patrón costero polivalente

PATRÓN COSTEROPOLIVALENTE

Instituto de Investigación y Formación Agraria y PesqueraCONSEJERÍA DE AGRICULTURA, PESCA Y DESARROLLO RURAL

Sección Máquinas

PATRÓN COSTERO POLIVALENTE

SECCIÓN MÁQUINAS

Sevilla, 2015

Coordinador: Carlos Estéban García1

Autor: Jaime Ramón Aleñar

Edita y Publica: Junta de Andalucía. Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera

Serie: Pesca y Acuicultura. Formación.

D.L.: SE 1685 -2015

Diseño y Maquetación: Eva Merino Martínez2

Eloísa Amor Cruceyra2

Impresión: Servigraf Artes Gráficas S.L.

1 Instituto Andaluz de Investigación y Formación Agraria y Pesquera

2 Agencia de Gestión Agraria y Pesquera de Andalucía

Patrón Costero Polivalente. Sección Máquinas. / [Jaime Ramón Aleñar]. - Sevilla: Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural: Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera, 2015209 p. : il. ; 30 cm -- (Pesca y Acuicultura. Formación.)

Edición revisada y actualizada en febrero de 2015

Índice: UD 1: Motores Diésel y sus Elementos; UD 2: Motores Diésel de 4 y 2 Tiempos; UD 3: Componentes de un Motor; UD 4: Sistemas de Inyección. Bombas e Inyectores; UD 5: Arranque. Línea de Ejes. Motores Reversibles; UD 6: Conducción, Mantenimiento y Averías; UD 7: Averías; UD 8: Combustibles y Lubricantes; UD 9: Potencia, Rendimiento y Consumo; UD 10: Cuadros Eléctricos. Baterías. Generadores; UD 11: Sistemas Hidráulicos; UD 12: Servicios de Achique, Baldeo y Contraincendios; UD 13: Instrumentos de Medida Local y Remota; UD 14: Seguridad y Prevención de Riesgos en el Manejo de Maquinaria a Bordo.

D.L.: SE 1685 -2015Formación PesqueraAndalucía. Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo RuralAndalucía. Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera

PRESENTACIÓN

La práctica de la actividad pesquera desde embarcación está íntimamente relacionada a la propulsión de los buques. Sin ella, no se contempla la posibilidad de mantener una actividad pesquera viable desde el punto de vista técnico y económico. Las empresas armadoras pesqueras son conscientes de esta realidad y cada vez se interesan más por motores que respondan a las necesidades técnicas que tienen, así como por la contratación de profesionales bien formados que sean capaces de mantener y operar con los nuevos motores existentes en el mercado.

El Instituto Andaluz de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA), adscrito a la Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural tiene entre sus objetivos contribuir a la modernización del sector pesquero andaluz y a la mejora de su competitividad mediante la formación de los profesionales de este sector. El IFAPA es el organismo público de Andalucía competente para impartir la formación requerida por los profesionales del sector de la pesca.

La publicación del Decreto 36/2014 de 24 de Enero, del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, por el que se regulan los títulos profesionales del sector pesquero viene a dar un espaldarazo a las materias que componen las secciones de máquinas de los títulos polivalentes pesqueros (Patrón Local de Pesca y Patrón Costero Polivalente), ya que confirman la importancia que esta sección tiene para la Organización Marítima Internacional y el STCW-F 1995.

Este manual se ha realizado siguiendo las indicaciones del Convenio internacional de Formación sobre normas de formación, titulación y guardia para la gente del mar, en su forma enmendada. Con ello se ha dotado a la sección de máquinas del curso de Patrón Costero Polivalente, que tiene una duración de 200 horas, de un manual práctico y cercano al alumno que el docente va a utilizar para el desarrollo de sus clases.

Con este manual se cumple con la competencia del IFAPA de contribuir a la mejora de la competitividad y formación de los profesionales del sector pesquero, y al mismo tiempo se lanza una obra técnica de consulta para todas aquellas personas y profesionales de ámbito marino distinto al pesquero que requieran de informaciones técnicas sobre el funcionamiento, mantenimiento y la reparación de los motores marinos.

D. Jerónimo José Pérez Parra

Presidente del Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera

ÍNDICE

UNIDAD DIDÁCTICA 1: MOTORES DIÉSEL Y SUS ELEMENTOS ................................ 9

1.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA .........................91.2 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIÉSEL ..................... 101.3 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DIÉSEL ................................................................................111.4 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN UNA INSTALACIÓN MARINA ................................................12

UNIDAD DIDÁCTICA 2: MOTORES DIÉSEL DE 4 Y 2 TIEMPOS ............................ 17 2.1 DEFINICIONES ............................................................................................................................ 172.2 CICLO DE TRABAJO TEÓRICO DEL MOTOR DE 4 TIEMPOS .........................................................192.3 CICLO DE TRABAJO PRÁCTICO DEL MOTOR DIÉSEL DE 4 TIEMPOS ...........................................202.4 CICLO DE TRABAJO PRÁCTICO DEL MOTOR DIÉSEL DE 2 TIEMPOS ...........................................222.5 DIAGRAMA CIRCULAR DE REGULACIÓN .....................................................................................23

UNIDAD DIDÁCTICA 3: COMPONENTES DE UN MOTOR ..................................... 31

3.1 ÓRGANOS ESTÁTICOS Y MÓVILES ............................................................................................... 313.2 BANCADA. COJINETES DE BANCADA. BANDEJA ......................................................................... 313.3 CÁRTER. TAPAS DEL CÁRTER. BASTIDOR ...................................................................................323.4 CILINDRO. CONJUNTO O BLOQUE DE CILINDROS ......................................................................323.5 CAMISAS ....................................................................................................................................333.6 CULATA ......................................................................................................................................353.7 VÁLVULAS ..................................................................................................................................363.8 ACCIONAMIENTO DE VÁLVULAS. EJE DE CAMONES. DISTRIBUCIÓN ..........................................373.9 ÉMBOLO O PISTÓN .....................................................................................................................403.10 AROS O SEGMENTOS ................................................................................................................ 413.11 BIELA ........................................................................................................................................423.12 EJE DE CIGÜEÑALES ................................................................................................................433.13 VOLANTE DE INERCIA ...............................................................................................................453.14 CIRCUITOS PRINCIPALES DEL MOTOR ......................................................................................45

3.14.1 Circuito de refrigeración ...................................................................................................453.14.2 Circuito de lubrificación....................................................................................................473.14.3 Circuito de sobrealimentación ..........................................................................................493.14.4 Enfriadores ...................................................................................................................... 51

UNIDAD DIDÁCTICA 4: SISTEMAS DE INYECCIÓN. BOMBAS E INYECTORES .............57

4.1 CIRCUITO DE INYECCIÓN............................................................................................................574.2 INYECCIÓN Y PULVERIZACIÓN DEL COMBUSTIBLE .....................................................................584.3 DISTINTOS SISTEMAS DE INYECCIÓN .........................................................................................594.4 BOMBAS INYECTORAS ................................................................................................................60

4.4.1 Bomba de elementos en línea ...........................................................................................604.4.2 Bombas rotativas ..............................................................................................................624.4.3 Inyección con bomba individual PF ....................................................................................644.4.4 Sistema Common Rail CR .................................................................................................644.4.5 Sistema UPS .....................................................................................................................65

4.5 INYECTORES ..............................................................................................................................66

UNIDAD DIDÁCTICA 5: ARRANQUE. LÍNEA DE EJES. MOTORES REVERSIBLES .. 71

5.1 ARRANQUE DE LOS MOTORES ................................................................................................... 715.1.1 Arranque a mano ..............................................................................................................715.1.2 Arranque eléctrico .............................................................................................................725.1.3 Arranque por aire comprimido ...........................................................................................74

5.2 REDUCTORA. EMBRAGUE. LÍNEA DE EJES. BOCINA ................................................................... 755.2.1 Reductor Inversor ..............................................................................................................755.2.2 Embrague .........................................................................................................................775.2.3 Línea de Ejes ....................................................................................................................785.2.4 Bocina ..............................................................................................................................78

5.3 MOTORES REVERSIBLES.............................................................................................................79

UNIDAD DIDÁCTICA 6: CONDUCCIÓN Y MANTENIMIENTO ............................................85

6.1 CONDUCCIÓN DE UN MOTOR Y LOS SISTEMAS DE MÁQUINAS ..................................................856.2 PREPARACIÓN PARA LA PUESTA EN MARCHA ............................................................................856.3 CONTROL DE EQUIPOS EN FUNCIONAMIENTO EN UNA SALA DE MÁQUINAS .............................876.4 PLAN DE MANTENIMIENTO EN LOS MOTORES ..........................................................................90

UNIDAD DIDÁCTICA 7: AVERÍAS ..................................................................... 101

7.1 GENERALIDADES ....................................................................................................................... 1017.2 REGLAS GENERALES PARA EL MONTAJE, DESMONTAJE Y REPARACIÓN DE MOTORES............1027.3 AVERÍAS MÁS COMUNES: BÚSQUEDA DE DATOS Y DIAGNOSIS ................................................103

UNIDAD DIDÁCTICA 8: COMBUSTIBLES Y LUBRICANTES ................................ 113

8.1 GENERALIDADES ...................................................................................................................... 1138.2 COMBUSTIBLES LÍQUIDOS EMPLEADOS EN LOS MOTORES DIÉSEL ......................................... 1138.3 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LOS COMBUSTIBLES PARA MOTORES DIÉSEL .......... 1148.4 LUBRICANTES .......................................................................................................................... 1158.5 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LOS LUBRICANTES ................................................... 1168.6 CLASES DE LUBRICANTES ATENDIENDO A SU VISCOSIDAD ..................................................... 1178.7 CONTROL DE LUBRICANTES..................................................................................................... 118

UNIDAD DIDÁCTICA 9: POTENCIA, RENDIMIENTO Y CONSUMO ....................... 123

9.1 POTENCIA .................................................................................................................................1239.2 RENDIMIENTO ..........................................................................................................................1259.3 CONSUMO ................................................................................................................................127ANEXO. INTERPRETACIÓN DE CURVAS CARACTERÍSTICAS .............................................................130

UNIDAD DIDÁCTICA 10: CUADROS ELÉCTRICOS. BATERÍAS. GENERADORES .. 135

10.1 NOCIONES BÁSICAS DE ELECTRICIDAD .................................................................................. 13510.1.1 Términos relacionados con la electricidad .......................................................................135

10.2 DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE. CUADROS ELÉCTRICOS ......................................................... 13710.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LOS CUADROS ELÉCTRICOS ..........................................13710.4 APARATOS DE MANDO Y MANIOBRA ......................................................................................13810.5 APARATOS DE PROTECCIÓN Y CONTROL ...............................................................................13910.6 ACUMULADOR DE PLOMO. ELEMENTOS ................................................................................14110.7 ESTRUCTURA DE LA BATERÍA .................................................................................................14310.8 ALTERNADORES .....................................................................................................................144

10.8.1 Generadores de corriente alterna ...................................................................................14410.8.2 Alternadores .................................................................................................................14510.8.3 Elementos constitutivos de un alternador .......................................................................14710.8.4 Acoplamiento de alternadores .......................................................................................14810.8.5 Transformadores ...........................................................................................................14910.8.6 Rectificadores ...............................................................................................................149

UNIDAD DIDÁCTICA 11: SISTEMAS HIDRÁULICOS .................................................155

11.1 GENERALIDADES ..................................................................................................................... 15511.2 INSTALACIONES HIDRÁULICAS ............................................................................................... 15511.3 BOMBAS HIDRÁULICAS ........................................................................................................... 156

11.3.1 Bombas de engranajes rectos ........................................................................................ 15711.3.2 Bomba de paletas .......................................................................................................... 158

11.4 MOTORES HIDRÁULICOS ......................................................................................................... 15811.5 CILINDROS HIDRÁULICOS ....................................................................................................... 15911.6 DISTRIBUIDORES .................................................................................................................... 16011.7 VÁLVULA DE SEGURIDAD ........................................................................................................ 16111.8 TANQUES ................................................................................................................................ 16211.9 FILTROS .................................................................................................................................. 16311.10 TUBERÍAS .............................................................................................................................. 16311.11 FLUIDOS HIDRÁULICOS ......................................................................................................... 16411.12 MANTENIMIENTO .................................................................................................................. 16511.13 AVERÍAS ................................................................................................................................ 165

UNIDAD DIDÁCTICA 12: SERVICIOS DE ACHIQUE, BALDEO Y CONTRAINCENDIOS . 177

12.1 SERVICIOS DE ACHIQUE ......................................................................................................... 177

UNIDAD DIDÁCTICA 13: INSTRUMENTOS DE MEDIDA LOCAL Y REMOTA ............... 183

13.1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 18313.2 MEDIDAS LOCALES ................................................................................................................183

13.2.1 Instrumentos para medir la temperatura ........................................................................18313.2.2 Instrumentos para medir la presión ...............................................................................18413.2.3 Instrumentos para medir la velocidad angular ................................................................185

13.3 MEDIDAS REMOTAS ...............................................................................................................18613.3.1 Instrumentos para medir la temperatura ........................................................................18613.3.2 Instrumentos para medir la presión ...............................................................................187

UNIDAD DIDÁCTICA 14: SEGURIDAD Y PREVENCIÓN DE RIESGOS EN EL MANEJO DE

MAQUINARIA A BORDO ................................................................................... 191

14.1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 19114.2 CONCEPTOS BÁSICOS ............................................................................................................ 19114.3 AGENTES PRODUCTORES DE RIESGO .....................................................................................19214.4 CONSIDERACIONES EN LA SALA DE MÁQUINAS .....................................................................19214.5 PROTECCIONES PERSONALES ...............................................................................................193

14.5.1 Protección para los pies ................................................................................................19314.5.2 Protección para la cabeza .............................................................................................19414.5.3 Protección para las manos ............................................................................................19414.5.4 Protección para los ojos ................................................................................................19414.5.5 Protección de las vías respiratorias ................................................................................195

RESPUESTAS A LAS AUTOEVALUACIONES ...................................................... 203

GLOSARIO DE TÉRMINOS RELACIONADOS CON EL TEMA ............................... 204

Unidad didáctica 1. Motores Diésel y sus Elementos

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UNIDAD DIDÁCTICA 1

MOTORES DIÉSEL Y SUS ELEMENTOS

1.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN

INTERNA

Los motores diésel y de explosión (o de gasolina) son máquinas térmicas. Esto significa que transforman el calor (energía calorífica) procedente de quemar un combustible, en energía mecánica (movimiento) para accionar dispositivos como la hélice propulsora, los generadores eléctricos, los sistemas hidráulicos, etc.

En el siguiente dibujo se muestra de una forma muy simple, cómo se produce esta transformación de energía.

Así, los motores a bordo de los buques queman combustible que genera gran cantidad de calor y una onda expansiva. Esta presiona la cabeza de un pistón deslizante, desplazándolo en un movimiento rectilíneo que no es aprovechable, así que mediante un sistema de biela-manivela, se transforma en movimiento circular, lo que permitirá mover la hélice.

Figura 1. Transformación de energía calorífica en energía mecánica

1 2 3

4 5

Combustible + oxígeno + llama Explosión (calor) Onda expansiva (gases calientes)

Fuerza expansiva La fuerza expansiva desplaza los bloques del muro

PATRÓN COSTERO POLIVALENTE. SECCIÓN MÁQUINAS

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Cuanto más calor se genere, ya sea quemando más combustible o utilizando un combustible de mayor rendimiento, mayor será la potencia del motor. Los motores actuales tratan de mejorar el proceso de combustión para que se genere la mayor cantidad de calor posible mediante cámaras de combustión especiales, sistemas de inyección de combustible mejorados y otros, que redundará en un menor consumo de combustible de los motores.

La fuerza de los gases expansionándose empuja al pistón obligando a descender a la biela, la cual hace girar el cigüeñal (manivela).

Al llegar la fuerza al cigüeñal se genera un par motor y potencia, que se aprovecha para mover la hélice.

Así, los motores disponen de cilindros cerrados por su parte superior (culata) y pistones que aprovechan los gases calientes de la combustión.

1.2 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE FUNCIONAMIENTO DEL

MOTOR DIÉSEL

Todos los motores siguen un proceso para poder transformar calor en trabajo, que en esencia consiste en:

a) Se introduce aire de la atmósfera en el interior de los cilindros.b) El aire se comprime para que alcance una elevada temperatura (fuerte rozamiento entre partículas).c) Se introduce el combustible en el cilindro.d) El combustible arde en contacto con el aire muy caliente que hay dentro de los cilindros.e) La fuerza de los gases de la combustión empuja bruscamente a los émbolos (pistones), que se

mueven.f) Los gases resultantes de quemar el combustible (gases de escape), salen al exterior.

La característica fundamental de un motor diésel, y que lo diferencia de otros tipos de motores, es la forma de quemar el combustible (encendido).

Todos comprendemos que si acercamos una llama a la gasolina, esta comienza a arder, y así funcionan los motores de explosión: una chispa en la bujía actúa como llama que hace arder al combustible. En cambio, los motores diésel no poseen bujías ni ningún dispositivo para que el gasoil empiece a quemarse. Se basan en el principio de que si la temperatura que rodea al combustible se eleva y sobrepasa un límite (temperatura de autoencendido), el combustible comienza a arder espontáneamente, sin necesidad de llama alguna.

Los motores diésel aspiran aire de la sala de máquinas comprimiéndolo dentro del cilindro. Al comprimirse, las moléculas de los elementos que componen el aire comienzan a rozarse entre sí, lo que hace que suba su temperatura por fricción, hasta sobrepasar la temperatura de autoencendido. Cuando esto ocurre, al introducir el gasoil mediante un inyector, este se quema espontáneamente.


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1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DIÉSEL

Los motores diésel se pueden clasificar en función de varios criterios:

�� Atendiendo al número de carreras: motores de dos tiempos y de cuatro tiempos.�� Atendiendo al número de cilindros: monocilíndricos, bicilíndricos, tricilíndricos, y, en general,

policilíndricos.�� Atendiendo a la posición de los cilindros: en línea, en uve, cilindros opuestos y otras poco corrientes.�� Atendiendo al tipo de pistón: motor de tronco y motor de cruceta.�� Atendiendo a la aspiración de aire: aspiración natural (atmosférico) y sobrealimentado (el más corriente

es el turboalimentado).�� Atendiendo a la inyección: directa e indirecta (cámaras de precombustión, etc.).

Figura 2. Distintos tipos de motores diésel

Monocilíndrico Bicilíndrico Tricilíndrico

En línea En uve Opuestos

Tronco Cruceta

Aspiración natural Sobrealimentado


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1.4 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN UNA INSTALACIÓN MARINA

A lo largo de este manual se desarrollará todo el contenido referente a los elementos que componen la instalación.

Las instalaciones marinas varían mucho de un barco a otro, ya que estas se adaptan al tipo de buque. Así, serán distintas en un pesquero, en un barco de cabotaje o en uno de pasaje.

Instalación propulsora

Compuesta por:

�� Motores propulsores: diésel, gasolina, turbinas de gas, turbinas de vapor, etc.�� Propulsor: hélice convencional, hélice de alto rendimiento, hélice entubada, hidrojet, etc.

Generación y distribución de energía eléctrica

Encontramos los siguientes elementos:

�� Generadores: alternadores, dinamos. �� Cuadros y líneas de distribución: cuadro principal, cuadros de mando, de mando y control, de

distribución, de emergencia, etc.

Servicios

Se incluyen los siguientes:

�� De combustible: tanques, filtros, depuradoras, etc., dependiendo del tipo y tamaño de la máquina.�� De refrigeración: bombas de agua dulce y salada, enfriadores, etc.�� De lubricación: bombas, filtros, etc.�� Sistema hidráulico: bomba, tanques, filtros, líneas, etc.�� De lastre: bombas y tanques para variar la escora y asiento (solo en barcos grandes).�� Contraincendios: bombas, instalaciones de gas, etc. (baldeo).�� De achique: bombas, filtros, etc.�� De frío: compresores, evaporadores, etc. (especialmente en barcos frigoríficos). �� Otros: vapor, agua potable, aire acondicionado (sobre todo en buques de pasaje), etc.

Conforme el barco se va haciendo más grande y polivalente, la instalación se va complicando, apareciendo nuevos servicios. Incluso dentro de los buques de pesca, estos difieren dependiendo de si se trata de un barco de pesca local, de altura o de gran altura.


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RESUMEN

El funcionamiento de cualquier motor se basa en transformar la energía calorífica (calor) en energía cinética (movimiento).

En un motor diésel el calor necesario para la combustión lo aporta la fricción entre partículas de aire en contacto con el combustible. El encendido se basa en el principio de que si la temperatura que rodea al combustible se eleva y sobrepasa un límite (temperatura de autoencendido), el combustible comienza a arder espontáneamente.

Las partes del motor están diseñadas y montadas de forma que los gases de la combustión presionan al pistón, que al deslizarse desencadena el movimiento del resto de piezas hasta mover los elementos propulsores del buque.

Los motores se clasifican en distintos tipos según diferentes criterios que tienen que ver con las partes de las que constan y la forma en que están dispuestas en el motor.

En las siguientes unidades didácticas se estudiará con detalle el funcionamiento y los elementos que intervienen en una instalación marina.


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AUTOEVALUACIÓN

1. Elige la opción correcta:

a) Los motores diésel y de explosión (o de gasolina) son máquinas térmicas, que transforman el calor (energía calorífica) procedente de quemar un combustible, en energía mecánica (movimiento).

b) Los motores diésel (o de explosión) y de gasolina son máquinas térmicas, que transforman el calor (energía calorífica) procedente de quemar un combustible, en energía mecánica (movimiento).

c) Los motores diésel (o de explosión) y de gasolina son máquinas térmicas, que transforman la energía mecánica (movimiento) procedente de quemar un combustible, en calor (energía calorífica).

d) Los motores diésel y de explosión (o de gasolina) son máquinas térmicas, que transforman la energía mecánica (movimiento) procedente de quemar un combustible, en calor (energía calorífica).

2. Elige verdadero o falso:

�� Mediante un sistema de biela-manivela, se transforma el movimiento rectilíneo de desplazamiento de un pistón en movimiento circular, lo que permitirá mover la hélice.


a) La fuerza de los gases expansionándose empuja al pistón obligando a descender al cigüeñal, el cual hace girar a la biela (manivela).

b) La fuerza de los gases expansionándose empuja al pistón obligando a descender a los cojinetes, los cuales hacen girar el cigüeñal (manivela).

c) La fuerza de los gases expansionándose empuja al pistón obligando a descender a la biela, la cual hace girar el cigüeñal (manivela).

d) La fuerza de los gases expansionándose empuja al pistón obligando a descender al cigüeñal (manivela), el cual hace girar a los cojinetes.


a) En un motor diésel el combustible arde en contacto con el aire comprimido muy caliente que hay dentro de los cilindros.

b) En un motor diésel el combustible arde en contacto con el aire que hay dentro de los cilindros y gracias a la chispa producida por una bujía.

c) En un motor diésel primero se Introduce el combustible en el cilindro y después se introduce aire caliente que hace arder el combustible.

d) En un motor diésel se Introducen en el cilindro al mismo tiempo el combustible y el aire, que después se comprimen, lo que hace arder el combustible.

5. Elige verdadero o falso:�� Los motores diésel calientan el aire dentro del cilindro por medio de una resistencia eléctrica.


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6. Elige la opción correcta para completar esta frase: “La característica fundamental de un motor diésel, y que lo diferencia de otros tipos de motores, es...”

a) La potencia que genera.b) Su tamaño. c) La forma de quemar el combustible.d) Que utilizan bujías.

7. Elige la opción correcta para completar esta frase: “La temperatura a la que el combustible comienza a arder espontáneamente, sin necesidad de llama alguna, se llama...”

a) Temperatura de fricción.b) Temperatura de funcionamiento. c) Ttemperatura de autoencendido.d) Temperatura de rozamiento.

8. Elige la opción correcta para completar esta frase: “La clasificación de los motores diésel atendiendo al número de cilindros es...”

a) En línea, en uve, cilindros opuestos y otras poco corrientes.b) Motor de tronco y motor de dos troncos.c) Atmosférico y turbo alimentado. d) Monocilíndricos, bicilíndricos, tricilíndricos, y, en general, policilíndricos.

9. Elige la opción correcta para completar esta frase: “La clasificación de los motores diésel atendiendo a la inyección es...”

a) Directa e indirecta (cámaras de precombustión, etc). b) Directa (cámaras de precombustión) e indirecta.c) Aspiración natural (atmosférico) y sobrealimentado (el mas corriente es el turbo alimentado). d) Aspiración natural (el mas corriente es el turbo alimentado) y sobrealimentado (atmosférico).


�� La instalación propulsora de un barco consta de: motores propulsores y propulsor.

Unidad didáctica 2. Motores Diésel de 4 y 2 Tiempos

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UNIDAD DIDÁCTICA 2

MOTORES DIÉSEL DE 4 Y 2 TIEMPOS

2.1 DEFINICIONES

Antes de proceder a estudiar los ciclos de trabajo de un motor, se deben conocer algunos términos relacionados con dichos ciclos.

Se denomina ciclo de trabajo a una serie de operaciones que el motor realiza una y otra vez de forma recurrente para transformar el calor en trabajo. Por ejemplo, el ciclo de trabajo del corazón humano es sístole (aspira sangre) y diástole (bombea sangre), una vez terminadas estas dos operaciones el corazón vuelve a aspirar y a bombear y así durante toda la vida. Un motor con ciclo de 4 tiempos, efectúa 4 operaciones: aspiración, compresión, combustión y escape; una vez realizadas estas operaciones, las vuelve a repetir mientras esté funcionando.

Puntos muertos. El pistón se desliza en el interior del cilindro en un movimiento alternativo de subida y bajada. Los puntos de estos recorridos en los cuales se para el pistón para cambiar de sentido (si sube, se para y comienza a bajar; si baja, se para y comienza a subir) se llaman puntos muertos.

Existen dos puntos muertos: el punto muerto superior (PMS) o punto muerto alto (PMA) que es cuando el pistón alcanza su punto más elevado y más cercano a la culata y el punto muerto inferior (PMI) o punto muerto bajo (PMB) que es cuando el pistón alcanza su posición más baja y más alejada de la culata.

Carrera. Es la distancia, generalmente expresada en milímetros, que recorre el pistón al pasar de un punto muerto al siguiente.

Tiempo. Es el paso del pistón de un punto muerto al siguiente. No es una distancia como la carrera, ni tampoco es una medida de tiempo, es simplemente el cambio de posición, de pasar de un punto muerto al siguiente.

Cilindrada. Es el volumen que barre el pistón al pasar de un punto muerto al siguiente punto muerto. Se expresa generalmente en centímetros cúbicos y a veces en litros. Su cálculo es sencillo, basta multiplicar el área de la cabeza del pistón por la carrera.

Lo anterior corresponde a un solo cilindro (cilindrada unitaria), si el motor tiene varios cilindros, la cilindrada total será la suma de todos los cilindros.


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Espacio muerto. También llamado espacio neutro, es el volumen de cilindro que no es barrido por el pistón en su movimiento. Estando el pistón en el PMS, el volumen entre su cabeza y la culata es el espacio muerto. Este volumen, junto al volumen en la cabeza del pistón (según su forma) forman la llamada cámara de combustión.

Relación de compresión. También llamada grado de compresión. Es la relación o cociente entre el volumen del cilindro por encima del pistón cuando este se encuentra en PMI (cilindrada más el espacio muerto) y el volumen cuando el pistón está en PMS (espacio muerto). Este cociente está indicado en la figura 2.

La relación de compresión de un motor nos indica el nivel de compresión a que se somete el gas en el interior del cilindro. Cuanto mayor sea este grado, más comprimido estará el aire al final de la compresión.

En los motores de explosión (gasolina) normalmente oscila entre 7 y 10. En los motores diésel oscila normalmente entre 16 y 28, e incluso más.

Figura 2. Espacio muerto de un pistón

Figura 1. Diámetro, carrera y cilindrada de un pistón

Calibre o diámetro

Carrera

Diámetro

CarreraPMS

PMI

Cilindrada

PMS

PMI

Espacio muerto o neutro (E)

Cilindrada (C)

Grado de compresión (g

c) =

E + CE


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2.2 CICLO DE TRABAJO TEÓRICO DEL MOTOR DE 4 TIEMPOS

Primer Tiempo: ASPIRACIÓN

El pistón se encuentra en el punto muerto alto. La válvula de aspiración (también llamada de admisión) se abre, y el pistón comienza a descender, produciendo una succión de aire atmosférico a través de los colectores y filtros de aspiración que están conectados a la válvula. El pistón sigue bajando y finalmente alcanza el punto muerto bajo, habiéndose llenado todo el cilindro de aire de la atmósfera (actúa como una jeringuilla). En este punto la válvula de aspiración se cierra.

En los motores de explosión se aspira una mezcla de aire y gasolina en vez de aire puro. Esta mezcla se realiza en el carburador o mediante inyectores que lanzan el combustible antes de la válvula de aspiración, fuera del cilindro, en los colectores de aspiración.

Segundo Tiempo: COMPRESIÓN

El pistón se encuentra en el punto muerto bajo, las válvulas que comunican el exterior con el interior del cilindro, están herméticamente cerradas. El pistón comienza a subir, y el aire es comprimido fuertemente, calentándose y alcanzando una temperatura muy elevada, entre 500 y 600 ºC en motores sobrealimentados (suficiente para encender el gasoil que introduzcamos). Finalmente el pistón alcanza el punto muerto alto. El aire del cilindro ya está preparado para recibir el combustible.

Si el motor fuera de explosión, la compresión de la mezcla de aire y combustible no puede ser tan elevada, pues se corre el riesgo de que la mezcla detone (explosión espontánea).

Tercer Tiempo: COMBUSTIÓN Y EXPANSIÓN

El pistón se encuentra en el punto muerto alto. El inyector lanza un chorro de combustible extremadamente pulverizado. Al encontrar el aire tan caliente, se autoenciende, generando una gran cantidad de gases calientes que se expansionan (onda expansiva). La presión de los gases empuja al pistón hasta que este llega finalmente al punto muerto bajo. En este tiempo es en el único en que se produce trabajo.

En los motores de explosión, cuando el pistón está en el punto muerto alto, salta una chispa eléctrica entre los electrodos de una bujía, produciéndose la combustión de la mezcla de aire y gasolina, y la posterior expansión de los gases.

Válvula de admisión Válvula de

escape

Inyector

Figura 3. Aspiración

Figura 4. Compresión

Figura 5. Combustión y Expansión


20

Cuarto Tiempo: ESCAPE

El pistón se encuentra en el punto muerto bajo. La válvula de escape se abre, comunicando el interior del cilindro con la atmósfera (tubo de escape y chimenea).

El pistón comienza a subir, empujando a los gases hacia el exterior (los gases ya expansionados poseen muy poca energía). Finalmente el pistón alcanza el punto muerto alto y la válvula de escape se cierra.

Los motores de explosión efectúan este tiempo de idéntica forma.

Así acaba el ciclo de trabajo de un motor de cuatro tiempos. El nuevo ciclo comienza con la apertura de la válvula de aspiración en el primer tiempo.

2.3 CICLO DE TRABAJO PRÁCTICO DEL MOTOR DIÉSEL DE 4 TIEMPOS

El ciclo teórico visto anteriormente es el que se pretende que haga el motor y bajo ciertas circunstancias será el de máximo rendimiento, pero en la realidad no es posible conseguir llevarlo a la práctica ya que el motor no funcionaría o lo haría de forma deficiente.

Por ello se dota al ciclo de avances y retrasos a las aperturas y cierres de las válvulas. A su vez, dadas las características de los combustibles, también se adelanta el momento de la inyección.

A continuación se explicará cada tiempo junto con estos avances y retrasos.

Primer Tiempo: ASPIRACIÓN

El pistón está subiendo realizando el escape, y aun no ha llegado al punto muerto alto. La válvula de aspiración comienza a abrirse, es lo que llamamos Avance a la Apertura de la Aspiración. Cuando el pistón alcanza el PMS, la válvula ya está completamente abierta y al bajar el pistón aspira sin dificultad.

El pistón sigue bajando hasta que llega al PMI, pero no se da la orden de cerrar la válvula de aspiración, sino que se deja abierta, incluso con el pistón subiendo para hacer el segundo tiempo. Al periodo en que la válvula de aspiración permanece abierta sobrepasado el PMI se le llama Retraso al Cierre de la Aspiración.

¿Por qué un avance a la apertura? La válvula no se abre instantáneamente, tarda un tiempo mientras la leva gira accionando la válvula. Si al llegar el pistón al PMS se diera la orden de abrir, la válvula empezaría a abrirse, el pistón comenzaría a descender, y al encontrar la válvula parcialmente abierta, no produciría una buena succión. Se estaría perdiendo poder de llenado, que se traduciría en pérdida de rendimiento y potencia.

¿Por qué un retraso al cierre? Una vez alcanzado el pistón el PMI, el aire que está penetrando lo hace a gran velocidad, posee una gran inercia (tendencia a seguir moviéndose), así que aunque el pistón sube dejando

Figura 6. Escape


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de succionar, el aire sigue penetrando por la gran inercia que posee. Esto permite un llenado más completo, mejor combustión y mayor potencia.

Segundo Tiempo: COMPRESIÓN

El tiempo de compresión comienza cuando la válvula de aspiración se ha cerrado. Toda la masa de aire se encuentra herméticamente encerrada en el cilindro y el pistón al subir la va comprimiendo fuertemente. El aire se va calentando por rozamiento entre sus moléculas. La compresión termina al llegar el pistón al PMS. Todo está dispuesto para quemar el combustible.

Tercer Tiempo: COMBUSTIÓN Y EXPANSIÓN

Los combustibles no arden instantáneamente, sino que necesitan emitir suficientes vapores para combinarse con el oxígeno e inflamarse. Los combustibles volátiles como la gasolina arden fácilmente, pero al gasoil le cuesta más, ya que posee lo que se llama Retraso al Encendido.

Si comenzara la inyección en el mismo PMS, los chorros no comenzarían a arder, el pistón estaría descendiendo por inercia sin ninguna fuerza de los gases que le empujara. Estaríamos perdiendo empuje (impulso), y por tanto perdiendo rendimiento y potencia.

Para dar tiempo a que el combustible se propague, vaporice y caliente hasta los 500 o 600 ºC, la inyección comienza un poco antes de que el pistón alcance el PMS (durante la compresión). Cuando el pistón alcanza el PMS, el gasoil se inflama y sus gases empujan al pistón hacia abajo. El pistón descenderá debido a la expansión de los gases que le empujan. Este tiempo no termina al llegar al PMI, sino unos instantes antes, cuando se abre la válvula de escape.

Cuarto Tiempo: ESCAPE

El pistón está bajando y antes de llegar al PMI (durante la expansión), la válvula de escape comienza a abrirse. A este periodo antes del PMI se le llama Avance a la Apertura del Escape. Su objeto es, al igual que en la aspiración, dar tiempo a que la válvula se abra y cuando el pistón suba empujando los gases, la encuentre totalmente abierta.

El pistón comienza a subir empujando los gases, que salen al exterior hacia el silencioso y la chimenea.

Finalmente el pistón alcanza el PMS y la válvula sigue abierta unos instantes, mientras el pistón ya está bajando para hacer la aspiración. Con esto se consigue que los gases sigan saliendo por inercia, evitando que perturben nuevas combustiones. Este periodo se llama Retraso al Cierre del Escape.

En los alrededores del PMS, al final del escape y comienzo de la aspiración, ambas válvulas se encuentran abiertas a la vez, este periodo recibe el nombre de Cruce o Solape de Válvulas. En este periodo los gases de escape no intentan salir por la válvula de aspiración, ya que yendo a gran velocidad no cambian de trayectoria.


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2.4 CICLO DE TRABAJO PRÁCTICO DEL MOTOR DIÉSEL DE 2 TIEMPOS

Los motores que siguen este ciclo, ya sean diésel o de explosión, estructuralmente son diferentes a los de cuatro tiempos, en especial porque carecen de válvulas de aspiración y escape. En el caso de poseer válvulas, estas serán únicamente de escape (motores con barrido longitudinal), lo que nos permite distinguir un motor de 2 tiempos de uno de 4 tiempos. Es el propio pistón el que actúa de válvula abriendo los conductos (galerías o lumbreras) adecuados. No son motores capaces de aspirar aire, por lo que se les dota de alguna bomba (bomba de barrido) que introduce el aire.

En un motor de 2 tiempos, la admisión de aire recibe el nombre de barrido, ya que entra aire en el cilindro para la nueva combustión, pero conforme entra, va barriendo y expulsando los gases de la combustión anterior.

El motor de 2 tiempos efectúa las mismas operaciones que el de 4 tiempos, pero solo emplea dos carreras del pistón para realizar su trabajo.

En el dibujo siguiente se muestra un motor diésel de 2 tiempos no habitual. Esta configuración es más típica de los motores de explosión (ciclomotores por ejemplo), pero ayuda a comprender su funcionamiento.

En este caso el cárter (volumen que hay debajo del pistón) funciona como bomba de barrido que aspira aire de la atmósfera y lo introduce en el cilindro.

1 2 3

1 2 3

Galería de barrido

Galería de escape

Entrada de aire al

cárter

Figura 7. Primer tiempo: combustión, expansión, inicio del escape, inicio del barrido

Figura 8. Segundo tiempo: final del barrido, final del escape, compresión


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Primer Tiempo: COMBUSTIÓN, EXPANSIÓN, INICIO DEL ESCAPE, INICIO DEL BARRIDO

El pistón se encuentra en el PMS y el aire está fuertemente comprimido, por lo que tiene una alta temperatura; el inyector en ese instante lanza un chorro de combustible que se incendia al contacto con el aire caliente. Se generan gases calientes que se expanden, empujando al pistón hacia abajo. En su camino hacia el PMI, el pistón descubre las galerías (lumbreras) de escape, con lo que termina la expansión y se inicia el escape. El pistón sigue bajando y ahora descubre las galerías de barrido, penetrando el aire limpio procedente de la bomba de barrido. Finalmente el pistón alcanza el PMI.

Segundo Tiempo: FINAL DEL BARRIDO, FINAL DEL ESCAPE, COMPRESIÓN

El pistón se encuentra en el PMB y comienza a subir debido a la inercia provocada por la velocidad con que llega del tiempo anterior. Al subir cierra primero las galerías de barrido que son las que se encuentran más bajas. Continúa subiendo, y ahora cierra las galerías de escape que están ligeramente más arriba. A partir de este instante el aire se encuentra encerrado en el cilindro, y el pistón sigue subiendo, por lo que dicho aire es comprimido fuertemente, elevándose su temperatura. Finalmente se alcanza el PMS, estando el aire preparado para recibir el combustible.

2.5 DIAGRAMA CIRCULAR DE REGULACIÓN

El diagrama de regulación es una figura o dibujo de forma circular, en el cual mediante arcos de circunferencia, se representan los diferentes tiempos, expresándose en grados de giro del eje de cigüeñales.

En la siguiente figura se representa un pistón enganchado al eje de cigüeñales por medio de la biela. Su giro, se puede observar desde dos posiciones: A y B. A la derecha se muestra lo que un observador vería en diferentes recorridos del pistón.

Figura 9. Grados de giro del eje del cigüeñal

0ºPMS 30º después PMS

150º antes PMI120º después PMS

60º antes PMI

90º después PMI90º antes PMS

0ºPMI

A

B


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Así pues, sin abrir el motor, se puede saber donde está el pistón y lo que está ocurriendo en el interior del cilindro con solo mirar cuántos grados ha girado el eje de cigüeñales. Este eje sobresale del bloque motor y lleva el volante de inercia en el cual se observan estos grados de giro, ya que presenta una serie de marcas grabadas que indican los diferentes tiempos.

A continuación se explica un diagrama de distribución.

Analizando el diagrama anterior, observamos:

�� La admisión comienza en 1, o sea, 30º antes que la biela se ponga vertical y el pistón llegue al PMS.

�� La admisión termina en 2, o sea 41º después del PMI. El cigüeñal ha girado ese valor y el pistón está subiendo una determinada longitud.

�� La compresión comienza en 3, que es cuando la válvula de admisión se ha cerrado (final de la admisión), el cigüeñal gira hasta que la biela se pone vertical (resto de la carrera ascendente) y el pistón alcanza el PMS.

�� El tercer tiempo empieza en 5, cuando comienza la inyección, antes de alcanzar el PMS. La inyección se ha adelantado 8º (de 5 a 6 se produce el avance a la inyección). En 6 comienza la combustión. El cigüeñal gira y, faltando 36º por llegar al PMI (punto 7), la válvula de escape comienza a abrirse y cesa la expansión.

�� Finalmente se realiza el escape que comienza en el punto 8, faltando 36º para que la muñequilla del cigüeñal llegue al PMI.

�� El escape termina en el punto 9, donde la muñequilla del cigüeñal ha sobrepasado el PMS (en 22º) y el pistón ya está descendiendo.

Figura 10. Diagrama de distribución de un motor de 4T de marca Volvo

PMS

PMI

954

6

1

7 8

3

2

Admisión: de 1 a 2 Compresión: de 3 a 4 Inyección, Combustión y Expansión: de 5 a 7 Escape: de 8 a 9 Avance Inyección: de 5 a 6

Admisión: avance apertura 30º antes del PMS retraso al cierre 41º después del PMI

Inyección: avance a la inyección 8º antes del PMS

Escape: avance apertura 36º antes del PMI retraso al cierre 22º después del PMS


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Se puede observar que hay un tramo de arco (recorrido por el cigüeñal) entre 1 y 9, en el cual las válvulas de admisión y escape están abiertas, es el llamado cruce o solape de válvulas.

Todo mecánico que deba efectuar reparaciones en el motor debe conocer el diagrama de distribución del motor en que trabaja, o si no lo posee, debe ser consciente de que cualquier variación que efectúe en el sistema de válvulas o bomba inyectora puede producir un mal funcionamiento e incluso averías en el motor.

En la tabla siguiente se muestra las características y parámetros de funcionamiento de cuatro motores diferentes. Se muestran:

�� Motor: Características del motor.�� Inyección: Avance a la inyección y puesta a punto.�� Distribución: Puesta a punto (Diagrama circular).�� Balancines: Holguras en frio y en caliente, en las válvulas.�� Medidas: Control de desgastes.

Figura 12. Motor MAQUINISTA M-20 con arranque por aire comprimido (fase 5)

Figura 11. Motor diésel PEGASO para camión. El avance máximo de la inyección es de 30º

Admisión Compresión Combustión y Expansión Escape Arranque

15º

PMS

PMI

10º

235º

135º

30º 235º

140º

45º

40º

CE

AA

AI

CA

AE

PMI

PMS

CE

AA

AI

CA

AE

16º

30º 128º

46º 46º


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DEUTZ Motor F4L-913 MERCEDES BENZ Motor OM.621-IV-914

MOTOR MOTOR

Núm. de cilindros 4 Núm. de cilindros 4

Diámetro 102 mm Diámetro 87 mm

Carrera 125 mm Carrera 83,6 mm

Cilindrada 4.085 cc Cilindrada 1.988 cc

Potencia 75 CV/2.300 rpm Potencia 52,4 CV/3.800 rpm

Par motor 25,9 md a N/1.600 rpm Par motor 25,9 mkg/2.200 rpm

Relac. Compresión 17:1 Relac. Compresión 21:1

Presión b. aceite 5-7 bar Presión b. aceite 5 kg/cm2

Capacidad cárter 10 litros Capacidad cárter 4 litros

INYECCIÓN INYECCIÓN

Bomba inyección Bosch Bomba inyección Bosch

Orden inyección 1.3.4.2 Orden inyección 1.3.4.2

Calado punto 27º volante Calado punto 26º volante

Presión inyectores 180 bar (nuevos) Presión inyectores 110-120 kg/cm2

DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN

Avance apertura Admisión 32º 30’ Avance apertura Admisión 12º 30’

Retraso cierre Admisión 60º 30’ Retraso cierre Admisión 41º 30’

Avance apertura Escape 70º 30’ Avance apertura Escape 45º

Retraso cierre Escape 32º 30’ Retraso cierre Escape 9º

BALANCINES BALANCINES

Admisión 0,15 mm Admisión 0,15 mm frío

Escape 0,15 mm Escape 0,15 mm frío

En el calado de la distribución: En el calado de la distribución:

Admisión Admisión 0,40 mm

Escape Escape 0,40 mm

MEDIDAS MEDIDAS

Diam. Muñón cigüeñal 69,971-69,990 mm Diam. Muñón cigüeñal 69,94 mm

Diam. Muñequilla 59,941- 59,960 mm Diam. Muñequilla 51,94 mm

Altura pistón-bloque Altura pistón-bloque 0,7 a 1,2 mm

Altura camisa-bloque Altura camisa-bloque


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PERKINS Motor 4.154 FORD Motor 5610

MOTOR MOTOR

Núm. de cilindros 4 Núm. de cilindros 4

Diámetro 88,9 mm Diámetro 111,8 mm

Carrera 101,6 mm Carrera 106,7 mm

Cilindrada 2.523 cc Cilindrada 4.195 cc

Potencia 72 CV/3.000 rpm Potencia 72 CV/2.100 rpm

Par motor 17,8 md a N/2.250 rpm Par motor 27,3 md a N/1.200 rpm

Relac. Compresión 21,5:1 Relac. Compresión 16,3:1

Presión b. aceite 2-4,2 bar Presión b. aceite

Capacidad cárter 8,5 litros Capacidad cárter 8,5 litros (con filtro)

INYECCIÓN INYECCIÓN

Bomba inyección CAV Bomba inyección DPA

Orden inyección 1.3.4.2 Orden inyección 1.3.4.2

Calado punto 23º (Reg. Hidráulico) Calado punto 25º

Presión inyectores 150 bar (nuevos) Presión inyectores 184-199 bar

DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN

Avance apertura Admisión Avance apertura Admisión 14º

Retraso cierre Admisión Retraso cierre Admisión 38º

Avance apertura Escape Avance apertura Escape 41º

Retraso cierre Escape Retraso cierre Escape 11º

BALANCINES BALANCINES

Admisión 0,30 mm (F); 0,25 (C) Admisión 0,36-0,46 mm

Escape 0,30 mm (F); 0,25 (C) Escape 0,43-0,53 mm

En el calado de la distribución: En el calado de la distribución:

Admisión Admisión

Escape Escape

MEDIDAS MEDIDAS

Diam. Muñón cigüeñal 69,81-69,82 mm Diam. Muñón cigüeñal

Diam. Muñequilla 57,10-57,12 mm Diam. Muñequilla

Altura pistón-bloque 0,10 a 0,20 mm Altura pistón-bloque -0,20 a +0,10 mm

Altura camisa-bloque 0,71 a 0,84 mm Altura camisa-bloque


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RESUMEN

Para entender el funcionamiento de un motor se deben conocer bien sus partes y la terminología concreta que está relacionada con estas. Especialmente todo lo relacionado con los espacios, posiciones y dimensiones del pistón y el cilindro en el que se mueve.

Los tiempos son los cambios de posición que experimenta el pistón durante su funcionamiento. Y es importante conocer lo que ocurre en cada tiempo.

Las operaciones que se dan en un ciclo de trabajo son básicamente admisión, compresión, combustión y expansión y escape.

Las principales diferencias entre los motores de dos y cuatro tiempos son básicamente:

�� que el de dos tiempos no cuenta con válvulas de admisión y escape�� y que las operaciones se dan en 4 fases o tiempos (motor de 4 tiempos) o reunidas en dos

tiempos (motor de 2 tiempos). Estos motores no pueden aspirar aire y se les dota de una bomba de barrido que introduce el aire.

El diagrama de regulación o de distribución es una figura que se muestra fuera del bloque de motor y que, según el ángulo que aparece reflejado, indica en qué posición se encuentra el pistón.


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RESUMEN


�� Se denomina ciclo de trabajo a una serie de operaciones que el motor realiza una y otra vez de forma recurrente para transformar el calor en trabajo.

2. Elige la opción correcta para completar esta frase: “La distancia, generalmente expresada en milímetros, que recorre el pistón al pasar de un punto muerto al siguiente se denomina...”

a) Recorridob) Trayectoc) Girod) Carrera

3. Elige la opción correcta para completar esta frase: “Se denomina Tiempo, a...”

a) El tiempo que tarda el paso del pistón de un punto muerto al siguiente. b) El cambio de posición, de pasar de un punto muerto al siguiente.c) El tiempo que tarda el motor en completar un ciclo de trabajo.d) El tiempo que tarda el pistón en pasar del punto muerto superior (PMS) al punto muerto alto (PMA).


�� La relación de compresión de un motor nos indica el nivel de compresión a que se somete el gas en el interior del cilindro.

5. Elige la opción correcta para completar esta frase: “En un motor de cuatro tiempos el ciclo de trabajo teórico comprende a...”

a) Primer Tiempo: ASPIRACIÓN, Segundo Tiempo: COMPRESIÓN, Tercer Tiempo: COMBUSTIÓN Y EXPANSIÓN y Cuarto Tiempo: ESCAPE.

b) Primer Tiempo: ASPIRACIÓN y COMPRESIÓN, Segundo Tiempo: COMBUSTIÓN, Tercer Tiempo: EXPANSIÓN y Cuarto Tiempo: ESCAPE.

c) Primer Tiempo: ASPIRACIÓN, Segundo Tiempo: COMPRESIÓN y COMBUSTIÓN, Tercer Tiempo: EXPANSIÓN y Cuarto Tiempo: ESCAPE.

d) Primer Tiempo: ASPIRACIÓN, Segundo Tiempo: COMPRESIÓN, Tercer Tiempo: COMBUSTIÓN y Cuarto Tiempo: EXPANSIÓN y ESCAPE.

6. Elige la opción correcta para completar esta frase: “Se denomina Avance a la Apertura de la Aspiración a...”

a) Cuando el pistón está bajando realizando el escape, y aun no ha llegado al punto muerto inferior y ya la válvula comienza a abrirse.

b) El periodo en que la válvula de aspiración permanece abierta sobrepasado el punto muerto inferior.c) Cuando el pistón está subiendo realizando el escape, y aun no ha llegado al punto muerto alto y ya

la válvula comienza a abrirse.


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d) Cuando el pistón está subiendo realizando el escape, y a mitad de carrera antes de llegar al punto muerto alto, ya la válvula está totalmente abierta.


�� El tiempo de compresión comienza cuando la válvula de aspiración se ha abierto.


a) Los motores de dos tiempos carecen de válvulas de aspiración y escape. En el caso de poseer válvulas, estas serán únicamente de aspiración.

b) En un motor de 2 tiempos, la expulsión de gases recibe el nombre de barrido.c) Los motores de dos tiempos son motores capaces de aspirar aire, por lo que no se les dota de

bomba alguna para introducir el aire.d) Los motores de dos tiempos carecen de válvulas de aspiración y escape. En el caso de poseer

válvulas, estas serán únicamente de escape.


a) El diagrama de regulación es una figura o dibujo de forma circular, en el cual mediante arcos de circunferencia, se representan los diferentes tiempos, expresándose en grados de giro del eje de cigüeñales.

b) Los pistones se enganchan al eje de cigüeñales por medio de los cojinetes.c) Los diagramas circulares de regulación de los motores de dos tiempos son todos iguales,

independientes de la marca y modelo.d) Para saber donde está el pistón y lo que está ocurriendo en el interior del cilindro es necesario abrir

el motor.

10. Elige la opción correcta para completar esta frase: “La inyección comienza...”

a) Cuando el pistón alcanza el mismo punto muerto superior.b) Un poco antes de que el pistón alcance el punto muerto inferior.c) Un poco antes de que el pistón alcance el punto muerto superior.d) Cuando el pistón alcanza el mismo punto muerto inferior.

Unidad didáctica 3. Componentes de un Motor

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UNIDAD DIDÁCTICA 3

COMPONENTES DE UN MOTOR

3.1 ÓRGANOS ESTÁTICOS Y MÓVILES

Las diferentes partes que componen el conjunto motor, presentan una estructura perfectamente diferenciada, que permite realizar su clasificación en tres grandes grupos:

�� Órganos estáticos: están inmóviles y sostienen toda la estructura, sirviendo de guía a los órganos móviles. A este grupo pertenecen la bancada, el bastidor, los cilindros, la culata, etc.

�� Órganos móviles: se mueven desarrollando el ciclo de trabajo. A este grupo pertenecen los pistones, las válvulas, las bielas, el eje de cigüeñales, la distribución, etc.

�� Accesorios auxiliares: indispensables para el funcionamiento del motor. Entre ellos están las bombas de refrigeración y lubrificación, la bomba inyectora, la bomba de barrido, etc.

La mayoría de los motores diésel presentan una estructura similar, aunque en los motores pequeños no existe bancada y solo aparece el bloque de cilindros con el bastidor integrado en él, estando el eje de cigüeñales colgando del bloque motor.

3.2 BANCADA. COJINETES DE BANCADA. BANDEJA

La bancada es aquella parte del motor de una sola pieza, sólidamente construida con robustos tabiques y nervios transversales, que constituye la base de asentamiento de todo el motor. En la bancada se alojan los cojinetes de bancada para soportar el eje de cigüeñales. Debe resistir grandes esfuerzos, como tracciones y compresiones debido a la combustión en los cilindros, torsiones debido al par motor y fuerzas axiales debidas a la hélice.

Los cojinetes de bancada están constituidos por dos medias piezas; sobre el medio cojinete bajo se apoya el eje de cigüeñales, y el otro medio superior sirve de cierre y cubre al eje. Ambos medios cojinetes van empernados entre sí y sujetos a la Figura 1. Bancada, bastidor y cilindros

Bloque de cilindros

Bastidor

BancadaEje

Cojinete de bancada

Válvula de seguridad

Tapa del bastidor

Camisa


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bancada; van cubiertos en su superficie interna con metal antifricción que proporciona un roce suave y evita el desgaste excesivo del cigüeñal.

En algunos tipos de motores (pequeños sobre todo), la parte baja de la bancada se cierra con una plancha fina y se emperna a la bancada. Esta chapa inferior recibe el nombre de bandeja. En los motores pequeños que carecen de bancada, la bandeja actúa como almacén de aceite y se atornilla a la parte baja del bloque motor.

3.3 CÁRTER. TAPAS DEL CÁRTER. BASTIDOR

El cárter es el espacio dentro del cual se mueve y gira el sistema de biela y cigüeñal. No es una pieza, sino un volumen. Este volumen está encerrado por el bloque de cilindros en la parte superior, por el bastidor lateralmente y por la bancada o simplemente la bandeja, en la parte inferior.

Cuando se dice que se ha roto el cárter, es que hay rotura en la bandeja de aceite del cárter o en las paredes del bastidor.

La tapa del cárter es una pieza exclusiva de motores grandes y muchos medianos. Para poder acceder al cárter, ya sea para inspeccionarlo o para efectuar una reparación, el bastidor va dotado de unas puertas, llamadas tapas del cárter, que se empernan al bastidor. Los motores pequeños no llevan estas piezas y el acceso al cárter se hace desmontando la bandeja inferior.

Cada cierto número de tapas, una de ellas va dotada de válvula de seguridad para desahogar la presión en caso de una explosión en el cárter.

El bastidor es la estructura que soporta el bloque de cilindros y que descansa sobre la bancada, manteniendo cierta distancia entre los cilindros y el eje de cigüeñales.

Los bastidores de motores pequeños o medianos se unen en una sola pieza con el bloque de cilindros, formando el llamado bloque motor. La parte inferior de dicho bastidor aumenta de grosor, actuando como una especie de bancada (ya que esta pieza no existe en motores pequeños).

3.4 CILINDRO. CONJUNTO O BLOQUE DE CILINDROS

El cilindro es una de las piezas fundamentales del motor, ya que en su interior tiene efecto la combustión, y dentro de él se mueve el pistón; así pues su misión es doble porque actúa como cámara de expansión de los gases y como guía del pistón en su movimiento de vaivén.

El cilindro se cierra en su parte alta por medio de la culata, a fin de constituir la cámara de combustión. Por su parte inferior está abierto al cárter.

Dado que en su interior se desliza el pistón, sus paredes se hallan cuidadosamente pulidas. A pesar de ello


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se van desgastando, por lo que hay que recurrir a una reparación muy engorrosa y costosa. Por este motivo, los motores actuales utilizan camisas, que son cilindros postizos que actúan como un forro (son ellas las que se desgastan y su cambio es relativamente fácil y no muy costoso).

En un principio, los diversos cilindros de un motor se construían por separado unos de otros, y luego se ensamblaban entre sí, empernándose al bastidor, pero en la actualidad para motores pequeños, se disponen todos los cilindros fundidos en una sola pieza que recibe el nombre de bloque de cilindros.

3.5 CAMISAS

También llamadas cilindros postizos o camisas postizas, son forros interiores del cilindro. Son las que sirven de guía al pistón, soportando los esfuerzos de la combustión y sufriendo los desgastes, a pesar de ser más duras que los aros o segmentos.

Con las camisas, la duración del bloque de cilindros puede prolongarse indefinidamente, ya que cuando se desgasta la camisa, basta sustituirla por otra nueva. Cuando los cilindros se instalaban sin camisas, en el momento en que estos se gastaban, había que desmontar el bloque y rectificarlo, aumentando el diámetro del cilindro, por lo que había que cambiar los pistones por otros de mayor diámetro.

La camisa está torneada cilíndricamente por el interior con una ligera forma cónica en la parte superior para facilitar la introducción del pistón con sus aros. La parte alta termina en una brida circular para su fijación al bloque de cilindros y por su parte baja no se une al cilindro para así poder dilatarse axialmente debido al aumento de temperatura. La camisa puede ser de dos tipos:

�� Camisa seca: es de paredes delgadas; va montada a presión en el cilindro, por lo que su pared exterior está pegada a la del bloque de cilindros. Debe estar perfectamente mecanizada y ajustada para que encaje perfectamente. En este caso, el agua de refrigeración no toca las camisas.

Figura 2. Camisas

Figura 3. Camisa seca (izquierda) y húmeda (derecha)

Brida superior

Alojamiento de juntas tóricas


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�� Camisa húmeda: es aquella que está bañada por agua, lo que le proporciona una eficiente refrigeración. Solo se rectifica por su parte interior. La unión entre el bloque de cilindros y la parte inferior de la camisa se logra mediante el cierre hermético proporcionado por unos anillos de goma, mientras que la parte superior de la camisa queda cerrada por la junta colocada entre el bloque y la culata.

El espacio comprendido entre camisa y bloque, recibe el nombre de chaqueta y es por donde circula el agua de refrigeración.

Durante su funcionamiento las camisas van sufriendo un desgaste, sobre todo en la parte superior, por las altas temperaturas alcanzadas y porque ahí el lubricante actúa más deficientemente.

Las camisas deben ser inspeccionadas periódicamente siguiendo escrupulosamente las indicaciones dadas por el fabricante.

En la figura 4 se aprecia que cuando el pistón baja empujado por la fuerza de los gases, F y esta se transmite al bulón, se descompone en una fuerza para producir par motor, Fp que desciende por la biela y otra fuerza lateral, FL, que presiona al pistón contra la camisa, aumentando los desgastes en esa dirección. A su vez, cuando el pistón asciende debido a la gran fuerza de inercia fi, al llegar al bulón se descompone en una componente de la fuerza que hace ascender al pistón, fv y en una fuerza lateral, fL que empuja lateralmente desgastando la camisa en dirección contraria a la anterior.

Pistones y camisas se desgastan en dirección babor–estribor, por lo que las camisas se deforman ovalándose.

En la misma figura se observan dos camisas nuevas A y B (completamente circulares). Las camisas C y D están ovaladas y se deben cambiar si han sobrepasado el límite dado por el constructor. En estos casos, al llegar a los puntos muertos, el pistón golpea al cilindro al pasar de un lado al otro, entonces se dice que el pistón campanea.

En la figura 5 se observa cómo una camisa nueva muestra el mismo diámetro a cualquier altura (D1=D2=D3=D4). Con el uso se van desgastando y como el desgaste es mayor en la parte superior, como ya se indicó anteriormente, el diámetro va en aumento en la dirección de la cámara de combustión (D1<D2<D3<D4). Se dice que la camisa sufre una conicidad.

Figura 4. Fuerzas ejercidas sobre el pistón

F

F

FL

Fp Br Er

A

D

C

B

fv

fi

fi

fL

Figura 5. Variación del diámetro de la camisa con el desgaste

D2D1

D3

D4

D2D1

D3

D4

D1 < D2 < D3 < D4D1 = D2 =D3 = D4


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3.6 CULATA

Su misión es cerrar el cilindro por su parte superior, creando la cámara de combustión y haciendo que los gases queden comprimidos en el interior de la misma.

Es de construcción muy robusta y con una forma apropiada (nervios de refuerzo, galerías, etc.) para poder resistir, sin esfuerzos peligrosos, las fuerzas de expansión de los gases y los calentamientos.

En motores grandes y medianos, cada cilindro va dotado de su propia culata a fin de facilitar la posible extracción del pistón. En motores pequeños la culata es común para todos los cilindros o para grupos de cilindros.

Para motores de 4 tiempos, la culata es una pieza complicada de proyectar y construir. En ella se alojan las válvulas de admisión y escape con sus conductos correspondientes, el inyector, conductos para la circulación del agua de refrigeración, y si es un motor grande, incorpora grifo de purga, válvula de seguridad y válvula de arranque por aire comprimido.

En motores de 2 tiempos la construcción es más sencilla, ya que carecen de válvulas y sus correspondientes conductos.

La culata se fija al bloque mediante espárragos de acero de gran resistencia, que son los que aguantan el esfuerzo de los gases. Es importante recordar que cuando se aprietan las tuercas de estos espárragos hay que hacerlo con un determinado par de apriete y según un orden establecido. Estos datos vienen dados por el fabricante.

Entre la culata y el bloque se dispone una junta de culatas, a fin de evitar pérdidas de compresión o de agua de refrigeración procedente del bloque. Si se desmonta la culata, hay que sustituir esta junta por una nueva.

Figura 6. Culata con árbol de levas

Figura 7. Culata de motor Ford


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3.7 VÁLVULAS

Las válvulas tienen la misión de permitir la entrada de aire y salida de gases del cilindro en los momentos adecuados de cada fase, cerrando herméticamente los conductos de acceso y evacuación a la cámara de combustión durante el tiempo restante del ciclo.

Están constituidas de dos partes fundamentales: la cabeza o plato y el vástago o cola.

La cabeza es de forma troncocónica; está mecanizada y pulida en su periferia para que asiente perfectamente en el alojamiento practicado en la culata y así cerrar herméticamente la culata. El cono de la cabeza se pule con un determinado ángulo, que es normalmente de 30º o 45º. Casi todos los motores tienen 30º en la aspiración, ya que esto facilita la entrada de aire, y 45º en el escape, pues aunque ofrece mayor dificultad al paso de gases, presenta un cierre más hermético.

Figura 9. Culata anterior invertidaFigura 8. Culata individual

Figura 11. Válvulas dañadas por rotura de la distribuciónFigura 10. Válvulas de admisión y escape de dos motores diferentes

Alojamiento del inyector

Guía de la válvula Orificios pernos

de fijaciónAsientos para 4 válvulas

Escape Admisión

Escape Admisión

A

B


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El vástago es de pequeño diámetro, para no dificultar el paso de los gases. Tiene una longitud suficiente para atravesar la culata y permitir colocar los muelles de válvulas. En la parte superior tiene una ranura o rebaje para poder sujetar el platillo de retención del muelle.

El vástago se desliza con pequeña holgura por un tubo, llamado guía, que suaviza el rozamiento y centra la válvula. Dicha guía se monta a presión en la culata.

En la mayoría de los motores, las válvulas de admisión presentan una cabeza de mayor tamaño que las de escape, para facilitar el mejor llenado del cilindro.

Así mismo, para mejorar el llenado y salida de gases se emplean motores con cuatro válvulas por cilindro, dos de admisión y dos de escape (a veces tres o cinco válvulas por cilindro), en vez de dos válvulas de gran diámetro que debilitarían la culata.

3.8 ACCIONAMIENTO DE VÁLVULAS. EJE DE CAMONES. DISTRIBUCIÓN

Las válvulas deben abrirse y cerrarse en el momento oportuno, respetando los adelantos y atrasos vistos anteriormente; el cierre se encomienda a resortes helicoidales que mantienen las válvulas pegadas a sus asientos en la culata, pero para su apertura hay que recurrir a diversos sistemas que empujen a la cola de la válvula, venciendo la tensión del resorte, despegándola de su asiento.

Estos accionamientos, aunque tienen en común el eje de camones o eje de levas, pueden variar bastante de un motor a otro, como veremos más adelante.

La leva o camón es una pieza giratoria con un perfil circular en gran parte de su periferia, excepto en una porción, que posee un perfil variable calculado para accionar la válvula.

Cuando gira, mientras el perfil es circular y constante, no acciona la válvula, pero al llegar a la porción de perfil variable, la válvula se abre y se cierra, siguiendo el perfil.

Figura 12. Estructura de una válvula

Ranura de retención

Asiento pulido

Cabeza

Vástago o cola

Figura 13. Leva y corte transversal de la misma

Leva o camón

Eje de levas o árbol de levas

Perfil variable

Perfil constante


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El eje de levas o eje de camones es un eje en el que van talladas todas las levas. Cada camón se encargará de accionar una válvula. Dicho eje gira movido por el eje de cigüeñales a través de una transmisión (engranajes, cadenas o correas). En un motor de 4 tiempos el eje de camones gira a la mitad de revoluciones que el eje de cigüeñales, ya que cada 2 vueltas del cigüeñal (un ciclo de trabajo), solo debe golpear una vez el camón. En un motor de 2 tiempos, ambos giran a la misma velocidad, por cada vuelta del cigüeñal (un ciclo de trabajo), la válvula de escape se abre una vez.

Hoy en día los ejes de camones se sitúan en dos posibles posiciones:

�� Eje de levas lateral: este sistema es muy empleado en motores de mediana potencia, ya que permite válvulas de mayor tamaño. El eje de levas transmite el movimiento a los balancines situados en la culata a través de unas varillas, llamadas varillas empujadoras o simplemente empujadores. La varilla empujadora empuja al balancín, haciendo descender su otro extremo, que empuja la cola de la válvula y comprime el muelle, provocando la apertura de la válvula.

Entre las varillas y el eje de levas se interpone un tucho o taqué.

�� Eje de levas en culatas: más simple que el anterior ya que no tiene varillas. Se está imponiendo en los motores pequeños y medianos actuales. Existen fundamentalmente dos métodos. En el primero, el eje de levas golpea directamente a la válvula, con interposición de un taqué. En el segundo, la leva empuja a un balancín que al bascular acciona la válvula.

Figura 14. Eje de levas

Apoyos del eje de levas Levas o camones

Eje de levas

Taqué

Varilla empujadora

Tornillo ajuste holgura Eje de balancines

Holgura

Figura 15. Eje de levas lateral (izquierda) y ejes de levas en culatas (centro y derecha)


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Distribución. Para la realización del ciclo de trabajo, las válvulas de admisión y escape deben abrirse y cerrarse en unos momentos muy precisos y para que esto ocurra se utiliza el sistema de distribución, que es el conjunto de elementos que hacen posible el accionamiento de las válvulas.

La distribución comienza en un extremo del eje de cigüeñales al que se le acopla un piñón. Desde allí, utilizando tres posibles medios: engranajes, cadenas o correas dentadas, se conecta con otro piñón situado en el extremo del eje de levas, transmitiendo y sincronizando el movimiento de los dos. En las figuras siguientes se muestran los diferentes tipos de accionamiento del eje de levas.

Piñón del eje de levas

Cadena de distribución

Piñón del eje de cigüeñales

Tensor de la cadena

Figura 16. Distribución por cadena. Árbol de levas simple en culata

Polea eje de levasválvulas de escape

Polea eje de levasválvulas de admisión

Correa dentada

Polea del eje de cigüeñales

Tensor de la cadena

Figura 17. Distribución por correa dentada. Árbol de levas doble en culata

Engranaje del eje de levas

Engranajes intermedios

Engranaje del eje de cigüeñales

Figura 18. Distribución por engranajes. Árbol de levas simple en culata


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La sincronización del eje de levas al eje de cigüeñales se efectúa haciendo coincidir una serie de marcas que el fabricante graba en los engranajes, piñones de cadenas o poleas de correas.

3.9 ÉMBOLO O PISTÓN

Es el órgano móvil del motor, encargado de recibir el empuje de los gases de la combustión y transmitirlo mediante la biela al eje de cigüeñales. A su vez ha de dar estanqueidad por medio de los aros (segmentos) a la cámara de combustión, para que los gases no pasen al cárter.

Su forma es cilíndrica adaptándose con muy poca holgura al cilindro. En él se distinguen dos partes: la cabeza o corona que soporta directamente la presión y temperatura de los gases, y la falda o faldilla que sirve de guía y soporta el empuje lateral y el rozamiento contra las paredes del cilindro.

La cabeza del pistón tiene formas especiales con objeto de que las válvulas de admisión y escape no toquen la cabeza cuando el pistón se encuentre en PMS. Además, para mejorar la combustión, la cabeza adopta formas especiales, ya sea para que se propaguen los chorros de combustible o para crear turbulencias de aire que faciliten la mezcla con el combustible.

En la faldilla, cerca de la cabeza, se practican unas gargantas donde se alojan los anillos circulares y elásticos llamados aros o segmentos, que se ajustan perfectamente a las paredes del cilindro evitando fugas de gas.

La faldilla también contiene un orificio que atraviesa al pistón, donde se aloja un eje llamado bulón o pasador del émbolo, que realiza la unión del pistón a la biela.

El pistón debe ser lo más ligero posible para disminuir las fuerzas de inercia, por lo que es hueco (con nervios de refuerzo), y para su fabricación se utilizan aleaciones ligeras (duraluminio) muy resistentes pero de poco peso.

El émbolo se refrigera a través de la faldilla que emite calor a la camisa y esta al agua de refrigeración. En motores grandes se manda agua o aceite para refrigerar los pistones.

CabezaZona de

segmentos

Faldilla

Garganta para segmentos

Orificio parael bulón

Aligeramiento de la faldilla

Figura 19. Estructura de un pistón

Cabeza

Cajeradel aro

Faldilla Orificio para bulón

Figura 20. Pistón


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3.10 AROS O SEGMENTOS

El acoplamiento entre el pistón y la pared del cilindro debe ser lo más hermético posible. Para ello se colocan sobre unas gargantas practicadas en la cabeza del pistón unos aros elásticos (el acero es elástico) llamados segmentos, que tienen por misión impedir la fuga de gases tanto durante la fase de compresión como de la de combustión y expansión. Estas fugas podrían producir pérdidas de potencia, contaminación del aceite del cárter e incluso un incendio de los vapores de aceite.

Los segmentos de compresión suelen tener una sección rectangular o trapezoidal y van montados en la parte más próxima a la cámara de combustión en número de dos o tres. El que va situado en la parte superior recibe el nombre de aro de fuego, dado que es el que soporta directamente las llamas, siendo el más fuerte. La mayoría de las veces va cromado.

Estos aros no forman un anillo completo, sino que están partidos de tal forma que por su elasticidad pueden abrirse y pegarse a la pared del cilindro, cerrando el huelgo entre pistón y camisa. Este corte delimita dos puntas del aro, que se deben mantener separadas una vez montado el aro para que cuando se calienten y se dilaten no lleguen nunca a tocarse, de lo contrario chocaría una punta contra la otra pudiendo llegar a romperse.

Al montar los aros, sus aberturas deben colocarse desfasadas entre ellas para evitar fugas, ya que si todas coincidieran en la vertical se producirían inevitables pérdidas de gases.

En la cara superior de muchos segmentos, está grabada la palabra TOP. En estos casos, al montar el segmento en el pistón, dicha inscripción debe quedar hacia arriba.

La misión de los aros rascadores es impedir que el aceite que lubrica la camisa pueda ascender a la cámara de combustión donde se quemaría.

Los aros de engrase o rascadores van por debajo de los aros de compresión, en número de uno o dos. Tienen generalmente un perfil en C y disponen de un elemento elástico interno (flejes de acero convenientemente doblados) que hacen aumentar la presión ejercida por el segmento contra la pared del cilindro.

Pistón

Segmento rascador y engrasador

Segmento de compresión

Aro o segmento de fuego

Camisa

aceite rascado al cárter

Figura 21. Funcionamiento del pistón

Aro de fuego (cromado)

Segundo aro de compresión

Aro rascador y engrasador

Puntas de aros giradas 120º para dificultar el paso de gases

Inscripción en parte alta del aro de fuego

Abertura entre puntas

del aro

Figura 22. Juego de aros


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Tipos de aros o segmentos

3.11 BIELA

La biela es el órgano móvil que une el pistón con el eje de cigüeñales (muñequilla de la cigüeña), transmitiéndole toda la fuerza de los gases y transformando el movimiento rectilíneo del pistón en circular (eje de cigüeñales).

Debido a su trabajo está sometida a esfuerzos de compresión y también de flexión por pandeo; debe ser por tanto resistente y rígida, pero con un peso ligero. Todas las bielas de un mismo motor pesan igual (están equilibradas).

Segmentos

Compresión

Trapezoidales

Compresión y rascador

Rascador deaceite

Segmento rectangular

Segmento rectangular con bisel interior

Segmento rectangular con escalón interior

Segmento doble trapezoidal

Segmento trapezoidal

Segmento de compresión. Función de rascar aceite

Segmento con escalón

Segmento rascador de aceite con ranura

Segmento de bordes achaflanados paralelos

Segmento de aristas achaflanadas con resorte espiral

Figura 23. Juego de aros nuevo. Aro engrasador (izquierda), segundo aro de compresión (centro) y primer aro o aro de fuego (derecha)


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En las bielas pueden distinguirse tres partes fundamentales:

�� Pie de biela: por donde se une al pistón.�� Cuerpo o caña de la biela: generalmente con

sección de doble T y une el pie con la cabeza.�� Cabeza de biela: por donde se une al codo del

cigüeñal, abrazándolo.

En el orificio del pie de biela, que generalmente no está partido, se introduce el bulón, con interposición de un casquillo o cojinete de bronce.

El pie de biela y bulón se lubrican generalmente de dos formas:

a) El pie posee un orificio o ranura que actúa de embudo recibiendo salpicaduras de aceite que salen despedidas desde la cabeza de biela.

b) El pie recibe aceite a presión que asciende por un conducto interno del cuerpo de biela, y que procede de la cabeza.

La cabeza de biela, que es un ensanchamiento del cuerpo, está partida en dos mitades, una de las cuales forma parte de la biela en sí, y la otra, llamada sombrerete, se une a la primera con tornillos de acero dotados de sistemas de seguridad que evitan que se aflojen.

Cada mitad de la cabeza está revestida de semicojinetes con metal antifricción (aleación de plomo, estaño y antimonio) que proporcionan un rozamiento suave y evita desgastes de las muñequillas del cigüeñal.

En pequeños motores la cabeza no está partida y no lleva casquillos antifricción, sino rodamientos de aguja o cilindros, siendo el cigüeñal el que puede partirse para extraer la biela.

3.12 EJE DE CIGÜEÑALES

Se considera como la columna vertebral del motor, ya que es el elemento de enlace de todos los pistones. Recoge el esfuerzo de la explosión que le envían pistones y bielas, convirtiéndolo en par motor a determinadas revoluciones y transmitiéndolo al árbol propulsor.

Durante su funcionamiento está sometido a violentos esfuerzos provocados por las explosiones, por lo que debe ser muy resistente, generalmente de acero forjado de alta calidad.

El eje de cigüeñales está formado de varias cigüeñas (codos), cada una de ellas formadas a su vez por dos brazos (guitarras) unidas por un muñón (muñequilla) y descansa sobre cojinetes de bancada que sujetan el cigüeñal por medio de sombreretes con interposición de casquillos antifricción.

Bulón

Casquillo anti fricción

Casquillo anti fricción

Cigüeña

Cabeza de biela

Cuerpo o caña de biela

Pie de biela

Figura 24. Estructura de la biela


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A los codos o muñequillas se unen las cabezas de biela, y opuestos a las muñequillas y sobre las guitarras se montan los contrapesos que equilibran el cigüeñal, de tal forma que el centro de gravedad se encuentre sobre el eje geométrico de giro, y así no aparezcan fuerzas de inercia que producirían fuertes vibraciones. Si es necesario eliminar peso de los contrapesos, se taladran eliminando peso en forma de virutas.

En uno de los extremos del eje se forma un plato, al que se une el volante de inercia por medio de tornillos y también el plato de salida de fuerza. En el extremo opuesto se montan los piñones de la distribución y las poleas para la bomba de agua y el generador de corriente eléctrica.

El eje está taladrado interiormente, formando unos conductos por donde circula el aceite de lubricación, tanto para los muñones en la bancada, como de las muñequillas y cabezas de bielas.

Cigüeña Guitarra 1. Muñequilla2. Muñón

Volante de inercia

Salida poleasSalida distribución Contrapesos

Plato

1

2 Salida fuerza

Figura 26. Eje de cigüeñales con volante de inercia

Figura 25. Eje de cigüeñales

Pistón

Biela

Pie de biela

Bulón

Cabeza de biela

CigüeñaMuñequilla a la que se abraza la cabeza de biela

Brazos (Guitarras) de la cigüeña

Muñones de apoyo


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3.13 VOLANTE DE INERCIA En el giro del cigüeñal hay momentos en que se le aplica un impulso que tiende a acelerarlo (expansiones) y otros en que tiende a detenerse por la resistencia (compresiones), resultando de ello un giro irregular, que hace necesario un sistema capaz de producir una regulación y por tanto un giro uniforme. Esta misión la realiza el volante de inercia.

El volante es una rueda pesada de acero, que unida al extremo del eje de cigüeñales, se opone a la variación del régimen de giro por efecto de la inercia debido a su gran peso, almacenando la energía recibida en cada impulso, que devuelve cuando tiende a frenarse.

Cuanto mayor es el número de cilindros que posee el motor, más regular resulta su giro y, por tanto, menor es la masa necesaria del volante (tamaño). Los motores monocilíndricos utilizan volantes de gran peso y tamaño.

En la periferia del volante se monta a presión una corona dentada que es utilizada por el motor de arranque para dar movimiento al eje de cigüeñales en la puesta en marcha. En la cara externa del volante y cerca de la periferia, suelen grabarse las marcas de PMS, avance al encendido y algunas marcas de la distribución, generalmente del cilindro número uno.

3.14 CIRCUITOS PRINCIPALES DEL MOTOR

En este capítulo se describirán los siguientes circuitos: circuito cerrado de refrigeración, circuito de lubricación y circuito de sobrealimentación. El circuito de combustible se estudiará en el tema siguiente.

3.14.1 Circuito de refrigeración

Durante el funcionamiento del motor, se alcanzan temperaturas muy elevadas que pueden deteriorar los materiales de los que está hecho el motor, destruyéndolo. Por ello, es necesario protegerlo bajando la temperatura; esto se puede conseguir mediante refrigeración por aire o por agua, que puede ser dulce o salada.

La refrigeración por agua es mucho más efectiva, dada la gran cantidad de calor que hay que evacuar. La mayoría de los motores se refrigeran con agua dulce, solo una minoría (fuerabordas) se refrigeran con agua salada del mar.

El circuito de refrigeración con agua dulce es un circuito cerrado: siempre circula la misma cantidad de agua por el motor.

El circuito es similar al que se muestra en el siguiente dibujo.


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La bomba de refrigeración accionada por el motor (tipo centrífuga) envía agua al bloque de cilindros y esta asciende por las chaquetas, bañando las camisas; sigue ascendiendo y llega a las culatas (atraviesa la junta de culatas). Al salir de las culatas el agua de refrigeración ha robado calor al motor y su temperatura es elevada, por lo que se debe enfriar para que pueda usarse de nuevo.

A la salida del motor, el agua es enviada al enfriador, generalmente multitubular. Este enfriador consta de muchos tubos, por el interior de los cuales circula agua salada procedente de una bomba que aspira del mar. Por el exterior de los tubos y envolviéndolos, circula el agua dulce. Se produce un intercambio de calor del agua dulce con la salada que está más fría. Finalmente el agua dulce sale del enfriador a una menor temperatura y dispuesta para refrigerar de nuevo el motor.

El circuito va dotado de un tanque de expansión y compensación, que tiene por misión absorber el aumento de volumen del agua cuando esta se calienta. Al arrancar el motor el agua está fría, se va calentando y se dilata; el aumento de volumen podría romper o producir fisuras en los conductos del circuito cerrado.

Así mismo, si se producen ligeras pérdidas de agua en el circuito, el tanque suministra agua compensándolas, por lo que es necesario revisar con frecuencia el nivel en este tanque, para comprobar que no hay pérdidas peligrosas.

Además, en el circuito se coloca una válvula termostática que tiene por misión favorecer un rápido calentamiento del agua de refrigeración durante los primeros minutos de funcionamiento, después de arrancar en frío. Con el motor en frío no existen las películas lubricantes completas, ni las piezas del motor están convenientemente dilatadas. Esta válvula hará que parte del agua de refrigeración no se dirija al

Figura 27. Circuito de refrigeración

Tanque de expansión y compensación

Válvula termostática

Chaquetas de refrigeración

Enfriador multitubular

Bomba de refrigeración

Bomba de agua salada

Ánodo de sacrificio

Motor

Mar

Mar


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enfriador, sino que regrese de nuevo a la bomba sin enfriarse, con lo cual la temperatura ira aumentando rápidamente. Cuando el motor alcanza su temperatura de funcionamiento la válvula deja de actuar y toda el agua de refrigeración pasa al enfriador.

A veces estas válvulas pueden fallar, quedando el agua en una posición de recirculación, que hace que alcance temperaturas peligrosas. Así, si el motor repentinamente sube de temperatura, una posible causa puede ser el fallo de la termostática. Fácilmente se puede desmontar, volver a arrancar y comprobar si el agua baja a su temperatura normal. La termostática averiada se repondrá cuanto antes.

Un aumento de temperatura también podría ser debido al ensuciamiento del interior de los tubos del enfriador, por donde circula el agua salada. Moluscos, crustáceos y algas se van adosando a las paredes del tubo obturándolo. Periódicamente, o bien si se nota un progresivo aumento de la temperatura de refrigeración a lo largo del tiempo, se deben desmontar las tapas y comprobar los tubos. Al desmontar las tapas, se comprobarán los ánodos de sacrificio (discos de zinc) que protegen a la envolvente de acero del enfriador de perforaciones por corrientes galvánicas, entre dicha envolvente y los tubos de latón. Habrá que cambiarlos si están muy desgastados ya que si no, se corre el riesgo de corrosiones en el enfriador.

El agua de refrigeración debe ser destilada y convenientemente tratada, para evitar corrosiones, incrustaciones y posibles congelamientos (anticongelantes).

3.14.2 Circuito de lubrificación

El motor está constituido por gran cantidad de piezas en movimiento que se rozan entre sí. Con este roce las piezas se desgastan, se calientan en exceso y acaban por destruirse; esto obliga a interponer lubricantes, aceites en la mayoría de los casos, entre las superficies, para eliminar en gran medida el rozamiento. Este aceite es bombeado a presión a todos los puntos que necesitan lubricación.

El circuito es similar al que se muestra a continuación:

Figura 28. Circuito de lubrificación


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El aceite se almacena en la bandeja del cárter (1), desde allí es aspirado por la bomba de lubrificación (3), generalmente de engranajes, a través del filtro (2) llamado alcachofa de aspiración. Es enviado a presión al circuito. La presión es controlada por la válvula de sobrepresión (4) que devuelve el aceite a la aspiración de la bomba, si se sobrepasa el límite de presión a la que está tarada la válvula.

El aceite es enviado al filtro (5), generalmente de cartucho, atraviesa el material filtrante (6), donde son atrapadas las partículas de suciedad. Una vez limpio sale (7) dirigiéndose al enfriador multitubular (9), donde cede el calor al agua de mar (10) que circula por el interior de los tubos, y que sale de nuevo hacia el mar (11).

A la salida del enfriador, el aceite ya está preparado para lubricar y enfriar. Una parte de él es enviado a los cojinetes del turbo compresor (25), regresando al cárter. La otra parte del aceite llega a una canalización principal (13) que reparte el aceite.

Una parte del aceite se dirige hacia los cojinetes de bancada (14) y por los conductos internos del eje de cigüeñales se dirige a los cojinetes de cabeza de biela. El aceite que escapa de los cojinetes sale a presión formando un abanico de aceite (17) que baña la parte inferior de la camisa, para ser recogido por los segmentos engrasadores del pistón, que lo esparcen por el resto de la camisa. Este aceite regresa al cárter.

En la canalización principal (13) se disponen unos surtidores, que envían un chorro de aceite a la parte interior del pistón (18), refrigerando la cabeza y lubrificando el cojinete de pié de biela, ya que este aceite gotea hacia un orificio practicado en el pie de biela.

De la canalización principal, surgen unos conductos que envían aceite a los cojinetes del eje de levas (19), y de uno de sus extremos asciende al eje de balancines (21), circulando por su interior, ya que posee un conducto interno, llegando a cada cojinete de balancín (22). El aceite escurre de los balancines, y por gravedad desciende hacia el cárter, pero en su caída, engrasa los taqués y las levas, e incluso una parte es desviada hacia los engranajes de la distribución (24).

Se puede controlar la presión del aceite a través del manómetro (12). Una disminución de la presión puede producir graves averías (gripado). Los filtros (5) suelen llevar una válvula de seguridad (8); si el material filtrante se tapona por excesiva suciedad, el motor se podría quedar sin aceite. La presión antes del material filtrante sube, dispara la válvula de seguridad penetrando a la parte central del filtro, saliendo del filtro hacia el enfriador. El aceite no es filtrado, por lo que puede poseer alguna partícula que al llegar a un cojinete lo puede rayar o dañar, pero mucho peor sería dejar sin aceite al motor. En el tiempo más breve posible, se deberá cambiar el filtro por uno nuevo. Los motores actuales van dotados de dos o tres cartuchos de filtración trabajando en batería, por lo que aunque se tapone un filtro, habrá otros que sigan filtrando. En pesqueros más grandes con instalaciones más complejas, se utiliza agua dulce del circuito de baja temperatura, para refrigerar el aceite lubricante de los motores principales y auxiliares, sustituyendo al agua salada.

Como se observa en el circuito de la página siguiente, correspondiente a un pesquero de arrastre de gran tamaño, existen dos circuitos de agua dulce de refrigeración, ambos enfriados por agua de mar.


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�� Circuito de alta temperatura: se encarga de refrigerar cilindros, culatas, válvulas, turbos y enfriador de aire de sobrealimentación.

�� Circuito de baja temperatura: encargado de refrigerar los enfriadores de aceite tanto del motor principal como auxiliares, enfriador del aceite de la reductora, segunda etapa del enfriador de aire de sobrealimentación.

3.14.3 Circuito de sobrealimentación

Se entiende por sobrealimentar, el hecho de introducir a presión el aire en el interior del cilindro, durante el tiempo de aspiración.

El volumen del cilindro siempre es el mismo, pero la cantidad de partículas de aire que penetran puede variar.

En el dibujo A, el aire ha entrado aspirado por el pistón, y cuando se ha llenado hay una presión cercana a la atmosférica.

En el dibujo B, el aire ha sido introducido a presión,

Figura 29. Circuito de refrigeración simplificado de un arrastrero congelador

Tanque de expansión

Enfriador aire 1ª etapa

Motorprincipal

Cilindros, culatas, etc.

Bomba circuito alta temperatura

Bomba circuito baja temperatura

Enfriadoraceite

reductora

Enfriadoraceite

lubricanteEnfriadoraire 2ª etapa

Toma de mar

bombas agua salada

Enfriador baja temperatura

Enfriador alta temperatura

Agua saladaAgua dulce circuito de baja temperatura (LT)Agua dulce circuito de alta temperatura (HT)

Figura 30. Diferencias de presión y densidad en tres fluidos

A B C


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penetrando más partículas, pues las hemos forzado a acercarse más entre sí. (Hay menos espacio vacío entre ellas). En B hay más partículas que en A, pero están dilatadas, ya que el aire se calienta en el compresor de la turbo. Si las enfriamos se contraerán, y al tener menor tamaño, cabrán más partículas según se muestra en el dibujo C.

Así, en la práctica se sobrealimenta introduciendo el aire a presión y enfriándolo (intercooler), antes de penetrar en el motor.

Las reacciones químicas de combustión se establecen entre PESO de combustible y PESO de oxígeno. Así, al tener más partículas, tendremos más peso de oxígeno, por lo que los inyectores podrán mandar más peso de combustible. El resultado será una mayor combustión, más calor, más potencia.

La sobrealimentación se puede disponer tal como se muestra en el dibujo siguiente:

El compresor centrífugo (1) aspira aire de la atmósfera por su zona central, a través del filtro (2), el aire es arrastrado por las paletas del rotor que está girando a mucha velocidad. Todas las partículas de aire girando, están sometidas a una gran fuerza centrífuga, por lo que se aplastan contra la periferia del compresor, acumulándose allí y aumentando la presión, siendo expulsadas por la salida (3).

A su salida del compresor el aire está caliente y dilatado, así que es enviado al enfriador (intercooler), penetrando por (7) y saliendo frío por (8). El aire llega a los colectores de admisión (9) para penetrar en los cilindros, en cuanto se abran las válvulas de admisión.

Figura 31. Sobrealimentación


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Se produce el ciclo de trabajo en el motor (11) y los gases de escape salen al exterior (10) por los colectores de escape. Este gas no se envía a la chimenea, sino a una turbina (4), que al recibir los gases (5) chocando contra las paletas (álabes) del rotor, hará que este gire a muy alta velocidad. Finalmente los gases son expulsados por el centro de la turbina (6) dirigiéndose a la chimenea.

Así pues el movimiento del turbocompresor es producido exclusivamente por la temperatura y presión que poseen los gases de escape.

3.14.4 Enfriadores

El enfriador es un intercambiador de calor entre un fluido caliente y otro más frío o menos caliente. Siempre habrá una transferencia de calor del que está a mayor temperatura hacia el de menor temperatura. En los barcos son principalmente de dos tipos, multitubulares y de placas.

Existe un tercer modelo que es el de caja, que aprovecha las corrientes de agua de mar cuando el barco está navegando. A través de unas aberturas, el agua penetra en una caja, en la que están sumergidos haces tubulares.

�� Enfriador multitubular. Normalmente el agua salada circula por el interior de los tubos, robando el calor al otro fluido (agua dulce de refrigeración, aceite de lubricación, aire de sobrealimentación, etc), que circula bañando a todo el haz de tubos, produciéndose el intercambio por conducción a través de las paredes de los tubos.

Figura 33. Enfriador y haz tubular

Figura 32. Flujos en el enfriador tubular


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�� Enfriador de placas. Este intercambiador está constituido por un paquete de placas metálicas corrugadas, soportadas ente sí mediante un bastidor, con una de sus partes móvil.

El conjunto de placas se aprietan unas contra otras, circulando los fluidos entre ellas a contracorriente.

Se evita las fugas y contaminaciones a través de multitud de juntas de goma.

Posee elevados coeficientes de transmisión que le dan un gran rendimiento y menor tamaño, menos pérdidas caloríficas y mejor posibilidad de limpieza e inspección.

Son más caros, y debido a las juntas de goma no deben superan 250 ºC y 20 atm.

En la actualidad se emplea en pesqueros de gran porte.

Figura 37. Enfriador de placasFigura 36. Desmontaje de placas

Figura 35. Anverso y reverso de una placaFigura 34. Flujos en el enfriador de placas

Conexiones

Guia placas superior

Placa grande móvilSoporte trasero

Guia placas inferior

Tirante

Paquete de placas

Placa grande fija

Espesor


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RESUMEN

En general todos los motores diésel tienen una estructura y funcionamiento similar, con pequeñas diferencias según el tamaño del mismo.

Los componentes de un motor se pueden clasificar en tres grupos: estáticos, móviles y auxiliares.

Los elementos estáticos proporcionan el asentamiento necesario a las piezas móviles del motor. La bancada, bastidor o cojinetes que son el apoyo de los elementos del motor.

El cilindro es una de las piezas fundamentales del motor dado que el movimiento del pistón en su interior da lugar a la combustión, de la que deriva todo el funcionamiento del motor. Está limitado por la culata en la parte superior, y el cárter en la inferior. En los motores de 4 tiempos la culata aloja a las válvulas.

La combustión desencadena el funcionamiento de las distintas partes móviles del motor. Las válvulas, accionadas por las levas o camones ensambladas en un eje, permiten la entrada y salida del aire al cilindro.

El pistón o émbolo con su movimiento vertical comprime los gases y da lugar a la combustión. Es cilíndrico aunque la cabeza puede sufrir algunas modificaciones para optimizar la combustión. Los aros o segmentos se acoplan a unas ranuras talladas en la cabeza del pistón para impedir la fuga de gases dentro del cilindro. Para ello son de materiales elásticos y con características concretas que permitan su dilatación con el calor que reciben de la combustión.

La biela convierte el movimiento rectilíneo del pistón en circular en el eje de cigüeñales. Todas las de un motor deben estar equilibradas. Constan de pie, cuerpo y cabeza. Las bielas se acoplan en el eje de cigüeñales, que es el eje principal del movimiento del motor y transmite la potencia y par motor al árbol propulsor para generar movimiento finalmente en los elementos propulsores (eje y hélice). Al final de este eje se encuentra el volante de inercia que compensa las irregularidades de aceleración propias del giro del cigüeñal.

Todas estas operaciones implican fricción entre piezas, desgaste y aumentos de temperatura que puede provocar averías o destrucción de las piezas. Con objeto de evitar esto existen en todos los motores tres circuitos auxiliares de fluidos:�� El de refirgeración, que pone en contacto agua o aire más fríos para disminuir la tempertarura

de las piezas.�� El de lubrificación, que bombea fluidos lubricantes, generalmente aceite, que proteja y compense

el efecto del rozamiento entre las piezas.�� El de sobrealimentación, que introduce aire a presión y lo enfría para que, aportando así más

oxígeno, aumenta la combustión y la potencia generada.


54

AUTOEVALUACIÓN


�� El bastidor se clasifica como un órgano estático.

2. Elige la opción correcta para completar esta frase: “En la bancada se alojan los cojinetes de bancada para soportar...”

a) El eje de cigüeñales.b) Las bielas.c) La distribución.d) El bastidor.

3. Elige la opción correcta para completar esta frase: “Los cojinetes de bancada están constituidos por dos medias piezas. Ambos medios cojinetes van empernados entre sí y sujetos a...”

a) La bancada.b) La tapa del bastidor.c) El cuerpo del bastidor.d) La culata.


�� El cárter está encerrado por la bancada o simplemente la bandeja, en la parte superior.

5. Elige la opción correcta para completar esta frase sobre el bastidor:

a) Es la estructura que soporta el bloque de cilindros y que descansa sobre la bancada.b) Es la estructura que soporta la bancada y que descansa sobre el bloque de cilindros.c) Es una estructura situada debajo de la bancada.d) Es una estructura situada por encima del bloque de cilindros.

6. Elige la opción correcta para completar esta frase: “Las camisas son forros interiores del cilindro que...”

a) Sufren los desgastes, evitando que se desgasten los cilindros.b) Son menos duras que los aros o segmentos.c) Solo se pueden sustituir una vez.d) Se deslizan arriba y abajo junto con el pistón.


a) Pistones y camisas se desgastan en dirección babor-estribor, por lo que las camisas se deforman ovalándose.

b) Pistones y camisas se desgastan en dirección arriba-abajo, por lo que las camisas se deforman ovalándose.


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c) Pistones y camisas se desgastan en dirección babor-estribor, por lo que las camisas se deforman alargándose.

d) Pistones y camisas se desgastan en dirección babor-estribor, por lo que las camisas se deforman estrechándose.

8. Elige la opción correcta de estas afirmaciones sobre la culata:

a) Su misión es cerrar el cilindro por su parte superior, creando la cámara de combustión y haciendo que los gases queden comprimidos en el interior de la misma.

b) En motores pequeños, cada cilindro va dotado de su propia culata a fin de facilitar la posible extracción del pistón. En motores grandes y medianos la culata es común para todos los cilindros o para grupos de cilindros.

c) En motores de 4 tiempos la construcción de la culata es sencilla, ya que carecen de válvulas y sus correspondientes conductos.

d) La culata se fija al bloque mediante espárragos de acero de gran resistencia. Cuando se aprietan las tuercas de estos espárragos hay que hacerlo siguiendo un orden de izquierda a derecha.


a) Para mejorar el llenado y salida de gases se emplean motores con cuatro válvulas por cilindro, dos de admisión y dos de escape, en vez de dos válvulas de gran diámetro que debilitarían la culata.

b) En la mayoría de los motores, las válvulas de escape presentan una cabeza de mayor tamaño que las de admisión, para facilitar el mejor vaciado del cilindro.

c) El vástago se desliza con pequeña holgura por un tubo, llamado cola, que suaviza el rozamiento y centra la válvula.

d) La apertura de las válvulas se encomienda a resortes helicoidales que mantienen las válvulas pegadas a sus asientos en la culata.


a) La leva o camón es una pieza giratoria con un perfil variable en gran parte de su periferia, y una porción menor posee un perfil circular calculado para accionar la válvula.

b) El eje de levas o eje de camones es un eje en el que van talladas todas las levas. Cada camón se encargará de accionar una válvula.

c) El eje de cigüeñales gira movido por el eje de camones a través de una transmisión (engranajes, cadenas o correas).

d) En un motor de dos tiempos el eje de camones gira a la mitad de revoluciones que el eje de cigüeñales, ya que cada dos vueltas del cigüeñal (un ciclo de trabajo), solo debe golpear una vez el camón.


a) Para la realización del ciclo de trabajo, las válvulas de admisión y escape deben abrirse y cerrarse en unos momentos muy precisos y para que esto ocurra se utiliza el sistema de distribución.

b) La distribución comienza en el centro del eje de cigüeñales al que se le acopla un piñón. Desde allí, utilizando tres posibles medios: engranajes, cadenas o correas dentadas, se conecta con otro piñón situado en el extremo del eje de levas, transmitiendo y sincronizando el movimiento de los dos.


56

c) El émbolo o pistón es el órgano móvil del motor, encargado de recibir el empuje de los gases de la combustión y transmitirlo mediante la biela al eje de levas.

d) En el pistón se distinguen dos partes: la falda o faldilla que soporta directamente la presión y temperatura de los gases, y la cabeza o corona que sirve de guía.


a) El pistón debe ser lo más pesado posible para aumentar las fuerzas de inercia, por lo que es macizo.

b) La faldilla también contiene un orificio que atraviesa al pistón, donde se aloja un eje llamado bulón o pasador del émbolo, que realiza la unión del pistón a la biela.

c) Los segmentos son unos aros elásticos de goma que se colocan sobre unas gargantas practicadas en la cabeza del pistón, que tienen por misión impedir la fuga de gases.

d) La misión de los aros de fuego es impedir que el aceite que lubrica la camisa pueda ascender a la cámara de combustión donde se quemaría.


a) En pesqueros de gran tamaño, existen dos circuitos de agua dulce de refrigeración (circuito de alta temperatura y circuito de baja temperatura), ambos enfriados por agua de mar.

b) El circuito de baja temperatura se encarga de refrigerar cilindros, culatas, válvulas, turbos y enfriador de aire de sobrealimentación.

c) Se entiende por sobrealimentar el hecho de reducir la presión del aire en el interior del cilindro, durante el tiempo de aspiración.

d) En la práctica se sobrealimenta introduciendo el aire a presión y calentándolo (intercooler), antes de penetrar en el interior del cilindro.


a) El movimiento del turbocompresor es producido por la temperatura y presión que poseen los gases de escape y por la acción de un pequeño motor auxiliar.

b) El enfriador es un intercambiador de calor entre un fluido caliente y otro más frío o menos caliente. En los barcos son principalmente de dos tipos, multitubulares y de placas.

c) El enfriador multitubular está constituido por un paquete de placas metálicas corrugadas, soportadas ente sí mediante un bastidor, con una de sus partes móvil.

d) El enfriador de placas en la actualidad se emplea en pesqueros pequeños.

Unidad didáctica 4. Sistemas de Inyección. Bombas e Inyectores

57

UNIDAD DIDÁCTICA 4

SISTEMAS DE INYECCIÓN. BOMBAS E INYECTORES

4.1 CIRCUITO DE INYECCIÓN

Es el encargado de suministrar combustible a los diferentes cilindros. El circuito elemental de un motor diésel empleado en los buques de pesca o cabotaje (con bomba de elementos en línea) es el que aparece en la figura siguiente.

El combustible es almacenado en el tanque lateral o de doble fondo (6). La bomba de alimentación (4), también llamada de aspiración o de baja, aspira combustible del tanque y lo envía a los filtros de combustible (1), y una vez filtrado el combustible se dirige a la bomba de inyección (3) también llamada bomba de alta, rellenándose la cámara de presión que alimenta a cada elemento de la bomba. El combustible es enviado a través de una válvula de retención (8) y un tubo impulsor (9), al inyector correspondiente.

La cantidad de combustible que envía la bomba, se regula manualmente con la palanca (10) o automáticamente con el regulador de velocidad (2). El combustible aspirado del tanque puede contener burbujas de aire, lo que puede hacer que la bomba de inyección funcione mal y deje de enviar combustible, parándose el motor. Es por ello que el circuito debe tener un sistema de purgas para eliminar aire. Del filtro sale un tubo de purga, descargando combustible y aire al tanque. A pesar de lo anterior puede llegar aire a la bomba de alta, pero puede ser purgada a través de unos pequeños tornillos (11) situados a la altura de la cámara de presión de la bomba.

Figura 1. Circuito de inyección de un motor diésel

8


58

Para purgar el circuito estando el motor parado (porque no puede arrancar), se puede enviar combustible a todo el circuito con la bomba manual (12). Para ello, primero se gira algunas vueltas el volante de la bomba manual y a continuación con un movimiento de sube y baja se bombea combustible; a la vez que se hace esto, se purga por los tornillos (11) y a continuación por el racor (13) del inyector.

Los tubos de impulsión (9) que van de la bomba al inyector presentan formas especiales con determinadas curvas; esto se hace para que todos los tubos que van a los diferentes inyectores tengan la misma longitud. Si el mecánico cambia de sitio o endereza alguno de estos tubos, la inyección puede fallar, produciendo humo negro en el escape.

La mayoría de las bombas posee un regulador de avance a la inyección (la inyección se va adelantando conforme aumenta la velocidad el motor) conectado al eje de la bomba (14).

4.2 INYECCIÓN Y PULVERIZACIÓN DEL COMBUSTIBLE

Podemos definir la inyección como la acción de introducir el combustible en la cámara de combustión, en el momento adecuado.

El combustible debe ser inyectado en la cámara de combustión de una forma determinada, pues el buen funcionamiento de un motor diésel depende en gran parte de una inyección correcta. Las condiciones esenciales para garantizar un óptimo rendimiento, son:

a) Suministrar a cada cilindro la cantidad de combustible necesaria, según las condiciones de marcha del motor. Cada cilindro ha de recibir la misma cantidad de combustible.

b) Iniciar la inyección en el instante preciso, unos grados antes del PMS, para que la combustión se realice correctamente. El instante de comienzo debe variar automáticamente según la velocidad de giro del motor.

c) Pulverizar el combustible, dividiéndolo en multitud de pequeñas gotitas, lo que favorecerá la combustión.

d) Comunicar la suficiente energía cinética a las gotas de combustible para lograr una buena penetración en una atmósfera enrarecida a alta presión y temperatura.

e) Difundir de manera uniforme las partículas de combustible en el aire de la cámara de combustión, llegando a todos los rincones.

En un motor diésel, el tiempo disponible para la inyección y combustión es de centésimas de segundo en motores lentos, e incluso de milésimas en motores rápidos.

Para efectuar la combustión en un tiempo muy corto, hay que pulverizar el combustible finamente, con ello también se consigue que se queme en su totalidad.

La combustión se realiza a través de la superficie de la gota, ya que es la parte que está en contacto con el oxígeno del aire (el interior de la gota está rodeado de más líquido y no de oxígeno).

Por geometría de la esfera (gota), se puede deducir que si una gota es fraccionada en dos, la suma de


59

las superficies de las dos gotas resultantes es mayor que la de la gota primitiva. Al tener mayor superficie podemos poner en contacto más combustible con el aire, y si siguiéramos dividiendo las gotas, iríamos teniendo más superficie, lo que cada vez hace mejor la combustión y mucho más rápida.

Cuanto más presión de inyección, más pulverización. Ejemplos de presión de inyección de tres tipos de motores:

4.3 DISTINTOS SISTEMAS DE INYECCIÓN

Los constantes ensayos realizados por los constructores empleando diversos métodos para introducir el combustible en los cilindros, ha dado lugar a diferentes sistemas. En la actualidad todos ellos son del tipo de pulverización mecánica, desechándose totalmente cualquier sistema de pulverización neumática.

La inyección mecánica se realiza por medio de una bomba que impulsa el combustible hacia unos inyectores, alcanzándose elevadas presiones, entre 160 y 300 kg/cm2.

Este tipo de pulverización se basa en el principio de hacer pasar a gran presión un líquido a través de un conducto capilar (de muy pequeño diámetro). Al salir por un orificio tan reducido, el líquido se fracciona en miles de partículas.

Los sistemas más empleados en la actualidad para motores marinos, son:

�� Inyección con bomba de elementos en línea (tipo PE de Bosch).�� Inyección con bomba rotativa, de pistones axiales (VE), o de pistones radiales (VR).�� Inyección con bomba individual.�� Sistema Common Rail.�� Sistemas UPS, unidad de bomba-tubería inyector.

Figura 2. Fraccionamiento de una esfera

S1 S2 S3 S4 S5

S1= 1 cm2

S2= 1,26 cm2

S3= 1,58 cm2

S4= 2 cm2

S5= 2,52 cm2

Motor lento: Sulzer RD 90 120 kg/cm2

Motor rápido: Perkins D203 195 kg/cm2

Motor sobrealimentado: Perkins T354 210 kg/cm2


60

4.4 BOMBAS INYECTORAS

4.4.1 Bomba de elementos en línea

Está compuesta de varios elementos de bomba, uno para cada cilindro, adosados los unos a los otros en línea formando un solo bloque. Cada elemento bombea combustible al inyector correspondiente.

Su aspecto externo es el que se muestra en las figuras siguientes. En ella podemos distinguir cuatro partes: bomba de alimentación o de baja (1), cuerpo principal del grupo de elementos de bombeo (2), regulador de velocidad y mando de aceleración (3), y variador automático de avance al encendido (4).

En la figura 5 se observa la cremallera (1) encargada de modificar la posición de los pistones de bombeo y por tanto el caudal inyectado. La cremallera se conecta a la palanca de aceleración (2) y al regulador de velocidad (3) que en este caso es del tipo de depresión (no centrífugo).

El recorrido de la cremallera se regula con un tope ajustable (4).

Figura 5. Vista de la bomba y sus elementos

Figura 4. Aspecto externo de la bombaFigura 3. Elementos de una bomba en línea

1

2

34

5

1

2

3 4


61

Los pistones de cada elemento de la bomba suben y bajan bombeando cuando son accionados por el eje de levas (5), que mediante engranajes se conecta al eje de cigüeñales del motor, normalmente en la zona de la distribución. Intercalado en esta transmisión, se coloca el variador de avance a la inyección, que modificará la posición del eje de levas, para que ataquen antes o después a los elementos de la bomba y así se varíe el momento de la inyección en función de la velocidad a la que gira el motor.

El funcionamiento de uno cualquiera de sus elementos, es el siguiente:

La cabeza del pistón (P) tiene una forma especial, ya que lleva una entalladura helicoidal (R). Este pistón sube y baja continuamente intentando bombear combustible. A la vez puede tener un segundo movimiento de rotación sobre su propio eje, ya que unido a él tiene un piñón (S) que girará accionado por la cremallera (C). Este movimiento de rotación sobre su eje, permitirá que la hélice de la cabeza pase de forma diferente frente a los orificios de alimentación de combustible (L).

El pistón siempre tendrá la misma carrera ascendente debido a la forma de la leva que lo levanta, pero la forma de la hélice abrirá o cerrará antes la alimentación y escape (doble misión) con lo que variará el trozo de carrera en que se bombea (carrera útil) y por lo tanto la cantidad de combustible inyectado y el régimen del motor. Es lo que se llama una bomba de carrera constante y carrera útil variable.

Figura 8. Funcionamiento de un elemento de la bombaFigura 7. Un elemento de la bomba

entero y seccionado

Figura 6. Funcionamiento de uno de los elementos de la bomba

Ranura vertical

Émbolo

Enganche a la corona dentada

Ranura helicoidal

Entrada y salida de

combustible

Camisa de la bomba

Alimentación

Paro Ralentí Media Toda

Comienza la Inyección

Termina la Inyección

Suministro nulo Suministro parcial Suministro máximo

Carrera útil


62

4.4.2 Bombas rotativas

Las bombas rotativas solo tienen un elemento de bombeo de alta presión para todos los cilindros. El caudal de inyección se regula mediante un regulador de revoluciones mecánico, así como un regulador hidráulico para variar el avance a la inyección. Existen dos tipos: tipo VE y tipo VR.

�� Bomba rotativa tipo VE: posee una bomba de paletas que aspira combustible del tanque para alimentar la cámara de la bomba. Un émbolo distribuidor central que gira mediante un disco de levas asume la generación de presión y la distribución a los diferentes cilindros. Durante una vuelta del eje de accionamiento, el émbolo realiza tantas carreras como cilindros del motor tenga que abastecer. A la vez el pistón gira sobre su eje, y mediante conductos internos va distribuyendo el combustible a los diferentes cilindros.

Unidad de control electrónica (ECU) integrada en la bomba

Sensor de número de revoluciones

Bomba de alimentación

Plato porta-rodillos

Plato de levas

Dispositivo variador de avance a la inyección

Pistón

Electroválvula de acción rápida dosificación de combustible

Electroválvula de control del variador de avance

Figura 9. Aspecto exterior de una bomba rotativa Figura 10. Aspecto exterior de una bomba rotativa

Figura 11. Componentes de una bomba rotativa tipo VE


63

A continuación se describe su funcionamiento:Fase 1. El pistón retrocede empujado por el combustible que penetra por el conducto de llegada (2) y la ranura de alimentación (3) tallada en la cabeza del pistón. Se llena toda la cámara de alta presión (4).

Fase 2. La leva comienza a empujar al pistón. A la vez el pistón rota sobre su eje. El pistón cierra el conducto de llegada de combustible. Se ponen en comunicación (a través del conducto interior) la ranura de distribución (6) con uno de los conductos de salida (7). El combustible se dirige al inyector correspondiente. Comienza la inyección.

Fase 3. En el avance del pistón y su giro, el conducto interior de descarga (9) se libera del tope de regulación. La presión cae bruscamente y cesa la inyección.

Fase 4. El pistón sigue avanzando sin inyectar, pero ha girado lo suficiente para situarse enfrente de una nueva ranura de alimentación. Comenzará de nuevo todo el proceso, pero se descargará a un inyector diferente del motor.

�� Bomba rotativa tipo VP o VR: se caracteriza por utilizar un par de émbolos enfrentados que se mueven en dirección del radio de la bomba. Estos pistones se acercan y alejan entre sí movidos por levas. Cuando se separan los pistones, la cámara que queda entre ellos se rellena de combustible procedente de la bomba de alimentación. Cuando los pistones se acercan entre sí, el combustible es comprimido y enviado a cada cilindro.

Figura 12. Funcionamiento de un bomba rotativa VE

Figura 13. Elementos de una bomba rotativa tipo VP o VR

Unidad de control electrónica de la bomba

Pistones

Electroválvula de acción rápida dosificación de combustible

Electroválvula de control del variador de avance

Dispositivo variador de avance a la inyección

Bomba de alimentación

Sensor de número de revoluciones


64

A continuación se describe su funcionamiento:

Un rotor (2) gira en el interior del cuerpo de la bomba (1), sincronizado con los ciclos del motor diésel. Posee unos canales internos por donde circulará el combustible, y en el extremo unos pistones (3 y 4) opuestos accionados por levas (omitidas en el dibujo).

En su giro, cuando el rotor adopta la posición A, entra combustible (6) procedente de la bomba de baja o alimentación. Esa ligera presión llega hasta los pistones opuestos (3, 4) y los separa (las levas no están presionando). Todo el espacio entre pistones está relleno de combustible.

Sigue girando el rotor y adopta la posición B. Las levas empujan a los pistones opuestos y el combustible es sometido a muy alta presión y empujado hacia la lumbrera de escape (9). Enroscado a este orificio, está el tubo de impulsión conectado por el otro extremo al inyector.

4.4.3 Inyección con bomba individual PF

Cada cilindro posee su elemento de bomba muy similar a la bomba de elementos en línea, PE. El regulador mecánico-hidráulico o electrónico está adosado al cuerpo del motor.

La regulación del caudal por el regulador o el mando de combustible, se transmite mediante un varillaje integrado en el motor.

Las levas de accionamiento para las diversas bombas de inyección, PF, se encuentran sobre el árbol de levas correspondiente al control de válvulas del motor.

4.4.4 Sistema Common Rail CR

En la inyección de acumulador Common Rail, se realiza por separado la generación de presión y la inyección.

La presión se genera en una bomba que la envía a un depósito acumulador (Rail ) alcanzándose presiones elevadísimas. Mediante sobrantes regulados electrónicamente se mantendrá esa presión.

El momento y el caudal de inyección se calcula en la unidad de control electrónica ECU y se realizan por el inyector en cada cilindro del motor, mediante el control de unas electroválvulas.

Figura 14. Funcionamiento de un bomba rotativa tipo VP

1. Cuerpo de la bomba 6. Entrada de combustible 2. Rotor 7. Lumbrera de dosificación3 y 4. Émbolos 8. Lumbrera de distribución5. Lumbrera de admisión 9. Lumbrera de escape

10. Salida de combustible hacia el inyector


65

Se pasa de una sola inyección por ciclo a varias inyecciones secuenciales, obteniéndose con la misma cantidad de combustible una combustión más gradual y silenciosa. Se asegura un control más preciso de la presión y temperatura que se desarrollan en la cámara de combustión a la vez que se aprovecha mejor el aire aspirado por el pistón.

La ECU (unidad electrónica de control) recibe señales de sensores situados por todo el motor, que le proporcionan la siguiente información: rpm, temperatura del motor, temperatura del combustible, caudal de aire en el colector de admisión (caudalímetro), posición de la palanca de mando, presión en el rail, etc.

A su vez envía señales a: mando electromagnético o piezoeléctrico de los inyectores, regulación de presión, precalentamiento, electroválvula EGR (control del turbo), cuadros de mando, etc.

Este sistema se está instalando en todos los pesqueros modernos.

4.4.5 Sistema UPS

Unidad bomba-tubería-inyector: el inyector y la bomba están unidos por una tubería corta. El sistema UPS dispone de una unidad de inyección por cada cilindro del motor, la cual es accionada por el árbol de levas del motor.

El comienzo de la inyección y su duración se gestiona electrónicamente con electroválvulas.

Figura 15. Sistema Common Rail

Sensor de presiónCommon Rail Limitador de presión

Filtro

Bomba de alta presión

Inyectores

Tanque de combustible

Salidas de las señales de mando

Entradas de las señales desde los diferentes sensores

EDU

ECU

EDU: Electronic Driver UnitECU: Electronic Control Unit


66

4.5 INYECTORES

Tienen por misión introducir el combustible finamente pulverizado en la cámara de combustión en el momento adecuado. Además, lo distribuye por la cámara para conseguir una mezcla íntima con el aire y así conseguir una buena combustión.

Están situados en la culata, atravesándola, dejando solo en el interior del cilindro la punta de la tobera con sus minúsculos orificios pulverizadores.

Hacemos a continuación una descripción de un inyector mecánico tipo Bosch.

En esencia, consta de una tobera (C) con orificios de salida, y una válvula de aguja (B) que mantiene cerrados estos orificios. Solo cuando la bomba de inyección manda combustible al inyector, la aguja se levanta y el combustible penetra en la cámara de combustión.

El combustible llega de la bomba por el conducto (K), descendiendo lateralmente por el cuerpo (A) hasta la tobera (C). En la cámara tórica de la tobera y que rodea a la válvula de aguja (B) se genera una fuerza que empuja a la aguja hacia arriba, venciendo la resistencia del resorte (F) que se opone a que se levante la aguja a través de la varilla (E).

Al levantarse la aguja, deja libre el orificio u orificios de la tobera, saliendo el combustible finamente pulverizado a la cámara de combustión.

El combustible sobrante asciende alrededor de la aguja (B), la varilla (E), saliendo por el conducto (J), llamado de sobrante, y vuelve al tanque de combustible.

La regulación de la presión de inyección con la que se levantará la aguja, se efectúa aflojando la contratuerca

Figura 17. Sección de un inyectorFigura 16. Elementos de un inyector mecánico

A

B

C

D

E

F

G

HI

J

K

Figura 18. Inyector comandado eléctricamente


67

(H) y actuando sobre el tornillo (G), lo que dará mayor o menor tensión al muelle (F). Este sistema se protege con el tapón (I).

1

23

4

56

7

8

9

10

11

12

57

12

1. Retorno gasoil al tanque2. Conexión eléctrica3. Bobina eléctrica4. Resorte5. Válvula de bola6. Estrangulador de entrada7. Estrangulador de salida8. Émbolo control de válvula9. Canal de afluencia10. Aguja del inyector11. Entrada gasoil a presión12. Cámara de control

Figura 19. Elementos de un inyector comandado eléctricamente seccionado


68

RESUMEN

El circuito de inyección es el encargado de suministrar combustible a los cilindros. Para una combustión adecuada todos los cilindros deben recibir la misma cantidad de combustible un poco antes del PMS pulverizado en pequeñas gotas.

La pulverización mecánica es el sistema de inyección utilizado actualmente. Consiste en aumentar la presión de forma que las gotas entren en el cilindro lo más pulverizadas y con la mayor velocidad posible, lo que redunda en una combustión más eficiente. Esta función corresponde a los inyectores.

Los inyectores tienen forma cilíndrica y cuentan con piezas diseñadas para recibir combustible de las bombas, aumentar la presión e inyectarlo finamente pulverizado en los cilindros del motor, para que se dé la combustión en condiciones adecuadas.

La diferencia entre los sistemas de inyección utilizados en motores marinos radica en las bombas inyectoras que utiliza cada uno.

�� Bomba de elementos en línea: que forman un solo bloque y cada una bombea a un inyector. El pistón inyector está diseñado de forma que tiene la doble función de admisión y escape para una carrera útil variable.

�� Bombas rotativas: con un émbolo central giratorio (bomba tipo VE) o dos émbolos enfrentados (bomba tipo VP o VR) que generan presión y distribuyen el combustible a cada cilindro.

�� Bomba individual PF: cada cilindro cuenta con su elemento de bomba y el caudal es regulado por un sistema de varillaje.

�� Sistema Common Rail: la presión e inyección se realizan por separado. Las electroválvulas regulan la inyección secuenciada en cada cilindro.

�� Sistema UPS: cada cilindro del motor cuenta con un sistema de inyección que une inyector y bomba por una tubería corta.


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AUTOEVALUACIÓN


a) La bomba de alimentación, también llamada de aspiración o de baja, aspira combustible del tanque y lo envía a los filtros de combustible.

b) La bomba de inyección, también llamada de aspiración o de baja, aspira combustible del tanque y lo envía a los filtros de combustible.

c) La bomba de inyección, también llamada bomba de alta, aspira combustible del tanque y lo envía a los filtros de combustible.

d) La bomba de inyección, también llamada de aspiración o de baja, es la que envía el combustible a los inyectores.


a) El combustible, después de pasar por la bomba de inyección, se envía a los filtros de combustible y una vez filtrado se envía al inyector correspondiente.

b) La cantidad de combustible que envía la bomba de inyección se puede regular manualmente con una palanca.

c) La cantidad de combustible que envía la bomba de inyección se puede regular automáticamente con el regulador de velocidad.

d) Las dos anteriores son verdaderas.


a) Del filtro sale un tubo de purga, descargando combustible y aire al tanque.b) La bomba de inyección también puede ser purgada a través de unos pequeños tornillos.c) Las dos anteriores son verdaderas.d) El circuito de combustible siempre se tiene que purgar de aire con el motor arrancado.


�� Todos los tubos de impulsión que van de la bomba a los diferentes inyectores deben tener la misma longitud.

5. Elige la opción correcta para completar la siguiente frase: “El combustible debe ser inyectado en la cámara de combustión de una forma determinada, pues el buen funcionamiento de un motor diésel depende en gran parte de una inyección correcta. Una de las condiciones esenciales para garantizar un óptimo rendimiento, es...”

a) Suministrar a cada cilindro la cantidad de combustible necesaria, según las condiciones de marcha del motor, pudiendo recibir cada cilindro una cantidad de combustible diferente.

b) Iniciar la inyección en el instante preciso, unos grados después del PMS, para que la combustión se realice correctamente.

c) Pulverizar el combustible, dividiéndolo en multitud de pequeñas gotitas, lo que favorecerá la combustión.


70

d) Concentrar en el centro del aire de la cámara de combustión las partículas de combustible, evitando que lleguen a los rincones.


�� En la actualidad todos los sistemas de inyección son del tipo de pulverización neumática, desechándose totalmente cualquier sistema de pulverización mecánica.

7. Elige la opción correcta sobre la bomba inyectora de elementos en línea:

a) Está compuesta de varios elementos de bomba, uno para cada cilindro, adosados los unos a los otros en línea formando un solo bloque. Cada elemento bombea combustible al inyector correspondiente.

b) En ella el estabilizador de avance a la inyección impide que varíe el momento de la inyección en función de la velocidad.

c) Es lo que se llama una bomba de carrera variable y carrera útil constante.d) En ella los pistones de cada elemento de bomba suben y bajan bombeando, independientemente

del movimiento del eje de levas.


�� Las bombas rotativas solo tienen un elemento de bombeo de alta presión para todos los cilindros.


a) En la inyección con bomba individual, PF, cada cilindro posee su elemento de bomba muy similar a la bomba de elementos en línea, PE.

b) En la inyección con bomba individual, PF, la presión se genera en una bomba que la envía a un depósito acumulador alcanzándose presiones elevadísimas.

c) En la inyección con bomba individual, PF, se realizan por separado la generación de presión y la inyección.

d) En el Sistema Common Rail, CR, las levas de accionamiento para las diversas bombas de inyección se encuentran sobre el árbol de levas correspondiente al control de válvulas del motor.

10. Elige la opción correcta

a) En el Sistema Common Rail, CR, se pasa de una sola inyección por ciclo a varias inyecciones secuenciales, obteniéndose con la misma cantidad de combustible una combustión más gradual y silenciosa.

b) El sistema de inyección UPS dispone de una unidad de inyección para todos los cilindros del motor.c) Los inyectores están situados en el cárter, atravesándolo, dejando solo en el interior del cilindro la

punta de la tobera con sus minúsculos orificios pulverizadores.d) Los inyectores tienen por misión introducir el combustible finamente pulverizado en la ECU (unidad

electrónica de control) en el momento adecuado.

Unidad didáctica 5. Arranque. Línea de Ejes. Motores Reversibles

71

UNIDAD DIDÁCTICA 5

ARRANQUE. LÍNEA DE EJES. MOTORES REVERSIBLES

5.1 ARRANQUE DE LOS MOTORES

Los motores de combustión interna son incapaces de ponerse en marcha por sí solos; necesitan un sistema capaz de hacerlos girar hasta que consigan ponerse en marcha. Al hacerlos girar comienzan a abrirse y cerrarse las válvulas, funciona la bomba inyectora lanzando combustible, los pistones se mueven haciendo compresiones.

Para la puesta en marcha de un motor han de vencerse las resistencias debidas a la compresión de los cilindros, viscosidad del aceite, rozamiento de los órganos móviles (pistones, cigüeñal, etc.). Estas resistencias varían según el tipo de motor, calidad del lubricante y temperatura ambiente. Pero en cualquier caso, es necesaria una velocidad mínima de rotación para conseguir el arranque, por debajo de la cual, sería prácticamente imposible su puesta en marcha.

En el motor diésel se necesita un régimen de giro elevado en el arranque, entre 200 y 300 rpm, dada la elevada relación de compresión y las fuertes resistencias de las masas móviles a moverse.

El esfuerzo que se precisa para mover el eje de cigüeñales en un motor diésel, es aproximadamente el doble del que se precisa para un motor de explosión de igual cilindrada.

En función del tipo de motor y tamaño, aparecen diversos dispositivos de arranque, que se pueden agrupar de la siguiente manera: arranque a mano, arranque eléctrico y arranque por aire comprimido.

5.1.1 Arranque a mano

Es el procedimiento más empleado en los motores pequeños y de baja potencia. En esencia consiste en una manivela, pedal o cordel que engancha en una extremidad externa del eje de cigüeñales y mediante el cual podemos imprimir cierta velocidad de giro, que permita la puesta en marcha.

En la actualidad este sistema solo se emplea en motores de explosión pequeños, mediante pedal (ciclomotores) o cordeles (motores fueraborda). En motores diésel de pequeña potencia se emplea manivela; esta debe ser movida por el operario de abajo hacia arriba para evitar el peligro de caer sobre el motor una vez que este arranque, ya que la manivela es expulsada automáticamente en cuanto el motor arranca debido a la forma especial del encastre.


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Para facilitar el arranque, alcanzando la velocidad de giro necesaria, los motores suelen ir dotados de dispositivos descompresores en la culata, que ponen en comunicación el cilindro con el exterior, disminuyendo la compresión y facilitando el giro. Una vez alcanzada la velocidad adecuada, el operario debe cerrar dicho dispositivo y el motor arrancará.

5.1.2 Arranque eléctrico

Cuando la potencia y el tamaño del motor crecen, ya no se puede poner en marcha a mano, lo que obliga a montar dispositivos más potentes, como es el arranque con motor eléctrico.

Consta de una batería que suministra energía a un motor eléctrico, que mueve un engranaje capaz de acoplarse a la corona dentada situada en la periferia del volante de inercia del motor diésel.

Dado que estos motores son cada vez más potentes, es necesario montar motores eléctricos también más potentes y de pequeño tamaño, junto con baterías de gran capacidad, de hasta 200 amperios x hora (Ah). A veces incluso se montan baterías en paralelo para aumentar la capacidad, y hasta en serie para aumentar el voltaje de 12 a 24 voltios.

Diversos son los sistemas empleados para accionar el motor eléctrico y su engranaje, pero los más empleados son los de relé y horquilla.

Figura 1. Partes de un motor eléctrico de arranque del tipo relé y horquilla

12 3 4 5 6 7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1. Eje2. Mando de la horquilla 3. Tuerca reguladora 4. Muelle de retroceso 5. Bobinado del electroimán 6. Núcleo del electroimán

7. Contacto móvil8. Contactos fijos9. Inducido 10. Arandelas reguladoras 11. Tope trasero 12. Tope delantero

13. Piñón14. Muelle15. Horquilla de mando16. Eje de articulación H. Medida de regulación A y B. Desplazamiento de la horquilla

ABH


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Este motor funciona de la siguiente manera: al cerrar el circuito con el pulsador de arranque, se envía corriente a la bobina (5), la cual actúa como un electroimán, desplazando el núcleo corredizo (6) hacia la derecha. Hecho lo anterior se consiguen dos cosas, la primera es que el contacto móvil (7) cierra los contactos fijos (8) dejando pasar corriente al motor eléctrico (por las escobillas al colector de delgas y de este al inducido (9), en segundo lugar, al moverse el núcleo, se consigue que la horquilla bascule sobre el eje (16), y su extremo inferior empuje al conjunto de muelle (14) y piñón deslizante (13) hacia la izquierda, con lo que engrana en el volante de inercia. Una vez engranado y con corriente en el motor eléctrico, gira este arrastrando al motor diésel, que comenzará a girar.

Si se suelta el pulsador de arranque, se corta la corriente, la bobina (5) deja de crear campo magnético, y el muelle (4) desplaza a la izquierda todo el conjunto del núcleo, separándose los contactos móviles y como consecuencia, se para el motor eléctrico. A su vez la horquilla se desplaza a la derecha, desengranando el piñón del volante de inercia; el motor diésel sigue girando por sí solo ya que ha arrancado.

En las tres figuras que aparecen a continuación, se muestran la conexión eléctrica y el flujo de corriente cuando se cierra el interruptor de arranque o la llave de contacto.

12

3

PC

56

P

2

Figura 4. Funcionamiento completo del motor de arranque. Al hallarse cerrado el interruptor (2) la corriente circula por todo el circuito

Figura 3. Al pulsar el interruptor se manda corriente al electroimán (5), que atrae al áncora (6). Se observa cómo se desplaza el piñón P

Figura 2. 1. Interruptor de arranque; 2. Conmutador del electroimán; 3. Resorte; C. Corona; P. Piñón


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5.1.3 Arranque por aire comprimido

El arranque de los motores de mediano y gran tamaño, es imposible mediante un motor eléctrico, ya que tendría que ser enorme y consumir una energía eléctrica desproporcionada.

Para estos grandes motores se recurre al arranque por aire comprimido, que es introducido en el interior de los cilindros a una presión de unos 30 kg/cm2.

Este sistema introduce aire a presión en el cilindro cuyo pistón se encuentre en PMS dispuesto para bajar y con la válvula de aspiración y escape cerradas; o sea, envía aire al cilindro que se encuentre en el tercer tiempo (expansión). La fuerza expansiva del aire sobre la cabeza del pistón lo empuja hacia abajo, arrastrando a todos los demás pistones a través del eje de cigüeñales; después de unos grados de giro se encontrará un nuevo pistón preparado para recibir aire, y su válvula de arranque lo inyectará. Así, siguiendo la correspondiente secuencia, se va inyectando aire en los cilindros hasta que el motor arranca y dejamos de enviar aire.

El circuito funciona de la siguiente manera:

El compresor se encarga de aumentar la presión en la botella (almacén de aire comprimido), hasta que el manómetro indique 30 kg/cm2. En este momento, se abre la válvula de comunicación (2), que conecta la botella al circuito.

Figura 5. Circuito de arranque por aire comprimido para un motor de dos cilindros

Compresor de aire

Botella de aire comprimidoVálvula

piloto

Cilindro 1Cilindro 2

Eje de levas

Distribuidor de aire de arranque


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Para arrancar el motor, se acciona la válvula piloto que suministra aire a la válvula de arranque y al distribuidor. En ese momento el distribuidor tiene su eje de levas accionando una de las válvulas distribuidoras (la de la izquierda), esta válvula envía aire suplementario al pistón situado en la parte superior de la válvula de arranque del cilindro 2. A pesar de que la válvula de arranque ya recibía aire, este era incapaz de abrirla, ahora con el aire suplementario la válvula sí se abre dejando pasar aire comprimido al interior del cilindro del motor diésel. El motor comienza a girar y arrastra al eje de levas del distribuidor, por lo que ahora actuará sobre la válvula distribuidora siguiente, dejando de actuar la que estaba en funcionamiento.

Para que la válvula de arranque se cierre, es necesario que el aire suplementario que le llegó por la parte superior sea eliminado, o de lo contrario, la contrapresión impedirá que la válvula suba y se cierre. Las válvulas distribuidoras al no ser accionadas por el eje de camones descienden debido al resorte que poseen y en ese instante comunican el aire suplementario con la atmósfera a través del orificio 9, eliminando la contrapresión en la válvula de arranque, con lo que esta se cierra.

El distribuidor es el encargado de dar la orden a las válvulas de arranque para que se abran, haciéndolo con un determinado orden que coincide con el de inyección del motor diésel.

Si dejamos de actuar sobre la válvula piloto, deja de llegar aire desde la botella y el sistema de arranque deja de funcionar, pero ya el motor se encuentra en marcha.

En la parte inferior de la botella se encuentra una válvula de purga (3) cuya misión es sacar el agua condensada en su interior debido a la humedad ambiental, la cual se convierte en agua en el interior de la botella. Si no se purgara, la botella se iría llenando muy poco a poco de agua, disminuyendo por tanto el volumen disponible para el aire comprimido, con lo que en una o dos arrancadas se podría agotar el aire disponible para arrancar.

5.2 REDUCTORA. EMBRAGUE. LÍNEA DE EJES. BOCINA

5.2.1 Reductor Inversor

Los motores actuales cada vez dan más potencia, y esto lo consiguen de varias formas, pero una de ellas es que giren a mayores revoluciones. Son pues, motores rápidos. Por el contrario, la hélice que es el propulsor más empleado, trabaja mejor a baja velocidad ya que la alta velocidad de giro las puede averiar por el fenómeno de cavitación.

Así pues no encaja una cosa con la otra. La solución es que a la salida del motor se produzca una reducción de velocidad y el eje de la hélice gire a menor velocidad.

La reducción de velocidad se consigue con trenes de engranajes (cajas de cambio de un coche, cambio de una bicicleta, por ejemplo). En el plato de salida del motor se monta un engranaje de pocos dientes (n) y engranado a este se monta un engranaje de muchos dientes (N) que se une al eje de la hélice.


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Según los principios físicos de la mecánica, se cumple que:

nmotor

rpmeje cola

Neje cola

rpmmotor

Motor girando a 2000 rpm:

Un motor que está girando a 2000 rpm, puede estar arrastrando a una hélice a 400 rpm, siempre que se adopten los engranajes correspondientes en la reductora.

Es muy importante saber que en un pesquero, la reductora siempre va acompañada de un inversor (salvo motores accionando hélices de paso controlable), de ahí que el mecanismo situado a la salida del motor sea llamado reductor-inversor. Los motores pequeños y medianos empleados en los barcos no son reversibles, solo pueden girar en un sentido.

A continuación se verá lo que es un inversor. En un barco el cambio de marcha es el cambio de sentido en el movimiento. Si va avante, pasa hacia atrás, o viceversa. No es como en los automóviles, en los que se entiende por cambio de marcha el cambio de relación de transmisión entre el eje motor y el eje conducido (ruedas).

Reductor-inversor

Motor

Plato de unión entre ejes

Chumaceras de apoyoEje de cola

Bocina

Hélice

Figura 6. Posición del reductor inversor

=

Conductor (motor)

Conducido (eje de cola)

n = 30 dientes

n = 150 dientes

30

150=

rpmeje de cola

2000

rpmeje de cola =

2000 x 30

150

rpmeje de cola = 400


77

El inversor permitirá que, sin parar el motor, la hélice gire en un sentido u otro (ayudado de embragues). La inversión se basa en la transmisión entre un número par o impar de engranajes:

Si el número de engranajes es par, tendremos giros contrarios entre el conductor y el conducido. Si es impar,conductor y conducido girarán en el mismo sentido gracias al engranaje intermedio.

Los inversores pueden conectar o desconectar mediante embragues, el engranaje intermedio. El mecánico podrá accionar este embrague hidráulico, con lo que conseguirá que el eje de la hélice gire en uno u otro sentido a pesar de que el motor siempre gire en el mismo sentido.

5.2.2 Embrague

Es el mecanismo que, situado entre el motor y el eje de transmisión (eje de cola de la hélice), tiene por misión desacoplar temporalmente la transmisión de movimiento entre el motor y el eje de la hélice. Esto permitirá que, aunque el motor esté funcionando y girando, la hélice y su eje estén parados.

Así, un embrague consiste en un plato o volante solidario al eje de cigüeñales (A), y otra pieza circular llamada plato de presión (B). Interpuesto entre ambos platos va montado el disco de embrague (D), el cual está forrado de un material de alto coeficiente de rozamiento. Este disco de embrague va acoplado al eje de salida (P) hacia la hélice, mediante un estriado deslizante.

Si el plato de presión (B) oprime el disco de embrague (D) contra el plato o volante motor (A) con suficiente presión como para que girando no patinen entre sí, se produce la transmisión de movimiento, ya que todos los platos quedan

unidos por una gran fuerza de rozamiento que los bloquea impidiendo que patinen.

Eje motor(a la derecha)

Eje de hélice(a la izquierda)

Eje motor(a la derecha)

Eje de hélice(a la derecha)

Eje intermedio (a la izquierda)

p

V

R

A D B C

Figura 7. Estructura y funcionamiento del embrague


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La fuerza que oprime el plato de presión contra el disco de embrague, puede conseguirse mediante:

�� resortes o diafragmas (embrague clásico)�� bomba hidráulica (embrague hidráulico)�� electroimanes (embrague electromagnético)�� centrífugos

Si la potencia a transmitir es demasiado importante y no se puede montar un disco de gran diámetro (embrague monodisco), se montan varios discos uno a continuación de otro (embrague multidisco) capaz de transmitir una fuerza mayor.

La mayoría de los pesqueros utilizan embragues hidráulicos multidisco en la reductora.

5.2.3 Línea de Ejes

Recibe este nombre el conjunto de ejes que partiendo del motor, llegan a la hélice transmitiéndole movimiento. Dependiendo de la posición y distancia entre el motor y la hélice, se monta un solo eje, o si hay mucha distancia, se montan varios trozos de eje acoplados uno a continuación del otro. También dependiendo de su longitud, irá dotado de cojinetes de apoyo (chumaceras de apoyo), para que no se flexione.

En la mayoría de los pesqueros el motor se encuentra cerca de la hélice, por lo que se monta un eje de una sola pieza, llamado eje de cola. Este se acopla a la reductora mediante un plato de acople en el extremo de proa, y por el extremo de popa atraviesa el casco, apoyándose en la bocina. En el extremo que sobresale del casco, el eje de cola tiene forma ligeramente cónica, con chaveta y rosca, que permite conectarle la hélice.

La línea de ejes y el motor deben estar perfectamente alineados, o de lo contrario se producirán vibraciones, calentamiento del eje y la bocina, así como fuerte desgaste en los cojinetes de bocina.

Los ejes de cola se construyen generalmente en acero inoxidable y la hélice generalmente de alguna variedad de bronce. Esta variedad de metales hace que los barcos lleven a popa una fuerte protección contra corrientes galvánicas (ánodos de sacrificio).

5.2.4 Bocina

El eje de cola atraviesa el casco del barco a través de la bocina. Esta consiste en un tubo, que lleva montado en su interior un cojinete para apoyo del eje, y retenes o prensaestopas que impiden que el agua penetre en el interior del barco.

Dependiendo del tamaño del eje, se montan bocinas sin lubricación (teflón), y otras mayores con engrasadores manuales e incluso con aceite a presión. Figura 8. Bocina y eje de cola

Aros de empaquetadura

Cojinete de material antifricción

Varenga o mamparo

Arandela de fijación

Tuerca de seguridad

Prensa

Tuerca apriete prensa

Eje de cola

Codaste


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Cuanto más se apriete el prensaestopas, con mayor fuerza se abrazarán los aros de empaquetadura al eje de cola que está girando. Esto puede llegar a calentar el eje, por lo que se debe apretar ligeramente hasta que solo haya una muy pequeña fuga hacia la sentina. Esta pequeña fuga refrigera la empaquetadura.

5.3 MOTORES REVERSIBLES

Un motor es reversible cuando puede funcionar girando en cualquiera de los dos sentidos. Los motores de automoción, así como de barcos pequeños y pesqueros son no reversibles (solo pueden girar en un sentido), por lo que necesitan una caja de cambios o un inversor para conseguir el giro en sentido contrario.

Los motores de gran tamaño y potencia son todos reversibles, ahorrando inversores y embragues complicados y de grandes dimensiones.

En principio, para que un motor pueda girar en un sentido u otro se debe modificar la distribución. Por ejemplo: el motor gira a la derecha y el pistón sube haciendo escape con su válvula abierta; para, se detiene, y quiere arrancar en sentido contrario. El pistón baja y será el momento de hacer admisión o expansión, por tanto la válvula de escape debe cerrarse y la de admisión abrirse. Esto obliga o bien a montar un segundo eje de levas para el cambio de giro, o bien cuando se ha parado, modificar la posición del eje de levas, para que sea la leva de la válvula de admisión la que ataque. También se tendrá que modificar automáticamente el orden de inyecciones, y hacer las pertinentes modificaciones en las levas que accionan las bombas inyectoras.

En el arranque por aire comprimido hay que modificar la secuencia del distribuidor. Por ejemplo, con el motor parado, si el pistón se acerca al PMS, la válvula de escape está abierta y la válvula de arranque por aire cerrada, el motor girará a la derecha. Si queremos arrancarlo a la izquierda, el pistón debe bajar en vez de subir, la válvula de escape debe estar cerrada y dar orden al distribuidor de aire para que se abra la válvula de arranque y el aire comprimido empuje al pistón hacia abajo.

Todos los cambios anteriores se producen automáticamente con dispositivos hidráulicos o neumáticos, basta actuar sobre el botón o palanca de cambio de marcha, para que se produzca el cambio.

Figura 9. Reductor


80

Figura 10. Reductor inversor con carcasa de acero

Figura 11. Funcionamiento del reductor


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RESUMEN

Los motores de combustión necesitan vencer una gran resistencia para ponerse en marcha. Para vencerla y poner en movimiento las piezas son necesarios distintos tipos de sistemas de arranque según la potencia del motor en cada caso.

Para motores pequeños se utilizan dispositivos manuales (pedal, cordel o manivela). A mayor potencia de motor es necesario un motor eléctrico alimentado por batería y en motores diésel medianos y grandes se utiliza un sistema de aire comprimido a gran presión, que se introduce secuencialmente en los cilindros hasta que arranca el motor.

Los motores cada vez son más potentes y proporcionan mayores revoluciones, sin embargo el trabajo de la hélice es más eficiente a baja velocidad. La reductora, instalada a la salida del motor y por medio de un tren de engranajes, consigue disminuir el régimen de giro al adecuado. En pesqueros, la reductora va acompañada de un inversor que, por medio del embrague y acoplado a la reductora, permite cambiar el sentido de la marcha sin parar el motor.

El movimiento producido por el motor llega a la hélice por medio de los ejes que atraviesan el casco por la bocina, el tubo habilitado para alojar el cojinete de apoyo del eje y el prensa estopas.

Los barcos pequeños y los pesqueros no poseen motores reversibles, que son los que pueden funcionar produciendo giros en ambos sentidos. A este efecto cuentan con el inversor (a modo de caja de cambios). Solo los buques de gran tamaño cuentan con motores reversibles.


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AUTOEVALUACIÓN

1. Elige la opción correcta para completar la siguiente frase: “El esfuerzo que se precisa para mover el eje de cigüeñales en un motor diésel es aproximadamente...”

a) Igual al que precisa un motor de explosión de igual cilindrada.b) El doble del que precisa un motor de explosión de igual cilindrada.c) La mitad del que precisa un motor de explosión de igual cilindrada.d) El triple del que precisa un motor de explosión de igual cilindrada.


a) La temperatura ambiente influye impidiendo o facilitando la puesta en marcha de un motor.b) La viscosidad y calidad del aceite lubricante no influyen en la puesta en marcha de un motor, pero

sí en su funcionamiento y durabilidad.c) El dispositivo de arranque a mano es el sistema más empleado tanto en motores de explosión

pequeños y de baja potencia como en motores diésel de gran potencia. d) En motores diésel de pequeña potencia se emplea un sistema de arranque a mano que consiste

en tirar enérgicamente de una cuerda enrollada.


a) Para facilitar el arranque, alcanzando la velocidad de giro necesaria, los motores pequeños suelen ir dotados de dispositivos descompresores en la culata, que una vez alcanzada la velocidad de giro adecuada se debe cerrar y el motor arrancará.

b) Si se montan dos baterías de 12 v en paralelo se aumenta el voltaje de 12 a 24 v y si se montan en serie se aumenta su capacidad.

c) Dado que los motores diésel son cada vez más potentes, es necesario montar motores de arranque eléctricos también más potentes y de pequeño tamaño, junto con baterías de gran capacidad, de hasta 20.000 amperios x hora.

d) Diversos son los sistemas empleados para accionar el motor de arranque eléctrico y su engranaje, pero los más empleados son los de diodo y fusible.


�� Los motores eléctricos de arranque de tipo relé y horquilla disponen de un pulsador de arranque o llave de contacto que deben mantenerse accionados mientras siga funcionando el motor diésel.


a) El arranque de los motores de mediano y gran tamaño, es imposible mediante motor eléctrico, ya que implicaría un motor eléctrico enorme y un consumo de energía eléctrica desproporcionada.

b) Con el sistema de arranque por aire comprimido se va inyectando aire en los cilindros hasta que el motor arranca y se deja de enviar aire cuando el motor está caliente.

c) El sistema de arranque por aire comprimido comienza con un compresor de aire que se encarga de aumentar la presión en una botella (almacén de aire comprimido), hasta 3.000 kg/cm2.


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d) El sistema de arranque por aire comprimido consta de un distribuidor de aire de arranque que es el encargado de dar la orden a las válvulas de arranque para que se abran, haciéndolo con un determinado orden que es el contrario del orden de inyección del motor diésel.

6. Elige la opción correcta para completar la siguiente frase: “El sistema de arranque por aire comprimido introduce aire a presión en el cilindro cuyo pistón se encuentre en...”

a) El Punto Muerto Inferior (PMI) o Punto Muerto Bajo (PMB) con la válvula de aspiración y escape cerradas.

b) El Punto Muerto Inferior (PMI) o Punto Muerto Bajo (PMB) con la válvula de aspiración y escape abiertas.

c) El Punto Muerto Superior (PMS) o Punto Muerto Alto (PMA) con la válvula de aspiración y escape cerradas.

d) El Punto Muerto Superior (PMS) o Punto Muerto Alto (PMA) con la válvula de aspiración y escape abiertas.


�� Para evitar que las hélices trabajen a altas velocidades, a la salida de los motores se dispone un tren de engranaje que produce una reducción de la velocidad de forma que el eje de la hélice gira a menor velocidad.

8. Elige la opción correcta sobre el Reductor-inversor:

a) Según los principios físicos de la mecánica, se cumple que: N eje cola / n motor = rpm motor / rpm eje cola

b) En un pesquero, la reductora siempre va acompañada de un inversor (salvo motores accionando hélices de paso controlable), de ahí que el mecanismo situado a la salida del motor sea llamado inversor-reductor.

c) Los motores pequeños y medianos empleados en los barcos son todos reversibles, ya que pueden girar en ambos sentidos.

d) En un barco se considera como cambio de marcha el cambio de relación de transmisión entre el eje motor y el eje conducido.


a) El inversor permite que, sin parar el motor, la hélice gire en un sentido u otro (ayudado de embragues).

b) La inversión se basa en la transmisión entre un número par o impar de engranajes: si el número de engranajes es impar, se producen giros contrarios entre el conductor y el conducido. Si es par, conductor y conducido girarán en el mismo sentido gracias al engranaje intermedio.

c) Los inversores pueden conectar o desconectar mediante embragues hidráulicos, el engranaje intermedio, con lo que conseguirá que el motor gire en uno u otro sentido a pesar de que el eje de la hélice siempre gire en el mismo sentido.


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�� Todos los pesqueros utilizan embragues hidráulicos monodiscos en la reductora.


a) En la mayoría de los pesqueros, el motor se encuentra a bastante distancia de la hélice, por lo que se monta un eje de varias piezas, llamado eje de cola.

b) Los ejes de cola se construyen generalmente de alguna variedad de bronce y la hélice generalmente de acero inoxidable.

c) Los ánodos de sacrificio sirven como fuerte protección contra corrientes galvánicas y se sitúan a popa.

d) En los pesqueros con ejes de cola pequeños se montan bocinas con engrasadores manuales e incluso con aceite a presión, y si tienen ejes de cola grandes se montan bocinas sin lubricación (teflón).


�� En principio, para que un motor pueda girar en un sentido u otro se debe modificar la distribución: modificando la posición del eje de levas, una vez se haya parado el motor, o montando un segundo eje de levas para el cambio de giro.

Unidad didáctica 6. Conducción y Mantenimiento

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UNIDAD DIDÁCTICA 6

CONDUCCIÓN Y MANTENIMIENTO

6.1 CONDUCCIÓN DE UN MOTOR Y LOS SISTEMAS DE MÁQUINAS

La instalación propulsora del barco está formada por la máquina o motor, el sistema reductor y el inversor, el eje de transmisión y la hélice. Para que esta instalación pueda funcionar, va dotada de otras instalaciones auxiliares como son generadores eléctricos, baterías, compresores, bombas, etc.

Así mismo, en la sala de máquinas se encuentran otros sistemas, como son:�� Sistema de achique (vaciado del agua embarcada en sentinas).�� Sistema contraincendios y de baldeo.�� Sistemas óleo hidráulicos.

Según de qué barcos se trate, puede llevar además:�� Sistema de arranque.�� Sistema de lastre.�� Sistema de almacenamiento y trasiego de combustible.�� Sistema de agua potable y de distribución.�� Sistema de tratamiento de aguas residuales o contaminantes.�� Otros sistemas: vapor, lubricantes, aire comprimido, frío, etc.

Tanto en la planta propulsora como en todos los sistemas de máquinas, consideramos la conducción como el buen manejo y mantenimiento de todo el equipo.

Todo mecánico debe ser consciente de que todas las instalaciones propulsoras y sistemas no son iguales y de que en cada caso hay que operar de forma diferente. Así que se seguirán las normas dadas por el fabricante de cada equipo para su correcto manejo. Se debe tener presente que cada barco es diferente.

6.2 PREPARACIÓN PARA LA PUESTA EN MARCHA

1. El motor debe limpiarse por completo, quitando el polvo y la suciedad de la cámara de má-quinas. Con el motor limpio podremos advertir inmediatamente una pérdida de aceite, combustible u otros líquidos, así como fisuras y grietas en motor, polines, tuberías, etc.

El polvo es abrasivo como una lija de forma que, antes o después, entrará dentro del motor por los filtros


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o en alguna operación de desmontaje y producirá graves averías. También puede penetrar en el circuito de lubricación y producir la rotura de cojinetes.

En un ambiente limpio se trabaja mejor y aumenta la luminosidad en la sala de máquinas.

2. Controlar el nivel de líquido refrigerante del sistema de agua dulce. Para que el líquido refrigerante tenga posibilidad de dilatarse y a la vez compensar pérdidas en el circuito, su nivel dentro del tanque de expansión debe estar entre las marcas de máximo y mínimo, estando el motor en frío. Si es necesario, se debe rellenar con agua destilada o agua tratada con aditivos, pero nunca con agua dulce del grifo, pues produce incrustaciones en el circuito, calentándose a la larga el motor.

3. Controlar el nivel de aceite en el cárter del motor. Este control se realiza con ayuda de la varilla indicadora del nivel de aceite. El aceite debe encontrarse entre dos marcas que lleva grabada la varilla. Si el nivel está por debajo de la marca inferior, se corre el peligro de suministrar poco aceite al motor con el peligro de gripajes; si el nivel está muy alto hay excesivo engrase y los aros rascadores pueden no trabajar correctamente del todo y el aceite llegará a la cámara de combustión y se quemará.

Cuando sea necesario se rellenará de aceite de la misma calidad y fabricación que el del que hay en el motor (se supone que es el aceite indicado por el fabricante o muy similar). Nunca se deben mezclar aceites diferentes, pues se puede producir una mezcla no adecuada para el motor.

Se debe revisar también el nivel de aceite en la reductora, ya que suele llevar su propio aceite.

Figura 1. Revisión del nivel de aceite


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4. Controlar el nivel de combustible en los tanques y abrir los grifos para la alimentación de combustible al motor. Purgar el agua que pueda contener el combustible en el tanque.

Si el motor ha permanecido parado un tiempo prolongado, se debe purgar de aire el sistema de inyección, según las instrucciones del motor.

5. Comprobar que los grifos de drenaje del sistema de refrigeración estén cerrados. Abrir el grifo de fondo para la entrada de agua salada a los enfriadores. Comprobar que las rejillas de toma de agua de mar, que se encuentran en el casco, no tienen plásticos u otros objeto que las obstruyan.

6. Si el motor arranca con aire comprimido, comprobar que la presión en las botellas es la correcta, y si no lo es, poner en marcha el compresor y llenarlas. Una vez llenas, purgarlas del agua que se halla condensado en su interior. Abrir todas las válvulas de comunicación entre las botellas y el motor.

7. Si el motor posee arranque eléctrico, comprobar la carga, conexiones y nivel de electrolito en las baterías. Comprobar que los terminales no están sulfatados, ni las conexiones corroídas o flojas, impidiendo un buen contacto. Si tiene desconectores de batería, desactivarlos.

8. Rellenar todos los engrasadores ordinarios, tanto si son de aceite como de grasa, engrasando también todas las partes necesarias y que no lleven lubrificación forzada (por bomba).

9. Comprobar que la hélice pueda girar libremente, asomándose por popa y observando si hay redes, cabos u otros objetos que pudieran liarse en la hélice. Comprobar que el eje de transmisión del motor a la hélice está libre y no existen herramientas, trapos, alambres u otros objetos que puedan liarse al eje.

Si se agarrota la hélice o el eje de transmisión, pueden producirse graves averías que pararían el motor, quedando el barco sin propulsión y al garete.

10. Realizar una inspección minuciosa de todos los movimientos y articulaciones que puedan ser revisadas, para asegurarse de que todo está en orden, incluyendo el tensado de todas las correas, así como su limpieza, ya que la suciedad o el aceite pueden hacer patinar las correas.

NOTA: ante todo será necesario que el mecánico tenga un perfecto conocimiento de los circuitos de aceite, combustible, agua dulce y agua salada, a la vez que de las posibles combinaciones e intercombinaciones que se pueden hacer entre ellos, así como los datos para su regulación, las presiones y temperaturas normales de trabajo y demás instrucciones que da el constructor, que pueden ser muy distintas de un motor a otro.

6.3 CONTROL DE EQUIPOS EN FUNCIONAMIENTO EN LA SALA DE MÁQUINAS

El mecánico, durante la marcha de la instalación propulsora y demás equipos, deberá procurar:�� el correcto manejo de todos los aparatos�� la vigilancia permanente, directamente o a través del sistema de alarmas�� el mantenimiento adecuado de la instalación


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La vigilancia debe hacerse a conciencia y con los cinco sentidos:�� Con la vista: manómetros, termómetros, cambios de color, fuego, etc.�� Con el oído: ruidos, vibraciones, alarmas, golpeteos, chirridos, etc.�� Con el olfato: olor a aceite o pintura quemados, a combustible (lo que indicaría una pérdida de este),

etc.�� Con el tacto: temperaturas, vibraciones, golpes, etc.�� Con el gusto: por ejemplo para averiguar si la pérdida de agua es salada o dulce.

A continuación se enumeran una serie de cuidados indispensables:

1. Observar las temperaturas que marquen los termómetros de los distintos circuitos (Tª del agua dulce, Tª del aceite de engrase, Tª de los diferentes escapes, etc) y si es necesario se palparán con las manos las partes que no lleven termómetro y que son importantes de controlar, como son, cámara de circulación a distintas alturas (bloque de cilindros), tapas del cárter, chumaceras (cojinetes del eje de cola), etc. A veces es importante utilizar el tacto, incluso si existe termómetro, ya que este puede fallar y dar una lectura equivocada. El mecánico deberá saber las temperaturas correctas de funcionamiento dadas por el libro de instrucciones o por la experiencia.

2. Controlar la presión de aceite en el circuito de lubricación del motor y en el de reductora-inversor. La presión correcta es la que indica el fabricante, pero normalmente es superior a 2 kg/cm2. La presión no debe bajar de un valor, o existirá peligro de producir graves averías. La bajada de la presión de aceite, puede ser debida a un bajo nivel de aceite en el cárter, filtros sucios, que son las causas más probables, aunque puede ocurrir que el aceite halla perdido viscosidad (aceite no adecuado, mezclado o contaminado), que el manómetro de presión de aceite esté averiado, o existan holguras demasiado grandes en los cojinetes de bancada y bielas, incluso un mal funcionamiento de la bomba, siendo estos dos últimos casos situaciones más graves.

Cuando la presión de aceite baje demasiado o llegue a cero, se parará inmediatamente el motor o de lo contrario puede griparse (agarrotarse). Si la falta de presión es importante pero no crítica, se reducirá la velocidad procediendo más tarde (llegada a puerto) a corregir el defecto.

Es importante recordar que navegando con mal tiempo, los filtros de aceite se ensucian más rápidamente, ya que se remueven sedimentos que pueden existir en el fondo del cárter. Con mal tiempo se debe atender a la presión de aceite.

3. Comprobar las revoluciones por minuto del motor que marca el tacómetro, procurando que no gire en la zona crítica (suele ir marcada en rojo en el tacómetro) pues se corre peligro de entrar en resonancia y producir averías por vibraciones muy grandes o bien por sobre-velocidad (pasarse de vueltas), lo que podría quemar el motor. Los motores diésel suelen llevar reguladores de velocidad situados en la bomba inyectora, que en caso de embalamiento (cuando la hélice sale fuera del agua, navegando con muy mal tiempo) reducen el suministro de combustible a los inyectores y por tanto, la velocidad del motor.

Si las revoluciones no se mantienen constantes y la aguja del tacómetro fluctúa continuamente, es indicativo de que algún cilindro trabaja mal, probablemente porque un inyector falla (gotea o está agarrotado). No se


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debe confundir lo anterior con una avería del tacómetro o la normal fluctuación que se produce con mala mar.

4. Comprobar los humos de escape periódicamente, saliendo a cubierta y mirando la chimenea, ya que deben ser:

�� Mientras el motor está frío: humo blanco (condensación de vapor de agua en el escape).�� Con el motor a temperatura normal: casi sin humo.�� Cuando está sobrecargado: algo de humo negro.

5. Controlar los niveles de agua dulce, aceite y combustible, ya que estos pueden bajar por debajo de un límite y causar averías al motor.

El nivel de agua debe mantenerse entre los límites marcados en el tanque de compensación; en el peor de los casos se puede quedar sin agua de refrigeración y destruir la junta de culatas, deformar la propia culata, e incluso quemar el motor.

El nivel de aceite también debe encontrarse entre dos límites marcados en la varilla. Si el nivel es muy bajo se puede gripar el motor, y si es muy alto, llegar a la cámara de combustión al desbordarse los aros rascadores, y quemarse.

Se debe vigilar el nivel en el tanque de combustible ya que si es bajo, con los balances del barco, puede entrar aire en la tubería de aspiración de la bomba de combustible y descebarse (deja de bombear combustible y el motor se para).

6. Comprobar de forma periódica la salida de agua salada por el costado.

7. Comprobar y mantener el eje de cola libre de cualquier objeto que pudiera liarse a él, con la consiguiente parada del motor y avería.

8. Comprobar fugas de agua, aceite y combustible. Quizás al principio se puedan solucionar fácilmente aunque sea provisionalmente. Una ligera fuga de agua por la bocina es normal e incluso conveniente para la refrigeración del prensa-estopas. Tratar de eliminarla apretando el prensa-estopas puede ser causa de un recalentamiento y avería. De la misma manera existen pequeñas fugas en los prensa-estopas de ciertas bombas.

9. Comprobar el estado de las correas y transmisiones. La rotura de una correa puede afectar al funcionamiento de la bomba de refrigeración o del alternador (si este está conectado al motor principal).

RESUMEN: el motor, como toda máquina está expuesta a averías incluso si se maneja bién, pero si su manejo es incorrecto o negligente, las averías aumentan en gran medida.


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6.4 PLAN DE MANTENIMIENTO EN LOS MOTORES

Aún a pesar del buen funcionamiento del motor y de todos sus sistemas, con el tiempo se producen desgastes por el uso, envejecimiento de los materiales, ensuciamiento de filtros y enfriadores, pérdida de cualidades y toda una serie de inconvenientes, que deben ser controlados.

El mantenimiento es el conjunto de medidas (revisión, control de desgaste, toma de datos y comparación con los manuales, cambios periódicos de ciertas partes del motor, y de líquidos, etc.) que el mecánico debe realizar periódicamente, para que el motor se encuentre en perfecto estado de funcionamiento, disminuyendo la probabilidad de averías, alargando la vida útil de la instalación, abaratando los costes de reparación y evitando las paradas imprevistas del barco.

Nadie mejor que el fabricante, para indicar las pautas de en qué partes actuar y al cabo de cuánto tiempo (mantenimiento periódico cada cierto tiempo). Todos los manuales especifican qué mantenimiento se debe efectuar.

En un barco el mantenimiento se efectuará según las horas que ha estado en servicio la instalación y obviamente también existirá un mantenimiento de rutina diario en el cual se vigila toda la instalación.

En este apartado se va a describir un plan de mantenimiento programado cada cierto tiempo.

Se muestran a continuación el plan de mantenimiento de tres motores: YANMAR. Modelo 4JH2-UTE, SOLE DIÉSEL. Modelo Mini-26, BAUDOUIN. Modelo 12P.15E.

MOTOR YANMAR (4JH2-UTE)

Sistema Ítem Antes del arranque

Después de 50 h o un mes

Cada 150 h Cada 300 h Cada 600 h

Sistema de combustible

Verificación del nivel de combustible y relleno

Drenaje del tanque de combustible

Reemplazamiento del filtro de aceite

Verificación del tiempo de inyección

Verificación de las condiciones de esparcimiento de inyección

Sistema de lubricación

Verificación del nivel de aceite de lubricación

Caja del cigüeñal

Engranaje marino

Reemplazamiento de aceite de lubricación

Caja del cigüeñal

Engranaje marino

Verificación del funcionamiento de la lámpara de advertencia de la presión de aceite

Reemplazamiento del filtro de aceite de lubricación


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MOTOR YANMAR (4JH2-UTE)

Sistema Ítem Antes del arranque

Después de 50 h o un mes

Cada 150 h Cada 300 h Cada 600 h

Sistema de enfriamiento

Salida de agua salada

Verificación del nivel del agua de enfriamiento

Ajuste de la tensión de la banda de transmisión de la bomba del agua de enfriamiento

Reemplazamiento de la hélice de la bomba del agua de enfriamiento (bomba de agua salada)

Reemplazamiento del agua dulce de enfriamiento Cada año

Sistema de descarga y de admisión de aire

Limpieza del elemento del silenciador de la admisión de aire

Limpieza de la descarga del codo mezclador de agua

Limpieza del tubo de ventilación

Verificación de las condiciones de descarga de gas

Limpieza del compresor

Sistema eléctrico

Verificación del funcionamiento de la lámpara indicadora de carga

Verificación del nivel de electrólito en la batería

Ajuste de tensión de la banda transmisora del alternador

Verificación de los conectores del cableado

Cabeza del cilindro, etc.

Verificación de la pérdida de agua y de aceite

Reapretamiento de todas las tuercas y pernos

Reapretamiento de los pernos de la cabeza del cilindro

Ajuste de la admisión y descarga del juego de válvulas

Sistema de control remoto, etc.

Verificación del funcionamiento del control remoto

Ajuste de alineación del eje de la hélice


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MOTOR SOLE DIÉSEL (Mini-26)COMPROBACIÓN DIARIA ANTES DEL USO DEL MOTOR

Comprobar el nivel de aceite del motor e inversor. Llenado. No se necesita rellenar si el nivel está cerca de la línea superior de la varilla.

Comprobar el nivel de combustible y abrir el grifo de salida del mismo.

Abrir el grifo de entrada de agua.

Comprobar indicadores. Después de la puesta en marcha verificar la presión de aceite, la temperatura de agua y la carga de la batería. Las tres lámparas deben estar apagadas y no debe sonar la bocina.

Comprobar que circule el agua de refrigeración, y si existe alguna irregularidad en los gases de escape, ruido y vibraciones.

Comprobar el nivel de agua de refrigeración.

Verificar la integridad y la tensión de la correa del alternador.

MANTENIMIENTO DEPUÉS DE LAS PRIMERAS 50 HORAS DE FUNCIONAMIENTO

Cambio de aceite del motor e inversor.

Cambiar filtro de aceite.

Ajustar la holgura de las válvulas. Realizar dicha operación cuando el motor esté frío, de la forma siguiente:a) Con la tapa de balancines retirada, aflojar la tuerca del balancín y mientras se gira el tornillo de ajuste, regular la

holgura de la válvula con una galga.b) Con el pistón del cilindro nº 1 (proa) en el punto muerto superior de la carrera de compresión, ajustar la holgura

de las válvulas de adminsión y escape del cilindro nº 1. Proceder de forma similar con los demás cilindros.c) La posición del punto muerto superior del cilindro nº 1 puede confirmarse mediante las señales de alineación de

la tapa de distribución y la polea del cigüeñal.d) Después del ajuste, apretar bien la tuerca del balancín, mientras se retiene el tornillo de ajuste para que no gire.

NOTA:El ajuste de la holgura de válvulas debe efectuarse depués de reapretar los tornillos de culata.Holgura de válvula (admisión-escape 0,25 mm. (0,0099”).Par de apriete tornillos culata:

�� Tornillos M.8: 2,0 - 3,0 Kgm.�� Tornillos M.10: 7,5 - 8,5 Kgm.�� Tornillos del balancín M.8: 1,5 - 2,2 Kgm.

Control y eventual ajuste de la correa del alternador.

Revisión del apriete de los tornillos de fijación del motor y del eje de la hélice.

Ajuste del ralentí del motor.

MANTENIMIENTO CADA 100 HORAS DE FUNCIONAMIENTO

Cambio de aceite del motor e inversor.

Cambio del filtro de aceite.

Cambio del filtro de combustible.

Vaciado del filtro decantador de combustible. Aflojar la palomilla situada en la parte inferior del vaso de cristal y dejar salir toda el agua acumulada. Volver a cerrar la palomilla y observar que no gotee.

Limpieza del filtro de agua.

Ajuste del relantí del motor.

Reapretar tornillos y tuercas de fijación del colector de admisión y escape, del altenador, fijación motor y del eje de la hélice.


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MOTOR SOLE DIÉSEL (Mini-26)MANTENIMIENTO CADA 200 HORAS DE FUNCIONAMIENTO

Cambio del elemento del filtro decantador. Sustituir el elemento del filtro, colocando también juntas nuevas. Comprobar que no se produce ninguna fuga de gas-oil.

Comprobación de los inyectores. Establecer la presión de los inyectores a 140 Kg/cm2 y eliminar las condiciones de inyección indeseadas incluyendo “post goteo”. (Esta operación debe ser realizada por un servicio oficial SOLE).

Comprobación del nivel de agua de la batería. Comprobar dicho nivel, añadiendo AGUA DESTILADA siempre que haga falta.


Revisar el apriete de los tornillos de fijación del motor, del eje de la hélice y racores de las tuberías de gas-oil.

Ajuste de la holgura de las válvulas.

Comprobación de las bujías de incandescencia. Comprobar las bujías incandescentes por si estuvieran fundidas o si hay dos conexiones.

Cambio de elementos del filtro de aire.

Cambio del filtro de combustible.

Revisar el estado del rodete de la bomba de agua salada y su eventual sustitución.


Cambiar el agua del circuito de refigeración. Vaciar el agua existente abriendo el grifo de drenaje del circuito de agua dulce. Una vez vaciada todo el agua, cerrar el grifo y llenar con agua nueva y limpia hasta el orificio del tapón del depósito.

Comprobación del motor de arranque y del alternador. Comprobar el desgaste de las escobillas y la aspereza de la superficie del conmutador. Reemplazar si se alcanza el límite de servicio. Comprobar la tensión y la corriente con un probador de circuito.

Comprobación del piñón del motor de arranque y de la corona dentada del volante. Rectificar con una lima la zona achaflanada que se haya dañado y reemplazar el piñón o la corona dentada si está completamente deteriorada.

Sustitución de la correa del alternador.


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MOTOR BAUDOUIN (12P.15E)

PERIODICIDAD DE LAS OPERACIONES

OPERACIÓN M1 (Todos los días). IMPERATIVO.

�� Controlar y completar si fuera preciso, los niveles de: � aceite del motor � aceite de la bomba de inyección y el regulador � agua dulce del refrigerador � electrolito de la batería

�� Purgar los tanques de consumo diario, prefiltros, filtro separador y filtro de combustible �� Purgar las botellas de aire de arranque �� Limpiar los filtros y tamices de agua salada�� Hacer girar el motor a mano varias veces�� Limpiar el motor, detectar y eliminar las eventuales fugas

OPERACIÓN M2 (400 horas). IMPERATIVO.

Esta operación comprende la operación M1 más las operaciones que se detallan a continuación:�� Cambiar el aceite motor �� Limpiar el depósito de aceite del motor�� Cambiar los cartuchos de filtro de aceite del motor �� Cambiar el aceite de la bomba de inyección y del regulador�� Limpiar el prefiltro de combustible�� Limpiar los filtros de aire

OPERACIÓN M3 (1200 horas).

Esta operacion comprende las operaciones M1 y M2 más las operaciones siguientes:�� Controlar el reglado de los inyectores y su pulverización�� Ajustar el conjunto de balancines �� Controlar la tensión de las correas de las bombas de agua�� Limpiar el cuerpo del compresor del turbocompresor �� Cambiar el cartucho del filtro de combustible (ver NOTA) �� Limpiar los tamices (rejillas) de los prefiltros de combustible�� Controlar el funcionamiento de los termostatos y el caudal de la bomba de agua salada�� Cambiar el cartucho coalescente del filtro de combustible separador de agua

NOTA:�� Cartucho de combustible: el cambio de los cartuchos de filtro está fijado cada 1.200 horas cuando se utiliza combustible

normal, gas-oil o F.O.D. Si se comprueba que el combustible está sucio, cambiar los cartuchos a las 800 o 400 horas.�� Filtros de aire: las periodicidades de limpieza y cambio de los cartuchos podrán acortarse en casos de funcionamiento

en aire contaminado.�� Existen operaciones particulares no cíclicas que deben efectuarse durante el rodaje, tales como:

� Después de 100 horas: �Cambiar el aceite del motor. �Limpiar el depósito de aceite del motor. �Cambiar el aceite de la bomba de inyección y del regulador. �Cambiar los cartuchos de los filtros de aceite.

� Después de 400 horas: � Efectuar la operación M2. � Ajustar los juegos de los balancines. � Controlar el calibrado de los inyectores y su pulverización. � En las instalaciones marinas, controlar las alineaciones del motor y los reductores. � Cambiar el cartucho del filtro de combustible.


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MOTOR BAUDOUIN (12P.15E)NOTA IMPORTANTE:Para los motores equipados con filtros de aire en baño de aceite, respetar las instrucciones del proveedor inscritas en el aparato.

�� Restablecer el nivel después del control.�� Vaciar el aceite.

PLAN DE LAS OPERACIONES DE REVISIÓN

HORAS DE FUNCIONAMIENTO MOTOR

A efectuar HORAS DE FUNCIONAMIENTO MOTOR

A efectuar

R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4

4.000 * 44.000 *

8.000 * 48.000 *

12.000 * 52.000 *

16.000 * 56.000 *

20.000 * 60.000 *

24.000 * 64.000 *

28.000 * 68.000 *

32.000 * 72.000 *

36.000 * 76.000 *

40.000 * 80.000 *

DESCRIPCIÓN DE LAS OPERACIONES

OPERACION R1 (ENTRE 4.000 y 6.000 H)

Rodaje de las válvulas�� Desmontaje de las culata, limpieza de la carbonilla, fresado de los asientos de válvulas si fuera preciso.�� Limpieza de los haces de intercambiador y de radiador, del circuito de agua dulce.�� Limpieza y reglaje de la válvula de llenado.�� Verificación completa del turbocompresor de sobrealimentación.�� Verificación del termostato-reparación de la bomba de agua salada de refirgeración (si fuera preciso).�� Verficacicón de los bloques elásticos de acoplamiento.�� Apriete de los tornillos de fijación del motor.�� Cambio del cartucho separador del filtro de combustible separador de agua.�� Control del motor de arranque eléctrico, altenador, etc.�� Verificación y limpieza de los refrigeradores de aire de sobrealimentación.�� Verificación de los aparatos de control y seguridad.


Cambio de los segmentos�� Desmontaje de las bielas y pistones – medición de los diámetros interiores de las camisas.�� Limpieza de los pistones.�� Control de los empujadores – Vástagos de balancín – Balancines.�� Limpieza de los haces de refrigerador de aceite y cambio de las juntas.�� Verificación de la bomba de alimentación de combustible.�� Verificación de la bomba de inyección.



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MOTOR BAUDOUIN (12P.15E)Cambio de los pistones y camisas (si se considera necesario después del control):

�� Desmontaje de las camisas – limpieza de las cámaras de agua y retoque del bloque de cilindros (si fuera preciso).�� Cambio de los tornillos de bielas, válvulas, guías y asientos de válvulas.�� Verificación de los dentados de engranajes de distribución.�� Verificación de la bomba de aceite.

OPERACION R4 (A PARTIR DE 24.000 H)

Control del cigüeñal:�� Desmontaje de la puerta de distribución y desacople del motor.�� Dar la vuelta al motor.�� Verificación de los juegos del cigüeñal en los cojinetes de soporte y de bielas. �� Rectificación del cigüeñal y cambio de todos los cojinetes y topes axiales (se fuera preciso, después del control).�� Limpieza de los conductos de circulación de aceite en el cigüeñal.�� Control del eje de levas.�� Revisión de los embragues y cambio de los rodamientos de inversor – reductor si fuese preciso.�� Inspección de los cojinetes del eje de cola (Motor Marino).

EL AMORTIGUADOR DE VIBRACIONES ESTÁ CONSIDERADO COMO UNA PIEZA DE DESGASTE, POR LO CUAL SE ACONSEJA LA SUSTITUCIÓN SISTEMÁTICA SEGÚN LAS SIGUIENTES PERIODICIDADES:

MOTORES Aspiración natural SobrealimentadoPeriodicidad en horas

24.000 32.000

6P – 158P – 15 y 12P – 15

xx

xx x

x


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RESUMEN

La propulsión de un buque se lleva a cabo por medio del motor que cuenta con reductor, inversor, transmisión y hélice, así como sistemas auxiliares necesarios para el funcionamiento del sistema propulsor principal. El adecuado manejo de estos sistemas es lo que se considera conducción.

Antes de la puesta en marcha se deberán hacer ciertas comprobaciones que indican si todo está a punto para arrancar sin problemas. Estas son: que todo esté libre de polvo, que el nivel de líquido refrigerante, de aceite y de combustible estén correctos. Los grifos de drenaje del sistema de refrigeración deben estar cerrados; la presión de las botellas de aire comprimido, correcta; la carga, conexiones y nivel de electrolito de las baterías deben estar bien y el funcionamiento de las piezas móviles debe ser el correcto.

En la sala de máquinas se deben comprobar los parámetros adecuados, tanto por medio de la vigilancia de los indicadores (termómetros, manómetros...), como por la otra información que recibirá el mecánico al palpar la temperatura de un circuito o ver el color del humo que sale por la chimenea, por ejemplo. Estos son datos que sabrá interpretar y actuar en consecuencia. Datos como el adecuado número de revoluciones del motor, síntomas de bajada de presión de aceite de lubricación u otros fluidos (fugas fuera de lo normal...), también deben ser vigilados.

El mantenimiento implica conocer los valores apropiados que cada elemento debe tener en cada momento, detectar una desviación de los niveles normales e interpretarlo correctamente. Esto llevaría a conocer la avería y poder darle la solución adecuada. Incluso evitar la avería y ahorrar costes de reparación. En la documentación técnica de mantenimiento de cada sistema propulsor se detallan, en cuadros, las revisiones, labores de mantenimiento y posibles averías según las horas de funcionamiento de cada sistema. El mecánico deberá interpretar y aplicar perfectamente estos datos.


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AUTOEVALUACIÓN


a) La instalación propulsora está formada por la máquina o motor, el sistema reductor y el inversor, el eje de transmisión y la hélice.

b) Los generadores eléctricos forman parte del Sistema óleo hidráulico.c) Las bombas forman parte del Sistema de trasiego de combustible.d) Las baterías forman parte del Sistema contraincendios.


a) Para preparar la puesta en marcha no debe limpiarse el motor pero sí se debe quitar el polvo y suciedad de la cámara de máquinas.

b) El polvo puede penetrar en el circuito de lubricación y producir la rotura de cojinetes.c) Para preparar la puesta en marcha se debe controlar que el nivel de líquido refrigerante del sistema

de agua dulce dentro del tanque de expansión esté en la marca de máximo, estando el motor en frío.

d) El tanque de expansión del líquido refrigerante se debe rellenar con agua dulce del grifo.

3. Elige la opción correcta para completar la frase: “Para la preparación de la puesta en marcha...”

a) Si el nivel de aceite en el cárter del motor está muy alto hay excesivo engrase y se corre el peligro de que gripe el motor.

b) Si el nivel de aceite en el cárter del motor está muy bajo los aros rascadores pueden no trabajar correctamente del todo y el aceite llegará a la cámara de combustión y se quemará.

c) Es necesario revisar también el nivel de aceite en la reductora, ya que suele llevar su propio aceite. d) Es necesario controlar el nivel de combustible en los tanques y cerrar los grifos para la alimentación

de combustible al motor.


�� El sistema de baldeo se emplea para el vaciado del agua embarcada en las sentinas.

5. Elige la opción correcta para completar la frase: “Para la preparación de la puesta en marcha...”

a) Si el motor arranca con aire comprimido, es necesario purgar las botellas cuando estén vacías del agua que se halla condensado en su interior.

b) Si el motor posee arranque eléctrico, si tiene desconectores de batería, activarlos. c) Se rellenan todos los engrasadores ordinarios, tanto si son de aceite como de grasa, engrasando

también todas las partes necesarias y que no lleven lubrificación forzada (por bomba).


�� Para averiguar si una pérdida de agua es salada o dulce, se puede probar.


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a) Las chumaceras de un motor son las tapas del cárter.b) Con el motor en funcionamiento, los termómetros de los circuitos del agua dulce y del aceite de

engrase deben marcar la misma temperatura.c) Con el motor en funcionamiento se debe controlar la presión de aceite en el circuito de lubricación

del motor y en el de reductora-inversor. La presión correcta es la que indica el fabricante, pero normalmente es superior a 20 kg/cm2.

d) Con el motor en funcionamiento se deben comprobar las revoluciones por minuto del motor que marca el tacómetro.

8. Elige la opción correcta para completar la frase: “Con el motor en funcionamiento...”

a) La subida de presión de aceite, puede ser debida a que los filtros estén sucios o que el aceite halla perdido viscosidad.

b) Si las revoluciones del motor disminuyen mucho se corre peligro de entrar en resonancia y producir averías por vibraciones muy grandes.

c) Si las revoluciones no se mantienen constantes y la aguja del tacómetro fluctúa continuamente, es indicativo de que algún cilindro trabaja mal, probablemente porque un inyector falla (gotea o está agarrotado).


�� Con mal tiempo se atenderá a la presión de aceite.


a) Si el nivel en el tanque de combustible es bajo, con los balances del barco, puede descebarse la bomba de combustible, dejar de bombear combustible y pararse el motor.

b) Una ligera fuga de agua por la bocina no es normal y es un inconveniente para la refrigeración del prensa-estopas. Se debe tratar de eliminar apretando el prensa-estopas.

c) En un barco el mantenimiento se efectuará según el número de millas que haya recorrido.d) Una bomba de combustible se dice que está descebada cuando bombea más combustible de lo

normal y el motor va pasado de vueltas.

Unidad didáctica 7. Averías

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UNIDAD DIDÁCTICA 7

AVERÍAS

7.1 GENERALIDADES

Se debe tener presente que la localización de averías es un estudio organizado de un problema que presenta el motor y un método para la investigación y corrección de ese problema.

Solo se puede determinar la avería estudiando los síntomas que presenta el motor, siguiendo, siempre que sea posible, unas normas de actuación, tales como:

�� Pensar antes de actuar.Sería conveniente responder a las siguientes preguntas:a) ¿Cuáles fueron los síntomas de aviso que precedieron a la avería?b) ¿Qué reparaciones o mantenimientos se han llevado a cabo anteriormente?c) ¿Ha ocurrido anteriormente una avería similar?d) Si el motor funciona todavía, ¿es arriesgado que siga en marcha para realizar más comprobaciones?

�� Hacer primero lo más fácil.Comprobar siempre en primer lugar las cosas más fáciles y evidentes. Atenerse a este principio ahorrará mucho tiempo y molestias.Muchas averías son sencillas y se pueden arreglar fácilmente; por ejemplo, las averías de “pérdida de potencia” están causadas la mayoría de las veces porque las varillas de la palanca de aceleración están flojas o porque los filtros de combustible están sucios.

�� Comprobar por segunda vez antes de desmontar.Antes de desmontar es conveniente asegurarse que no se ha pasado por alto una solución fácil al problema.

�� Encontrar y corregir la causa básica del problema.Por ejemplo, cuando las agujas de los inyectores se agarrotan, la avería puede arreglarse cambiando los inyectores defectuosos. Pero la causa de la avería puede ser la presencia de agua en el combustible, por lo que es preciso quitar el agua del depósito, pues de lo contrario el nuevo inyector se agarrotará de nuevo.


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7.2 REGLAS GENERALES PARA EL MONTAJE, DESMONTAJE Y REPARACIÓN

DE MOTORES

Al abordar cualquier trabajo de reparación de un motor en el que haya que desmontar y montar piezas, se recomienda tener en cuenta unas reglas generales que, de observarse, simplifican notablemente su trabajo y asegura el éxito de las operaciones.

Las principales reglas son:

�� Determinar el lugar de la avería. Antes de empezar se deben comprobar los síntomas de avería que presenta el motor y reflexionar sobre ello para determinar, con la mayor exactitud posible, el lugar de dicha avería. El incumplimiento de esta regla puede dar lugar a errores, tales como el desmontaje de un inyector cuando lo que le sucede al motor es que le falta combustible.

�� Estudiar el mecanismo a desmontar. En algunos casos, el mecánico conoce el mecanismo que debe desmontar, pero si no tiene mucha experiencia, se encuentra, en la mayoría de los casos, con mecanismos que no ha desmontado nunca, aunque conozca otros semejantes. En tales casos, para evitar tanteos y sobre todo para evitar una acción incorrecta que pueda dañar al mecanismo que se desmonta, debe observarlo atentamente, viendo cómo están sujetas las piezas unas a otras y pensando cómo pueden separarse y volverse a unir después, así como pensar en la función de cada pieza y cómo trabaja el mecanismo.

�� Desmontar el mínimo número de piezas o mecanismos para reparar la avería. La observación de esta regla reducirá el trabajo de reparación al mínimo y se evitarán los posibles errores en el montaje posterior a la reparación de la avería.

�� Señales para montaje. En muchos casos, las piezas que se desmontan deben montarse después en una posición determinada una con respecto a la otra, difícil de determinar. En tales casos el mecánico, siempre que le sea posible, debe marcar las piezas antes de desmontarlas, de tal modo que las marcas le sirvan de referencia al volverlas a montar. En las posibles manipulaciones de las piezas marcadas debe evitarse que la marca desaparezca antes de volver a montar.

�� Guardar en orden las piezas desmontadas. Al ir desmontando un mecanismo, las piezas que se retiran del conjunto deben mantenerse en el mayor orden posible. Es aconsejable guardar los tornillos con sus tuercas correspondientes atornilladas y todas las piezas en una caja de tamaño adecuado. Cuando las piezas son de gran tamaño no se colocan en cajas, pero las pequeñas sí.

�� Utilizar herramientas adecuadas. Tanto en el desmontaje como en la reparación y montaje posterior, se debe emplear la herramienta adecuada y en buen estado; una llave demasiado grande o un destornillador demasiado pequeño o en mal estado pueden dañar las tuercas y tornillos que con ellos se manejen. En cada caso, empleando la herramienta justa, se evitan errores y el trabajo se realizará con mayor sencillez.

�� Montar exactamente igual al original. Al efectuar el montaje de un mecanismo previamente desmontado, se debe procurar que quede montado exactamente como lo estaba antes del desmontaje.


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Hay una cierta tendencia a creer que se puede mejorar o simplificar un mecanismo, y esto conduce generalmente a averías. El mecánico debe reflexionar antes de introducir un cambio, pensando que el constructor ha tenido sus razones para hacerlo tal como es y que el mecanismo que tiene entre manos es, en general, el fruto del estudio y la experiencia de un equipo de técnicos en la construcción de motores.

�� Advertir montajes provisionales. En muchas ocasiones, la avería que se trata de reparar es tal, que el mecánico no dispone de los medios necesarios o piezas de repuesto adecuadas para realizar una reparación definitiva. En muchos de estos casos se puede realizar una reparación provisional que permita funcionar al motor hasta que haya ocasión de efectuar la reparación completa. Siempre que esto suceda el mecánico debe advertirlo, ya que las averías tarde o temprano se reproducen y pueden ser graves.

7.3 AVERÍAS MÁS COMUNES: BÚSQUEDA DE DATOS Y DIAGNOSIS

El motor puede comunicarse con nosotros, en ciertos casos, a través de alarmas, manómetros, termómetros, etc. Pero el sistema es complejo y puede ocurrir una avería sin previo aviso. En estos casos el mecánico deberá diagnosticar cual es la avería y la causa que la produjo a través de todos los datos que pueda obtener en el lugar de la avería.

En las páginas siguientes se muestran una colección de las averías más frecuentes, con los síntomas que presenta el motor. Así mismo, se da una indicación breve de cómo solucionar dichas averías.


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COLOR DEL HUMO SÍNTOMA DIAGNÓSTICO

PROBABLE REMEDIO OBSERVACIONES

Negro o gris oscuro

Humo a plena carga y velocidad del motor, pero particularmente a velocidades altas y bajas, y potencia, al menos, normal.

Reglaje del máximo combustible de la bomba inyectora demasiado alto.

Quite la bomba, mande a que le reglen la alimentación a la cifra máxima dada por el fabricante (o menos).

Algunos operarios pueden estar tentados de reajustar probando. Esto puede confundirse, porque el humo puede ser producido por otros fallos.

Humo a plena carga, particularmente a velocidades altas y medias y el motor más silencioso que de costumbre.

Sincronización retardada de la bomba (o dispositivo de avance incorrecto, si lo hay)

Corrija la sincronización de acuerdo con las instrucciones del fabricante, teniendo en cuenta el retardo de la transmisión de la bomba.

A menudo está retardado debido a la distensión de la cadena o retraso no tenido en cuenta en el reglaje. Dos grados del cigüeñal pueden ser muy importantes.

Humo a plena carga, particularmente a velocidades bajas y medias. El motor más ruidoso que de costumbre.

Sincronización de la bomba demasiado avanzada.

Mismo que el anterior.

Más parecido a la aplicación de los motores de inyección indirecta.

Humo a plena carga particularmente a velocidades altas y medias, probablemente con pérdida de potencia.

Orificios de las toberas de los inyectores (o de alguno de ellos) total o parcialmente bloqueados.

Cambie los inyectores utilizando un juego nuevo, o limpiando y reacondicionando con equipo adecuado.

La pérdida de potencia llevará a más humo si se trata de reinstaurar esa potencia aumentando el reglaje de la bomba.

Humo a plena carga y a velocidad alta.

Limitación de los filtros de aire debido a la suciedad o deterioro.

Limpie o cambie el filtro de aire, de acuerdo con el tipo.

Humo de escape intermitente o a bocanadas, a veces con tonalidades blancas o azules, generalmente acompañado de golpeteos.

Válvula de la tobera del inyector gripada y abierta intermitentemente.

Examine los inyectores comprobando si la válvula está gripada, roto el muelle o presión de apertura baja, o síntomas de doblaje en la culata del inyector. Cámbielo si es necesario.

Puede ser debido a un mantenimiento deficiente del filtro, o agua en el combustible o mal montaje del inyector.

Humo a plena carga y alta velocidad, funcionamiento más rápido del motor que normalmente con regulador.

Reglaje de la velocidad del regulador considerablemente superior a la máxima dada por el fabricante.

Con reguladores mecánicos o hidráulicos, reduzca la velocidad de ajuste del regulador.

Humo con la mayoría de las velocidades y cargas, tendiendo a azul o blanco cuando hace frio o al arrancar.

Pulverizaciones de la tobera tropezando con la culata del cilindro, debido a un montaje incorrecto de los inyectores en la culata del cilindro.

Examine el número de arandelas entre los inyectores y la culata del cilindro – a lo sumo se requiere una (algunos motores no las necesitan). Comprobar instrucciones.

A menudo se deja la arandela cuando se quitan los inyectores y se monta una nueva sobre la existente.


105



Negro o gris oscuro

Humo con cargas y velocidades altas, sin ser necesariamente al máximo.

Elevación excesiva de la válvula de aguja en la tobera, debido a la rectificación repetida de la aguja o de su asiento.

Puede rectificarse mediante equipo adecuado durante el reacondicionamiento.

Humo a todas las velocidades y cargas altas, principalmente a velocidades bajas y medias, probablemente acompañado de arranque pobre.

Pérdida de la compresión del cilindro debido a aros gripados, desgaste de válvulas o válvula quemada o sus guías.

El motor requiere una reparación total, nuevos aros y guías, cambio de pistón si se nota mucho desgaste.

Puede deberse a una lubricación inadecuada, o reglaje equivocado de los taqués de válvulas. (Puede producir humo azul si se está quemando aceite lubricante).

Humo a plena carga, tanto a bajas como altas velocidades, pero a veces a todas velocidades.

Tipo de tobera montado incorrecto, o tipos mezclados, o anticuados, o tipo para trabajo distinto.

Se corregirá automáticamente si se reacondicionan los inyectores.

Los fabricantes de motores cambian a veces de tobera con nuevos modelos de motor, o para distintas aplicaciones. La potencia puede parecer o no satisfactoria si se monta una tobera equivocada.

Humo a plena carga, principalmente a velocidades altas y medias, probablemente acompañadas de potencia baja.

Los tubos de impulsión son de longitud incorrecta, o están mal cerrados o doblados excesivamente.

Monte únicamente el tubo indicado por el fabricante. Compruebe el cierre de los extremos.

Los diámetros interiores de los tubos pueden variar de un modelo a otro.


106



Negro o gris azulado o blanco grisáceo

Humo azul o blancuzco, particularmente con frio, y a altas velocidades y cargas ligeras, pero disminuyendo o cambiando a negro cuando toma temperatura y a plena carga, y con pérdida de potencia, al menos a altas velocidades.

Sincronización retardada de la bomba inyectora (o dispositivo de avance incorrecto, si lo hay).

Reglar de nuevo la sincronización (o corrija el dispositivo de avance).

Algunos motores, particularmente los de inyección indirecta, muestran estos síntomas. Un retardo grande es necesario para producir humo azul cuando funciona en caliente y con poca carga.

Humo azul o blancuzco con frío, particularmente a cargas ligeras, y persistiendo cuando toma temperatura; probablemente con golpeteos.

Válvula de tobera de inyector gripada abierta, o punta de la tobera rota.

Examine si la válvula de aguja está gripada o roto el muelle, pero sospeche de los inyectores cuando se manejaron fuera del motor si la punta está rota.

Válvulas de aguja gripada u orificios de pulverización bloqueados pueden llevar a este estado si no se ataja rápidamente.

Humo azul a todas velocidades y cargas, frío o caliente.

El aceite del motor pasa por los segmentos del pistón debido a taladros taponados.

Reacondicione el motor.

Puede deberse a lubricación inadecuada. Estará asociado con un alto consumo de aceite.

Humo azul particularmente cuando se acelera después de un periodo de ralentí, tendiendo a aclararse con el funcionamiento.

El aceite del motor pasa por las guías de las válvulas de admisión debido al desgaste o desplazamiento de los protectores de aceite de la guía.

Reacondicione la culata del cilindro y cerciórese que están en su sitio los protectores de aceite de las válvulas.

El consumo de aceite puede no haber sido afectado notoriamente.

Humo azul cuando funciona a velocidad máxima con carga total o ligera.

Baño de aceite del purificador de aire, si lo hay, sobrellenado.

Llene únicamente hasta la marca o nivel recomendado.

Puede producir un funcionamiento descontrolado en los casos serios.

Humo azulado a velocidad alta y cargas ligeras, generalmente con olor agrio.

Motor funcionando demasiado frío, termostato gripado o no montado.

Cambie el termostato.

Las bajas temperaturas también aumentan los desgastes.


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En la siguiente lista de averías no se tendrán en cuenta los problemas eléctricos en el arranque, o sistemas electrónicos durante el funcionamiento.

AVERÍAS

1. El motor no arranca

No hay combustible---Válvula del tanque cerrada---Escapes en tuberías de combustible---Filtro de aire obstruido---Tuberías de combustible obstruidas---Eje de mando de la bomba roto o aflojado---Agua en el combustible---Dispositivo de arranque en frio defectuoso---transmisión de la bomba de combustible roto---Sincronización incorrecta de válvulas o inyección.

2. Difícil de arrancar

Tuberías de combustible parcialmente obstruidas---Escapes en las tuberías de combustible---Filtros sucios---Filtro de aire obstruido---Agua en el combustible---Orificios de la tobera el inyector taponados---Combustible de mala calidad---Cuerpo del inyector agrietado---Bomba de alimentación desgastada---Inyectores desajustados---Válvulas del motor no herméticas---Sincronización incorrecta de válvulas o inyección.

3. El motor falla

Tuberías de combustible obstruidas---Fugas en las tuberías de combustible---Orificios de la tobera del inyector taponados---Agua en el combustible---Combustible de mala calidad---Cuerpo del inyector agrietado---Filtros sucios---Periodo largo de paro—Los inyectores necesitan ajuste---Válvulas del motor no herméticas.

4. Humo excesivo girando sin carga

Filtro de aire obstruido---Cuerpo del inyector agrietado---Combustible de mala calidad---Tobera del inyector incorrecta---Control aceite cilindro defectuoso---Periodos largos de paro---Los inyectores necesitan ajuste---Aros del pistón rotos o desgastados---Camisas o pistones desgastados---El motor necesita una revisión.

5. Humo excesivo con carga

Filtro de aire obstruido---Alta contrapresión en el escape---Poca densidad del aire en climas muy calientes---Combustible de mala calidad---Tobera del inyector incorrecta---Control de aceite del cilindro incorrecto---Periodos largos de paro---Motor sobrecargado---Inyectores necesitan ajuste---Aros del pistón desgastados o rotos---Camisas o pistones desgastados o rayados---El motor necesita revisión.

6. Baja potencia y pérdida de potencia

Fugas en las tuberías de combustible---Problemas en el varillaje de la bomba inyectora—Filtro de aire obstruido---Alta contrapresión en el escape---Tuberías de combustible obstruidas---Agua en el combustible---Orificios de la tobera del inyector obstruidos---Combustible de mala calidad---Mal ajuste del regulador de velocidad---Bomba de alimentación del combustible desgastada---Motor sobrecargado---Los inyectores necesitan ajuste---Válvulas de admisión y escape no herméticas---Segmentos del pistón desgastados---El motor necesita revisión.

7. No alcanza velocidad (RPM)

Fugas en las tuberías de combustible---Problemas en el varillaje de la bomba inyectora---Alta contrapresión en el escape---Aire muy caliente de poca densidad---Tuberías de combustible obstruidas---Agua en el combustible---Orificios de la tobera del inyector taponados---Combustible de mala calidad---Regulador de velocidad mal ajustado---Tobera del inyector incorrecta---Contrapesos del regulador mal colocados---Bomba de alimentación desgastada.

8. Consumo excesivo de combustible

Filtro de aire obstruido---Pérdidas en las tuberías de combustible---Alta contrapresión en el escape---Combustible de mala calidad---Cuerpo del inyector agrietado---Tobera del inyector incorrecta---Motor sobrecargado---Los inyectores necesitan ajuste---Válvulas de admisión o escape no herméticas---El motor necesita revisión.

9. Mala deceleración

Tuberías de combustible obstruidas---Varillaje de la bomba inyectora---Regulador de velocidad mal ajustado.


108

AVERÍAS

10. Velocidad irregular al ralentí

(Escape en las tuberías de combustible)---(Orificios de la tobera del inyector taponados)---(Cuerpo del inyector agrietado).

11. El motor se para

No hay combustible---Válvula de tanque cerrada---Tubería de combustible obstruida---Mando de la bomba inyectora roto---Varillaje de la bomba de combustible---Transmisión al eje de la bomba inyectora roto.

12. Consumo excesivo de aceite lubricante

Escapes de aceite externos o internos---Aros rascadores gastados o bloqueados---Nivel de aceite muy alto.

13. Presión baja de aceite lubricante

Escapes de aceite externos o internos---Filtros sucios del aceite lubricante---Regulador de presión defectuoso---Tubería de aspiración de aceite obstruida---Conductos de aceite obstruidos---Falta de aceite en el cárter.

14. Temperatura demasiado baja del agua de refrigeración

Termostato defectuoso.

15. Temperatura demasiado alta del agua de refrigeración

Termostato defectuoso---Correa floja de la bomba de agua---Enfriadores del agua obstruidos---(Poco líquido refrigerante)---(Manguitos con desperfectos)---(Conductos de agua defectuosos)---(Bomba de agua desgastada)—(Aire en el sistema).

16. Desgaste de camisas, pistones y segmentos

Filtros de aceite sucios---Escapes de aceite externos o internos---Tuberías de aceite obstruidas---Falta de aceite en el cárter---Aceite de grado y/o calidad incorrectos---Periodos largos de paro---Motor sobrecargado---segmentos rotos o desgastados ---Continuas paradas y arranques.

17. Desgaste de cojinetes y muñones

Similar al anterior.

18. Válvulas y guías desgastadas

Fugas y pérdidas de compresión entre la válvula y su asiento debido al continuo golpeteo y temperatura. Las guías desgastadas originan pérdidas de aceite y cierres defectuosos.

19. Golpes debidos al combustible

Orificios de la tobera del inyector taponados---Combustible de mala calidad---Insuficiente agua de refrigeración—Los inyectores necesitan ajuste---Sincronización incorrecta de la inyección.

20. Golpes de origen mecánico

Pernos de montaje flojos---Falta de aceite en el cárter---Sincronización incorrecta de la inyección---Segmentos rotos o desgastados---Juego longitudinal excesivo en el eje de cigüeñales---Cojinetes de bancada mal alineados o desgastados---Antivibrador torsional defectuoso---Volante de inercia flojo o desequilibrado---Juego excesivo en los engranajes.

21. Vibración excesiva del motor

Pernos de montaje flojos---Cojinetes de bancada mal alineados o desgastados---Antivibrador torsional defectuoso---Volante de inercia flojo o desequilibrado---Diente roto en los engranajes.


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RESUMEN

La experiencia y adecuada formación capacitan al mecánico para detectar y solucionar averías a partir de signos evidentes (como variación de parámetros o fallos de funcionamiento). Siempre que sea posible, se comprobará primero la opción más sencilla y que implique menor alteración del mecanismo.

Durante el montaje y desmontaje de cualquier máquina es importante tomar medidas encaminadas a que el número de piezas desmontadas y el tiempo invertido sea el mínimo posible. Entre estas medidas están localizar la avería con la mayor exactitud posible, utilizar las herramientas adecuadas, observar los mecanismos bien antes de desmontar o señalar las piezas para facilitar el posterior montaje, entre otras.

No todas las averías se reflejan en los instrumentos de medida. Puede ser que una avería repentina tenga que diagnosticarse por medio de otras señales, como color del humo, ruidos, pérdidas de potencia... y es papel del mecánico interpretar correctamente estas señales para identificar y solucionar la avería.


110

AUTOEVALUACIÓN


a) Cuando las agujas de los inyectores se agarrotan, la avería puede arreglarse cambiando los inyectores defectuosos.

b) Al abordar cualquier trabajo de reparación de un motor en el que haya que desmontar y montar piezas, el primer paso es estudiar el mecanismo a desmontar.

c) Cuando las piezas que se desmontan deben montarse después en una posición determinada una con respecto a la otra, el mecánico, siempre que le sea posible, debe marcar las piezas antes de desmontarlas, para que las marcas le sirvan de referencia al volverlas a montar. La mejor manera de marcarlas es con tiza.

d) Emplear una llave demasiado grande no puede dañar las tuercas.


a) Emplear un destornillador demasiado pequeño puede dañar los tornillos.b) Al efectuar el montaje de un mecanismo previamente desmontado, se debe procurar mejorar o

simplificar el mecanismo, y en caso de que no se pueda, se monta exactamente como estaba antes del desmontaje.

c) Si el motor echa humo negro o gris oscuro, el sintoma es “humo a plena carga y velocidad del motor, pero particularmente a velocidades altas y bajas, y potencia, al menos, normal”, el diagnóstico probable es “sincronización retardada de la bomba (o dispositivo de avance incorrecto, si lo hay)”.

d) Si el motor echa humo negro o gris oscuro, el sintoma es “humo a plena carga, particularmente a velocidades bajas y medias y el motor más ruidoso que de costumbre”, el diagnóstico probable es “reglaje del máximo combustible de la bomba inyectora demasiado alto”.

3. Elige la opción correcta para completar la frase: “Si el motor echa humo negro o gris oscuro...”

a) y el diagnóstico es “orificios de las toberas de los inyectores (o de alguno de ellos) total o parcialmente bloqueados”, el remedio es cambiar los inyectores utilizando un juego nuevo, o limpiando y reacondicionando con equipo adecuado.

b) y el síntoma es “humo a plena carga particularmente a velocidades altas y medias, probablemente con pérdida de potencia”, el diagnóstico probable es “limitación de los filtros de aire debido a la suciedad o deterioro”.

c) y el síntoma es “humo con la mayoría de las velocidades y cargas, tendiendo a azul o blanco cuando hace frío o al arrancar”, el diagnóstico probable es “reglaje de la velocidad del regulador considerablemente superior a la máxima dada por el fabricante”.

d) y el diagnóstico es “sincronización de la bomba demasiado avanzada” el remedio es quitar la bomba y mandarla a que le reglen la alimentación a la cifra máxima dada por el fabricante (o menos).


�� Las averías de “pérdida de potencia” están causadas la mayoría de las veces porque las varillas de la palanca de aceleración están flojas o porque los filtros de combustible están sucios.


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5. Elige la opción correcta para completar la frase: “Si el motor echa humo negro o gris oscuro...

a) y el diagnóstico es “sincronización de la bomba demasiado avanzada”, el remedio es corregir la sincronización de acuerdo con las instrucciones del fabricante, teniendo en cuenta el retardo de la transmisión de la bomba.

b) y el síntoma es “humo de escape intermitente o a bocanadas, a veces con tonalidades blancas o azules, generalmente acompañado de golpeteos”, el diagnóstico probable es “reglaje de la velocidad del regulador considerablemente superior a la máxima dada por el fabricante”.

c) y el diagnóstico es “reglaje de la velocidad del regulador considerablemente superior a la máxima dada por el fabricante”, el remedio es reducir la velocidad de ajuste del regulador con reguladores mecánicos o hidráulicos.

d) y el diagnóstico es “tipo de tobera montado incorrecto, o tipos mezclados, o anticuados, o tipo para trabajo distinto”, el remedio es rectificarlo mediante equipo adecuado durante el reacondicionamiento.


�� Si el motor echa humo negro o gris oscuro y el diagnóstico es “pérdida de la compresión del cilindro debido a aros gripados, desgaste de válvulas o válvula quemada o sus guías”, el remedio es una reparación total del motor, nuevos aros y guías y cambio de pistón si se nota mucho desgaste.

7. Elige la opción correcta para completar la frase: “Si el motor echa humo negro o gris azulado o blanco grisáceo...”

a) y el diagnóstico es “válvula de tobera de inyector gripada abierta, o punta de la tobera rota”, el remedio es examinar si la válvula de aguja está gripada o roto el muelle, pero sospeche de los inyectores cuando se manejaron fuera del motor si la punta está rota.

b) y el síntoma es “humo azul a todas velocidades y cargas, frío o caliente”, el diagnóstico probable es “el aceite del motor pasa por las guías de las válvulas de admisión debido al desgaste, o desplazamiento de los protectores de aceite de la guía”.

c) y el diagnóstico es “el aceite del motor pasa por los segmentos del pistón debido a taladros taponados”, el remedio es reacondicionar la culata del cilindro y cerciorarse que están en su sitio los protectores de aceite de las válvulas.

d) y el diagnóstico es “el aceite del motor pasa por las guías de las válvulas de admisión debido al desgaste, o desplazamiento de los protectores de aceite de la guía”, el remedio es reacondicionar el motor.


�� Si el motor echa humo negro o gris oscuro y el diagnóstico es “los tubos de impulsión son de longitud incorrecta, o están mal cerrados o doblados excesivamente”, el remedio es rectificarlos mediante equipo adecuado durante el reacondicionamiento.

Unidad didáctica 8. Combustibles y Lubricantes

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UNIDAD DIDÁCTICA 8

COMBUSTIBLES Y LUBRICANTES

8.1 GENERALIDADES

Los motores diésel son máquinas que transforman el calor producido en la combustión de un carburante, en energía mecánica (fuerza, trabajo, movimiento) que sale fuera de él a través del plato de salida a la reductora o directamente al eje de la hélice.

Así pues, lo primero que debe hacer un motor es quemar combustible.

Entendemos por combustión el conjunto de fenómenos que se manifiestan cuando un cuerpo se une al oxígeno, a una gran velocidad, lo que le induce a un estado de incandescencia, desprendiendo luz y calor (llamas).

Para que se produzca la combustión se necesita combustible, comburente (elemento que aporta el oxígeno, por ejemplo el aire) y una fuente de calor que inicie o mantenga la reacción de combustión.

8.2 COMBUSTIBLES LÍQUIDOS EMPLEADOS EN LOS MOTORES DIÉSEL

En la naturaleza hay muchas sustancias combustibles, pero en los motores se emplean los derivados líquidos del petróleo, obtenidos de su destilación en las refinerías de petróleo.

El combustible para un motor diésel debe reunir una serie de cualidades, lo que hace que en los barcos, se empleen dos tipos: gasoil y fueloil.

�� Gasoil, Gas-oil o Gasóleo: es una mezcla de hidrocarburos que destila entre 150 y 370 ºC. Su composición y color es variable, según el uso al que se destine. Contiene menos del 1% de azufre, se congela a - 10 ºC y su peso específico oscila entre 0,820 y 0,890 kg/l. Produce un calor de 10.500 kcal cuando se quema un kg. Se autoenciende a 200 ºC si la presión sobre él es de 30 kg/cm2. El Gasoil común es el empleado por los buques pesqueros.

�� Fueloil, fuel-oil o fuel: es el combustible empleado por los motores diésel de los buques mercantes. Es un combustible residual, muy oscuro y espeso, similar al alquitrán para carreteras. Requiere ser calentado para que llegue al motor y poder ser inyectado, dada su viscosidad. Produce unas 9.500 kcal al quemarse un kg. Su peso específico oscila entre 0,950 y 0,970 kg/l.


114

8.3 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LOS COMBUSTIBLES PARA

MOTORES DIÉSEL

A la hora de elegir el combustible que empleará un motor diésel, el fabricante y las refinerías tienen en cuenta que posea las siguientes características:

�� Tener un poder calorífico lo más elevado posible, o sea, generar la mayor cantidad de calor al quemarse, lo que aumentará el rendimiento y potencia del motor.

�� Poseer una viscosidad comprendida dentro de ciertos valores, para poder viajar por todo el circuito (bombas, tuberías, filtros, inyectores, etc). A más viscosidad, mayor ha de ser la potencia de las bombas que lo impulsan.

�� Facilidad de pulverización, lo que implica una tensión superficial no muy elevada.

Figura 1. Destilación fraccionada del petróleo

Gas natural

Destilados intermedios

OtrosFertilizantesAmoníacoÁcido Sulfúrico

Gas liquadoAlquilación para gasolinas de alto octanajeCombustible para la refineríaNegro de humoPetroquímicos

Destilados ligeros

Destilados pesados

Residuos

Gasolina para motoresNaftas (disolventes, petroquímicos...)Queroseno para aviaciónAceite refinado

GasóleoA cracking (gasolinas)Diésel para motores

Aceite lubricante para motoresGrasa lubricanteAceite mineralFuel oil Ceras (aislantes, velas, chicles, impermeabilizantes)A cracking

Aceite lubricanteAsfaltos (pavimento, impermeabilizantes)Aceite combustibleGel de petróleo Coque de petróleo (electrodos, grafitos, pintura y cerámicas)ChapapotePetróleo crudo


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�� Punto de congelación bajo, para poder circular por todo el circuito cuando las temperaturas son bajas. Esta temperatura también se llama punto de fluidez crítica.

�� Contenido en azufre relativamente bajo, ya que de lo contrario se produciría ácido sulfúrico durante la combustión, que podría dañar a los órganos del motor.

�� Bajo porcentaje de residuos al quemar.�� Índice de cetano o medida del retraso al encendido superior a 60, o de lo contrario se picaría el motor.�� Punto de autoencendido (spontaneous ignition): es la temperatura a la cual el combustible emite

gases que se inflaman y que se propaga a toda la masa, continuando la combustión hasta que se agota todo el combustible, sin necesidad de que se le acerque una llama. Es necesario conocer esta temperatura en el gasoil para motores diésel, ya que su funcionamiento se basa en el autoencendido del combustible.

8.4 LUBRICANTES

Siempre que queramos mover o deslizar una superficie sobre otra, aparece una fuerza que se opone al movimiento, esta fuerza recibe el nombre de fuerza de rozamiento. Todas las superficies, aunque estén pulidas y lisas, cuando se miran a través de un microscopio, se puede ver que están formadas de pequeños picos y grietas que interfieren entre sí cuando se deslizan unas sobre las otras, ofreciendo una gran resistencia al movimiento. Este movimiento solo se puede conseguir rompiendo las microscópicas crestas, lo que se traduce en una pérdida de material (desgaste). Además se genera calor, que puede incluso fundir las superficies y soldarlas entre sí. Esto último recibe el nombre de agarrotamiento o gripado.

Para evitar desgastes y aumentos de temperatura se emplean los lubricantes.

Los lubricantes son sustancias con suficiente viscosidad, capaces de pegarse a las superficies que rozan interponiéndose entre ellas. Crean una pequeña película a modo de colchón que separa las superficies, impidiendo el contacto metal - metal.

Figura 2. Tipos de rozamiento

Rozamiento seco Rozamiento fluido

Película de lubricante


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Muchas son las sustancias empleadas como lubricantes, pero en los motores los más empleados son los aceites minerales derivados del petróleo. En el barco también se emplean grasas consistentes.

Estos ¨colchones¨ de aceite se generan cuando se mueven las superficies; cuando se paran son aplastados y el metal toca al metal en muchas zonas. Por esto el momento del arranque del motor comienza con un rozamiento semifluido que produce desgastes. Las continuas paradas y arranques desgastan el motor con más rapidez.

8.5 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LOS LUBRICANTES

Los aceites minerales obtenidos en las refinerías no poseen características apropiadas para su uso en los motores diésel, lo que obliga a añadir sustancias (aditivos) que mejoran sus cualidades. Los más usados son:

a) Aditivo alcalino: sustancia que neutraliza los productos ácidos resultantes de la combustión, impidiendo que estos corroan las paredes del cilindro y el pistón.

b) Detergente: actúa adhiriéndose a las partículas de carbón, lodo u otras sustancias, desmoronándolas y separándolas. Limpia pistones, aros y lumbreras.

c) Dispersante: aditivo que mantiene en suspensión e impide que se vuelvan a unir las partículas que el detergente ha separado. Esto impedirá que se creen depósitos. Conforme va actuando este aditivo, el aceite va tomando un color oscuro, que no indica que esté gastado, si no que el aditivo está trabajando.

d) Inhibidor de la oxidación: el aceite sometido a altas temperaturas y en contacto con metales catalizadores como el cobre, hierro o plomo, se oxida, espesándose y creando depósitos. Con este aditivo, el aceite puede permanecer en servicio varios años.

e) Inhibidor de la espuma: la espuma no es otra cosa que burbujas de aire que se han mezclado con el aceite, en el continuo batir dentro del cárter. Esta espuma puede producir un mal funcionamiento de las bombas y los filtros. El aditivo se deposita sobre las burbujas de aire, envolviéndolas y debilitándolas hasta reventarlas.

f) Inhibidor de la herrumbre: el aditivo se pega a las paredes metálicas, formando una película muy fina que actúa como escudo protector, evitando el contacto del agua resultante de la combustión o posibles fugas, con las paredes metálicas.

g) Agente antidesgaste: sustancia a base de fósforo, que en las condiciones de temperatura que se dan en el motor, reacciona con las paredes metálicas, creándose en la superficie una fina capa de fosfuros metálicos extremadamente duros que disminuyen el desgaste. Con el tiempo va reaccionando con los metales y llega a desaparecer.

h) Depresor del punto de congelación: consigue bajar el punto de congelación de los aceites, por lo que se siguen manteniendo fluidos a bajas temperaturas, circulando perfectamente por todo el circuito de engrase, llegando a todos los puntos. Es necesario el uso de aceites con estos aditivos cuando se pesca o navega en lugares fríos.


117

8.6 CLASES DE LUBRICANTES ATENDIENDO A SU VISCOSIDAD

Como se ha explicado anteriormente, la viscosidad es la mayor o menor resistencia que ofrecen los líquidos a circular. El sistema de clasificación de la viscosidad más generalizado internacionalmente es el SAE, siglas de Society of Automotive Engineers (Sociedad de Ingenieros del Automóvil).

La clasificación SAE relaciona la viscosidad con la temperatura de uso de un aceite, pero no indica nada sobre su calidad. Consta de 10 grados SAE, los seis primeros grados (del 0 al 25), van acompañados de la letra W, inicial de winter (invierno).

Indican la temperatura mínima a la que puede utilizarse dicho aceite conservando una viscosidad que le permite fluir por los conductos a la presión adecuada, de tal forma que llegue con rapidez a los puntos de engrase para facilitar el arranque en frío.

El segundo tramo, comprendido entre 20 y 50, indica el comportamiento de la viscosidad del aceite en caliente, medida a 100 ºC.

La anterior tabla corresponde a aceites de motor y transmisiones, aunque para estas últimas aplicaciones los grados disponibles son: SAE 75, 80, 90, 140 y 250.

A menor número, el aceite es más fluido, a mayor número es más viscoso.

Los aceites monogrado (SAE 10 W o SAE 30, por ejemplo) se designan con un solo número o grado de viscosidad que indica los márgenes de temperatura dentro de los cuales tiene un buen comportamiento.

Clasificación de la viscosidad SAE

Grados SAE Temperatura mínima de utilización Viscosidad a 100 ºC

0 W - 30 ºC

5 W - 25 ºC

10 W - 20 ºC

15 W - 15 ºC

20 W - 10 ºC

25 W - 5 ºC

20 Fluido

30 Semifluido

40 Semifluido

50 Viscoso


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Los aceites multigrado (SAE 10W30, por ejemplo) tienen un margen más amplio de utilización, debido a que los aditivos logran mantener más estable la viscosidad frente a los cambios de temperatura. Se comportan como varios monogrado.

Los aceites sintéticos no se obtienen directamente de la destilación del petróleo, sino mediante síntesis químicas. Son aceites de diseño, con características superiores.

Los aceites también se pueden clasificar según las condiciones de utilización, la clasificación más importante es la API (American Petroleum Institute). Está basada en las características de funcionamiento y el tipo de servicio al que está destinado el motor o las transmisiones.

El nivel de calidad viene representado por un código de dos letras: la primera, designa el tipo de motor, S para motores de gasolina y C para motores diésel. La segunda designa el nivel de exigencia y calidad.

�� Categorías para motores diésel: CA… 1940 CB… 1948 CC… 1961 CD …… a CI-4 (año 2002) CI-4-Plus… desde 2004 (es el más actual y exigente)

�� Categorías para motores de gasolina: SA(1930)…….SE(1971) SF……………SJ (1996) SL (2004) SM (motores actuales)

�� Categorías para transmisiones: GL-1… hasta…… GL-6

8.7 CONTROL DE LUBRICANTES

Con el paso del tiempo, el aceite sufre transformaciones en el interior del motor, llegando un momento en que ya no reúne las características adecuadas, siendo peligroso para este. La vida de un lubricante en un motor diésel de tronco varía en función de:

�� Tipo de motor y sistema de lubricación.�� Condiciones en que opera (severidad del servicio).�� Capacidad del lubricante de conservar sus características y aditivos.�� Equipo de purificación existente.

El soplado de gases, producido por un motor en sobrecarga temporal, produce un rápido incremento de hollín en el aceite, al igual que un motor con los inyectores defectuosos.


119

La formación de barros es mayor cuando:

�� Se incrementa el funcionamiento en vacío o se trabaja con cargas pesadas.�� Existen servicios con frecuentes arranques y paradas.�� La refrigeración es muy intensa.�� Se utilizan combustibles de poca calidad con gran contenido en azufre y olefinas.

Los motores sobrealimentados trabajan a mayor temperatura que los atmosféricos, por lo que la oxidación y formación de lodos es mayor.

El fabricante recomienda unos periodos de tiempo a los que debe sustituirse el aceite; es muy recomendable seguir los consejos del fabricante. Solo en casos de funcionamiento severo se acortarán los tiempos de servicio.

Hay que recordar que los rozamientos en los ejes o árboles de transmisión que se producen en un motor, pueden ser debidos tanto a la fricción, como a la rodadura.

Por ejemplo, se sabe que para mover un bidón empujándolo verticalmente se requiere mucha fuerza, en cambio si lo hacemos rodar, la fuerza necesaria es mucho menor.

Un rodamiento consume menos esfuerzos al motor, pero tiene el inconveniente de no soportar cargas muy fuertes y poderosas ya que se pueden deformar las bolas o las pistas de rodadura. Además, es enterizo y no como el cojinete, que puede estar partido (cabeza de biela).

Se reduce la fricción interponiendo aceite. (En el dibujo, entre el suelo y el bidón).

Figura 3. Arrastre de un bidón de dos formas distintas

Figura 4. Cojinetes Figura 5. Rodamientos


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RESUMEN

Como se ha visto en anteriores unidades, lo primero que debe hacer un motor es quemar combustible. La reacción de combustión necesita oxígeno, calor y una sustancia química que será el combustible.

Los motores diésel utilizan combustibles líquidos. Los principales son gasoil (el más común en buques pesqueros) y fueloil (en mercantes). Entre las características que hacen más eficiente a un combustible están tener alto poder calorífico, elevada tensión superficial o bajo punto de congelación.

Los lubricantes, por su viscosidad, permiten que el rozamiento entre superficies propio del funcionamiento del motor, no provoque un desgaste y calentamiento peligroso para las piezas implicadas.

Los lubricantes son aceites minerales derivados del petróleo. Estos aceites necesitan aditivos de diversa naturaleza para tener las características adecuadas. Se pueden clasificar según su viscosidad y temperatura de trabajo (SAE) o en función de las condiciones generales de trabajo a las que estará sometido (API).

Las características de los lubricantes van cambiando a lo largo del tiempo por transformaciones asociadas a su función en el motor. Para que la pérdida de propiedades no llegue a dañar el motor es recomendable seguir los consejos del fabricante.


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AUTOEVALUACIÓN


a) La combustión (arder o quemar) es el conjunto de fenómenos que se manifiestan cuando un cuerpo se une al oxígeno, a una gran velocidad, lo que lleva al cuerpo o combustible a un estado de incandescencia, desprendiendo luz y calor (llamas).

b) Los motores diésel son máquinas que transforman el calor producido en la combustión de un comburente, en energía mecánica.

c) Para que se produzca la combustión se necesita combustible, carburante (elemento que aporta el oxígeno, por ejemplo el aire) y una fuente de calor que inicie o mantenga la reacción de combustión.

d) El oxígeno es un buen carburante.


a) Todos los combustibles son líquidos.b) Los motores emplean como combustibles los derivados líquidos del petróleo, obtenidos de su

destilación en las refinerías.c) En los barcos, se emplean tres tipos de combustibles: gasoil, fueloil y dieseloil.d) El fueloil es lo mismo que el gasóleo.


�� El Gasoil produce un calor de 10.500 kilocalorías cuando se quema un kg. Se autoenciende a 200 ºC si la presión sobre él es de 30 kg/cm2.


a) El queroseno es un destilado ligero del petróleo que se emplea cada vez más en buques pesqueros.b) El gasoil y el diésel para motores son destilados pesados el petróleo.c) El aceite lubricante y el fueloil son destilados ligeros del petróleo.d) La gasolina para motores y el aceite refinado son destilados ligeros del petróleo.


a) Un combustible para un motor diésel debe tener un poder calórifico lo más bajo posible.b) Un combustible para un motor diésel debe tener una viscosidad comprendida dentro de ciertos

valores, para poder circular por todo el circuito (bombas, tuberías, filtros, inyectores, etc). c) A menor viscosidad de un combustible, mayor ha de ser la potencia de las bombas que lo impulsan.d) Un combustible para un motor diésel debe ser fácilmente pulverizable, lo que implica una tensión

superficial muy elevada.


a) Un combustible para un motor diésel debe tener un punto de congelación bastante alto para poder circular por todo el circuito cuando las temperaturas son altas.


122

b) Se define como punto de fluidez crítica a la temperatura de congelación de un combustible o la menor temperatura a la que el combustible aún fluye.

c) Un combustible para un motor diésel debe tener un alto contenido en azufre.d) Un combustible para un motor diésel debe tener un índice de cetano o medida del retraso al

encendido inferior a 60, o de lo contrario se picaría el motor.


a) El punto de autoencendido es la temperatura a la cual el combustible emite gases que se inflaman y que se propagan a toda la masa, continuando la combustión hasta que se agota todo el combustible, sin necesidad de que se le acerque una llama.

b) Siempre que queramos mover o deslizar una superficie sobre otra, aparece una fuerza que se opone al movimiento, la fuerza de tracción.

c) El rozamiento fluido entre dos metales, empleando una película de lubricante, aumenta la pérdida de material (desgaste) y sobre todo se genera calor, que puede incluso fundir las superficies y soldarlas entre sí.

d) El agarrotamiento o gripado de un motor se puede evitar no empleando aceite lubricante, con lo que se impide el calentamiento del motor.


�� El aditivo alcalino de los lubricantes para motores diésel actúa adhiriéndose a las partículas de carbón, lodo u otras sustancias, desmoronándolas y separándolas. Limpia pistones, aros y lumbreras.


a) Los dispersantes son aditivos de los lubricantes que mantienen en suspensión e impiden que se vuelvan a unir las partículas que el detergente ha separado.

b) Conforme van actuando los dispersantes el aceite va tomando un color cada vez más claro, que no indica que está gastado, sino que el aditivo está trabajando.

c) El inhibidor de la oxidación es un aditivo de los lubricantes que se pega a las paredes metálicas, formando una película muy fina que actúa como escudo protector, evitando el contacto del agua resultante de la combustión o posibles fugas, con las paredes metálicas.

d) El inhibidor de la herrumbre es un aditivo de los lubricantes a base de fósforo, que en las condiciones de temperatura que se dan en el motor, reacciona con las paredes metálicas, creándose en la superficie una fina capa de fosfuros metálicos extremadamente duros que disminuyen el desgaste.


a) La clasificación SAE relaciona la viscosidad con la temperatura de uso de un aceite, pero no indica nada sobre su calidad.

b) A menor número, el aceite es más denso, a mayor número es más fluido.c) Los aceites monogrado se designan con dos números o grados de viscosidad que indica los

márgenes de temperatura dentro de los cuales tiene un buen comportamiento.

Unidad didáctica 9. Potencia, Rendimiento y Consumo

123

UNIDAD DIDÁCTICA 9

POTENCIA, RENDIMIENTO Y CONSUMO

9.1 POTENCIA

Se puede definir como la cantidad de trabajo que se puede realizar en un determinado tiempo.

Por ejemplo, un operario sube 50 kg al cuarto piso en 3 minutos, en cambio un segundo operario sube esos 50 kg en tan solo un minuto. Ambos han efectuado el mismo trabajo (subir 50 kg al 4º piso) pero el segundo lo ha hecho en menos tiempo, por tanto es más potente, en concreto es tres veces más potente que el primero.

Este es un parámetro muy importante en los motores, ya que de él dependerá el arrastre que puede efectuar el barco, el tamaño de la hélice y, por tanto, la velocidad, el empuje, etc.

Esta potencia se mide en bancos de prueba (frenos), y se puede expresar en caballos de vapor (CV), caballos de potencia (horse power, HP) o en kilovatios (kW), siendo esta última la que más se emplea en la actualidad. Están relacionadas entre sí según las siguientes fórmulas:

Algunos tipos de potencia:

�� Potencia indicada: potencia desarrollada por el motor en el interior de los cilindros. Se mide utilizando indicadores de diagramas.

�� Potencia efectiva o potencia al freno: obtenida por el constructor a través del freno dinamométrico (medidor de potencia) a la salida del eje. Es la que ofrece el fabricante en los datos técnicos del motor junto al número de revoluciones al que se obtiene.

Veamos de que valores depende la potencia:

Potencia es Trabajo (T) dividido por tiempo (t)

1 CV = 0,736 kW1 kW = 1,36 CV

P = Tt


124

Trabajo es fuerza (F) por espacio recorrido (e)

Fuerza es presión (p) por superficie en que actúa (S)

Combinando las anteriores ecuaciones:

La superficie sobre la que actúa la fuerza de los gases, es el área de la cabeza del pistón. Dicha área se expresa en función del diámetro (D) y no del radio, y es igual a ��2.

El espacio recorrido por la fuerza de los gases es la carrera (C).

La ecuación anterior corresponde a un cilindro, si disponemos de N cilindros.

El motor gira a n rpm, pero se necesita conocer las revoluciones por segundo, n/60. Además, en un motor de 4 tiempos solo cada dos revoluciones se produce trabajo, luego en un segundo se producirá trabajo n/60x2 veces.

La potencia obtenida según la ecuación anterior está expresada en vatios. Dividiendo por mil se obtiene la potencia en kilovatios, y también la ecuación final de la potencia.

P = potencia en kilovatiosp = presión media indicada en el interior del cilindro en pascalesD= diámetro del pistón en metrosC= carrera del pistón en metrosN= número de cilindrosn= revoluciones por minuto

T = F x e

F = p x S

P = p x S x e

t

P = ��2 x C x N

t x 4

P = ��2 x C x N x n

4 x 2 x 60

P = ��2 x C x N x n

4 x 2 x 60 x 1000


125

De la ecuación, se deduce que:

�� Si aumenta la presión media de los gases, aumentará la potencia. Esta presión solo aumenta si aumenta la combustión o simplemente se ve mejorada. Esto se consigue con mejores cámaras de combustión, mejores sistemas de inyección, aumentando el número de válvulas que mejora el intercambio de gases, sobrealimentando el motor (turbo), o con cualquier medida que el constructor decida que mejora la combustión.

�� Si aumentan el diámetro y la carrera del pistón, aumenta la potencia. Es lo mismo que decir que si aumenta la cilindrada, aumenta la potencia.

�� Si aumenta el número de cilindros, aumenta la potencia. Es obvio que un motor tetracilíndrico dará más potencia que un monocilíndrico.

�� Si aumentan las revoluciones, aumenta la potencia. Para un régimen más alto de giro, se entrega más trabajo por unidad de tiempo. Los motores diésel, al tener sus piezas móviles muy robustas no puede girar a muy altas velocidades (por fenómenos de inercia que rompen el motor). Los motores de explosión, al alcanzar presiones menores, permiten que sus órganos móviles sean más ligeros, decreciendo el fenómeno de la inercia, por lo que estos motores giran a velocidades más altas que los diésel.

La potencia así obtenida es la indicada, ya que el dato de presión media de los gases se obtiene con el aparato llamado indicador de diagramas. La llamada potencia efectiva es la que efectivamente llega al plato de salida y entrega el motor.

En la práctica, para motores pequeños y medianos, la potencia (efectiva) se mide utilizando aparatos llamados Frenos.

9.2 RENDIMIENTO

Es la relación entre el trabajo producido por una máquina y la energía consumida para su funcionamiento. En las máquinas reales es inferior a la unidad, debido a que parte de la energía suministrada se invierte en trabajo de rozamiento, a la existencia de pérdidas, etc.

Así pues, el rendimiento de una máquina es un indicativo de su eficiencia, de su capacidad para transformar energía lo mejor posible.

En un motor de combustión interna, se pueden obtener diferentes tipos de rendimientos, entre los cuales están los siguientes:

�� Rendimiento térmico.�� Rendimiento mecánico.�� Rendimiento efectivo.�� Rendimiento volumétrico.


126

Rendimiento térmico: �t

Wneto = Tt

= trabajo neto o trabajo teórico.m

c= masa de combustible aportada (kg).

Qa = calor aportado.

Pc = poder calorífico del combustible que se quema.

La pérdida de calor a través de los gases de escape supone el 35% en los motores de gasolina y el 30% en los diésel.

Por el sistema de refrigeración se evacua aproximadamente el 30% del calor.

Así pues, del 100% del calor producido, solo se aprovecha del 35 al 40%.

�C gasolina = 0,35 a 0,40�C diésel = 0,40 a 0,50

Rendimiento mecánico: �m

Es la relación o cociente entre la potencia efectiva al eje (la entregada por el motor) y la potencia indicada (desarrollada en el interior de los cilindros).

Casi todas las pérdidas son por:�� Rozamiento (de aros contra cilindros). Desde el pistón al eje.�� Consumo de sistemas auxiliares: distribución, bomba de agua, bomba de aceite. Bombeo de aire y

gases.

Las pérdidas mecánicas oscilan entre el 10% y el 15%.

Rendimiento efectivo: �e

Es el balance entre el total de pérdidas (caloríficas más mecánicas) y el total de la energía calorífica suministrada por el combustible.

En motores de gasolina oscila entre el 25 y el 30%.En los motores diésel oscila entre el 30 y el 40%.

�m = P

e

Pi

�t = Wneto

Qa

= Q

a

Tt =

mc x P

c

Tt


127

Rendimiento volumétrico: �v

Es la relación entre la masa de aire que entra en el cilindro por ciclo, y la masa que teóricamente cabe en el volumen del cilindro.

Cuanto mayor sea el llenado, más combustible se puede quemar y más calor y potencia desarrolla el motor.

El rendimiento volumétrico máximo oscila entre el 70 y el 90%, y depende de diferentes factores:

�� Régimen de giro.�� Densidad del aire (por ejemplo: en ciertas etapas de la última carrera del Rally Paris - Dakar, el

rendimiento volumétrico descendió hasta un 50% debido a la bajada de presión atmosférica, dada la altura a la que se corría, perdiendo los motores el 50% de la potencia).

�� El diagrama de la distribución (avances y retrasos).�� Sección de las válvulas y conductos de admisión.�� Eficacia del barrido de los gases de escape.

9.3 CONSUMO

Es la cantidad de combustible que gasta el motor durante su funcionamiento.

Se define el consumo específico (Ce), como la cantidad de combustible consumido (en gramos) por unidad

de tiempo (una hora) y por kilovatio de potencia entregada por el motor. Es un dato importante dado por el fabricante en el libro de instrucciones, el cual lo ha calculado en los bancos de prueba.

Los motores diésel más económicos poseen un Ce de 175 g/h x kw.

Consumo: cantidad de combustible gastado durante la navegación.Tiempo: horas de funcionamiento del motor a un régimen continuo.Potencia: potencia entregada por el motor a un determinado régimen de revoluciones.

Un motor con un alto Ce, o sea que gaste mucho combustible, no será económicamente rentable y agotará

rápidamente el combustible almacenado en los tanques.

�v = M

a

Mc

Ce =

Consumotiempo x potencia


128

Para no correr el riesgo de quedar parados en alta mar por agotar el combustible, es frecuente calcular la autonomía del barco. Se define la autonomía como la cantidad de millas que puede recorrer cada barco hasta agotar completamente todo el combustible de los tanques.

Algunas de las ecuaciones que darán valores aproximados, se resumen en el cuadro siguiente:

Ejercicio:

Un buque pesquero monta un motor Guascor F180TA SP. Navega rumbo al caladero a una velocidad de 9 nudos y a un régimen de 1.800 rpm del motor. En los tanques laterales de combustible, almacena 3.800 litros de gasoil de peso específico 0,85 kg/l.

MODELO Potencia(CV)

Régimen(rpm) Ciclo Nº

CilindrosDiámetro

Cilindros (mm)Carrera(mm)

Cilindrada(litros)

Consumo(gr CV/hora)

Peso motor(kg)

F180 SP 250 1800 4 6 L 152 165 17,96 164 2570

F180TB SP 400 1800 4 6 L 152 165 17,96 156 2580

F180TA SP 450 1800 4 6 L 152 165 17,96 153 2620

F180TAB SP 500 1800 4 6 L 152 165 17,96 154 2700

SF180TA SP 590 1800 4 6 L 152 165 17,96 155 2750

Determina:

1- Horas que puede estar navegando.2- Distancia que puede recorrer con el combustible almacenado.

Velocidad en nudos =

Tiempo =

Millas navegadas Horas de navegación

Millas navegadas = Velocidad en nudos x Horas de navegación

ConsumoC

e x potencia

Millas navegadas = Velocidad en nudos x ConsumoC

e x potencia


129

Solución:

1. CÁLCULO DE LAS HORAS DE NAVEGACIÓNPartimos de la ecuación fundamental de consumo.

Para determinar las horas que puede funcionar el motor, despejamos de la ecuación anterior el parámetro “horas funcionando”:

Los niveles de los tanques indican los litros que contienen, pero el dato necesario es el peso del combustible. Su determinación es fácil.

Por tanto:

Ahora trasladamos los valores a la ecuación de “horas funcionando”

2. CÁLCULO DE LA AUTONOMÍA O MILLAS NAVEGADAS

Ce =

Peso combustible en tanqueshoras funcionando x potencia dada por el motor

Peso combustible en tanquesC

e x potencia dada por el motor

horas funcionando =

Volumen x Peso específicoPeso =

3.800 l x 0,85 kg/l = 3.230 kgPeso del combustible =

3.230 kg0,153 kg/(CV x h) x 450 CV

horas funcionando = = 46,91 horas

Distancia en millas = Velocidad en nudos x Horas de navegación


130

El barco en cuestión puede estar navegando 46,91 horas (1 día, 22 horas y 54 minutos) y recorrer una distancia de 422,22 millas náuticas.

ANEXO. INTERPRETACIÓN DE CURVAS CARACTERÍSTICAS

Una vez más es necesario insistir en que los motores diésel marinos son máquinas térmicas que basan su funcionamiento en la quema de un combustible. Si todos los parámetros que intervienen en la combustión no están en las proporciones correctas, en especial el aire y el combustible, el motor dará poco par, poca potencia y su rendimiento será bajo.

Interpretación de la curva del par motor

Conforme el motor aumenta de revoluciones, porque se da más combustible con la bomba inyectora, el par va aumentando ya que el motor va aspirando mejor, rellenando todo el cilindro. El combustible quema bien, la presión media crece en el cilindro, la fuerza de los gases crece y va aumentando el par.

No siempre el motor respira igual, a diferentes revoluciones, dependerá del tamaño y forma de los conductos

Distancia en millas = 9 nudos x 46,91 Horas = 422,22 millas

Figura 1. Curva del par motor, curva de potencia y curva de consumo


131

de admisión y del diagrama de regulación. Se llega a un par máximo en que el llenado de los cilindros es óptimo (rendimiento volumétrico máximo). A partir de ese régimen de giro (rpm) el par va disminuyendo lentamente, ya que el motor no consigue un llenado completo de aire en los cilindros.

Vemos en la figura 1 que el par máximo de unos 315 Nm se alcanza a un régimen de 4.100 rpm.

Interpretación de la curva de potencia

La potencia se obtiene multiplicando el valor del par por la velocidad de giro. Obviamente si aumenta el par y las revoluciones, aumenta la potencia como se observa en la figura 1, que aumenta hasta 4.100 rpm de par máximo. Se podría pensar que a partir de ese punto, la curva de potencia iría bajando, pero el aumento de velocidad (rpm) compensa la bajada de par y el producto par velocidad (potencia) sigue creciendo. Esto ocurre hasta alcanzar un régimen en que la disminución del par es tan grande que no la puede compensar el aumento de revoluciones y entonces la potencia comienza a descender.

Se observa en la figura que a 6.150 rpm se alcanza la potencia máxima de 175 kW.

Interpretación de la curva de consumos

Guarda cierta simetría con la curva de par, ya que mientras se llenen mejor de aire los cilindros (el rendimiento volumétrico crece), menos combustible se necesita.

El número de revoluciones a la que se alcanza el par máximo, será el recomendado para el motor de nuestro barco, ya que se consiguen rendimientos máximos con consumos mínimos.

Existe un consumo específico mínimo en que el motor consume menos. Pero existe el concepto de consumo mínimo comercial, en que aunque el consumo de combustible es más alto, el gasto que supone queda compensado con un menor tiempo de faena, lo que supone un ahorro en los gastos de explotación. No es tan importante en un pesquero de bajura como en un petrolero que navega dos meses para traer su carga.

En la curva, el consumo mínimo se produce a 3.000 rpm. El consumo mínimo comercial, podrá producirse a 3.700 rpm.


132

RESUMEN

La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. El desarrollo de las faenas del barco (velocidad, duración de la marea,...) va a depender de la potencia empleada en cada momento.

A mayor presión de los gases, mejora la combustión y aumenta la potencia. Esto se consigue con mejoras en los elementos del sistema de inyección. La potencia indicada es la que corresponde a la presión de los gases, y la que realmente llega al motor es la efectiva.

El rendimiento es la relación entre el trabajo generado y el combustible consumido para ello. Habrá distintos tipos de rendimiento dependiendo del tipo de pérdidas energéticas que se produzcan durante la combustión.

El consumo es la cantidad de combustible que gasta un motor durante su funcionamiento, en un tiempo y a una potencia determinados. El cálculo más habitual relacionado con el consumo es la autonomía del barco, para conocer las millas que puede recorrer con los tanques llenos.

Las curvas características (curva del par motor, de potencia y de consumos) son las que indican las proporciones correctas entre todos los parámetros que intervienen en la combustión para un funcionamiento más eficiente del motor.


133

AUTOEVALUACIÓN


�� La potencia se puede definir como la cantidad de tiempo que se necesita para realizar un determinado trabajo.

2. Elige la opción correcta para completar esta frase: “La potencia se expresa...”

a) En caballos de vapor (CV), caballos de potencia (HP) o en kilovatios (kW), siendo esta última la que se emplea en la actualidad.

b) En caballos de potencia (HP), kilovatios (kW), o caballos de vapor (CV), siendo esta última la que se emplea en la actualidad.

c) En caballos de vapor (CV), kilovatios (kW), o caballos de potencia (HP), siendo esta última la que se emplea en la actualidad.

d) En caballos de vapor (CV) o en kilovatios (kW), siendo la relación entre ellos: 1 CV = 1,36 kW.


a) La potencia efectiva es la desarrollada por el motor en el interior de los cilindros. Se mide utilizando indicadores de diagramas.

b) La potencia indicada es la obtenida por el constructor a través del freno dinamométrico (medidor de potencia) a la salida del eje. Es la que ofrece el fabricante en los datos técnicos del motor junto al número de revoluciones a la que se obtiene.

c) La potencia efectiva es la obtenida por el constructor a través del freno dinamométrico (medidor de potencia) a la salida del eje. Es la que ofrece el fabricante en los datos técnicos del motor junto al número de revoluciones a la que se obtiene.

d) Potencia es tiempo dividido por Trabajo: Potencia = tiempo / Trabajo.


�� Trabajo es fuerza (F) por espacio recorrido (e). T = F x e


a) El espacio recorrido por la fuerza de los gases es la carrera, C.b) La superficie sobre la que actúa la fuerza de los gases, es el área de la cabeza de las válvulas.

Dicha área se expresa en función del radio, R y no del diámetro, D.c) Si disponemos de N cilindros, la potencia se expresa:

�� 2 x Carrera x N / tiempo x 4, o lo que es lo mismo:

��2 x C x N / t x 4.d) En un motor de 4 tiempos solo cada cuatro revoluciones se produce trabajo, luego en un segundo

se producirá trabajo n/60x4 veces.


134


a) En un motor de 4 tiempos tenemos que:�� 2 x Carrera x Número de cilindros x número de segundos /4 x 2 x 60, o lo que es lo mismo:

� � � � ��!"b) Dividiendo el valor de potencia en vatios por mil se obtiene el valor de potencia en Kilovatios.c) Si disminuye la presión media de los gases, aumentará la potencia.d) Un aumento de la combustión conlleva una disminución de la presión media de los gases.


�� Para una misma cilindrada, si aumenta el número de cilindros no tiene por qué aumentar la potencia.


a) El dato de la presión media de los gases se obtiene con el aparato llamado indicador de diagramas.b) La llamada potencia indicada es la que efectivamente llega al plato de salida y entrega el motor.c) Para motores grandes la potencia indicada se mide utilizando aparatos llamados frenos.d) El Rendimiento es la relación entre la energía consumida por una máquina para poder funcionar y

el trabajo producido por dicha máquina.


a) El Rendimiento en las máquinas reales es inferior a la unidad, debido a que parte de la energía suministrada se invierte en trabajo de rozamiento, a la existencia de pérdidas, etc.

b) La pérdida de calor a través de los gases de escape supone el 70% en los motores de gasolina y el 90% en los diésel.

c) El rendimiento térmico (�C) = masa de combustible consumida por unidad de tiempo (mt) x poder

calorífico del combustible que se quema (Q) / Potencia efectiva del motor (P).d) El rendimiento térmico de un motor de gasolina es mayor que el de un motor diésel.


a) El rendimiento mecánico (�m) es la relación o cociente entre la potencia efectiva al eje (la entregada

por el motor) y la potencia indicada (desarrollada en el interior de los cilindros).b) Las pérdidas mecánicas por rozamiento y consumo de sistemas auxiliares oscilan entre el 80 y el

90%.c) El rendimiento efectivo (�

e) es el balance entre el total de la energía calorífica suministrada por el

combustible y el total de pérdidas (caloríficas más mecánicas).d) El rendimiento efectivo es mayor en los motores de gasolina que en los motores diésel.

Unidad didáctica 10. Cuadros Eléctricos. Baterías. Generadores

135

UNIDAD DIDÁCTICA 10

CUADROS ELÉCTRICOS. BATERÍAS. GENERADORES

10.1 NOCIONES BÁSICAS DE ELECTRICIDAD

Toda la materia que nos rodea, el suelo que pisamos, el aire que respiramos, el agua, un árbol, está formada por diminutas partículas llamadas átomos. Estas se combinan entre sí formando estructuras más complejas originando así toda la materia conocida del universo.

El átomo está formado por un núcleo central (como si se tratara de nuestro sol) y otras partículas más diminutas, llamadas electrones girando alrededor del núcleo (como si se tratara de los planetas que giran alrededor del sol).

El núcleo central tiene carga eléctrica positiva (protones y neutrones), pero los electrones poseen una carga eléctrica negativa y son relativamente fáciles de arrancar y expulsar de sus órbitas (las más alejadas del núcleo).

La electricidad se obtiene arrancando electrones de los átomos y conduciéndolos a través de un cable conductor a zonas de la materia que necesitan y demandan esos electrones. Ese “chorro” de millones y millones de electrones circulando recibe el nombre de corriente eléctrica.

Los generadores (dinamos, alternadores, baterías, pilas, etc.) son los encargados con su fuerza electromotriz (f.e.m.) de arrancar electrones de los átomos de la materia.

10.1.1 Términos relacionados con la electricidad

Intensidad: cantidad de electrones que están circulando por el conductor (hilo, cable, etc.) en un determinado tiempo. Algo similar a la intensidad de circulación en una autopista, que sería la cantidad de coches que circulan a la hora.

La unidad de medida es el amperio (A).

Figura 1. Estructura del átomo

Figura 2. Intensidad

Intensidad débil

Intensidad elevada


136

Voltaje: también recibe el nombre de Tensión o Diferencia de potencial.

El generador arranca electrones (f.e.m.) y los acumula en una zona, dejando otra zona del material con carencia de electrones. Cuantos más electrones arranque y acumule, más potencial o energía tendrán todos esos electrones. Al unir dos polos o puntos que están a diferente potencial se establece una corriente y se dice que esta posee un voltaje, tensión o diferencia de potencial.

La unidad de medida es el voltio (V).

En la figura se observa cómo el generador arranca electrones de B y los impulsa hacia A. Si las zonas A y B se ponen en contacto con un hilo conductor (se une el polo positivo con el negativo de una pila, por ejemplo), se produce una corriente de electrones debido al voltaje o diferencia de potencial.

Resistencia: mayor o menor dificultad que tienen los electrones para circular por un circuito eléctrico. En una semejanza al tráfico de coches por una carretera, si esta se estrecha el tráfico se enlentece, hay resistencia al paso de los coches. Así sucede al paso de los electrones por el interior del conductor.

La resistencia se mide en ��.

Potencia: cantidad de energía que puede transportar la corriente eléctrica en un determinado tiempo.

Se mide en vatios (W) o en unidades mayores como el kilovatio. No se debe confundir con kilovatio x hora que no es una unidad de potencia.

A bordo o en los hogares hay gran cantidad de aparatos, todos ellos trabajando a una potencia determinada, por ejemplo una bombilla de 100 W.

Corriente continua y corriente alterna: una corriente eléctrica es continua, cuando la corriente de electrones se dirige siempre en una sola dirección y su voltaje es constante, por ejemplo del polo negativo al positivo, siendo estos polos fijos, como puede verse en una pila o en una batería. Las dinamos son generadores de corriente continua (CC).

En cambio, la corriente alterna generada por un alternador, no circula siempre en la misma dirección, puesto que la polaridad está cambiando y el polo que era positivo se convierte en negativo, cambiando la dirección de la corriente, es lo que se llama frecuencia (en Europa cambia 50 veces por segundo, en USA 60 veces). A su vez, el voltaje máximo puede ser 220 V como en los hogares, pero no se mantiene constante, sube y baja.

Generador

A

B

Dife

renc

ia d

e po

tenc

ial

Figura 3. Voltaje

Mayor resistencia a la circulación

Poca resistencia a la circulación

Figura 4. Resistencia


137

10.2 DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE. CUADROS ELÉCTRICOS

El barco necesita energía eléctrica para su funcionamiento. Esta energía se produce en alternadores, dinamos o baterías, y debe repartirse a los diversos puntos del barco, ya sea a motores eléctricos en la sala de máquinas, a aparatos electrónicos de navegación y comunicación en el puente de mando o a otra zona. Para ello se emplea el cuadro principal de distribución.

Así pues, el cuadro principal de distribución tiene como misión recibir la corriente de los generadores y distribuir la energía eléctrica a las diferentes instalaciones y circuitos. En ellos se sitúan normalmente los fusibles, interruptores generales, e interruptores de protección (magnetotérmicos, diferenciales, etc). Si existen varios generadores, en el cuadro principal están instalados los dispositivos de acoplamiento y sincronización entre ellos.

Existen también los cuadros de mando, que contienen agrupados los mandos de puesta en marcha, paro y regulación de los dispositivos, generalmente motores eléctricos.

Los cuadros de maniobra tienen como finalidad alojar los automatismos que accionan los motores de máquinas y dispositivos (relés, contactores, etc).

También existe la unión de los dos anteriores en un cuadro de mando y maniobra.

El cuadro eléctrico de emergencia recibe corriente del generador o baterías de emergencia y debe garantizar que en un incendio o cualquier otro siniestro en la sala de máquinas (donde esté instalado el cuadro principal), se suministre energía, entre otros, a: alumbrado de emergencia en pasillos y sala de máquinas, luces de navegación, bombas containcendios y aparatos de gobierno. Similar al cuadro principal de distribución, estará situado por encima de la cubierta corrida más alta, y nunca a proa del mamparo de colisión.

10.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LOS CUADROS ELÉCTRICOS

Los elementos eléctricos fundamentales que constituyen los cuadros se pueden agrupar en los siguientes conjuntos:

�� Aparatos de mando y maniobra.�� Aparatos de protección y control.�� Aparatos de medida.�� Aparatos de señalización.�� Aparatos de conexión.

Según la misión de cada cuadro, así será el equipamiento necesario para su instalación y no siempre llevará todos los elementos mencionados anteriormente.


138

10.4 APARATOS DE MANDO Y MANIOBRA

Corresponden a este grupo fundamentalmente los interruptores, el seccionador, los contactores y los conmutadores.

Interruptores: tienen la misión de abrir y cerrar los circuitos, a voluntad, soportando el paso de corriente, debiendo estar dotados de poder de ruptura. Pueden ser manuales o automáticos. Se clasifican en unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares, según el número de polos.

Seccionador: solo es capaz de abrir o cerrar el circuito cuando la corriente es despreciable o no hay diferencia de potencial entre sus contactos. Se utiliza para garantizar la desconexión de la instalación cuando se realizan trabajos sobre ella. Pueden destruirse si se maniobran con la instalación en carga.

Contactores: son interruptores electromagnéticos que abren o cierran los contactos por medio de una bobina; cuando esta se excita, se imanta, atrae y une los contactos. Cuando cesa la corriente a la bobina, los contactos se separan. Se utilizan mucho en el mando de motores.

Figura 5. Cuadro principal de 24 V Figura 6. Cuadro principal de 220 V

Figura 7. Modelos de interruptores


139

Conmutadores: dispositivos eléctricos que permiten modificar el camino que deben seguir los electrones. Se asemejan a los interruptores en su forma exterior, pero estos a la vez que desconectan un circuito, conectan otro.

10.5 APARATOS DE PROTECCIÓN Y CONTROL

Corresponden a este grupo:

Fusibles: cuando hay un exceso de intensidad (cortocircuito o subida de tensión) en el circuito, el fusible se calienta y se funde antes de que lo haga el propio circuito, cortando así el flujo de corriente que circula por él y protegiendo a la instalación de un posible incendio.

Los fusibles se calibran para soportar diferentes intensidades. Su símbolo en los esquemas eléctricos, es:

Magnetotérmico (PIA: Pequeño Interruptor Automático):

Interruptor con el que se puede cortar el suministro de corriente a las diferentes zonas del barco. Cuenta con la propiedad de desconectarse automáticamente si la intensidad que lo atraviesa es mayor al límite para el que está fabricado.

Se dispara automáticamente y no es necesario sustituirlo una vez disparado como ocurre con los fusibles.

Está formado por un electroimán (magnético) y una lámina bimetálica que al calentarse se dobla (térmico).

24 V 24 V

220 V 220 V

Figura 8. Funcionamiento de un contactor

Figura 9. Fusibles

Figura 10. Diferentes magnetotérmicos


140

Su símbolo en los esquemas eléctricos, es:

Diferencial (ID: Interruptor Diferencial): su misión es evitar descargas eléctricas sobre personas. Externamente son muy parecidos a los interruptores automáticos, permitiendo cortar manualmente el suministro.

Componentemagnético

Componentetérmico

Bimetal

Bobina

Figura 11. Esquema de un magnetotérmico

Figura 12. Diferenciales

Figura 13. Esquema de un interruptor diferencial

Electroimán

Bobina dedetección

Botón deprueba

Bobinade fase

Bobina de neutro

Resistenciade prueba

Carga del motor

Derivación a tierra

F N


141

Se distinguen porque cuentan con un pulsador de prueba que se utiliza para comprobar su correcto funcionamiento. Es conveniente pulsarlo una vez al mes para comprobarlo.

Estos interruptores se desconectan automáticamente cuando detectan una salida indeseada de energía eléctrica fuera del circuito al que protegen. Por ejemplo, si se produce un fallo en la funda aislante del cable, el contacto con una persona puede producir una derivación a tierra (potencial cero). Comparan entre la corriente que entra y la que sale del circuito.

La corriente máxima admisible es el límite de la corriente que puede atravesar al ID.

La sensibilidad es el límite de la diferencia entre la corriente que entra al circuito y la que sale. Alta sensibilidad: 30 mA, media sensibilidad: 300 mA y baja sensibilidad: 500 mA.

Su símbolo eléctrico, es:

10.6 ACUMULADOR DE PLOMO. ELEMENTOS

Acumuladores

Un acumulador es un dispositivo eléctrico capaz de almacenar energía, descargándola lentamente a voluntad (mediante procesos químicos), con la posibilidad de recargarla con nueva energía eléctrica cuando se descarga. Es pues, diferente a la pila, ya que esta almacena energía eléctrica que se puede luego descargar, pero una vez descargada, no se puede recargar y debe desecharse, (las pilas recargables son acumuladores).

Los acumuladores normales, producen un voltaje de 2 voltios, para conseguir voltajes mayores, se dispone de un grupo de acumuladores conectados en serie entre sí. La disposición de un acumulador al lado del otro(como coches aparcados en batería), hace que el conjunto reciba el nombre de batería de acumuladores.

Se pueden fabricar baterías de acumuladores de cualquier voltaje, pero normalmente se encuentran de 6 V (3 acumuladores o vasos) y 12 V (6 acumuladores o vasos).

Para mayores voltajes se suelen conectar entre sí varias baterías, por ejemplo, para conseguir 24 V, se usan dos baterías de 12 V conectadas en serie entre sí.

Figura 14. Conexión entre baterías en paralelo (izquierda) y en serie (derecha)

12 V

12 V

12 V

12 V

12 V 24 V


142

El funcionamiento de un acumulador de plomo se basa en sumergir metales con potenciales de ionización muy diferentes, dentro de un líquido conductor de la electricidad llamado electrolito. En estas condiciones, el metal con mayor poder de ionización (se le arranca electrones fácilmente), va cediendo electrones que son capturados por el otro metal con menor poder de ionización y que posee una gran afinidad electrónica (deseo de capturar electrones).

Los electrones salen de la placa positiva formada por peróxido de plomo (dióxido de plomo) y se dirigen a la placa negativa formada por plomo puro (plomo esponjoso) a través de un electrolito. Esa corriente puede pasar de una placa a la otra, por el exterior del acumulador, mediante un cable eléctrico que una los polos exteriores de los acumuladores y que alimente, por ejemplo, al alumbrado de emergencia.

El electrolito es una disolución acuosa conductora de la electricidad (en este caso, agua y ácido sulfúrico), con ayuda de la cual se comunican las placas y se efectúan las reacciones químicas.

A plena carga el electrolito está formado por un 36% de ácido sulfúrico y un 64% de agua. Cuando está descargado la proporción es: 12% de ácido y 88% de agua.

Con un densímetro se comprueba que a plena carga, la densidad del electrolito está entre 1.250 y 1.290 g/l, y al 50% está aproximadamente entre 1.200 y 1.220 g/l. Cuando está totalmente descargada se encuentra entre 1.100 y 1.150 g/l.

Ácido sulfúrico (H2SO

4)

y Agua (H2O)

Plomo (Pb)Peróxido de

plomo (PbO2)

Electrolito

Disminución de la densidad

Formación de sulfato de plomo

Lámpara

Cargador de batería

Aumento de densidad

Retorno del sulfato a la solución

Densidad muy baja

Total formación de sulfato de plomo

Muy baja

Completamente cargada

Descargándose

DescargadaCargándose

f.e.m.

Figura 15. Funcionamiento de un acumulador de plomo


143

10.7 ESTRUCTURA DE LA BATERÍA

La batería está formada por varios acumuladores conectados en serie entre sí. Dado que un acumulador suministra aproximadamente 2 voltios, y se necesitan mayores voltajes, se conectan 3 acumuladores para obtener 6 voltios o bien, 6 acumuladores para obtener 12 voltios.

Por ejemplo, en una batería de 12 voltios hay 6 acumuladores, cada uno de los cuales ocupa una celda o vaso dentro de la estructura de la batería, hecha de plástico propileno no atacable por el ácido sulfúrico.

En el interior de cada vaso hay una serie de placas en forma de rejillas, siendo una positiva (peróxido de color marrón) y otra negativa (plomo de color gris). A la vista se diferencian por el color.

Todas las placas positivas se unen entre sí a través de sus patillas superiores, al igual que las placas negativas, intercalándose las unas entre las otras.

Entre las placas positivas y negativas, se interponen separadores para evitar el contacto entre las placas, pero que por su porosidad permiten el paso del líquido electrolito. Si se tocaran las placas, el acumulador se cortocircuitaría.

12 V

2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V

Figura 16. Seis celdas que contienen cada una un acumulador de placas de 2 V

Conectador

Separadores aislantes

Puente

Patilla de placas

Placas negativas de

plomo Pb

Placas positivas de peróxido de plomo, PbO

2

Figura 17. Estructura de las placas que forman una batería


144

10.8 ALTERNADORES

10.8.1 Generadores de corriente alterna

Existen muchas formas de producir corriente eléctrica. En los apartados anteriores quedó reflejado que se podía obtener a través de reacciones químicas en los acumuladores, pero la forma más utilizada para producir gran cantidad de corriente son los generadores de corriente alterna (alternadores) y de corriente continua (dinamos).

Estos generadores se basan en que los conductores (metales generalmente) al atravesar campos magnéticos, son capaces de desprender electrones, que convenientemente dirigidos forman la corriente eléctrica. Es indiferente que se muevan los conductores dentro de un campo magnético, o que estando quieto el conductor, se muevan los campos magnéticos generados por un imán o electroimán.

Polo norte del imán o electroimán

Polo sur del imán o electroimán

Líneas de fuerza del campo magnético

Escobillas conductoras rozando contra las delgas

Espira conductora que gira entre los polos

Galvanómetro que indica el paso de

corriente y su sentido

Figura 19. Electroimán atravesado por un campo magnético

Figura 18. Estructura de una batería

Placas negativas. Todas las placas se componen de una armadura de aleación de plomo y constan de gran canitidad de mallas que forman compartimentos llenos de plomo activo.

Tapa de plástico flexible con agujeros para la salida de gases.

Orificio por donde se efectúa el llenado y el nivel de control de electrolito.

Borne positivo. Por lo general más ancho que el borne negativo para poder diferenciarlos.

Los residuos de la reacción química se depositan en el fondo del recipiente, entre los apoyos de las placas, que forman las cámaras de decantación.

Separadores. Van dispuestos entre cada placa para evitar los cortocircuitos y deben permitir que el electrolito circule libremente y estar compuesto por materiales resistentes al ácido del electrolito.

Placas positivas. De igual estructura a la de las placas negativas, aunque en este caso los compartimentos están llenos de peróxido de plomo.

Puente de enlace para un grupo de placas.

Electrolito. Mezcla de ácido sulfúrico y agua destilada que cubre las placas en cada elemento.

Recipiente de material plástico moldeado dividido en tres o seis elementos.

Borne negativo.

Tapa de material plástico moldeado con engaste o soldadura hermética.


145

En los alternadores, el tipo de corriente es alterna, lo cual quiere decir que no posee un sentido constante en el flujo de la corriente producida, la polaridad positiva y negativa está cambiando constantemente (frecuencia). No existe por tanto un polo positivo o negativo en un alternador o red de corriente alterna, como existe en los dispositivos de corriente continua (dinamos, baterías, pilas, etc). A la vez, el voltaje (fuerza electromotriz) producido no tiene un valor constante, sino que va aumentando y bajando periódicamente (frecuencia).

La gran ventaja de la corriente alterna frente a la continua es la facilidad de variar su voltaje utilizando transformadores, lo cual es más complicado con la corriente continua. Es necesario variar el voltaje, ya que en un barco existen muchos equipos eléctricos que funcionan a diferentes voltajes (en sus fuentes de alimentación llevan siempre incorporado un transformador).

10.8.2 Alternadores

Como se ha visto, el alternador es un generador de corriente eléctrica de tipo alterna. Su funcionamiento se describe a continuación.

Se cuenta con un conductor (alambre o cable eléctrico) de forma rectangular que gira con velocidad constante entre los polos de un imán. En la figura siguiente, se observa que este conductor al girar, hace que varíe el flujo magnético a través de la superficie limitada por él, dando con ello origen a una fuerza electromotriz inducida y por tanto a una corriente eléctrica cuyo sentido puede deducirse aplicando la Ley de Lenz o regla de la mano derecha.

Se supone que inicialmente el circuito rectangular está en la posición que se indica en el dibujo A de la figura 21 y sus extremos están soldados a dos anillos (delgas) que giran con él y mediante dos escobillas (generalmente de carbón) se toma la corriente que es llevada a un circuito exterior.

A partir de esta posición inicial se hace girar el conductor rectangular (espira) en el sentido de las agujas del reloj.

En la primera media vuelta, el conductor negro baja y el rojo sube. Por lo tanto, el sentido de la corriente en el circuito es el que se observa en el dibujo B de la misma figura. Se puede comprobar aplicando la regla de la mano derecha.

Espira abarcando gran cantidad de líneas de

fuerza

Espira abarcando una cantidad nula de

líneas de fuerzaDisminuyendo las líneas de fuerza abarcadas por

la espira

Figura 20. Efectos de un conductor girando entre los polos de un imán sobre el campo magnético


146

En la segunda media vuelta, el conductor negro sube y el rojo baja; por lo cual, según la regla de la mano derecha, se invierte el sentido de la corriente en el circuito. Se aprecia en el dibujo D.

En las escobillas se recoge una corriente eléctrica que está continuamente cambiando de sentido a la misma velocidad o frecuencia a la que está girando la espira del alternador.

Se omite en este apartado la gran cantidad de fórmulas y ecuaciones que rigen estos fenómenos, pero de todas ellas se deduce que la fuerza electromotriz máxima, producida por inducción en una espira que gira con velocidad constante en un campo magnético uniforme, es directamente proporcional a la superficie de la espira, a la intensidad del campo magnético y a la velocidad con que gira.

Se genera corriente en una espira, pero es una corriente pequeña, por lo que para producir un mayor voltaje se colocan gran cantidad de espiras girando.

Líneas del campo magnético perpendiculares al área encerrada por la espira. Fuerza electromotriz nula.

Líneas del campo magnético paralelas al área encerrada por la espira. Fuerza electromotriz máxima en un sentido. El galvanómetro lo indica.


Líneas de campo magnético paralelas al area encerrada por la espira. Fuerza electro motriz máxima en el otro sentido.El galvanómetro orienta su aguja.


Ángulo girado por la espira

f.e.m.

A

B

C

D

E

Figura 21. Alternador simple. Una espira y dos polos


147

10.8.3 Elementos constitutivos de un alternador

Hay dos tipos básicos, diferenciados por la colocación de los polos del electroimán: polos exteriores, cuando las bobinas inducidas son las que giran; y polos interiores si giran los polos o bobinas inductoras. En la gran mayoría de las veces se prefieren los alternadores de inductor móvil (rotor) y de inducido fijo (estator).

Máquina con polos en el estátor: campo magnético fijo. Bobinas giratorias. La f.e.m. se origina en el rotor y se recoge mediante anillos rozantes o un colector de delgas. La corriente de excitación puede tomarse directamente del colector. Se utiliza en corriente continua y algunas veces en corriente alterna.

Máquina con polos en el rotor: bobinas fijas. Campo magnético giratorio. La f.e.m. se origina en el estátor y puede tomarse directamente del devanado inducido. La corriente de excitación debe recogerse mediante anillos rozantes. Se emplean para corriente alterna tanto monofásica como trifásica.

La parte estática (inmóvil) se denomina estátor; la parte giratoria rotor. El conjunto de las bobinas en que se induce la tensión (voltaje) se llama devanado. Estos se colocan en unas ranuras efectuadas en el inducido; por lo tanto, en las máquinas de polos exteriores el devanado se aloja en el rotor, y en la de polos interiores en el estátor.

El campo magnético (normalmente se llama simplemente campo) para pequeños generadores puede ser conseguido con imanes permanentes (por ejemplo el generador de luz en una bicicleta). Mayores inducciones requieren electroimanes, llamados polos. Constan de una bobina arrollada sobre el núcleo, generalmete de chapas; en las máquinas de polos interiores, estos van montados sobre la rueda de polos (rotor). Deben generar un campo uniforme y constante, por lo que siempre son alimentados por corriente continua.

Para aprovechar mejor el espacio y producir mayor cantidad de corriente se emplean alternadores de tipo trifásico, que generan tres corrientes alternas desfasadas entre sí.

EstátorCarcasa con los polos y bobinasCampo

magnético

f.e.m. del rotor

Rotor (armadura con el devanado inducido)

Corriente de excitación

Estátor con el devanado inducido

Campo magnético

Corriente de excitación

RotorRueda polar con polos y bobinas inductoras

f.e.m. del estátor

Figura 22. Máquina con polos en el estátor (arriba) y con polos en el rotor (abajo)


148

10.8.4 Acoplamiento de alternadores

Los alternadores se acoplan en paralelo, nunca en serie.

Antes de efectuar el acoplamiento de un alternador con otro que ya está en servicio, se debe comprobar que:�� Tienen igual frecuencia�� Producen la misma f.e.m.�� Tienen la misma sucesión de fases

Para el acoplamiento, se deben seguir los siguientes pasos:

a) Se pone en marcha el motor diésel que mueve el alternador.b) Se actúa sobre el regulador de velocidad hasta que su velocidad se sincronice con la red (mirando

el frecuencímetro).c) Se regula el reostato que regula la intensidad de corriente de excitación en las bobinas inductoras,

hasta que la f.e.m. generada en el bobinado del inducido del alternador (voltaje) sea igual o ligeramente superior a la red.

d) Se comprueba la sincronización de fase con el sincronoscopio (de lámparas o aguja).

Diferentes frecuencias

Misma frecuenciaDiferentes f.e.m.

Misma frecuenciaMisma f.e.m.Diferente fase

Misma frecuenciaMisma f.e.m.Misma fase

Se pueden acoplar

f.e.m. 380 v

f.e.m. 380 v

f.e.m. 120 v

f.e.m. 380 v

Figura 23. Acoplamiento de alternadores


149

10.8.5 Transformadores

El transformador es una máquina estática que cambia las características de tensión e intensidad de la corriente alterna.

En él se distinguen dos circuitos eléctricos (uno de ellos llamado primario y el otro secundario) y un circuito magnético cerrado.

El bobinado primario se conecta a la red, y al secundario se conecta la carga o equipo al que alimenta. Estos bobinados o devanados se denominan también de alta tensión y de baja tensión, dependiendo si el transformador es reductor o elevador de tensión.

De forma simple, su funcionamiento es el siguiente:

Se conecta a la red la bobina primaria. Como es alimentada por una corriente alterna, se creará en ella un campo magnético que crece y decrece a la vez que cambia de polaridad. Las líneas de campo circulan a través de una armadura, que crea un circuito magnético cerrado. Dado que el bobinado secundario está enrollado a dicha armadura, es atravesado por campos magnéticos que varían (aparecen y desaparecen), por lo que se autoinduce corriente eléctrica en el secundario. El voltaje de la corriente que se obtenga dependerá del número de espiras enrolladas del secundario.

La corriente obtenida en el secundario será la que alimente a aparatos o maquinaria que necesitaban un voltaje diferente al de la red eléctrica.

��

Son dispotivos capaces de convertir corriente alterna en corriente continua, desde los más sencillos puentes de diodos a complejos sistemas de tiristores.

Los rectificadores son empleados en los alternadores, ya que estos necesitan corriente continua para alimentar las bobinas de campo, y esa corriente la obtienen del propio alternador, rectificando la corriente alterna de salida.

También van dotados de rectificadores las fuentes de alimentación de todos los aparatos electrónicos de a bordo, ya que estos aparatos utilizan corriente continua.

La corriente obtenida es de tipo más o menos pulsatoria (el voltaje sube y baja), pero su polaridad es constante; tenemos un polo positivo y un negativo.

Armadura o núcleo

Devanado primario

Devanado secundario

N1

N2V

1V

2

Figura 24. Transformador monofásico


150

Corriente alternaa la salida del alternador

Corriente rectificadacon un solo diodo

Corriente rectificadacon un puente de 4 diodos

Corriente rectificadacon puente de diodos

y filtrada por condensador

Figura 25. Corriente alterna y varios tipos de corriente rectificada


151

RESUMEN

El átomo está formado por partículas con carga organizadas por capas. Las partículas más externas son las de carga negativa, los electrones, que arrancados del átomo y transportados por un material conductor generan la corriente eléctrica.

Hay distintos parámetros de la electricidad que hay que conocer para manejar los elementos eléctricos del buque, como son la intensidad, el voltaje, la resistencia o la potencia.

La energía que necesita un barco se produce en alternadores (corriente alterna), dinamos y baterías (corriente contínua). La distribución de esta corriente desde los generadores a los aparatos se realiza por medio del cuadro principal de distribución.

Existen otros cuadros como son, el cuadro de mando y maniobra, equipados con los elementos necesarios para accionar dispositivos necesarios para el gobierno del buque. Así como el cuadro eléctrico de emergencia. Todos cuentan con elementos de protección y control que protegen a los dispositivos ante una subida de intensidad de corriente.

Las baterías están compuestas por acumuladores dispuestos en serie. Los acumuladores son capaces de recargarse, por medio de una reaccion química, al tiempo que suministran energía.

Hay elementos destinados a cambiar las características de la corriente que viene de los generadores para un adecuado abastecimiento de cada aparato del buque, como son los transformadores o los rectificadores.


152

AUTOEVALUACIÓN

1. Elige la opción correcta para completar la frase: “Los átomos están formados por un núcleo central y otras partículas diminutas, llamadas...”

a) Electrones, girando alrededor del núcleo.b) Protones, girando alrededor del núcleo.c) Neutrones, girando alrededor del núcleo.d) Positrones, girando alrededor del núcleo.

2. Elige la opción correcta para completar la frase: “ El núcleo central tiene carga eléctrica positiva (protones y neutrones), pero...”

a) Los electrones poseen una carga eléctrica negativa y son relativamente fáciles de arrancar y expulsar de sus órbitas.

b) Los electrones poseen una carga eléctrica positiva y son relativamente fáciles de arrancar y expulsar de sus órbitas.

c) Los neutrones poseen una carga eléctrica negativa y son relativamente fáciles de arrancar y expulsar de sus órbitas, (las más alejadas del núcleo).


a) La unidad de medida de la Intensidad es el amperio (A).b) El Voltaje se define como la cantidad de electrones que están circulando por el conductor (hilo,

cable, etc.) en un determinado tiempo. c) La Resistencia también recibe el nombre de Tensión o Diferencia de potencial. d) #$�&$�'��>��@�\�


a) La Potencia se mide en vatios(W)/hora o en unidades mayores como el kilovatio/hora.b) Una pila o una batería genera corriente alterna.c) Una corriente eléctrica es continua, cuando la corriente de electrones se dirige siempre en una sola

dirección y su voltaje es constante. d) El cuadro de mandos principal tiene como misión recibir la corriente de los generadores y distribuir

la energía eléctrica a las diferentes instalaciones y circuitos.


�� La electricidad se obtiene arrancando electrones de los átomos y conduciéndolos a través de un cable conductor a zonas de la materia que necesitan y demandan esos electrones. Ese “chorro” de millones y millones de electrones circulando recibe el nombre de corriente eléctrica.


153


a) Los cuadros de mandos tienen como finalidad alojar a los automatismos que accionan los motores de máquinas y dispositivos (relés, contactores, etc).

b) El cuadro eléctrico de emergencia es similar al cuadro principal de distribución, y está situado por encima de la cubierta corrida más alta, y a proa del mamparo de colisión.

c) Las bombas contraincendios nunca están conectadas al cuadro eléctrico de emergencia. d) En los buques existe un cuadro principal de 24 V y un cuadro principal de 220 V.


a) Corresponden a aparatos de mando y maniobra fundamentalmente los interruptores, el seccionador, los contactores y los conmutadores.

b) El seccionador tiene la misión de abrir y cerrar los circuitos, a voluntad, soportando el paso de corriente, debiendo estar dotados de poder de ruptura y pudiendo ser manuales o automáticos.

c) Los interruptores solo son capaces de abrir o cerrar el circuito cuando la corriente es despreciable o no hay diferencia de potencial entre sus contactos.

d) Los interruptores se utilizan para garantizar la desconexión de la instalación cuando se realizan trabajos sobre ella.


a) Los contactores son interruptores electromagnéticos, se abren o cierran los contactos por medio de una bobina. Se utiliza mucho en el mando de motores.

b) Los conmutadores se clasifican en unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares, según el número de polos.

c) Los fusibles son interruptores con los que se puede cortar el suministro de corriente a las diferentes zonas del barco, pero cuentan con la propiedad de desconectarse automáticamente si la intensidad que lo atraviesa es mayor al límite para el que están fabricados.

d) Cuando hay un exceso de intensidad en el circuito, los magnetotérmicos se calientan y se funden antes de que lo haga el propio circuito, cortando así el flujo de corriente que circula por él y protegiendo a la instalación de un posible incendio.


�� La misión del Interruptor Diferencial (ID) es evitar descargas eléctricas sobre personas. Externamente son muy parecidos a los interruptores automáticos, permitiendo cortar manualmente el suministro.


a) Se denomina electrolito a una disolución acuosa (en este caso, agua y ácido sulfúrico) conductora de la electricidad.

b) A plena carga el electrolito está formado por un 12% de ácido sulfúrico y un 88% de agua. c) Con un densímetro se comprueba que a plena carga, la densidad del electrolito está entre 1.100

y 1.150 g/l. d) Un acumulador suministra aproximadamente 6 voltios.


154


a) En una batería de 12 voltios hay 4 acumuladores. b) La forma más utilizada para producir gran cantidad de corriente son los generadores de corriente

alterna (dinamos) y de corriente continua (alternadores).c) Un Galvanómetro indica el paso de corriente y su sentido. d) Los alternadores presentan un polo positivo y otro negativo.


�� La gran ventaja de la corriente alterna frente a la continua es la facilidad de variar su voltaje utilizando transformadores, cosa que es más complicada con la corriente continua.


a) Normalmente se prefiere los alternadores de inductor móvil (rotor) y de inducido fijo (estátor). b) Las máquinas con polos en el estátor presentan bobinas fijas y campo magnético giratorio. c) En un alternador la parte estática (inmóvil) se denomina rotor; la parte giratoria estátor.d) En las máquinas de polos exteriores el devanado se aloja en el estátor y en la de polos interiores,

en el rotor.


a) Para aprovechar mejor el espacio y producir mayor cantidad de corriente se emplean alternadores de tipo trifásico, que generan tres corrientes alternas desfasadas entre sí.

b) Los alternadores se acoplan en serie, nunca en paralelo.c) El transformador es una máquina estática que cambia las características de tensión pero no de

intensidad de la corriente alterna.d) Los rectificadores son dispotivos capaces de convertir corriente continua en corriente alterna.

Unidad didáctica 11. Sistemas Hidráulicos

155


SISTEMAS HIDRÁULICOS

11.1 GENERALIDADES

La hidráulica es una especialidad de la ciencia que estudia las leyes que rigen los movimientos de los líquidos y las técnicas destinadas al aprovechamiento del agua y otros líquidos, en la producción o transporte de energía. El cálculo y diseño de toda la instalación a bordo de un barco se hace basándose en las leyes de la hidráulica.

Con frecuencia, para distinguir los circuitos de aceite de los de otros líquidos, se les llama circuitos oleohidráulicos.

11.2 INSTALACIONES HIDRÁULICAS

La hidráulica permite transmitir la energía a distancia, por medio de un líquido.

Si el fondo tiene una superficie de 20 cm2 y cada cm2 recibe un empuje de 7,5 kg, el fondo entero recibe un empuje total de 150 kg

La botella está llena de líquido no compresible

Una fuerza de 15 Kg aplicada a un tapón con una sección de 2 cm2

Da como resultado 7,5 kg de fuerza sobre cada cm2 de la pared del recipiente

15 kg

Figura 1. Transmisión de la fuerza a través de un líquido


156

La energía se genera normalmente en una bomba hidráulica que es movida por un motor eléctrico o térmico (diésel generalmente), suministrando presión a un circuito. Toda la instalación por la que circula el líquido, debe cumplir el Principio de Pascal, que dice: una presión ejercida sobre un líquido se transmite a todos los puntos del circuito en el que está contenido ese líquido.

En los circuitos hidráulicos instalados a bordo de los barcos, las presiones que se alcanzan están limitadas por la resistencia de los componentes del circuito, y si se superan se pueden producir averías. La presión máxima la indica el fabricante.

De manera general, los circuitos se clasifican en:

�� De baja presión ....................................................... hasta 80 bar.�� De media presión .................................................... de 90 a 210 bar (pesqueros: 120 bar).�� De alta presión ........................................................ de 210 a 450 bar.�� De muy alta presión ................................................ de 450 a 1.000 bar.

Los de baja presión se emplean para timones y pequeñas máquinas de halar.

Con los de media presión se pueden transmitir potencias elevadas con componentes relativamente pequeños. Son muy utilizados en los pesqueros.

Los de alta presión se emplean poco en los pesqueros, ya que son de construcción compleja y difíciles de reparar, sobre todo si no se cuenta con asistencia técnica.

Los de muy alta presión se usan casi en exclusiva en aviación. Sus componentes son diminutos, pero transmiten elevadas potencias.

11.3 BOMBAS HIDRÁULICAS

Las bombas son las encargadas de transformar la energía eléctrica (motor eléctrico) o mecánica (motor diésel) en energía hidráulica.

Figura 2. Funcionamiento de una bomba hidráulica

Al tanquePistón y vástago

La bomba empuja el líquido hidráulico hacia las líneas

Las líneas llevan el líquido a los actuadores que mueven una carga

200 kg

CargaBomba

Tanque


157

En los barcos pesqueros es muy común que estas bombas sean movidas por el motor principal, aunque pueden ser movidas por motores auxiliares o eléctricos.

Cuando una bomba está funcionando sin carga, es decir, cuando se limita a recircular aceite sin efectuar ningún trabajo, la potencia absorbida es prácticamente nula y el desgaste de los componentes es casi nulo.

De acuerdo con su capacidad de variación de caudal, podemos dividir las bombas hidráulicas, en bombas de caudal fijo y bombas de caudal variable.

El grupo de bombas de caudal fijo comprende:

�� Bombas de engranajes rectos.�� Bombas de paletas.�� Bombas de pistones axiales.

El grupo de bombas de caudal variable comprende:

�� Bombas de paletas.�� Bombas de pistones radiales.�� Bombas de pistones axiales.

Dado que sería muy complejo y extenso hablar de todos los tipos de bombas, solo se van a describir dos tipos: de engranajes rectos y de paletas.

11.3.1 Bombas de engranajes rectos

Tal como se muestra en la figura 3, esta bomba posee un piñón motriz que arrastra a otro piñón idéntico, ambos girando dentro de una carcasa. Los dos piñones giran en sentidos opuestos. La carcasa posee un orificio de aspiración y otro de descarga.

En frente del orificio de aspiración, los dientes de los dos piñones se separan aumentando el volumen entre ellos, creando un vacío que es ocupado por el aceite que llega del tanque, que está a presión atmosférica.

El aceite es retenido y arrastrado por los dientes hacia el orificio de descarga subiendo la presión.

Dado que los dientes de una rueda encajan entre los dientes de la otra rueda, no dejan espacio para que el aceite regrese arrastrado, desde la zona de presión hacia la zona de entrada.

Este tipo de bomba es la más económica, pero su rendimiento es inferior al de los otros tipos.

Entrada

Salida de presión

Figura 3. Bomba de engranajes rectos


158

11.3.2 Bomba de paletas

Esta bomba está constituida por un rotor que tiene unas ranuras donde encajan las paletas. Este rotor es movido a través de un eje estriado. Las paletas son arrastradas por el rotor, pero también se mueven radialmente (se encogen y se extienden) dentro de la ranuras y de esta forma las paletas siempre se mueven pegadas contra la carcasa, ya que esta, como se ve en la figura, es excéntrica respecto al rotor de paletas.

Al funcionar, la fuerza centrífuga empuja a las paletas contra la carcasa, quedando una cámara entre dos paletas consecutivas y la carcasa.

Al girar frente a la aspiración, las cámaras van aumentando de tamaño, se crea un vacío y penetra el aceite del tanque. El aceite retenido entre las paletas es transportado hacia la boca de descarga, donde crece la presión.

Hoy en día se utilizan las bombas de paletas equilibradas, que poseen dos aspiraciones opuestas y dos descargas opuestas, por lo que las cámaras de presión son opuestas unas a otras, y el esfuerzo y cargas sobre el eje se anulan entre sí.

11.4 MOTORES HIDRÁULICOS

Los motores, al contrario que las bombas, transforman la energía hidráulica que reciben (en forma de presión de aceite), en energía mecánica rotativa.

Si el motor encuentra mucha resistencia para girar, sube la presión de aceite, se abre la válvula de seguridad y el aceite regresa al tanque sin pasar por el motor, por lo que este se para.Se describe a continuación el funcionamiento de un motor hidráulico de paletas.

Eje

Cámaras de bombeoRotor

Superficie del anillo

3. Es descargado cuando el espacio disminuye

PaletasCuerpo

1. El aceite entra cuando el espacio entre el anillo y el rotor aumenta

2. Es arrastrado alrededor del anillo, en las cámaras de bombeo (espacio entre paletas)

Entrada Salida

Figura 4. Bomba de paletas


159

El aceite que penetra a presión por la entrada procedente de la bomba, ejerce fuerza sobre las paletas, esto genera un par que hace girar el rotor. El aceite comienza a descargarse al tanque, cuando el espacio entre dos paletas se comunica con la descarga.

La velocidad de giro es proporcional al caudal que recibe, que se consigue regulando la velocidad de la bomba o con un regulador de caudal.

11.5 CILINDROS HIDRÁULICOS

Aparatos que transforman la energía hidráulica en energía mecánica, según un movimiento rectilíneo. Los cilindros poseen en su interior un pistón que al recibir aceite a presión, se desliza rectilíneamente a través del cilindro.

Los cilindros pueden ser de efecto simple o doble.

El cilindro de simple efecto es el más sencillo. El pistón y vástago avanzan empujados por la presión del aceite. Cuando cesa la presión, el pistón y vástago regresan a su posición de reposo a la izquierda, ya sea por el peso exterior que soporta el vástago, o por otros medios, como un resorte, como se observa en el cilindro de la figura 5.

En el cilindro de doble efecto, trabajan las dos regiones del cilindro, (en los dos sentidos) unas veces empujando y otras tirando. Todo depende de si el aceite entra por la cabeza delantera o por la trasera.

Debido al efecto corrosivo producido por el ambiente marino, la fabricación de cilindros para uso naval requiere que el cromado de los vástagos sea de un espesor superior a las aplicaciones en tierra y en ciertos

Figura 5. Vástago con resorte

Cámara que recibe el aceite que empuja al pistón

Cámara en la que debe escapar el aceite, para que el pistón avance

Juntas para evitar fugasde una cámara a la otra

Junta

Figura 6. Cilindro de doble efecto


160

casos debe ser de acero inoxidable.

También se utilizan a bordo los cilindros telescópicos (grúas telescópicas) que permiten mayores recorridos.

11.6 DISTRIBUIDORES

Aparatos que sirven para dirigir el aceite a uno u otro orificio del motor hidráulico (avance, atrás), o bien a una región u otra del cilindro, o devolver el aceite al tanque (el mecanismo que recibe aceite se para). Son los que controlan el tránsito de aceite por todo el circuito.

En la figura 7 se observa que el aceite llega hacia el conducto 1, pero dada la posición adoptada por la válvula de pistones deslizantes (pilotados en este ejemplo por resortes 12 y 14), no encuentra ninguna salida. Las salidas hacia actuadores, como los retornos de aceite están incomunicados también. Todo movimiento de aceite está incomunicado.

En la figura 8 la válvula distribuidora ha sido desplazada a una nueva posición.

La llegada de aceite (1) ha sido comunicada con la salida (4) hacia un actuador, por ejemplo una región del cilindro hidráulico, con lo que el pistón del cilindro avanzará.

A su vez, la otra región del cilindro (2) evacua por (3) al tanque.

En la figura 9 la válvula deslizante se ha desplazado hacia la izquierda empujada por alguna señal llegada por 12.

Ahora el aceite (1) va hacia el actuador por (2) que en este caso es la otra región del cilindro. En este caso el pistón no sale, sino que se retrae.

La otra región del cilindro debe evacuar: el aceite viene del actuador por (4) y se comunica con el retorno al tanque (5).

Figura 7. Válvula distribuidora 5/3 (5 vías y 3 posiciones)




161

A continuación se muestra una breve clasificación de los distribuidores.

11.7 VÁLVULA DE SEGURIDAD

Su misión es proteger a los elementos de un circuito hidráulico contra sobrecargas de presión o limitar la fuerza de un cilindro o motor hidráulico.

NOMENCLATURA DE LAS VÍAS

Entrada.............................................P o 1 (solo hay una) Escapes o retornos............................R, S, M, 3, 5, 7 Línea de trabajo.................................A, B, C, 2, 4, 6 Líneas de pilotaje...............................X, Y, Z, 12, 14, 16

A

P

Entrada (P) y salida (A). Dos vías

Entrada (P) pero sin salida. Una sola víaP

Posición que puede tomar un distribuidor

Distribuidor 2/2

Distribuidor 3/2

Distribuidor 4/2

Distribuidor 4/3

Distribuidor 4/3


162

Normalmente están cerradas y solo se abren cuando la presión en el circuito alcanza la presión de tarado, dirigiendo el aceite al tanque.

Puede ser tan sencilla como la que se muestra en la figura 10.

La bola es empujada por un resorte, cuya tensión es regulable por medio de un tornillo. La bola continuará cerrando el paso mientras que la presión del circuito sea inferior a la fuerza del resorte. Cuando la presión del circuito sea mayor que la del resorte, la bola se despegará de su asiento y el aceite pasará a través de la válvula al tanque.

Existen válvulas de seguridad pilotadas que son mucho más sensibles y suprimen vibraciones.

11.8 TANQUES

Sirven para almacenar el aceite limpio del circuito, pero además tienen otras funciones, como:

�� Decantar partículas sólidas arrastradas por el aceite.�� Permitir la separación del aire emulsionado en el aceite.�� Permitir el enfriamiento del aceite.

El volumen del tanque debe ser mayor a 2,5 veces el caudal de aceite que circula por la instalación. Si lleva refrigerador, el volumen podrá ser menor.

Normalmente es de chapa de acero laminada en frío y se coloca atornillado en la sala de máquinas.

Figura 10. Esquema del funcionamiento de una válvula de escape

T

P

Tapón de llenadoTapa extraíble

Nivel termómetro

Filtro de aspiración

Tapón de vaciado

Entrada retorno

Drenaje de circuito hidráulico

Orejas de amarreDeflector

Figura 11. Tanque de almacenamiento de aceite hidráulico


163

La distancia del tanque a la bomba debe ser lo más corta posible. Cuando por necesidad, la distancia sea grande (más de tres metros) habrá que compensarlo aumentando el diámetro de la tubería de succión.

Los tanques deben ser limpiados totalmente una vez al año y cada dos debe analizarse el aceite, para saber si ha perdido propiedades.

11.9 FILTROS

Filtro de succión

Es necesario instalarlo en el tanque para proteger a la bomba que aspira de él. La malla y su tamaño deben ser suficientemente grandes para que permitan el paso de caudal suficiente a la bomba o de lo contrario, esta cavitará. Se revisa y limpia a la vez que el tanque.

Filtro de retorno al tanque

Posee una válvula antiretorno que permite el paso directo del aceite al tanque cuando el filtro no es capaz de filtrar todo el aceite que llega del circuito.

Algunos van dotados de manómetro que va indicando el aumento de presión a medida que el filtro se ensucia.

Filtro de respiro o de aspiración exterior

Se utiliza algunas veces para proporcionar una protección adicional a los elementos hidráulicos de la instalación. Se sitúa en la línea de aspiración entre el tanque y la bomba.

Una vez que el circuito ha sido puesto en marcha, la función de este filtro deja de tener sentido, pues una vez limpio el circuito, el filtro de retorno es suficiente.

11.10 TUBERÍAS

Son las encargadas de conducir el aceite a todos los puntos de la instalación. Pueden ser rígidas o flexibles. La unión entre tramos se realiza con racores.

Tubería rígida

Se construye en diversos materiales, acero, fundición, inoxidable, bronce, etc. Cada uno posee sus ventajas e inconvenientes.

Las características principales que se tienen en cuenta son: el material, el diámetro interior y el espesor de la pared, de acuerdo al caudal y presión de trabajo.


164

En general se recomienda utilizar tubos de acero estirados en frío, sin soldadura. El espesor debe ser 1 mm mayor a los utilizados en tierra, para compensar la corrosión.

Tubería flexible

Se utiliza cuando el aparato al que se suministra el aceite del circuito hidráulico es móvil, como los cilindros de un pescante de botes o los del timón. También son utilizados entre los tubos rígidos de la instalación y en los motores de ciertas maquinillas que pueden vibrar. Otras veces se utilizan por comodidad de montaje.

Un tubo flexible se compone de varias capas superpuestas de diverso material. La interna es de neopreno resistente a los aceites minerales. Las otras capas de refuerzo suelen ser de algodón trenzado intercaladas con capas de neopreno para los tubos de baja presión y trenzas de acero para los de alta presión. La capa exterior es siempre de neopreno y sirve de protección.

Se debe tener siempre en cuenta la máxima curvatura que pueden tomar.

11.11 FLUIDOS HIDRÁULICOS

El aceite es el fluido hidráulico utilizado, dado que lubrica interiormente a todos los elementos y evita corrosiones.

El aceite realiza las siguientes funciones:

�� Transmitir energía desde la bomba a los motores o cilindros.�� Lubricar piezas interiores en movimiento.�� Evitar corrosiones internas.�� Servir como transporte de impurezas hacia los filtros.�� Actuar como refrigerante.

El aceite hidráulico debe ser un buen lubricante con suficiente adherencia. Debe resistir alteraciones, como la formación de resinas, gomas y alquitranes, que pueden formarse al degradarse a causa del calor. A más de 70 ºC deben instalarse enfriadores.

Los aceites hidráulicos llevan aditivos que mejoran sus cualidades, siendo el principal, el antiespumante. El aire en el aceite produce ruidos, vibraciones y hace que la máquina trabaje a empujones.

Los fabricantes de elementos hidráulicos recomiendan, por lo general, la utilización de aceites con una viscosidad que varía desde los 3 a los 5º Engle, a 50 ºC de temperatura y con los aditivos adecuados.

Algunos tipos se muestran a continuación:

�� CEPSA................................... Estela H-45�� CS......................................... Teles 5�� ESSO..................................... Tereso 52�� BP......................................... HLP-46


165

11.12 MANTENIMIENTO

El mantenimiento del equipo hidráulico se realiza tal como se indica en el libro de instrucciones de mantenimiento suministrado por el fabricante o vendedor; hay diversos tipos de verificaciones.

DiariasControlar el nivel antes de la puesta en marcha.Controlar la temperatura, aunque sea poniendo la mano en las tuberías.Controlar las presiones de trabajo.

SemanalesComprobar el indicador de suciedad de los filtros.Revisar todo el circuito en busca de pérdidas.Revisar los tornillos, espárragos, etc., de los motores hidráulicos de las maquinillas.

Mensuales Revisar (si existe enfriador) que no sale agua por la purga inferior del tanque.

AnualesRevisar todo el circuito cuando el barco va a varadero.Si es necesario, cambiar el aceite hidráulico.Pintar todas las tuberías.

11.13 AVERÍAS

Las causas de un mal funcionamiento de la instalación pueden ser muy diversas. Como resumen se muestra a continuación un listado de averías. De este se deduce que el mal funcionamiento de la bomba (por la causa que sea) es la principal causa de averías.

AVERÍA 1. La bomba no aspira

Causas Remedios

1No se ha sacado el tapón de la conducción de aspiración.

Sacar el tapón.

2 Conducción de aspiración no estanca.

Reapretar el racor, la brida, etc.Comprobar la junta tórica de la brida. Utilizar cinta para la rosca. Si es preciso se desmontará la tubería de aspiración y se someterá a presión para comprobar dónde tiene la fuga (porosidad en la soldadura).

3Conducción de aspiración demasiado larga o nivel de aceite en el depósito demasiado bajo.

Acortar la tubería de aspiración. Llenar el depósito.

4Resistencia hidráulica excesiva en la conducción de aspiración, y en consecuencia, excesiva depresión.

Evitar secciones muy reducidas en las tuberías, codos, reducciones, filtros de aspiración. Evitar excesiva altura de aspiración.


166

AVERÍA 1. La bomba no aspira

Causas Remedios

5Conducción de servicio sometida a presión, de manera que no puede purgarse la bomba.

Conectar a descarga a vacío, o comunicar la conducción de servicio con el depósito, hasta que se efectúe el purgado.

6 Sentido de giro invertido.Comprobar las indicaciones de puesta en marcha y adoptar el sentido de giro normal.

7Para bomba de caudal variable: el cuerpo oscilante o platina está todavía en posición cero.

Accionar el mecanismo de oscilación.

8Fluido hidráulico demasiado viscoso o demasiado frío.

Utilizar un fluido con mejor viscosidad, adaptada a la temperatura de servicio.

9 Llave de paso de salida del tanque cerrada. Abrir la llave.

AVERÍA 2. La bomba deja de desplazar aceite, a pesar de que el accionamiento funciona

Causas Remedios

1 La bomba ha vaciado el depósito.Llenar el depósito y alargar la conducción de aspiración.

2 Conducción de aspiración no estanca. Ver AVERÍA 1-A2.

3 Acoplamiento roto. Renovar el acoplamiento.

4 Árbol de arrastre de la bomba cizallado. Reparación en fábrica.

5

Carga de presión demasiado elevada de manera que el caudal de bomba es igual al caudal de fugas (internas o externas), manteniendo la bomba la presión en el circuito, pero sin restar caudal para el servicio

Disminuir la presión al valor indicado en las prescripciones de servicio.Controlar la viscosidad del fluido.Ver AVERÍA 7

6 El embrague está poco tensado. Tensar los tornillos de ajuste del embrague.

AVERÍA 3. La bomba no provoca ninguna presión (a excepción de algunos Kg/cm2 debido a pérdidas de carga en el circuito)

Causas Remedios

1La válvula direccional no está en posición de cierre.

Comprobar su funcionamiento y, si es necesario, desmontar la válvula y tapar las bocas de las tuberías.Para electroválvulas “sin excitar, abierto”, comprobar si los solenoides están alimentados con corriente.

2 Válvula de presión defectuosa.Comprobar la válvula, o reemplazarla.Comprobar también la parte piloto.


167

AVERÍA 3. La bomba no provoca ninguna presión (a excepción de algunos Kg/cm2 debido a pérdidas de carga en el circuito)

Causas Remedios

3Rotura de la tubería, por debajo de la tapa del depósito. Racor poco apretado.

Comprobar el estado de estas tuberías y racores. En bombas accionadas por válvulas, se puede comprobar la estanqueidad de la tubería de presión, con ayuda de una presión exterior de prueba.

4 Bomba defectuosa.

Comprobar la bomba individualmente, utilizando un limitador de presión, manómetro, y depósito. Si la bomba produce presión, la avería proviene de otro punto de la instalación.

AVERÍA 4. La bomba no alcanza la presión máxima

Causas Remedios

1La válvula direccional está cerrada pero tiene todavía demasiada fuga en relación al caudal de la bomba.

Ver AVERÍA 2.

2

El cono de cierre de la válvula de presión está gastado; el aceite puede escapar más o menos fácilmente (principalmente en bombas con pequeño caudal).

Ver AVERÍA 3-2.

3

Aumento de fugas (interiores y exteriores).El caudal de la bomba escapa en su totalidad, debido al aumento de holgura y, en consecuencia, no puede aumentar la presión (principalmente en bombas de paletas).

Ver AVERÍA 7-3.

4 Ver también AVERÍA 3-3 y AVERÍA 3-4.

AVERÍA 5. Presencia de aire en el aceite a presión

Causas Remedios

1 Entra aire en el conducto de aspiración. Ver AVERÍA 1-2.

2La boca del tubo de aspiración está sumergida solo parcialmente en el aceite.

Ver AVERÍA 1-3.

3La boca de aspiración está demasiado cerca de la de retorno. El aceite emulsionado es absorbido nuevamente.

Montar la conexión de absorción lo más separada posible de la de retorno.


168

AVERÍA 5. Presencia de aire en el aceite a presión

Causas Remedios

4

Excesiva pérdida de carga en la tubería de aspiración. El aire, saturado de aceite, puede ser despedido en forma de burbujas al formarse depresión, debido a pérdidas de carga por obstáculos.

Ver AVERÍA 1-4.

5El retén del eje está defectuoso (canto de estanqueidad deteriorado o retorcido).

Cambiar el retén y, si es necesario, pulir la superficie de rozamiento.

6 Bridas o tapas no estancas.

Comprobar la estanqueidad del anillo tórico o junta empleada.Comprobar la compatibilidad del fluido hidráulico empleado.

AVERÍA 6. Fugas externas en la bomba

Causas Remedios

1 Retén del eje de arrastre deteriorado. Ver AVERÍA 5-5.

2

El retén se ha retorcido, o escapado del cuerpo, debido a sobrepresión interna en este (caudal excesivo de fugas interiores; tubería de drenaje bloqueada; avería en el interior de la bomba).

Ver AVERÍA 7 y cambiar retén.

3Anillo tórico desgastado o deteriorado al montarlo. Junta de papel, fluida, etc., expulsada de su lugar.

Cambiar la junta.

AVERÍA 7. Caudal excesivo de fugas interiores

Causas Remedios

1 La bomba está sobrecargada. No sobrepasar la presión máxima admisible.

2Fluido hidráulico muy poco viscoso, o excesivo aumento de temperatura del fluido.

Emplear fluido hidráulico de mayor viscosidad de acuerdo a la temperatura de servicio.Comprobar la necesidad de acoplar un refrigerador.

3 Bomba defectuosa (ver también AVERÍA 4-3). Enviar bomba a fábrica.


169

AVERÍA 8. Ruidos debidos al flujo hidráulico

Causas Remedios

1La bomba aspira aire: ruidos explosivos en la bomba.

Ver AVERÍA 5

2

Cavitación en la tubería de aspiración. Al reducir la presión por debajo de la presión de evaporación, se desprenden burbujas del fluido hidráulico, las cuales se rompen, produciendo pequeñas explosiones en la bomba.

Reducir las resistencias en la tubería de aspiración (ver también AVERÍA 1-4).

AVERÍA 9. Ruidos mecánicos

Causas Remedios

1 Acoplamiento averiado o mal alineado. Renovar el acoplamiento o alinearlo.

2 Rodamiento deteriorado o gastado. Cambiar el rodamiento (generalmente en fábrica).

3 La bomba se ha agarrotado.Reparar la bomba en fábrica (ver también AVERÍA 10).

AVERÍA 10. La bomba se ha agarrotado

Causas Remedios

1 Avería debida a la cavitación. Ver AVERÍA 8-2 y AVERÍA 1-4.

2 Sobrecarga de la bomba. No sobrepasar la presión máxima admisible.

3 Fluido hidráulico sucio o desgastado.Comprobar el filtro de aire y aceite, así como todos los demás elementos, a los que puede repercutir la suciedad en el circuito.

4 Viscosidad del fluido muy reducida. Ver AVERÍA 7-2.

5 Límite de vida alcanzado. Cambiar la bomba.

AVERÍA 11. La bomba se calienta demasiado

Causas Remedios

1 Agarrotamiento u otras causas. Ver AVERÍA 10.

2

Disminución de rendimiento, debido a deterioro: aumentan las fugas interiores.Una gran parte de la energía transmitida a la bomba se transforma en calor interiormente.

Ver AVERÍA 7.

3La temperatura del fluido en el depósito aumenta.

Comprobar el buen funcionamiento del refrigerador y del termostato.


170

Figura 12. Instalación hidráulica en un pesquero

Cabrestante de la grúa con freno hidráulico de

discos

Válvula de control de bajada de la carga

Válvula de retención doble pilotada

Grúa

Válvula selectora para el

freno del cabrestante

Válvula de retención o antiretorno doble

pilotada

Válvula de amortiguación

doble

Válvula de retención o antiretorno con

regulador del caudal en el descenso

Distribuidor múltiple para la grúa

Motor propulsor

Halador de nasas

Válvula selectora

Distribuidor del halador

Distribuidor del molinete

Molinete de anclas

Tanque

Filtro de retorno

Válvula de seguridad

Línea de succión

Bomba doble

Acoplamiento

Embrague

Línea de retorno

Línea de drenaje


171

Figura 13. Circuito hidráulico

Cilin

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172

RESUMEN

La hidráulica es la propiedad de los líquidos de transmitir energía mediante su movimiento.

Según la presión a la que circule el fluido en un circuito los hay de baja, media, alta y muy alta presión. Los más utilizados en buques de pesca son los de media presión que generan altas potencias y ocupan poco espacio.

Las bombas hidráulicas son las que, accionadas por energía eléctrica o mecánica, mueven el líquido dando lugar a energía hidráulica. Pueden ser de caudal fijo o variable y de engranajes rectos o de paletas. Por el contrario, los motores hidráulicos transforman la energía hidráulica en mecánica rotativa. En el caso de los cilindros hidráulicos lo hacen por medio de un movimiento rectilíneo.

Los distribuidores son los encargados de la circulación del aceite dentro del motor o a los distintos circuitos. Según se muevan las válvulas distribuidoras, así se mueven los pistones dejando acceso libre a las distintas salidas según la necesidad de fluido en el circuito.

El fluido (generalmente aceite) es almacenado en tanques y circula por tuberías, rígidas o flexibles según el aparato al que sirvan, con filtros que retienen partículas nocivas al salir o entrar del tanque y el motor. Las válvulas de seguridad protegen al circuito de sobrecargas de presión.

Un buen mantenimiento del sistema hidráulico redunda en un funcionamiento más eficiente de todos los elementos implicados con el consabido ahorro económico.


173

AUTOEVALUACIÓN

1. Elige la opción correcta para completar la siguiente frase: “Con frecuencia, para distinguir los circuitos de aceite de los de otros líquidos, se les llama...”

a) Circuitos oleohi dráulicos.b) Circuitos neumáticohi dráulicos.c) Circuitos hi dráulicos.d) Circuitos electrohi dráulicos.

2. Elige la opción correcta para completar la frase: “Si se llena una botella de líquido no compresible y se aplica una fuerza de 15 Kg al tapón de la botella, que tiene una sección de 2 cm2...”

a) Se obtienen 30 Kg de fuerza sobre cada cm2 de la pared de la botella.b) Se obtienen 10 Kg de fuerza sobre cada cm2 de la pared de la botella.c) Se obtienen 15 Kg de fuerza sobre cada cm2 de la pared de la botella.d) Se obtienen 7,5 kg de fuerza sobre cada cm2 de la pared de la botella


a) El Principio de Pascal dice: una presión ejercida sobre un líquido se transmite a todos los puntos del circuito en el que está contenido ese líquido.

b) El Principio de Pascal dice: una presión ejercida sobre un líquido se transmite al punto opuesto del circuito en el que está contenido ese líquido.

c) De manera general, un circuito se clasifica como de media presión si alcanza una presión de 210 a 450 bar.

d) De manera general, un circuito se clasifica como de media presión si alcanza una presión de 450 a 1.000 bar.


a) Cuando una bomba hidráulica está funcionando sin carga, la potencia absorbida es muy grande y el desgaste de los componentes es muy elevado.

b) De acuerdo con su capacidad de variación de caudal, las bombas hidráulicas se clasifican en bombas de caudal fijo, de caudal variable, de caudal ascendente y de caudal descendente.

c) Las bombas de engranajes rectos están incluidas en el grupo de bombas de caudal variable.d) Las bombas de pistones radiales están incluidas en el grupo de bombas de caudal variable.


a) Las bombas de engranajes rectos son el tipo de bomba más económica, pero su rendimiento es inferior a los otros tipos.

b) Las bombas de paleta poseen un piñón motriz que arrastra a otro piñón idéntico, ambos girando dentro de una carcasa. Los dos piñones giran en sentidos opuestos.

c) Los motores hidráulicos, al contrario de las bombas, transforman la energía mecánica rotativa que reciben en energía hidráulica (en forma de presión de aceite).


174

d) Si un motor hidráulico encuentra mucha resistencia para girar, sube la presión de aceite, se obstruye la válvula de seguridad y se puede romper el motor.


a) El cilindro hidráulico es un aparato que transforma la energía hidráulica en energía mecánica, según un movimiento rectilíneo.

b) Los cilindros hidráulicos pueden ser de efecto fijo, de efecto variable, de efecto simple y de efecto doble.

c) En el cilindro de efecto variable, trabajan las dos regiones del cilindro, unas veces empujando y otras tirando. Todo depende de si el aceite entra por la cabeza delantera o por la trasera.

d) El cilindro de efecto fijo es el más sencillo. El pistón y vástago avanzan empujados por la presión del aceite y cuando esta cesa, regresan a su posición de reposo.


a) Los distribuidores son los que controlan el tránsito de aceite por todo el circuito.b) Las válvulas de seguridad normalmente están abiertas y solo se cierran cuando la presión en el

circuito alcanza la presión de tarado, dirigiendo el aceite al tanque.c) Existen válvulas de seguridad pilotadas pero son mucho menos sensibles y presentan más

vibraciones.d) El volumen del tanque de aceite debe ser mayor de 5 veces el caudal de aceite que circula por la

instalación. Si lleva refrigerador, el volumen deberá ser mayor.


a) El filtro de retorno al tanque posee una válvula antiretorno que permite el paso directo del aceite al tanque cuando el filtro no es capaz de filtrar todo el aceite que llega del circuito.

b) El filtro de succión se utiliza algunas veces para proporcionar una protección adicional a los elementos hidráulicos de la instalación.

c) En las tuberías rígidas los puntos esenciales que se tienen en cuenta son, la dureza y el diámetro exterior de acuerdo al caudal y la presión de trabajo.

d) Se recomienda en general, utilizar tubos rígidos de PVC.


a) Las tuberías flexibles se utilizan cuando el aparato al que se suministra el aceite del circuito hidráulico es móvil, como los cilindros de un pescante de botes o los del timón.

b) Un tubo flexible se compone de varias capas superpuestas de diverso material. La interna es de polipropileno resistente a los aceites minerales y la exterior también es de polipropileno y sirve de protección.

c) El aceite hidráulico debe resistir alteraciones, como la formación de resinas, gomas y alquitranes, que pueden formarse al degradarse a causa del calor. A más de 120 ºC deben instalarse enfriadores.

d) Los fabricantes de elementos hidráulicos recomiendan, por lo general, la utilización de aceites con una viscosidad que varía desde 6 a 9º Engler, a 50 ºC y con los aditivos adecuados.


175

10. Elige la opción correcta en cuanto al mantenimiento de equipos hidráulicos:

a) Semanalmente se controlará el nivel del circuito antes de la puesta en marcha, la temperatura, aunque sea poniendo la mano en las tuberías, y las presiones de trabajo.

b) Mensualmente se comprobará el indicador de suciedad de los filtros, se revisará todo el circuito en busca de pérdidas y se revisarán los tornillos, etc., de los motores hidráulicos de las maquinillas.

c) Anualmente se revisará (si existe enfriador) que no sale agua por la purga inferior del tanque.d) Mensualmente se revisará (si existe enfriador) que no sale agua por la purga inferior del tanque.


a) El mal funcionamiento de la bomba hidráulica (por la causa que sea) es la principal causa de averías en el circuito hidráulico.

b) No sacar el tapón de la conducción de aspiración puede ser una causa de que la bomba deje de desplazar aceite, a pesar de que el accionamiento funcione.

c) El fluido hidráulico demasiado viscoso o demasiado frío puede ser una causa de que la bomba deje de desplazar aceite, a pesar de que el accionamiento funcione.

d) El árbol de arrastre de la bomba cizallado pude ser una causa para que la bomba no aspire.

12. Elige la opción correcta para responder esta pregunta: ¿cuál de las siguientes situaciones pueden ser causa de que la bomba hidráulica no aspire?

a) La conducción de aspiración no está estanca.b) La bomba ha vaciado el depósito.c) El acoplamiento está roto.d) El embrague está poco tensado.

Unidad didáctica 12. Servicios de Achique, Baldeo y Contraincendios

177


SERVICIOS DE ACHIQUE, BALDEO Y CONTRAINCENDIOS

12.1 SERVICIOS DE ACHIQUE

Un barco en funcionamiento no es totalmente estanco, siempre hay pequeñas fugas, ya sea de los prensas de las bombas de agua salada, ya sea de la bocina o de la limera, o prensas de válvulas, se produce un pequeño goteo, que se va acumulando en las sentinas del barco que actúan como alcantarillas. También existen derrames, como agua dulce de refrigeración, aceites, combustibles, etc.

Además, en las bodegas de carga se pueden producir derrames de la carga, y cualquier pequeño fallo en los sistemas de cierre podrá provocar derrames.

Y lógicamente en el caso de una vía de agua, será imprescindible expulsar toda el agua embarcada.

Las especificaciones que debe reunir el servicio de achique de un barco de carga (cabotaje) están dadas en el Capítulo II-1, Parte B, Regla 21 del Convenio del SEVIMAR (SOLAS 74-78).

Figura 1. Circuito del Servicio de Achique

BaldeoBaldeo

Al costado por encima de la línea de flotación

Al costado por encima de la línea de flotación

C.I. C.I.

Moto bomba de 2,4 CV a 2.890 rpm y 30 m3/h

Moto bomba de 2,4 CV a 2.890 rpm y 30 m3/h

Pozo sentina proaPozo sentina popaTubo colector


178

El servicio de achique dispone de dos bombas motorizadas (no manuales), pudiendo estar una de ellas movida por el propio motor principal.

Todo el sistema está duplicado para que, en el caso de fallo de una de las bombas, pueda la otra realizar todas las misiones.

La aspiración del agua y residuos oleaginosos de sentinas, se efectúa a través de unas pozetas situadas a proa y popa a ambas bandas, a las cuales llegan los líquidos por canalizaciones o por la inclinación del doble fondo.

Mediante pianos de válvulas (varias válvulas en un mismo cuerpo de aspiración o descarga), se selecciona el lugar del cual se desea aspirar.

La aspiración de agua de mar limpia para baldeo y contraicendios se efectúa a través de un tubo colector en la parte baja central, que está por sus extremos conectada a dos cajas de fangos con rejillas para impedir la entrada de residuos que podrían hacer fallar las bombas o dejarlas sin aspiración.

La bomba aspira y descarga a otro piano de válvulas, eligiéndose dónde se desea la descarga, ya sea al circuito C.I. (contraincendios), o bien por un costado al achique de sentinas, o a las tomas de cubierta para baldeo.

Baldeo: operación de limpieza de cubierta generalmente, aunque se limpia todo el exterior del barco, incluidas las cadenas y anclas al ser recogidas a bordo. A veces se baldea el interior de las bodegas para limpiar residuos de la carga. La mayoría de las veces para baldear se utilizan las bocas contraincendios.

Contraincendios: cuando se requieren grandes cantidades de agua como agente extintor, es necesario diseñar cuidadosamente la red C.I. hasta en sus mínimos detalles, para que su funcionamiento sea eficaz.

Los buques de pesca que pueden ser mandados por un Patrón Costero Polivalente, están clasificados como pertenecientes al grupo III, clase R “Litoral” de acuerdo con el Reglamento Internacional para la Seguridad de la Vida humana en el Mar, SEVIMAR 74, protocolo 78 y enmiendas de 1983. Deberá llevar el mismo material de contraincendios de los buques de clase X.

Esta normativa, en lo referente a la instalación de agua de C.I., especifica que debe haber a bordo:

�� Una electrobomba de accionamiento independiente capaz de proporcionar un chorro de 12 metros de alcance, con una manguera provista de lanza (boquilla) de 12 mm de diámetro interior.

�� Tres bocas C.I. (una en máquinas) para acoplar una manguera y dirigir un chorro de agua a todos los puntos del buque.

�� Tres mangueras provistas de una lanza (boquilla) para pulverizar el agua en forma de lluvia, y de los acoplamientos necesarios. Todas las lanzas (boquillas) serán de tipo aprobado, de doble efecto (es decir, de aspersión y chorro) y llevarán sistemas de cierre. Una manguera irá instalada en cubierta, otra en la cámara de máquinas y otra de respeto.


179

Esta es la equipación mínima, en la práctica pueden aumentarse el número de bombas, interconexionando entre sí los circuitos de achique y baldeo, con la condición de que las bombas que se utilicen no tengan posible conexión con el circuito de combustible.

Figura 2. Situación de los sistemas contraincendios

7

10 9 4 11

8

24 493

1

4

9

9

1 2 65 4

1 21 Boca de C.I. 2 Mangera 3 Bomba C.I. 44 Extintores 5 Baldes6 Hacha de bombeo

7 Balsas salvavidas8 Aros salvavidas 9 Chalecos salvavidas10 Radiobaliza 11 Bengalas


180

RESUMEN

En un barco hay multitud de situaciones que pueden dar lugar a acumulaciones de agua (fugas, vías de agua, operaciones de limpieza...).

El servicio de achique cuenta con bombas motorizadas, generalmente por duplicado. Al menos una de ellas es accionada por el motor principal. La aspiración y descarga de fluidos se realiza por medio de diferentes estructuras habilitadas para ello en diferentes puntos del casco del buque.

Las operaciones de baldeo y contraincendios implican grandes cantidades de agua que habrá que achicar.

La red contraincendios debe diseñarse cuidadosamente, por lo que tiene unas características muy concretas respecto a elementos como la electrobomba, mangueras y bocas. Cuenta incluso con un circuito propio de descarga que puede ser aprovechado para otras operaciones de achique.


181

AUTOEVALUACIÓN


�� Las pequeñas fugas que se producen en los barcos, de agua salada o dulce, combustible, aceite, etc., se acumulan en la sentina.

2. Elige la opción correcta para completar la frase: “Las especificaciones que debe reunir el servicio de achique de un barco de carga (cabotaje) están dadas en el Capítulo II de la Regla...”

a) 21 del Convenio del SEVIMAR (SOLAS 74-78).b) 20 del Convenio del SEVIMAR (SOLAS 74-78).c) 22 del Convenio del SEVIMAR (SOLAS 78-80).d) 23 del Convenio del SEVIMAR (SOLAS 74-78).

3. Elige la opción correcta para completar la frase: “ El servicio de achique dispondrá de dos bombas...”

a) Una motorizada y otra manual, pudiendo estar la bomba motorizada movida por el propio motor principal.

b) Motorizadas (no manuales), pudiendo estar una de ellas movida por el propio motor principal. c) Motorizadas (no manuales), independientes del motor principal.d) Motorizadas y una manual, pudiendo estar una de las bombas motorizadas movida por el propio

motor principal.


a) La aspiración del agua y residuos oleaginosos de sentinas se efectúa a través de unas pocetas situadas a proa a ambas bandas.

b) La aspiración del agua y residuos oleaginosos de sentinas se efectúa a través de unas pocetas situadas a popa a ambas bandas.

c) La aspiración de agua de mar limpia para baldeo y contraicendios se efectúa a través de un tubo colector en la parte baja central, que está conectada por sus extremos a dos cajas de fangos con rejillas.

d) El circuito contraincendios no está conectado al sistema de achique.


�� Para baldear nunca se utilizan las bocas contraincendios.

6. Elige la opción correcta para completar la frase: “Los buques de pesca que pueden ser mandados por un Patrón Costero Polivalente, están clasificados como pertenecientes al grupo...”

a) III, clase R “Litoral” de acuerdo con el Reglamento SEVIMAR 74. Deberá llevar el mismo material de contraincendios que los buques de Clase X.


182

b) II, clase R “Altura” de acuerdo con el Reglamento SEVIMAR 74. Deberá llevar el mismo material de contraincendios que los buques de Clase Z.

c) II, clase A “Altura” de acuerdo con el Reglamento SEVIMAR 74. Deberá llevar el mismo material de contraincendios que los buques de Clase X.

d) II, clase R “Litoral” de acuerdo con el Reglamento SEVIMAR 74. Deberá llevar el mismo material de contraincendios que los buques de Clase Z.

7. Elige la opción correcta para completar la frase: “La instalación de agua de contraincendios de los buques de pesca que pueden ser mandados por un Patrón Costero Polivalente, debe estar dotada como mínimo de una electrobomba de accionamiento independiente capaz de proporcionar un chorro de 12 metros de alcance, con una manguera provista de lanza (boquilla) de...”

a) 20 mm de diámetro interior.b) 12 mm de diámetro interior.c) 30 mm de diámetro interior.d) 25 mm de diámetro interior.

8. Elige la opción correcta para completar la frase: “La instalación de agua de contraincendios de los buques de pesca que pueden ser mandados por un Patrón Costero Polivalente, debe estar dotada de...”

a) Cuatro bocas C.I. (dos en Máquinas) para acoplar dos mangueras y dirigir un chorro de agua a todos los puntos del buque.

b) Tres bocas C.I. (una en Máquinas) para acoplar una manguera y dirigir un chorro de agua a todos los puntos del buque.

c) Cuatro bocas C.I. (una en Máquinas) para acoplar una manguera y dirigir un chorro de agua a todos los puntos del buque.

d) Dos bocas C.I. (una en Máquinas) para acoplar una manguera y dirigir un chorro de agua a todos los puntos del buque.

Unidad didáctica 13. Instrumentos de Medida Local y Remota

183


INSTRUMENTOS DE MEDIDA LOCAL Y REMOTA

13.1 INTRODUCCIÓN

Para tener la certeza de que toda la maquinaria y equipos se encuentran funcionando correctamente, ajustándose a todos los parámetros indicados por el fabricante, es necesario un control permanente de dichos valores.

Los principales parámetros de tipo mecánico y termodinámico que se miden en una sala de máquinas son la temperatura y la presión, aunque también es necesario medir niveles, caudales, velocidades de giro (rpm) etc.

También se deben medir parámetros eléctricos, como voltaje, intensidad, potencia, frecuencia de la corriente alterna, etc.

Para el control de estos parámetros se utilizan instrumentos de medida, que podrán estar situados en el mecanismo a controlar (Instrumento local) o bien con sensores situados en el mecanismo, que envían una señal generalmente eléctrica a un instrumento de medida (Instrumento remoto) situado a cierta distancia en un panel de control, o incluso al puente o a otras dependencias de la sala de máquinas.

13.2 MEDIDAS LOCALES

13.2.1 Instrumentos para medir la temperatura

Para medir temperaturas no muy elevadas prácticamente todos los termómetros locales se basan en la dilatación, ya sea de un líquido, gas o sólido situado en su interior. Este es el caso del agua de refrigeración, el aceite de engrase y el combustible.

El termómetro más empleado es el de vidrio que posee en su interior un tubo capilar relleno de mercurio o alcohol tintado, que se dilatan fácilmente y de forma uniforme con el aumento de la temperatura. El extremo de ese tubo capilar termina en un bulbo que se introduce en la sustancia a medir. En función de la temperatura el líquido se dilata aumentando de tamaño, subiendo o bajando en el tubo capilar. Junto al tubo capilar hay dibujada una escala donde podemos leer la temperatura. Las escalas más empleadas son grados Centígrados (Europa) y Fahrenheit (USA y países anglosajones). Figura 1. termómetro


184

La relación entre ambas escalas es la que sigue:

Si las temperaturas son más elevadas, se utilizan con bulbo de gas o termómetros bimetálicos.

Dado que el termómetro de cristal es muy frágil, se suele proteger tal como se muestra en la foto de la figura 2. Se dice entonces que es de tipo encapillado.

Los termómetros bimetálicos locales, se basan en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes, tales como el latón, monel o acero y una aleación de ferroniquel o invar, laminados conjuntamente.

Las láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices.

Su rango de medidas se encuentra entre –200 ºC y +500 ºC.

13.2.2 Instrumentos para medir la presión

Los aparatos empleados en la sala de máquinas para medir la presión, reciben el nombre de Manómetros.

Generalmente medimos presiones de gases (botellas de aire comprimido, acetileno, gases frigoríficos, etc.)o bien la presión de líquidos (circuitos de refrigeración, engrase, sistemas hidráulicos, etc.).

T (ºF)= (1,8 X T (ºC)) + 32

T (ºC)= T (ºF) - 32

1,8

Figura 2. Termómetro encapillado Figura 3. Termómetro bimetálico


185

La mayoría de los manómetros locales son del tipo Bourdon. Estos manómetros se basan en la deformación que sufre un tubo curvado (tubo Bourdon) cuando se le introduce en su interior un gas o líquido a presión (como un matasuegras).

Estas deformaciones se trasmiten mediante un juego de palancas a un sector y engranajes con una aguja, la cual señala sobre una escala el valor de la presión medida.

La escala viene en diferentes tipos de unidades e incluso a veces en varias unidades y escalas a la vez. La unidad de presión en el Sistema Internacional es el Pascal, pero dado que es una unidad muy pequeña, se suelen utilizar:

�� Bar (1 bar = 100.000 Pascales)�� Atmósfera técnica (1 Atmósfera técnica = 98.000 Pascales)�� Kg/cm2

�� PSI

Así pues, en la sala de máquinas normalmente los manómetros expresan la presión en bar, ya que es prácticamente igual a 1 ATMÓSFERA y a 1 Kg/cm2. Pero muchas veces, en una segunda escala, se expresa en la unidad inglesa PSI (1 bar = 14,5037 PSI).

13.2.3 Instrumentos para medir la velocidad angular

El tacómetro mide la velocidad de giro en revoluciones por minuto a la que gira un eje. En el caso de los motores marinos, el tacómetro va acoplado al motor.

Hay varios tipos de tacómetros, pero uno de los más sencillos se basa en un imán situado en el volante o engranaje del eje de cigüeñales, que al girar va pasando frente a un captor. Por el captor circula una corriente continua. Cada vez que pasa el imán corta la corriente (como un interruptor).

Esta señal llega al tacómetro y excita una bobina, la cual actúa sobre la aguja.

Engranaje

Sector

Presión del gas o líquido

Tubo de Bourdon

Escala

Figura 4. Funcionamiento de un manómetro

Figura 5. Manómetros

Figura 6. Tacómetros


186

13.3 MEDIDAS REMOTAS

Las instalaciones modernas en salas de máquinas están automatizadas en gran parte, esto obliga a estar midiendo continuamente todos los parámetros de la máquina y a dar órdenes automáticamente para corregir cualquier desviación. Todo el proceso se controla desde un lugar de la sala de máquinas (sala de control) que puede estar muy alejado del equipo que se quiere controlar.

Ello obliga a dotar de múltiples sensores (transductores, captadores) repartidos por toda la máquina, que envían señales eléctricas a un autómata programable PLC (Controlador Lógico Programable) previo paso por un convertidor de entrada que digitaliza la señal analógica (eléctrica) recibida.

El PLC sigue unos programas lógicos internos, y en función de la señal de entrada, da una señal de salida u orden, que será enviada a los actuadores (neumáticos, hidráulicos, eléctricos, etc.).

13.3.1 Instrumentos para medir la temperatura

Para la toma de temperatura remota se utilizan sensores (captadores, transductores, detectores) electrónicos que convierten la cantidad física “temperatura” en una señal eléctrica. Actualmente la transmisibilidad de estas señales a distancias largas es muy buena, y por lo tanto, los puntos de medida y de indicación pueden situarse muy alejados. Estas señales llegan a un sistema de control (y regulación) donde se procesan.

Hay dos tipos de termómetros electrónicos:

�� Termoresistencias (resistores, RTD): tienen elementos sensitivos basados en conductores metálicos, que cambian de resistencia eléctrica en función de la temperatura. Este cambio de resistencia se puede medir con un circuito eléctrico, que consta de un elemento sensitivo, una fuente de tensión auxiliar y un instrumento de medida.

Poseen una precisión alta y pueden medir hasta 400 ºC.

SENSOR

CONVERTIDOR SALIDA

ACTUADOR

PLC

Cabeza de conexión

Conexión de proceso

Bloque terminal

Hilos

Tubo de cristal

Arrollamiento de platino

VainaFigura 7. Termoresistencia


187

�� Termopares (Termocuplas): es un sensor de temperatura que suministra una señal de tensión eléctrica que depende directamente de la temperatura, sin energía adicional auxiliar, a causa de sus características termoeléctricas.

Dos conductores metálicos son conectados en sus extremos. Si las conexiones están a temperaturas diferentes, se genera una tensión eléctrica, que es conducida a un instrumento de medida. Normalmente se emplean cuando la temperatura excede de 400 ºC.

13.3.2 Instrumentos para medir la presión

Varios tipos de medida son utilizados en los instrumentos electrónicos de presión. La mayoría están basados en la medida de un desplazamiento o una fuerza. Es decir, la presión tiene que ser convertida en una variable que es eléctricamente cuantificable.

Para presiones inferiores a 16 bar se pueden utilizar sensores piezoeléctricos y para presiones mayores sensores de película delgada.

Ambos sensores funcionan con bandas extensométricas, es decir, hilos en forma de meandro que cambian su resistencia eléctrica según la longitud de los hilos.

�� Sensores piezoeléctricos: se basan en materiales semiconductores. El cambio de resistencia se basa en la movilidad cambiada de los electrones en la estructura cristalina. Uno de los materiales más empleados es la silicona.

Conforme el agua de refrigeración se va calentando, la termoresistencia se hace más conductora, por lo que circula más corriente que llega a la bobina calefactora. El calor generado por la bobina irá en aumento, haciendo que el bimetal se dilate y deforme. El extremo de una aguja indicadora está conectado al bimetal, por lo que la deformación de este hace girar a la aguja, que marcará la temperatura en una escala grabada.

Figura 8. Termómetro a distancia con termoresistencia y bimetal

Agua de refrigeración

Termoresistencia

Masa

Bimetal

Resistenciacalefactora

Interruptor

Batería o fuente de corriente continua


188

RESUMEN

La eficiencia de cualquier equipo pasa por vigilar su correcto funcionamiento. Para esto toda la maquinaria del buque cuenta con instrumentos de medida que permiten detectar fallos o fugas y solucionarlos antes de que supongan un perjuicio y un gasto.

Los instrumentos se pueden colocar en el propio mecanismo o dotarlos de sensores que envían la señal a instrumentos de medida situados en otro lugar distinto. Actualmente muchos aparatos de la sala de máquinas están automatizados. Los sensores incorporados controlan constantemente parámetros importantes para un buen funcionamiento y transmiten una señal eléctrica a un equipo de control remoto en otro lugar del buque (el puente, por ejemplo).

La temperatura se mide directamente con termómetros de cristal encapsulados que basan su funcionamiento en la propiedad de dilatación de un fluido en su interior, que va marcando en su ascenso la escala elegida (grados). La medición remota se hace por medio de sensores (captadores, transductores o detectores), que transmiten el dato a termopares o termoresistencias. El aumento de presión de gases y líquidos ejerce una deformación proporcional en materiales que por medio de mecanismos adecuados reflejan su magnitud en una escala. Los sensores piezométricos son los utilizados para medidas a distancia, basados en el cambio de resistencia de materiales semiconductores.


189

AUTOEVALUACIÓN


�� Un instrumento de medida, situado en el mecanismo a controlar se clasifica como Instrumento local.


a) Para medir temperaturas no muy elevadas prácticamente todos los termómetros locales se basan en la contracción, ya sea de un líquido, gas o sólido situado en su interior.

b) El termómetro más empleado es el de vidrio que posee en su interior un tubo capilar relleno de cromo o alcohol tintado.

c) Las escalas más empleadas en los termómetros de vidrio son grados Centígrados (Europa) y Fahrenheit (USA y países anglosajones).

d) El termómetro más empleado es el de vidrio que posee en su interior un tubo capilar relleno de cromo o aceite.

3. Elige la opción correcta para completar la frase: “Las relación entre la escala de un termómetro de vidrio en Centígrados y en grados Fahrenheit es...”

a) T (Fº) = (1,8 x T (ºC)) + 32. b) T (Cº) = (1,8 x T (ºF)) + 32. c) T (Fº) = (1,8 x T (ºC)) + 64. d) T (Fº) = (1,6 x T (ºC)) + 32.


a) Si las temperaturas son más elevadas, se utilizan termómetros de vidrio con bulbo de gas o termómetros bimetálicos.

b) Dado que el termómetro de cristal es muy frágil se suele proteger. Se dice entonces que es del tipo encasillado.

c) Los termómetros bimetálicos locales, se basan en el distinto coeficiente de contracción de dos metales diferentes, tales como el latón, monel o acero y una aleación de ferroniquel o invar, laminados conjuntamente.

d) Los termómetros bimetálicos locales presentan láminas bimetálicas rectas.

5. Elige la opción correcta para completar la frase: “El rango de medidas de un termómetro bimetálico local se encuentra entre...”

a) –200 ºC y +500 ºC. b) –1000 ºC y +2000 ºC.c) –500 ºC y +1000 ºC.d) –1000 ºC y +500 ºC.


190

6. Elige la opción correcta para completar la frase: “Los aparatos empleados en la sala de máquinas para medir la presión, reciben el nombre de...”

a) Manómetros. b) Presiómetros. c) Presurímetros. d) Barómetros.


a) Generalmente se miden presiones de gases (botellas de aire comprimido, acetileno, gases frigoríficos, etc.) o bien la presión de líquidos (circuitos de refrigeración, engrase, sistemas hidráulicos, etc.).

b) La mayoría de los manómetros locales son del tipo Manómetro Truncado. c) Los manómetros locales del tipo Bourdon se basan en la deformación que sufre un tubo recto (tubo

Bourdon) cuando se le introduce en su interior un gas o líquido a presión (como un matasuegras). d) La mayoría de los manómetros locales son del tipo Manómetro Metálico o Arenoide.


a) La unidad de medida de presión en el Sistema Internacional es el Pascal.b) 1 bar = 1.000 Pascales. c) 1 Atmósfera técnica = 100.000 Pascales.d) El Kg/cm3 es una unidad de medida de presión.


�� En la sala de máquinas normalmente los manómetros expresan la presión en bar, ya que es prácticamente igual a 10 ATMÓSFERAS y a 1 Kg/cm3.


a) Un tacómetro mide la velocidad angular en revoluciones por segundo a la que gira un eje. En los motores marinos, el tacómetro va acoplado al motor.

b) Una instalación automatizada consta de múltiples sensores repartidos por toda la máquina, que envían señales analógicas a un convertidor de entrada que las transforma en señales digitales y las envía a un autómata programable, que da una orden y la envía a los actuadores.

c) Las Termoresistencias (Resistores, RTD) poseen una precisión baja y pueden medir temperaturas de más de 400 ºC.

d) Los Termopares (Termocuplas) poseen una precisión alta y pueden medir hasta 400 ºC.

Unidad didáctica 14. Seguridad y Prevención de Riesgos en el Manejo de Maquinaria a Bordo

191


SEGURIDAD Y PREVENCIÓN DE RIESGOS EN EL MANEJO

DE MAQUINARIA A BORDO

14.1 INTRODUCCIÓN

La rutina y el constante contacto con el riesgo hace que este sea asumido como algo normal en la actividad y pasado por alto, hasta que este se traduce en un accidente.

Dentro del riesgo que cualquier actividad laboral pueda llevar aparejada, el uso y manipulación de las máquinas representa la cota más elevada de potencialidad del daño, tanto físico sobre las personas como material sobre los elementos del entorno, estén relacionados o no con dicho equipo.

El trabajo en la sala de máquinas de un barco conlleva riesgos como los existentes en cualquier empresa en tierra relacionada con el sector mecánico, pero agravado por ser el barco una plataforma en continuo movimiento (balances y cabezadas), que favorece las caídas y resbalones con las consiguientes contusiones, esguinces y fracturas.

14.2 CONCEPTOS BÁSICOS

Seguridad en el trabajo: está constituida por todas aquellas técnicas que tienden a eliminar los riesgos que puedan terminar en accidente de trabajo y conlleva unas consecuencias inmediatas traducidas en daños materiales y/o lesiones personales.

Cuando no es posible eliminar totalmente el riesgo, dichas técnicas tienden a reducir sustancialmente las consecuencias.

El concepto seguridad lleva implícito la prevención, como primera medida contra el riesgo.

Higiene industrial: técnicas de prevención de las alteraciones de la salud que se aplican sobre el medio ambiente y las condiciones de trabajo.

Riesgos profesionales: todas aquellas condiciones agresivas para la salud que envuelven cualquier actividad laboral y que pueden desencadenar un accidente, o bien manifestarse como una alteración o pérdida de salud por la aparición de enfermedades profesionales.


192

14.3 AGENTES PRODUCTORES DE RIESGO

Los tipos de agentes que provocan riesgo son:

�� Físicos.�� Químicos.�� Biológicos.�� Psicológicos.�� Sociales y morales.

En la sala de máquinas los principales riesgos son los de tipo físico, debidos a mecanismos en movimiento, vibraciones, electricidad, temperatura, ruido, radiaciones, etc. Los mecanismos en movimiento pueden producir lesiones relacionadas con golpes, cortes, atrapamientos, aplastamientos, etc.

Los riesgos químicos son mucho menores: quemaduras (por ácidos de baterías), intoxicaciones (por disolventes, CO

2), irritaciones, etc.

14.4 CONSIDERACIONES EN LA SALA DE MÁQUINAS

La sala de máquinas es como el corazón del barco, desde donde fluye la energía que lo mueve. Se encuentra plagada de maquinaria, bombas, compresores, baterías, sistemas hidráulicos, etc, que entrañan peligros.

Protección de la maquinaria: todos los elementos móviles de las máquinas deben estar protegidos pues entrañan peligros por golpes, heridas, cortes, atrapamientos, arrastre y aplastamiento. Es usual encontrar correas, poleas, acoplamientos y otros elementos móviles sin proteger.

Recipientes a presión: pueden ser botellas de aire comprimido para el arranque del motor principal, botellas de oxígeno y acetileno para soldadura, o botellas de gas para la instalación frigorífica.

Se debe vigilar que estén provistas de caperuza o protector de válvula, que se le han hecho las revisiones de prueba, el estado de corrosión por oxidación que presentan y que estén bien fijadas mediante abrazaderas a los mamparos.

Herramientas: el riesgo se localiza fundamentalmente en la utilización de elementos giratorios abrasivos, como muelas o discos abrasivos, que generan un peligro por contacto accidental y fundamentalmente, por proyección de partículas incandescentes que en espacios cerrados provoca un enrarecimiento del ambiente por el polvo en suspensión generado. Igualmente implica un riesgo por contacto directo.

Todos estos riesgos requieren el uso de prendas de protección personal.

También existe peligro de incendio debido a derrames de combustible o aceite, o aguas aceitosas en las sentinas.


193

Baterías: las baterías de arranque del motor principal se suelen ubicar en la sala de máquinas. Estas deberán estar en sitios adecuadamente ventilados y sus bornes protegidos del contacto con utensilios metálicos.

Pasillos y accesos: a veces los tecles que forman el suelo no se atornillan o sujetan debidamente, no siendo seguro caminar por él.

Resulta primordial una correcta limpieza de los suelos para evitar los resbalones, debido a los derrames de gasoil y aceite, etc. Igualmente se debe dotar a la sala de máquinas de suficientes puntos de agarre, en pasillos y zonas de transito, dado que el movimiento del barco puede provocar que el mecánico se precipite sobre elementos agresivos o sufra quemaduras por contacto con elementos a altas temperaturas.

En cuanto al acceso, debe tenerse especial cuidado con los peldaños de las escalas verticales que conducen a la misma, siendo necesario que no resbalen.

Ventilación: las temperaturas que se alcanzan son muy altas, al punto a veces de convertirse en insoportables. Además, la aspiración de los motores reduce el aire en la sala. Por lo tanto resulta necesario proporcionar aire fresco a través de ventilación natural o forzada.

La aspiración de los motores reduce el aire en la sala.

Ruido: Se debe efectuar una evaluación de la exposición al ruido, así como controles médicos de la función auditiva de los trabajadores.

Se deben emplear protectores auditivos homologados.

14.5 PROTECCIONES PERSONALES

Consideraremos las protecciones para la prevención de lesiones en pies, cabeza, manos, ojos y vías respiratorias.

Los equipos de protección personal pueden ser de distintas marcas o fabricantes, pero en todos ellos será común el cumplimiento de las Normas Técnicas de Homologación, que garantizan la calidad de dichos equipos y el grado de protección.

14.5.1 Protección para los pies

Para proteger los pies el equipo idóneo es el calzado de seguridad, que tendrá como función proteger sus distintas partes, según modelo y finalidad deseada.

Así, según las condiciones de temperatura podrán usarse sandalias, calzado o botas, considerando el grado de protección y el material que lo constituye.


194

Sin embargo, en todas sus clases es necesario que dispongan de la protección en la puntera contra impactos, sin que exista deformación o pinzamiento de los dedos. Las suelas tendrán características antideslizantes mientras conserven sus grabados originales. El material que se utilice para el recubrimiento del pie protegerá de los agentes químicos o físicos, según su constitución.

Cuando la protección requerida sea para el agua, se usarán las botas de distintos altos de caña, pero igualmente equipadas con la puntera de seguridad

14.5.2 Protección para la cabeza

Gran número de accidentes ocurren por lesiones en la cabeza por causas diversas, siendo las principales las caídas de objetos desde altura, la proyección de otros, o el movimiento propio de las personas al chocar contra partes fijas de las instalaciones.

El método más adecuado para prevenir estas lesiones es haciendo uso del casco de seguridad. Este casco se compone de dos partes: casquete y arnés.

�� El casquete es el elemento resistente que soporta el choque, la perforación, las llamas, etc.

�� El arnés está constituido por los elementos internos de fijación que permiten la adaptación y sujeción del casquete sobre la cabeza. Tiene un efecto de distribución y amortiguación de las fuerzas que recibe del golpe. A la vez permite cierta aireación, que lo hace más cómodo.

Deben estar homologados, cumpliendo las características mínimas MT-1.

14.5.3 Protección para las manos

Las manos por su carácter manipulador y operacional sufren una gran variedad de lesiones que es necesario prevenir con medios adecuados de protección, siendo los más usados, los guantes.

Estos deben ser adecuados al trabajo a realizar mediante la elección del material más oportuno (neopreno, látex, butilo, PVC, Nitrilo, etc.), de forma que puedan presentar resistencia a la agresión y además una vida más o menos larga que los haga rentables.

Los guantes para trabajos eléctricos deberán cumplir con la norma técnica reglamentaria MT-3, en que se especifican los diferentes tipos según el voltaje que puedan soportar.

14.5.4 Protección para los ojos

La agresión al órgano de la vista puede realizarse por diferentes vías, según los agentes causantes:

�� Físicos: radiaciones procedentes de soldadura, calor.�� Químicos: proyección de líquidos, gases o polvo.�� Mecánicos: proyección de objetos como virutas de las ruedas de esméril, etc.


195

Para la soldadura se utilizan máscaras o gafas dotadas de cristal inactínico que modifica la transmisión del flujo y filtra las radiaciones que recibe. Para el calor, pantallas de policarbonato.

14.5.5 Protección de las vías respiratorias

Deberán facilitarse equipos adecuados para la protección de las vías respiratorias cuando se trabaja en condiciones en las que se corre el riesgo de falta de oxígeno o de estar expuesto a humos, polvos o gases tóxicos peligrosos o irritantes.

Es sumamente importante elegir un equipo apropiado. Puesto que la variedad de los equipos utilizables a bordo de un buque es muy amplia, debe obtenerse asesoramiento para elegir el más apropiado para cada tipo de buque y para cada uso particular.

Debe impartirse formación a la gente de mar para que aprenda a utilizar los equipos y a conservarlos en buen estado.

La mascarilla de los aparatos de respiración y de los respiraderos debe ajustarse correctamente para impedir dispersiones o infiltraciones. Las gafas que no estén diseñadas para llevarse con la mascarilla, al igual que las barbas y las patillas, pueden impedir que la cara quede completamente protegida.

Las protecciones van desde simples mascarillas autofiltrantes, semimáscaras con elemento filtrante del gas especificado o polvo, máscaras que protegen la cara y ojos con sus elementos filtrantes específicos, hasta equipos ERA (Equipo Respiratorio Autónomo) que van dotados de una botella de aire comprimido que circula hacia la máscara.


196

Ficha de Promoción de la Salud en el Trabajo. (FPST)

Sección de trabajo Máquinas Modalidad buque de pesca Palangre

Puestos de trabajo Jefe de máquinas y engrasador Actividad

Responsable sala de máquinas, mantenimiento, guardia y cumplimentación de documentos.

Equipos, instalaciones y herramientas

Motores (principal y auxiliares), bombas, depósitos de combustible y agua, depuradora y/o desalinizadora de agua, depuradora de combustible, compresores de frío, herramientas manuales, herramientas eléctricas, herramientas y maquinaria de soldadura,...

Ropa y equipos de protección

Uso obligatorio protección auditiva

Calzado antideslizante

Protección en operaciones de

soldadura

Guantes apropiados a la

tarea

Gafas contra salpicaduras y proyecciones

Uso de ropa ajustada

Equipos de emergencia y evacuación

Botiquín Extintores

Normas de seguridad y salud

Accesos y estancia La permanencia en la sala de máquinas se realizará con calzado antideslizante y vestuario adecuado.Se usará siempre protección auditiva.

Hábitos

Mantener siempre el orden y la limpieza.Mantener extintores en buenas condiciones de uso y ubicados en lugar de fácil acceso y disponibilidad.Para el uso de equipos alimentados con electricidad se recomienda extremar la precaución en entrornos húmedos, verificar su estado previamente, no manipular las instalaciones eléctricas, evitar el uso de ladrones de electricidad. No trabajar con un equipo mojado y que no esté especialmente preparado para ello.No llevar pulseras, colgantes o mangas anchas que puedan engancharse en las partes móviles de los equipos (motores).

Usar la protección adecuada durante las operaciones de soldadura: guantes, protección ocular, etc.

Lavarse las manos correctamente después de usar productos de limpieza, disolventes, pinturas, etc. y consultar previamente sus fichas de datos de seguridad.Usar guantes adecuados y gafas de protección en operaciones con herramientas eléctricas portátiles y con herramientas portátiles manuales.

Atender las indicaciones y señalizaciones de seguridad establecidas en la zona.

Manipulación de cargas

Nunca manipulacar cargas en solitario que excedan la talla y peso del manipulador. Evitar sobreesfuerzos. Manipular las cargas con el protocolo adecuado.

Emergencias y evacuación

En caso de emergencia seguir las actuaciones previstas en los planes de emergencia y evacuación; instrucciones generales en caso de incendio y distribución de abandono de buque (cuadro Orgánico).En caso de accidentes/incidentes, aunque sean de poca gravedad, comunicarlo al patrón para su investigación, control y registro.


197

Identificación de factores de riesgo

Fuente Riesgos asociados Prevención

Riesgo por contacto eléctrico, soldadura eléctrica, herramientas eléctricas portátiles, cuadros eléctricos.

Riesgo eléctrico ��No enchufar o desenchufar los aparatos con las manos húmedas.

��Mantener todos los cables y enchufes en buenas condiciones de uso y reparar los que estén en mal estado.

��Utilizar guantes aislantes.

Factores meteorológicos y estado de la mar.

Estado de la sala de máquinas y grado de mantenimiento y limpieza.

Caídas al mismo nivel

��Información de la meteorología de la zona para adopción de medidas de precaución y atención.

��Estiba de materiales y otros de forma adecuada en la sala de máquinas.

��Calzado con suela antideslizante.��Limpieza de todos los posibles derrames de aceites,

combustibles, disolventes y productos de limpieza.

Caída por deslizamiento

Herramientas inadecuadas o uso indebido de ellas.Elementos de trabajo punzantes o cortantes.

Golpes, cortes y pinchazos��Dotación de herramientas manuales y materiales adecuados y

en perfecto estado.��Guantes anticorte, antipinchazos.

Equipamiento, motores principales y auxiliares.

Exposición al ruido��Adecuación de equipamiento y motores y mantenimiento

preventivo de instalaciones.��Aislamiento/atenuación de las fuentes emisoras de ruido.

Partes móviles de los motores, correas.

Atrapamientos��Partes móviles de los motores con resguardos de seguridad.��No usar pulseras, anillos, cadenas, ropas anchas, para evitar

que se enganchen a las partes móviles.

Motores, colectores de gases de escape, tuberías

Contacto térmico��Colectores de escape aislados correctamente.��Tuberías calientes señalizadas o aisladas.��Usar guantes de protección térmica.

Operaciones de soldadura

Riesgo de radiaciones

��Protección ocular adecuada.


198

Identificación de factores de riesgo

Fuente Riesgos asociados Prevención

Operaciones de soldadura, lijado, esmerilado, trabajo con taladros, sierras.

Riesgo de proyecciones

��Guantes, gafas, calzado y ropa de protección adecuados.

Aceites, combustibles, pinturas, disolventes, productos de limpieza.

Exposición a sustancias irritantes y/o tóxicas

��Mascarilla y guantes apropiados.��Correcta higiene después de manipular este tipo de productos.��Extremar la precaución y no trabajar con productos tóxicos e

inflamables cerca de fuentes de cañor.Incendio por material combustible

Protección

Uso de guantes de protección frente a cortes y pinchazos, frente a contactos eléctricos y térmicos.

Uso de calzado adecuado, antideslizante.

Utilización de equipos de protección auditiva adecuados a la tarea.

Gafas contra salpicaduras y proyecciones.

Mantener siempre a mano un extintor de CO2 y en buenas condiciones de uso.


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RESUMEN

Si cualquier empresa que necesite el uso de maquinaria lleva aparejado un riesgo de accidentes, tanto más ocurre a bordo, ya que el buque está continuamente en movimiento y alejado de posibles auxilios sanitarios más cercanos en tierra. Todo esto son razones de peso para vigilar especialmente la seguridad.

La seguridad en el trabajo incluye todas aquellas técnicas y acciones llevadas a cabo para eliminar o minimizar el riesgo de accidente o reducir las consecuencias si llega a ocurrir. La formación y la actitud del trabajador en el campo de la seguridad laboral en su sector contribuye de forma determinante a un trabajo eficiente y seguro.

Los agentes de riesgo a bordo son principalmente físicos y químicos. En la sala de máquinas hay peligros asociados a los elementos mecánicos que, aplicando medidas sencillas, son fáciles de reducir o evitar. Es conveniente cubrir muchas piezas móviles para evitar el riesgo de atrapamientos, cortes o proyección de partículas; en el caso de recipientes a presión deben estar firmemente anclados, proteger la válvula y respetar las revisiones establecidas; los pasillos y accesos deben estar limpios y tener elementos de sujeción para los tripulantes; se debe garantizar una ventilación adecuada de la sala de máquinas.

Las medidas expuestas son generales, pero también existen medidas de carácter personal como utilizar los equipos de protección adecuados en cada caso como son casco, guantes, gafas, máscaras o incluso equipos más complejos según el trabajo que se esté realizando. Es importante conocer las señalizaciones y normas de seguridad a bordo para poder aplicarlas en cada caso.


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AUTOEVALUACIÓN


�� Dentro del riesgo que cualquier actividad laboral pueda llevar aparejada, el uso y manipulación de las máquinas representa la cota más elevada de potencialidad del daño, tanto físico sobre las personas como material sobre los elementos del entorno.


a) Seguridad en el trabajo: está constituida por todas aquellas técnicas que tienden a eliminar totalmente los riesgos (en caso de que sea posible) o reducirlos sustancialmente, que puedan terminar en accidente de trabajo y conlleva unas consecuencias inmediatas traducidas en daños materiales y/o lesiones personales.

b) Higiene industrial: todas aquellas condiciones agresivas para la salud que envuelven cualquier actividad laboral y que pueden desencadenar un accidente, o bien manifestarse como una alteración o perdida de salud por la aparición de enfermedades profesionales.

c) Riesgos profesionales: todas las técnicas de prevención de las alteraciones de la salud que se aplican sobre el medio ambiente y las condiciones de trabajo.

d) Seguridad en el trabajo: todas las técnicas de prevención de las alteraciones de la salud que se aplican sobre el medio ambiente y las condiciones de trabajo.


a) Los tipos de agentes que provocan riesgo son: Físicos, Químicos y Biológicos.b) En la sala de máquinas los principales riesgos son los de tipo químico: quemaduras (por ácidos

de baterías), intoxicaciones (por disolventes, CO2), irritaciones, etc.

c) Los riesgos físicos son mucho menores y son debidos a mecanismos en movimiento, vibraciones, electricidad, temperatura, ruido, radiaciones, etc.

d) Todos los elementos móviles de las máquinas deben estar protegidos para evitar peligros, pero es usual encontrar correas, poleas, acoplamientos y otros elementos móviles sin proteger.


�� Los bornes de las baterías de arranque del motor principal deben estar protegidos contra el contacto con utensilios metálicos.


a) En los pasillos y accesos de la sala de máquinas hay que asegurarse de que el suelo esté bien sujeto, comprobando que los tecles que lo forman esten debidamente atornillados.

b) Para evitar los frecuentes resbalones al movernos por la sala de máquinas, debido a los derrames de gasoil y aceite, es suficiente con ponernos botas con suela antideslizante, no siendo necesaria una exahustiva limpieza de los suelos, que llevaría mucho tiempo.

c) En la sala de máquinas se debe mantener una mínima ventilación natural o forzada, para evitar que las altas temperaturas, ruidos y humos salgan al exterior y molesten al resto de la tripulación.


201

d) El empleo en la sala de máquinas de protectores auditivos homologados hace innecesarios los controles médicos de la función auditiva de los trabajadores.


a) Para la protección de los pies según las condiciones de temperatura podrá usarse calzado o botas, pero nunca sandalias.

b) Es necesario que todas las clases de calzado de seguridad dispongan de la protección de la puntera contra impactos, sin que exista deformación o pinzamiento de los dedos.

c) No siempre las suelas de los calzados de seguridad deben tener características antideslizantes. Solamente si se trabaja en barcos viejos que tengan derrames de aceite.

d) Cuando la protección requerida sea para el agua, se usarán botas de distintos altos de caña, pero no equipadas con la puntera de seguridad.


a) El casco de seguridad se compone de dos partes: casquete y visera.b) El arnés de los cascos de seguridad es el elemento resistente debiendo soportar choques,

perforaciones, llamas, etc.c) El casquete de los cascos de seguridad está constituido por los elementos internos de fijación que

permiten la adaptación y sujeción del arnés sobre la cabeza.d) Los cascos de seguridad deben estar homologados, cumpliendo las característica mínimas MT-1.


�� Los equipos de protección personal no están sujetos a Normas Técnicas de Homologación, por lo que deben proceder de marcas o fabricantes de reconocido prestigio.


a) Para la protección de las manos lo más común es el empleo de guantes adecuados al trabajo a realizar mediante la elección del material más oportuno (neopreno, látex, butilo, PVC, Nitrilo, etc.)

b) Los guantes para trabajos eléctricos deberán cumplir con la norma técnica reglamentaria ET-4, en que se especifican los diferentes tipos según el voltaje que puedan soportar.

c) Para proteger los ojos contra el calor se utilizan máscaras o gafas dotadas de cristal inactínico que modifica la transmisión del flujo y filtra las radiaciones que recibe.

d) Para la soldadura se utilizan pantallas de policarbonato.

10. Elige la opción correcta ¿Que significa este símbolo?

a) Protección en operaciones de soldadura.b) Gafas contra salpicaduras y proyecciones.c) Uso obligatorio de protección ocular.d) Uso de ropa protectora.

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RESPUESTAS A LAS AUTOEVALUACIONES

UNIDAD 1

1: a 9: a2: V 10: V3: c 4: a5: F6: c7: c8: d

UNIDAD 2

1: V 9: a2: d 10: c3: b4: V5: a6: c7: F8: d

UNIDAD 3

1: V 9: a2: a 10: b3: a 11: a4: F 12: b5: a 13: a6: a 14: b7: a8: a

UNIDAD 4

1: a 9: a2: d 10: a3: a 4: V 5: c 6: F 7: a 8: V

UNIDAD 12

1: V2: a3: b4: c5: F6: a7: b8: b

UNIDAD 13

1: V 9: F2: c 10: b3: a 4: a5: a6: a7: a8: a

UNIDAD 14

1: V 9: a2: a 10: a3: d 4: V5: a6: b7: d8: F

UNIDAD 5

1: b 9: a2: a 10: F3: a 11: c4: F 12: V5: a 6: c7: V8: b

UNIDAD 6

1: c 9: V2: b 10: a3: c4: F5: c6: V7: d8: c

UNIDAD 7

1: a2: a3: a4: V5: c6: V7: a8: F

UNIDAD 8

1: a 9: a2: b 10: a3: V4: d5: b6: b7: a8: F

UNIDAD 9

1: F 9: a2: a 10: a3: c 4: V5: a6: a7: F8: a

UNIDAD 10

1: a 9: V2: a 10: a3: a 11: c4: c 12: V5: V 13: a6: d 14: a7: a8: a

UNIDAD 11

1: a 9: a2: d 10: d3: a 11: a4: d 12: a5: a6: a7: a8: a

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GLOSARIO

Achaflanado. Que hace chaflán, plano largo y estrecho que, en lugar de esquina, une dos paramentos o superficies planas que forman ángulo.

Achicar. Extraer el agua de un dique, mina, embarcación, etc.

Actinismo. Acción química de las radiaciones electromagnéticas, en especial las luminosas.

Adherencia. Unión física, pegadura de las cosas.

Agarrotar. Dicho de un mecanismo: quedar inmovilizado por producirse una unión rígida entre dos de sus piezas.

Axial. Perteneciente o relativo al eje.

Bascular. Moverse de un lado a otro girando sobre un eje.

Bastidor. Armazón metálico que soporta la caja de un vagón, de un automóvil, etc.

Bisel. Corte oblícuo en el borde o en la extremidad de una lámina o plancha, como el filo de una herramienta, el contorno de un cristal, etc.

Bocina. Revestimiento metálico con que se guarnece interiormente un orificio.

Brida. Reborde circular en el extremo de los tubos metálicos para acoplar unos a otros con tornillos o roblones.

Bujía. En los motores de combustión interna, pieza que hace saltar la chispa eléctrica que ha de inflamar la mezcla gaseosa.

Bulón. Tornillo grande de cabeza redondeada.

Cabotaje. Navegación o tráfico que hacen los buques entre los puertos de su nación sin perder de vista la costa, o sea siguiendo derrota cabo a cabo.

Casquillo. Cartucho metálico vacío.

Cavitación. Formación de burbujas de vapor o de gas en el seno de un líquido, causada por las variaciones que este experimenta en su presión.

Cetano. Hidrocarburo parafínico de 16 átomos de carbono. (Fórm. CH3(CH2)14CH3).

Chaveta. Clavija o pasador que se pone en el agujero de una barra e impide que se salgan las piezas que la barra sujeta.

205

Chumacera. Pieza de metal o madera, con una muesca en que descansa y gira cualquier eje de maquinaria.

Cilindro. Tubo en que se mueve el émbolo de una máquina.

Cizallar. Cortar con la cizalla.

Cojinetes. Pieza o conjunto de piezas en que se apoya y gira el eje de un mecanismo.

Compresión. Esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la acción de dos fuerzas opuestas que tienden a disminuir su volumen.

Conmutador. Dispositivo de los aparatos eléctricos que sirve para que una corriente cambie de conductor.

Corrosión. Destrucción paulatina de los cuerpos metálicos por acción de agentes externos, persista o no su forma.

Cortocircuito. Circuito que se produce accidentalmente por contacto entre dos conductores de polos opuestos y suele ocasionar una descarga.

Craquear. Romper, por elevación de temperatura, las moléculas de ciertos hidrocarburos con el fin de aumentar la proporción de los más útiles. A veces, además de elevar la temperatura, se emplean catalizadores.

Cromar. Dar un baño de cromo a los objetos metálicos para hacerlos inoxidables.

Cruceta. En los motores de automóviles y otras máquinas, pieza que sirve de articulación entre el vástago del émbolo y la biela.

Delga. Cada una de las láminas de cobre que forman el colector de una máquina de corriente continua.

Devanar. Ir dando vueltas sucesivas a un hilo, alambre, cuerda, etc., alrededor de un eje, carrete, etc.

Dinamo. Máquina destinada a transformar la energía mecánica en energía eléctrica, por inducción electromagnética, debida a la rotación de cuerpos conductores en un campo magnético.

Dinamómetro. Instrumento para medir fuerzas, basado en la deformación elástica de un muelle calibrado.

Diodo. Válvula electrónica, empleada como rectificador, que consta de un ánodo frío y de un cátodo caldeado.

Electromotriz. Fuerza física que se mide por la diferencia de potencial originada entre los extremos de un circuito abierto o por la corriente que produce en un circuito cerrado.

Electroválvula. Válvula accionada por un electroimán, que regula un circuito hidráulico o neumático.

Empernado. Clavado o asegurado con pernos.

Engranaje. Conjunto de los dientes de una pieza de máquina.

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Escobilla. Haz de hilos de cobre destinado a mantener el contacto, por frotación, entre dos partes de una máquina eléctrica, una de las cuales está fija mientras la otra se mueve.

Espárrago. Vástago metálico roscado, que está fijo por un extremo, y que, pasando a través de una pieza, sirve para sujetarla por medio de una tuerca.

Estátor. Parte fija de una máquina dentro de la cual gira un rotor.

Fleje. Pieza alargada y curva de acero que, aislada o con otras, sirve para muelles o resortes.

Fosfuro. Combinación del fósforo con un metal.

Fricción. Roce de dos cuerpos en contacto.

Fusible. Hilo o chapa metálica, fácil de fundirse, que se coloca en algunas partes de las instalaciones eléctricas, para que, cuando la corriente sea excesiva, la interrumpa fundiéndose.

Galvánico. Relativo a la electricidad producida por una reacción química.

Garete (al garete). Dicho de una embarcación sin gobierno: Ser llevada por el viento o la corriente.

Gripar. Hacer que las piezas de un engranaje o motor queden agarrotadas.

Herrumbre. Óxido del hierro.

Hollín. Sustancia crasa y negra que el humo deposita en la superficie de los cuerpos.

Huelgo. Espacio vacío que queda entre dos piezas que han de encajar una en otra.

Inactínico. Lo contrario de actínico.

Inercia. Propiedad de los cuerpos de no modificar su estado de reposo o movimiento si no es por la acción de una fuerza.

Invar. Aleación de hierro y níquel que, por su escaso coeficiente de dilatación, se emplea para instrumentos de medida y aparatos de precisión.

Inyector. Dispositivo mecánico utilizado para inyectar fluidos.

Leva. Pieza que gira alrededor de un punto que no es su centro, transformando el movimiento circular continuo en otro rectilíneo alternativo.

Limera. Abertura en la bovedilla de popa, para el paso de la cabeza del timón.

Manivela, manubrio. Empuñadura o pieza, generalmente de hierro, compuesta de dos ramas en ángulo recto, que se emplea para dar vueltas a una rueda, al eje de una máquina.

Molécula. Unidad mínima de una sustancia que conserva sus propiedades químicas. Puede estar formada por átomos iguales o diferentes.

Monel. Es el nombre que se asigna a las aleaciones comerciales con razones níquel-cobre de aproximadamente 2:1 de peso.

Nafta. Fracción ligera del petróleo natural, obtenida en la destilación de la gasolina como una parte de esta. Sus variedades se usan como materia prima en la industria petroquímica, y algunas como disolventes.

Neopreno. Caucho sintético de gran resistencia mecánica y propiedades aislantes del calor y la oxidación, por lo que tiene usos industriales y en materiales y prendas deportivas.

Obturar. Tapar o cerrar una abertura o conducto introduciendo o aplicando un cuerpo.

Pandeo. Flexión de un elemento provocado por una compresión lateral.

Partícula. Parte pequeña de materia.

Perno. Pieza de hierro u otro metal, larga, cilíndrica, con cabeza redonda por un extremo y asegurada con una chaveta, una tuerca o un remache por el otro, que se usa para afirmar piezas de gran volumen.

Petroquímico. Perteneciente o relativo a la industria que utiliza el petróleo o el gas natural como materias primas para la obtención de productos químicos.

Piñón. Rueda pequeña y dentada que engrana con otra mayor en una máquina.

Polín. Rodillo que se coloca debajo de fardos, bultos, etc., de gran peso, para que, girando, los transporte.

Potencia. Cantidad de energía producida o consumida por unidad de tiempo.

Prensa. Máquina que sirve para comprimir, cuya forma varía según los usos a que se aplica.

Prensaestopas. Pieza metálica roscada con que se aprieta la estopa alrededor del vástago movible de un grifo o llave de paso, para evitar la salida de líquidos o gases.

Pulverizar. Esparcir un líquido en partículas muy tenues, a manera de polvo.

Purga. Residuos que en algunas operaciones industriales o en los artefactos se acumulan y se han de eliminar o expeler.

Racor. Pieza metálica con dos roscas internas en sentido inverso, que sirve para unir tubos y otros perfiles cilíndricos.

Rendimiento. Producto o utilidad que rinde o da alguien o algo.

Reostato. Instrumento para variar la resistencia de un circuito eléctrico.

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Resorte. Muelle o pieza elástica.

Rotor. Parte giratoria de una máquina eléctrica o de una turbina.

Seccionador. Dispositivo que abre o cierra un circuito inactivo.

Sentinas. Cavidad inferior de la nave, que está sobre la quilla y en la que se reúnen las aguas que, de diferentes procedencias, se filtran por los costados y cubierta del buque, de donde son expulsadas después por las bombas.

Solenoide. Bobina cilíndrica de hilo conductor arrollado de manera que la corriente eléctrica produzca un intenso campo magnético.

Taqué. Cada uno de los vástagos que transmiten la acción de un árbol de levas a las válvulas de admisión y de escape del motor.

Tara. Peso del continente de una mercancía o género, vehículo, caja, vasija, etc., que se rebaja en la pesada total con el contenido.

Tecles. Piso desde donde se maniobran e inspeccionan las máquinas y calderas.

Teflón. Material aislante muy resistente al calor y a la corrosión, usado para articulaciones y revestimientos así como en la fabricación de ollas y sartenes.

Tiristor. El tiristor es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación.

Tobera. Abertura tubular, primitivamente de forma cónica, por donde se introduce el aire en un horno o una forja, fragua o crisol. También tienen tobera ciertos motores marinos, de aviación, etc.

Tórico. Relativo a la superficie de revolución engendrada por una circunferencia que gira alrededor de una recta fija de su plano, que no la corta.

Tracción. Esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la acción de dos fuerzas opuestas que tienden a alargarlo.

Vástago. Pieza en forma de varilla que sirve para articular o sostener otras piezas.

Viscosidad. Propiedad de los fluidos que caracteriza su resistencia a fluir, debida al rozamiento entre sus moléculas.

AGRICULTURA

GANADERIA

PESCA Y ACUICULTURA

FORMACIÓN

patrón costero polivalente

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