (Homologación o Nivel
autorizado) o al uso al que va a ser destinado el lubricante en
cuestión.
Los aditivos usados en el lubricante son:
Antioxidantes: Retrasan el envejecimiento prematuro del lubricante.
Antidesgaste Extrema Presion (EP): Forman una fina película en las
paredes a lubricar. Se emplean mucho en lubricación por barboteo (Cajas
de cambio y diferenciales)
Antiespumantes: Evitan la oxigenación del lubricante por cavitación
reduciendo la tension superficial y asi impiden la formación de burbujas
que llevarían aire al circuito de lubricación.
Antiherrumbre: Evita la formación de óxido en las paredes metálicas internas del motor y la condensación de vapor de agua.
Detergentes: Son los encargados de arrancar los depósitos de suciedad fruto de la combustión.
Dispersantes: Son los encargados de transportar la suciedad arrancada
por los aditivos detergentes hasta el filtro o carter del motor.
Espesantes: Es un compuesto de polímeros que por accion de la
temperatura aumentan de tamaño aumentando la viscosidad del lubricante
para que siga proporcionando una presion constante de lubricación.
Diluyentes: Es un aditivo que reduce los microcristales de cera para que fluya el lubricante a bajas temperaturas.
Clasificaciones
Existen diversos tipos de clasificaciones de lubricantes según el
ámbito geográfico, según sus propiedades y según el fabricante de la
maquina a lubricar.
Según el ámbito geográfico podemos encontrar la clasificación
americana API (American Petroleum Institute), la clasificacion Japonesa
JASO (Japanese Automotive Standards Organization) y la Europea ACEA
(Asociación de Constructores Europeos Asociados).
Según sus propiedades se clasifican según la norma SAE (Society of
Automotive Engineers) que basicamente separa el comportamiento del
lubricante a temperatura de 18ºC y la define con una letra W proveniente
del inglés "Winter" (Invierno-Frio) y otra letra que define el
comportamiento del lubricante en temperatura de trabajo 95ºC-105ºC. La
tabla SAE hace referencia a las tolerancias que debe "llenar" el
lubricante tanto a temperatura ambiente como a temperatura de trabajo,
siempre teniendo en cuenta la temperatura interna del motor y como
adicional la temperatura exterior que si bien infuye algo en el
comportamiento no es la mas importante a la hora de elegir un lubricante
adecuado.
