Objeto de la lubricación
Si
dos cuerpos metálicos rozan uno con el otro se calientan y sus
moléculas tienen tendencia a soldarse dando origen a un fenómeno llamado
"agarre". Este fenómeno se produce con mayor intensidad si ambos
cuerpos reciben calor desde una fuente externa ya que se alcanza más
rápidamente el calor de fusión de uno de los metales.
La
lubricación del motor tiene por objeto evitar el agarre del motor y
disminuir el trabajo perdido por rozamiento interponiendo entre dos
cuerpos una película de fluido lubricante que sustituye el rozamiento
entre los metales por el rozamiento del deslizamiento interno del fluido
lubricante que es muy inferior a los de los metales y produce menor
cantidad de calor. Los objetivos de la lubricación son:
1) Impedir el contacto entre dos metales.
2) Refrigerar las partes lubricadas.
3) Ayudar a la estanqueidad del sistema. Los factores principales que influyen sobre la lubricación, además de las características de los lubricantes son:
A) Acabado de las superficies de contacto.
B) Naturaleza y dureza de los materiales que componen las partes.
C) Espacio o huelgo entre las partes.
Una
lubricación deficiente, que no cause agarre es más que suficiente para
producir gran desgaste, con deformación de la superficie del
deslizamiento originando un huelgo excesivo entre las partes lo que
dificulta el funcionamiento.
El exceso de aceite es capaz de
provocar desperfectos en el encendido por suciedad en la bujía y además
excesos de depósitos carbonosos.
La dilución del aceite con el
combustible no quemado que pasa a través del espacio pistón-cilindro
puede ser causado por aros rascadores poco eficaces o mal montados,
cámara de combustión incorrecta y por lo general defectos de conducción,
excesivos arranques en frío, aceleración con el vehículo parado, o al
detener el vehículo, excesivo desgaste de los aros, regulación
inadecuada de la carburación o inyección.
En 1687, Newton
estableció la primera ley de lubricación. Tomó dos placas horizontales
separadas por una película de fluido incomprensible de altura "h". Sea
"u" la velocidad relativa de la chapa móvil con respecto a la fija. Se
supone además que la chapa móvil no lleva carga y su peso es
despreciable de manera que no hay presión de fluido dentro de la
película que puede ser considerada como una serie de láminas
superpuestas.
Si se aplica una fuerza "F" sobre la lámina móvil
ésta se va a mover con una velocidad "U", en éstas condiciones la
película formará un gradiente de velocidad "R" entre sus láminas, entre
lámina y lámina se va a desarrollar un esfuerzo S=u x R donde "R" es el
gradiente que está dado por R=U:h. Si tomáramos una distancia "y"
cualquiera tendríamos una velocidad U´ que también cumple la condición
del gradiente R=U´:h. El esfuerzo "S" está dado por la fuerza sobre el
área (S=F:A). El coeficiente "u" se lo denomina viscosidad absoluta:
u=S:R= dinas/cm2: cm/seg/cm= dina x seg/cm2= Poise
En la práctica
se utiliza la viscosidad relativa que es el tiempo de escurrimiento a
través de un orificio calibrado de 60cm3 de aceite a determinada presión
y temperatura siendo la unidad de medida en "Segundo Universal Saybolt"
(S.U.S.). Y SAE "Sociedad Americana de Ingenieros", toma su
clasificación de esta viscosidad relativa.
La refrigeración en motores de combustión interna es necesaria
para eliminar el calor generado por la quema del combustible (superior a
2000ºC), y no transformado en energía mecánica, durante el
funcionamiento de éstos. La principal función de la refrigeración es
mantener todos los componentes dentro del rango de temperaturas de
diseño del motor evitando su destrucción por deformación y
agarrotamiento.
Razones para refrigerar el motor
Durante la combustión, parte de la energía generada no es convertida
en energía mecánica y se disipa en forma de calor. Según el diseño del
motor alrededor del 33% de la energía potencial del combustible se
transforma en trabajo mecánico, y el resto se transforma en calor que es
necesario disipar para evitar comprometer la integridad mecánica del
motor.1
El sistema no solo debe limitar la temperatura máxima del motor para
evitar daños al mismo. También debe mantener la temperatura óptima de
funcionamiento que, dependiendo del diseño del motor, se encuentra en el
rango de 80 a 100°C. De su buen funcionamiento depende en buena medida el rendimiento térmico del motor.2
Si el motor trabaja por encima de su temperatura óptima, se corre el
riesgo de disminuir la viscosidad del aceite y aumentar el desgaste del
motor, se produce un recalentamiento de las piezas y una mayor fricción
entre estas. También puede producirse detonaciones al encenderse la
mezcla combustible antes de tiempo.
Si el motor trabaja por debajo de su temperatura óptima, se aumenta
el consumo de aceite y el desgaste de las piezas, ya que éstas están
diseñadas para dilatarse por efecto del calor a un tamaño determinado,
se reduce la potencia por falta de temperatura para una combustión
eficiente, se producen incrustaciones de carbón en válvulas, bujías y
pistones.
Sistemas de refrigeración
Existen diferentes denominaciones que hacen referencia al sistema
principal aunque en realidad en todo motor participan, en diferente
medida, varios sistemas simultáneamente. Estos serían los principales:
Por agua (por termosifón o por circulación forzada), por aire, mixta y por aceite.
Por agua
Circulación por termosifón
Su funcionamiento está basado en la diferencia de densidad existente, entre el refrigerante caliente que está en el bloque y la culata, y el agua fría que se encuentra en el radiador.
Para esto se requiere poca resistencia a la circulación del
refrigerante. El depósito superior debe ser de gran capacidad para
evitar que el nivel del liquido en caso de evaporación no descienda por
debajo del nivel del orificio de llegada al radiador. Este sistema ya no
se utiliza debido a las restricciones de capacidad termica,
posicionamiento y volumen.
Circulación forzada
Es el más empleado. La circulación del refrigerante, es impulsada a través de una bomba centrífuga,
pasa por los cilindros del bloque motor, luego por la culata, y
finalmente por el radiador, donde tiene lugar el enfriamiento. Al
circular el refrigerante por el panel del radiador, intercambia el calor
con el aire de la marcha, o forzado por un ventilador. El agua
refrigerada regresa al motor donde comienza nuevamente el ciclo. La
bomba de agua es accionada generalmente mediante correas y poleas, que, en algunos casos, también hacen girar el ventilador. En los sistemas más modernos, el ventilador es movido por un motor eléctrico comandado por un termocontacto,
y entra en funcionamiento sólo cuando la temperatura del agua lo
requiere. El sistema consta de un deposito que sirve para almacenar el
refrigerante y como eventual vaso de expansión. También es habitual
encontrar un circuito paralelo utilizado para la calefacción del
vehículo.
Ventajas e inconvenientes de la refrigeración por agua
Las ventajas de la refrigeración por agua son: Excelente regulación
de la temperatura, refrigeración homogénea, motor más silencioso, menor
consumo de energía.
Las desventajas son: Mayor peso del motor y aumento en su
complejidad. Mayor mantenimiento y mayor coste. Una fallo mínima en el
sistema (por ejemplo, una pequeña pérdida de agua) puede dejar el motor
inutilizable. En caso de funcionar el motor con poca agua o sin agua y
no ser advertido por el usuario, pueden producirse graves daños
estructurales en pistones, camisas y culata.
Elementos constitutivos del sistema de refrigeración por agua
Radiador
Situado generalmente en la parte delantera del vehículo, de forma que
reciba directamente el paso de aire a través de sus paneles y aletas
refrigerantes durante el desplazamiento del mismo y donde se enfría el
agua procedente del motor.
Este elemento esta formado por dos depósitos, uno superior y otro
inferior, unidos entre si por una serie de tubos finos rodeados por
numerosas aletas de refrigeración, o por una serie de paletas en forma
de nidos de abeja que aumentan la superficie radiante de calor. Tanto
los tubos y aletas como los paneles se fabrican en aleación ligera
generalmente de latón, facilitando, con su mayor conductibilidad térmica, la rápida evacuación de calor a la atmósfera.
El deposito superior lleva una boca de entrada lateral que se comunica por medio de un manguito de goma con la salida de agua calienta de la culata
o tapa de cilindros. En el depósito inferior va instalada la boca de
salida del agua refrigerada, unida por otro manguito de goma a la
entrada de la bomba. Diseños más utilizados
Nido de abejas: El agua circula por la parte externa, y el aire por el interior de los orificios. Alto costo de fabricación.
De laminillas: Muy poco utilizado debido a su fragilidad
De tubos y aletas: El agua circula por el interior de los tubos,
estos se encuentran soldados en su periferia con láminas, siendo ambos
barridos por la corriente de aire. Es el más utilizado actualmente.
La tapa del radiador o tapa presostática tiene como función el cierre del tanque superior, y al mismo tiempo limita la presión de trabajo del circuito mediante una válvula, con lo cual se logran circuitos presurizados, aumentando la temperatura de régimen sin que se produzca la ebullición del agua.
Bomba centrífuga
Se halla instalada en el bloque del motor y es movida directamente por la polea del cigüeñal, a través de una transmisión por correa trapezoidal.
Dicha bomba aspira el agua del radiador y la hace circular por el
interior del bloque y la culata para refrigerar los cilindros y la
cámara de combustión.
La bomba está formadas por una carcasa de aleación ligera o de
fundición (en los autos más antiguos), unida al bloque del motor con
interposición de una junta de cartón amianto para hacer estanca la unión. En el interior de la misma se mueve una turbina de aletas unida al árbol de mando de la bomba, el cual se apoya sobre la carcasa por medio de uno o dos cojinetes
de bolas, con un reten acoplado al árbol para evitar fugas de agua a
través del mismo. En el otro extremo del árbol va montado un cubo al
cual se une la polea de mando, y el ventilador.
El encendido electrónico es un sistema de encendido para
motores de ciclo Otto tanto de dos tiempos (2T) como cuatro tiempos (4T)
en el cual la función de interrumpir la corriente del primario de la
bobina para generar por autoinducción la alta tensión necesaria en la
bujía no se hace por medios mecánicos como en el sistema de ruptor o platinos, sino mediante uno o varios transistores.
Ventajas
Ausencia de desgastes debido a la ausencia de leva para abrir y cerrar los platinos. u otras piezas mecánicas.
Se posibilita el aumento de la corriente de primario lo cual
beneficia el secundario y por tanto la energía disponible para la chispa
en la bujía.
No se desajusta , por lo que no requiere puesta a punto.
Inconvenientes
Más costoso en caso de reparar una avería (muy poco usual)
Tipos principales
Con distribuidor y generación de señal de sincronización interna al mismo
Con distribuidor y generación de señal de sincronización externa al mismo
Sin distribuidor y una bobina para cada dos bujías, con cables de alta tensión (encendido DIS)
Sin distribuidor y con bobinas individuales sin cables de alta (Encendido directo)
COMPONENTES ESENCIALES DEL SISTEMA DE ENCENDIDO: Sin importar el tipo, los componentes esenciales son:
sensor de posicion del cigûenal
sensor de posicion del arbol de levasmodulo de encendido
bobinas de encendido, cableado, bujias
PCM y
señales de diversos sensores.
SISTEMA DE ENCENDIDO SIN DISTRIBIUDOR los sistemas de encendido sin distribuidor normalmentese definen como una sola bobinaequipada con dos cables de bujiapara dos cilindros. los sistemas de encendido sin distribuidor emplean un metodo denominado "encendido simultaneo" (tambien llamado doble chispa) donde una chispa es generada desde una bobina de encendido para dirigirla a dos cilindros simultaneamente.
Sistemas de encendido
Encendido convencional (por ruptor)
Este sistema
es el mas sencillo de los sistemas de encendido por bobina, en el, se cumplen
todas las funciones que se le piden a estos dispositivos. Esta compuesto por
los siguientes elementos que se van a repetir parte de ellos en los siguientes
sistemas de encendido mas evolucionados que estudiaremos mas adelante.
bobina de encendido (también llamado transformador): su función
es acumular la energía eléctrica de encendido que después
se transmite en forma de impulso de alta tensión a través del
distribuidor a las bujías.
Resistencia previa: se
utiliza en algunos sistemas de encendido (no siempre). Se pone en cortocircuito
en el momento de arranque para aumentar la tensión de arranque.
Ruptor (también llamado platinos): cierra y abre el circuito primario de la
bobina de encendido, que acumula energía eléctrica con los contactos
del ruptor cerrados que se transforma en impulso de alta tensión cada
vez que se abren los contactos.
Condensador: proporciona
una interrupción exacta de la corriente primaria de la bobina y ademas
minimiza el salto de chispa entre los contactos del ruptor que lo inutilizarían
en poco tiempo.
Distribuidor de encendido
(también llamado delco): distribuye la alta tensión de encendido
a las bujías en un orden predeterminado.
Variador
de avance centrifugo: regula automáticamente el momento de encendido
en función de las revoluciones del motor.
Variador
de avance de vació: regula automáticamente el momento de
encendido en función de la carga del motor.
Bujías:
contiene los electrodos que es donde salta la chispa cuando recibe la alta
tensión, ademas la bujía sirve para hermetizar la cámara
de combustión con el exterior.
Funcionamiento:
Una vez que giramos la llave de contacto a posición de contacto el circuito
primario es alimentado por la tensión de batería, el circuito
primario esta formado por el arrollamiento primario de la bobina de encendido
y los contactos del ruptor que cierran el circuito a masa. Con los contactos
del ruptor cerrados la corriente eléctrica fluye a masa a través
del arrollamiento primario de la bobina. De esta forma se crea en la bobina
un campo magnético en el que se acumula la energía de encendido.
Cuando se abren los contactos del ruptor la corriente de carga se deriva hacia
el condensador que esta conectado en paralelo con los contactos del ruptor.
El condensador se cargara absorbiendo una parte de la corriente eléctrica
hasta que los contactos del ruptor estén lo suficientemente separados
evitando que salte un arco eléctrico que haría perder parte de
la tensión que se acumulaba en el arrollamiento primario de la bobina.
Es gracias a este modo de funcionar, perfeccionado por el montaje del condensador,
que la tensión generada en el circuito primario de un sistema de encendido
puede alcanzar momentáneamente algunos centenares de voltios.
