Caja de cambios copia

Motores y Máquinas Agrícolas
Francisco Domingo Molina Aiz
Escuela Superior de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Rural
Almería, 2008

Profesor: Francisco Domingo Molina Aiz
Almería, 2010
Publicado en: www.ual.es/~fmolina

Índice
Tema 1. La mecanización agrícola ............................................................................................7
1.1. Definiciones ................................................................................................................7
1.2. Principales tipos de maquinaria agrícola ....................................................................7
1.3. Evolución del sector agrario .......................................................................................9
1.4. Índice de mecanización ............................................................................................13
1.5. Capacidad de trabajo y rendimiento .........................................................................14
1.6. Seguridad .................................................................................................................15
Tema 2. Tipos y elementos del tractor ....................................................................................17
2.1. Tipos de tractores .....................................................................................................17
2.2. Partes de que consta el tractor.................................................................................18
2.3. Trabajos que puede realizar un tractor.....................................................................20
Tema 3. Elementos y sistemas de un motor de combustión interna ...................................21
3.1. Clasificación de los motores .....................................................................................21
3.2. Partes de los motores alternativos de combustión interna .......................................21
3.3. Procesos fundamentales ..........................................................................................29
3.4. Ciclo de un motor de cuatro tiempos ........................................................................31
3.6. Sistemas de alimentación.........................................................................................35
3.7. Sistema de distribución.............................................................................................53
Tema 4. Ciclos teóricos de los motores endotérmicos .........................................................67
4.1. Introducción ..............................................................................................................67
4.2. Ciclo teórico Atkinson ...............................................................................................67
4.3. Ciclo teórico Otto ......................................................................................................71
4.4. Ciclo teórico Diesel ...................................................................................................73
4.5. Ciclo Sabathe ...........................................................................................................75
4.6. Comparación entre los tres ciclos.............................................................................77
4.7. Presión media de un ciclo.........................................................................................79
Tema 5. Ciclos reales de los motores endotérmicos.............................................................81
5.1. Ciclo indicado ...........................................................................................................81
5.2. Variación de la presión en el cilindro ........................................................................86
5.3. Cálculo de los rendimientos......................................................................................88
5.4. Rendimiento volumétrico ..........................................................................................89
5.5. Rendimiento mecánico .............................................................................................90
5.6. Diagrama circular......................................................................................................91
Tema 6. Comportamiento del motor en alimentación máxima y alimentación parcial.......93
6.1. Actuación del regulador ............................................................................................93
6.2. Consumo horario y consumo específico...................................................................95
6.4. Curvas características ..............................................................................................96
6.5. Curvas de corte y reserva de potencia ...................................................................100
6.6. Plano acotado de iso-consumo horario y específico. .............................................101
6.7. Optimización del punto de funcionamiento.............................................................102
Tema 7. Embragues. Elementos y cálculo............................................................................105
7.1. Misión del embrague ..............................................................................................105
7.2. Embrague de fricción de disco simple ....................................................................105
7.3. Embragues de fricción de disco doble....................................................................110
7.4. Embrague de discos múltiples................................................................................111
7.5. Embrague cónico....................................................................................................112
7.6. Embrague centrífugo ..............................................................................................112
7.7. Embragues hidráulicos ...........................................................................................113
1

7.8. Embrague de garras............................................................................................... 114
Tema 8. Caja de cambios, diferencial y reducción final...................................................... 115
8.1. Necesidad de la caja de cambios........................................................................... 115
8.2. Tipos de cambios ................................................................................................... 116
8.3. Cambios de engranajes simples ............................................................................ 116
8.4. Caja de cambios con engranajes en toma constante ............................................ 118
8.5. Escalonamiento de marchas .................................................................................. 120
8.6. Solape de marchas ................................................................................................ 123
8.7. Caja de engranajes planetarios.............................................................................. 123
8.8. Cambio hidrostático de velocidades....................................................................... 126
8.9. Diferencial .............................................................................................................. 128
8.10. Reducción final..................................................................................................... 134
8.11. Semieje trasero .................................................................................................... 135
8.12. Tren delantero ...................................................................................................... 136
8.13. Tracción a las cuatro ruedas ................................................................................ 136
Tema 9. Sistemas de enganche y de transmisión de energía ............................................ 139
9.1 Tipos de enganche.................................................................................................. 139
9.2. Elevador hidráulico................................................................................................. 141
9.3. Controles hidráulicos del enganche de tres puntos ............................................... 142
9.4. Sistema hidráulico .................................................................................................. 144
9.5. Toma de fuerza ...................................................................................................... 146
Tema 10. Estática y dinámica del tractor. Balance de potencias ....................................... 149
10.1. Estudio estático del tractor ................................................................................... 149
10.2. Fuerzas laterales en el tractor.............................................................................. 152
10.3. Coeficiente de resbalamiento............................................................................... 153
10.4. Propiedades mecánicas del suelo referidas a la rodadura .................................. 154
10.5. Resistencia a la rodadura..................................................................................... 156
10.6. Coeficientes de tracción y de adherencia ............................................................ 158
10.7. Rendimiento a la tracción..................................................................................... 159
10.8. Dinámica del tractor ............................................................................................. 159
10.9. Potencia del motor de un tractor .......................................................................... 162
Tema 11. El laboreo del terreno............................................................................................. 167
11.1. Introducción.......................................................................................................... 167
11.2. Propiedades físicas y mecánicas del suelo.......................................................... 168
11.2.1. Estructura .......................................................................................................... 168
11.3. Tipos de labores y aperos de labranza ................................................................ 176
2

Índice de figuras
Figura 1. Producción agraria en la Unión Europea........................................................................................................ 9
Figura 3. Distribución general de la tierra según tipos de cultivo en 2005 (MAPA, 2006). .......................................... 11
Figura 4. Evolución del índice de mecanización (MAPA, 2007). ................................................................................. 14
Figura 5. Cilindros dentro del bloque de un motor: cilindros de camisa húmeda (a) y camisa seca (b). ..................... 22
Figura 6. Cilindros en línea (a), en V (b), opuestos (c) y en estrella (d). ..................................................................... 23
Figura 7. Bloque del motor. ......................................................................................................................................... 23
Figura 8. Culata del motor con la junta de culata (1) y los tornillos de unión al bloque (2).......................................... 23
Figura 9. Inyección directa. ......................................................................................................................................... 24
Figura 10. Inyección indirecta...................................................................................................................................... 24
Figura 11. Elementos del pistón. ................................................................................................................................. 25
Figura 12. Elementos de la biela. ................................................................................................................................ 26
Figura 13. Cigüeñal de un motor. ................................................................................................................................ 26
Figura 14. Desplazamiento del pistón en función del movimiento del cigüeñal. .......................................................... 27
Figura 15. Procesos fundamentales en un motor de combustión interna de 4 tiempos. ............................................. 30
Figura 16. Ciclo de un motor de cuatro tiempos en el diagrama P-V. ......................................................................... 32
Figura 17. Motor de dos tiempos. ................................................................................................................................ 34
Figura 18. Ciclo de un motor de dos tiempos. ............................................................................................................. 35
Figura 19. Elementos de un filtro de aire mediante aceite........................................................................................... 36
Figura 20. Elementos de un filtro de papel (Marca PARKER, serie AFSF). ................................................................ 36
Figura 21. Esquema del circuito de alimentación de un motor. ................................................................................... 37
Figura 22. Bomba de alimentación de membrana. ...................................................................................................... 38
Figura 23. Funcionamiento de una bomba de alimentación de émbolo: fases de compresión (a)
y de succión e impulsión (b) ...................................................................................................................... 38
Figura 24. Carburador de un motor (a) y elementos que lo componen (b).................................................................. 39
Figura 25. Surtidor del carburador............................................................................................................................... 39
Figura 26. Sistemas de inyección de los motores Otto: inyección directa (a) e inyección indirecta (b). ...................... 42
Figura 27. Tipos de inyección de los motores Otto: multipunto (a) y monopunto (b)................................................... 42
Figura 28. Elementos de un inyector electrónico de gasolina. .................................................................................... 43
Figura 29. Elementos del sistema eléctrico para la ignición de motores de gasolina. ................................................. 44
Figura 30. Elementos del distribuidor de corriente de un motor Otto........................................................................... 44
Figura 31. Circuito de alimentación de de los motores de ciclo Diesel........................................................................ 45
Figura 32. Elementos de un inyector de gasoil............................................................................................................ 47
Figura 33. Bomba de inyección de pistones en línea. ................................................................................................. 47
Figura 34. Elemento de una bomba de inyección en línea.......................................................................................... 48
Figura 35. Funcionamiento del pistón de una bomba de inyección en línea: a) carga, b) principio de inyección y c) fin
de inyección............................................................................................................................................... 48
Figura 36. Regulador de una bomba de inyección en línea. ....................................................................................... 49
Figura 37. Bomba de inyección rotativa. ..................................................................................................................... 49
Figura 38. Válvula dosificadora de una bomba de inyección rotativa. ......................................................................... 50
Figura 39. Funcionamiento de una bomba de inyección rotativa................................................................................. 50
Figura 40. Bomba de inyección de pistón axial (Marca Bosch, modelo VP 29-30)...................................................... 51
Figura 41. Motor con sistema de alimentación «common rail» (Marca Volvo, modelo D5) ......................................... 51
Figura 42. Esquema de un sistema de alimentación «common rail»........................................................................... 52
Figura 43. Inyector electrónico para alimentación «common rail»............................................................................... 52
Figura 44. Control electrónico de la alimentación «common rail». .............................................................................. 53
Figura 45. Elementos de un sistema de distribución. .................................................................................................. 53
Figura 46. Posición de las válvulas sobre la cámara de combustión........................................................................... 54
Figura 47. Sistemas de accionamiento de las válvulas: a) sistema SV, b) sistema OHV y c) sistema OHC............... 55
Figura 48. Sistema de accionamiento de las válvulas OHV. ....................................................................................... 56
Figura 49. Sistemas de accionamiento de las válvulas OHC. ..................................................................................... 56
Figura 50. Colocación de las válvulas en los conductos de admisión y expulsión: a) dos válvulas de expulsión y b)
una sola válvula de expulsión. ................................................................................................................... 57
Figura 51. Partes de las válvulas: cabeza (1), asiento (2), vástago (3) y ranura (4).................................................... 58
Figura 52. Muelles para el cierre de las válvulas......................................................................................................... 58
Figura 53. Árbol de levas............................................................................................................................................. 59
Figura 54. Cadena de la distribución. .......................................................................................................................... 59
Figura 55. Transmisión de movimiento al árbol de levas en los diferentes sistemas de distribución: a) Sistema OHV,
b) Sistema OHC y c) Sistema SV. ............................................................................................................. 59
Figura 56. Balancines para la apertura de las válvulas. .............................................................................................. 60
Figura 57. Eje de balancines. ...................................................................................................................................... 60
Figura 58. Sistema de lubricación de un motor (Marca Caterpillar)............................................................................. 61
Figura 59. Filtro del aceite. .......................................................................................................................................... 62
Figura 60. Bomba de engranajes para la lubricación. ................................................................................................. 63
Figura 61. Válvula reguladora de presión. ................................................................................................................... 63
3

Figura 62. Elementos básicos del sistema de refrigeración: 1. Radiador, 2. Panel del radiador, 3. Depósito de agua,
4. Manguito flexible, 5. Ventilador, 6. Bomba de agua, 7. Termostato, 8. Sensor de temperatura, 9.
Camisa de agua, 10. Intercambiador de calor, 11. Válvula regulación calefacción....................................64
Figura 63. Válvula reguladora de temperatura. ............................................................................................................65
Figura 64. Accionamiento del ventilador. .....................................................................................................................66
Figura 65. Elementos de un radiador de un tractor: depósito superior (1), depósito inferior (2), conducto de entrada
(3), conducto de salida (4) y tapón de llenado (5). .....................................................................................66
Figura 66. Ciclo teórico Atkinson..................................................................................................................................68
Figura 67. Ciclo teórico Otto.........................................................................................................................................71
Figura 68. Ciclo teórico Diesel. ....................................................................................................................................73
Figura 69. Ciclo mixto de Sabathé. ..............................................................................................................................76
Figura 70. Rendimiento térmico en función de la relación de compresión. ..................................................................77
Figura 71. Representación de los tres ciclos con r'=Cte y Qs=Cte ..............................................................................78
Figura 72. Representación de los tres ciclos para Qs=Cte y pmax=Cte ......................................................................78
Figura 73. El motor Diesel a carga parcial ...................................................................................................................79
Figura 74. Presión media de un ciclo termodinámica...................................................................................................79
Figura 75. Obtención experimental del ciclo indicado. .................................................................................................81
Figura 76. Comparación entre los ciclos teórico e indicado Otto (a) y Diesel (b). ........................................................82
Figura 77. Esquema de un motor con turbocompresor e intercooler. ..........................................................................90
Figura 78. Diagramas circulares de motores de cuatro (a) y dos tiempos (b): RCA Retraso del cierre de la admisión,
AAA adelanto de la apertura de admisión, AAE Adelanto de la apertura de escape, RCE Retraso del
cierre de escape y AE adelanto de la explosión.........................................................................................91
Figura 79. Diagrama de presiones en función del giro del cigüeñal: ||| trabajo pasivo absorbido por el ciclo y ///
trabajo útil del ciclo.....................................................................................................................................92
Figura 80. Regulador de avance a la inyección en una bomba de tipo lineal...............................................................93
Figura 81. Componentes de una bomba de tipo rotativo: 1. Válvula reguladora de presión en el interior de la bomba,
2. Grupo regulador del caudal de combustible a inyectar, 3. Estrangulador de rebose (retorno a deposito),
4. Cabezal hidráulico y bomba de alta presión, 5. Bomba de alimentación de aletas, 6. Variador de
avance a la inyección, 7. Disco de levas y 8. Válvula electromagnética de parada. ..................................94
Figura 82. Curvas características obtenidas mediante un ensayo al freno. .................................................................97
Figura 83. Valores característicos del ensayo a cargas parciales................................................................................99
Figura 84. Actuación del regulador sobre los valores del par.....................................................................................100
Figura 85. Curvas de isoconsumo..............................................................................................................................101
Figura 86. Curvas de isoconsumo del motor..............................................................................................................102
Figura 87. Posición del embrague en el tractor..........................................................................................................105
Figura 88. Embragues de fricción monodisco. ...........................................................................................................106
Figura 89. Componentes de un embrague de fricción monodisco: a) campana y b) disco del embrague. ................106
Figura 90. Plato de presión accionado por diafragma. ...............................................................................................107
Figura 91. Accionamiento del embrague mediante sistema mecánico (a) e hidraulico (b). .......................................107
Figura 92. Distribución de presión en un embrague con desgaste uniforme..............................................................108
Figura 93. Distribución de presión en un embrague con desgaste uniforme..............................................................109
Figura 94. Embrague de fricción de disco doble. .......................................................................................................111
Figura 95. Embragues de fricción de discos múltiples. ..............................................................................................111
Figura 96. Embragues de tipo cónico.........................................................................................................................112
Figura 97. Embragues de tipo centrífugo. ..................................................................................................................113
Figura 98. Embrague hidráulico. ................................................................................................................................113
Figura 99. Componentes de un embrague hidráulico: 1. Cámara turbina-bomba; 2. Cámara anular; 3. Cámara DCC;
4. Boquilla regulable; 5. Retorno del aceite a la cámara DCC; 6. Acoplamiento elástico conectado al
motor; 7. Parte conducida conectada a la transmisión.............................................................................114
Figura 100. Embrague de garras. ..............................................................................................................................114
Figura 101. Caja de cambios de engranajes..............................................................................................................116
Figura 102. Caja de cambios de engranajes simples.................................................................................................117
Figura 103. Caja de cambios con engranajes en toma constante..............................................................................118
Figura 104. Sistema de accionamiento de las marchas. ............................................................................................118
Figura 105. Funcionamiento del desplazable.............................................................................................................119
Figura 106. Funcionamiento del sincronizador de la caja de cambios. ......................................................................119
Figura 107. Gama de velocidades en un tractor dotado de palanca inversora (F-R). ................................................120
Figura 108. Diagrama de velocidades y relaciones de transmisión. ..........................................................................121
Figura 109. Cambio automático mediante un tren de engranajes planetarios. ..........................................................124
Figura 110. Sistema de engranajes planetarios. ........................................................................................................124
Figura 111. Funcionamiento de la parte epicicloidal de un sistema de engranajes planetarios. ................................125
Figura 112. Funcionamiento de la parte hipocicloidal de un sistema de engranajes planetarios. ..............................126
Figura 113. Caja de cambios de funcionamiento combinado con sistema hidrostático y engranajes planetarios de un
tractor comercial (Marca Fend). ...............................................................................................................127
Figura 14. Funcionamiento de una caja de cambios con sistema hidrostático y de engranajes planetarios de un
tractor comercial (Marca Fend). ...............................................................................................................127
Figura 115. Diferencial simple....................................................................................................................................128
Figura 116. Funcionamiento del diferencial en recta (a) y en curva (b). ....................................................................129
Figura 117. Diferencial simple: corona (c), piñón de ataque (pa), satélites (s), planetarios (p) y caja portasatélites
(CP). .....................................................................................................................................................129
4

Figura 118. Giro del tractor en una curva. ................................................................................................................. 130
Figura 119. Sistema hidráulico para el bloqueo del diferencial.................................................................................. 131
Figura 120. Diferencial autoblocante por discos de fricción. ..................................................................................... 131
Figura 121. Diferencial doble: corona (c), piñón de ataque (pa), satélites (s1 y s2), planetarios (p1 y p2) y caja
portasatélites (CP).................................................................................................................................. 132
Figura 122. Giro del tractor en una curva con un diferencial doble. .......................................................................... 133
Figura 123. Reducción final de engranajes planetarios en el eje trasero. ................................................................. 134
Figura 124. Disposición de montaje del puente trasero con suspensión independiente de las ruedas. .................... 135
Figura 125. Elementos de un puente trasero de tipo convencional: cojinetes (1), piñón de ataque del diferencial (3),
corona (4), caja portasatélites del diferencial (5), trompetas (6), cojinetes (7), rodamiento (8), palieres o
semiejes (9). .......................................................................................................................................... 135
Figura 126. Eje delantero. ......................................................................................................................................... 136
Figura 127. Transferencia del movimiento al eje delantero mediante árboles de transmisión. ................................. 136
Figura 128. Junta homocinética cardán utilizada en la transmisión a las ruedas delanteras. ................................... 137
Figura 129. Sistema hidráulico de accionamiento de la transmisión delantera. ........................................................ 137
Figura 130. Barra de tiro en la parte inferior de un tractor......................................................................................... 139
Figura 131. Enganche tripuntal de un tractor. ........................................................................................................... 140
Figura 132. Enganche rápido tipo americano. ........................................................................................................... 141
Figura 133. Control de carga en el elevador hidráulico. ............................................................................................ 142
Figura 134. Control de profundidad del enganche tripuntal. ...................................................................................... 143
Figura 135. Control mixto de carga y profundidad del enganche tripuntal................................................................. 143
Figura 136. Tomas remotas del sistema hidráulico de un tractor. ............................................................................. 144
Figura 137. Accionamiento de maquinaria acoplada al tractor mediante las tomas remotas del hidráulico. ............. 144
Figura 138. Componentes del sistema hidráulico del tractor. .................................................................................... 145
Figura 139. Tomas de fuerza delantera y trasera...................................................................................................... 146
Figura 140. Toma de fuerza accionada independientemente desde el motor con un embrague propio. .................. 147
Figura 141. Acoplamiento de maquinaria a la toma de fuerza del tractor a través de un árbol de transmisión
cardámico (a) y detalle del árbol (b)..................................................................................................... 148
Figura 142. Principales parámetros geométricos y fuerzas en el tractor. .................................................................. 149
Figura 143. Principales fuerzas en el tractor reposando en pendiente longitudinal................................................... 151
Figura 144. Principales fuerzas en el tractor reposando en pendiente transversal. .................................................. 152
Figura 145. Fuerza lateral producida en las curvas................................................................................................... 152
Figura 146. Fuerza lateral producida por el arrastre.................................................................................................. 153
Figura 147. Superficie de apoyo de un neumático agrícola....................................................................................... 155
Figura 148. Fuerzas que intervienen en una rueda empujada. ................................................................................. 157
Figura 149. Fuerzas y momentos que actúan sobre una rueda motriz...................................................................... 158
Figura 150. Fuerzas exteriores que actuan sobre el tractor. ..................................................................................... 160
Figura 151. Potencias de un tractor........................................................................................................................... 162
Figura 152. Esquema del manejo del suelo y de los sistemas de laboreo. ............................................................... 168
Figura 153. Límites de Atterberg del suelo. ............................................................................................................... 171
Figura 154. Curvas isotensión en el suelo................................................................................................................. 172
Figura 155. Tipos de suelos según la relación tensión-deformación vertical............................................................. 173
Figura 156. Esquema de los esfuerzos en una placa de carga. ................................................................................ 174
Figura 157. Esquema del torno de deformación de Vane Shear. .............................................................................. 174
Figura 158. Relación entre los esfuerzos vertical y horizontal................................................................................... 175
Figura 159. Superficie de la huella de una rueda de un tractor. ................................................................................ 175
Figura 160. Resistencia a la rodadura en la rueda de un tractor. .............................................................................. 176
5

Índice de tablas
Tabla 1. Superficies y producciones de cultivos en la Unión Europea y participación de España
en 2003 (MAPA, 2006)...................................................................................................................................10
Tabla 2. Distribución general de la tierra (ha) por tipos de cultivo en 2005 (MAPA, 2006). .........................................10
Tabla 3. Parque nacional de maquinaria automotriz (MAPA, 2007).............................................................................12
Tabla 4. Inscripciones de maquinaria nueva durante el año 2006 (MAPA, 2007)........................................................12
Tabla 5. Potencia media de los tractores inscritos en 2006 (MAPA, 2007)..................................................................13
Tabla 6. Precio medio de los tractores inscritos en 2006 (MAPA, 2007). ....................................................................13
Tabla 7. Velocidades de giro estandarizadas para la toma de fuerza........................................................................147
Tabla 8. Distribución de pesos sobre los ejes delantero y trasero. ............................................................................150
Tabla 9. Valores del resbalamiento............................................................................................................................154
Tema 10. Valores de la sobrepresión sobre el suelo k. .............................................................................................155
Tabla 11. Valores medios del coeficiente de rozamiento para un tractor. ..................................................................156
Tabla 12. Coeficiente de rodadura de un tractor. .......................................................................................................157
6

Tema 1. La mecanización agrícola
1.1. Definiciones
1.1.1. Mecanización agraria
- Acción de implantar el uso de máquinas en operaciones pertenecientes o
relacionadas con el campo.
Sus principales objetivos son:
•
•
Facilitar y perfeccionar las labores agrícolas
Aumentar la rentabilidad de los cultivos disminuyendo costes y
optimizando el uso de insumos.
- De forma más amplia la mecanización agraria se ocupa del diseño de
máquinas, de la optimización de su funcionamiento y de la evaluación
económica.
1.1.2. Tractor
- Máquina que produce tracción.
- Vehículo automotor cuyas ruedas o cadenas se adhieren fuertemente al
terreno, y se emplea para arrastrar arados, remolques, etc., o para tirar de
ellos.
1.1.3. Motor de combustión
- Máquina destinada a producir movimiento a expensas de una fuente de
energía y que funciona por la energía producida por la combustión de una
mezcla de aire y combustible.
1.2. Principales tipos de maquinaria agrícola
Las máquinas cuya inscripción es obligatoria en los Registros Provinciales de
Maquinaria Agrícola son las destinadas a la agricultura y que pertenezcan a
alguno de los siguientes grupos:
• Tractores de ruedas, de cualquier tipo, potencia y peso y los remolques
agrícolas cuyo peso máximo autorizado exceda de 750 kg.
7

Tema 6. Comportamiento del motor en alimentación máxima y alimentación parcial
• Tractores de cadenas, motocultores, portadores, tractocarros y máquinas
agrícolas automotrices, de cualquier tipo, potencia y peso.
• Máquinas agrícolas arrastradas cuyo peso máximo autorizado exceda de 750
kg.
• Máquinas agrícolas no incluidas en los apartados anteriores, para cuya
adquisición se haya solicitado un crédito o una subvención oficial y aquellas
otras que determine el Ministerio.
1.2.1. Tipos de máquinas
Los Registros Provinciales de Maquinaria Agrícola clasifican las máquinas
agrícolas en los siguientes grupos:
• Tractores
- Ruedas simple tracción
- Ruedas doble tracción
- Cadenas
- Otros
Motocultores y motomáquinas
- Motocultores
- Motoazadas
- Motosegadoras
Máquinas automotrices
- Maquinaria de recolección
- Equipos de carga y transporte
- Tractocarros
- Otras
Máquinas arrastradas y suspendidas
- Trabajo del suelo
- Siembra y plantación
- Equipos de tratamientos
- Aporte de fertilizantes y agua
- Recolección
- Otras
Remolques
Otras máquinas
•
•
•
•
•
1.2.2. Tipos de tractores
Dentro de los tractores neumáticos se pueden establecer diferentes tipos:
• Tractores agrícolas típicos: Tractores rígidos con dos ejes con distinto
diámetro de rueda.
8

• Tractores estrechos (fruteros o de viñedo): Tractores de pequeña dimensión
para permitir su tránsito por las calles de cultivos leñosos, como frutales o
viñas.
• Tractores articulados: Tractores de elevada potencia con bastidor no rígido
para incrementar su maniobrabilidad.
Tractores de cadenas. En vez de emplear neumáticos para desplazarse
emplean una cadena con eslabones y zapatas.
Tienen una capacidad de tracción superior (a igualdad de potencia), mayor
maniobrabilidad y estabilidad. Sin embargo, son mucho más lentos y debido a
las características de su tren de rodaje no pueden desplazarse por vías
asfaltadas.
1.3. Evolución del sector agrario
1.3.1. El sector agrario en España
El sector agrario en España suponía un 13.2% de la producción agrícola final
de la Unión Europea en 2004 (MAPA, 2006).
Figura 1. Producción agraria en la Unión Europea.
9

La mayor superficie cultivada la ocupan los cereales de grano (38.7%), el olivar
(13.9%), el viñedo (6.5%) y los frutales (6.0%).
Tabla 1. Superficies y producciones de cultivos en la Unión Europea y participación de
España en 2003 (MAPA, 2006).
Tabla 2. Distribución general de la tierra (ha) por tipos de cultivo en 2005 (MAPA, 2006).
10

Figura 3. Distribución general de la tierra según tipos de cultivo en 2005 (MAPA, 2006).
1.3.2. El sector hortícola en Almería
El desarrollo del sector agrícola ha contribuido de forma sustancial a la
mejora de la economía de la provincia de Almería en las últimas décadas.
El Producto Interior Bruto (PIB) correspondiente al sector agrario en Almería
se ha incrementado de 596 millones de euros en 1995 a 1443 millones de
euros en 2003, con un incremento medio anual del 15%, que fue del 5.9% en el
año 2005 (JUNTA DE ANDALUCÍA, 2002 y 2007).
La contribución del sector agrario al PIB total de la provincia supone
alrededor del 14%, lo que da idea de su importancia para la economía
provincial.
1.3.3. Censo de maquinaría agrícola
A finales de 2006 el parque nacional de maquinaria automotriz estaba
compuesto por las siguientes máquinas:
11

Tabla 3. Parque nacional de maquinaria automotriz (MAPA, 2007).
Las inscripciones de maquinaria nueva durante el año 2006, según los distintos
tipos de máquinas se resumen en la siguiente tabla:
Tabla 4. Inscripciones de maquinaria nueva durante el año 2006 (MAPA, 2007).
En el caso de los tractores se observa un ascenso continuado hasta 1988, en
el que se alcanza el máximo de los doce últimos años con 25041 unidades. A
partir de ese año la línea se muestra descendente hasta 2005, apreciándose un
ligero repunte en el último año (MAPA, 2006).
En la comparación de 2006 con el año anterior se aprecia un ligero ascenso en
el mercado global de la maquinaria agrícola en España (3.4%), contrastando el
apreciable incremento de la maquinaria arrastrada o suspendida (10.1%) y de
los remolques (4.3%) con el significativo descenso de la maquinaria automotriz
(- 5.3%) debido a los malos resultados de los equipos de recolección y de los
tractocarros (MAPA, 2007).
12

Los tractores marcan una ligera recuperación (0.9%) respecto de las cifras del
año anterior (MAPA, 2006).
La potencia media de los tractores inscritos en 2006 fue de 91.7 CV, mientras
que la media del parque existente es de 62.9 CV (MAPA, 2007).
Tabla 5. Potencia media de los tractores inscritos en 2006 (MAPA, 2007).
El precio medio de los tractores, sin incluir IVA, fue en 2006 de 34352 euros
(374€/CV), variando según su tipo de rodaje (MAPA, 2007).
Tabla 6. Precio medio de los tractores inscritos en 2006 (MAPA, 2007).
1.4. Índice de mecanización
Este índice representa la relación entre la suma de la potencia de tractores,
motocultores y motomáquinas y la suma de hectáreas de tierras de cultivo y la
de prados naturales.
El índice de mecanización creció en 2006 hasta alcanzar un 345.2 CV por 100
ha (MAPA, 2007).
13

Figura 4. Evolución del índice de mecanización (MAPA, 2007).
1.5. Capacidad de trabajo y rendimiento
La capacidad de trabajo de una máquina es un índice de su rendimiento
expresado en la cantidad de tiempo que se demora en realizar un trabajo.
- La capacidad de trabajo teórica es la que realiza una máquina si trabaja,
sin interrupción, a su velocidad normal de trabajo, y cubriendo siempre la
totalidad de la anchura de trabajo teórica:
ST = v [km / h ]·a[ m ]·1000 [m / km ]
[ha / h ]
10000 [m 2 / ha ] (1)
donde:
ST
v
a
Capacidad de trabajo teórica [ha/h]
Velocidad de trabajo de la máquina [km/h]km/h
ancho de trabajo [m]
- Velocidad. La velocidad a la cual se desplaza la máquina deberá estar
acorde con la naturaleza del trabajo, nunca en exceso porque la labor puede
quedar mal hecha.
- Ancho de trabajo. Cuanto más ancha es la máquina o el apero mayor será
su capacidad de trabajo, aunque necesitará mayor potencia de trabajo.
- La capacidad de trabajo efectiva (Se), tiene en cuenta los tiempos gastados
en las vueltas en las cabeceras, recubrimientos, carga y descarga, etc.
14

- El rendimiento efectivo o de campo (µe=Se/St) es el cociente entre la
capacidad de trabajo efectiva y la teórica.
- Tiempo efectivo o de operación. Es la inversa de la capacidad de trabajo
efectiva, te=1/Se.
- La capacidad de trabajo real (Sr) es la que tiene en cuenta los tiempos
perdidos en transporte, averías, reposo del personal y resto de actividades
diferentes de la propia operación que realiza la máquina.
- El rendimiento total de trabajo es la relación entre la capacidad de trabajo
real y la teórica, µt=Sr/ST
1.6. Seguridad
En el sector agrícola mundial se producen 83 millones de accidentes, de los
cuales 170000 son mortales
En materia de seguridad hay que tener en cuenta una serie de normas que
afectan a la maquinaria agrícola:
-
-
-
-
-
-
Normas de seguridad para cabinas y pórticos en los tractores.
Ruidos transmitidos al conductor o al ambiente.
Señales luminosas en el trasporte.
Amortiguación de los asientos del tractor.
Partes móviles o cortantes con protecciones.
Símbolos universales para controles de operaciones en máquinas.
15

16

Tema 2. Tipos y elementos del tractor
2.1. Tipos de tractores
Los tractores agrícolas se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios:
a) Según el trabajo desarrollado:
-
-
Vehículo de tracción
Vehículo versátil
b) Según el sistema de apoyo:
tracción trasera
- De ruedas:
doble tracción
traseras mayores
tractores orugas
- De cadenas:
tractores semiorugas
4 ruedas iguales
c) Según el acoplamiento con el apero:
-
-
-
Tractor de tiro
Tractor portante (en suspensión)
Tractor porta aperos (en la parte delantera)
d) Según el tipo de bastidor:
-
-
-
Con bastidor completo
Con medio bastidor
Sin bastidor
e) Tractores especiales:
-
-
-
-
Zancudos
Forestales
Estrechos
Autocargadores
17

f) Motocultores o motomáquinas:
-
-
De un eje:motomáquinas
De dos ejes: microtactores
2.2. Partes de que consta el tractor
El tractor agrícola consta, fundamentalmente de las siguientes partes:
- Bastidor o chasis
- Motor
- Transmisión:
• Embrague
• Caja de cambios
• Diferencial
• Reducción final
• Palieres
• Ruedas
• Toma de fuerza
- Alzamiento hidráulico
- Enganche
- Dirección
- Frenos
El tractor agrícola consta, fundamentalmente de las siguientes partes:
- Bastidor: Es un armazón metálico, muy consistente, sobre el cual se sujetan
los mecanismos fundamentales del tractor.
- Motor: Conjunto de órganos y sistemas destinados a transformar la energía
liberada en la combustión del gasoil, en energía mecánica, produciendo un
movimiento de giro.
- Embrague: Dispositivo por el que se transmite o interrumpe el movimiento de
giro producido por el motor a la caja de cambios.
- Caja de cambios: Conjunto de ejes y engranajes mediante los cuales se
consigue adecuar la velocidad de avance y el esfuerzo de tracción del tractor a
las necesidades de cada situación.
- Diferencial: Conjunto de engranajes que permiten diferente velocidad de giro
entre si, de las dos ruedas motrices, del tractor, para que éste pueda tomar las
curvas con facilidad.
18

- Reducción final: Mecanismo encargado de reducir, después de la caja de
cambios, la velocidad de giro de las ruedas y que por tanto aumenta el
esfuerzo de tracción.
- Palieres: Están divididos en dos semipalieres, y son los ejes encargados de
transmitir el movimiento desde el diferencial hasta las ruedas, pasando por la
reducción final.
- Ruedas: Son los elementos que, apoyándose en el suelo, soportan el peso
del tractor y le permiten desplazarse sobre el mismo.
- Alzamiento hidráulico: Elemento que permite elevar, suspendiéndolos en el
aire, o descender, posándolos en el suelo, los aperos acoplados al tractor, para
facilitar las maniobras de éste.
- Enganche: Es el que permite acoplar máquinas o aperos al tractor. Se
distinguen dos tipos de enganche:
1.-Barra de tiro: Con un punto de enganche para máquinas o aperos
remolcados.
2.-Enganche a tres puntos: Unido al elevador hidráulico, para las máquinas
oaperos suspendidos o semisuspendidos.
- Dirección: Conjunto de piezas destinadas a dirigir el tractor. Actúa sobre las
ruedas delanteras, llamadas por ello directrices.
- Frenos: Dispositivo encargado de disminuir la velocidad del tractor e incluso
de detenerlo totalmente.
- Toma de fuerza: Es un eje, estriado en un extremo, accionado por el motor y
destinado a dar movimiento a determinado tipo de máquinas acopladas al
tractor. El accionamiento puede ser:
- Del intermediario de la caja de cambios y por tanto se desconecta al
desembragar.
- Del secundario de la caja de cambios y por tanto sincronizada con la
velocidad del tractor.
- Del motor o independiente con un embrague propio o con un embrague de
doble posición.
Normalmente el tractor posee una sola toma de fuerza situada con mayor
frecuencia en la parte posterior.
- Polea: Mecanismo destinado a transmitir movimientos, mediante correas, a
ciertas máquinas. Se acopla a la toma de fuerza recibiendo el movimiento de
ella.
19

2.3. Trabajos que puede realizar un tractor
Los trabajos que puede realizar un tractor se pueden clasificar como:
Por medio de polea (Trilladora, ensiladora,)
Por medio de la toma de fuerza (Bomba de riego,
molino de pienso, etc.)
Por medio del sistema hidráulico (Elevadores de
grano)
- Estacionarios
-
-
-
De transporte (Remolques, etc.)
De arrastre (Arados de vertedera, discos, etc.)
De empuje (Pala cargadora, bulldocer, etc.)
Transporte y toma de fuerza (Remolque distribuidor
de estiércol, abonadora
centrífuga, empacadoras, etc.)
Arrastre y toma de fuerza (Fresadora, etc.)
- Combinados:
20

Tema 3. Elementos y sistemas de un motor de
combustión interna
3.1. Clasificación de los motores
Un motor térmico es una máquina que transforma energía calorífica en energía
mecánica. La energía calorífica normalmente procede de la combustión de un
combustible en presencia de un comburente.
Los motores los podemos dividir en:
- Motores de combustión interna o endotérmicos
- Motores de combustión externa o exotérmicos.
En los motores de combustión externa, el calor procedente de la combustión
se transmite al fluido activo a través de la pared de una caldera.
En los motores de combustión interna, la combustión se realiza en el seno
del fluido activo. En estos, los órganos mecánicos que transforman el calor en
energía mecánica pueden ser de cuatro tipos:
- Mecanismo biela-manivela. Trasforma un movimiento rectilíneo alternativo en
un movimiento circular o viceversa.
- Motor rotativo. El fluido se expansiona contra unas paletas, alabes de turbina,
y entonces se produce trabajo axial.
- Motor Wankel. El fluido empuja un rotor que sigue su movimiento excéntrico.
- Motor a reacción. Cuando los propios gases de la combustión mueven el
motor.
3.2. Partes de los motores alternativos de combustión interna
Los elementos esenciales constitutivos de los motores alternativos de
combustión interna, son los siguientes:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Cilindros
Pistón
Bloque
Bancada
Culata
Biela-manivela
Cigüeñal
Volante
Sistema de distribución
21

3.2.1. Cilindros
Los motores de 3 o 4 kW suelen ser monocilíndricos.
Para mayores potencias conviene dividir la cilindrada total en varios cilindros
por las siguientes razones:
- Al producirse trabajo solo en la expansión, hay que colocar un volante de
inercia de gran tamaño.
En un motor de 4 cilindros siempre hay un cilindro que está realizando la carrera
de trabajo lo que mejora el equilibrado: el par motor es más regular y el volante de
inercia más pequeño.
- La refrigeración mejora al aumentar el número de cilindros. En los motores
Otto la refrigeración es muy importante para evitar el fenómeno de
detonación (no pueden construirse cilindros con más de 150 mm de
diámetro).
(a) (b)
Figura 5. Cilindros dentro del bloque de un motor: cilindros de camisa húmeda (a) y
camisa seca (b).
- Para una determinada potencia, al aumentar el número de cilindros,
disminuye el peso del motor, aunque aumentan el precio y los gastos de
mantenimiento.
La disposición de los cilindros puede ser:
-
-
-
-
En línea (motores de 4 y 6 cilindros
En "V” ( más 6 cilindros) Evita las vibraciones ocasionadas por el uso de un
cigüeñal excesivamente largo.
Opuestos (2 y 4 cilindros)
En estrella (número muy elevado de cilindros)
22

a) b) c) d)
Figura 6. Cilindros en línea (a), en V (b), opuestos (c) y en estrella (d).
3.2.2. Bloque. Bancada o cárter y culata
Los distintos cilindros del motor están ubicados en una pieza única llamada
bloque, que debe ser rígida, resistente a la corrosión y lo más ligera posible. Se
une mediante tornillos al cárter, quedando abrazado entre ambas piezas el
cigüeñal (eje motor) a través de cojinetes antifricción.
Figura 7. Bloque del motor.
La culata, fabricada normalmente de fundición o aleación ligera, se coloca
sobre el bloque cubriendo los cilindros y formando con ellos la cámara de
combustión. Entre ambos se coloca una junta (junta de culata) para conseguir
la estanqueidad necesaria en los cilindros.
2
1
Figura 8. Culata del motor con la junta de culata (1) y los tornillos de unión al bloque (2).
23

En la culata es donde suelen colocarse las válvulas, las bujías en los
motores Otto y los inyectores en los motores Diesel. En los motores Diesel, la
culata y en algunos casos la cabeza del pistón tienen una forma especial para
crear turbulencias para favorecer la mezcla de aire y gas-oil.
Existen distintos tipos de culata en los motores Diesel:
- Inyección directa. La cámara de combustión va alojada, en la cabeza del
pistón y al no estar en contacto con el agua de refrigeración tiene un
rendimiento térmico elevado, lo cual facilita el arranque en frío y tiene un
menor consumo.
Inyector Calentador
Figura 9. Inyección directa.
El inyector es de varios orificios para mejorar la pulverización y requiere una
alta presión de inyección. Se utiliza con relaciones de compresión de 12/1 a
18/1.
- Inyección indirecta. La relación de compresión es más elevada de 15/1 a
19/1. El pistón al subir obliga al aire a pasar a la antecámara. El inyector
inyecta el gasoil y al quemarse parte del combustible aumenta la temperatura y
presión dentro de toda la cámara combustión.
Al aumentar la P y T se produce una explosión de toda la mezcla en la
cámara principal.
Inyector Calentador
Figura 10. Inyección indirecta.
24

3.2.3. Pistón
Está unido al cigüeñal mediante el bulón y la biela. Se desplaza dentro del
cilindro y recibe la fuerza de expansión de los gases durante la combustión.
El pistón, en su movimiento alternativo, ha de realizar las siguientes
funciones:
- Transmitir esfuerzos a través de la biela y el cigüeñal.
- Realizar estanqueidad en el cilindro, tanto para los gases de combustión
como para el aceite.
- Absorber parte del calor generado en la combustión y transmitirlo hacia la
pared del cilindro.
El pistón debe reunir una serie de características:
- Gran resistencia
- Ligero
- Elevada conductibilidad
- Dilatación adecuada
Cabeza
Ranuras de los
segmentos de
compresión
Ranuras de los
segmentos de
engrase
Bulón
Falda
Figura 11. Elementos del pistón.
El pistón consta de las siguientes partes:
- Cabeza: Es la zona que recibe los esfuerzos de los gases.
- Zona portasegmentos: El segmento de fuego, el de compresión o
estanqueidad y el rascador de aceite.
- Alojamiento del bulón: Por donde se articula la biela al pistón.
- Falda: Permite guiar al pistón en el interior del cilindro y disipar el calor.
25

3.2.4. Biela, cigüeñal y volante
La biela, normalmente de acero forjado (rígida y ligera), es el elemento de
conexión entre el pistón y el cigüeñal, a los que se une mediante casquillos
antifricción o rodamientos.
El cigüeñal (de forja o fundición) está formado por las manivelas de cada uno
de los cilindros unidas al eje del motor.
El mecanismo biela-manivela, transforma
alternativo en otro circular o viceversa.
un movimiento rectilíneo
Pie
Cuerpo
Cabeza
Sombrerete
Figura 12. Elementos de la biela.
Para el correcto funcionamiento del motor es necesario que el cigüeñal esté
correctamente equilibrado estática (ΣF=0) y dinámicamente (ΣM=0).
Figura 13. Cigüeñal de un motor.
26

3.2.5. Estudio cinemático del mecanismo biela manivela
El desplazamiento del pistón x es función de la longitud de la biela b, del
radio de giro de la muñequilla del cigüeñal R y del ángulo de giro del cigüeñal α
(Fig. 14)
(2)x = R · ( 1 - cos α ) + L ·(1 - 1 - λ 2 · sen 2 α )
siendo λ=R/b
x = x (α) (3)
Derivando con respecto del tiempo, se obtiene la velocidad instantánea:
⎡
v = R · ω · sen⎢ α + λ
⎢
⎣
sen α · cos α⎤
⎥
22
1 - λ · sen α ⎥⎦
(4)
PMS
Carrera, L
x
b+R PMI
b
D
α
R
o
Figura 14. Desplazamiento del pistón en función del movimiento del cigüeñal.
La ecuación anterior se puede simplificar dado que normalmente es R << b,
quedando:
v = R · ω · sen α · ( 1 + λ cos α ) (5)
(6)
o bien
λ⎛⎞
v = R· ω · sen⎜ α +sen 2α ⎟
2⎝⎠
Derivando de nuevo con respecto del tiempo esta última expresión, se obtiene la
aceleración (aproximada):
a = R· ω 2 · ( cos α + λ cos 2α ) (7)
27

3.2.6. Características geométricas de los motores de combustión interna
El motor alternativo consta de un pistón que se mueve alternativamente dentro
de un cilindro, entre dos posiciones extremas:
-
-
punto muerto inferior (PMI)
punto muerto superior (PMS)
Este movimiento alternativo, es transformado en rotativo mediante un
mecanismo biela-manivela.
Los parámetros geométricos fundamentales son:
- Diámetro o calibre (D): Diámetro interior del cilindro por el que se desplaza el
pistón y en el que se realiza la combustión. Normalmente se expresa en
milímetros.
- Carrera (L): Es la distancia entre el punto muerto superior y el inferior. Es igual
al doble del radio de la manivela del cigüeñal.
L = 2⋅ R
En función de la relación diámetro/carrera obtenemos diversos tipos de
motores:
L>D
L≈D
L<D
Alargados
Cuadrados
Supercuadrados o chatos
- Longitud de la biela (b): Se expresa en milímetros.
- Manivela del cigüeñal (R): Es el radio de giro de la muñequilla del cigüeñal a la
que va unida la biela y determina la carrera del pistón.
- Giro del cigüeñal (α): Se mide en grados o radianes. Cada 180º de giro del
cigüeñal el pistón se desplaza una carrera.
- Volumen de la cámara de combustión (v): Es el volumen que pueden ocupar los
gases cuando el pistón está en el P.M.S.
- Cilindrada unitaria (q): Es el volumen desplazado por el pistón en su recorrido
durante una carrera.
q = S⋅L = π⋅(D/2)2⋅L(8)
- Cilindrada total (Q): Es la cilindrada unitaria multiplicada por el número total de
cilindros (N) que tiene en motor.
Q = q⋅ N (9)
28

- Relación de compresión (Rc): También llamada relación de compresión
volumétrica, que corresponde a la relación que existe entre el volumen máximo y
mínimo que ocupa la mezcla en el cilindro:
Rc =
V máx
V min
=
q+v
v
(10)
Indica cuantas veces se reduce el volumen de la mezcla en la fase de
compresión.
- Motores de gasolina (Otto): 6 a 11
- Motores de encendido por compresión (Diesel): 14 a 22
3.3. Procesos fundamentales
En un motor de combustión interna se realizan cuatro procesos termodinámicos
fundamentales:
- Admisión
Es la operación de llenar de aire el cilindro que suministra el oxígeno
necesario para la combustión. En los motores de compresión la admisión es
sólo de aire, y en los de encendido provocado el aire lleva ya mezclado con la
gasolina. El llenado puede ser natural (motor atmosférico) o sobrepresionado
(motor sobrealimentado).
- Compresión
Para mejorar el rendimiento conviene comprimir el fluido que entra en el cilindro
durante la admisión, antes de la combustión. El rendimiento mejora con relaciones de
compresión altas.
- Combustión-expansión
Tras comprimir el sistema se realiza la combustión, que ocupa muy poco
recorrido de pistón, y en la que aumentan considerablemente la presión y la
temperatura. A continuación sigue la expansión de los gases de combustión,
durante la que desarrollarán un trabajo, superior al que se necesario para la
compresión.
- Escape
Antes de realizar una nueva carga del cilindro, han de expulsarse los
productos de la combustión anterior. Estas cuatro fases pueden realizarse en
distintos períodos de tiempo y recorrido del émbolo dando lugar a los motores
de dos y cuatro tiempos.
29

Primer tiempo: Admisión Tercer tiempo: Trabajo
PMS
PMS
PMI
PMI
Segundo tiempo: Compresión Cuarto tiempo: Escape
PMS PMS
PMI PMI
Figura 15. Procesos fundamentales en un motor de combustión interna de 4 tiempos.
Los motores de combustión interna pueden clasificarse como:
a) Según la forma de encendido de la mezcla:
- Motores de encendido provocado (MEP), o motores Otto
La fase de compresión se realiza con la mezcla aire-combustible.
Antes de que se origine el autoencendido incontrolado de la mezcla al
comprimirla, ha de provocarse artificialmente el encendido.
También se llaman motores de explosión por la forma en que se realiza la
combustión de la mezcla al producirse la chispa.
- Motores de encendido por compresión (MEC), o Diesel
La compresión se hace sólo con aire, que una vez filtrado pasa directamente a
los cilindros donde se comprime produciéndose un aumento de su temperatura.
A continuación se inyecta el combustible, que se inflama espontáneamente.
30

También se les llama motores de combustión debido a que el combustible se
va quemando al introducirse en el cilindro.
b) Según el funcionamiento y realización del ciclo:
- Motores de 4 tiempos:
Los motores de cuatro tiempos pueden ser MEP o MEC utilizan cuatro carreras
del pistón para realizar las cuatro fases características.
- Motores de 2 tiempos:
Las cuatro fases características se realizan en solo dos carreras del émbolo, y
pueden ser Otto o Diesel.
3.4. Ciclo de un motor de cuatro tiempos
En un motor intervienen muchos fenómenos físicos y químicos complejos que
normalmente se simplifican:
- irreversibilidades en la admisión y escape
-
-
-
-
-
-
-
turbulencias internas
pérdidas de calor por refrigeración
variabilidad de las capacidades caloríficas con la temperatura
influencia de la formación de la mezcla
disociación de los gases en la combustión
velocidad de combustión
retardo al encendido
El estudio teórico se hace estableciendo una serie de hipótesis
simplificativas.
El estudio teórico aproximado sirve para obtener muchas conclusiones
aplicables a la situación real. Una primera hipótesis simplificativa la ausencia de
rozamiento interno (Wr=0) en los procesos termodinámicos, esto supone una gran
lentitud del pistón. Los cuatro procesos fundamentales del funcianamiento de un
motor se pueden representar en un diagrama P-V.
El área 2, 3, 4, 5, 2 representa el trabajo teórico obtenido cada vez que se
realizan en el motor los cuatro procesos. A causa de la lentitud teórica fijada,
cada proceso ocupa una carrera del pistón.
1. Admisión (primera carrera). La válvula de admisión está abierta durante toda
la carrera (realmente abre antes y cierra después). La línea real que representa la
admisión quedará por debajo, pues, a causa de la velocidad finita del pistón,
habrá depresión dentro del cilindro durante la admisión.
31

P 4
3 (+)
5
1
(-) 2
PMS PMI
V
Figura 16. Ciclo de un motor de cuatro tiempos en el diagrama P-V.
2. Compresión (segunda carrera). Las válvulas están cerradas durante toda la
carrera, y el sistema que quedó dentro se comprime. En realidad, la compresión
comenzará con retraso (cuando la válvula de admisión se cierre). La línea que
representa la compresión teóricamente puede considerarse isoentrópica
(adiabática). Realmente la refrigeración hace que la transformación sea más bien
una politrópica de exponente n<γ.
3. Combustión-expansión (tercera carrera).
Teóricamente, al final de la segunda carrera se provoca el encendido en los MEP
o comienza la inyección en los MEC. La combustión se supone que se realiza a
volumen constante en los motores Otto.
En los motores Diesel, suponiendo que la presión máxima se alcanza con la
compresión, teóricamente la combustión se produce a presión constante. La
expansión que se produce después de la combustión puede considerarse
isoentrópica (adiabática) o, mejor, politrópica.
4. Escape (cuarta carrera).
Al final de la tercera carrera se abre la válvula de escape (realmente se abre
antes). La presión dentro del cilindro disminuirá hasta el valor de la atmosférica,
produciéndose durante esta cuarta carrera el barrido teórico de los gases que
aún quedan en su interior.
3.4.1. Ciclo real de un motor de cuatro tiempos
A causa de la velocidad del pistón, y a que las válvulas abren y cierran
gradualmente, el proceso real difiere del ideal o teórico.
El diagrama real, o indicado que representa la evolución que se produce
dentro del cilindro se obtiene mediante mediciones de presión y volumen.
32

El trabajo indicado obtenido cada dos revoluciones se corresponde con el área
de la parte del diagrama recorrida en el sentido de las agujas del reloj.
El área de la parte del diagrama recorrida en sentido contrario representa el
trabajo utilizado (negativo) para renovar la carga, y se denomina pérdida de
bombeo.
En la realidad, los procesos no se ajustan a una carrera completa del pistón:
1. Admisión.- Para que la válvula de admisión esté abierta, durante la primera
carrera, su apertura ha de comenzar antes (de 10º a 15º en función de las
revoluciones del motor).
Si comenzara en el PMS, se provocaría al principio una fuerte depresión en el
cilindro que aumentaría la pérdida de bombeo.
A este ángulo se le llama avance a la apertura de la admisión (A.A.A.).
Si la válvula de admisión ya está cerrada al final de la primera carrera, la
presión dentro del cilindro seria inferior a la atmosférica.
Retrasando el cierre de la válvula se aprovecha la inercia del flujo en el
conducto de admisión para seguir cargando el cilindro.
El ángulo de retraso en el cierre es del orden de 45º a 65º y se le llama retraso
al cierre de la admisión (R.C.A.).
Los ángulos de cigüeñal no son lógicamente proporcionales al recorrido del
pistón.
Los ángulos próximos a los PMS y PMI ocupan mucho más recorrido de pistón
que a mitad de la carrera cuando la velocidad del pistón es mayor.
2. Compresión. La compresión real comienza en C y termina en D.
3. Combustión. La combustión comienza antes de terminar la segunda carrera,
punto D.
Expansión. Adelantando la apertura de la válvula de escape al final de la tercera
carrera, disminuye la presión interior durante un buen recorrido de última carrera,
aumentando el trabajo indicado. Al ángulo (~50%) se le llama avance a la
apertura del escape (A.A.E.). La expansión seria EF.
4. Escape. Ocupa toda la cuarta carrera y 10º o 15º de la siguiente. Con este
retraso en el cierre, se aprovecha la inercia del flujo en el conducto de escape,
aumentando la limpieza de humos A este ángulo se le llama retraso al cierre del
escape (R.C.E.).
33

Puesto que la válvula de admisión abre antes y la de escape cierra después,
hay un ángulo (AB), llamado ángulo de solape o de cruce, en el que ambas
válvulas están abiertas: la de admisión abriendo y la de escape cerrando.
3.5. Ciclo de un motor de dos tiempos
Consiste en un motor alternativo de combustión interna, en el cual el ciclo
completo de trabajo se realiza en 2 carreras del pistón, (una sola vuelta del
cigüeñal).
Figura 17. Motor de dos tiempos.
En el motor de dos tiempos para la realización de la fase de admisión
interviene un sistema de bombeo independiente, o el efecto de bombeo
producido por el movimiento del pistón en el cárter.
Carecen de válvulas para el control de la admisión y del escape de los gases
del cilindro.
El escape de los gases resultantes de la combustión y la admisión del aire
limpio en el cilindro se efectúan al mismo tiempo, limitando la duración de estas
mismas fases. Esto dificulta una perfecta realización de cada una de las fases del
ciclo de trabajo.
Al no existir una carrera del pistón para la expulsión de los gases de escape
hace necesario que el propio aire limpio efectué una acción de barrido al penetrar
en el cilindro con una sobrepresión apropiada.
La distribución la realiza el pistón al final de su carrera descendente
destapando 2 o más lumbreras dispuestas en el cilindro, a través de las cuales
pasan los gases.
34

La admisión y la precompresión de la mezcla fresca se realizan en el cárter del
motor (hermético).
Figura 18. Ciclo de un motor de dos tiempos.
3.6. Sistemas de alimentación
La alimentación de los motores alternativos consiste en hacer llegar al interior
de los cilindros, en los de ciclo Otto una mezcla de aire limpio y combustible, y
en los de ciclo Diesel aire limpio.
3.6.1. Alimentación de los motores de ciclo diesel
El motor de un tractor toma el aire de una nube cargada de pequeñas partículas
que, si entrasen en los cilindros, producirían un desgaste prematuro de sus piezas y
frecuentes averías.
Los filtros de los tractores pueden ser de dos tipos:
a). Filtro en baño de aceite
El aire sucio aspirado por el motor y pasa por un filtro centrífugo, en el que por
medio de aletas y aumentando su velocidad por estrechamiento de la sección
de paso se le obliga a girar.
La fuerza centrífuga hace que las partículas de mayor tamaño choquen con las
paredes cayendo a un depósito de decantación.
El aire cargado sólo de pequeñas partículas se dirige hacia una masa de aceite
donde algunas se incrustan y el resto son retenidas en una malla metálica.
Pasado un cierto tiempo de funcionamiento es necesario limpiar el filtro y
cambiar el aceite.
35

Entrada del aire
exterior
Salida del
aire filtrado
Partículas gruesas
decantadas
Malla metálica
Taza
Grapas de sujeción
Baño de aceite
Figura 19. Elementos de un filtro de aire mediante aceite.
b). Filtro en seco
El aire primero circula a través de una corona de aletas estáticas (de plástico
o metal) que generan un movimiento de giro en la corriente de aire. La fuerza
centrífuga separa las partículas más gruesas (polvo, suciedad, insectos y otras
partículas) de la corriente de aire.
Entrada de aire
Filtro de seguridad
Indicador
Filtro primario
Salida del aire
filtrado
Aletas estáticas
Cintas de fijación
Válvula de evacuación
Figura 20. Elementos de un filtro de papel (Marca PARKER, serie AFSF).
36

Estos contaminantes son eliminados automáticamente a través de una
válvula de evacuación (Fig. 20). Solamente la corriente de aire purificada por
este primer sistema pasa a los filtros de material microporoso (filtro primario y
de seguridad).
Al ensuciarse los cartuchos de material filtrante aumenta la perdida de carga
en la admisión, las pérdidas de energía por bombeo y disminuye el rendimiento
volumétrico. Para limpiar los cartuchos de material filtrante con aire a presión el
filtro se puede desmontar.
3.6.1.1. Circuito de alimentación
El circuito de alimentación de un motor consta de los siguientes elementos
(Fig. 21):
- Depósito de combustible. Recipiente provisto de un tapón que permite la
entrada de aire. Lleva un indicador de nivel en cabina.
- Filtro de aspiración. Mediante una malla se hace un filtrado grosero.
- Bomba del combustible. En los motores de los tractores se utilizan bombas de
membrana o de émbolo.
Válvula reguladora
de presión
Bomba de
combustible
Válvula reguladora
de presión
Motor
Salida hacia la bomba
de inyección o el
carburador
Depósito de
combustible
Figura 21. Esquema del circuito de alimentación de un motor.
• Bomba de alimentación de membrana
La impulsión del combustible la realiza una membrana deformable sobre la
que actúa un vástago movido por una palanca que recibe el movimiento de una
leva situada en el árbol de levas de la distribución (Fig. 22).
37

Válvula de
salida
Válvula de
entrada
Leva de
accionamiento
Membrana
Muelle de presión
Palanca de
accionamiento
Palanca de
accionamiento manual
Figura 22. Bomba de alimentación de membrana.
• Bomba de alimentación de émbolo
La impulsión del combustible hacia el carburador se realiza mediante un
pistón movido por un empujador accionado por una leva del árbol de levas de
la distribución (Fig. 23).
Antes del carburador el combustible es filtrado con tamices de malla fina que se
instalan en la tubería de salida de la bomba.
a) b)Leva de
accionamiento
Émbolo
Válvula de
entrada
Muelle de presión
Válvula de
salida
Figura 23. Funcionamiento de una bomba de alimentación de émbolo: fases de
compresión (a) y de succión e impulsión (b)
3.6.1.2. Carburación
Se entiende por carburación el hecho de formar la mezcla proporcionada de
aire y combustible.
38

La carburación se puede realizar mediante un carburador que recibe el
combustible del depósito y lo mezcla con el aire ajustando la relación de
mezcla a la proporción adecuada al régimen de giro.
a) b)
Calibre de
ralentí
Entrada del
combustible
Aguja
Flotador
Calibre principal
Surtidor principal
Palanca de accionamiento
manual
Surtidor de
ralentí
Válvula de
mariposa
Tornillo de
ralentí
Mando del
acelerador
Difusor
Tornillo mezcla
de ralentí
Mando del
arranque en frío
Figura 24. Carburador de un motor (a) y elementos que lo componen (b).
Su funcionamiento se basa en el efecto Venturi, por el cual, la gasolina
contenida en un depósito, cuyo nivel se mantiene constante mediante una
válvula de flotador, es absorbida al producirse una depresión directamente
proporcional a la velocidad de circulación del aire por el estrechamiento
constituido por el difusor (Fig. 24).
Colocando el extremo de una tubería de conexión con el depósito de
combustible en el estrechamiento, este sale pulverizado rompiéndose en finas
gotas al chocar con la corriente de aire.
La cantidad de combustible extraído es función de tres variables:
-
-
-
diámetro del orificio de salida
diferencia de nivel entre la superficie libre del combustible en el depósito
y la salida
depresión creada en el orificio de salida
· El depósito o cuba mantiene constante el nivel de combustible a la salida del
surtidor.
Figura 25. Surtidor del carburador.
39

· El surtidor tiene un orificio de salida situado en el estrechamiento del
carburador (Fig. 25), donde se produce la depresión que origina la salida de
combustible.
A la salida de la cuba, va montado un calibre o chiclé con un orificio tallado
con gran precisión, que determina la sección de paso del combustible y regula
la cantidad que puede salir por el surtidor.
· El difusor o estrechamiento en la conducción de aire hacia los cilindros, tiene
forma de doble tronco de cono unido por un cilindro en el que va colocado el
surtidor.
Cuando el pistón en la carrera de admisión crea una succión que hace pasar
el aire por el difusor del carburador mezclándose con el combustible en la
proporción justa.
La cantidad de aire aspirado se regula por medio de una válvula de mariposa
accionada por el pedal de aceleración.
Los carburadores están diseñados para proporcionar al motor una mezcla
rica a bajo régimen o a ralentí, una mezcla pobre y sensiblemente constante a
régimen de crucero y de gran riqueza a alto régimen.
Además tienen un dispositivo para el arranque en frío. Cuando son
necesarias grandes aceleraciones (reprise) con una presión súbita del
acelerador, se abre de golpe la válvula de mariposa y se acciona una bomba
de aceleración, que inyecta una cantidad adicional de combustible, obteniendo
mayor potencia instantánea.
Los dispositivos de arranque en frío sirven para proporcionar al motor una
mezcla lo suficientemente rica como para compensar la condensación del
combustible en las paredes del difusor y el colector.
Se usa para ello una segunda válvula de mariposa, colocada por encima del
difusor, que al cerrarse de forma manual, aumenta la depresión en el surtidor y
la entrada de combustible.
En los carburadores modernos una se coloca un sensor del tipo de lámina
bimetálica que actúa sobre la segunda válvula de mariposa permitiendo el
control automático de la entrada de aire.
En los motores de gran cilindrada se colocan carburadores dobles y de doble
cuerpo, para suministrar volumen de mezcla necesario en los cilindros, sin
grandes pérdidas de energía por bombeo.
40

3.6.1.3. Inyección de gasolina
En los motores de gasolina, la mezcla se prepara utilizando un carburador o
un equipo de inyección. Hasta ahora, el carburador era el medio más usual de
preparación de mezcla, medio mecánico.
Desde hace algunos años, sin embargo, aumentó la tendencia a preparar la
mezcla por medio de la inyección de combustible en el colector de admisión.
Esta tendencia se explica por las ventajas que supone la inyección de
combustible en relación con las exigencias de potencia, consumo,
comportamiento de marcha, así como de limitación de elementos
contaminantes en los gases de escape.
Las razones de estas ventajas residen en el hecho de que la inyección
permite ( una dosificación muy precisa del combustible en función de los
estados de marcha y de carga del motor; teniendo en cuenta así mismo el
medio ambiente, controlando la dosificación de tal forma que el contenido de
elementos nocivos en los gases de escape sea mínimo.
Este sistema reduce la pérdida de energía por bombeo y evita los problemas
de regulación de la dosis de combustible del carburador, disminuye el consumo
específico y ofrece mejor aceleración y deceleración.
Actualmente la práctica totalidad de los vehículos con motores de ciclo Otto,
incorporan la inyección electrónica de gasolina, que mediante sensores y un
microprocesador, controla los tiempos y la cantidad de inyección de
combustible en función de las condiciones de funcionamiento del motor.
Las válvulas de inyección de alta presión, que están montadas en el
distribuidor de combustible, dosifican y pulverizan el combustible en poco
tiempo con una presión muy alta para permitir la mejor preparación de la
mezcla directamente en la cámara de combustión.
Los sistemas de inyección se pueden clasificar en función del lugar donde
inyectan:
- Inyeccion directa: El inyector introduce el combustible directamente en la
cámara de combustión (Fig. 26a). Este sistema de alimentación es el más
novedoso y se está empezando a utilizar ahora en los motores de inyección
gasolina como el motor GDi de Mitsubishi o el motor IDE de Renault.
- Inyeccion indirecta: El inyector introduce eI combustible en el colector de
admisión, encima de la válvula de admisión, que no tiene por qué estar
necesariamente abierta (Fig. 26b). Es la más usada actualmente.
41

a) b)
Inyector de
gasolina
Figura 26. Sistemas de inyección de los motores Otto: inyección directa (a) e inyección
indirecta (b).
Según el número de inyectores se pueden clasificar como:
- Inyeccion monopunto: Hay solamente un inyector, que introduce el
combustible en el colector de admisión, después de la mariposa de gases. Es
la más usada en vehículos turismo de baja cilindrada que cumplen normas de
antipolución.
- Inyeccion multipunto: Hay un inyector por cilindro, pudiendo ser del tipo
"inyección directa o indirecta". Es la que se usa en vehículos de media y alta
cilindrada, con antipolución o sin ella.
a) b)
Inyectores
Combustible
Combustible
Aire
Inyector
Aire
Figura 27. Tipos de inyección de los motores Otto: multipunto (a) y monopunto (b).
El combustible del depósito es aspirado por una bomba accionada mediante
un motor eléctrico, y enviado a una tubería de presión donde se conectan los
inyectores.
42

Cada inyector cierra el orificio calibrado (tobera) de salida del combustible al
conducto de admisión, desplazando una aguja mediante un electroimán,
activado desde el microprocesador.
Cuanto menor es el diámetro de la tobera y mayor la presión de trabajo más
finamente pulverizado sale el combustible.
Alimentación a través de
un tamiz filtrante
Terminal
eléctrico
Bobinado
electromagnético
Muelle de
compresión
Aguja del inyector con
inducido electromagnético
Taladro de salida
Figura 28. Elementos de un inyector electrónico de gasolina.
El instante de la inyección lo determina el distribuidor de encendido y el
volumen de combustible inyectado, lo calcula el microprocesador en función de
la información de los sensores.
Normalmente se utilizan cuatro sensores de control:
- Sensor de presión en el colector de admisión
- Sensor de temperatura del motor
- Sensor de temperatura del aire de admisión
- Sensor de presión de alto régimen de revoluciones para inyección
suplementaria en el “reprise”.
Para el arranque en frío, sobre el colector de admisión se monta una
electroválvula que permite la inyección en el conducto de una cantidad de
combustible que enriquece la mezcla en función de la temperatura del agua de
refrigeración y de la temperatura del aire de aspiración.
3.6.1.4. Ignición de la mezcla
Al final de la compresión salta una chispa entre los electrodos de una bujía
que produce la ignición del fluido. La chispa salta antes de que el pistón llegue
al P.M.S., con un adelanto del encendido (A.E.), para que cuando la presión
llegue a su máximo valor, el pistón empiece a descender y toda la carrera sea
de trabajo. En el instante necesario una corriente de alta tensión llega al
43

electrodo central de la bujía con su extremo dentro de la cámara de combustión
y aislado mediante porcelana del cuerpo metálico que lo une a la culata
(conectado a masa).
Figura 29. Elementos del sistema eléctrico para la ignición de motores de gasolina.
La alta tensión (del orden de 10000 V) que hace que se produzca un arco
voltaico entre el electrodo central y el electrodo lateral, la proporciona un
transformador alimentado por la corriente de baja tensión y alta intensidad
mediante un interruptor, denominado ruptor. Las espiras del primario y del
secundario se montan en el interior de un contenedor denominado bobina. Para
evitar que la corriente de ruptura que aparece en los contactos del ruptor
termine quemándolos se coloca en paralelo un condensador.
Figura 30. Elementos del distribuidor de corriente de un motor Otto.
44

En los motores de varios cilindros, se usa un distribuidor para llevar la
corriente de alta tensión a las bujías, que mediante un conductor giratorio, toma
la corriente del eje de giro y en su rotación la transmite a los contactos a los
que llegan los cables de las distintas bujías. La leva que abre y cierra el ruptor
tiene tantos salientes como cilindros el motor.
3.6.2. Alimentación de los motores de ciclo diesel
La alimentación de los motores Diesel se realiza introduciendo por separado
en el interior de los cilindros el aire y el combustible. El aire se introduce en la
admisión, y el combustible se pulveriza finamente y se mezcla con él en la
cámara de combustión, al finalizar la carrera de compresión. Al comprimir el
aire alcanza la temperatura adecuada para la autoinflamación del combustible
suministrado por un inyector.
3.6.2.1. Circuito de baja presión
El circuito que se utiliza en los motores de ciclo Diesel para llevar el
combustible desde el depósito hasta el interior de la bomba de inyección se
denomina circuito de baja presión. Su funcionamiento es semejante al de los
motores de ciclo Otto desde el depósito hasta la cuba del carburador.
Inyectores
Depósito del
combustible
Bomba de
inyección
Filtro del combustible Bomba de alimentación
▬Circuito de baja presión
▬▬ Circuito de alta presión
Figura 31. Circuito de alimentación de de los motores de ciclo Diesel.
3.6.2.2. Circuito de alta presión
Este circuito recibe el combustible a la presión tarada en la válvula
reguladora de presión del circuito de alimentación, está formado por una
bomba de inyección.
45

Debido a la gran precisión de funcionamiento y a los ajustes entre los
elementos de la bomba de inyección y de los inyectores, es necesario un
filtrado más exhaustivo del combustible, que se realiza en tres fases:
- Un filtrado grosero situado a la salida del depósito, en la aspiración de la
bomba de alimentación de combustible.
- Un segundo filtro más fino situado a la salida.
- Un filtro principal que elimina el resto de partículas por minúsculas que sean.
El filtro principal debe tener una gran superficie de filtrado y un reducido
volumen y ser de fácil limpieza.
La bomba de inyección transforma la energía mecánica del motor en presión
del combustible y lo envía a los inyectores en la cantidad justa y en el instante
adecuado.
Las bombas de inyección deben adaptar automáticamente el momento de la
inyección al régimen de giro del motor, pues el comienzo de la inyección debe
variar según la velocidad de giro del motor.
Cuanto mayor es la presión de inyección, menor es el tamaño de las gotas,
más corto el tiempo de combustión, menor la relación de combustión a presión
constante, más alto el rendimiento térmico y más suave y silencioso es el
motor.
Antiguamente las bombas de inyección eran de pistones en línea y
actualmente la mayoría de los motores Diesel utilizan bombas rotativas por sus
mejores prestaciones.
Mediante finas tuberías metálicas con diámetro interior de tan sólo dos
milímetros se envía el combustible a los inyectores.
Cada inyector va montado sobre un soporte o portainyector y en su interior
tiene una aguja sobre la que actúa un resorte, la cual cierra el orificio de salida
del líquido denominado tobera.
El combustible a alta presión en el interior del inyector desplaza la aguja
comprimiendo el resorte, saliendo por la tobera al interior del cilindro.
El tamaño de la tobera y la presión del combustible definen el tamaño de las
gotas que entran en el cilindro. La inyección en antecámara se hacía en una
cavidad tallada en la culata. La inyección directa introduce el gas-oil
directamente sobre el pistón, en cuya cabeza hay huecos que provocan
turbulencias en el aire que se comprime, mejorando y acelerando la
combustión, al optimizarse el proceso de mezcla de aire y combustible.
46

Tornillo de
regulación
Entrada del
gasoil
Muelle de
presión
Aguja
inyectora
Tobera
Varilla
Figura 32. Elementos de un inyector de gasoil.
Para facilitar el arranque en frío en los motores Diesel, se utilizan
resistencias eléctricas controladas mediante sensores de temperatura.
3.6.2.3. Bomba de inyección de pistones en línea
La bomba de inyección de pistones en línea aloja en su interior un árbol de
levas que gira accionado por el cigüeñal mediante engranajes. Cada leva
empuja y desplaza el vástago de un pistón a través de un empujador o
botador, provisto en su parte inferior de un rodillo. Mediante una cremallera
dentada accionada por el acelerador, se consigue girar el cilindro y el pistón de
impulsión.
Figura 33. Bomba de inyección de pistones en línea.
El pistón lleva una incisión vertical, una escotadura en forma de bisel y dos
orificios de llenado.
47

Figura 34. Elemento de una bomba de inyección en línea.
Cuando el pistón está en la parte más baja de su recorrido, el cilindro se
llena de combustible y al subir empujado por la leva impulsa el gasoil hacia el
inyector. Cuando el pistón baja empujado por el muelle se deja de enviar
gasoil, cerrándose la válvula antirretorno y deteniéndose la inyección
súbitamente.
El volumen de combustible inyectado varía haciendo pivotar el pistón para
que su escotadura coincida antes o después con uno de los orificios de llenado
del cilindro. Hay una posición del pistón en la que la ranura vertical coincide
con uno de los orificios de llenado del cilindro, que se aprovecha para detener
el motor.
a) b) c)
Figura 35. Funcionamiento del pistón de una bomba de inyección en línea: a) carga, b)
principio de inyección y c) fin de inyección.
En las bombas existen reguladores que efectúan el control de la velocidad
del motor, los cuales actúan bien por fuerza centrífuga o bien mediante el
vacío.
48

Palanca de mando
de la cremallera
Muelle Cremallera
Mando del
acelerador Contrapesos
Arbol de levas de
la bomba
Figura 36. Regulador de una bomba de inyección en línea.
3.6.2.4. Bomba de inyección rotativa
El gas-oil llega a la bomba de transferencia después de pasar por el filtro
impulsado por la bomba de alimentación. La bomba de transferencia aumenta
la presión mandando el gas-oil a la válvula dosificadora.
Figura 37. Bomba de inyección rotativa.
La válvula dosificadora, que se acciona mediante el mando del acelerador y
el regulador, abre más o menos el orifico de paso del gas-oil hacia el cabezal
hidráulico. Los pistones del cabezal hidráulico, se separan en función de la
presión del combustible que deja pasar la válvula dosificadora.
49

Mando del
acelerador
Cable del
acelerador
Muelle de
marcha lenta
Mando de
parada
Muelle del
regulador
Piñón del mando
del acelerador
Entrada del
combustible desde
la bomba de
transferencia
Válvula
dosificadora
Salida del
combustible
hacia el cabezal
hidráulico
Figura 38. Válvula dosificadora de una bomba de inyección rotativa.
La válvula dosificadora se puede mover:
- Hacia arriba, cerrando el conducto de salida de gas-oil al cabezal hidráulico
disminuyendo la cantidad inyectada y el régimen de giro del motor
- Hacia abajo, abriendo el conducto de salida y aumentando la cantidad
inyectada y el régimen de giro del motor.
Al girar el rotor dentro del anillo de levas, los rodillos son empujados
desplazando los pistones que comprimen el combustible que sale por la
perforación longitudinal del rotor en el momento que coincide con las salidas a
los inyectores.
Entrada desde la
válvula
dosificadora
Émbolos
Rodillos
Dedo distribuidor
Anillo de
levas
Levas
Salida hacia el
inyector
Figura 39. Funcionamiento de una bomba de inyección rotativa.
50

En los últimos años las bombas de inyección han variado al incorporar
sistemas de gestión electrónica (Fig. 40). El pistón distribuidor es solidario a un
plato de levas con igual número de levas al de cilindros del motor. El plato de
levas es movido en rotación por el eje de arrastre y se mantiene en apoyo
sobre el plato porta-rodillos mediante muelles de retroceso. La presión de
inyección es determinada por la forma de la leva del disco de levas. Además de
influir sobre la presión de inyección también lo hace sobre la duración de la
misma.
Unidad de control
electrónica
Electroválvula de
acción rápida
dosificación de
combustible
Sensor de
revoluciones
Bomba de
alimentación
Plato porta rodillos
Plato de levas
Dispositivo
variador de
avance a la
inyección
Pistón
Electroválvula de
control del variador
de avance
Figura 40. Bomba de inyección de pistón axial (Marca Bosch, modelo VP 29-30).
3.6.2.5. Alimentación «common rail»
El sistema «common rail» o por electroinyectores, consiste en un tubo de
distribución en el que está contenido el carburante enviado por una bomba de
paletas a alta muy alta presión (800-1250 atm).
Figura 41. Motor con sistema de alimentación «common rail» (Marca Volvo, modelo D5)
51

Desde el colector común se hacen conexiones mediante tubos de acero (de
2 mm) hasta el electroinyector que introduce el combustible en la cámara de
combustión. El electroinyector está constituido por una bobina que actúa sobre
una aguja, cuyo extremo abre y cierra una tobera con salida multipunto.
Figura 42. Esquema de un sistema de alimentación «common rail».
La duración de la corriente de excitación enviada al electroinyector, la
presión de trabajo y la sección de salida del combustible por la tobera permiten
controlar el volumen de combustible inyectado.
Figura 43. Inyector electrónico para alimentación «common rail».
Un microordenador controla la cantidad a inyectar y el instante de inicio de la
pulverización de combustible en cada cilindro.
52

Figura 44. Control electrónico de la alimentación «common rail».
3.7. Sistema de distribución
La distribución es el conjunto de elementos necesarios para regular la
entrada y salida de gases del cilindro de los motores de cuatro tiempos. Para
ello actúa abriendo y cerrando las válvulas en los tiempos de admisión y
escape de forma sincronizada con el giro del cigüeñal.
Los elementos que constituyen la distribución son los siguientes:
- Válvulas
- Levas
- Empujadores
- Balancines
- Elementos de regulación
Figura 45. Elementos de un sistema de distribución.
53

La válvula está compuesta por:
- Cabeza, sirve para cerrar el orificio de paso de los gases.
- Vástago o cola, sirve para guiar el movimiento y para transmitir a la cabeza
el empuje de la leva y la fuerza del muelle.
La estanqueidad se realiza, mediante una superficie tronco-cónica, tallada
en la periferia de la cabeza, que apoya sobre un asiento.
La válvula abre hacia el interior de la cámara de combustión, favoreciendo la
estanqueidad ya que la presión de los gases se opone a su apertura.
Figura 46. Posición de las válvulas sobre la cámara de combustión.
3.7.1. Sistemas de accionamiento de las válvulas
Los sistemas de accionamiento de las válvulas varían según su posición en
el motor y los elementos que sirven de enlace con las levas.
Los más empleados son:
- Sistema SV o de válvulas laterales, con las levas y válvulas situadas al lado
del cilindro.
- Sistema OHV (Over Head Valves) o de levas en bloque y válvulas en culata,
que es el sistema más generalizado.
- Sistema OHC (Over Head Cam) o de levas y válvulas en culata, que es el
medio más directo de transmitir el movimiento a las válvulas.
54

a) b) c)
Figura 47. Sistemas de accionamiento de las válvulas: a) sistema SV, b) sistema OHV y c)
sistema OHC.
- Sistema SV
Este sistema es muy sencillo, ya que emplea pocos elementos de
accionamiento y reduce los efectos de inercia producidos por el movimiento
alternativo de los empujadores. El sistema SV no se utiliza desde hace tiempo
ya que las válvulas no están colocadas en la culata sino en el bloque motor, lo
que provoca que la cámara de compresión tenga que ser mayor y el tamaño de
las cabezas de las válvulas se vea limitada.
Debido al excesivo volumen requerido en la cámara de combustión origina
bajas relaciones de compresión y poco rendimiento térmico, por lo que se
emplea poco en la actualidad.
- Sistema OHV
Se distingue por tener el árbol de levas en el bloque motor y las válvula
dispuestas en la culata. La ventaja de este sistema es que la transmisión de
movimiento del cigüeñal a el árbol de levas se hace directamente por medio de
dos piñones o con la interposición de un tercero, también se puede hacer por
medio de una cadena de corta longitud, por lo que necesita un mínimo
mantenimiento. La desventaja viene dada por el elevado numero de elementos
que componen este sistema lo que trae con el tiempo desgastes que provocan
fallos en la distribución (reglaje de taques).
55

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