El Maquinante: PRL UNIDAD 4: SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Y ENFRIAMIENTO

viernes, 8 de febrero de 2019

PRL UNIDAD 4: SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Y ENFRIAMIENTO

PRL UNIDAD 4: SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Y ENFRIAMIENTO:
Necesidades de lubricación. Descripción de un sistema de lubricación tipo. Componentes. Valores típicos de temperaturas y presiones. Necesidad de la refrigeración. Descripción de un sistema tipo. Componentes.

Lubricantes y lubricación
En los distintos órganos en movimiento de las maquinas, existen rozamientos en las superficies de contacto que disminuyen su rendimiento. Este fenómeno se debe a diversos factores, el mas característico de los cuales es el coeficiente de rozamiento, cuya causa principal reside en las irregularidades de las superficies de las piezas en contacto.

Filo de una hoja de afeitar aumentada 10.000 veces.

Superficie de una moneda de cobre aumentada 5.000 veces.

Superficie de una bola de rulemán.

Se llama lubricante la sustancia capaz de disminuir el rozamiento entre dos superficies en movimiento. Sus fines son, principalmente, dos:

1) Disminuir el coeficiente de rozamiento.
2) Actuar como medio dispersor del calor producido.

Además, con el se consiguen los siguientes objetivos secundarios:

a) Reducir desgastes por frotamiento.
b) Disminuir o evitar la corrosión.
c) Aumentar la estanqueidad en ciertos órganos (cilindros, aros de pistón, juntas, etc.).
d) Eliminar o trasladar sedimentos y partículas perjudiciales.

SISTEMAS DE LUBRICACIÓN
Son los distintos métodos y elementos para distribuir el lubricante por las piezas del motor. Consiste en hacer llegar una película de aceite lubricante a cada una de las superficies de las piezas que se están en movimiento relativo entre si, para evitar fundamentalmente desgaste excesivos y prematuros que disminuyan la vida útil del motor.
Es decir que la función del sistema de lubricación es evitar el desgaste de las piezas del motor , creando una capa de lubricante entre las piezas que están siempre rozando. El lubricante suele ser recogido y/o almacenado en el cárter (pieza que cierra el motor por abajo) o en un tanque llamado “tanque de servicio”.Se dice entonces, que los motores pueden ser de “Carter Húmedo” o “Carter Seco”

💡Cárter Húmedo: este tipo de cárter actúa a modo de bandeja donde cae el lubricante desde las partes lubricadas y su función principal es contener la totalidad del aceite para la lubricación del motor. En el fondo de este cárter se instala una bomba de aspiración de aceite que se encarga de bombear el lubricante a todas las piezas del motor que requieren lubricación a través de un filtro.

💡Cárter Seco: a diferencia del cárter húmedo, recibe el aceite que retorna desde las partes lubricadas del motor y no se acumula en el propio cárter, sino que lo dirige a un depósito aparte ,llamado “Tanque de Servicio”, desde el cual será bombeado nuevamente hacia el motor.

Los puntos principales a lubricar en un motor, son:
1.Paredes de cilindro y pistón.
2.Bancadas del cigüeñal.
3.Pie de biela.
4.Cabeza de biela.
5.Árbol de levas.
6.Eje de balancines.
7.Engranajes de la distribución.
8.Turbosobrealimentador/bomba de barrido (si lo posee)
9.En algunos motores, el eje de la bomba inyectora.
10.Interior de la corona o cabeza del pistón. (para refrigeración)

PRINCIPALES TIPOS DE LUBRICACIÓN EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
👉Lubricación por salpicado ( en mecanismos totalmente cerrados).Una pieza en rotación del mecanismo,(por lo general la biela) será la encargada de "golpear" la superficie del lubricante almacenado en el cárter, salpicando así y humectando las zonas a lubricar.

Ejemplo de lubricación por salpicado, efectuado por un cucharín en la cabeza de biela de un motor de combustión interna pequeño.

👉Lubricación por presión o forzada :es un sistema de circuito cerrado alimentado por medio de una bomba de desplazamiento positivo. En este sistema se incluye un enfriador, que mantiene una temperatura óptima del lubricante y, como consecuencia, mantiene también la viscosidad. Este tipo de sistema de lubricación consta también, como mínimo, con un filtro de malla gruesa en el interior del cárter o tanque de servicio para la aspiración de la bomba, y otro de malla fina antes del ingreso del lubricante al motor, además de otros elementos de monitoreo, seguridad y mantenimiento.

Componentes típicos de los circuitos de lubricación forzada:
1.Cárter
2.Bomba de aceite
3.Válvula de descarga
4.Filtros
5.Refrigerador de aceite
6.Sensores/transductores de presión y alarma de baja presión en el sistema
7.Manómetros
8.Sistemas de medición de niveles de aceite
9.Conductos o tuberías del sistema de lubricación
10.Sistema de venteo del sistema de lubricación
11.Purificadoras/clarificadoras

1-Cárter y /o tanque de servicio: el cárter es la pieza que cierra a el motor por debajo del block y sirve para recolectar el aceite de retorno que ya ha cumplido su función. En los motores de cárter húmedo contiene también la totalidad del aceite que utiliza el motor. En los motores de cárter seco, solamente recolecta el aceite para enviarlo al tanque de servicio, que es el encargado de contener la totalidad del aceite en uso por el motor.

2-Bomba de aceite: es la encargada de bombear el aceite lubricante desde el cárter o tanque de servicio hacia el motor, con la presión y caudal necesarios para abastecer adecuadamente todos los puntos que necesitan lubricación en el mismo. Esta bomba de lubricación es siempre del tipo de “Desplazamiento Positivo” , con una válvula reguladora de presión en su descarga.

3-Válvula de descarga: Siendo la bomba de lubricación del tipo de desplazamiento positivo, tendrá siempre en su descarga una válvula reguladora de presión, ya que, en este tipo de bombas, el caudal es proporcional a la velocidad de la misma, por lo que al aumentar o disminuir la velocidad del motor, la presión podría fluctuar indebidamente, siendo necesario que dicha presión se mantenga constante dentro de los límites establecidos por el fabricante para evitar daños.

4-Filtros: Se los coloca en la aspiración y en la descarga dela bomba de lubricación . En la aspiración de la bomba de lubricación, es para proteger a la bomba de las partículas sólidas que podrían estar en el fondo del cárter o tanque de servicio y podrían causar daños o desgaste prematuro de los elementos rotantes de la misma. El o los filtros que se colocan en la descarga son para que el lubricante ingrese al motor lo mas limpio posible, siendo su malla filtrante mas fina que el de la aspiración.

5-Enfriador de aceite: Es para mantener la temperatura del lubricante dentro de los límites estipulados por el fabricante. Estos intercambiadores de calor pueden ser refrigerados por la misma agua de refrigeración del motor, o por un circuito de refrigeración aparte. La finalidad de mantener constante la temperatura del lubricante es la de mantener constante su viscosidad y que no se pierdan sus propiedades en caso de sobrecalentamiento.

6-Sensores/transductores de presión y temperatura del aceite, y alarmas de baja presión y alta temperatura en el sistema: son elementos de seguridad que encontraremos en todas las instalaciones navales de propulsión.

7-Manómetros y termómetros: para monitorear presiones y temperaturas de los fluidos del motor en servicio en el mismo compartimiento.

8-Sistemas de medición de niveles de aceite.: Pueden ser manuales , por medio de una varilla graduada, o electrónicos que a través de sensores de nivel e instrumental de lectura apropiados, permite controlar permanentemente la cantidad de aceite en servicio en el motor.

9-Conductos y tuberías del sistema de lubricación.: Son los que constituyen el sistema y comunican entre sí a los distintos componentes.

10-Sistema de venteo del sistema de lubricación: Comunica principalmente el cárter del motor con la presión atmosférica ,con el fin de evitar sobrepresiones no deseadas , debidas a pérdidas de compresión, sobretemperatura del motor, explosiones , etc. Por lo general, este sistema en los buques, consta de tuberías que van desde el motor hasta las cubiertas altas, terminando en un filtro.

11-Purificadoras/clarificadoras . Son mecanismos que aprovechan la fuerza centrífuga que se genera en un tazón que gira a gran velocidad para separar en su interior, por diferencia de densidad, carbón, partículas sólidas o el agua que podría contener el lubricante en servicio. Por lo general estos mecanismos poseen calentadores para que el aceite adquiera la viscosidad favorable para la separación cuando el aceite está frío. Las purificadoras/clarificadoras siempre estarán en servicio, recirculando el contenido del tanque de servicio, mientras el motor esté en marcha.

SISTEMAS DE REFRIGERACION

Las fuentes de calor en un motor diésel son: la compresión del aire de admisión en los cilindros, la combustión del combustible en las cámaras, y la fricción entre las superficies de deslizamiento. Este calor desarrollado por el motor ocasionará una temperatura mayor que la del ambiente del compartimiento del motor, motivando la transferencia al local.

La cantidad de calor a disipar: el problema consiste en transmitir este calor y el de los gases de escape al fluido refrigerante, a través de una pared metálica.
Un 30% aproximadamente se pierde por el calor de los gases de escape; 30% en el agua del circuito de refrigeración, y un 10% en calor por fricción y radiación al exterior. El motor a explosión transforma en trabajo mecánico, sobre su eje, alrededor del 26 % del calor desarrollado por la combustión, mientras que el motor diésel transforma alrededor del 34 % del calor desarrollado.
El agua entra en el motor por la parte baja del cilindro y sale por la parte más alta, a fin de evitar la posible formación de bolsas de vapor en zonas que resultarían así deficientemente refrigeradas.

👉La misión de la refrigeración es mantener una temperatura estable y conveniente de funcionamiento del motor, con ello evitara:

➤Inconvenientes debido al sobrecalentamiento del aceite lubricante, disminuyendo el espesor de la película de aceite. Mantener la película de lubricación entre pistón y el cilindro.
➤Perdida de esfuerzos por el calentamiento del metal en los motores. Que las dimensiones de los órganos sometidos a la acción del calor no sufra variaciones exageradas.
➤Que la estanqueidad entre pistón y cilindro sea lo más perfecta posible.
➤Tensiones internas en los materiales del motor, por diferencias de temperaturas.

La cantidad de calor que debe extraer el líquido refrigerante depende de los siguientes factores:

-De la carga del motor.
-De la potencia desarrollada por unidad de cilindrada.
-Del tipo de motor.
-De la velocidad del pistón.
-Del tamaño del motor.
-De la forma de trabajar el motor, frío o caliente.

👉Requisitos que deben cumplir un buen liquido refrigerante:

-Proporcionar una adecuada transferencia de calor.
-Proporcionar protección a la corrosión dentro del sistema de enfriamiento.
-Evitar la formación de incrustaciones y lodo en el sistema de enfriamiento.
-Ser compatible con los materiales de los sellos y mangueras del sistema.
-Proporcionar una protección adecuada contra la congelación en climas fríos.

👉Los métodos de refrigeración más usados son:

Por aire.
Por agua.

Comparando los motores enfriados por aire, con aquellos que utilizan liquido para ese fin, ofrecen las siguientes ventajas:

Son más livianos, porque no requieren ningún elemento para transportar el líquido refrigerante.
Al no ser refrigerado por agua no hay peligro de congelamiento.
No hay que recurrir al empleo de refrigerante.
No hay peligro de que se introduzca agua en la cámara de combustión ni en el carter.
La construcción del motor es más sencilla por no existir cámaras de agua.

En los sistemas de refrigeración por agua son siempre con circulación de agua forzada, por medio de una bomba, accionada por el propio motor o en forma independiente. En este tipo de refrigeración se pueden encontrar dos sistemas:

Sistemas abiertos.
Sistemas cerrados

Refrigeracion de circuito abierto.
La refrigeracion por circuito abierto, se realiza aspirando agua de ríos o del mar del mar y haciendola pasar por un filtro y despues hacia el motor, siendo esta movida a traves de una bomba accionada mediante el mismo giro del volante de inercia y con una correa de goma entre poleas.
El agua pasa por el interior del motor enfriando las camisas del mismo, el enfriador de aceite y finalmente por la envuelta del caño de escape descargando nuevamente al mar. Como por ejemplo en los motores fuera de borda y de embarcaciones menores.
El gran inconveniente de este sistema esque siempre circula por el agua nueva y la suciedad, salitre, restos que no ha recogido el filtro, etc... se van incrustando en las paredes del circuito interno de refrigeracion del motor, y cada cierto tiempo ha de ser limpiado usando liquidos desinscrustantes y corrosivos.
Este sistema usado en el mar no es conveniente además por la irregularidad de la temperatura del refrigerante .

1_ Pasacascos de admision de agua.
2_ Pasacascos de expulsion de agua.
3_ Grifos de fondo.
4_ Filtro.
5_ Linea de agua fria.
6_ Accionador de la bomba de agua.
7_ Motor Diesel.
8_ Linea de agua caliente.
9_ Bancada del motor.
10_ Plan de sentinas.
11_ Quilla.

La linea de salida de agua salada representada por el nº2, por norma general va acoplada al escape del barco, asi cuando vamos navegando se pueden ver humo blanco y chorros de agua saliendo del escape del motor, indicadores de que la refrigeracion funciona correctamente.
En el diagrama se ha realizado de esta manera para que se comprenda mejor su funcionamiento.

Refrigeración de circuito cerrado.
En los sistemas cerrados la misma agua es la que se emplea continuamente circulándola a través del motor, en consecuencia esta sometida a sucesivos ciclos de calentamientos y enfriamientos siendo este último de circuito simple o circuito doble.
Sistema de circuito simple: es sistema también es llamado de enfriamiento directo, el agua una vez que ha refrigerado el motor es enfriada en un radiador de aire. Este sistema presenta la ventaja de que no existiendo evaporación la perdida de agua es mínima, lo que es importante pues lo que se emplea es agua tratada.

Sistema de circuito doble: en este sistema de refrigeración del motor, el agua que circula por lo que llamaremos circuito primario, es enfriada a través de un intercambiador de calor tubular por medio de agua de mar que circula por el circuito secundario.

Dicho sistema funciona de esta manera:
El sistema de agua salada circula desde el pasacascos de admision, siendo succionada por una bomba independiente que la hace pasar por un intercambiador y saliendo por el otro extremo, refrigerando el agua dulce que va al circuito cerrado del motor. El agua salada, esta en todo momento aislada del agua dulce, y que es devuelta de nuevo al mar en cuanto sale del intercambiador.
Por su parte, el agua dulce, sale muy caliente del motor y es movida por el motor a traves de una correa entre poleas, que hace que dicha agua, circule hasta el intercambiador y se refrigere con el agua fria salada que ha entrado por el otro orificio del sistema. Al salir de dicho intercambiador, el agua dulce se habra enfriado lo suficiente como para refrigerar el motor y que este siga funcionando normalmente.

1_ Pasacascos de entrada de agua salada.

2_ Pasacascos de salida de agua salada.

3_ Grifos de fondo.

4_ Filtro de agua salada.

5_ Bomba independiente de agua salada.

6_ Linea de agua salada fria.

7_ Intercambiador de calor.

8_ Entrada de agua salada fria.

9_ Salida de agua salada caliente.

10_ Entrada de agua dulce caliente.

11_ Salida de agua dulce fria.

12_ Linea de agua salada caliente.

13_ Bomba y filtro de agua dulce.

14_ Llaves de paso de agua dulce.

15_ Linea de agua dulce fria.

16_ Linea de agua dulce caliente.

17_ Motor Diesel.

18_ Bancada del motor.

19_ Purgador de aire del intercambiador.

20_ Quilla.

21_ Plan de sentinas.

Las desventajas de este sistema son que necesita elementos adicionales; bombas para agua dulce y de mar, un enfriador y tuberías para agua dulce. La ventaja es el aumento del rendimiento del motor que sobrepasa las desventajas. Algunos circuitos poseen una válvula by-pass que permite, al poner en servicio el motor hacer un circuito más corto; permitiendo un calentamiento mas rápido y que posteriormente se abrirá progresivamente.
Las bombas de agua dulce son del tipo centrifugas, con lo cual permite la regulación del flujo sin elevación de la presión. Las bombas de agua de mar, generalmente son de tipo centrífugo o de desplazamiento positivo, de modo que el flujo a través del enfriador de agua sea mantenido constante para cualquier velocidad sin recurrir a válvulas de regulación en el circuito de agua de mar.

Circuito de refrigeración típico en una instalación naval ___________________________________________________________________________________

BOMBAS DE AGUA:

En la actualidad se ha generalizado el uso de bombas centrifugas para la circulación en la gran mayoría de los motores diésel, tanto para el sistema de agua dulce como para el de agua de mar. Generalmente esta consiste en un impulsor centrífugo con paletas curvas de dirección opuesta a la que rota la bomba, y una envuelta en forma de espiral, con sección transversal con mayor tamaño en la descarga.

La figura muestra la entrada del agua en el centro y la descarga es tangencial. El giro del impulsor da al agua la fuerza centrifuga que origina la presión , ayudada por la velocidad tangencial en su pasaje del flujo a través del espiral de descarga.

En motores reversibles se usan bombas de impulsores con paletas rectas y envuelta concéntrica, como el de la figura. El rendimiento de estas bombas es menor que el de las centrifugas con voluta en forma de espiral, por la forma de su impulsor y la envuelta concéntrica,por lo que para obtener la presión necesaria y capacidad de una bomba centrífuga normal, se requiere una que sea de mayor tamaño.

Algunos motores reversibles poseen un sistema de cambio que mantiene la bomba de circulación girando en el mismo sentido con cualquier giro del motor o bombas independientes.
Las bombas de agua son accionadas por el eje del cigüeñal a través de engranajes, correas o cadenas.
En motores pequeños y medianos se utilizan bombas de engranajes de desplazamiento positivo para la circulación del agua de mar.
Para evitar la corrosión, el cuerpo de la bomba y el impulsor de agua se construyen de bronce y los ejes de acero inoxidable.

BOMBAS DE AGUA DE MOTORES CHICOS O MEDIANOS

BOMBAS DE REFRIGERACIÓN TIPO "YACO" USADAS EN EMBARCACIONES MENORES Y MOTORES FUERA DE BORDA.

VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS

Llamadas comúnmente termostatos , sirven para permitir el pasaje del agua de refrigeración del motor hacia el radiador o enfriador y trabajan mecánicamente. Utilizan un cartucho de cera (o parafina, ambas sustancias con un alto coheficiente de expansión térmica) que se inserta en un asiento de sellado.
La cera es sólida a temperaturas bajas, pero cuando el motor se calienta la cera se derrite y se expande. En el asiento del resorte tiene un sistema de expansión que hace desplazar un pistón que abre la válvula cuando se supera la temperatura de aplicación.
La temperatura de aplicación está predeterminada, y se determina por la composición específica de la cera, por lo que los termostatos de este tipo puede mantener diferentes temperaturas de intervención, generalmente entre 70º y 90º.

El termostato cuando el motor esta frio, permanece cerrado, no permitiendo el paso del liquido refrigerante hacia el enfriador, pero cuando el motor llega a cierta temperatura ideal, se abre y permite que el fluido circule por el radiador o enfriador de agua del motor evitando que la temperatura se eleve.

Muchos termostatos tienen un agujero de derivación pequeño para ventilar el aire que pudiera ser introducido en el circuito, por ejemplo, durante el intercambio del líquido refrigerante.

El termostato es una válvula que se abre y se cierra, dependiendo de la temperatura del líquido de refrigeración, para controlar la temperatura del motor.
Cuando el motor está frío, los componentes se desgastan más rápidamente, el motor es menos eficiente y emite más contaminación. Para evitar esto, el termostato impide la circulación del refrigerante entre el motor y el radiador o enfriador y permite que el motor alcance lo antes posible su temperatura de funcionamiento óptima.

Cuando el motor alcanza esta temperatura óptima y/o sube, el termostato se abre gradualmente y el líquido de refrigeración puede fluir hacia el radiador y enfriar el motor manteniendo la temperatura ideal.

Existen dos tipos de fallas para un termostato de este tipo:

• El termostato queda abierto: el liquido no se calienta a su debido tiempo, esto conduce a un exceso de consumo de combustible.
• El termostato queda cerrado: el liquido no circula hacia el radiador, esto conduce a un sobrecalentamiento del motor. El daño puede ser severo.