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Fundamentos de operación
de motor a diesel.
Msc. Tec. Gunar Yana E
Fuente: entrenamiento para Mantenimiento de Motores Cummins
El origen del motor diesel guarda relación
con el señor Rudolf Diesel, quien
en el año 1892, inventó y luego patentó este motor. Su primera
aparición fue en la Feria Internacional de París en 1900,
y fue presentado
como el primer motor para biocombustibles;
fue diseñado para la combustión
de aceite de palma con un 100% de pureza.
Teoría Básica en Motores de
Combustión Interna
Un motor
Térmico es
una maquina
que
convierte la
energía
térmica , en
energía
mecánica.
Es un tipo de
maquina que
obtiene energía
mecánica
directamente
de la energía
química
producida por
un combustible
que arde dentro
de una cámara
de combustión,
la parte
principal de un
motor.
Los motores de combustión interna
según su funcionamiento pueden ser:
• Rotativos
• Alternativos
• Reacción
Motores de
Combustión Interna
Tipos de Motores
Motor Otto: Es el mas empleado en la actualidad y realiza la
transformación de energía calorífica en mecánica fácilmente
utilizable en cuatro fases.
Motor Diesel: En teoría, el ciclo Diesel difiere del ciclo Otto en que la
combustión tiene lugar a volumen constante en lugar de producirse
a presión constante.
Motor Wanquel: Este utiliza un rotor triangular lobular dentro de una
cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro
Motor de 4 tiempos
Motor Wanquel
Motor Radial
Diagramas de motores de combustión interna
Ciclo ideal de Otto
Ciclo ideal del Diesel
Motor Wanquel
Es necesario conocer la terminología
universalmente usada hoy para indicar
algunas dimensiones y valores
fundamentales:
Punto muerto superior (P.M.S.)
Punto Muerto Inferior (P.M.I.)
Diámetro (en ingles Bore)
Carrera (en ingles Stroke)
Volumen Total del cilindro (V1)
Volumen de la cámara de combustión (V2)
Volumen desalojado por el pistón o
cilindrada (V1-V2)
Relación Volumétrica de compresión l =
V1/V2
P.M.I.
P.M.S.
Carrera
V1
V2
D
Principio de funcionamiento
de un Motor Diesel
Un motor diesel funciona mediante la ignición del combustible al
ser inyectado en una cámara de combustión que contiene aire a una
temperatura superior a la temperatura de autocombustión, se
produce la combustión sin necesidad de chispa.
La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de
la presión que se produce en el segundo tiempo motor, la
compresión.
El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de
compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con
el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se
quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas
contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia
abajo.
La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar,
transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de
rotación.
Tiempos de un
motor a Diesel
Admisión
Primer Tiempo: Admisión
En este primer tiempo
el pistón efectúa su primera
carrera desde el P.M.S. al
P.M.I., aspirando aire de la
atmósfera debidamente
purificado a través del filtro
Del Múltiple de admisión
Al Múltiple de
Admisión ó
al Post-enfriador
Escape
Del Filtro
de aire
El Sistema de Admisión
Una
combustión
completa
depende de
la cantidad
de oxigeno
Eficiencia Volumétrica
Válvulas de
Admisión
Válvulas de
Escape
Compresión
Segundo Tiempo:
Compresión
En este segundo
tiempo y con las dos
válvulas completamente
cerradas el pistón
comprime el aire a gran
presión, quedando solo
aire alojado en la cámara
de combustión.
Sellado de la combustión
Pelicula
lubricante
Anillos
Proceso del Sistema de Compresión
Tiempo de compresión / inyección
Presión x Área =
Fuerza
Presión
Área
Fuerza
Tercer Tiempo: Trabajo,
explosión o combustión
Al final de la compresión
con el pistón en el PMS se
inyecta el combustible en el
interior del cilindro, en una
cantidad que es regulada
por la bomba de inyección.
Explosión
Fuerza
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Acción
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Calor - Combustión
Escape
Cuarto Tiempo: Escape
Durante este cuarto
tiempo se abre
instantáneamente la válvula
de escape, el pistón durante
su recorrido ascendente,
expulsa a la atmosfera los
gases remanentes
Traslape Valvular
La carrera de escape comienza
poco antes de qué el pistón llegue
al PMI, en ese instante las válvulas
de escape abren, esto para asegurar
qué los gases de la combustión
serán expulsados por completo y
eficazmente.
Principio de funcionamiento de un
Motor Diesel
Principales Sistemas
de un motor a Diesel.
Sistemas de un motor
Un motor diesel tiene cuatro sistemas que
son necesarios para sostener el movimiento
rotatorio y la vida útil del motor estos son:
• Sistema de Aire
• Sistema de Combustible
• Sistema de Refrigeración
• Sistema de Lubricación
Sistemas de Aire
Las funciones son
suministrar el oxígeno a los
cilindros para que el
combustible pueda quemarse
y sacar los gases gastados
dejados por la combustión.
El aire seco es compuesto
de nitrógeno
aproximadamente del 78% y
de oxígeno del 21 % sobre el
volumen. El nitrógeno es un
elemento inactivo y no sirve
ningún propósito útil pero este
hace calentar la compresión
con el oxígeno.
El sistema de aire tiene un
filtro por lo general se
localiza donde el aire entra en
la tubería y debe ser revisado
de vez en cuando para
mantener la restricción a un
mínimo, quitar el polvo y
otras partículas .
Filtro de aire: Retiene
impurezas del aire de
admisión
Sistemas de Aire: Componentes
Objetivos de un
turbocompresor son
(1) Llenar de más aire el
cilindro entonces más
combustible puede ser
quemado así aumenta la
potencia
(2) para compensar la presión
de aire en altitudes mayores
así el motor no pierde
energía. El turbocompresor
aumenta considerablemente
la eficiencia volumétrica.
Turbocargador:
Aprovecha la
energía de los
gases de
escape
Sistemas de Combustible
1.- Suministro de combustible limpio al resto del sistema donde
será regulado.
2.- Medición de la cantidad de combustible exacta que será
inyectado en toda las condiciones de velocidad y carga
3.- La sincronización de la inyección de combustible para que el
combustible sea quemado en el período óptimo del ciclo.
4.- Inyectar, atomizar, y distribuir el combustible en la cámara de
combustión
Sistemas de Inyección en motores Diesel y
su regulación
Componentes mecánicos principales de un Sistema de Inyección:
- Filtro de combustible.
- Bomba de alimentación de combustible.
- Bomba de inyección.
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Sistemas de Combustible:
Componentes
En el sistema de
combustible en la mayor
parte de sistemas de
gasoil, el combustible es
suministrado por una
bomba de tipo engranaje
de desplazamiento
positiva.
El periodo del
tiempo de inyección
esta determinado por la
configuración de la
excéntrica del lóbulo
de inyección en el
árbol de levas.
Sistemas de Combustible
Algunos motores usan el sistema de bomba múltiple. En este
sistema, combustible es suministrado a un alojamiento que
incorpora un grupo de bombas de presión altas. En este sistema,
el inyector no es manejado por el árbol de levas de motor. Las
funciones de medir, sincronizar, y controlar son realizadas dentro
del alojamiento de la bomba
Diagrama de flujo Cummins PT
Inyectores
Inyector: Atomiza el
combustible que entra
a la cámara de
combustión.
Sistemas de Combustible
1/3 de la energía caloríficas del combustible es
aprovechada para hacer el trabajo sobre los pistones. El resto
del calor que es generado sale al sistema de escape o
transferido a un líquido o el medio de aire y luego a la
atmósfera.
Sistemas de Refrigeración
Absorber el exceso de
calor del motor y
disiparlo a la atmósfera
es el trabajo del sistema
de refrigeración.
El quitar del calor impide
1.- La interrupción de la película de
aceite lubricante que separa partes
que rozan
2.-Que se debilite el metal por el
calor
La mayoría de los motores
utiliza líquido de enfriamiento y
tiene el molde de pasos de
refrigerante en el bloque, cabezas, y
algunas veces colectores de escapes.
Sistemas de Refrigeración
Los pistones transfieren un poco
del calor de combustión a paredes
de cilindro y un poco de ello al
aceite lubricante. El refrigerante
que se circula en las chaquetas de
agua absorbe la mayor parte de este
calor y lo lleva de distancia al
radiador donde este es transferido a
la atmósfera.
Ventilador de
enfriamiento:
Aumenta flujo y
velocidad del aire
que pasa a través
del radiador
Radiador: Dispersa el
calor del refrigerante
Sistemas de Refrigeración
Sistemas de Refrigeración
La mayoría de los
motores diesel usan un
enfriador de aceite especial
para reducir la temperatura
del aceite lubricante. El
enfriador del aceite es un
transformador de calor de
tipo de tubo- y- cáscara con
el refrigerante que pasa a
través de los tubos y recoger
el calor del aceite que pasa
por la cáscara.
Sistemas de Refrigeración
El refrigerante circula
todas partes del sistema
por la bomba de agua que
trabaja por la fuerza
centrífuga. La bomba
consigue su poder del
cigüeñal de motor y puede
ser engranaje conducido
por una banda.
La pureza del
refrigerante es un factor
muy importante para el
enfriamiento eficiente del
motor, El agua es el
principal componente del
refrigerante y usualmente
lleva a la formación de
escalas e impurezas
Sistemas de Lubricación
El aceite lubricante
es bombeado a través
de pasajes internos
en el bloque por la
bomba de aceite de
engranaje. El trabajo que debe
realizar el aceite es permitir
el deslizamiento entre
superficies de metal, para
ello debe poseer
propiedades para soportar
temperaturas extremas y
cargas sin fracturarse.
El sistema desempeña
básicamente
cuatro funciones:
Lubricar, Sellar,
Limpiar, Enfriar
partes en
movimiento.
La película de
aceite entre los aros
del pistón y la pared
del cilindro debe ser
lo suficiente delgada
y mantener la
viscosidad para
proveer el sellado,
así el pistón se
desplaza con mínimo
de fricción del fluido
Sistemas de Lubricación
Para cumplir la
función de limpieza el
aceite debe ser capaz
de mantener las
partículas sólidas en
suspensión, y así el
filtro de aceite pueda
retenerlas por más
tiempo
Aunque los sistemas están separados se afectan unos con otros
cuando realizan sus funciones. Considere por ejemplo, una fuga
en el sistema de admisión de aire, suficientes partículas de sucio
pueden entrar al cilindro eventualmente y hacer pequeñas rayas en
la pared del cilindro. Así se rompe el sellado de la combustión y
vapores de agua se mezclan con el aceite formando ácidos
corrosivos, además que afecta la perdida de presión en el cilindro
incrementando el consumo de combustible. Como una
consecuencia adicional, los gases de escape más caliente
sobrecargan el sistema de enfriamiento.
Principales componentes
de un motor a Diesel.
Para facilitar la comprensión de este tema hemos
distribuido los principales componentes de motor en 5
grupos diferentes.
1) Grupo del Block.
2) Grupo de la Cabeza de Cilindros.
3) Grupo de las Cubiertas
4) Grupo del Carter.
5) Grupo de los Accesorios.
Fundamentos de Operación del
Motor a Diesel.
1) Grupo del Block.
Monoblock del motor
Camisas de cilindros
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Cigüeñal
Árbol de levas
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Fundamentos de Operación del
Motor a Diesel.
2) Grupo de la Cabeza de Cilindros.
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Ensamble de la carcaza
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Cubierta de la carcaza
de balancines.
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escape
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3) Grupo de las cubiertas
Cubierta frontal de engranes.
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Cubierta trasera
Volante
Fundamentos de Operación del
Motor a Diesel.
4) Grupo del Carter.
Carter
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5) Grupo de los accesorios.
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Bomba de Aceite
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Compresor de Aire
Bomba se Combustible
Frenos de Motor
Turbocargador
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Válvula
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- Fundamentos de Motores Diesel-1.ppt

  • 1. Fundamentos de operación de motor a diesel. Msc. Tec. Gunar Yana E Fuente: entrenamiento para Mantenimiento de Motores Cummins
  • 2. El origen del motor diesel guarda relación con el señor Rudolf Diesel, quien en el año 1892, inventó y luego patentó este motor. Su primera aparición fue en la Feria Internacional de París en 1900, y fue presentado como el primer motor para biocombustibles; fue diseñado para la combustión de aceite de palma con un 100% de pureza.
  • 3. Teoría Básica en Motores de Combustión Interna Un motor Térmico es una maquina que convierte la energía térmica , en energía mecánica. Es un tipo de maquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Los motores de combustión interna según su funcionamiento pueden ser: • Rotativos • Alternativos • Reacción Motores de Combustión Interna
  • 4. Tipos de Motores Motor Otto: Es el mas empleado en la actualidad y realiza la transformación de energía calorífica en mecánica fácilmente utilizable en cuatro fases. Motor Diesel: En teoría, el ciclo Diesel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar a volumen constante en lugar de producirse a presión constante. Motor Wanquel: Este utiliza un rotor triangular lobular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro Motor de 4 tiempos Motor Wanquel Motor Radial
  • 5. Diagramas de motores de combustión interna Ciclo ideal de Otto Ciclo ideal del Diesel
  • 7. Es necesario conocer la terminología universalmente usada hoy para indicar algunas dimensiones y valores fundamentales: Punto muerto superior (P.M.S.) Punto Muerto Inferior (P.M.I.) Diámetro (en ingles Bore) Carrera (en ingles Stroke) Volumen Total del cilindro (V1) Volumen de la cámara de combustión (V2) Volumen desalojado por el pistón o cilindrada (V1-V2) Relación Volumétrica de compresión l = V1/V2 P.M.I. P.M.S. Carrera V1 V2 D
  • 8. Principio de funcionamiento de un Motor Diesel Un motor diesel funciona mediante la ignición del combustible al ser inyectado en una cámara de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombustión, se produce la combustión sin necesidad de chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación.
  • 10. Admisión Primer Tiempo: Admisión En este primer tiempo el pistón efectúa su primera carrera desde el P.M.S. al P.M.I., aspirando aire de la atmósfera debidamente purificado a través del filtro
  • 11. Del Múltiple de admisión Al Múltiple de Admisión ó al Post-enfriador Escape Del Filtro de aire El Sistema de Admisión Una combustión completa depende de la cantidad de oxigeno Eficiencia Volumétrica
  • 13. Compresión Segundo Tiempo: Compresión En este segundo tiempo y con las dos válvulas completamente cerradas el pistón comprime el aire a gran presión, quedando solo aire alojado en la cámara de combustión.
  • 14. Sellado de la combustión Pelicula lubricante Anillos Proceso del Sistema de Compresión
  • 15. Tiempo de compresión / inyección
  • 16. Presión x Área = Fuerza Presión Área Fuerza Tercer Tiempo: Trabajo, explosión o combustión Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro, en una cantidad que es regulada por la bomba de inyección. Explosión
  • 17. Fuerza Calor Generado por la compresión Reacción Química Acción Mecánica Termodinámica Calor - Combustión
  • 18. Escape Cuarto Tiempo: Escape Durante este cuarto tiempo se abre instantáneamente la válvula de escape, el pistón durante su recorrido ascendente, expulsa a la atmosfera los gases remanentes
  • 19. Traslape Valvular La carrera de escape comienza poco antes de qué el pistón llegue al PMI, en ese instante las válvulas de escape abren, esto para asegurar qué los gases de la combustión serán expulsados por completo y eficazmente.
  • 20. Principio de funcionamiento de un Motor Diesel
  • 21. Principales Sistemas de un motor a Diesel.
  • 22. Sistemas de un motor Un motor diesel tiene cuatro sistemas que son necesarios para sostener el movimiento rotatorio y la vida útil del motor estos son: • Sistema de Aire • Sistema de Combustible • Sistema de Refrigeración • Sistema de Lubricación
  • 23. Sistemas de Aire Las funciones son suministrar el oxígeno a los cilindros para que el combustible pueda quemarse y sacar los gases gastados dejados por la combustión. El aire seco es compuesto de nitrógeno aproximadamente del 78% y de oxígeno del 21 % sobre el volumen. El nitrógeno es un elemento inactivo y no sirve ningún propósito útil pero este hace calentar la compresión con el oxígeno. El sistema de aire tiene un filtro por lo general se localiza donde el aire entra en la tubería y debe ser revisado de vez en cuando para mantener la restricción a un mínimo, quitar el polvo y otras partículas . Filtro de aire: Retiene impurezas del aire de admisión
  • 24. Sistemas de Aire: Componentes Objetivos de un turbocompresor son (1) Llenar de más aire el cilindro entonces más combustible puede ser quemado así aumenta la potencia (2) para compensar la presión de aire en altitudes mayores así el motor no pierde energía. El turbocompresor aumenta considerablemente la eficiencia volumétrica. Turbocargador: Aprovecha la energía de los gases de escape
  • 25. Sistemas de Combustible 1.- Suministro de combustible limpio al resto del sistema donde será regulado. 2.- Medición de la cantidad de combustible exacta que será inyectado en toda las condiciones de velocidad y carga 3.- La sincronización de la inyección de combustible para que el combustible sea quemado en el período óptimo del ciclo. 4.- Inyectar, atomizar, y distribuir el combustible en la cámara de combustión
  • 26. Sistemas de Inyección en motores Diesel y su regulación Componentes mecánicos principales de un Sistema de Inyección: - Filtro de combustible. - Bomba de alimentación de combustible. - Bomba de inyección. - Inyector. - Porta-inyector. - Regulador.
  • 27. Sistemas de Combustible: Componentes En el sistema de combustible en la mayor parte de sistemas de gasoil, el combustible es suministrado por una bomba de tipo engranaje de desplazamiento positiva. El periodo del tiempo de inyección esta determinado por la configuración de la excéntrica del lóbulo de inyección en el árbol de levas.
  • 28. Sistemas de Combustible Algunos motores usan el sistema de bomba múltiple. En este sistema, combustible es suministrado a un alojamiento que incorpora un grupo de bombas de presión altas. En este sistema, el inyector no es manejado por el árbol de levas de motor. Las funciones de medir, sincronizar, y controlar son realizadas dentro del alojamiento de la bomba
  • 29. Diagrama de flujo Cummins PT Inyectores Inyector: Atomiza el combustible que entra a la cámara de combustión.
  • 30. Sistemas de Combustible 1/3 de la energía caloríficas del combustible es aprovechada para hacer el trabajo sobre los pistones. El resto del calor que es generado sale al sistema de escape o transferido a un líquido o el medio de aire y luego a la atmósfera.
  • 31. Sistemas de Refrigeración Absorber el exceso de calor del motor y disiparlo a la atmósfera es el trabajo del sistema de refrigeración. El quitar del calor impide 1.- La interrupción de la película de aceite lubricante que separa partes que rozan 2.-Que se debilite el metal por el calor
  • 32. La mayoría de los motores utiliza líquido de enfriamiento y tiene el molde de pasos de refrigerante en el bloque, cabezas, y algunas veces colectores de escapes. Sistemas de Refrigeración Los pistones transfieren un poco del calor de combustión a paredes de cilindro y un poco de ello al aceite lubricante. El refrigerante que se circula en las chaquetas de agua absorbe la mayor parte de este calor y lo lleva de distancia al radiador donde este es transferido a la atmósfera.
  • 33. Ventilador de enfriamiento: Aumenta flujo y velocidad del aire que pasa a través del radiador Radiador: Dispersa el calor del refrigerante Sistemas de Refrigeración
  • 34. Sistemas de Refrigeración La mayoría de los motores diesel usan un enfriador de aceite especial para reducir la temperatura del aceite lubricante. El enfriador del aceite es un transformador de calor de tipo de tubo- y- cáscara con el refrigerante que pasa a través de los tubos y recoger el calor del aceite que pasa por la cáscara.
  • 35. Sistemas de Refrigeración El refrigerante circula todas partes del sistema por la bomba de agua que trabaja por la fuerza centrífuga. La bomba consigue su poder del cigüeñal de motor y puede ser engranaje conducido por una banda. La pureza del refrigerante es un factor muy importante para el enfriamiento eficiente del motor, El agua es el principal componente del refrigerante y usualmente lleva a la formación de escalas e impurezas
  • 36. Sistemas de Lubricación El aceite lubricante es bombeado a través de pasajes internos en el bloque por la bomba de aceite de engranaje. El trabajo que debe realizar el aceite es permitir el deslizamiento entre superficies de metal, para ello debe poseer propiedades para soportar temperaturas extremas y cargas sin fracturarse. El sistema desempeña básicamente cuatro funciones: Lubricar, Sellar, Limpiar, Enfriar partes en movimiento.
  • 37. La película de aceite entre los aros del pistón y la pared del cilindro debe ser lo suficiente delgada y mantener la viscosidad para proveer el sellado, así el pistón se desplaza con mínimo de fricción del fluido Sistemas de Lubricación Para cumplir la función de limpieza el aceite debe ser capaz de mantener las partículas sólidas en suspensión, y así el filtro de aceite pueda retenerlas por más tiempo
  • 38. Aunque los sistemas están separados se afectan unos con otros cuando realizan sus funciones. Considere por ejemplo, una fuga en el sistema de admisión de aire, suficientes partículas de sucio pueden entrar al cilindro eventualmente y hacer pequeñas rayas en la pared del cilindro. Así se rompe el sellado de la combustión y vapores de agua se mezclan con el aceite formando ácidos corrosivos, además que afecta la perdida de presión en el cilindro incrementando el consumo de combustible. Como una consecuencia adicional, los gases de escape más caliente sobrecargan el sistema de enfriamiento.
  • 39. Principales componentes de un motor a Diesel. Para facilitar la comprensión de este tema hemos distribuido los principales componentes de motor en 5 grupos diferentes. 1) Grupo del Block. 2) Grupo de la Cabeza de Cilindros. 3) Grupo de las Cubiertas 4) Grupo del Carter. 5) Grupo de los Accesorios. Fundamentos de Operación del Motor a Diesel.
  • 40. 1) Grupo del Block. Monoblock del motor Camisas de cilindros Pistones y anillos Bielas de pistón Cigüeñal Árbol de levas Seguidores de levas Fundamentos de Operación del Motor a Diesel. 2) Grupo de la Cabeza de Cilindros. Cabeza de cilindros Válvulas Los inyectores Ensamble de la carcaza de balancines. Cubierta de la carcaza de balancines. Multiples de admisión y escape Pares de cada Grupo.
  • 41. 3) Grupo de las cubiertas Cubierta frontal de engranes. Amortiguador de vibraciones. Carcasa del volante Cubierta trasera Volante Fundamentos de Operación del Motor a Diesel. 4) Grupo del Carter. Carter Ensamble de la tubería de succión Empaques 5) Grupo de los accesorios. Bomba. De Agua. Ventilador. Bomba de Aceite Ensamble del filtro enfriador de aceite Compresor de Aire Bomba se Combustible Frenos de Motor Turbocargador
  • 42. Partes y piezas Fundamentales Cigüeñal Amortiguador de vibraciones o Dámper: Absorbe vibraciones torsionales del cigüeñal.
  • 43. Tipos de accionamiento de válvulas (1)Regulación por varilla de empuje, (2)Regulación por ciclo oscilante, (3)Regulación por balancín, (4) regulación por empujadores planos Válvula Árbol de Levas
  • 44. Bandas: Medio de transmisión de movimientos por poleas Soporte del motor: Soporta y absorbe vibraciones del motor