UNIDAD 1. GENERALIDADES DE LA MAQUINARIA PESADA
MAQUINARIA PESADA Y MOVIMIENTO DE TIERRA.
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ANTOLOGÍA.
“INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE
CINTALAPA”
MAQUINARIA PESADA Y MOVIMIENTO DE TIERRA.
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Funcionamiento y partes de un motor diesel y un motor de gasolina, Esquemas y mapas conceptuales de Ingeniería
Una detallada descripción de los motores diesel y de gasolina, incluyendo sus partes, funcionamiento y diferencias entre ambos. Se explica el torque y la potencia, el bloque, la culata, la bomba de agua, el filtro de aire, el carburador, el distribuidor, el motor de arranque, el sistema de refrigeración, el sistema de enfriamiento cerrado, el anticongelante, el mantenimiento y el mantenimiento del motor de arranque, el mantenimiento de las piezas del motor, el diferencial, los circuitos del motor, el mantenimiento de los componentes electrónicos, las cadenas de orugas y mucho más.
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
2023/2024
1 / 51
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ANTOLOGÍA.
“INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE
CINTALAPA”
MAQUINARIA PESADA Y MOVIMIENTO DE TIERRA.
Introducción.
El término maquinaria es de origen latino y hace referencia a todo lo que permite llevar
adelante una determinada tarea, según el área en la que se esté trabajando. Antiguamente,
el término era empleado para mencionar a todo arte que enseñaba las distintas etapas de
la fabricación de las máquinas. En la actualidad, maquinaria no solo comprende a las
máquinas en sí sino también a las piezas u otros elementos que formen parte de esa
ejecución mayor. Es decir, que la combinación de piezas, máquinas, accesorios, novedades
técnicas, todo eso da como resultado la maquinaria propiamente dicha.
No es casual, entonces, que a la maquinaria se la clasifique por el ambiente en el que se la
utiliza. Las máquinas que forman parte de la gran maquinaria también están constituidas
por un conjunto de elementos, que en este caso se agrupan con una función determinada
para que todo se ejecute a la perfección. Las máquinas presentan distintas variedades,
aunque todas tienen como finalidad la de guiar una forma de energía con el propósito de
que aumente la producción, el nivel de trabajo. Su función es la de transformar la energía,
a partir del motor, que es la fuente de la cual dicha energía es tomada para que el trabajo
en cuestión pueda seguir su camino. En cuanto a la clasificación de las máquinas
integradoras de distintos tipos de maquinarias, los parámetros no son muy claros. Por un
lado, se ha convenido en clasificar a las máquinas según los tipos de motor es que poseen,
según su mecanismo (es decir, su conjunto de elementos de índole mecánico) o según el
bastidor, encargado de soportar el peso del motor y del mecanismo. También se las clasifica
por su utilidad, de ahí que haya máquinas compresoras, embaladoras y taladradoras. La
maquinaria taladradora, por ejemplo, a su vez comprende distintos tipos de máquinas que
van desde aquellas que son más simpleza aquellas máquinas que presentan características
mucho más complejas. En el caso de las simples, estas son menos sofisticadas y poseen un
solo eje destinado a la portación de herramientas.
FUENTES DE ENERGÍA
Rudolf Diesel desarrolló la idea del motor diesel y obtuvo la patente alemana en 1892. Su
logro era crear un motor con alta eficiencia. Los motores a gasolina fueron inventados en
1876 y, específicamente en esa época, no eran muy eficientes.
Las diferencias principales entre el motor a gasolina y el Diesel son: Un motor a gasolina
aspira una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un
motor diesel sólo aspira aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire
comprimido. EL calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente.
Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a
gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime a un
porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia.
Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustible diesel
es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan
carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre
al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la
válvula de aspiración (fuera del cilindro).Observe que el motor diesel no tiene bujía, toma
el aire y lo comprime, después inyecta el combustible directamente en la cámara de
combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido lo que enciende el
combustible en un motor diesel. En esta animación simplificada, el aparato verde pegado
al lado izquierdo del cilindro es un inyector de combustible. De cualquier forma, el inyector
en un motor diesel es el componente más complejo y ha sido objeto de gran
experimentación en cualquier motor particular debe ser colocado en variedad de lugares.
El inyector debe ser capaz de resistir la temperatura y la presión dentro del cilindro y colocar
el combustible en un fino spray. Mantener el rocío circulando en el cilindro mucho tiempo,
es también un problema, así que muchos motores diesel de alta eficiencia utilizan válvulas
de inducción especiales, cámaras de pre combustión u otros dispositivos para mezclar el
aire en la cámara de combustión y para que por otra parte mejore el proceso de encendido
y combustión. Una gran diferencia entre un motor diesel y un motor a gasolina está en el
proceso de inyección.
El combustible diesel tiene una densidad de energía más alta que la gasolina. En promedio,
un galón de combustible diesel (3875 L.) contiene aproximadamente 147x106joules,
mientras que un galón de gasolina contiene 125x106joules. Esto, combinado con la
eficiencia mejorada de los motores diesel, explica por qué los motores diesel poseen mejor
kilometraje que el equivalente en gasolina.
MOTOR DIESEL FRENTE A MOTOR DE GASOLINA
MOTOR DIESEL MOTOR DE
GASOLINA
Consumo Menor consumo. Mayor consumo.
Combustible Gasóleo
(económico).
Gasolina (más
caro).
Precio inicial Mayor desembolso
inicial. Mecánica
más cara.
Más barato en
general.
Reparaciones Más caras. Más baratas.
Cambio de aceite 20000 Km. 10000 Km.
Contaminación Menor
contaminación.
Combustión limpia.
Mayor
contaminación.
Encendido No precisa
electricidad, más
fiable.
Por bujía.
Sobrealimentación Turbo
(generalmente).
Turbo
(generalmente).
Potencia Menor potencia a
igual cilindrada.
Mayor potencia a
igual cilindrada.
Par Motor Mayor par a igual
potencia.
Menor par a igual
potencia.
Peso Mayor peso al ser
más robusto.
Menor peso.
Ruido Más ruidoso. Menos ruidoso.
Relación de
compresión
Mayor (1:14:23). Menor (1:8:10).
Los motores diesel se caracterizan por las siguientes ventajas frente a los de gasolina:
Mecánica más robusta y fiable.
Régimen de giro menor que los motores de gasolina. por lo que son más duraderos.
Menor consumo de combustible, lo que redunda en una mayor autonomía.
Combustible más barato, ya que el gasóleo se refina más fácilmente que la gasolina.
Mayor seguridad en caso de colisión, ya que el gasoil no explota como la gasolina.
Componentes técnicamente más sencillos, excepto el sistema de inyección.
Equipo de arranque eléctrico más simple, lo disminuye el riesgo de averías.
Los motores turboalimentados aumentan apreciablemente su potencia, mejorando la
combustión, por lo que son menos contaminantes.
Las emisiones de un motor Diesel son tres veces menos dañinas que las que debidas a
los motores de gasolina.
Aunque también presentan los siguientes inconvenientes:
Son mucho más ruidosos.
Emiten una apreciable cantidad de humos.
Al requerir un motor de arranque más potente, la batería debe proporcionar mayor
corriente lo que supone un mayor peso del equipo de arranque.
Los motores diesel son más caros que los de gasolina, al igual que las reparaciones.
Los gastos de mantenimiento y las piezas de repuestos son más caros en general.
CIGÜEÑAL
Es el componente mecánico que cambia el
movimiento alternativo en movimiento
rotativo. Esta montado en el bloque en los
cojinetes principales los cuales están
lubricados.
El cigüeñal se puede considerar como una
serie de pequeñas manivelas, una por cada
pistón. El radio del cigüeñal determina la
distancia que la biela y el pistón puede
moverse. Dos veces este radio es la carrera
del pistón.
Podemos distinguir las siguientes partes:
· Muñequillas de apoyo o de bancada.
· Muñequillas de bielas.
· Manivelas y contrapesos.
· Platos y engranajes de mando.
· Taladros de engrase.
Una muñequilla es la parte de un eje que gira en un cojinete.
Las muñequillas de bancada ocupan la línea axial del eje y se apoyan en los cojinetes de
bancada del bloque. Las muñequillas de biela son excéntricas con respecto al eje del
cigüeñal. Van entre los contrapesos y su excentricidad e igual a la mitad de la carrera del
pistón. Por cada muñequilla de biela hay dos manivelas.
Los motores en V llevan dos bielas en cada muñequilla.
En un extremo lleva forjado y mecanizado en el mismo cigüeñal el plato de anclaje del
volante y en el otro extremo va el engranaje de distribución que puede formar una sola
pieza con él o haber sido mecanizado por separado y montado luego con una prensa.
Algunos cigüeñales llevan un engranaje de distribución en cada extremo para mover los
trenes de engranajes de la distribución.
Otra particularidad del cigüeñal es una serie de taladros de engrase. Tiene practicados los
taladros, para que pase el aceite desde las muñequillas de biela a las de bancada. Como al
taladrar quedan esos orificios en los contrapesos, se cierran con tapones, que se pueden
quitar para limpiar dichos conductos.
CULATA
Es el elemento del motor que cierra los
cilindros por la parte superior. Pueden ser
de fundición de hierro o aluminio. Sirve de
soporte para otros elementos del motor
como son: Válvulas, balancines, inyectores,
etc. Lleva los orificios de los tornillos de
apriete entre la culata y el bloque, además
de los de entrada de aire por las válvulas de
admisión, salida de gases por las válvulas de
SEGMENTOS
Son piezas circulares metálicas, auto tensadas, que se montan en las ranuras de los pistones para servir de cierre hermético móvil entre la cámara de combustión y el cárter del cigüeñal. Dicho cierre lo hacen entre las paredes de las camisas y los pistones, de forma que los conjuntos de pistón y biela conviertan la expansión de los gases de combustión en trabajo útil para hacer girar el cigüeñal. El pistón no toca las paredes de los cilindros. Este efecto de cierre debe darse en condiciones variables de velocidad y aceleración. Los segmentos impiden que se produzca una pérdida excesiva de aceite al pasar a la cámara de combustión, a la vez que dejan en las paredes de la camisa una fina capa de aceite para lubricar. Por tanto los segmentos realizan tres funciones:
· Cierran herméticamente la cámara de combustión. · Sirven de control para la película de aceite existente en las paredes de la camisa. · Contribuye a la disipación de calor, para que pase del pistón a la camisa.
BIELAS Las bielas son las que conectan el pistón y el cigüeñal, transmitiendo la fuerza de uno al otro. Tienen dos casquillos para poder girar libremente alrededor del cigüeñal y del bulón que las conecta al pistón. La biela debe absorber las fuerzas dinámicas necesarias para poner el pistón en movimiento y pararlo al principio y final de cada carrera. Asimismo la biela transmite la fuerza generada en la carrera de explosión al cigüeñal.
COJINETES
Se puede definir como un apoyo para una muñequilla. Debe ser lo suficientemente robusto para resistir los esfuerzos a que estará sometido en la carrera de explosión. Los cojinetes de bancada van lubricados a presión y llevan un orificio en su mitad superior, por el que se efectúa el suministro de aceite procedente de un conducto de lubricación del bloque.
Lleva una ranura que sirve para repartir el aceite mejor y más rápidamente por la superficie de trabajo del cojinete. También llevan unas lengüetas que encajan en las ranuras correspondientes del bloque las tapas de los cojinetes. Dichas lengüetas alinean los cojinetes e impiden que se corran hacia adelante o hacia atrás por efectos de las fuerzas de empuje creadas. La mitad inferior correspondiente a la tapa es lisa. Además de los de bancada, todos los motores llevan un cojinete de empuje que evita el juego axial en los extremos del cigüeñal. Otro tipo de cojinete es el usado en los ejes compensadores; es de forma de casquillo, de una sola pieza. El orificio de aceite coincide con el conducto de lubricación del bloque.
VÁLVULAS
Las válvulas abren y cierran las lumbreras de admisión y escape en el momento oportuno de cada ciclo. La de admisión suele ser de mayor tamaño que la de escape. En una válvula hay que distinguir las siguientes partes:
· Pie de válvula. · Vástago. · Cabeza.
La parte de la cabeza que está rectificada y finamente esmerilada se llama cara y asienta sobre un inserto alojado en la culata. Este asiento también lleva un rectificado y esmerilado fino. El rectificado de la cara de la válvula y el asiento se hace a ángulos diferentes. La válvula siempre es rectificada a 3/4 de grado menos que el asiento. Esta diferencia o ángulo de interferencia equivale a que el contacto entre la cara y el asiento se haga sobre una línea fina, proporcionando árbol de levas de un motor diesel un cierre hermético en toda la periferia del asiento. Cuando se desgaste el asiento o la válvula por sus horas de trabajo, este ángulo de interferencia varía y la línea de contacto se hace más gruesa y, por tanto, su cierre es menos hermético. De aquí, que de vez en cuando haya que rectificar y esmerilar las válvulas y cambiar los asientos. Las válvulas se cierran por medio de resortes y se abren por empujadores accionados por el árbol de levas. La posición de la leva durante la
ENGRANAJES DE DISTRIBUCIÓN
Conduce los accesorios y mantienen la rotación del cigüeñal, árbol de levas, eje de leva de la bomba de inyección ejes compensadores en la relación correcta de desmultiplicación. El engranaje del cigüeñal es el engranaje motriz para todos los demás que componen el tren de distribución, por lo que deben de estar sincronizados entre si, de forma que coincidan las marcas que llevan cada uno de ellos.
BOMBA DE ACEITE
Está localizada en el fondo del motor en el cárter del aceite. Su misión es bombear aceite para lubricar cojinetes y partes móviles del motor. La bomba es mandada por u engranaje, desde el eje de levas hace circulas el aceite a través de pequeños conductos en el bloque. El flujo principal del aceite es para el cigüeñal, que tiene unos taladros que dirigen el lubricante a los cojinetes de biela y a los cojinetes principales. Aceite lubricante es también salpicado sobre las paredes del cilindro por debajo del pistón.
BOMBA DE AGUA
Es la encargada, en los motores refrigerados por líquido, de hacer circular el refrigerante a través del bloque del motor, culata, radiador etc. La circulación de refrigerante a través del radiador trasfiere el calor del motor al aire que circula entre las celdas del radiador. Un ventilador movido por el propio motor hace circular el aire a través del radiador.
ANTIVIBRADORES
En un motor se originan dos tipos de vibraciones, a consecuencia de las fuerzas creadas por la inercia de las piezas giratorias y de la fuerza desarrollada en la carrera de explosión. · Vibraciones verticales. · Vibraciones torsionales.
AMORTIGUADORES
En todos los motores se producen las vibraciones torsionales, por la torsión momentánea debida a la fuerza desarrollada en la carrera de explosión y su recuperación en el resto del ciclo. Aunque el volante se diseña con suficiente tamaño y masa, para que su inercia mantenga un giro uniforme, absorbiendo energía en los impulsos giratorios y devolviéndola en el resto del ciclo; no evita que el cigüeñal se retuerza en esos momentos de aceleración. Por ello se utiliza otro dispositivo en el otro extremo del cigüeñal, llamado amortiguador de vibración que tiene por objeto crear una fuerza torsión al igual y de sentido contrario a la que sufre en el instante de la explosión, para que sus efectos se anulen. Hay dos tipos de amortiguadores o dampers:
- El primero utiliza como material amortiguador el caucho. Los cambios de par del cigüeñal son absorbidos por él y la energía es disipada en forma de calor. Por ello, una manera de comprobar si funciona bien un dámper es notar si está más caliente que el resto de las piezas del motor que le rodean.
- El amortiguador tipo viscoso consta esencialmente de una corona pesada, alojada en una carcasa fijada a un extremo del cigüeñal, pudiéndose mover libremente dentro de ella al estar suspendida en un fluido (silicona). Esta corona tiende a oponerse a cualquier cambio súbito de velocidad, transmitiendo esta resistencia a través del fluido a la carcasa y por tanto al cigüeñal, contrarrestando o amortiguando la vibración torsional.
EJES COMPENSADORES
La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va colocada encima del bloque del motor. Su función es sellar la parte superior de los cilindros para evitar pérdidas de compresión y salida inapropiada de los gases de escape.
En la culata se encuentran situadas las válvulas de admisión y de escape, así como las bujías. Posee, además, dos conductos internos: uno conectado al múltiple de admisión (para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en la cámara de combustión del cilindro) y otro conectado al múltiple de escape (para permitir que los gases producidos por la combustión sean expulsados al medio ambiente). Posee, además, otros conductos que permiten la circulación de agua para su refresco..
La culata está firmemente unida al bloque del motor por medio de tornillos. Para garantizar un sellaje hermético con el bloque, se coloca entre ambas piezas metálicas una “junta de culata”, constituida por una lámina de material de amianto o cualquier otro material flexible que sea capaz de soportar, sin deteriorarse, las altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del motor.
EL BLOQUE
En el bloque están ubicados los cilindros con sus respectivas camisas, que son barrenos o cavidades practicadas en el mismo, por cuyo interior se desplazan los pistones. Estos últimos se consideran el corazón del motor.
La cantidad de cilindros que puede contener un motor es variable, así como la forma de su disposición en el bloque. Existen motores de uno o de varios cilindros, aunque la mayoría de los coches o automóviles utilizan motores con bloques de cuatro, cinco, seis, ocho y doce cilindros, incluyendo algunos coches pequeños que emplean sólo tres. El bloque del motor debe poseer rigidez, poco peso y poca dimensión, de acuerdo con la potencia que desarrolle.
COMPONENTES DE UN MOTOR DE GASOLINA (I)
Aunque desde la década de los años 80 del siglo pasado los fabricantes, sobre todo de automóviles, han introducido una serie de cambios y mejoras en los motores de gasolina, a continuación se exponen los componentes básicos que formaron y forman parte todavía en muchos casos o con algunas variantes, de un motor de explosión o gasolina:
1. Filtro de aire.- Su función es extraer el polvo y otras partículas para limpiar lo más posible el aire que recibe el carburador, antes que la mezcla aire-combustible pase al interior de la cámara de combustión de los cilindros del motor.
2. Carburador.- Mezcla el combustible con el aire en una proporción de 1:10000 para proporcionar al motor la energía necesaria para su funcionamiento. Esta mezcla la efectúa el carburador en el interior de un tubo con un estrechamiento practicado al efecto, donde se pulveriza la gasolina por efecto venturi. Una bomba mecánica, provista con un diafragma de goma o sintético, se encarga de bombear desde el tanque principal la gasolina para mantener siempre llena una pequeña cuba desde donde le llega el combustible al carburador.
En los coches actuales esa bomba de gasolina, en lugar de ser mecánica es eléctrica y se encuentra situada dentro del propio tanque principal de combustible. Para evitar que la cuba se rebose y pueda llegar a inundar de gasolina la cámara de combustión, existe en el interior de la cuba un flotador encargado de abrir la entrada del combustible cuando el nivel baja y cerrarla cuando alcanza el nivel máximo admisible.
El propio carburador permite regular la cantidad de mezcla aire-combustible que envía a la cámara de combustión del motor utilizando un mecanismo llamado mariposa. Por medio del acelerador de pie del coche, o el acelerador de mano en los motores estacionarios, se regula transitoriamente el mecanismo de la mariposa, lo que permite una mayor o menor entrada de aire al carburador. De esa forma se enriquece o empobrece la mezcla aire-combustible que entra en la cámara de combustión del motor, haciendo que el cigüeñal aumente o disminuya las revoluciones por minuto. Cuando la mezcla de aire- combustible es pobre, las revoluciones disminuyen y cuando es rica, aumentan.
Los motores más modernos y actuales no utilizan ya carburador, sino que emplean un nuevo tipo de dispositivo denominado “inyector de gasolina”. Este inyector se controla de forma electrónica para lograr que la pulverización de la gasolina en cada cilindro se realice en la cantidad realmente requerida en cada momento preciso, lográndose así un mayor aprovechamiento y optimización en el consumo del combustible.
Es necesario aclarar que los inyectores de gasolina no guardan ninguna relación con los inyectores o bomba de inyección que emplean los motores diesel, cuyo funcionamiento es completamente diferente. Inyector^ de gasolina.
3. Distribuidor o Delco.- Distribuye entre las bujías de todos los cilindros del motor las cargas de alto voltaje o tensión eléctrica provenientes de la bobina de encendido o ignición. El distribuidor está acoplado sincrónicamente con el cigüeñal del motor de forma tal que al rotar el contacto eléctrico que tiene en su interior, cada bujía recibe en el momento justo la carga eléctrica de alta tensión necesaria para provocar la chispa que enciende la mezcla aire-combustible dentro de la cámara de combustión de cada pistón. 4. Bomba de gasolina.- Extrae la gasolina del tanque de combustible para enviarla a la cuba del carburador cuando se presiona el “acelerador de pie” de un vehículo automotor o el “acelerador de mano” en un motor estacionario. Desde hace muchos años atrás se utilizan bombas mecánicas de