INDICADORES DE DIAGRAMAS E INDICADORES VISUALES DE PRESIÓN PARA MOTORES DIESEL MARINOS
Pata determinar la presión de distintos elemntos de un motor diesel marino utilizamos:
l) Manómetros
2)Vacuómetros
3) Indicadores visuales de presión mecánicos
4) Indicador Premax -·Indicadores de diagramas.
6) Pímetro.
7) Indicador eléctrónico de presiones electrónico, con la ayuda de su correspondiente CPU y sofware del fabricante del motor.
Para el caso de calcular la potencia y registrar las presiones que se desarrollan dentro de un cilindro durante la marcha de un motor diésel marino, utilizaremos alguno de los cuatro últimos instrumentos mencionados.
Para que ésto sea psible, cualquiera de estos instrumentos, será conectado al grifo o válvula de toma de presión de cada cilindro.
El estudio pormenorizado de estas lecturas, se utilizan a la hora de tomar decisiones acerca de los mantenimientos preventivos y correctivos a realizar en la máquina cuando el buque está en puerto, en período de reparaciones.
La forma de representar los distintos valores del volumen y presión a que se ve sometido el aire en el interior del cilindro, son los diagramas del motor, y fácilmente se comprenderá su importancia al decir que con su observación sabemos, no sólo el trabajo que el motor nos está suministrando, sino las anomalías que en su funcionamiento puedan existir y poder así evitarlas.
Por todo lo explicado, tanto para los motores de dos tiempos como para los de cuatro, puede verse que los diagramas que en la práctica se nos presentan, son bastante diferentes de los que obteníamos en teoría. El diagrama práctico de un motor obtenido mediante el aparato indicador f es bastante menor que el diagrama teórico, y la comparación de ambos es lo que se conoce con el nombre de rendimiento del diagrama, valor éste bastante difícil de conocer dependiente de las circunstancias de cada máquina, obteniéndolo por comparación entre un número de diagramas teóricos y reales. Podríamos decir que, generalmente, le asignamos un valor de un 75 %.
La obtención de los diagramas se lleva a cabo mediante el «aparato indicador», del cual damos una idea en la figura 13. Consiste en un pequeño émbolo A que se desliza muy ajustado en el cilindro B. El émbolo va dotado del vástago V, que presenta una hendidura sobre la que actúa un resorte R, oponiéndose al movimiento del émbolo, apoyando el otro extremo del resorte en la parte fija del aparato. Sobre el brazo D, tenemos el tambor E, que por el eje F, va fijo con la roldana G, que le comunica un movimiento rotativo alternativo. Este movimiento se consigue conectando la roldana mediante un cordón a una pieza móvil del motor ya dispuesta para el caso, y generalmente situada sobre los ejes de levas; con el fin de que el tambor recupere siempre su posición, lleva en el interior un resorte de recuperación que actúa al variar el tiro del cordón que le da movimiento. Un sistema de palancas a-b-d, que se mueve accionado por el " émbolo A, lleva en c un estilete o punta de marcar que se desliza sobre la superficie del tambor. En unas pletinas que lleva el tambor se coloca el papel en el que se va a trazar el diagrama, donde apoyará el estilete c.
Mediante la tuerca C, el indicador se afirma a un grifo ya preparado de que están dotados los cilindros del motor, y que están en comunicación con la cámara de combustión. Afirmando el indicador se conecta el cordón de la polea G a la pieza móvil destinada, y abriendo el grifo del motor, ponemos en comunicación el indicador con el cilindro, y el aparato entrará en funcionamiento con los movimientos combinados del émbolo y tambor; entonces apretando suavemente la punta de marcar, nos trazará sobre el papel el diagrama indicado.
Efectuar esta operación requiere bastante práctica, ya que hay que hacerla rápidamente sin que el estilete pase dos veces sobre la misma línea a fin de que los contornos salgan claros por completo.
Trazado el diagrama, se cierra el grifo de comunicación con la cámara de combustión, se desconecta el cordón de accionamiento, y se desmonta el aparato.
Como el indicador puede aplicarse a motores que trabajen a distintas presiones cada uno, va dotado de una serie de resortes R, en los que está grabada su presión de trabajo, debiendo elegirse el más indicado en cada caso.
Obtenido el diagrama, con su simple observación, la experiencia nos indica las irregularidades que pueden existir en el funcionamiento del motor. Más para llegar a conocer la potencia que el motor nos está desarrollando, hay que hacer el cálculo del diagrama y una serie de operaciones. Se ha visto, que las líneas que formaban el diagrama representaban los distintos valores de la presión por los que pasaba el aire en el interior del cilindro durante la realización de un ciclo, y que la fuerza expansiva de los gases de la combustión era la que actuaba sobre la cabeza del émbolo comunicándole su impulso. Esta fuerza no es constante, variando notablemente de un punto a otro. Nosotros, para llevar a cabo el cálculo del diagrama necesitamos dar a esta fuerza un valor que no nos varíe, o sea, un promedio de los valores de la presión que se está ejerciendo sobre el I émbolo, para considerarla así, una fuerza constante y con ella, llegar a hallar la potencia indicada o del diagrama, que nos está desarrollando el motor.
Este dato que vamos a buscar recibe el nombre de presión media y también ordenada media. Además de esta presión media, encontramos también en el diagrama, la llamada presión de compresión, que es aquella que llegan a alcanzar los gases al final del período de compresión, o sea, la presión que existe en el cilindro en el instante en que va a inyectarse el combustible, la presión máxima o presion de combustión, que es el valor máximo que se alcanza, correspondiendo a la fase de combustión del combustible.
Podemos decir, a título de información, que los valores que normalmente suelen alcanzar estas presiones suelen ser, presión media, de 5 a 7 kilos; presión de compresión, unos 40 kilos; y la presión máxima, de 50 a 60 kilos.
En el primer caso, se divide la longitud total del diagrama A (figura 14) en un número de partes iguales, 1, 2, 3... 10 (generalmente 10), aunque cuanto mayor sea este número, más exacto será el resultado. Por cada una de estas divisiones trazamos las perpendiculares A, B, C,...K, con lo que la figura diagrama, nos quedará dividida en una serie de ellas que prácticamente pueden considerarse como paralelogramos, en los que sus lados menores, son por completo irregulares, lo que nos representará un pequeño error de aquí la razón, de que cuanto mayor sea el número de divisiones del diagrama, menor será el error final de la operación.
Se trata ahora de hallar el área de todos estos paralelogramos (entendemos por tales, las figuras comprendidas dentro de los trazos del diagrama), cuya suma representará el área del diagrama.
Para ello, por el punto medio de cada una de las divisiones efectuadas, se trazará una nueva perpendicular, a, b, c, .. .f, que será la base media de cada paralelogramo, en la que Y será su altura.
Conocida esta área total, la dividimos por la longitud del diagrama 0-10, con lo que nos dará la altura media de la figura, o sea, su ordenada media que era lo que queríamos averiguar, y que será la presión media constante que estará actuando sobre el émbolo durante su carrera útil.
Habrá que tener en cuenta, al llegar a la ordenada media, el resorte R que empleamos en el indicador al obtener el diagrama pues, como dijimos, había una serie de ellos para los distintos valores de presión. Si el resorte empleado era 1 kilo = 1 milímetro, la presión media nos vendrá representada, en kilos por centímetro, Caso de ser este resorte de otra, relación, nos basta una sencilla regla de tres, para hacer su reducción, aunque hay que reseñar, que cada resorte va dotado de una reglilla, con la que efectuamos la medida de las ordenadas, dándonos directamente el valor kilos/centímetro.
En cuanto al planímetro diremos que es un aparato que nos da el área del diagrama.
Está formado el planímetro por dos brazos (figura 15), uno móvil A-B, y otro fijo A-C. El extremo del brazo fijo se afirma en C, por un pequeño peso con una, aguja. Sobre el brazo móvil tenemos el manguito H que se puede deslizar a voluntad. En este manguito está la articulación de los brazos A, y un tambor D, con su contorno dividido en cien partes y un nonio en el que se miden las décimas de estas partes. Mediante un husillo, el tambor D está conectado con el disco graduado L, de forma que si hacemos girar el tambor se mueve el disco, dando el disco una vuelta por cada diez del tambor. Al hacer funcionar el aparato, el tambor D se desliza sobre el papel. En el brazo móvil, en B, hay un estilete con el que se recorren las líneas del diagrama. Para operar con el aparato, se toma lectura del tambor y del disco, y teniendo la aguja C fija, se hace recorrer al estilete B toda la figura del diagrama, girando siempre a la derecha hasta volver al punto inicial. Se toma entonces nota de la numeración existente y la diferencia entre ésta y la tomada al comenzar la operación, multiplicada por un número constante que se indica en el aparato, nos dará el área del diagrama. Dividiendo esta área por la longitud del mismo diagrama obtendremos el valor de la ordenada media.
Normalmente, los planímetros destinados al cálculo de diagramas llevan también dos puntas M-N, situadas en el brazo móvil, y que pueden desplazarse. Antes de operar con el aparato, se colocan estas puntas de forma que la distancia entre ellas sea exactamente la longitud del diagrama. Se toman las lecturas de la numeración, y su diferencia multiplicada por la constante del aparato nos dará directamente el valor de la ordenada media.
También en el caso del planímetro debemos observar lo dicho acerca del resorte empleado en el indicador al obtener el diagrama, ya que éste es de 1 kilo = 1 milímetro, la presión ya nos viene expresada en kilos/centímetro, y de ser de otra relación habrá que hacer la reducción correspondiente.
Debido a la facilidad de manejo del planímetro, así como a la exactitud con que nos facilita el valor de la ordenada media, es el sistema que generalmente se emplea para realizar esta operación, y tan sólo cuando se carece de este aparato se recurre al método práctico de dividir el diagrama mediante el trazado de las perpendiculares, operación ésta mucho más engorrosa y con mayores errores en el resultado final.
Obtenido el valor de la ordenada media, pasemos a calcular la potencia del motor.
Esta potencia es igual al producto del empuje total en kilos con que el gas empuja al émbolo por su velocidad en metros/segundo. Llamando N a la potencia, P a la presión total del gas, y V a la velocidad del émbolo, tendremos:
N = P x V
Al explicar los ciclos de los motores vimos que, tanto en los de dos tiempos como en los de cuatro, el trabaja útil desarrollado correspondía a una sola carrera de descenso del émbolo, siendo ésta la de las fases inyección-combustión y expansión de los gases. En los motores de dos tiempos esto ocurría en cada vuelta del motor, mientras que en los de cuatro tiempos, a cada dos vueltas, detalle éste que ahora, al calcular la potencia, hay que tener en cuenta.
Si consideramos que el motor tiene un número de cilindros X, habrá que multiplicar la potencia así obtenida por X, para tener la potencia total del motor, aunque prácticamente, con el diagrama de cada cilindro, se halla su potencia correspondiente, y la suma de todos ellos, será la potencia que vaya desarrollando el motor.
Hasta aquí hemos estado hablando acerca de motores en los cuales la fase útil de trabajo se desarrolla solamente por la cara superior del émbolo. Este tipo de motores, y que en general es el utilizado en la práctica, se les conoce por motores de simple efecto.
Mas si esta fase útil de trabajo, se desarrollase por las dos caras del émbolo, como al hablar de las diversas formas constructivas veremos que puede realizarse, entonces, el trabajo desarrollado por el motor sería el doble (en la realidad algo menor), dato éste, que habrá que tener presente al calcular la potencia de un motor de esta clase, conocidos por motores de doble efecto.
La potencia que acabamos de estudiar deduciéndola del diagrama, es la medida del trabajo que los gases han desarrollado realmente en el interior del cilindro, conociéndola por el nombre de potencia indicada.
Mas si sobre el eje del motor instalamos un aparato cualquiera, por ejemplo un freno, que sea capaz de medir la potencia que el motor está desarrollando en este eje veremos, que el valor de esta última es menor que la que obteníamos mediante el diagrama.
Esta, podríamos llamar perdida, tiene su explicación y es que parte de la potencia que el motor desarrolla, la absorbe el mismo en su funcionamiento para mover, ejes de camones, válvulas de admisión y escape, bombas de combustible, bombas de barrido, y toda una serie de accesorios que precisa para su marcha.
Además tenemos también pérdidas por los rozamientos en los cojinetes, aros del émbolo y articulaciones en general.
He aquí por que la potencia medida en el eje, es menor que la que obteníamos a partir del diagrama. Esta potencia que nos desarrolla el motor, que es el trabajo real, recibe el nombre. de potencia efectiva.
A la relación existente entre la potencia efectiva y la potencia indicada la designamos por
rendimiento mecánico del motor, cuyo valor suele oscilar de 0'80 a 0'90.
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FUENTES:
https://elmaquinante.blogspot.com/2017/03/mtd-unidad-1-antecedentes-historicos_19.html
MONOGRAFÍAS CEAC - COLECCIÓN MOTOR Y AUTOMÓVIL CAP 21- Rafael Lluch Hernandez - "Motores Diésel Marinos"
MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 3 Instrumentos de medidas.
