Mecánica del motor diésel.
Introducción.
La mecánica de motor continúa siendo la base de los motores según el principio Diésel.
El objetivo es transformar la energía química que contiene el combustible en movimiento mediante un proceso termodinámico.
El pistón se acelera debido a la combustión de la mezcla de combustible y aire. Este movimiento rectilíneo ascendente y descendente del pistón se transforma en un movimiento circular gracias al mecanismo del cigüeñal.
El cárter de cigüeñal delimita la cámara de combustión y aloja el mecanismo del cigüeñal.
Finalmente en la culata se controla el intercambio de gases con las válvulas y canales de los colectores.
El funcionamiento físico es el mismo que el del motor de gasolina. Las diferencias principales con respecto al motor de gasolina con principio Otto se concentran en el proceso de combustión.
En el motor diésel el combustible se inyecta directamente a la cámara de combustión (formación interna de la mezcla). Como la compresión es mayor, la mezcla de combustible y aire se calienta mucho y alcanza la temperatura de ignición. La combustión se inicia sin bujías (auto ignición).
Historia
En 1892 Rudolf Diésel solicitó la patente de su primer motor de auto ignición. Ese gran y lento motor se diseñó en un principio sólo para un funcionamiento estacionario. La compleja construcción del motor y el complicado sistema de inyección conllevaban elevados costes de producción. Los primeros motores diésel sencillos no eran especialmente cómodos. Debido al duro proceso de combustión, el motor diésel no pasaba desapercibido especialmente acústicamente, en frío. En comparación con el motor de gasolina presentaba una mala relación entre potencia y peso, un peor comportamiento de aceleración y una menor potencia unitaria.
La «miniaturización» de estos motores no se consiguió hasta trasladar el motor al sector de los utilitarios y gracias a mejoras en los materiales y en la fabricación. A pesar de que el primer vehículo diésel ya se presentó en el año 1936, el motor diésel no se aceptó como fuente de propulsión rentable en los automóviles hasta los años 70.
El punto de ruptura se produjo finalmente en los años 80, cuando, suficientemente desarrollado, el motor diésel se convirtió en la alternativa al motor de gasolina.
Conceptos básicos de los motores
Los siguientes conceptos básicos son comunes para cualquier tipo de motor de pistón con movimiento de vaivén.
- Calibre
Se refiere al diámetro interior de un cilindro.
- Carrera
El trayecto que recorre el pistón dentro del cilindro entre los puntos muertos se denomina carrera.
- Punto muerto
Los puntos muertos son los puntos finales del movimiento del pistón, en los cuales se invierte el sentido del movimiento. Se distingue entre punto muerto superior (PMS) y punto muerto inferior (PMI). En el PMS la cámara de combustión alcanza su menor volumen y en el PMI su mayor volumen.
- Cilindrada
La cilindrada de un cilindro es el compartimento que recorre el pistón durante una carrera. Dicho de otro modo: es la cámara del cilindro entre la posición de PMS y la de PMI del pistón. En los datos técnicos de un motor se indica habitualmente la cilindrada total del motor. La cilindrada total es la suma de las unitarias de cada cilindro.
- Cámara de compresión
Es la cámara que queda sobre el pistón cuando éste se encuentra en la posición de PMS. En este caso la cámara de combustión tiene el mínimo volumen posible.
- Cámara de combustión
La cámara de combustión está limitada por la culata, el pistón y la pared del cilindro. En la posición de PMS la cámara de combustión se corresponde con la cámara de compresión. En la posición de PMI la cámara de combustión consta de la cámara de compresión más la cilindrada.
- Relación de compresión (ε)
La relación de compresión es la relación de la cilindrada más la cámara de compresión con la cámara de compresión.
- Relación carrera/diámetro
Es la relación que existe entre la carrera y el diámetro. Según su tipo de construcción los motores se dividen en los que tienen la carrera larga o corta. Para los que tienen la carrera larga, ésta es mayor que el diámetro del cilindro, para los que tienen la carrera corta, ésta es menor o igual que el diámetro del cilindro. Los motores en los que el diámetro y la carrera son iguales se engloban dentro de los carrera corta. A estos motores se les llama también «cuadrados».
- Relación del cigüeñal o de la biela (λ)
Indica la relación de la longitud de la biela (distancia del punto medio de los dos ojos de biela) con el radio del cigüeñal (distancia entre los ejes y los muñones del cojineteprincipal y de la biela).
- Velocidad media del pistón
Con un número constante de revoluciones del motor el pistón también se acelera y decelera continuamente. En el punto muerto superior y en el punto muerto inferior se detiene brevemente. En el recorrido entre ambos puntos la velocidad aumenta hasta un máximo y luego vuelve a
disminuir. Debido a que esta velocidad del pistón cambia constantemente los cálculos se hacen sobre su velocidad media. Ésta es una velocidad constante teórica, llamada velocidad media del pistón. Habitualmente se indica la velocidad media del pistón como régimen nominal y sirve como medida
- Velocidad máxima del pistón
El pistón alcanza su mayor velocidad cuando la biela y el radio del cigüeñal forman un ángulo recto. La velocidad máxima del pistón es aprox. 1,6 veces superior a su velocidad media.
- Determinados números de revoluciones del motor o regímenes
Como número de revoluciones del motor o régimen se indica el número de vueltas que da el cigüeñal en un minuto.
En un motor deben tenerse en consideración diferentes números de revoluciones o regímenes:
o El número de revoluciones de arranque es el número mínimo de revoluciones necesario para poder arrancar el motor.
o Con el régimen de ralentí el motor que se ha arrancado sigue en marcha por sí mismo.
o Con el régimen nominal el motor alcanza su mayor potencia.
o El régimen máximo es el número máximo de revoluciones permitido para proteger el motor de posibles daños mecánicos.
- Fuerzas de inercia
La fuerza de inercia es una resistencia que opone un cuerpo a una modificación del movimiento. Dicho de otro modo, es la consecuencia de la inercia que contrarresta una aceleración.
Una prueba en la que esto se muestra claramente es cuando se empuja un vaso de agua sobre una mesa. Si se hace lentamente y con uniformidad no se derramará el agua. Pero si se acelera o decelera el vaso con fuerza, entonces el agua sí se derramará. La inercia del agua se opone a la modificación del movimiento.
En el caso de un cuerpo rígido, esto significa que debe aplicarse una fuerza correspondiente para acelerar o decelerar el cuerpo. La fuerza de inercia depende del tamaño de la masa y de la aceleración.
- Movimiento oscilatorio
Un movimiento oscilatorio significa que un cuerpo se mueve repetidamente de un lado a otro a lo largo de un eje.
- Movimiento rotativo
Un movimiento rotativo significa que un cuerpo se mueve en una trayectoria circular alrededor de un eje central. para la carga del motor
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