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PROYECTO DE GRADO
SISTEMA EXTERNO DE REFRIGERACION DE ACEITE PARA MEJORAR
LA LUBRICACION
CASO: MOTOR TOYOTA 3SGE DE COMPETICION DE MILLA
POSTULANTE: SERGIO JOEL CALLIZAYA CHILLO
TUTOR: ING. MIGUEL ANGEL CALATAYUD MUOZ
La Paz, febrero del 2013
FIAUTO
Carrera de Ingeniera Automotriz
Universidad de Los Andes
La Paz - Bolivia
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Dedicatoria
El tiempo y el esfuerzo invertido para
la culminacin de mi formacin
profesional, es dedicado con todo mi
corazn a Dios y a mi familia, por
todo el apoyo y la confianza
depositada en mi persona, para
lograr alcanzar las metas trazadas.
Tambin dedico el presente, a quienes
constantemente estan a mi lado, a las
personas con quienes siempre
comparto, momentos de alegrias y
tristezas, a cada uno de mis
amigos(as), que me brindan su apoyo
incondicional y son el estimulo para
seguir adelante.
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Agradecimientos
Mi gratitud y reconocimiento a:
A Dios por darme salud y la fuerza necesaria, para lograr alcanzar, la
conclusin de mis estudios acadmicos y el presente trabajo de
investigacin.
A mi familia, un agradecimiento muy particular, en especial a mis
padres Juan Carlos y Elsa por su constante apoyo incondicional, gracias
por todo el cario, comprensin y paciencia.
Ing. Miguel ngel Calatayud por su inquebrantable paciencia, durante el
desarrollo del presente trabajo de investigacin, como tambin a mis
revisores por sus aportes importantes, durante el proceso del
proyecto.
A mis, docentes y Administrativos de la Universidad de los Andes, por
brindarme sus conocimientos y experiencia, durante mi formacin
acadmica.
Finalmente a mis amigos y compaeros, de la carrera de Ingeniera
Automotriz, que a lo largo de mi formacin acadmica, dentro de la
misma, estuvieron junto a m, apoyndome en todo momento..
Muchas gracias!
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CONTENIDO
Universidad de Los Andes
La Paz - Bolivia
Facultad de Ing. Automotriz
Carrera de Ingeniera Automotriz
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ndice
Captulo I ................................................................................................................................. 1
1.- Resumen ejecutivo ........................................................................................................... 1
1.2.- Antecedentes ................................................................................................................. 2
1.3.- Descripcin del objeto de estudio ................................................................................. 2
1.4.- Planteamiento del problema ......................................................................................... 3
1.4.1.- Identificacin ............................................................................................................. 4
1.4.2.- Representacin grafica............................................................................................... 4
1.5.- Objetivo ........................................................................................................................ 5
1.5.1.- Objetivo general ........................................................................................................ 5
1.5.2.- Objetivos especficos ................................................................................................. 5
1.6.-Justificacion ................................................................................................................... 5
1.6.1.- Justificacin social ..................................................................................................... 5
1.6.2.- Justificacin econmica ............................................................................................. 5
1.6.3.- Justificacin tcnica ................................................................................................... 6
1.6.3.- Justificacin medio ambiental. .................................................................................. 6
1.7.- Metodologa .................................................................................................................. 6
1.7.1.- Tipo de investigacin ................................................................................................. 6
1.7.2.- Metodologa ............................................................................................................... 6
1.7.3.- Tcnicas ..................................................................................................................... 7
1.7.4.- Instrumentos .............................................................................................................. 7
1.8.- Alcance ......................................................................................................................... 7
1.8.1.- Espacial ...................................................................................................................... 7
1.8.2.- Temtico .................................................................................................................... 7
1.8.3.- Temporal .................................................................................................................... 8
1.9.- Recursos humanos ........................................................................................................ 8
Materiales y recurso .............................................................................................................. 8
2.-Marco terico ........................................................................................................................ 9
2.-Historia del automvil ...................................................................................................... 9
2.1.-Motor ciclo Otto (4 tiempos) ....................................................................................... 10
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2.2.-Partes fundamentales de un motor a gasolina ............................................................ 11
2.2.1.-Elementos fijos del motor..................................................................................... 11
2.2.2.-Elementos mviles del motor ................................................................................... 16
2.3.-Sistemas del motor Otto .............................................................................................. 19
2.3.1.-Sistemas de distribucin ........................................................................................... 19
2.4.-Sistema de refrigeracin .............................................................................................. 20
2.5..-Sistema de lubricacion: ............................................................................................... 25
2.5.1.-Misin principal del aceite: ...................................................................................... 25
2.5.2.-Aceites de lubricacin .............................................................................................. 26
2.5.3.-Caracteristicas fsicas y qumica de los aceites ........................................................ 27
Viscosidad ....................................................................................................................... 27
Adherencia o untuosidad ................................................................................................. 27
Punto de congelacin ...................................................................................................... 28
Punto de inflamacin ...................................................................................................... 28
Estabilidad qumica ......................................................................................................... 28
2.5.4.-Clasificacin de los aceites ....................................................................................... 29
2.5.5.-Sistemas de lubricacin ............................................................................................ 30
2.5.5.2.-Tipos de lubricacin .............................................................................................. 31
2.5.6.-Elementos que componen el sistema de lubricacin ................................................ 34
2.5.6.1.-Bombas de lubricacion .......................................................................................... 35
a).-Bomba de engranajes. .................................................................................................... 36
2.5.7.-Vlvula de descarga .................................................................................................. 39
2.5.8.-Filtrado de aceite ...................................................................................................... 41
2.5.8.1.-Filtros de aceite ...................................................................................................... 41
2.5.9.-El mono contacto (bulbo de presin de aceite) ......................................................... 42
2.6.-Anlisis de aceite ......................................................................................................... 43
2.6.1.-Aditivos lubricantes y sus propiedades ..................................................................... 44
2.6.2.-Propiedades Generales de los Aditivos ..................................................................... 45
2.6.3.-Componentes de desgaste del motor ......................................................................... 45
2.6.4.-Pruebas a realizar en la muestra de aceite................................................................. 46
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2.7.-Mecnica de fluidos ..................................................................................................... 50
2.7.1.-Conceptos fundamentales ......................................................................................... 50
2.7.2.-Propiedades de los fluidos ........................................................................................ 51
2.9.-Contaminacin ambiental ........................................................................................... 59
2.10.-Diseo del sistema de refrigeracin de aceite externa ............................................... 60
3.-Marco practico .................................................................................................................... 65
3.1.- diagnstico del estado actual de funcionamiento del motor Toyota 3SGE. ............... 65
3.1.2.-Diagnstico del estado actual de la temperatura de aceite ........................................ 66
3.2 Primer anlisis de aceite realizado en FINNING CAT ................................................. 68
3.2.1.-Resultados de primer anlisis de aceite ................................................................... 68
3.3.- Caracteristicas tcnicas de base del filtro y de radiador de aceite a utilizar ............... 71
3.3.1.- Caractersticas tcnicas de la base del filtro de aceite ............................................. 71
3.4.-Desmontaje del motor Toyota 3SGE ........................................................................... 71
3.4.1.-El desmontaje del motor se realiz del siguiente orden cronolgico: ...................... 72
3.4.2.-Medicin del soporte del filtro de aceite a ser implementado .................................. 72
3.4.3.-Medicin de radiador ................................................................................................ 73
3.4.4.-Implementacin de los componentes . ...................................................................... 73
3.4.5.-Montaje del motor Toyota 3SGE .............................................................................. 75
3.5.-Aceite a utilizar ............................................................................................................ 76
3.5.1.-Cantidad de aceite que se le aumentara al motor ...................................................... 76
3.5.2.-Diagnstico del motor Toyota 3SGE despus de la implementacin. ...................... 77
3.5.3.-Diagnstico de la temperatura de aceite . ................................................................. 79
3.5.3.-Segundo anlisis de aceite realizado en FINNING CAT. ........................................ 81
3.5.4.-Resultados del segundo anlisis de aceite realizado en FINNING CAT. ................ 81
3.6.-Calculo de caudal de bomba de aceite. ........................................................................ 84
3.6.1.-Calculo de caudal del aceite en el intercambiador del calor (radiador)a 800 RPM .. 85
3.6.2.-Calculo del flujo de aire de refrigeracin ................................................................. 87
3.6.3.-Calculo de la temperatura final de salida del intercambiador ................................... 89
3.7.-Anlisis comparativo con el sistema de lubricacin convencional y con el sistema
externao de refrigeracin de aceite ..................................................................................... 90
3.7.2.-Anlisis comparativo de los anlisis realizados entes y despus . ............................ 92
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4.-Factivilidad economica y social...................................................................................... 94
5.-Conclusiones y recomendaciones ................................................................................... 97
Anexos ................................................................................................................................ 98
Bibliografia ....................................................................................................................... 100
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ndice de grficos
GRAF:1 Bloque de cilindros .............................................................................................. 13
GRAF 2: Culata de motor ................................................................................................... 14
GRAF 3:multiple de admisin ............................................................................................ 15
GRAF 4: Mltiples de escape ............................................................................................. 15
GRAF 5: Pistn o Embolo ................................................................................................ 16
GRAF 6: Biela .................................................................................................................... 17
GRAF 7:Cigueal ............................................................................................................... 18
GRAF 8: Circuito de refrigeracin ..................................................................................... 24
GRAF 9:Elementos susceptibles del lubricacin en el motor ............................................. 27
GRAF:10 Formacin de pelcula de aceite ......................................................................... 25
GRAF 11: Aceites multigrados numeracin ....................................................................... 30
GRAF 12: Elementos del motor con lubricacin a presin ................................................ 31
GRAF 13: Esquema de lubricacin por borboteo ............................................................... 32
GRAF 14: Esquema de un sistema de lubricacin por crter seco ..................................... 34
GRAF 15: Despiece del sistema de lubricacin. ................................................................. 35
GRAF 16: Esquema de funcionamiento de los engranes de la bomba de aceite ................ 36
GRAF 17: Despiece de una bomba de aceite a rodetes ...................................................... 37
GRAF 18:Funcionamiento de la bomba de rodetes ............................................................ 38
GRAF 19: Esquema interior de una bomba de engranajes interiores ................................. 39
GRAF 20: Fuente de la vlvula de descarga ....................................................................... 40
GRAF 21: Filtro de aceite ................................................................................................... 42
GRAF 22: Vista interna del filtro de aceite ........................................................................ 42
GRAF 23: Esquema y funcionamiento del bulbo de presin de aceite ............................... 43
GRAF 25:Asociacio de transferencia de calor por conduccin .......................................... 56
GRAF 26: Transferencia de calor por conveccin .............................................................. 58
GRAF 27:Compocicion de los gases de escape .................................................................. 60
GRAF 28: Circuito de lubricacin ...................................................................................... 61
GRAF 29 :Base acopladora de filtro de aceite .................................................................... 63
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GRAF 30: Relojes de temperatura y presin de aceite ....................................................... 63
GRAF 31: Sistema de refrigeracin externa ....................................................................... 64
GRAF 32: Presin de aceite del motor a 800rpm ............................................................... 65
GRAF 33: Presin de aceite del motor a 5000rpm. ............................................................ 66
GRAF 34: Temperatura del aceite en el motor a 800rpm ................................................... 67
GRAF 35: Temperatura del aceite en el motor a 5000rpm ................................................. 67
GRAF 36: Primera muestra de anlisis de aceite ................................................................ 68
GRAF 37: Medidas de la base del filtro de aceite .............................................................. 72
GRAF 38: Montaje conducto de filtro de aceite ................................................................. 73
GRAF 39: Montar la base del filtro de aceite en bloque del motor .................................... 74
GRAF 40: Colocar el filtro de aceite y ajustar el filtro ....................................................... 74
GRAF 41: Sistema de refrigeracin externa ya implementado en motor 3SGE ................. 75
GRAF 42: Presin de aceite con el sistema ya implementado a 800rpm ........................... 78
GRAF 43: Presin de aceite con el sistema ya implementado a 5000 rpm ........................ 79
GRAF 44: Temperatura de aceite con el sistema ya implementado a 800 rpm .................. 80
GRAF 45: Temperatura de aceite con el sistema ya implementado a 5000 rpm ................ 80
GRAF 46 : Segunda muestra de anlisis de aceite a 2500 km ............................................ 81
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CAPITULO I
GENERALIDADES
Universidad de Los Andes
La Paz - Bolivia
Facultad de Ing. Automotriz
Carrera de Ingeniera Automotriz
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1
Captulo I Generalidades
1.- Resumen ejecutivo
El sistema de lubricacin del automvil est dado por una sustancia llamada aceite la
cual evita el contacto entre dos o ms piezas en movimiento mediante la formacin de
una pelcula protectora de aceite. Este sistema consta de los siguientes componentes:
bomba de aceite la cual es encargada de generar presin1 para impulsar el aceite por
el circuito de lubricacin, el filtro de aceite su funcin es de filtrar el aceite de las
impurezas que esta pueda tener, las venas de lubricacin las cuales son encargadas de
m llevar y expulsar el lubrcate a partes especificas donde existe mayor friccin y el
crter el cumple dos funciones la de almacenar el aceite y tambin es el encargado de
disipar o transferir el poder calorfico del aceite generado por el motor hacia el medio
ambiente es por eso que el crter esta hecho de un material muy delgado para facilitar
la transferencia de calor.
En el sistema de lubricacin un punto muy importante es la refrigeracin del
lubricante, la cual en los motores convencionales la temperatura de funcionamient
u ri t r s 90 C pero en vehculos de competencia como ser en el caso
de 1/4 de milla se necesita una refrigeracin mucho ms eficiente o eficaz ya que en
este tipo de motores las temperaturas llegan a rangos mucho ms elevados 110 C que
en los de los vehculos convencionales debido al alto rendimiento que se les exige a
estos.
Es por eso que este trabajo pretende mejorar la refrigeracin del lubricante en el
motor 3SGE Toyota preparado para de milla mediante la creacin e implantacin
de un sistema de refrigeracin de lubricante externa la cual nos ayudara a llevar el
aceite a una temperatura adecuada la cual nos brindara una buena lubricacin y por
ende un buen y ptimo funcionamiento del motor para su buen rendimiento en
competencia.
1 Presin en fsica es la relacin que existe entre fuerza y la superficie sobre la que se ejerce
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2
1.2.- Antecedentes
El autor Santini Trivio en su libro The art of modification trabajo con distintas
variantes las cuales son:
Quienes necesitan una mejor refrigeracin de aceite
Que tipos de vehculos
Actualmente quienes constan de este tipo de acoplamiento
Que genera la instalacin de este tipo de componentes
el autor tomo como referencia a cual tipo de vehculos sera necesario poner este tipos
de elementos para la refrigeracin de aceite y cules no , aun vehculo con funciones
regulares no es necesario porque la lubricacin satisface su requerimientos bsico
mientras que en uno de competencia las cuales la temperatura aumentan necesitan un
instalacin de refrigeracin del aceite segn este mismo autor denota que en la
actualidad los automviles que se les acopla este mecanismo son los de competencia
rally o nascar2 este tipo de acoplamiento ya que este tipo de vehculos se les exige un
alto rendimiento en altas revoluciones pero este mismo artculo no describe cmo
cuales son las pruebas que se realizan solo menciona todo lo anterior mencionado
1.3.- Descripcin del objeto de estudio
El objeto de estudio es el motor Toyota 3SGE y su sistema de lubricacin.
El motor Toyota 3SGE de competicin de milla tiene una cilindrada de 2000cc
consta de los siguientes componentes en primer lugar consta de una culata diseada
por Yamaha la cual ofrece una mayor resistencia de temperatura debido al alto
2 NASCAR hace referencia a las siglas en ingls de National Association for Stock Car Auto Racing
("Asociacin Nacional de Carreras de Automviles de Serie")
-
3
rendimiento que se le exige en de milla, bajo peso (aleacin3 de aluminio ligero) y
mejor resonancia de flujo de aire
Consta de un filtro de aire de alto rendimiento Apexi para mejorar la entrada de aire
con menor esfuerzo de restriccin consta tambin de conducto de aluminio entre filtro
de aire y mltiple de admisin para bajar la temperatura del aire
Este consta de un trabajado de culata pulido de conductos de admisin y escape para
que este tenga un mejor flujo de aire sin restricciones en los conductos de escape y
admisin, tambin consta con el pulido de cmara de combustin para que esta tenga
una distribucin de fuerza homognea en ciclo de explosin.
Consta de prensa y disco de embrague de 6 puntas esto para mejorar la reaccin al
momento de la partida. Este motor consta de un sistema de lubricacin convencional
el cual est formado por un circuito de lubricacin, una bomba de aceite, filtro de
aceite, venas inyectoras, crter y tamiz.
1.4.- Planteamiento del problema
Se ha observado que este motor sufre la carencia de buena lubricacin debido al alto
rendimiento que se les exige la competencia cuarto de milla
La mala refrigeracin del lubricante genera los siguientes problemas:
El desgaste prematuro de las piezas se genera por la mala lubricacin de los
componentes internos del motor , la mala lubricacin est dada por el adelgazamiento
excesivo que sufre el aceite debido al elevado nivel de temperatura que est sometido
u ri t qu s r s s s r g s fu i mi t rm it (90C), y
por esto mismo no se genere una pelcula de aceite entre la piezas en movimiento en
el motor provocando un rozamiento directo entre las piezas que nos lleva a un
desgaste prematuro de los componentes del motor como ser de los mismos cilindros
,pistones ,cigeal, ejes etc.
3 Aleacin es una mezcla homognea, de propiedades metlicas, que est compuesta de dos o ms
elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.
-
4
El aceite adems de lubricar los componentes internos del motor el lubricante
tambin cumple la funcin de sellar la cmara de combustin en el momento de la
compresin , cuando esta se sobrecalienta provoca un adelgazamiento excesivo del
aceite el cual nos provoca un mal sellado del cilindro para la compresin provocando
un bajo rendimiento del motor.
Al llevar el aceite a temperaturas fuera del rango de funcionamiento normal
provocamos un deterioro prematuro del lubricante. El aceite tambin contiene
aditivos los cuales mejoran las propiedades del lubricante y cuando el aceite se
sobrecalienta esto genera la perdida de esos aditivos.
1.4.1.- Identificacin
Deficiencia en la refrigeracin del aceite en el motor Toyota 3SGE de competicin
de milla.
1.4.2.- Representacin grafica
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5
1.4.3.- Formulacin
Cmo mejorar el sistema de refrigeracin del aceite en el motor Toyota 3SGE de
competicin de milla para que tenga una buena lubricacin en el motor?
1.5.- Objetivo
1.5.1.- Objetivo general
Implementar un sistema externo de refrigeracin de aceite para mejorar el sistema de
lubricacin en el motor Toyota 3SGE de competicin de milla, la cual constara de
un radiador de aceite, base acopladora, tubera .relojes de presin y temperatura de
aceite.
1.5.2.- Objetivos especficos
1. Realizar anlisis de termodinmica en el sistema de lubricacin
2. Realizar anlisis y pruebas de temperatura en el aceite del motor Toyota
3SGE
3. Realizar anlisis y pruebas de temperatura en el aceite con el sistema de
refrigeracin externa de aceite ya implantado.
4. Analizar las ventajas del uso del sistema de refrigeracin externa de aceite en
el motor Toyota 3SGE de competicin de milla
1.6.-Justificacion
1.6.1.- Justificacin social
Este proyecto pretende adems de la creacin e implementacin de un sistema
externo de refrigeracin de aceite mejorar la informacin para que las personas que
quieran hacer un preparado de automviles tengan un antecedente el cual estn
basados en conocimientos fundamentados en estudios cientficos.
1.6.2.- Justificacin econmica
La no implementacin del sistema externo de refrigeracin de aceite en el motor
3SGE Toyota de competicin de milla conlleva a una mala lubricacin la cual
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6
provoca deterioro prematuro de piezas las cuales tienen que ser reemplazadas y estas
tienen un costo elevado. Con la implementacin de este sistema refrigeracin de
aceite externa evitamos un cambio innecesario de piezas por lo tanto la instalacin de
este sistema nos lleva a una solucin econmicamente favorable.
1.6.3.- Justificacin tcnica
El desarrollo del sistema externo de refrigeracin del aceite es factible porque
contamos con todas las herramientas para la elaboracin implementacin tambin
contamos con las herramientas para las pruebas que se realizaran una vez ya
implementada en el motor Toyota 3SGE.
1.6.3.- Justificacin medio ambiental.
La carencia de la implementacin 4de este sistema externo de refrigeracin de aceite
nos lleva a que el aceite pierda su viscosidad y se adelgace excesivamente hasta que
esta llega a ingresar a la cmara de combustin interna por medio de las guisa de
vlvulas y de esta manera quemarse provocando gases txicos como xidos de
nitrgeno (NOx) hidrocarburos (HC) los cuales salen directamente hacia el medio
ambiente daando la capa de ozono , con la implementacin de este sistema evitamos
estos gases nocivos5 para el medio ambiente y es una solucin ambientalmente
factible.
1.7.- Metodologa
1.7.1.- Tipo de investigacin
El tipo de investigacin que emplearemos en este proyecto sist m externa de
r frig r i it corresponde a la descriptiva ya que en esta vamos a conocer
sus caractersticas las funciones de estas y los fenmenos que suceden para despus
mejorarla.
1.7.2.- Metodologa
4 Implementacin: es la realizacin de una aplicacin, o la ejecucin de un plan, idea, modelo
cientfico. 5 Nociva adj. Daina, perniciosa, perjudicial.
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7
La metodologa que emplearemos para realizar este proyecto es la de Analtico-
Experimental ya que vamos hacer una descomposicin de las partes de sistema de
lubricacin para analizar y una vez recolectada toda la informacin mejoraremos el
sistema de lubricacin en el motor Toyota 3SGE de competicin de milla
mediante la implementacin de un sistema externo de refrigeracin de aceite para qu
una vez ya implementada se realicen pruebas experimentales para comprobar los
resultados esperados.
1.7.3.- Tcnicas
Las tcnicas que emplearemos son:
Tcnicas de revisin documental
Tcnica de observacin
1.7.4.- Instrumentos
Los instrumentos que implementaremos para este proyecto son
Formularios
Bitcora
Grabaciones de video
Fotografas
1.8.- Alcance
1.8.1.- Espacial
El presente proyecto se realizara y se implementara en la zona Irpavi de la ciudad de
la Paz de Bolivia y las pruebas se realizaran en la localidad de Pucarani de la ciudad
de la Paz Bolivia.
1.8.2.- Temtico
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8
El presente trabajo comprende el estudio profundidad de las reas de
Termodinmica, mecnica fluidos para llegar a una buena recaudacin de
informacin para la buena elaboracin de este proyecto.
1.8.3.- Temporal
El presente proyecto mejorara el sistema del lubricacin mediante la implementacin
de un sistema externo de refrigeracin de aceite se llevara a cabo desde Septiembre
del 2012 hasta el mes de Febrero del 2013 tiempo en el cual se terminara el proyecto
en su totalidad.
1.9.- Recursos humanos
Los recursos humanos que utilizaremos son:
Experto en mecnica de fluidos l nos va a dar asistencia en el clculo de la
refrigeracin por el radiador para la fundamentacin de la implantacin del
sistema de refrigeracin de aceite externa.
Experto en termodinmica l nos va a dar asistencia en el clculo de la
refrigeracin por radiacin para la fundamentacin de la implantacin del
sistema de refrigeracin de aceite externa.
Materiales y recurso
Los materiales que vamos a utilizar realizar el presente proyecto:
Material para toma de datos (libros, papel, bolgrafo)
Reloj de temperatura
Reloj de presin de aceite
Equipos de torquimetro
Herramientas (llaves, pernos, estuche de dados etc.)
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
Universidad de Los Andes
La Paz - Bolivia
Facultad de Ing. Automotriz
Carrera de Ingeniera Automotriz
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9
Capitulo II Marco terico
En este captulo del proyecto conoceremos el funcionamiento de un motor de cuatro
tiempos y juntos con los conceptos relacionados con el motor que nos ayudaran a
realizar el proyecto, tambin entenderemos conceptos de mecnica de fluidos que nos
servirn para el estudio e investigacin del buen funcionamiento del motor una vez ya
implantada.
2.-Historia del automvil
La historia del automvil empieza con los vehculos autopropulsados por vapor
del siglo XVIII. En 1885 se crea el primer vehculo automvil por motor de
combustin interna con gasolina. Se divide en una serie de etapas marcadas por los
principales hitos tecnolgicos.
Nicolas-Joseph Cugnot (1725-1804), escritor e inventor francs, dio el gran paso, al
construir un automvil de vapor, diseado inicialmente para arrastrar piezas de
artillera. El Fardier, como lo llam Cugnot, comenz a circular por las calles de Pars
en 1769. Se trataba de un triciclo que montaba sobre la rueda delantera una caldera y
un motor de dos cilindros verticales y 50 litros de desplazamiento; la rueda delantera
resultaba tractora y directriz a la vez, trabajando los dos cilindros directamente sobre
ella. En 1770 construy un segundo modelo, mayor que el primero, y que poda
arrastrar 4'5 toneladas a una velocidad de 4 Km./h. Con esta versin se produjo el que
podra considerarse 'primer accidente automovilstico' de la historia, al resultar
imposible el correcto manejo del monumental vehculo, que acab chocando contra
una pared que se derrumb fruto del percance. Todava tuvo tiempo Cugnot de
construir una tercera versin en 1771, que se conserva expuesta en la actualidad en el
Museo Nacional de la Tcnica de Pars.
En 1784 William Murdoch construy un modelo de carro a vapor y en 1801 Richard
Trevithick condujo un vehculo en Camborne (Reino Unido).1 En estos primeros
vehculos se desarrollaron innovaciones como el freno de mano, las velocidades y el
volante.
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10
En 1815 Josef Bozek, construy un auto con motor propulsado con aceite.2 Walter
Hancock, En 1838, Robert Davidson construy una locomotora elctrica que alcanz
6 km por hora. Entre 1832 y 1839 Robert Anderson invent el primer auto
propulsado por clulas elctricas no recargables.
El belga Etienne Lenoir hizo funcionar un coche con motor de combustin interna
alrededor de 1860, propulsado por gas de carbn.
Alrededor de 1870, en Viena, el inventor Siegfried Marcus hizo funcionar motor de
combustin interna s g s i , i m Prim r h M r us.
En 1883, Marcus patent un sistema de ignicin de bajo voltaje que se implant en
modelos subsiguientes.
Es comnmente aceptado que los primeros automviles con gasolina fueron casi
simultneamente desarrollados por ingenieros alemanes trabajando
independientemente: Karl Benz construy su primer modelo en 1885 en Mannheim.
Benz lo patent el 29 de enero de 1886 y empez a producirlo en 1888. Poco
despus, Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, de Stuttgart, disearon su propio
automvil en 1889.
[C.D. Buchanan:1985]
[Int:1]
2.1.-Motor ciclo Otto (4 tiempos)
Los motores de cuatro tiempos se denominaban genricamente Otto en honor a su
inventor, el alemn Nikalous August Otto ). Se basan en la existencia de cuatro
movimientos en el funcionamiento del motor: admisin, compresin y explosin de la
mezcla, y expulsin de los gases quemados. Ideado para combustibles ligeros,
capaces de vaporizarse, se trata de motores de chispa, es decir, que necesitaban la
ayuda de una chispa para iniciar la combustin.
Como el funcionamiento es igual para todos los cilindros que contienen el motor,
tomaremos como referencia uno solo para ver qu ocurre en su interior en cada uno
de los cuatro tiempos.
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11
Admisin .al inicio de este tiempo el pistn se encuentra en el PMS6 (punto muerto
superior) en este movimiento la vlvula de admisin est abierta y el pistn en su
carrera o movimiento hacia abajo y esto va creando un vaco dentro el cilindro a
medida de que alcanza el PMI (punto muerto inferior). El vaco que crea el pistn en
este tiempo, provoca que la mezcla aire combustible que se enva a travs del
mltiple de admisin penetre a al cilindro a travs de la vlvula de admisin abierta.
Compresin.-Una vez que el pistn alcanza el PMI(punto muerto inferior) el rbol de
levas que gira sincronizada mente con el cigeal esta hace cerrar la vlvula de
admisin mientras que la de escape permanece cerrada, en este punto el pistn
empieza su carrera hacia PMS( punto muerto superior) en la cual la mezcla aire
combustible se somete a la compresin.
Explosin.-una vez el pistn est en PMS7 (punto muerto superior) y la mezcla aire
combustible ha alcanzado el mximo de comprensin se genera un arco voltaico el
cual est dado por la buja la cual inflama la mezcla aire combustible y hace que se
expanda hasta que el pistn llegue a PMI ( punto muerto inferior )
Escape.- el pistn a hora que se encuentra de nuevo en PMI (punto muerto inferior)
despus de haber ocurrido el tiempo dela explosin la vlvula de escape se abre, en
la cual el pistn empieza su carrera de asenso hasta el PMS mientras va expulsando a
travs de la vlvula abierta los gases ya quemados.
[Fernando L.:2009]
[int:2]
2.2.-Partes fundamentales de un motor a gasolina
El motor est constituido por partes fijas y mviles.
2.2.1.-Elementos fijos del motor
Son los que componen el armazn y la estructura externa del motor y cuya misin es
alojar, sujetar y tapar los elementos del conjunto. Estos son: 6 PMS punto muerto superior carrera en la cual el pistn se encuentra en la parte superior del cilindro.
7 PMI punto muerto inferior denota que el pistn se encuentra en la parte inferior del cilindro.
-
12
Bloque de cilindros
Culata
Mltiple admisin y escape
Crter
a).-Bloque de cilindros.- El bloque del motor con su ubicacin central est fijado
directamente sobre el chasis mediante los soportes, se encuentra entre la culata de
cilindros y el depsito de aceite (crter), y su diseo presenta grandes agujeros
denominados cilindros, lugar donde se mueven los pistones.
Adems de servir de soporte estructural para todo el resto del motor, el bloque
cumple adems la funcin de disipar el calor por conduccin8 a travs de su cuerpo y
debe poseer la suficiente rigidez para soportar la fuerza originada por el mismo
trabajo del motor.
El bloque del motor est estrechamente relacionado con el tipo de motor, ya que su
diseo nos marca si el motor tendr 4, 6 o ms cilindros, si el motor es en lnea o en
V segn la disposicin de los cilindros, etc.
En el bloque podemos observar otros orificios y conductos destinados a otra
funciones, como por ejemplo los orificios para las varillas de empuje, los conductos
destinados a la circulacin de agua y anticongelante, los espacios destinados al
montaje del cigeal, bomba de agua, bomba de gasolina, y para el filtro de aceite.
[Arias paz :2006]
8 Conduccin la transmisin de calor por contacto directo o la transmisin de calor a travs de los
cuerpos.
-
13
FIG Nro:1 Bloque de cilindros
Fuente propia [fotografa]
b).-Culata.- Es la tapa de los cilindros y se fija al bloque por medio de pernos. La
culata puede estar hecha de aluminio o de aleaciones ligeras, en su interior posee
aberturas que se comunican con las camisas de agua en el bloque de cilindros.
En la culata se instala las vlvulas de admisin y escape, los elementos de
carburacin o inyeccin.
Entre la culata y el bloque se encuentra el empaque (o junta) de la culata que hace
impermeable y hermtica la unin.
La culata debe ser resistente a la presin de los gases, buena conductividad trmica,
resistente a la corrosin un poseer un coeficiente de dilatacin igual al del bloque de
cilindros.
En la superficie pulida de la culata que se une al bloque de los cilindros, existen una
seria de depresiones poco profundas que forman junto con las coronas de los pistones
las cmaras de combustin, en estas depresiones se hallan los asientos de las vlvulas
y las aberturas a travs de las cuales las bujas penetran en las cmaras de combustin
-
14
GRAF 2: Culata de motor
FUENTE: http://carlalimachichui.wordpress.com/2011/11/07/motor-de-combustion-
interna/
c).- Mltiple de admisin.- Son conductos por los que se transporta la mezcla
dosificada9 de la base del carburador a los cilindros del motor. Tienen un efecto
turbulencia a fin de rodear completamente de oxgeno a la gota de combustible.
Adems los ductos del mltiple de admisin trasmiten una cantidad de calor a la
mezcla a fin de mejorar su combustin generalmente estn hechos de materiales muy
ligeros como aluminio magnesio incluso plstico
[Arias paz :2006]
9 Dosificada regular la cantidad o porcin de otras cosas
-
15
GRAF 3: mltiple de admisin
FUENTE: http://www.todomotores.cl/competicion/multiple_admision.htm
d).-Mltiple de escape.-Son los conductos por los cuales se transportan los gases
generados por la combustin10
en el motor los cuales son guiados por varios
conductos hacia el exterior generalmente estos estn construidos de hierro fundido o
de algn otro material el cual resista altas temperaturas.
GRAF 4: Mltiples de escape
FUENTE (Propia)
10
Combustin reaccin entre el oxgeno y un material combustible que, por desprender energa, suele
causar incandescencia o llama:
-
16
2.2.2.-Elementos mviles del motor
Son los encargados de transformar la energa qumica del carburante en energa
mecnica. Estos elementos son:
El pistn.
Las bielas.
El cigeal
a).- Pistn.- Su fabricacin es de aluminio, acero fundido o hierro, siendo su funcin
principal la de transmitir a la biela, la fuerza originada en el proceso de combustin.
Al realizar esto las posiciones angulares de la biela permiten que se ejerzan un
esfuerzo considerable en un lado de las paredes de los cilindro y este empuje es
creado por el faldn del embolo.
El embolo tiene tres alojamientos para tres anillos. Lo anillos superiores se llaman
anillos de compresin porque su funcin es la de detener los gases a alta presin
dentro del cilindro y evitar en esa forma el escape de ellos hacia el interior del bloque
de cilindros en las carreras de compresin y de potencia. El anillo inferior
generalmente es el controlador del aceite. El objetivo de este anillo es el de quitar el
aceite que est por dems y permitir una buena lubricacin en las paredes del cilindro.
GRAF 5: Pistn o Embolo [Arias paz :2006]
Fuente: [Hermgenes G. 2000]
-
17
b).-Biela.- La biela es una pieza del motor que tiene la misin de transmitir al
cigeal los esfuerzos generados mediante la combustin.
Son fabricadas en aceros especiales, aunque en menor medida se pueden hallar de
aleaciones de titanio, mediante un proceso de forjado y mecanizado en el cual se
destacan la formacin de ejes de cabeza y pie.
E st pr s s i r s ist i s tr i h s j s, su p r ism y
diversos espesores, que garantizarn no solo el funcionamiento eficiente de la misma
en el motor, sino adems la adaptacin con el resto de las partes.
La cabeza de la biela presenta una articulacin que acciona directamente con el
cigeal, el pie conecta al buln con el pistn y el cuerpo es la parte que une a estos
dos ejes.
[Int :3]
GRAF 6: Biela
Fuente: [Hermgenes G. 2000]
-
18
c).-Cigeal.- El cigeal es la pieza del motor encargada de transformar el
movimiento alternativo del pistn en un movimiento circular.
Tambin es la parte del motor que transmite la potencia desarrollada por el
mecanismo biela-manivela o conjunto de manivelas, siendo uno de los elementos ms
importantes del sistema.
En los motores con los cilindros en lnea, el cigeal est formado por tantas
manivelas como cilindros. En los motores con los cilindros opuestos el nmero de
manivelas puede ser el mismo que el de cilindros o slo la mitad. En los motores en
V, generalmente el nmero de manivelas es la mitad del de cilindros.
[int:4]
GRAF 7: Cigeal
Fuente: [Hermgenes G. 2000]
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19
2.3.-Sistemas del motor Otto
2.3.1.-Sistemas de distribucin
El sistema de distribucin es el conjunto de elementos que regulan la apertura y cierre
de vlvulas en el momento oportuno y a su vez la entrada de la mezcla, (gases
frescos) y la salida de los gases residuales de los cilindros, en el momento adecuado
despus de producirse la explosin.
Del momento en el cual se realice la apertura y cierre de las vlvulas de admisin y
escape, as ser el correcto funcionamiento del motor (avance y retraso a la apertura y
cierre de las vlvulas correspondientes)
Elementos del sistema de distribucin
Los elementos principales des sistema de distribucin son rbol de levas, engranaje
de mando, vlvulas.
Se clasifican de acuerdo con su funcin en :
Elementos interiores
Vlvula de admisin
vlvula de escape
Elementos exteriores
rbol de levas
a).-Elementos interiores
Vlvulas.- En cada vlvula, se distinguen dos partes: cabeza y cola . La cabeza, que
tiene forma de seta, es la que acta como verdadera vlvula, pues es la que cierra o
abre los orificios de admisin o escape. La cola o vstago, (prolongacin de la
cabeza) es la que, deslizndose dentro de una gua, recibir en su extremo opuesto a
la cabeza el impulso para abrir la vlvula.
-
20
Las vlvulas se refrigeran por la guas, principalmente, y por la cabeza. Las vlvulas
que ms se deterioran son las de escape, debido a las altas temperaturas que tienen
que soportar 1000 C.
b).-Elementos exteriores
Son el conjunto de mecanismos que sirven de mando entre el cigeal y las vlvulas.
Estos elementos son: rbol de levas, elementos de mando, empujadores o taqus y
balancines. Segn el sistema empleado, los motores a veces carecen de algunos de
estos elementos.
rbol de levas
Es un eje que controla la apertura de las vlvulas y permite su cierre. Tiene
distribuidas a lo largo del mismo una serie de levas, en nmero igual al nmero de
vlvulas que tenga el motor.
[Arias Paz:2006]
2.4.-Sistema de refrigeracin
Al hablar del motor de explosin decamos que en su funcionamiento se aprovechaba
parte de la energa qumica existente en un combustible y que se transformaba en
energa mecnica.
La transformacin se haca mediante la inflamacin de la mezcla que produca una
explosin. En esta explosin se desarrolla un extraordinario calor, hasta el punto que
la mayor parte de la energa que no se utiliza, s da lugar al calentamiento y por
consiguiente a muy elevadas temperaturas en los elementos y piezas de la cmara de
explosin, principalmente durante el tiempo de escape.
-
21
Esta temperatura, que en el momento de la explosin se acerca a los 2.000 grados
(temperatura instantnea), producira una dilatacin11
tal, que las piezas llegaran a
agarrotarse, dando lugar por otra parte a una descomposicin del aceite de engrase.
Ahora bien, no solamente se produce calor en la cmara de compresin, sino tambin
en los cilindros, pues aun cuando en ellos no tiene lugar la explosin y no estn
sometidos a la temperatura instantnea que sta provoca, s lo estn a la de los gases
durante el tiempo de explosin y por otra parte al calor producido por el frotamiento
continuo del pistn sobre sus paredes.
Para eliminar en parte ese calor y evitar los perjuicios que puede ocasionar se recurre
a la refrigeracin de las piezas o elementos del motor que ms calor reciben. Ello se
consigue con el sistema de refrigeracin.
Este calor absorbido no ha de ser ni muy poco (ya que producira dilataciones), ni
muy elevado (pues bajara el rendimiento del motor notablemente).
Aproximadamente se eliminar por el sistema de refrigeracin un 30% del calor
producido en la explosin o combustin.
Adems de estas grandes dilataciones, las altas temperaturas producidas en los
motores hacen que la cantidad de mezcla que llega a los cilindros sea pequea, por lo
que es necesario para el aumento de rendimiento del motor, dotarlo de un sistema de
refrigeracin. Tambin ocurre que, debido a las altas temperaturas, el aceite de
lubricacin pierde sus propiedades lubricantes. Las partes que requerirn mayor
refrigeracin, sern aquellas sometidas a ms altas temperaturas. Estas son: la culata
(especialmente las zonas de proximidad a la vlvula de escape), las vlvulas (con sus
asientos y guas) y los cilindros (debido al roce con el pistn).
Es el sistema generalizado que utilizan los automviles actuales.
11
Dilatacin variacin del volumen de un cuerpo por la accin del calor, que separa las molculas y
disminuye la densidad:
-
22
En este sistema cilindros y bloque de cilindros constituyen una envoltura en cuyo
interior circula el lquido de refrigeracin. El lquido refrigerante circula igualmente
por el interior de la culata a travs de unos huecos previstos al efecto (cmaras de
lquido).
Las cmaras estn uniformemente repartidas alrededor de la cmara de combustin y
cilindros. Este lquido, que se calienta al contacto con las paredes, es a continuacin
dirigido hacia el radiador, donde cede su calor al aire ambiente, para volver despus
al bloque de cilindros.
Elementos de los sistemas de refrigeracin
A continuacin describimos los elementos componentes de un sistema de
refrigeracin por circulacin forzada de lquido:
Cmara de agua.
Radiador.
Uniones elsticas.
Bomba de agua.
Ventilador o electro ventilador.
Termostato.
Elementos de control.
[Arias Paz:2006]
[int 5]
-
23
GRAF 8: Circuito de refrigeracin
Fuente: http://www.hella.com/ /Wholesalers/Thermo_Management/
2.5.-Sistema de lubricacin
Los elementos en movimiento del motor estn sujetos a rozamientos durante el
funcionamiento. Estos elementos absorben una cantidad de trabajo que se transforma
en calor, resultado de ello una prdida de energa por rozamiento12
. Esta energa
absorbida y transformada en calor puede ser elevada, haciendo que las piezas se
dilaten. Si las piezas del motor se dilatan en exceso por un rozamiento excesivo se
puede llegar gripar13
, provocando una grave avera en el motor.
12
Rozamiento Fuerza que se produce entre dos superficies en contacto y que se opone al resbalamiento
de un cuerpo sobre otro 13
Gripar accin de que se bloquea .
-
24
GRAF 9:Elementos susceptibles del lubricacin en el motor
Fuente: http://luis-luisibarra.blogspot.com/2011/06/sistemas-de-lubricacion-del-
motor-otto.html
Al utilizar un lubricante (aceite motor) entre piezas que se mueven en contacto, el
rozamiento entre ellas ser ms suave, el trabajo absorbido ser menor y, por tanto,
sern menores las prdidas la energa transformada en calor. Esta pelcula de aceite,
que se interpone entre las superficies de contacto, queda dividida en tres capas; dos de
ellas se adhieren por capilaridad a las superficies metlicas que impregnan, mientras
la tercera capa, o capa intermedia, hace de cojinete comn, en forma de cojn
hidrulico, entre las superficies sometidas a presin, con lo que disminuye el roce
entre ellas y se amortiguan los ruidos por golpeteo durante su funcionamiento. La
-
25
superficie de las piezas del motor por muy lisas y pulidas que estn, no son
perfectamente planas, por lo que no queda otro remedio que utilizar un lubricante.
GRAF:10 Formacin de pelcula de aceite
Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm
A pesar del uso del sistema de aceite en el motor sigue habiendo resistencias pasivas
que absorben cierta potencia al motor. Esta resistencia depende del espesor de la capa
de aceite y de la fluidez del mismo, as como de la forma y estado de las superficies
en contacto. Estas resistencias pasivas se transforman en calor, que es absorbido por
el aceite, el cual necesita ser refrigerado para que no se transmita a las piezas en
movimiento.
2.5.1.-Misin principal del aceite:
Lubricar las piezas en contacto por medio de la interposicin de una pelcula de
aceite, para que el rozamiento entre ellas sea lo ms suave posible y as evitar
prdidas de potencia por rozamientos.
Absorber el calor producido por los rganos en movimiento y transportarlo al crter
donde es refrigerado.
-
26
Amortiguar los golpes en las piezas sometidas a desplazamientos por la accin de
empuje de otros elementos, como son: muequillas, apoyos de bancada, etc.,
eliminando a la vez los ruidos procedentes del golpeteo.
Efectuar la limpieza de los rganos en contacto al arrastrar en su recorrido las
partculas procedentes de la accin esmeriladora entre ellos, limpiando adems las
paredes de los cilindros de partculas de carbn adheridas a ellos procedentes de la
combustin.
Efectuar, por ltimo, una accin de sellado en los segmentos, haciendo hermtica la
cmara de compresin.
2.5.2.-Aceites de lubricacin
Los aceites empleados en la lubricacin de los motores son generalmente aceites
minerales, aunque desde hace unos aos tambin se utilizan los aceites sintticos. Los
aceites minerales se obtienen de la destilacin de petrleo bruto. El aceite de engrase
para motores est sometido a elevadas temperaturas y presiones, lo cual hace que
tiendan a descomponerse, anulando as sus propiedades lubricantes; por tanto, la
calidad de estos aceites debe ser tal que no se quemen ni deterioren. Para ello se
emplean los aceites minerales base, obtenidos del petrleo, mezclados con aditivos
que mejoren sus cualidades.
Los aditivos principales que se aaden al aceite de motor son los: antioxidantes,
anticorrosivos, detergentes y dispersantes.
Los antioxidantes: disminuyen la tendencia del aceite a degradarse por
oxidacin al contacto por el aire.
Los anticorrosivos: evitan que las piezas del motor en contacto con el aceite
degradado se oxiden.
Los detergentes: tienen la funcin de limpiar las superficies y evitar la
acumulacin de lodos y barnices.
-
27
Los dispersantes: evitan la acumulacin de partculas y residuos que se
depositan en el crter y los mantienen en suspensin hasta el cambio de aceite.
2.5.3.-Caracteristicas fsicas y qumica de los aceites
El aceite para un motor debe cumplir ciertas caractersticas fsicas y qumicas muy
especficas. Las caractersticas que definen el aceite de motor son:
Viscosidad
La viscosidad14
se define como la resistencia que opone un lquido a fluir por un
conducto. Esta caracterstica es muy importante en los aceites de engrase y debe ser la
adecuada para que cumplan perfectamente la misin encomendada, ya que si el aceite
es muy fluido llenar perfectamente los espacios y holguras entre las piezas en
contacto, pero en cambio, debido a su excesiva fluidez, soportara con dificultad las
cargas y presiones a que debe estar sometido y no eliminara los ruidos de
funcionamiento. Por el contrario, si el aceite es muy viscoso, soportara perfectamente
la presin, pero fluir mal por los conductos de engrase, llenara con dificultad el
espacio entre las piezas y la bomba y necesitara, adems, un mayor esfuerzo para su
arrastre, obligando a consumir mayor energa al motor y ocasionando un mayor
calentamiento del mismo.
Adherencia o untuosidad
La adherencia se define como la capacidad que poseen los aceites de adherirse a las
superficies que impregnan. Esta propiedad en los aceites permite mantener en las
superficies de las piezas en movimiento una pelcula constante de aceite, con lo que la
lubricacin de las mismas es permanente.
Para aumentar la adherencia de los aceites minerales obtenidos del petrleo se aade
como aditivo y en pequeas proporciones, aceites vegetales que poseen gran
adherencia, como son los aceites de palma y de colza.
14
Viscosidad resistencia que tienen a una sustancia moverse.
-
28
Punto de congelacin
Se llama punto de congelacin a la temperatura ms baja a la cual solidifica un aceite.
Esta temperatura en los aceites de motor debe lo ms baja posible para que conserven
la suficiente fluidez con temperaturas extremas de funcionamiento.
Punto de inflamacin
Se conoce como punto de inflamacin en los aceites la temperatura mnima a la que
se inflaman sus vapores en contacto con un punto incandescente. Los aceites
utilizados en motores suelen tener un punto de inflamacin muy alto; del orden de los
240C.
Estabilidad qumica
Es la capacidad que tienen los aceites de permanecer inalterables con el tiempo a la
oxidacin y a la descomposicin. Para evitar la descomposicin del aceite se aaden
aditivos como hemos dicho en el apartado anterior.
Actualmente en los motores se utilizan, adems, de los aceites de base mineral, los
aceites sintticos y semisinteticos.
Aceites minerales: se obtienen de la destilacin del petrleo bruto.
Aceites sintticos: tienen un contenido mnimo de bases minerales del petrleo
modificadas en laboratorios para balancear su composicin molecular y dar
propiedades diferentes a las bases minerales. Son hechas por procesos qumicos
donde se reestructuran las molculas para que se conviertan en estructuras ms
estables y por ende menos influenciadas a reaccionar adversamente ante otros
compuestos. Los lubricantes sintticos15
tienden a no contener tomos de carbono
sueltos que reaccionan. Estos carbones reaccionan combinndose con el oxgeno
creando as cidos dentro del motor. Los lubricantes sintticos son diseados para
hacer su trabajo eficientemente sin tener recurrir a los aditivos y compuestos que
acompaan a los lubricantes minerales. 15
Sinttico obtenido por procedimientos mecnicos, electrnicos o industriales y que imita otro
-
29
Aceites semisinttico: son una mezcla de un aceite mineral con uno sinttico. Se
mejoran las cualidades del aceite con respecto a los minerales pero sin llegar a la
calidad del aceite sinttico.
2.5.4.-Clasificacin de los aceites
Los aceites se clasifican principalmente:
Por la viscosidad
Por las condiciones de servicio
Clasificacin por viscosidad
La viscosidad o grado de viscosidad, viene determinada actualmente por SAE
(Society of Automotive Engineers - Sociedad Norteamericana de ingenieros del
automvil). Esta clasificacin relaciona la viscosidad con la temperatura de uso de un
aceite. Consta de 10 grados SAE, los seis primeros, de 0 a 25, van acompaados de la
letra W (Winter - invierno).
Los distintos grados de viscosidad indican la temperatura mnima a la que puede
utilizarse dicho aceite conservando un estado que le permita fluir por los conductos a
la presin adecuada y llegue a todos los puntos del motor que necesitan de engrase
incluso durante el arranque cuando el motor todava esta fro.
De acuerdo al grado SAE de viscosidad los aceites se clasifican en :
Aceites Monogrado: se caracterizan porque tienen solo un numero o grado de
viscosidad (p. ej. 10W). Este nmero indica los mrgenes de temperatura dentro de
los cuales dicho aceite tiene un buen comportamiento. Cuando el nmero o grado
viene acompaado de la letra W (Winter) 16
indica que el aceite permite un fcil
arranque del motor en tiempo fro (temperatura por debajo de 0C). Acorde con la
temperatura del medio ambiente por debajo de 0C, se selecciona el grado SAE que
acompaa a la letra W, ya que cada uno de estos grados est en funcin de dicha
16
Winter invierno
-
30
temperatura. Los otros grados SAE que no traen la letra W se emplean para
operaciones en clima clido y bajo condiciones severas de funcionamiento.
Este tipo de aceite es adecuado para zonas donde la temperatura ambiente no sufre
variaciones importantes.
Aceite Multigrado: este aceite tiene ms de un grado de viscosidad SAE (p. ej.
15W40). Poseen un alto ndice de viscosidad lo cual les da un comportamiento
uniforme a diferentes temperaturas, tanto en clima fro con el clima clido, por lo que
les hace ms adecuados en climas donde vara mucho la temperatura de verano a
invierno.
GRAF 11: Aceites multigrados numeracin
Fuente:http://www.machinerylubrication.com/ComofuncionaunAceiteMultigrado.asp
2.5.5.-Sistemas de lubricacin
Se ha visto la importancia y necesidad de la lubricacin en el motor para reducir los
rozamientos entre piezas, que provocan perdidas de potencia y un deterioro
prematuro de las piezas del motor. Los elementos del motor que estn sometidos a
friccin y que, por tanto, se deben lubricar son:
Los rganos en rotacin
Los apoyos y las muequillas del cigeal
Los apoyos del rbol de levas y las levas
Los engranajes o la cadena de distribucin
Los rganos deslizantes
-
31
Los pistones en los cilindros
Las vlvulas en sus guas
Los rganos oscilantes
Los pies de bielas
Los balancines
GRAF 12: Elementos del motor con lubricacin a presin
Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm
2.5.5.2.-Tipos de lubricacin
Los sistemas de engrase empleados hasta la actualidad en la lubricacin de los
motores son los siguientes:
Engrase por barboteo
Engrase a presin
Engrase mixto
Otros tipos de engrase
-
32
a).-Lubricacin por barboteo
Este sistema de lubricacin por borbote, actualmente en desuso, consista en que las
cabezas de las bielas llevaban unas pequeas cucharillas con un conducto en el fondo
que llegaba hasta al cojinete de biela, a travs del cual y por los conductos del
cigeal se lubricaban los cojinetes de bancada y rbol de levas. Cuando la
muequilla estaba en el punto inferior, la cucharilla se sumerga en el aceite
depositado en el crter y, al ascender, se llevaba una pequea cantidad de aceite que
penetraba por el conducto de engrase del cojinete.
El resto del aceite, por la fuerza centrfuga 17
del movimiento, ser lanzado contra las
paredes del cilindro y dems superficies externas en movimiento que, al escurrir,
penetraba por unos conductos que llegaban hasta los cojinetes de bancada y rbol de
levas
GRAF 13: Esquema de lubricacin por borboteo
Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm
17
Fuerza centrfuga es una fuerza ficticia que aparece cuando se describe el movimiento de un cuerpo
en un sistema de referencia en rotacin.
-
33
b).-Lubricacin a presin
El engrase a presin consiste en mandar aceite, por medio de una bomba, a todos
aquellos puntos donde se necesita la lubricacin, asegurando, de esta forma, la
alimentacin constante de aceite a los elementos anteriormente citados, para lo cual la
bomba suministra el suficiente caudal a la presin requerida.
c).- Lubricacin mixta
El sistema mixto, actualmente utilizado en todos los motores modernos, consiste en
combinar las ventajas del engrase a presin y barboteo, lubricando a presin los
apoyos del cigeal, rbol de levas, cojinetes de biela y balancines y engrasando por
barboteo los cilindros y superficies externas de los elementos en movimiento.
d).-Otros tipos de lubricacin:
Lubricacin por mezcla
Este tipo de lubricacin se utiliza en motores de 2 tiempos destinados principalmente
a motocicletas. Consiste en mezclar el combustible, normalmente gasolina con un 2,5
a 5% de aceite, de esta manera durante la carrera de admisin del motor el aceite es
aspirado junto con el combustible, pero al vaporizase este, debido a la temperatura
interna, el aceite queda libre y se deposita sobre las superficies de las piezas del
motor a la cuales lubrica.
La ventaja de este sistema es su sencillez, ya que no lleva bomba de engrase, ni
circuito de engrase
Lubricacin por crter seco
Poco empleado en automviles, se usa ms en motocicletas y motores de aviacin. Su
principal caracterstica es que el depsito de aceite, est situado fuera del crter Una
tubera lleva el aceite por gravedad a la bomba de engrase que lo reparte por el
circuito de aceite a presin a todas las piezas que necesitan lubricacin. La niebla
aceitosa se forma igual que en los sistemas de lubricacin anteriores, aunque es
-
34
menos densa. El aceite que rebosa de los cojinetes y el que resbala por las paredes
internas del motor, caen al fondo del crter, donde una segunda bomba la recoge y lo
enva por otro tubo, nuevamente al depsito.
Este sistema de lubricacin tiene la ventaja principalmente de una mejor refrigeracin
del aceite
GRAF 14: Esquema de un sistema de lubricacin por crter seco
Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm
2.5.6.-Elementos que componen el sistema de lubricacin
Los circuitos de lubricacin a presin, instalados actualmente en los motores, estn
formados por una serie de elementos cuya misin es hacer que el aceite llegue, con la
suficiente presin y limpieza, a los puntos a lubricar, manteniendo la circulacin del
mismo dentro unos lmites de fluidez para un mejor refrigeracin de los elementos
lubricados.
Los elementos empleados para mantener estas condiciones de lubricacin en el
circuito son los siguientes:
-
35
Bomba de aceite: movida por el propio motor, con capacidad suficiente para
mantener el caudal y la presin necesaria en el circuito.
Vlvula de descarga: empleada para mantener la presin constante del aceite de en el
circuito. Sistema de filtrado y depurado de aceite: sirve para mantener el aceite limpio
de impurezas.
GRAF 15: Despiece del sistema de lubricacin.
Fuente: Manual de reparacin Toyota 3SGE
2.5.6.1.-Bombas de lubricacin
Entre las bombas de lubricacin ms utilizadas en la actualidad para motores de
explosin estn las siguientes
Bomba de engranajes.
Bomba de rotores o rodetes
Bomba de paletas
-
36
a).-Bomba de engranajes.
Est constituida por una carcasa de aleacin ligera, donde van alojados dos piones
engranados entre s, de los cuales uno, el conducido, gira loco en su eje "impulsado"
por el pin "conductor" que recibe movimiento generalmente del rbol de levas o
directamente de la distribucin. Los engranajes estn alojados en la carcasa cuya
forma interior se ajusta al contorno de estos, formando dos cmaras separadas, una de
aspiracin que comunica con el crter, y otra de presin, comunicada con el circuito
principal.
En su movimiento, los piones aspiran el aceite del crter, a travs del pre-filtro. Los
engranajes giran entre ellos en sentido contrario, de manera que transportan el aceite
en los espacios formados entre los dientes y las paredes de la carcasa, esto crea una
depresin en la cmara de aspiracin que absorbe el aceite del crter La acumulacin
de aceite en la cmara de salida origina la presin de aceite. La bomba de engranajes
tiene una constitucin sencilla, pero cuenta con el inconveniente de que a bajas
revoluciones tiene poco poder de aspiracin.
GRAF 16: Esquema de funcionamiento de los engranes de la bomba de aceite
Fuente : http://hitoriadelmotoragasolina.blogspot.com/2011/06/sistema-de-
lubricacion-averias-causas-y.html
-
37
b).-Bomba de rotores o rodetes
Est constituida por un rotor o pin conductor que mueve un rodete o rotor provisto
de una serie de entrantes interiores que engranan con los salientes del pin. Este
pin tiene un saliente menos que el rodete dando lugar a la formacin de dos
cmaras, una de aspiracin y otra de presin
GRAF 17: Despiece de una bomba de aceite a rodetes
Fuente: Manual de reparacin Toyota 3SGE
El giro del pin y del rodete hace que la cmara de admisin aumente absorbiendo el
aceite del crter En la cmara de compresin el espacio disminuye y el aceite es
impulsado a presin hacia el circuito principal de engrase. La principal ventaja de
esta bomba es su capacidad de generar altas presiones.
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GRAF 18: Funcionamiento de la bomba de rodetes
Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm
c).-Bomba de engranajes interiores.
Este tipo de bomba generalmente se monta directamente en el extremo del cigeal
que transmite su movimiento al pin conductor de la bomba. El funcionamiento de
la bomba es similar al de la bomba de engranajes. El sentido de giro de ambos
engranajes es el mismo y el aceite es transportado en el espacio que se forma entre los
dientes y la media luna por sus dos lados, desde la cmara de aspiracin hasta la de
presin. Este tipo de bomba tiene la ventaja de poder suministrar gran cantidad de
aceite desde bajas revoluciones del motor.
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GRAF 19: Esquema interior de una bomba de engranajes interiores
Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm
2.5.7.-Vlvula de descarga
Las bombas de engrase en su funcionamiento suministran una cantidad de aceite con
una presin que depende directamente del nmero de revoluciones del motor. Por este
motivo, puede llegar un momento en que la presin sea excesiva, ocasionando un
gasto intil de energa y un elevado riesgo de avera en la instalacin.
Para evitar los inconvenientes expuestos se instala en los motores una vlvula de
descarga, que se acopla en la misma bomba de engrase o en el circuito principal de
engrase, la cual cumple en el circuito tres misiones importantes:
Descargar al crter el aceite sobrante cuando el aumento de velocidad del motor hace
excesiva la presin proporcionada por la bomba.
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Regular la presin de aceite, ajustndola al estado y holguras del motor.
Servir como dispositivo de seguridad, ya que descarga el aceite al crter cuando por
obstruccin en las canalizaciones la presin suministrada por la bomba puede dar
lugar a sobrepresiones peligrosas en los conductos del motor.
El funcionamiento de la vlvula se basa en el desplazamiento de un pequeo mbolo
o bola, que cierra, por medio de la accin de un muelle tarado a la presin de aceite
que se necesita. Cuando la presin del aceite suministrado por la bomba sobrepasa un
valor determinado, la bola se desplaza venciendo la fuerza del muelle y parte del
aceite retorna al crter por un conducto alternativo.
La presin que proporciona la bomba de aceite, se puede regular desde el exterior por
medio de un tornillo, dando mayor o menor presin al muelle que empuja a la bola
hacia su posicin de cierre.
La presin de aceite en el motor vara entre 0,5 y 1 bar a ralent, y de 3 a 5 bar de
presin mxima medidas con el motor a temperatura de rgimen.
GRAF 20: Fuente de la vlvula de descarga
Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm
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2.5.8.-Filtrado de aceite
El aceite de lubricacin arrastra impurezas en forma de partculas de carbn y polvo
metlico procedente del desgaste de las piezas, impurezas que van quedando
depositadas en el aceite durante su accin lubricante y de limpieza, las cuales han de
ser retenidas para evitar que lleguen a los distintos puntos de engrase, donde
producirn una accin esmeriladora entre las superficies en contacto y que podran
taponar las ranuras y orificios de engrase en los cojinetes.
Con este fin se dispone en el circuito un sistema de filtrado que consiste en intercalar
en el mismo un filtro por donde pasa el aceite antes de llegar a las canalizaciones de
engrase y donde son retenidas las sustancias e impurezas que pueden llevar en
suspensin el aceite, con el objeto de que llegue limpio a los puntos de lubricacin.
El primer paso de filtrado se realiza a la entrada de la bomba, donde se coloca una
malla metlica, ms o menos tupida, llamada colador o pre-filtro, que retiene las
partculas ms gruesas que puede llevar en suspensin el aceite y que podran daar u
obstruir la bomba.
El segundo paso de filtrado, consiste en intercalar a la salida de la bomba un elemento
filtrante a travs del cual se purifica el aceite de engrase. Segn la disposicin de este
elemento en el circuito, el sistema de filtrado puede ser en "derivacin" o en "serie".
2.5.8.1.-Filtros de aceite
Como elemento filtrante se utiliza una lmina de material textil o plstico poroso
(llamado "papel filtrante", aunque no es un papel corriente), que se dobla en forma de
acorden, para que presente mucha superficie al aceite, a cuyo paso opone as poca
resistencia. En caso de que obstruyera por suciedad o avera el elemento filtrante, una
vlvula by-pass dejara paso al aceite para que no se quede el motor sin lubricacin.
Los filtros tienen forma de cartucho y va alojado dentro de un recipiente o carcasa
metlica, con los orificios de entrada y salida de aceite, cuya forma y acoplamiento al
motor varia de unos a otros segn el diseo del fabricante. Esto filtros van adosados
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en la parte exterior del motor, con fcil acceso al mismo para poder ser recambiados
con facilidad
GRAF 21: Filtro de aceite
Fuente: manual de reparacin Toyota 3SGE
GRAF 22: Vista interna del filtro de aceite
Fuente: http://www.mecanicavirtual.com.ar/p/el-filtro-de-aceite.html
2.5.9.-El mono contacto (bulbo de presin de aceite)
Se coloca en el circuito principal de engrase roscado en el bloque motor, su misin es
detectar si hay presin en el circuito. El mono contacto est constituido por una
membrana que recibe la presin del aceite por una de sus caras y por la otra mueve
unos contactos metlicos que cierran un circuito elctrico. El circuito elctrico
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enciende o apaga la lmpara de presin de engrase situada en el tablero de
instrumentos.
Con el motor parado el contacto elctrico est cerrado por lo que la lmpara
indicadora est encendida. Con el motor en funcionamiento la presin del aceite
empuja la membrana del mono contacto, separando los contactos elctricos por lo que
la lmpara indicadora se apaga. La presin mnima del aceite para que el engrase del
motor sea adecuada esta entre 0,3 y 0,7 bar. En caso de que la lmpara indicadora no
se apague con el motor en marcha es imprescindible parar el motor para que no sufra
averas graves.
[Arias Paz:2006][Albarracin:2000] [Martins:2008] [Scott:2006]
GRAF 23: Esquema y funcionamiento del bulbo de presin de aceite
Fuente: http://ehtmotors.com/opssensor.php?go=6
2.6.-Anlisis de aceite
El principal parmetro que determina la vida til de un motor de combustin interna
es el lubricante, el mismo que est compuesto usualmente de uno o dos tipos de
aceites bsico ms un paquete de aditivos, para seleccionar un aceite de motor, se
recomienda guiarse por el manual del fabricante de dicha mquina, en donde se
indicar la viscosidad y el nivel de servicio o calidad que deber tener el lubricante
seleccionado. Depender de la correcta seleccin del lubricante que el desgaste de las
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piezas del motor est dentro de un rango normal, esto se obtiene en base al anlisis
del aceite usado en el motor, determinando la concentracin, en partes por milln, de
los elementos de desgaste de las piezas del motor como: hierro, cobre, cromo,
aluminio, plomo y silicio.
El anlisis del aceite usado en el motor, es una herramienta del mantenimiento del
motor muy til, puesto que, permite predecir problemas, antes de que estos sucedan,
evitando reparaciones mayores o innecesarias, permite programar reparaciones
pequeas, ayuda a reducir y aprovechar el tiempo inactivo, reduce costos, vigila y
mejora el programa de mantenimiento, permite obtener el mayor rendimiento del
lubricante, extendiendo los intervalos de drenaje o cambio de aceite, al determinar
elementos contaminantes como: residuos metlicos del desgaste de piezas del motor,
polvo, niveles de holln, oxidacin y azufre en el lubricante, presencia de agua o
combustible.
Finalmente, se exponen varios casos en los que se ha realizado el anlisis del aceite
usado, llegando por distintos motivos a la condenacin del aceite de motor, es decir,
concluy la vida til del lubricante, porque uno o varios de los agentes
contaminantes, sobrepaso los lmites permitidos, se describe en los casos de anlisis,
la situacin y caractersticas de operacin del motor, el problema de condenacin del
lubricante, las posibles causas y consecuencias, adems de las conclusiones y
recomendaciones para cada uno de los ejemplos.
2.6.1.-Aditivos lubricantes y sus propiedades
Como aditivos lubricantes se entienden aquellos compuestos qumicos destinados a
mejorar las propiedades naturales de un lubricante y conferirle otras que no poseen y
que son necesarias para cumplir su cometido.
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2.6.2.-Propiedades Generales de los Aditivos
Los aditivos se incorporan a los aceites en diversas proporciones, desde partes por
milln, hasta el 20% 25% en peso de algunos aceites de motor, especialmente
lubricantes multgrado.
Fundamentalmente, los aditivos persiguen los siguientes objetivos:
Limitar el deterioro del lubricante a causa de fenmenos qumicos
ocasionados por razn de su entorno o actividad.
Proteger a la superficie lubricada de la agresin de ciertos contaminantes.
Mejorar las propiedades fsico-qumicas del lubricante o proporcionarle otras
nuevas.
2.6.3.-Componentes de desgaste del motor
Es de gran importancia, conocer los componentes metlicos de los que estn
constituidas las diferentes partes de un motor, para luego determinar a travs de un
anlisis de aceite usado los posibles elementos que podran tener un desgaste
acelerado y tomar las debidas acciones correctivas18
; entre los principales elementos
tenemos:
Hierro (Fe).- Camisas de cilindros, engranajes, manivela o rbol de levas, pasadores
de biela, bomba de aceite, tren de vlvulas, compresor de aire, seguidor de levas.
Cobre (Cu).- Bujes o cojinetes, turboalimentador, regulador, bomba de aceite,
pasador de biela, balancn, eje de rodillo de leva, compresor de aire, bomba de
inyeccin de combustible, engranajes de sincronizacin o engranaje intermedio,
bomba de agua, mando de bomba de aceite, engranaje impulsor del medidor de
servicio, cojinete de empuje, aditivos del aceite.
Cromo (Cr).- Cojinetes de rodillos / bolas, compresor de aire, anillos de pistn,
vlvulas de escape, cigeal.
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Correctivas accin de corregir o subsanar
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Aluminio (Al).- Cojinetes de bancada, cojinete de biela, cojinete de rbol de levas,
cojinete de balancn, cojinete de empuje de cigeal, soporte de balancn, cojinete de
bomba de aceite, cojinete de engranaje de sincronizacin, pistones de compresores de
aire, levantador de vlvula de inyector de bomba de combustible, entrada de polvo
(suelo arcilloso).
Plomo (Pb).- Revestimiento de cojinetes de bancada y de biela, revestimiento de
cojinetes de rbol de levas, cojinetes del turboalimentador.
Molibdeno (Mo).- Aros superiores (algunos motores), grasa con contenido de
molibdeno.
Slice (Si).- Entrada de tierra, grasa con contenido de slice, aditivo antiespumante.
Sodio (Na).- Escape del enfriador, entrada de agua, condensacin, aditivo del aceite.
2.6.4.-Pruebas a realizar en la muestra de aceite
a).-Anlisis de Desgaste
El anlisis de desgaste se hace con un espectrofotmetro. Esencialmente, la prueba
vigila el ritmo de desgaste de un componente determinado, identificando y midiendo
la concentracin de elementos de desgaste del motor en el aceite, elementos como:
cobre, hierro, cromo, plomo, aluminio, silicio, sodio, calcio, magnesio, zinc, etc.
Basados en datos conocidos de concentracin normal se establecen lmites mximos
de los elementos de desgaste. Despus de tomar por lo menos tres muestras de aceite,
se establecen las tendencias de los diferentes elementos de desgaste de un motor
determinado. Se puede identificar el riesgo de fallas cuando las tendencias difieren de
la norma establecida.
b).-Pruebas Qumicas y Fsicas
Las pruebas qumicas y fsicas detectan agua, combustible y anticongelante en el
aceite, y determinan si las concentraciones exceden los lmites mximos establecidos.
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La presencia y cantidad aproximada de agua se detectan por la prueba de
hisp rr t . S coloca una gota de aceite en una plancha caliente a una
temperatura entre 230 y 250F. Si se forman burbujas es una indicacin de agua
(0,1% a 0,5% es la gama aceptable), siendo 0,5% el lmite mximo.
La presencia de combustible se determina con un probador de destello, en el cual la
muestra de aceite es calentada gradualmente hasta obtener una mezcla de aire y
combustible evaporados que al ponerse en contacto con una flama produce un
destello. Se calibra el probador para cuantificar el porcentaje de combustible ( 4% es
la concentracin mxima permisible de combustible).
La presencia de anticongelante se determina con una prueba qumica, (cualquier
indicio que se encuentre es inaceptable). Algunos aceites nuevos dan una indicacin
de glicol. Si se detecta la presencia de glicol19
, se observa si aumenta la presencia de
sodio en los aditivos suplementarios de refrigerante. Se debe tambin probar el aceite
nuevo para ver si contiene glicol.
C.-Anlisis del Estado del Aceite
El estado del aceite se determina haciendo un anlisis infrarrojo; esta prueba
determina y mide la cantidad de contaminantes como holln, azufre y productos de
oxidacin y nitracin, aunque puede tambin detectar la presencia de combustible,
agua y anticongelante en el aceite.
Para poder hacer un diagnstico preciso, el anlisis infrarrojo20
debe ir siempre
acompaado por el anlisis de desgaste y las pruebas qumicas y fsicas. El anlisis
infrarrojo sirve tambin para adaptar (reducir, mantener o extender) los intervalos de
cambio de aceite de acuerdo a las condiciones de operacin y aplicaciones
determinadas.
2.6.5.-Condenacin de un aceite de motor
19
Glicol sustancia denominada anticongelante aumenta el nivel ebullicin del agua. 20
Infrarrojo radiacin del espectro luminoso que se encuentra por debajo del rojo visible y es de mayor
longitud de onda. Se caracteriza por sus efectos calorficos:
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S uti iz trmi i u it , p r i i r qu u ri t h
sobrepasado los lmites mximos de contaminacin y dicho lubricante debe ser
removido o cambiado cuanto antes, puesto que sus propiedades fsicas, qumicas han
sido alteradas y no le permiten realizar su labor a cabalidad, notndose en un
incremento en el desgaste del motor.
a).-Desgaste de Metales
La condenacin de un aceite de motor se realiza cuando uno o varios parmetros de
desgaste, exceden los lmites o las tolerancias recomendadas por el fabricante de
equipo; cuando no se dispone de este tipo de informacin, se pueden establecer
tendencias de desgaste a travs del servicio del lubricante, esto es hacer un muestreo
peridico de la unidad hasta obtener resultados similares que permitan determinar
dichas tendencias.
b).-Holln
El holln es el residuo insoluble de combustible parcialmente quemado que puede
espesar el aceite, despojarlo de los aditivos y eventualmente taponar los filtros (4). El
holln se encuentra solamente en muestras del motor; las condiciones que pueden
contribuir a la acumulacin de holln son: elementos de filtro de aire taponados,
marcha en vaco excesiva, temperaturas fras del motor, paso de gases de los pistones
al crter, aceleracin excesiva o rpida, ajustes de la cremallera incorrectos,
operacin deficiente de inyectores de combustible o mala operacin del turbo