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miércoles, 19 de agosto de 2020

Servicios eléctricos:conservación y mantenimiento 8 - Baterías y cargadores

Baterías y cargadores

Los acumuladores o baterías se llaman también pilas secundarias o pilas recargables, es decir, durante el proceso de carga convierten la energía eléctrica en energía química, para después en el proceso de descarga realizar el proceso contrario, es decir, la energía química acumulada la convierten en energía eléctrica en forma de corriente continua.

Baterías,

Cargador.

Las baterías se componen principalmente de un electrolito y de dos electrodos. El electrolito puede ser ácido sulfúrico o alcalino. También los electrodos pueden ser de distintos materiales dando lugar a distintos tipos de acumuladores como las de plomo-ácido, las alcalinas, las de níquelhierro, las alcalinas de manganeso, las de níquel-cadmio, y las de litio entre otras.
Las características principales son capacidad y el voltaje. La capacidad de un batería es la cantidad de electricidad que puede suministrar hasta que su tensión descienda a un valor determinado. Se mide en amperios hora (Ah), así una batería de 80 Ah puede suministrar 1 A en 80 horas o 10 A durante 8 horas.

En una batería de 12 V, su voltaje es un indicador del estado de carga, que suele estar totalmente cargada entre los 12,5 y 12,8 voltios. Estas baterías se componen de 6 celdas de 2,1 voltios cada una, que conectadas en serie se obtienen dos bornes de conexión.
Para realizar la carga de las baterías se utilizan normalmente cargadores de baterías, que son equipos que transforman y rectifican la corriente alterna en corriente continua, apta para usarla en el proceso de carga. Existen en el mercado mucha variedad de tipos, funciones y modelos de cargadores, que los conocerás en la siguiente unidad.

Tipología, vida y carga
Básicamente existen dos tipos de baterías de ácido-plomo, las pensadas para arrancar un motor y las que permiten trabajar de forma más continua. Existen en ambos casos con electrolito líquido o en forma de gel (como una gelatina), estancas o de tipo tradicional abiertas. Cada una tiene sus ventajas e inconvenientes.

Las baterías de arranque permiten entregar una corriente muy fuerte durante cortos periodos de tiempo como para mover un motor de arranque o un molinete de ancla eléctrico. Están formadas por muchas placas finas que entregan una gran superficie de contacto con el electrolito.
Si tenemos una batería de por ejemplo 100 Ah y 300 A, significa que puede almacenar 100 Amperios hora y que puede generar una corriente instantánea de hasta 300 Amperios. Esta capacidad de almacenamiento de energía se mide para un tiempo de descarga de 20 horas (C20). Esta batería está perfectamente adaptada para el arranque de un motor, sin embargo no rendirá bien para ciclos de descarga lentos como los debidos a las luces de navegación.
Otro tipo de baterías llamadas de tracción se miden para un tiempo de descarga de 5 horas (C5) y permiten descargas más profundas y disponer de más energía que en una de arranque (tipo C20). Por ejemplo, una batería de tracción de 115 Ah con C5 será equivalente a una de 140 Ah pero en (C20).

Para no estropear una batería no debe descargarse por debajo del 70% de su capacidad, lo cual significa que si tenemos una batería de 200 Ah solo debemos disponer de 140 Ah como mucho. Es como si un depósito de agua siempre tuviera un fondo del que no pudiéramos valernos. Cuando se cargue una batería descargada, debe suministrarse entre un 10 y un 20% más de energía debido a las pérdidas producidas durante la carga.

Las baterías se van deteriorando con cada ciclo de carga y descargas que puede cifrarse en unos 1.500 antes de tener que proceder a su sustitución.
En definitiva, una batería de tracción puede valernos para descargas lentas pero no al contrario. Y una batería de arranque sufrirá más que la de tracción si la utilizamos para ciclos de descarga lentos y profundos.
Lo ideal sería tener una batería de arranque para el motor y maquinillas y otra de tracción para los diferentes equipos del barco. En la práctica, al ser distintas, tendríamos que utilizar diferentes cargadores de baterías complicando mucho la instalación. La solución de compromiso consiste en utilizar baterías intermedias que ofrecen características intermedias entre estos dos extremos.

Hay una nueva generación de baterías en las que el mantenimiento es nulo al estar selladas y no necesitar rellenar sus vasos con agua destilada.

Existen de 3 tipos; estancas, cerradas y abiertas.
A una estanca puede darse la vuelta sin peligro de derramamiento de ácido. El electrolito está en estado de gel o empapado en algún tipo de esponja sintética.

Las baterías cerradas son herméticas pero solo puedentrabajar en posición horizontal. Hay algunas que denominan ‘sin mantenimiento’ pero son abiertas, y en caso de necesidad aceptan el añadir agua destilada necesaria para restablecer sus niveles.
Las baterías se descargan solas con el paso del tiempo aunque no las utilicemos. Esta auto-descarga podía alcanzar el 1% o 2% diario en las baterías de generaciones anteriores. Es decir que si se dejaba la embarcación 3 meses sin uso, sus baterías estarían casi totalmente agotadas.
En los últimos años se han creado baterías con una tecnología de placas con una aleación de plomo y calcio adherida en una estructura de celdas de carbono que bajan la auto-descarga a valores de 2 o 3% mensual, lo cual permite olvidarse de la necesidad de cargar las baterías de la embarcación durante todo el invierno.
Cada batería necesita de un cargador adaptado a su tecnología de fabricación. Dependiendo de la tecnología empleada para su fabricación debemos utilizar tensiones y corrientes de carga diferentes.

➤Baterías de Gel: Una batería de electrolito en gel es totalmente estanca y puede ser utilizada incluso boca abajo.

La tensión de recarga debe ser de 14,22 voltios y la tensión de mantenimiento de carga (aquella que hay que mantener para conservar la carga) debe ser de 13,8 voltios. La corriente de carga en ente tipo de batería debe ser del 10% de su capacidad nominal. Estas baterías admiten ciclos de descarga profundos y entregan corrientes de pico altas, pero son más pesadas y bastante más caras.

➤Baterías estancas líquidas: El electrolito está empapado en un tipo de esponja y son más livianas que las de gel.

La carga debe efectuarse a 14,8 voltios y con una corriente de 1/20 de la capacidad nominal. Si la tensión en reposo de la batería es de unos 12,2 voltios debemos considerarla completamente cargada.

➤Baterías cerradas con electrolito líquido: Están selladas pero no son consideradas estancas.

No necesitan mantenimiento y se cargan a unos 15 voltios con una corriente de en torno al 15% de la capacidad.

➤Baterías abiertas de electrolito líquido: Son las baterías convencionales y baratas con tapones para verificar el estado de los vasos.

La nueva generación de baterías utiliza la aleación de Plomo/Calcio lo que limita la auto-descarga al 2% mensual. Se deben cargar a 14,8 voltios con una corriente limitada a ¼ de su capacidad nominal (por ejemplo para una batería de 100 Ah un máximo de 25 Amperios. No admiten descargas profundas. La tensión mínima que debe entregar la batería es de 12,3 voltios y por debajo de los 12 voltios se produce sulfatación de las placas y deterioro irremediable de su capacidad.

➤Baterías de placas en espiral: Las placas están enrolladas como una espiral y el electrolito empapa una retícula de fibra de vidrio.

Es totalmente estanca y puede funcionar incluso boca abajo. Entregan fuertes corrientes de pico; Por ejemplo una de 60 Ah puede entregar 900 Amperios de golpe y aceptan las descargas profundas. Pesan poco y son caras. Para la recarga utilizaremos una corriente de unos 10 amperios para 60 Ah y con tensión de 13,8 a 14,8 voltios.

Recargar las baterías de forma lenta y sin grandes corrientes de carga. Si la batería es de mantenimiento revisar periódicamente el nivel del electrolito.Recargar la batería lo más pronto que se pueda tras un periodo de descarga profunda. Esto evitará la sulfatación de las placas.
En climas cálidos o durante el verano debe revisar los niveles de electrolito con mayor frecuencia. Si están bajos solo añada agua destilada Nunca añada electrolito de baterías a una batería que no esté totalmente cargada.
Las altas temperaturas acortan la vida de cualquier batería ya que se incrementa la velocidad de corrosión de las placas.
Cuanto más profundamente descargue y cargue la batería, peor vida tendrán. Por ejemplo, si solo permite descargar la batería hasta el 50% y luego la vuelve a cargar, este tipo de uso hará que su batería dure el doble que si la descarga hasta un 80%. Si solo deja descargar la batería un 20% y la vuelve a cargar, entonces la batería durará unas 10 veces más que si la utiliza en ciclo de descarga del 80%.
Nunca dejar que las baterías se descarguen por debajo de los 10,5 voltios.

Instalación de baterías
La capacidad de las baterías está relacionada con la cantidad de superficie activa que tiene cada uno de los elementos y la cantidad de elemento activo que tiene cada placa. Si tenemos dos baterías de 12 voltios y las unimos en paralelo, (rojo con rojo y negro con negro) lo que hemos hecho es doblar la capacidad manteniendo los mismos 12 voltios de tensión, así dos baterías de 125 Ah y conectadas en paralelo serán totalmente equivalentes a una única batería de 250 Ah.

Pero cualquier combinación es posible. Con 4 baterías podrían hacerse dos parejas en serie para obtener 24 voltios y luego estas dos parejas ponerlas en paralelo para doblar la capacidad.

Pero lo importante a tener muy en cuenta, es que todas las baterías deben ser iguales, nuevas y de la misma tecnología. Si en el montaje alguna batería es distinta o está más gastada, no podrían ser cargadas con la misma cantidad de corriente, haciendo que el sistema global quede desequilibrado. Cuando se renueven las baterías de la embarcación, deben cambiarse todas para conseguir un equipo que funcione de forma correcta.

La capacidad total del parque de baterías debe ser calculada de tal forma que no tengamos que utilizar más allá del 80% de la capacidad total. Es decir, si nuestro parque de baterías ofrece una capacidad de energía de 200Ah, solo deberemos disponer de 160Ah. Si consumimos más la batería empezará a deteriorarse sin posibilidad de recuperación.
Cuanto más capaz sea la batería más importante debe ser la corriente utilizada para cargarla. Para calcular el tiempo de recarga debemos saber la cantidad de amperios que nos puede suministrar el cargador.

Supongamos que se han consumido 160 Ah de energía, y que nuestro cargador es capaz de entregar una corriente de 20 Amperios, lo que significa que debe cargarse la batería durante 160/20 = 8 horas para restablecer el nivel de carga inicial. Si el cargador es menos potente y entrega 10 Amperios lograremos cargar la batería en el doble de tiempo. Es muy importante recordar que el límite de corriente suministrada a las baterías no puede ser mayor a la máxima corriente de descarga que puede aceptar la batería. Es más, con una carga lenta, las baterías sufren mucho menos, de modo que no es recomendable utilizar un cargador de dé muy alta intensidad ni del tipo de los llamados “rápidos”.

La instalación del parque de baterías debe realizarse de tal forma que queden sólidamente sujetas y preferiblemente en un lugar que sea estancoy con ventilación propia, ya que salvo las batería de electrolito en forma de gel, estas pueden soltar aunque en pequeñas cantidades, hidrógeno y gases nocivos. El tipo de cable que debemos utilizar para sus conexiones debe ser adecuado en sección y calidad a la potencia total del parque de baterías. Normalmente la sección es muy gruesa, por lo que a veces se unen entre sí con placas de cobre atornilladas.

https://elmaquinante.blogspot.com/p/blog-page_52.html

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FUENTE:

Manual Curso Patrón Local de Pesca

jueves, 16 de julio de 2020

Carga de gas en estado líquido ¿por qué?

Realizar la carga de gas del aire acondicionado en estado líquido ¿por qué?

Si te haces esta pregunta, vamos a explicar los motivos de hacer esta carga o recarga de gas de este modo, ya que mucha gente desconoce que en realidad muchos de los gases refrigerantes utilizados en nuestros equipos de climatización o aire acondicionado están compuestos por una mezcla de gases y no por gases puros. También te explicaremos las diferencias que existen entre las mezclas azeotrópicas y no azeotrópicas y te explicaremos como se comportan ambos ante una fuga de gas.

Gases puros y mezclas
➤Gases puros
Los gases puros son sustancias que están formadas por un solo tipo de componente o molécula, entre este tipo de gases refrigerantes podemos encontrar al R22, R134a, R12, estos gases al tener una composición básica de un componente no tienen el problema de las mezclas no azeotrópicas cuando existe una fuga en el circuito frigorífico.

➤Gases mezcla

Los gases mezcla a si mismo se pueden englobarse en 3 grandes familias, las mezclas azeotrópicas, mezclas casi azeotrópicas y mezclas no azeotrópicas, todos ellos tienen la característica común de que están formados por la mezcla de 2 o más gases puros, pero cada uno tiene sus características especiales.

   ✔Gases no azeotrópicos o mezclas no azeotrópicas

Estos gases están formados por 2 o más gases puros con una temperatura de deslizamiento y ebullición diferente entre ellos, esto significa que ante una fuga, los gases que forman la mezcla tenderán a perderse en distinta cantidad, lo cual descompondrá la mezcla e influirá en el rendimiento de la máquina. Un ejemplo claro de este tipo de mezcla no azeotrópica que se te utiliza en la actualidad es el refrigerante R407.
En el ejemplo del gas R407 podemos ver que está formado por 3 componentes: Tetrafluoroetano (R-134a) en un 52%, Pentafluoroetano (R-125) en un 25% y Difluorometano (R-32) con un 23% del total de la mezcla.

💡Los gases no azeotrópicos han de cargarse siempre en estado líquido.

   ✔Gases azeotrópicos o mezclas azeotrópicas

Al igual que las mezclas no azeotrópicas, las mezclas azeotrópicas están formados por 2 o más gases puros, la diferencia radica en que estas mezclas si tienen el mismo punto de ebullición, por lo que ante una perdida de gas este mantendrá su composición y su rendimiento, un ejemplo de un gas azeotrópico es el R-502 el cual si podrá ser cargado en estado gaseoso aun siendo una mezcla de varios gases puros.

   ✔Gases casi azeotrópicos o mezclas casi azeotrópicas
Estas mezclas aun siendo mezclas no azeotrópicas tienen una temperatura de ebullición muy similar y por lo tanto tienen a «perderse» en la misma cantidad ante una fuga de gas, un ejemplo muy utilizado actualmente de este tipo de gases es el R-410, el cual podría ser recargado tanto en estado líquido como gaseoso, no obstante al no ser un gas azeotrópico al 100% siempre es recomendable realizar la carga o recarga en estado líquido.

Manera de evaporarse de los gases azeotrópicos, gases no azeotrópicos y compuestos puros.

👉Carga de gases No azeotrópicos y casi azeotrópicos
En una botella de refrigerante al igual que en cualquier equipo de aire acondicionado nos encontramos el refrigerante tanto en estado líquido como en estado gaseoso, en las botellas donde se almacenan estos refrigerante el estado líquido quedará en la parte inferior de la botella y en la parte superior tendremos el mismo refrigerante en estado gaseoso.

Lo primero que tenemos que entender, es que en estado líquido, la mezcla del refrigerante es perfecta desde que se fabricó, algo que no ocurre en estado gaseoso, ya que esta mezcla de refrigerantes se corrompe al evaporarse a distinta temperatura, por lo que una carga en estado gaseoso hará que la mezcla que estemos metiendo a nuestro equipo no sea una mezcla perfecta, por lo que el funcionamiento de nuestra unidad no será el adecuado pudiendo causar problemas más graves a largo plazo.
Esto ocurre de igual modo ante una perdida de gas, la cantidad de gas que se pierde por una fuga en este tipo de gases no es exacta y por lo tanto la mezcla se descompensa, ante esta situación siempre es recomendable en este tipo de gases no azeotrópicos, vaciar el circuito con el gas que quede en el mismo y realizar una carga de gas completa a peso y en estado líquido.

👉Carga de gases azeotrópicos
Los gases azeotrópicos dada su composición e igual temperatura de ebullición no tienen problemas en ser cargados tanto en estado líquido como gaseoso, tampoco habrán problemas para recargar una instalación donde se ha producido una fuga ya que la mezcla mantendrá su composición y por lo tanto no influirá en bajada de rendimiento.

FUENTE:

http://www.aire-acondicionado.com.es/carga-de-gas-en-estado-liquido/

miércoles, 15 de julio de 2020

Carga de refrigerante en sistemas de refrigeración con Compresores Comerciales Danfoss.

Forma de carga recomendada para sistemas de refrigeración con Compresores Comerciales Danfoss.

👉Introducción:
En las instalaciones de aire acondicionado y refrigeración existen una gran variedad de diseños y posibles componentes del sistema. El diseño del sistema y la presencia o ausencia de ciertos componentes, no sólo influye en el comportamiento del sistema durante la operación, sino que también puede tener gran influencia durante el proceso de carga. Un procedimiento de carga inapropiado puede causarle daños al compresor de varias maneras: excesiva diferencia de presión Alta/Baja, golpes de líquido u operación en vacío. El sistema de carga de refrigerante explicado abajo está fuertemente recomendado para reducir estos riesgos.

👉Preparaciones previas a la carga inicial:
1. Previo a la carga del refrigerante, debe llevarse a cabo el procedimiento de puesta delsistema en vacío y remoción de humedad.
2. Siempre usar una escala para medir la carga de refrigerante actual. Recordar la carga del mismo cuando esté completa.
3. El refrigerante debe ser cargado en la fase liquida para cualquier tipo de refrigerante.
4. El refrigerante debe ser cargado en el lado del líquido del circuito. El mejor lugar de carga es la válvula de cierre de servicio en la salida del recibidor de líquido. Cuando no hay líquido en el recibidor, la carga debe hacerse en la línea de líquido. Cuando haya una válvula solenoide (VS) en la línea de líquido, esta debe ser cerrada y el punto de carga debe ser antes de la misma (VS).
5. Si el sistema esta equipado con una válvula de expansión electrónica (VEE), esta debe ser cerrada totalmente (grado de apertura: 0%).
6. Conectar el lado de alta presión del manifold al puerto de presión en el lado del líquido como se describe arriba. Conecta el lado de baja presión del manifold a una válvula Schrader en la línea de succión tan lejos del compresor como sea posible.
7. Abrir el cilindro refrigerante y abrir hasta el “crack” brevemente las válvulas de conexión de manómetro de Alta y Baja para purgar el aire de las mangueras de carga.

👉Carga inicial:
1. El compresor debe estar apagado y se debe prevenir que arranque automáticamente o de improviso.
2. Si el sistema está equipado con una válvula de cierre de servicio en la línea de líquido, poner esta en la posición intermedia (entre posición abierta y cerrada).
3. Abrir la válvula de conexión de manómetro e introducir líquido refrigerante hasta que la presión del sistema en el lado de Alta iguale la presión en el cilindro refrigerante.
Eventualmente prender los ventiladores del condensador o calentar el cilindro de refrigerante para ayudar a la transferencia de líquido dentro el sistema. Si no hay VEE ni VS, tener cuidado especial en no llenar la carcasa del compresor con líquido refrigerante a través del evaporador y la línea de succión.
4. Abrir hasta el “crack” la válvula de conexión de manómetro de Baja. Dejar que la presión del sistema del lado de Baja se incremente lentamente hasta que la presión de Baja se iguale con la presión de Alta. Cuando el sistema o el compresor esté equipado con una válvula de retención en el lado de descarga, la carcasa de arriba esta todavía sometida a vacío (en compresores scroll). En estos casos el incremento de presión no debe ser mayor a 0.25 bar/s. Un incremento de presión brutal puede causarle daño interno al compresor por una excesiva diferencia de presión entre Alta y Baja en el lado del compresor.
5. Cerrar la válvula de cierre de servicio (posición cerrada). Esto permitirá una rápida introducción de líquido refrigerante en la línea de líquido cuando el compresor se haya prendido.
6. Prender el compresor. Permitir al sistema operar por breves períodos de tiempo mientras se monitorea la rápida transferencia de refrigerante directamente en la línea de líquido. Si es necesario, iniciar y parar el compresor directamente a través del interruptor del compresor para evitar hacer funcionar el compresor en vacío.

💡PELIGRO: nunca puentear el interruptor de seguridad de Baja presión.

7. Una vez que la mayoría de la carga de refrigerante estimada ha sido cargada, discontinuar la carga de líquido. Cerrar la válvula de conexión de manómetro y el cilindro de refrigerante y abrir totalmente la válvula de cierre de servicio de la línea de líquido (posición abierta).
8. Cualquier pequeña cantidad de refrigerante adicional requerido puede ser agregado de manera segura el sistema regulándolo lentamente a través de la válvula Schrader en el lado de Baja.
9. Permitir al sistema operar hasta que se haya llegado a la temperatura operativa de diseño antes de hacer los ajustes finales de carga de refrigerante.
10. Continuar monitoreando de cerca el sistema a través de todo el periodo inicial de trabajo.
Observar todas las presiones y temperaturas operativas del sistema y hacer cualquier otro control necesario de ajuste. Mientras esto sucede, el nivel de aceite del compresor debe mantenerse dentro del visor de líquido y el sobrecalentamiento de la succión debe ser medido ocasionalmente en la succión del compresor para asegurarse el adecuado enfriamiento del motor y que no haya liquido refrigerante que esté siendo devuelto directamente al compresor.

👉Servicio del sistema:
En la mayoría de las situaciones, la recarga de refrigerante es posible usando el mismo método descripto arriba (punto 6 en adelante).
Sin embargo, después de una fuga de gas en el sistema con una mezcla de gases geotrópica como el R407C, la carga residual va a tener una composición diferente a la del refrigerante original. En este caso, la carga entera debe ser removida antes de recargar el sistema.

FUENTES:

"Forma de carga recomendada para sistemas de refrigeración con Compresores Comerciales Danfoss."

miércoles, 6 de mayo de 2020

Motores de Carga Estratificada

Carga estratificada
Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga estratificada, diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculación de los gases resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador.
Esta denominación es utilizada para definir el llenado medio de los cilindros cuando se utilizan mezclas pobres en los motores de gasolina. Para que la mezcla se pueda consumir debe tener la relación adecuada entre aire y gasolina. En mezclas pobres solamente se puede conseguir creando una zona del cilindro con la mezcla adecuada y otra zona del cilindro solamente con aire. La zona de mezcla correcta corresponde a la zona de la bujía, de forma que al saltar la chispa toda esa mezcla se quema. El aire de la otra zona del cilindro simplemente aumenta su volumen a causa del incremento de la temperatura. El llenado del cilindro se realiza en forma de estratos, es decir por capas.
La clave de este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficiente como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos.

MOTORES DE CARGA ESTRATIFICADA
Desde 1920 se han hecho muchos intentos de desarrollar motores de combustión interna híbridos que combinen las ventajas de los motores encendidos por compresión y de aquellos encendidos por chispa. La idea es operar el motor en un rango de relaciones de compresiones (entre 12:1 y 15:1) donde la eficiencia sea alta y la misma empiece a saturarse mediante:

· Inyección del combustible directamente en la cámara de combustión durante la carrera de compresión evitando el autoencendido típico de motores encendido por chispa con altas relaciones de compresión.

· Encendido del combustible a medida que se mezcle con el aire usando una bujía para proveer un control directo del proceso de ignición.

· Controlar la potencia liberada por el motor variando la cantidad de combustible inyectado por ciclo con el aire a mariposa abierta siempre para minimizar el trabajo de bombeo de la mezcla fresca al

cilindro.

Estos motores se denominan de carga estratificada porque la mezcla airecombustible se forma en estratos de diferentes concentraciones y riquezas y el diseño de la cámara y la inclusión de la bujía de ignición permiten lograr las riquezas adecuadas para un eficiente encendido de la mezcla. De esta forma se evita el inconveniente de la detonación pudiendo usarse combustibles muy variados y por otro se evita un inconveniente de muchos motores Diesel asociado con la calidad del encendido de la mezcla y la posterior formación de hollín y material particulado.

Motores de carga estratificada también suelen diferenciarse por la forma de inyección en directa e indirecta.

EJEMPLOS
FSI son las siglas de Fuel Stratified Injection (en castellano, "Inyección Estratificada de Combustible") que ha sido concebida por la marca alemana Bosch, y es una tecnología aplicada a motores alimentados por gasolina utilizados en automóviles que aumenta su potencia y su par motor, y los hace un 15% más económicos, a la vez que reduce las emisiones contaminantes.

En dichos motores, el combustible es inyectado directamente en las cámaras de combustión por unos inyectores situados en un lado del cilindro, los cuales reciben la gasolina gracias a una bomba de alta presión accionada por el árbol de levas y a un sistema common rail (conducto común). Estos dosifican el combustible con una presión que puede llegar hasta 110 bares (1600psi).

En esta situación, el aire aspirado en la etapa de admisión va forzosamente hacia las cámaras de combustión y la cabeza de cada pistón. En función de la posición de la válvula de mariposa de admisión de aire, el motor dispone de dos diferentes modos de funcionamiento, que son la clave definitiva para la versatilidad que proporciona el sistema FSI: la alimentación por mezcla homogénea o estratificada.

Según la situación de carga del motor y la posición del acelerador, la electrónica del motor activa la modalidad más conveniente en un momento dado, sin que el conductor lo note ni tenga que intervenir.

En un sistema convencional de inyección, el colector alimenta constantemente la mezcla a presión con 14,7 partes de aire por una de gasolina. El motor emplea esta mezcla homogénea cuando el conductor solicita mucha potencia.

En condiciones de máxima carga o elevado régimen, el combustible es inyectado en sincronía con la fase de admisión, y las cámaras de combustión son llenadas de forma homogénea con la mezcla que hará explosión.

Gracias a la gran precisión de la inyección, a la finísima pulverización del combustible y a la refrigeración interna cuando se difumina el combustible en la cámara de combustión, el motor FSI permite una compresión más elevada que los motores con inyección convencional en el colector, lo que proporciona más efectividad termodinámica.

Esto quiere decir que, alimentándolo homogéneamente, el motor consume menos combustible y le permite contar con más potencia.

Modos de operación

Las principales ventajas de un motor de FSI son el aumento de la eficiencia del combustible y de la potencia. Los niveles de emisión también puede ser controlados con mayor precisión con el sistema GDI. Los citados son los beneficios obtenidos por el control sobre cantidad de combustible y los tiempos de inyección, que varían de acuerdo a las condiciones de carga. Además, no hay pérdidas de la regulación en algunos motores FSI, en comparación con los sistemas tradicionales de inyección de combustible.

La velocidad de giro del motor está controlado por el sistema de gestión del motor (EMS), regulada en función de la inyección de combustible y el encendido estático, lo cual requiere una considerable mejora de su procesamiento y memoria. Este sistema, que está continuamente operativo, selecciona el modo de operación idóneo en función de las condiciones de carga del motor:

Combustión con mezcla pobre: el EMS selecciona este modo cuando las condiciones de carga del motor requieren poca o nula aceleración. El combustible es inyectado en las últimas fases de la etapa de compresión, de modo que se encuentra muy cerca de la bujía, mientras que en el resto de la cámara se encuentra el aire aspirado. Debido a esto, a la posición en diagonal de la mariposa de admisión y al diseño de la cabeza del pistón, el aire ha experimentado un impulso de rotación orbital, denominado en inglés "tumble". Este curioso movimiento es lo que permite realizar la estratificación de la mezcla en la cámara de combustión. La combustión tiene lugar en un toroidal (en forma de donut) en una cavidad de la superficie del pistón. Esta técnica permite el uso de mezclas extremadamente precisas imposibles de obtener mediante carburadores convencionales, empleando proporciones de aire-combustible en la mezcla de 14'7:1.

Combustión para plena potencia: el EMS conmuta a esta modalidad en condiciones de alta o máxima carga. Se inyecta una mezcla más rica de aire-combustible en los cilindros para evitar que el motor pierda rendimiento y garantizar un funcionamiento uniforme por parte de éste, sin "golpes" bruscos.

Turbo inyección estratificada

Turbo inyección estratificada o TSI (por sus siglas en inglés, Turbocharged Stratified Injection; traducible también como inyección estratificada turbocargada) es un tipo de motor a gasolina utilizado en automóviles del Grupo Volkswagen. El objetivo de esta tecnología es tener motores con una cilindrada más pequeña, que a diferencia de los motores con cilindrada más grande, tienen un menor consumo de combustible en combinación con una potencia mayor y par más alto. Un motor a gasolina de inyección directa se acopla a un turbocompresor o a dos distintos alimentadores. El primer motor TSI fue un motor 1.4 litros doblemente sobrealimentado en el año 2005. A esta tecnología de motor únicamente Audi la denomina TFSI (siglas de Turbo Fuel Stratified Injection). La tecnología equivalente al TSI en los motores diésel se conoce como TDI.

Funcionamiento

El motor TSI es un motor a gasolina, y con la peculiar característica de tener tanto un compresor volumétrico, independiente de los gases post combustión (ya que esta acoplado directamente al cigüeñal), como un turbo en el mismo motor. El TSI es un motor polivalente, tiene un alto par tanto en bajas revoluciones (cuando el coche sale) como en altas revoluciones (cuando ya tiene velocidad), lo que hace que el conductor tenga siempre una respuesta instantánea al acelerar . Una Turbina (Turbo compresor) opera óptimamente en un rango bajo-medio-alto de revoluciones del motor junto con la inyección estratificada que proporciona la unidad de control electrónico (ECU) que se encarga de administrar el momento de actuación de cada componente de sobrealimentación.

En el rango bajo-medio-alto el Turbocompresor es el que suministra la sobrealimentación , lo que nos da como resultado una curva de par muy plana tanto a bajas como a altas vueltas (RPM) , que puede lograr aprovecharse eficientemente con una transmisión manual o de doble embrague brindando una entrega de potencia contundente y constante teniendo como resultado una potencia bastante elevada, mucho mejor que los motores sobrealimentados con un turbo de geometría fija , añadiendo también una mejora en la reducción del consumo de combustible y por ende la disminución de gases contaminantes al ambiente. Basta decir que de este motor se obtienen potencias elevadas que pueden resultar efectivas para algunos tipos de vehículos.

Twincharged Stratified Injection

Con la Twincharged Stratified Injection se utilizan dos cargadores. El primero es un cargador de pistones rotativos mecánico (compresor) en el principio de Roots que bajo rangos de velocidades (listo a partir del régimen de ralentí) comprime el aire aspirado. A partir de un número de revoluciones de cerca de 2000 por minuto entonces una válvula reguladora controla la contribución del compresor a la carga. Adicionalmente es aquí cuando comienza la compresión a través de los dos cargadores, un turbocargador de los gases de escape, que asume por sí solo la carga del motor a unos 3500 RPM. El compresor se separa después por medio de un embrague electromagnético.

Con esta tecnología se omiten las mayores desventajas de ambos cargadores:

El "hueco en el turbo" del turbocargador de los gases de escape que en revoluciones bajas se subsana con el uso del compresor.
El compresor se separa a revoluciones bajas del cigüeñal y por lo tanto ya no retira potencia del motor.

De forma similar se utilizó la carga combiana de un motor a gasolina con un compresor y un turbocargador ya en los años 1980 en los vehículos de la serie 200 de los vehículos de Rally del Grupo B Lancia Delta S4.

Turbocharged Stratified Injection

Mientras que VW originalmente solo vendía bajo la denominación TSI los motores doblemente turbocargados mencionados arriba (Twincharged Stratified Injection), se continuó ofreciendo como tal también a los anteriores modelos con motores turbocargados de inyección directa de gasolina como Turbocharged Stratified Injection (TSI) desde los modelos 2008. También se basaron nuevos motores en nuevas arquitecturas de construcciones de motor, que entre otras cosas, equipan a través de una cadena de control una correa dentada así como disponen de una bomba de aceite reglada.

Con esta tecnología Volkswagen dejó de contar con carga estratificada, y ahora la abreviación TSI o TSFI son solo marcas comerciales. Entonces a finales de 2005 se cambiaron los motores atmosféricos 1.6 FSI y 2.0 FSI de carga estratificada de funcionamiento de cargas parciales a estos de funcionamiento homogéneo convencional. Con ello se omite también el previamente imprescindible catalizador de almacenamiento de óxido nítrico.

FUENTES:

Apuntes "Eficiencia en Motores"

http://www.angelfire.com/planet/motorinfo/motor_carga_estratificada.html

https://www.mecanicoautomotriz.org/773-manual-mecanica-automotriz-motores-carga-estratificada

https://es.wikipedia.org/wiki/FSI

https://es.wikipedia.org/wiki/Turbo_inyecci%C3%B3n_estratificada

Carga estratificada (Automoción) © https://glosarios.servidor-alicante.com

domingo, 3 de mayo de 2020

Convertidor de par

Convertidor de par.
El convertidor de par hace las funciones de embrague entre el motor y la transmisión.

Las ventajas de un convertidor de par sobre un embrague convencional son las siguientes:
·    Absorbe las cargas de choque.
·    Evita que el motor se sobrecargue y llegue a calarse, permitiendo el funcionamiento a la vez del sistema hidráulico.
·    Proporciona las multiplicaciones de par automáticamente para hacer frente a la carga, sin tener que cambiar de velocidad dentro de unos límites.
·    Se elimina la necesidad de embrague.
·    La carga de trabajo va tomándose de forma gradual.
·    Se precisan menos cambios de velocidad

El funcionamiento del convertidor de par es relativamente sencillo. Consta de dos turbinas enfrentadas, una de las cuales movida por el motor diesel impulsa el aceite que hay en el interior del convertidor contra la otra turbina, haciendo que esta gire y venza la resistencia de la transmisión y de las ruedas o cadenas. El cigüeñal del motor hace girar el Impulsor y este la turbina que mueve el eje de salida. Hasta ahora hemos descrito un embrague convencional que funciona por aceite, lo que en realidad hace cambiar el par es una tercera turbina llamada estator que proporciona una cierta graduación de la energía que se transmite del motor a la transmisión. Al girar el motor, la fuerza centrífuga lanza el aceite hacia la periferia del impulsor, en cada uno de los espacios delimitados por cada dos paletas; de éstos pasa a los espacios análogos delimitados por las paletas de la turbina, desde la periferia al centro, y después vuelve nuevamente al impulsor estableciéndose un circuito cerrado. Si la velocidad de rotación es suficientemente elevada, la turbina es arrastrada y gira a la misma velocidad, transmitiendo así el giro del motor a la transmisión, sin resbalamiento de la turbina. Esto ocurre, por ejemplo, cuando la máquina se mueve por inercia , sin carga. Cuando la máquina tiene que vencer una carga, baja la velocidad de giro de la transmisión, y por lo tanto la de la turbina. Al girar la turbina más despacio que el impulsor el aceite choca contra las paletas convirtiendo la energía en perdida en calor. Mientras más despacio gire la turbina, con respecto al impulsor, habrá más pérdidas de energía del aceite. Vemos que si solamente usamos dos turbinas al aumentar la carga no hay aumento de par.

Las partes que forman realmente un convertidor de par que funciona como tal, son las siguientes (ver figura):
A. Impulsor
B. Turbina
C. Estator
D. Carcasa giratoria
E. Carrier o soporte
F. Eje de salida

Flujo de aceite dentro de un convertidor de par.
La carcasa giratoria D es impulsada por un estriado interior que lleva el volante del motor, y el impulsor A está empernado a la carcasa, por lo que gira con ella. La carcasa suele ser de fundición y el impulsor de aluminio.

La turbina B recibe el aceite procedente del impulsor y acciona el eje de salida F del convertidor. La turbina suele ser de aluminio y manda aceite al estator.

El estator C está fijado por el soporte E a la tapa o cárter del convertidor y permanece estacionario. El aceite que recibe de la turbina lo manda al impulsor. El estator suele ser de acero.

Veamos el flujo que sigue el aceite en el convertidor. El aceite, procedente del grupo de válvulas de control de la transmisión, entra al impulsor A por un conducto taladrado que tiene el soporte E. El impulsor A, accionado por la carcasa giratoria D y por el motor, actúa como una bomba centrifuga y arroja el aceite hacia la periferia, el aceite es obligado a pasar a la turbina B. El aceite a elevada velocidad golpea las paletas de la turbina, haciendo girar a ésta y al eje de salida F. El aceite procedente de la turbina B pasa al estator C y éste lo dirige nuevamente al impulsor A, comenzando de nuevo el ciclo.

👉Multiplicación de par.
Cuando en el eje de salida no hay ninguna resistencia a girar, y el eje de salida gira a la misma velocidad que el volante del motor, el impulsor y la turbina giran a la misma velocidad. Bajo estas condiciones el aceite sale del estator con una dirección tal que choca bruscamente contra las paletas del impulsor. Como el impulsor no puede girar más deprisa, porque va unido al volante del motor, el aceite pierde la velocidad que llevaba y por lo tanto, la casi totalidad de su energía se transforma en calor producido por el choque con las paletas del impulsor. Como en anteriores choques con las paletas de la turbina y del estator el aceite ha ido perdiendo velocidad y energía, con respecto a la que llevaba cuando salió del impulsor, resulta que al llegar de nuevo a éste no puede ayudar al aceite que sale de él a circular más deprisa y con más energía, que es la única forma de poder aumentar el par de salida con respecto al de entrada.
Si el eje de salida toma carga, dicho eje, y por lo tanto la turbina, giraran más despacio que el impulsor; al girar más despacio la turbina, el aceite entra al estator con una dirección tal que cuando sale de él se dirige al impulsor de tal forma que ahora parte del aceite no choca y se incorpora al que mueve el convertidor, comunicándole su energía y velocidad. Ahora tenemos dos puntos muy importantes; por un lado la turbina gira más despacio, y por lo tanto cada espacio entre paletas está más tiempo enfrentado con cada chorro de aceite que sale del impulsor, y por otro lado tenemos que además le entra aceite a más velocidad y con más energía que antes, debido a esa energía que le ha comunicado al aceite que sale del impulsor el aceite procedente del estator.
Como la velocidad en el eje de salida es menor, y la potencia del motor no baja al tomar la carga el eje de salida, sino que permanece casi constantemente gracias a ese aumento de aceite sobre la turbina y que es en definitiva el que soporta el aumento de carga del eje de salida, el par aumenta. Entonces está claro que el aumento de par depende de la dirección con que el aceite sale de la turbina, entra en el estator, sale del estator y entra al impulsor y la dirección con que el aceite sale de la turbina depende de la velocidad de ésta con respecto al impulsor. Hay una determinada velocidad de la turbina con respecto al impulsor en la cual el aceite entra a éste con tal dirección, procedente del estator, que se aprovecha toda la velocidad y energía con que el aceite sale del estator y no se pierde prácticamente nada en choques y rozamientos, o sea, en calor.

FUENTE:

https://www.maquinariaspesadas.org/ "Potencia y Fuentes de Energía en Maquinaria Pesada"

lunes, 27 de abril de 2020

Tabla resumen de unidades más utilizadas en Argentina

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ENTRADAS RELACIONADAS

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FUENTES:

Facultad Regional Concordia - Universidad Tecnológica Nacional – U.T.N. - Daniel Pablo Durán - "SIMELA (Sistema Métrico Legal Argentino) UNIFICACIÓN EN LA ESCRITURA DE UNIDADES"

Anexo Ley 19.511. - "SISTEMA METRICO LEGAL ARGENTINO (SIMELA)"

https://www.argentina.gob.ar/normativa/nacional/ley-19511-48851/actualizacion

domingo, 12 de mayo de 2019

DIAGRAMA DE LA DISTRIBUCIÓN

DIAGRAMA DE LA DISTRIBUCIÓN DE UN MOTOR DE CUATRO TIEMPOS

Gráfico donde se representan los ángulos de apertura y cierre de las válvulas de un motor de 4 tiempos. Se trata generalmente de un diagrama circular donde se representan los arcos de tiempo, referidos a los puntos muertos del pistón, durante los cuales las válvulas permanecen abiertas o cerradas.

En un ciclo ideal de funcionamiento puede suponerse que las fases de apertura y cierre de las válvulas coinciden con la llegada del pistón a los puntos muertos. En la práctica, esta coincidencia se produce muy pocas veces y sólo a regímenes bajos. En efecto, es necesario un cierto tiempo para que la válvula pueda abrirse o cerrarse completamente; por tanto, las fases de apertura y cierre deberán iniciarse poco antes o después de los puntos muertos.

El diagrama de apertura de la válvula de admisión se estudia siempre para que permita el máximo llenado del cilindro a una cierta velocidad. Por ello es necesario anticipar el inicio de la fase de apertura respecto al punto muerto superior, de manera que la válvula se encuentre suficientemente abierta cuando el pistón, descendiendo, inicia la aspiración de la mezcla. En cambio, el cierre de la válvula es retrasado respecto al punto muerto inferior, con objeto de aprovechar la inercia de la mezcla (que continúa entrando incluso cuando el pistón comienza a subir). Cuanto más deprisa gira el motor, tanto más grande es la inercia de la mezcla y tanto mayor debe ser el retraso de cierre de la válvula.

Del mismo modo, la válvula de escape empieza a abrirse antes que el pistón haya llegado al punto muerto inferior. Este avance determina la disminución de la presión en el cilindro y permite al pistón expulsar con mayor facilidad los gases quemados. La evacuación está además favorecida por el hecho de que la válvula, cuando se inicia la fase de escape, se encuentra ya completamente abierta. La propia válvula, finalmente, se cierra con retraso respecto al punto muerto superior, y esto permite aprovechar del todo la inercia de los gases quemados. Por tanto, alrededor del punto muerto superior existe un breve espacio de tiempo en el cual ambas válvulas están abiertas. En este breve tiempo la depresión existente en el colector de escape favorece la evacuación de los gases quemados y facilita la entrada de la mezcla fresca por el conducto de admisión. El ángulo correspondiente al arco de tiempo en cuestión se define como ángulo de cruce de válvulas.

Los valores de avance y de retraso en la apertura y el cierre de las válvulas dependen del tipo de motor y del uso a que va destinado. Un motor de competición, estudiado para regímenes altos, exigirá un ángulo de cruce más bien grande. Para conseguir un llenado de la cámara de explosión con la mayor cantidad de aire fresco (es decir, pera un mayor rendimiento del motor), es esencial el estudio de un ángulo de cruce apropiado. Una distribución muy cruzada permite un funcionamiento regular a regímenes altos, pero determina el reflujo parcial del aire en el conducto de admisión a regímenes bajos. Además, uno apertura prolongada de la válvula de admisión provoca, a regímenes bajos, pérdidas de potencia por bombeo, turbulencia reducida en la cámara y baja velocidad del flujo de aire.

https://elmaquinante.blogspot.com/2016/04/disco-para-puesta-punto-de-motores-para.html

Disco para puesta a punto de la distribución.

Los ángulos de apertura y cierre de las válvulas dependen del propio calado de la distribución, de la conformación de las levas e incluso de los juegos entre empujadores y balancines. Los diagramas suministrados por las empresas constructoras son los que se obtienen con el motor frío, con los juegos prescritos para la puesta a punto (que no son generalmente iguales a los que existen durante el funcionamiento).

FUENTES:

https://diccionario.motorgiga.com/diccionario/diagrama-de-la-distribucion-definicion-significado/gmx-niv15-con193843.htm

https://www.academia.edu/9312464/CICLOS_TE%C3%93RICOS_Y_REALES_DE_LOS_MOTORES_DE_COMBUSTI%C3%93N_INTERNA

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