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Motores y componentes mecánicos


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Sistema de distribución OHV, www.aficionadosalamecanica.net

La distribución se puede definir como el conjunto de elementos necesarios para regular la entrada y la salida de gases del cilindro de los motores de cuatro tiempos. Generalmente se trata de un conjunto de piezas que, accionadas por el mismo motor, abren y cierran las válvulas de entrada y salida de gases.

Los sistemas de distribución se pueden clasificar dependiendo de la localización del árbol de levas. Hasta los años 80 los motores estaban configurados con el árbol de levas situado en el bloque motor. Actualmente prácticamente todos los motores tienen el árbol de levas montado en la culata.

El sistema consta de una serie de piezas que pueden variar dependiendo del motor. Generalmente podemos encontrar:

  • Engranaje de mando, cadena o correa: Se encuentra conectado al cigüeñal. Recibe el movimiento de este y lo transmite al árbol de levas. Los engranajes de mando solo se encuentra en los vehículos antiguos o con grandes motores porque son menos eficientes que las cadenas y correas porque pierden energía en forma de calor.
  • Árbol de levas: Es un eje con protuberancias, llamadas levas, que al girar activan en su momento justo el taqué. Debido a las condiciones que debe soportar lleva un tratamiento térmico especial llamado cementación.
  • Taqué o botador: Es un empujador que, movido por el árbol de levas, empuja la válvula. Pueden ser mecánicos (comunes o con un regulador de la luz de válvula) o hidráulicos (regulan la luz de válvula automáticamente).
  • Válvula: Es la parte fundamental del sistema. Accionada por el botador, se abre o cierra permitiendo el paso de los gases al cilindro.

 

Os dejo varios vídeos explicativos. El primero esde la Universidad de La Laguna y en él se explica el funcionamiento del sistema de distribución de un motor de combustión interna.

 

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

 

1 febrero, 2018
 

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El cigüeñal  es un árbol de transmisión, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela – manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En realidad consiste en un conjunto de manivelas. Cada manivela consta de una parte llamada muñequilla y dos brazos que acaban en el eje giratorio del cigüeñal. Cada muñequilla se une una biela, la cual a su vez está unida por el otro extremo a un pistón. En los motores de automóviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigueñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo que espero os guste.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

30 enero, 2018
 
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Vista de un diferencial. Wikipedia

Un diferencial es el elemento mecánico que permite compensar las diferencias en la velocidad de giro de las ruedas exteriores e interiores de un vehículo, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. Permite, por tanto, la transmisión de par a distintas revoluciones a ambas ruedas simultáneamente. Sus inventores fueron los chinos, que hace ya 3.000 años ya utilizaban un mecanismo diferencial en sus carros. Gracias al diferencial la conducción es más predecible, los neumáticos se gastan menos y no hay tensiones extra en chasis y ejes, así que, en definitiva, tenemos una conducción más segura.

El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de “U” en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas.

http://www.tecnerife.com

 

 

Os paso a continuación varios vídeos explicativos sobre este elemento (algunos en inglés). Espero que os sean útiles.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

 

 

18 enero, 2018
 
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Turbocompresor (corte longitudinal). En rojo, estátor de fundición y rotor de la turbina. En azul estátor de aluminio y rotor del compresor. Wikipedia

La incorporación de la sobrealimentación a motores de combustión interna permite aumentar la potencia del motor evitando la necesidad de incrementar sus dimensiones. Esta sobrealimentación puede conseguir hasta un 40% más de potencia que un motor igual no sobrealimentado. La solución pasa por incrementar el volumen de aire que accede a la cámara de combustión en motores atmosféricos. Los turbocompresores son, por tanto, turbo-máquinas que comprimen el aire, estando compuestos por una turbina solidaria a un eje que impulsa el compresor de aire de admisión en su otro extremo. Este motor funciona con la energía que normalmente se pierde en los gases de escape del motor. Se pueden clasificar en turbocompresores de geometría fija o de geometría variable. Estos sistemas de sobrealimentación ha sido posible gracias a la mejora de los materiales. Cuanto mayor sea la eficiencia adiabática, mejor será, en principio, el rendimiento final del sistema.

Los turbos de geometría variable disponen de un sistema de aletas o álabes que dependiendo de la presión de los gases de escape se sitúan en una u otra posición, para aumentar la velocidad del flujo que debe pasar a través de la turbina y mantener a la turbina girando a su velocidad óptima a cualquier régimen del motor.

En los motores diésel el turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja con exceso de aire al no haber mariposa, por una parte; esto significa que a igual cilindrada unitaria e igual régimen motor (rpm) entra mucho más aire en un cilindro diésel.

Turbo de geometría variable. Fuente: http://www.motorpasion.com/

A continuación os dejo un vídeo explicativo que explica el funcionamiento de esta máquina.

En el siguiente vídeo de la universidad de La Laguna se explica el funcionamiento de un sistema turbocompresor.

En este vídeo se explica el turbo de geometría variable.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

8 enero, 2018
 
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En 1892, el ingeniero alemán Rudolf Diesel patenta el primer motor de encendido de compresión, construido con éxito en 1897. Desde 1945 el motor diesel rápido, perfeccionado paulatinamente con reducciones en las relaciones peso/potencia e importantes mejoras en los sistemas de inyección, ha desplazado al de gasolina, cuyo uso se reduce a motores ligeros de menos de 5 CV. Existen motores diesel de dos tiempos (llamados de acción simple) y de cuatro tiempos (más habituales). Los primeros presentan un barrido defectuoso, por lo que necesitan mejores sistemas de engrase y refrigeración.

Una primera clasificación de estos motores atiende a su velocidad:

  • Motores de baja velocidad (w<350 r.p.m.): se usa normalmente en instalaciones estacionarias de gran potencia.
  • Motores de media velocidad (w aprox = 350 r.p.m.): su empleo habitual es en generadores de corriente de media y baja potencia.
  • Motores de alta velocidad (w>350 r.p.m.): en máquinas de movimiento de tierras.

 

El motor diesel de cuatro tiempos presenta similitudes al de gasolina. Se pueden establecer las siguientes fases del ciclo:

  1. Admisión: En esta fase entra aire en el cilindro (sin mezcla de combustible) que es succionado por el pistón en su movimiento de descenso.
  2. Compresión: Después de alcanzar el pistón el extremo inferior, y una vez se cierran las válvulas de admisión, el cilindro inicia su ascenso comprimiendo el aire hasta llegar al punto más alto de la carrera. La relación de compresión varía entre 14 y 22.
  3. Encendido, combustión y expansión: La elevación de temperatura (440ºC) que acompaña la compresión permite una combustión espontánea al inyectar el combustible. Con las válvulas cerradas, la expansión del gas obliga al pistón a descender hasta el punto muerto inferior (PMI).
  4. Escape: Al llegar el pistón al PMI las válvulas de expulsión se abren y los gases se expulsan al exterior.

 

 

Imagen1

 

El ciclo real y teórico presentan diferencias:

  • La inyección no coincide exactamente con el punto muerto superior (PMS). Asimismo las válvulas de escape se abren instantes antes de que el pistón alcance el PMI.
  • Aunque en el ciclo teórico la combustión se supone que se produce a volumen constante, en realidad sólo una parte lo hace. El resto de la combustión se realiza a presión constante, de modo que se aproxima al ciclo de Otto.

 

 

Sólo en los motores diesel muy lentos, la combustión se desarrolla aproximándose al ciclo teórico.

Os dejo algunos vídeos donde podréis ver el funcionamiento del ciclo diésel y sus más importantes características. Espero que os gusten.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

23 diciembre, 2017
 
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http://enciclopedia.us.es/index.php/Caballo_de_vapor

La potencia de un motor se define como el trabajo realizado por unidad de tiempo. Existen diversas unidades para medirla, aunque la aceptada por el sistema internacional de unidades es el vatio (W). Sin embargo, pese a no pertenecer al sistema métrico, se sigue utilizando en muchos países de influencia anglosajona el caballo de potencia, especialmente para referirse a la potencia de los motores, tanto de combustión interna como eléctricos. Su magnitud es similar al caballo de vapor, pero no exactamente equivalente. Sin embargo, a veces hay confusión en estos términos (ver este enlace).

  • El caballo de vapor alemán CV o PS (metric horsepower) se define como el trabajo de 75 kilográmetros por segundo. Equivale a 735.49875 W.
  • El caballo de vapor inglés HP (mechanical horsepower) equivale a 550 pies por libra y por segundo, lo cual corresponde aproximadamente a 1.013849 CV y 745.685 W.

 

El caballo de potencia (o de fuerza) es una unidad que fue propuesta a finales del siglo XVIII por el ingeniero escocés James Watt, quien mejoró, diseñó y construyó máquinas de vapor, además de promover el uso de éstas en variadas aplicaciones. Watt propuso esta unidad para expresar la potencia que podía desarrollar la novedosa máquina de vapor (en su época), con respecto a la potencia que desarrollaban los caballos. Estos animales eran las “máquinas” de trabajo que se usaban ampliamente para mover molinos, levantar cargas, mover carruajes y muchas otras actividades. Luego de varios experimentos y aproximaciones de cómo medir y expresar la potencia de los caballos, James Watt estimó que un caballo podía levantar 330 libras-fuerza de peso a una altura de 100 pies en un minuto.

Os dejo un par de vídeos explicativos que espero os gusten.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

14 diciembre, 2017
 
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Motor Wankel en el Deutsches Museum en Múnich (Alemania). Wikipedia

Dentro de los motores de combustión interna rotativos, el motor Wankel, cuya patente data de 1936, se diferencia enormemente de los motores convencionales. Este motor tiene un 40 por ciento menos de piezas y la mitad de volumen y peso de un motor comparable a pistones. Es de diseño simple, en vez de un pistón, de un cilindro y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico, hay muy poca vibración y no hay problemas con la disipación de calor, los puntos calientes, o la detonación, que son consideraciones en el motor convencional del intercambio.

En la figura puede observarse el funcionamiento en cuatro fases: (1) admisión de la mezcla, (2) compresión, (3) encendido (por chispa), explosión y expansión y (4) escape. Todas las fases ocurren de forma simultánea.

Motor Wankel

Las ventajas teóricas de estos motores frente a los alternativos son las siguientes:

  • Su distribución uniforme, regular y ausente de fuerzas alternativas facilita un diseño más equilibrado.
  • Su volumen es menor, así como su relación peso/potencia.
  • Ausencia de espacios muertos.
  • Inexistencia de válvulas y menor número de piezas, lo que contribuye a su simplicidad constructiva.
  • Funcionamiento continuo, dando un empuje constante, lo que teóricamente va asociado a un rendimiento más alto.

 

Sin embargo también se pueden anotar algunos inconvenientes que hacen que su empleo sea más bien escaso:

  • Problemas de estanqueidad, para no perturbar las fases del ciclo.
  • Dificultad de conseguir una eficaz refrigeración.
  • Gradientes elevados de temperatura de la zona caliente de explosión y escape (más de 1000ºC) respecto a las otras (unos 150ºC).
  • Baja eficacia en el uso del combustible y necesidad de estar perfectamente sincronizado.

Os dejo una explicación del motor rotativo (en inglés, así practicáis). Espero que os guste.

Aquí podéis ver el motor rotativo del Mazda RX8.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

 

 

 

9 diciembre, 2017
 
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Wikimedia

El neumático es el elemento que efectúa la unión elástica entre el vehículo móvil (dúmper, pala cargadora, bulldozer, motoniveladora) y el suelo. Sus funciones son las de transportar la carga, contribuir a la suspensión y amortiguación de la máquina, aportar flotabilidad y permitir el guiado y la tracción de la máquina. Desde finales del siglo XIX en que podemos situar el nacimiento de los primeros neumáticos, se ha pasado en una espectacular evolución a los neumáticos gigantes concebidos para que el transporte de pesadas cargas pueda llevarse a cabo tanto sobre suelos flojos como duros, en las más diversas condiciones.

Os dejo la siguiente presentación de Pedro Zambrana García, que espero os sea útil.

En este otro vídeo podemos ver cómo se fabrican los neumáticos para los equipos pesados.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

24 noviembre, 2017
 
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Los cuatro tiempos del motor. Wikipedia

El motor de 4 tiempos es el que se utilizan mayoritariamente en automoción. Mediante un sistema de transformación biela-manivela, este movimiento se transforma en el giro de una manivela o cigüeñal. Puede ser un motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel. El ciclo de funcionamiento de estos motores se completa con cuatro desplazamientos del émbolo o tiempos, es decir, con dos vueltas completas. Este motor se compone por un cilindro, una biela, un cigüeñal, al menos dos válvulas, una bujía y muchos otros componentes que hacen que todo trabaje de forma coordinada.

Aquí se detallan los diferentes tiempos (actividades realizadas durante el ciclo) y sus características.

  • 1-Primer tiempo o admisión: en el primer tiempo una mezcla de gasolina y aire va a entrar en la cámara de combustión del cilindro. El descenso del pistón aspira la mezcla en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresión.  Para ello el pistón baja del punto superior del cilindro al inferior, mientras que la válvula (o válvulas) de admisión se abre y deja entrar esa mezcla de gasolina y aire al interior del cilindro, para cerrarse posteriormente.
  • 2-Segundo tiempo o compresión: con el pistón en su posición más baja y la cámara de combustión llena de gasolina y aire, la válvula de admisión se cierra y deja la cámara cerrada herméticamente. La inercia del cigüeñal al que está unida la biela del pistón hará que el pistón vuelva a subir y comprima así la mezcla.
  • 3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se autoinflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.
  • 4 -Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas gira 90º.

En el siguiente vídeo de la universidad de La Laguna se ofrece una descripción básica de las máquinas térmicas en referencia a los motores de combustión interna de cuatro tiempos.

Os dejo a continuación algunos vídeos más sobre este tipo de motores.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

 

17 noviembre, 2017
 
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Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN, Motores y componentes mecánicos    

Un motor es la parte de una máquina capaz de hacer funcionar algo transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. De hecho, gran parte de la maquinaria empleada en ingeniería civil utiliza motores de combustión interna para su funcionamiento, especialmente motores diesel turboalimentados. En este post vamos a repasar muy brevemente este tipo de motores y dejaremos alguna animación para su mejor comprensión. En otros posts profundizaremos en la explicación y funcionamiento más detallado.

Los motores térmicos producen trabajo aprovechando la energía de los cuerpos que se encuentran a una temperatura elevada. A este tipo pertenecen los motores de combustión, en el que el medio de trabajo o sustancia a la que se le va a extraer la energía térmica ha adquirido su alta temperatura aprovechando el calor desprendido de una combustión. En la Tabla 1  se clasifican los motores térmicos de combustión.

    MOTORES TÉRMICOS     Combustión interna     Combustión externa
  Alternativos De explosiónDiesel  Máquina de vapor
  Rotativos De explosiónTurbina de gas  Turbina de vapor

Tabla 1.- Clasificación de los motores térmicos de combustión.

Los motores endotérmicos o de combustión interna aprovechan la energía generada por la expansión de un combustible en el interior de una cámara transformándola en movimiento. Si bien existen antecedentes a mediados del siglo XVII con Huygens y Papin con motores de pólvora, no fue hasta 1794 en el que el inglés Robert Street patentó el primer motor alternativo de combustión interna que utilizaba una mezcla de aire y combustible gaseoso. El primer motor de este tipo capaz de soportar una utilización continuada en el ámbito industrial fue construido por el francés Etienne Lenoir en 1859, siendo mejorado notablemente por el alemán Nikolaus Otto en 1876 con su motor de cuatro tiempos.

El primer motor de gasolina fue diseñado y patentado por el ingeniero alemán Gottlieb Daimler en 1885, y en 1892 su compatriota Rudolf Diesel patenta el primer motor de encendido de compresión.

Los motores de combustión interna pueden clasificarse atendiendo a diferentes conceptos:

  • Por la forma de iniciar la combustión: Motores Otto (motores de explosión: encendido por chispa) y motores Diesel (encendido por compresión).
  • Por el ciclo de trabajo: Motores de 4 tiempos y motores de 2 tiempos.
  • Por el movimiento del pistón: Motores de pistón alternativo y motores de pistón rotativo.

El motor de combustión interna alternativo es una máquina térmica de desplazamiento positivo que permite la transformación de energía térmica obtenida mediante un proceso de combustión en el propio fluido operante, en energía mecánica mediante el movimiento lineal de un émbolo. El fluido comprime y expande un volumen cerrado deformable formado por el cilindro, el pistón y la culata.

Motor de explosión de cuatro tiempos

Dentro de los motores de combustión interna rotativos, el motor Wankel, cuya patente data de 1936, se diferencia enormemente de los motores convencionales. Conserva el producto, la compresión, la potencia y el ciclo familiar del extractor, pero utiliza, en vez de un pistón, de un cilindro y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico. Otro tipo son las turbinas de gas, que son motores  compuestos por uno o varios compresores, una o varias cámaras de combustión dispuestas anularmente alrededor del eje de la máquina, una turbina de uno o varios escalones que acciona el compresor y una turbina de potencia donde el trabajo producido se puede utilizar para generar energía eléctrica, mover la hélice de una aeronave, etc. Además lleva un pequeño motor de arranque y un sistema de inyección del combustible en la cámara de combustión y de regulación del régimen de la máquina.

Motor Wankel

Os paso un vídeo explicativo de la academia SERFA al respecto.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

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