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Este documento proporciona una descripción detallada de los sistemas auxiliares que componen la maquinaria pesada, incluyendo el motor, los sistemas de enfriamiento, frenos, transmisión y lubricación. Se explora el funcionamiento de los motores de combustión interna, incluyendo los motores de gasolina y diésel, y se analizan las características de los neumáticos diagonales y radiales. Útil para estudiantes que buscan comprender los principios básicos de la mecánica de la maquinaria pesada.
Tipo: Apuntes
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tendencia mundial es lograr motores con el torque más alto posible en todas las revoluciones y principalmente se le conoce como “motor plano” Es común pensar que el torque es lo mismo que la potencia. Pero no es así: el torque mide las revoluciones por minuto y la potencia está más relacionada con la velocidad del vehículo. Toma en cuenta que el torque es parte de la potencia. Punto máximo de torque. Cada motor tiene un límite de revoluciones por minuto, el cual se relaciona directamente con lo que se conoce como punto máximo de torque, el cual se refiere a la fuerza máxima que puede hacer un motor para mover el cigüeñal y los pistones. No debemos confundir más revoluciones por minuto con un mejor rendimiento. Si las revoluciones superan el punto máximo de torque, la combustión no se hará de manera correcta y no se obtendrá mayor potencia, además de que el combustible se desperdiciará. Asimismo, si las revoluciones son bajas, el combustible no llegará a los pistones y, por ende, tendremos baja potencia.
Es indicadora de rapidez con que puede trabajar el motor. La potencia máxima es el mayor número obtenido de multiplicar el torque del motor por la velocidad de giro en que lo genero. POTENCIA= torque x velocidad angular La potencia se expresa en W (vatios) Debido que los motores usados en la industria automotriz, tiene muchos vatios se acostumbra usar kW (Kilovatio) 1kW = 1000 W Se llama torque máximo a la mayor cantidad de fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto número de revoluciones. Un motor con un torque máximo de 125 Nm @ 2500rpm significa que el motor es capaz de producir una fuerza de giro (técnicamente conocido como “momento” o “par” torsional) de hasta 125 newton metro cuando está acelerando al máximo y gira a 2500 revoluciones por minuto. La potencia (P) desarrollada por el par motor (T) viene dada por la siguiente expresión: P = T · ω Siendo (ω) la velocidad angular de giro (rad/s) del eje de transmisión o eje del cigüeñal. La potencia del motor se mide, según el Sistema Internacional de Unidades, en watios (W). En ocasiones es interesante conocer la potencia en función de las revoluciones por minutos (r.p.m.) a la que gira el motor en vez de la velocidad angular. En
efecto, si (n) son las revoluciones por minuto a la que gira el motor, entonces la potencia (P) se expresa como sigue, P = T · ω = T · n/ 60 / 2·π Que aproximadamente resulta, P = T · n/9, Dónde: P, es la potencia motor, en W; T, es el par motor, en N·m; N, son las revoluciones por minuto de giro del motor (r.p.m.). Pero también resulta útil conocer la potencia expresada en otras unidades de uso muy común, como son: HP y CV.
- HP (Horse Power): o caballo de potencia, es la unidad de medida de la potencia empleada en el sistema anglosajón de unidades, y se define como la potencia necesaria para levantar a la velocidad de 1 pie/minuto un peso de 32572 libras. Sus equivalencias con otros sistemas son las siguientes: - 1 HP = 745,69987 W - 1 HP = 1,0139 CV Por lo que la anterior expresión de la potencia ( P ) en función del par y las revoluciones del motor podría expresarse de la siguiente manera. PHP = T · n / 7120, Donde: PHP, es la potencia motor, expresada en HP; T, es el par motor, en N·m; N, son las revoluciones por minuto de giro del motor (r.p.m.). - CV (Caballo de Vapor): Unidad de medida que emplea unidades del sistema internacional, y se define como la potencia necesaria para levantar un peso de 75 Kgf. en un segundo, a un metro de altura. Y sus equivalencias con otros sistemas son las siguientes: - 1 CV = 735,49875 W - 1 CV = 0,9863 HP Y la potencia ( P ) en función del par y las revoluciones del motor quedaría de la siguiente manera: PCV = T · n / 7023, Donde: PCV, es la potencia motor, expresada en CV; T, es el par motor, en N·m; N, son las revoluciones por minuto de giro del motor (r.p.m.). Por último, y en el caso que el par motor (T) estuviera expresado en kgf·m, entonces la expresión anterior que proporciona la potencia del motor (P) se expresaría como: PCV = T · n / 716, Donde: PCV, es la potencia motor, expresada en CV; T, es el par motor, pero esta vez expresado en kgf·m; N, son las revoluciones por minuto de giro del motor (r.p.m.).
La energía no puede crearse ni destruirse, sino solamente transformarse. En el universo, es indispensable para iniciar, sostener o detener ciertos procesos, entre ellos el de la vida. Un sinfín de reacciones, sistemas y la totalidad de los seres vivientes requerimos de energía para existir, la cual obtenemos de diferentes orígenes: los alimentos (energía química), el sol (energía solar), el electromagnetismo (energía electromagnética), etc., liberando a cambio otras formas de energía, como la calórica, la cinética, etc. Clasificación de las fuentes de energía Además de poder clasificar las diferentes fuentes de energía en limpias o contaminantes , basándonos en el grado de gases que expulsan al aire, podemos clasificarlas según su procedencia. En este caso, las clasificaremos por un lado como energías renovables y por otro como no renovables. RENOVABLES 1- ENERGIA HIDRICA Es obtenida por un cuerpo de agua y se aprovecha por desniveles. Es una fuente de energía renovable y supone el 7% del consumo mundial de energía primaria. Tanto que puede tener ventajas como desventajas como lo son las que mostrare: VENTAJAS -Es renovable -Es barata y fácil de obtener -Es una forma de energía limpia -A la larga resulta económica DESVENTAJAS -El elevado costo de la construcción de las centrales, así como los costos secundarios de las inundaciones de terreno fértil para construir una empresa.
-La alteración de los ecosistemas fluviales río abajo, pues el agua que sale de la planta carece de sedimentos. -Las temperaturas extremas de sequía y fenómenos -El impacto ambiental de las grandes instalaciones en ríos y lagos 2- ENERGIA EOLICA Es proveniente del viento, por el movimiento de aspas de molinos de viento, suelen ser más grandes. Los parques eólicos construidos en la tierra representan una fuente de energía cada vez más barata y competitiva. Es incluso más barata en muchas regiones que otras fuentes de energía convencionales. VENTAJAS -Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos debidos a la energía que llega a la tierra procedente al sol. -Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines como puede ser en zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas o muy empinadas para ser cultivables. -Su instalación es rápida, entre 4 y 9 meses Puede convivir con otros usos del suelo tanto como, prados para uso ganadero o cultivos bajos como trigo, mía, patatas, remolachas, etc. DESVENTAJAS -Cuyo caso no podemos almacenar la energía no hay algo el cual sea lo suficiente para guardar esa energía pueden llegar apagones y para poder evitarlos necesitamos otro recurso de energía como de (centrales hidroeléctricas reversibles) -Tiene una limitación ya que si está generando al máximo de su potencia pero si la velocidad del viento sobrepasa es necesario desconectarlo de la red o dejan que las aspas dejen de girar.
-Es económico: No requiere de materia prima constante, ni depende de un mercado internacional de insumos. -Es ecológica: No da grandes desechos al medio ambiente. Generan otro tipo de energía la cual es quema de combustibles fósiles. DESVENTAJAS -Deterioro del paisaje: La instalación de las plantas suele tener un costo en términos de paisaje. -Contaminación indirecta: El agua extraída del subsuelo puede estar acompañada de sustancias contaminantes. -Requiere de condiciones especiales: No puede hacerse en cualquier lugar, si no en zonas volcánicas. 5-ENERGIA MARITIMA Es obtenida por el movimiento de subidas y bajadas del agua del mar. Genera electricidad la cual alimenta las casas, el transporte y la industria. VENTAJAS -Es un recurso renovable y dentro de un estándar, es constante en producción de energía. -No es contaminante, con referencia a que no contribuya a las emisiones de gases de efecto invernadero. -Es silenciosa y por sus características no se ubica en zonas pobladas. DESVENTAJAS -La mayoría de países no tienen una legislación adecuada y pertinente que proponga una regulación específica para las centrales energéticas marinas.
-Es una energía relativamente nuevo y los estudios de sus impactos acumulativos sobre los ecosistemas se ubican no han sido estudiados a la perfección. -Hay que tener en cuenta que las construcciones no difieren tanto en coste como de otras de carácter renovable utilizadas en superficie. 6-ENERGIA DE ONDAS Consiste en el movimiento ondulatorio de masas de agua por el efecto de viento. Hay distintos fenómenos de la naturaleza, a veces de manera dramática, como el caso de las ondas sísmicas que generan los terremotos. VENTAJAS -La operación y el mantenimiento son muy bajos. -No requiere ningún tipo de combustible -Es fuente de energía renovable -Es libre de contaminantes DESVENTAJAS -Requieren una gran inversión inicial -Se debe complementar este método para poder convertir energía con otros. -Los lugares donde existe mayor radiación, son lugares desérticos y alejados. NO RENOVABLES 1-CARBON
Suele encontrarse regularmente sobre los yacimientos de petróleo, es como una capa que esta compuesta especialmente por gas metano. VENTAJAS -No necesita proceso. -Es el combustible fósil con menos impacto medioambiental, tanto en la etapa de extracción y transporte, en la fase de utilización. -Alto rendimiento energético. DESVENTAJAS -La instalación de conductos produce impactos ambientales. -Genera elementos químicos en la combustión que provocan contaminación. -No es una fuente energética renovable. 4-URANEO Es la que se libera espontanea o artificialmente en las relaciones nucleares. Este término engloba otro significado que es el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas. VENTAJAS -Generan aproximadamente un tercio de la energía eléctrica que se produce de la unión europea evitando así la emisión a la atmosfera.
-La aplicación de la tecnología nuclear a la medicina ha tenido importantes aportes. -En la agricultura, se pueden mencionar las técnicas radio isotópicas y de radiaciones, las cuales son usadas para crear productos con modificación genética. DESVENTAJAS -Su combustible es limitado. -Genera residuos radioactivos activos durante miles de años -Puede ocasionar graves catástrofes al medio ambiente en caso de accidentes. -Algunas de estas no están suficiente desarrolladas tecnológicamente. -Incrementa el efecto invernadero en la atmosfera de la tierra. Motor de gasolina Un motor de gasolina aspira una mezcla de gas la cual con ello se hace una chispa. El motor dicen es por compresión. Es muy eficiente en términos termodinámicos, los mejores y más desarrollados llegan a alcanzar un valor entre 50 y 60% de eficacia térmica, sobre todo en motores de bajas rpm y alto desplazamiento. Los motores a gasolina son un motor de combustión interna que requieren de una chispa para lograr el encendido. Se puede definir como un mecanismo
mismo. Dentro de los componentes de mayor importancia encontrados aquí se encuentran: Árbol de levas: Asegura la apertura y cierres de las válvulas, así como el funcionamiento y revoluciones del motor. Está formado por levas o pequeñas piezas de distintos tamaños que aseguran la labor de las válvulas. Válvulas: Es un mecanismo de regulación que permite el fluido de gases hacia el cilindro. Se encuentran elaboradas en materiales como el acero para soportar la presión y las altas temperaturas. Bujías: Hace referencia al elemento que provoca el encendido mediante una chispa. Trabaja a partir de la mezcla de combustible y oxígeno, siendo vital para que ocurran las fases de explosión del ciclo. Cámara de combustión: Es un espacio donde tiene lugar la combustión producida por la mezcla de aire y combustible. Alcanza temperaturas elevadas por lo que debe estar bien refrigerada. Esta estructura, la culata, se encuentra unida al bloque por medio de tornillos y para garantizar que quede bien sellado, se emplea una junta de culata. Esta última se encuentra elaborada en material flexible, resistente a las altas temperaturas.
Es considerado el bloque de los cilindros, ya que es donde se alojan estas estructuras. Se encuentra elaborado en hierro fundido o aluminio para soportar las elevadas temperaturas y la presión a la que se somete. Una breve descripción de las partes que lo componen se resume de la siguiente manera: Cilindros: Es una pieza del motor donde circulan los pistones, elaborados en materiales de gran resistencia y puede estar compuesto desde 1 cilindro hasta 14. Pistones: Son las piezas que se ubican dentro de los cilindros, encargados de transmitir la energía de los gases producidos por la combustión a la biela. Seguidamente, esta energía se pasa al cigüeñal. Bielas: La biela es un componente encargado de conectar el pistón del cigüeñal. Estas realizan un trabajo de tracción, compresión y flexión, por lo que se encuentra diseñada en materiales de calidad. Posee tres partes pie, cuerpo y cabeza. Anillos o segmentos: Son los encargados de mantener el estancamiento de la compresión en la cámara de combustión. El anillo de engrase se encarga de lubricar el cilindro. Bulones: Sirve de unión entre el pistón y la biela, facilitando la articulación.
El bloque es la parte más grande del motor ya que cuenta con elementos de gran importancia. Es en el donde se realiza el proceso de expansión y escape de gases.
Es la parte inferior del motor donde se deposita el aceite del sistema de lubricación. Debe contar con un buen sistema de refrigeración que ayuda a mantener en óptima temperatura el aceite. Esta sección se compone de: Cigüeñal : Es una estructura que transforma el movimiento de la biela en movimiento rotatorio. Está provisto de manivelas con orificios de lubricación para soportar grandes esfuerzos. Cojinetes : Son los encargados de unir la biela con el cigüeñal evitando los roces, averías y pérdida de potencia. Volante: Se encarga de generar inercia para mantener el motor estable. En este se acoplan distintos elementos para recibir movimientos del motor. Por ejemplo, bomba de agua, árbol de levas, entre otros.
Dentro de la clasificación de los motores a gasolina se encuentran: Motor a dos tiempos: Son los usados en motos de campo y el cambio de gases es guiado por medio del pistón. Aunque se dan las cuatro fases del ciclo, estas ocurren en dos movimientos lineales del pistón. Motor cuatro tiempos: En este caso ocurren las cuatro fases, Admisión, Compresión, Explosión y Escape, en cuatro movimientos o carreras del pistón para completar el ciclo de combustión. Según la distribución de los cilindros pueden ser: Lineales, opuestos, en V, en W, en H o radial. Motor rotativo o Wankel: Es un tipo de motor a gasolina que no funciona con pistones, sino con rotores. Se caracterizan por desarrollar una gran potencia debido a la compresión Aero explosiva. Son ligeros y emiten menos vibraciones.
Ciclos de trabajo Motor gasolina de 4 tiempos.
•Escape : La presión que genera la temperatura impulsará el pistón hacia abajo con fuerza, y parte de esa energía se empleará para devolverlo al punto muerto superior expulsando así los gases quemados y dejando que la inercia vuelva a comenzar el ciclo. Estos dos motores son utilizados para tareas simples en ámbitos cotidianos, cuando es necesario más potencia. Partes de los motores diésel Que opera en cuatro tiempos tienen básicamente los mismos componentes que el motor de gasolina. Los elementos formados por los: segmentos, el bloque del motor, la culata, el cigüeñal, el volante, los pistones, el árbol de levas y el cárter. Esas piezas que se mencionan a continuación son comunes en ambos motores (a excepción de toberas y bujías de precalentamiento), pero pueden tener un diseño y presentaciones variadas. Estas son: la bomba inyectora, mecánica o eléctrica, los ductos, los inyectores (mecánicos, electro hidráulicos o piezoeléctricos) la bomba de transferencia, las toberas y las bujías de precalentamiento. Motores eléctricos Los motores de electricidad funcionan con corriente eléctrica. Hacen uso de las leyes de electromagnetismo para generar fuerza, por lo que no hacen combustiones internas, por lo tanto, su fuerza viene de dos piezas: un estator y un rotor. Se pueden conectar mediante una batería o a un tomacorriente. Además, se clasifican en tres modelos: o Corriente continua : Son motores costosos porque su diseño es complicado. Pueden ajustarse los niveles de velocidad controlando la tensión de la energía. o Corriente alterna : Funcionan en velocidad fijas, son muy económicos y fáciles de usar. Se fabrican comúnmente para el sector doméstico. o Universales : Son versátiles porque pueden funcionar con corriente alterna o continua. Se usan en el sector comercial, industrial y doméstico.
Conclusión del tema 1 En este primer subtema se abordó generalidades de la maquinaria pesada, la diferencia entre está y lo que es el equipo pesado y cómo se clasifican, esto para determinar qué existe maquinaria pesada universal la cual a grandes rasgos se utiliza para hacer cualquier obra que esté arraigada a la construcción, explotación minera, trabajo industrial y de agricultura. Y la especializada la cuál
