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jueves, 20 de junio de 2024

MOTORES: NOCIONES ELEMENTALES

 NOCIONES ELEMENTALES

CICLO

Se denomina ciclo a una secuencia de transformaciones que llevan un cuerpo de un estado inicial a un estado final.

Si el estado inicial y final del cuerpo son iguales, se le llama ciclo cerrado.

Si el estado inicial y final del cuerpo son diferentes, se le llama ciclo abierto.

Un ciclo puede representarse gráficamente en un diagrama de ejes ortogonales de presión y volumen, donde se muestran las transformaciones sucesivas que experimenta para cambiar de un estado a otro. Si todas las transformaciones del ciclo son reversibles, se considera un ciclo reversible o perfecto. Si alguna de las transformaciones es irreversible, entonces el ciclo es irreversible o imperfecto.

Por lo tanto, en relación con el motor de combustión interna, podemos decir: El ciclo de funcionamiento de un motor de combustión interna es el conjunto de procesos que debe experimentar la mezcla de combustible para convertir la energía térmica del combustible en energía mecánica, la cual se obtiene en el eje del cigüeñal.

FUERZA

La experiencia cotidiana muestra que, mediante ciertos esfuerzos musculares, el ser humano se desplaza o también desplaza los objetos a su alrededor; de esta manera, puede levantar un libro, lanzar una pelota, desplazar una silla, entre otros.

Cuando se observa el movimiento de un objeto inanimado, se infiere sin duda la presencia de una causa externa que provoca dicho movimiento. A esta causa externa se le llama fuerza.

A partir de lo mencionado, definimos que la fuerza es todo aquello que puede generar movimiento en los cuerpos.

Por ejemplo, la presión de la mezcla quemada contra la cabeza del pistón es una fuerza.

La fuerza se mide habitualmente en kilogramos.

Cuando ocurre la explosión de la mezcla dentro del cilindro de un motor, se genera una presión que, en el sistema métrico acordado para nuestro país, se mide en kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm²).

Sabiendo la presión por cm², se puede calcular fácilmente la fuerza total sobre el pistón; solo es necesario conocer la superficie útil del pistón.

Ejemplo: Presión interna: 5 kg/cm².

Superficie del pistón: 100 cm².

La fuerza total de empuje será: F = 5 x 100 = 500 kilogramos.

TRABAJO

Cuando una fuerza desplaza un cuerpo, se produce trabajo.

Por lo tanto, el trabajo es el producto de la fuerza por la distancia recorrida; se mide en kilográmetros y se expresa como: T = F x e.

Un kilográmetro es el trabajo necesario para elevar un peso de un kilogramo a un metro de altura, y se abrevia como Kgm.

Ejemplo: Para elevar a un hombre de 75 kilogramos a 2 metros de altura, se debe realizar un trabajo de: T = F x e = 75 x 2 = 150 Kilográmetros.

La potencia es la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo. Al examinar la definición de potencia, observamos que es una medida de qué tan rápido se realiza el trabajo.

Mientras que el trabajo es el producto de la fuerza por la distancia (T = F x d), la potencia es el producto de la fuerza por la distancia recorrida en un segundo; y como la distancia recorrida en un segundo es la velocidad, entonces la potencia es la fuerza multiplicada por la velocidad.

La unidad de trabajo es el kilogramo-metro, por lo tanto, la unidad de potencia sería kilogramo-metro por segundo; sin embargo, en la práctica se utiliza el caballo de fuerza (HP) como unidad de potencia.

A través de experimentos prácticos, se determinó que un caballo con fuerza excepcional puede levantar una masa de 75 kilogramos a una velocidad de un metro por segundo.

Por lo tanto, cualquier motor que pueda realizar un trabajo de 75 kilogramo-metros por segundo tiene una potencia de un caballo de fuerza (1 HP).

De esto se deduce que si conocemos el trabajo que realiza un motor en un segundo, es fácil calcular la potencia desarrollada, ya que solo es necesario dividir por 75.

En la clasificación de potencia, distinguimos tres categorías: Potencia teórica, Potencia indicada y Potencia efectiva.

La Potencia teórica de un motor es la que se obtendría si toda la energía térmica del combustible se convirtiera en energía mecánica sin ninguna pérdida.

La Potencia indicada se determina a través del diagrama que se obtiene con el uso de un indicador.

Las fórmulas aplicables son las siguientes:



pi - Presión media obtenida por el diagrama, en Kg/cm2 •
D _ Diámetro del cilindro, en centímetros.
C - Carrera del pistón, en centímetros.
n Vueltas por minuto del motor, en el momento de obtener el diagrama.
Para motores de doble efecto, n debe reemplazarse en las fórmulas por 2 n.

La potencia efectiva es el trabajo útil realizado en un segundo, concentrado en el extremo del eje del cigüeñal. Es comprensible que la potencia efectiva sea menor que la indicada, ya que en el extremo del eje del cigüeñal obtenemos la potencia utilizable tras descontar todas las pérdidas ocasionadas por diversas causas durante el funcionamiento del motor. Para medir la potencia efectiva de un motor, se dispone de varios elementos, entre ellos el freno por fricción.

NOTA: La unidad de potencia H. P. (siglas en inglés de Horse Power) también se utiliza con frecuencia.

Esta unidad británica corresponde al trabajo necesario para elevar un peso de 33,000 libras británicas (14,968 kilos) a una altura de 12 pulgadas (un pie o 0,3048 metros) en un minuto.

En unidades métricas, esto se traduce en una potencia de: 14,968 x 0,3048 = 4,562 kilogramo-metros por minuto.

El trabajo por segundo es 60 veces menor: 4,500 ÷ 60 = 76 kgm.
Como se observa, existe una diferencia de una unidad entre el C. V. y el H. P., por lo que se debe tener cuidado al expresar la potencia en C. V. o en H. P.

PRINCIPIO DEL FRENO COMO ELEMENTO DE CÁLCULO PARA LA POTENCIA
NOCIONES ELEMENTALES

El freno por fricción más común utilizado para determinar la potencia efectiva de un motor es el Freno de Prony. Su principio de funcionamiento se basa en lograr un equilibrio entre el par motor que se desea medir y otro par conocido (freno).

Su construcción es la siguiente (fig. 2):

Un collar compuesto por una lámina o cinta de acero G.C.H. rodea, con la interposición de tacos de madera Y, la parte superior del volante A, que es un manchón o polea fijada al eje del cigüeñal del motor en prueba.

Dos tornillos pasan a través de la palanca D y en sus extremos llevan las tuercas E y E', que se utilizan para ajustar los tacos de madera Y y la zapata B contra el volante, situada en la parte inferior.

La palanca D está balanceada por el contrapeso Q; y cuando las tuercas E y E' (que sujetan el collar) están sueltas, el freno no ejerce ninguna fuerza y, por lo tanto, debe permanecer horizontal; es decir, en equilibrio.

En el extremo N de la palanca D se encuentra una lámina de hierro doblada en un arco NK con centro en O. Esta configuración asegura que el brazo de palanca LOK de la fuerza P se mantenga constante, ya que evita la variación de la distancia desde el centro O hasta cualquier punto del arco KN.

El platillo M, colgado de K mediante un enlace flexible, se utiliza para colocar los pesos P.

Los topes T y T' sirven para limitar el movimiento de la palanca D.

FUNCIONAMIENTO DEL FRENO DE PRONY

Para usar el freno, primero se debe aislar el motor de cualquier resistencia externa; luego se coloca el freno en el extremo del eje del cigüeñal y se verifica el equilibrio de la palanca D.

Una vez hecho esto, se coloca un número determinado de pesas en el platillo M; se arranca el motor y se ajustan gradualmente las tuercas E y E', hasta que el motor alcance la velocidad deseada.

Luego, se añaden o quitan pesas del platillo hasta que todo el dispositivo esté equilibrado; es decir, hasta que la palanca D esté horizontal y no toque los topes T.

En estas condiciones, el freno proporciona una medida directa del par motor.

Si L es la distancia entre los dos planos verticales que pasan por el eje del cigüeñal y el punto donde se suspende el peso P, el par motor será P x L.

Expresaremos ahora este par motor en términos del trabajo que realiza el motor.

Si F es la fuerza de fricción (desconocida) aplicada en la periferia de radio r; el par motor será igual a F x r, lo que nos da que P x L = F x r.


Conocida la fuerza F, será sencillo determinar la potencia del motor; solo se necesita calcular el trabajo realizado por esta fuerza en un segundo. Si el motor realiza n revoluciones por minuto, un punto cualquiera del volante recorrerá una distancia en un segundo que es igual a:



Pero el trabajo de la fuerza F en un segundo nos da la potencia efectiva del motor;luego:



RENDIMIENTOS
A continuación, se presentan las definiciones de los distintos tipos de rendimientos relevantes para los motores.

A) Rendimiento térmico
Se denomina rendimiento térmico a la relación entre la cantidad de calor convertido en trabajo y la cantidad de calor aportado por el combustible consumido.

El rendimiento térmico teórico es aquel que se calcula matemáticamente, basándose en el diagrama teórico, como la relación entre la cantidad de calor que se convertirá en trabajo por el motor y la cantidad de calor que se suministraría al motor en forma de combustible.

El rendimiento térmico indicado es aquel que se calcula matemáticamente, a partir del diagrama real obtenido del motor, como la cantidad de calor recibido por el motor en forma de trabajo y la cantidad de calor suministrada al motor en forma de combustible.

B) Rendimiento de calidad
Se llama rendimiento de calidad a la relación entre el rendimiento térmico indicado y el rendimiento térmico teórico.

C) Rendimiento mecánico
Se refiere al rendimiento mecánico como la relación entre el trabajo efectivo obtenido y el trabajo perdido debido a las resistencias internas del motor.

D) Rendimiento económico
El rendimiento económico se define como el producto de multiplicar los rendimientos térmicos, de calidad y mecánico.

E) Rendimiento volumétrico
El rendimiento volumétrico de la cilindrada de un motor de cuatro tiempos se refiere a la relación entre el volumen de mezcla que ha entrado en el cilindro durante el período de aspiración y el volumen que debería haber entrado en igual período, pero a la presión atmosférica de 760 mm.

Varios factores influyen en este rendimiento: la construcción del motor, el sistema de distribución, la velocidad del pistón, la superficie de los orificios de aspiración y escape, la carrera de las válvulas de aspiración y escape, si el motor es de 2 o 4 tiempos, la altura del motor sobre el nivel del mar y el lugar donde está instalado el motor.

F) Rendimiento gravimétrico

El rendimiento gravimétrico se refiere a la relación entre el peso de la mezcla que realmente entra en el cilindro y el peso de la mezcla que entraría bajo condiciones normales para el mismo volumen del cilindro.

NOTA: Para entender cómo se pierde la energía calorífica del combustible quemado en el cilindro, se proporcionan los siguientes datos:

- 30% se pierde como calor en el agua de enfriamiento.

- 40% se pierde en los gases de escape.

- 2% es absorbido por la instalación eléctrica.

- 4% se pierde por el rozamiento mecánico interno del motor.

- Disponible en el eje cigüeñal: 24%.

- 4% se pierde por rozamiento en el embrague, la caja de cambios, la transmisión, etc.

- 5% se pierde por la eficiencia de la propulsión.

- Disponible: 15% para superar las fuerzas de rozamiento, la resistencia del aire, etc., que se oponen al movimiento del vehículo.

DEFINICIONES

El diámetro del cilindro es la medida interna de la parte cilíndrica por donde se mueve el pistón en su recorrido alternativo. La abreviatura convencional es: D.

El punto muerto superior es la posición más elevada que puede alcanzar el pistón dentro del cilindro. La abreviatura convencional es: P.M.S.

NOCIONES ELEMENTALES

El punto muerto inferior es la posición más baja que puede alcanzar el pistón dentro del cilindro. La abreviatura convencional es: P.M.I.

La carrera del pistón es la distancia que recorre el pistón al moverse de un punto muerto a otro dentro del cilindro. La abreviatura convencional es: C.

Es importante diferenciar dos tipos de carrera: la descendente y la ascendente.

El radio del brazo del cigüeñal es la distancia desde el centro del perno del brazo del cigüeñal hasta el centro del perno de bancada del eje del cigüeñal. La abreviatura convencional es: r.

La longitud de la biela es la distancia medida desde el centro del perno del brazo del cigüeñal hasta el centro del perno del pistón. La abreviatura convencional es: L.

La relación entre la carrera y el diámetro es el número que resulta de dividir la carrera por el diámetro (ambas medidas en milímetros).

Este valor varía entre 0,8 y 2. La abreviatura convencional es: C/D.

La relación entre la longitud de la biela y la carrera es el número que resulta de dividir la longitud de la biela por la carrera (ambas medidas en milímetros). En los motores comunes varía entre 1,6 y 2,8. La abreviatura convencional es: L/C.

El desplazamiento del pistón es la distancia que recorre desde una posición dada hasta el punto muerto más cercano, cuando el brazo del cigüeñal se desvía un ángulo determinado de la posición correspondiente a ese punto muerto. Se designa comúnmente con la letra X.

La superficie del pistón es el área de la cabeza del pistón que está expuesta a la acción de la mezcla quemada. La superficie útil del pistón se considera como la de un círculo cuyo diámetro es igual al del cilindro.


Fuente:

Maq 306 Motores a Explosión Capítulo 2 Nociones Elementales




viernes, 24 de abril de 2020

DEFINICIONES - Algunas definiciones del bocabulario del Motorista.

MOTORES - DEFINICIONES



Diámetro del cilindro es la medida inte­rior de la parte cilíndrica donde se desliza el pistón en su movimiento de vaivén. La abre­viatura convencional es: D.

Punto muerto superior es la posición más alta que puede ocupar el pistón en el cuerpo del cilindro. La abreviatura convencional es: P.M.S.

Punto muerto inferior es la posición más baja que puede ocupar el pistón en el cuer­po del cilindro. La abreviatura convencional es: P.M. I.

Carrera del pistón es la distancia que re­corre el pistón cuando se traslada de un pun­to muerto al otro en el interior del cilindro. Hay que distinguir dos carreras: la des­cendente y la ascendente. La abreviatura convencional es: C.

Radio de brazo cigüeñal es la distancia que existe entre el centro del muñón de brazo cigüeñal hasta el centro del muñón de ban­cada del eje cigüeñal. La abreviatura conven­cional es: r.

Longitud de biela es la distancia medida desde el centro del muñón de brazo cigüeñal hasta el centro del perno de pistón . La abre­viatura convencional es: L.

Relación entre carrera y diámetro es la cifra que se obtiene dividiendo la carrera por el diámetro (ambas medidas en milímetros). Esta medida varía entre 0,8 y 2. La abrevia­ tura convencional es: C/D.

Relación entre longitud de biela y carrera es la cifra que se obtiene dividiendo la lon­gitud de la biela por la carrera (ambas me­didas en milímetros) . Varia en los motores comunes entre 1,6 y 2,8. La abreviatura con­vencional es: L/C.

Desplazamiento del pistón es la distancia que recorre el pistón desde una posición de­ terminada hasta el punto muerto más pró­ximo, cuando el brazo de cigüeñal se aparta un cierto ángulo de la posición correspon­diente a ese punto muerto. Se suele designar con la letra X.

Superficie de pistón es la superficie de la cabeza del pistón, expuesta a la acción de la mezcla quemada. Se considera como superfi­cie útil del pistón a la superficie de un círculo cuyo diámetro sea igual al diámetro del ci­lindro considerado. La abreviatura conven­cionales: Su.

Cilindrada del cilindro es el volumen de aire o de mezcla que puede aspirar el cilin­dro cuando su pistón se desplaza desde el punto muerto superior (P. M. S.) hasta el punto muerto inferior (P. M. I.). La abreviatura convencional es: V.

Cilindrada total es la suma de las cantidades de mezcla que aspiran todos los cilin­dros de un motor de cuatro tiempos, cada dos vueltas del eje cigüeñal. Se abrevia: Vt.

Número de cilindros es la cantidad de ci­lindros que puede tener un motor, y varía entre 1 y 24. Los motores comunes llevan un número par, por lo general; los de aviación, radiales o estrella, en un plano, un número impar, y en dos planos, un número par. Se designa el número de cilindros con la letra: N.

Cámara de compresión es la cámara que queda en el cilindro cuando el pistón está en el punto muerto superior. También suele llamarse cámara de explosión o cámara de combustión. Se le designa con la letra: v.

Volumen total del cilindro es la capacidad del cilindro cuando el pistón está en el punto muerto inferior. Es la suma de la cilindrada más la cámara de compresión. Se lo designa con la suma de V + v.

Compresión es la relación entre el volumen total del cilindro y el volumen de la cámara de compresión . Es la cifra que se obtiene de dividir V + v por el volumen de la cámara de compresión v. Se designa la compresión con la letra c.
La cifra que se obtiene mediante esa divi­sión expresa el Indice de compresión volumé­trico, y es un dato puramente convencional, que no expresa la presión alcanzada al final de la compresión . Al estudiar Indice de com­presión, en el Capítulo V, veremos que la presión real de compresión depende de diver­sos factores.

Velocidad de rotación son las vueltas por minuto del eje cigüeñal del motor. Al núme­ro que las representa , se le agrega la abre­viatura v. p. m. En las fórmulas el número de vueltas por minuto se abrevia con la letra n.

Sentido de rotación: Cuando el eje cigüe­ñal gira en el sentido de las agujas de un reloj, mirando el motor del lado contrario al acoplamiento, se dice que el motor es de rotación derecha, e inversamente.

Velocidad media del pistón es la distancia que recorre el pistón en un segundo, inter­pretándose esta definición como la suma li­neal de los movimientos de vaivén que reali­za el pistón en un segundo.

Motores cuadrados son aquellos cuya ca­rrera es igual o casi igual al diámetro del cilindro.

Motores alargados son aquellos cuya ca­rrera es considerablemente mayor que el diá­metro del cilindro.

Motores chatos son aquellos cuya carrera es menor que el diámetro.

Motores centrados son aquellos en que la línea imaginaria paralela al eje del cilindro, que pasa por el centro del perno del pistón, pasa también por el centro del perno de ban­cada.

Motores desplazados son aquellos en que la línea imaginaria paralela al eje del cilin­dro, que pasa por el centro del perno de pis­tón, está desplazada del centro del perno de bancada.


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


FUENTES:

M.J.D.

Maq 306 Motores a Explosión Capítulo 2 Nociones Elementales

https://elmaquinante.blogspot.com/2018/03/nociones-elementales-potencia.html



sábado, 2 de febrero de 2019

PRL/Propulsión - UNIDAD 2: MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTIÓN INTERNA.


Los motores térmicos son dispositivos que transforman calor en trabajo. El calor procede usualmente de una reacción de combustión (aunque también puede ser de origen nuclear, solar, etc.), siendo absorbido por un fluido motor que, al describir un ciclo termodinámico, pone piezas en movimiento realizando un trabajo.

Los motores térmicos pueden ser de combustión externa o de combustión interna.
•Motores de combustión externa: el calor generado por la combustión se ejecuta fuera del motor y es transmitido a través de uno o varios fluidos intermedios (agua, aceites, etc) y se transforma en energía mecánica a través de una máquina de movimiento alternativo o rotativo •
•Motores de combustión interna: en éstos, la combustión se realiza en el interior del motor , en una cámara interna, y son los propios gases de la combustión los que, al expandirse, producen los movimientos de las piezas del motor .
PARTES DE UN MOTOR

Dicho en otras palabras, un motor térmico es un conjunto de piezas fijas y móviles que transforman la energía química de un combustible (convertida en calor mediante su combustión), en trabajo mecánico.

Piezas fijas:
  1. Block
  2. Cilindros
  3. Tapa de cilindros
  4. Carter

Piezas móviles:
  1. Pistón
  2. Cigüeñal
  3. Árbol de levas
  4. Válvulas de admisión y escape
Hay un gran número de otras partes, sin las cuales el motor no podría funcionar:
  1. Bomba de inyección
  2. Carburador
  3. Inyectores
  4. Bujías
  5. Termostato
  6. Radiador
  7. Etc.

INSTRUMENTOS DE MEDIDAS

METROLOGÍA
Es la ciencia que se ocupa del estudio de las unidades de medida, de la técnica de las mediciones y sus verificaciones

MEDIR
Es comparar un objeto con una unidad previamente establecida

UNIDAD DE MEDIDA
Son magnitudes fijas necesarias para comparar los resultados de las mediciones, la magnitud que se toma como referencia debe ser la misma y de valor constante.

PATRÓN DE MEDIDA
Es la representación física o materialización de la unidad de medida, debe ser lo menos variable posible.
Permiten controlar su trabajo en cuanto a dimensión, temperatura, volumen, precisión, peso, tiempo entre otras.
UNIDADES FUNDAMENTALES S.I
LONGITUD
La unidad de longitud es el metro, en 1795 se definió como la cuarenta millonésima parte de la circunferencia de la tierra, en la actualidad está definido de manera más precisa en función de la longitud de onda producida por la radiación del átomo de Kriptón 86, en condiciones especiales.

MASA
La unidad de masa es el kilogramo, se debe tener en cuenta que el kilogramo es una unidad de masa y no de peso ni de fuerza. La unidad de masa original se llamaba el grave, definido como la masa de un litro de agua a la temperatura de congelación, casi igual a nuestro moderno kilogramo.
En 1875 la unidad de masa del sistema métrico se redefinió como el kilogramo y se fabricó un nuevo patrón.

TIEMPO
La unidad de tiempo establecida es el segundo, que corresponde a un numero determinado de periodos producto de la radiación del átomo de Cesio.

Esta definición fue adoptada en 1967 por la conferencia general de pesos y medidas reemplazando el concepto de fracción de día solar que correspondía mas a un concepto astronómico

Para estudiar con un poco mas de detalle este tema en particular

https://elmaquinante.blogspot.com/2017/03/mtd-unidad-1-antecedentes-historicos_19.html


CICLO OPERATIVO.

Los motores térmicos alternativos pueden ser de dos tiempos o de cuatro tiempos.
Por ciclo operativo entendemos a la sucesión de operaciones que un fluido ejecuta en el cilindro y lo repite con ley periódica. La duración del ciclo es medida por el número de carreras efectuadas por el pistón para realizarlo.

Se llama carrera de un pistón, a la distancia que recorre desde el PMS hasta el PMI o viceversa.

Se dice que los motores alternativos son de 4 tiempos cuando el ciclo se realiza en cuatro carreras del pistón y de 2 tiempos cuando el ciclo se realiza solamente en dos carreras del pistón. Esto quiere decir que los motores de 4 tiempos realizan un ciclo cada 2 revoluciones del eje cigüeñal y los de 2 tiempos, cada revolución. 
👉CICLO DE CUATRO TIEMPOS:
 


La secuencia cíclica de las transformaciones en el motor diesel de cuatro tiempos es:

1º Carrera ------ Llenado del cilindro con aire atmosférico (aspiración)
2º Carrera ----- Compresión de la carga de aire para elevar su presión y temperatura a la necesaria para inflamar y quemar el combustible. (compresión)
3º Carrera ---- Combustión del combustible y expansión de los gases quemados. (combustión)
4º Carrera ---- Vaciado del cilindro de los gases quemados descargándolos. (escape)

Cuando esta secuencia de transformaciones se completan, el ciclo se repite.

Para que esta secuencia sea posible intervienen unos accesorios que se llaman válvulas de aspiración o admisión, y válvulas de descarga o escape.

En el caso de las válvulas de admisión, es necesario que estén abiertas en la primer carrera del ciclo para permitir el paso del aire fresco dentro del cilindro.

En el caso de las válvulas de escape , es necesario que estén abiertas en la cuarta carrera del ciclo para desalojar los gases quemados que ya realizaron su trabajo.

Ambas válvulas permanecerá cerradas en la segunda y tercera carrera del ciclo, para permitir la compresión del aire aspirado y la correcta expansión de los gases calientes después de la combustión.

También interviene un carburador y bujías, en el caso del motor del ciclo Otto o motor de explosión, o una bomba inyectora y un inyector en el caso de los motores del ciclo Diésel. Estos componentes son los encargados de introducir el combustible que se va a quemar en la cámara de combustión.

Todo esto se hace en forma perfectamente sincronizada con la ayuda del sistema de distribución que estudiaremos mas adelante.
 
DIAGRAMAS DE PRESIÓN VOLUMEN:
💡Primero, algunos conceptos generales para comprender mejor los diagramas:

  • Punto Muerto Superior PMS: Posición más alta del pistón más alejada del cigüeñal próxima a la culata.
  • Punto Muerto Inferior PMI: Posición mas baja del pistón próxima al cigüeñal.
  • Carrera: Es la distancia que recorre el pistón desde un punto muerto al otro, se expresa generalmente en mm.
  • Cilindrada unitaria: Es el volumen del cilindro con el pistón en punto muerto inferior. También se puede definir como el volumen total del cilindro.
  • Volumen de la cámara de combustión: mínimo volumen del cilindro cuando el pistón se encuentra en PMS.
  • Relación de compresión: Es la cantidad de veces que esta comprendido el volumen de la cámara de combustión, en el volumen total del cilindro. Rendimiento mecánico: Es la relación que existe entre el trabajo obtenido y el trabajo perdido como consecuencia de las resistencias internas propias del motor.
  • Presión media indicada: Es la presión promedio que actúa sobre la cabeza del pistón durante la carrera de trabajo, (promedio entre la presión máxima y la presión mínima).
  • Espacio nocivo: distancia mínima entre pistón y culata cuando el pistón se encuentra en PMS.

Haremos la representación del diagrama P. V. teórico de un motor diesel de 4 tiempos, para lo cual suponemos que cumple las condiciones siguientes:
Las aspiraciones del aire atmosférico y la descarga de los gases quemados será a presión atmosférica.
La compresión del aire y la combustión – expansión de los gases se harán sin recibir ni tomar calor, es decir, será un proceso adiabático.
Las válvulas se abrirán y cerraran completamente en los puntos muertos.
La inyección comenzara en el PMS y la combustión será a presión constante.
Corrección del ciclo de 4 tiempos
Los inconvenientes que presenta el desarrollo del ciclo teórico de los motores reales, dieron lugar a introducir correcciones en el ciclo, es decir, que, las aperturas y cierres de las válvulas, no se realizan al comienzo y final de las carreras correspondientes. Los inconvenientes que presenta el ciclo teórico son pequeños en los motores de baja velocidad, pero aumentan con el aumento de la velocidad del motor.
Para corregir estas deficiencias se procedió a variar las aperturas de la válvula de admisión, se abre antes. del PMS y se cierra después del PMI con un retardo obteniéndose un me,jor llenad'o del cilindro con aire atmosférico.
La inyección del combustible comienza antes del PMS , para dar tiempo al combustible a comenzar la ignición, y este anticippoo se incrementa cuando se incrementa la velocidad del motor.
Para obtener el total desalojo de los gases de la combustión, en el tiempo de escape, la válvula se abre antes del PMI y se cierra después del PMS con un retardo . Este retardo coincide con el anticipo de apertura de válvula de admission, llamándose a este momento como “cruce de válvulas”.

Diagramas corregidos del ciclo  de 4 tiempos.






👉CICLO DE DOS TIEMPOS: 


SECUENCIA CÍCLICA DEL MOTOR DE 2 TIEMPOS
Para la realización de este ciclo se requieren dos carreras del pistón o sea una vuelta del cigüeñal. Los tiempos son:
1º Tiempo ---- Aspiración de la carga de aire atmosférico y compresión del mismo.
2º Tiempo ---- Combustión, expansión de los gases producidos y descarga de dichos gases. Este es el tiempo de trabajo.


CORRECCION EN EL CICLO DE DOS TIEMPOS.
Estas correcciones se realizan en el ciclo para mejorar el funcionamiento del motor real.

-1er tiempo - El pistón está en el PMI, el cilindro recibe el aire de barrido por las lumbreras de admisión, las válvulas de escape, mecánicamente operadas, están abiertas pero se cierran un momento antes que las lumbreras de admisión, dando lugar a una carga de aíre atmosférico a una presión ligeramente superior a la atmosférica, presión que depende de la bomba de barrido. Cuando la carga. del aire en el cilindro tiene mayor presión que la atmosférica se dice que el motor es sobrealimentado.

-2do. tiempo el piston se encuentra antes del PMS, y en ese instante comienza la inyección del combustible líquido finamente pulverizado con el mismo criterio que en el ciclo de 4 tiempos, comenzando así la combustión y la expansión de los gases de la misma; es decir,el trabajo del motor.

Diagrama corregido del ciclo  de 2 tiempos.



Motor a explosión de dos tiempos convencional.

Sulzer RT Flex

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

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ENTRADAS RELACIONADAS
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FUENTES:

https://elmaquinante.blogspot.com/2018/03/motores-termicos.html

https://elmaquinante.blogspot.com/2017/04/mtd-unidad-3-partes-de-un-motor.html

https://elmaquinante.blogspot.com/2017/04/mtd-unidad-4-ciclos-de-dos-y-cuatro_5.html

https://elmaquinante.blogspot.com/2017/03/mtd-unidad-1-antecedentes-historicos_19.html




sábado, 17 de marzo de 2018

NOCIONES ELEMENTALES - POTENCIA

NOCIONES ELEMENTALES - POTENCIA


CICLO
Se llama ciclo a una serie de transforma­ciones que conducen un cuerpo de un estado inicial a otro estado final.
Cuando el estado inicial del cuerpo coinci­de con el estado final, se llama ciclo cerrado.
Cuando el estado inicial del cuerpo no coin­cide con el estado final, se llama ciclo abierto.

Un ciclo se puede representar gráficamen­te en un sistema de ejes ortogonales, presión y volumen; allí se indican las series de trans­formaciones que sufre para pasar de un es­tado a otro. Cuando las transformaciones del ciclo son todas reversibles, el ciclo se dice que es reversible o perfecto. Si algunas de las transformaciones no son reversibles, el ciclo se dice que es irreversible o imperfecto.

De lo antedicho, aplicado al motor a ex­plosión, decimos: Ciclo de funcionamiento de un motor a explosión es el conjunto de operaciones a que se debe someter la mez­cla con que se alimenta para obtener la transformación de la energía térmica (que da el combustible) en energía mecánica (que obtenemos en el eje cigüeñal).

FUERZA
La experiencia diaria demuestra que, gra­cias a determinados esfuerzos musculares, el hombre se mueve o pone también en movi­miento los objetos que lo rodean; así, levan­ta un libro, arroja una pelota, mueve una silla, etc.
Cuando se ve mover algún objeto que no tiene vida propia, no se duda de la existen­cia de una causa exterior que produce dicho movimiento. Esa causa exterior se denomina fuerza.
De lo dicho sacamos la definición: Fuerza es todo aquello capaz de producir el movi­miento de los cuerpos.
La presión de la mezcla quemada contra la cabeza del pistón, por ejemplo, es una fuerza.
La fuerza se mide convencionalmente en kilos.
Al producirse la explosión de la mezcla dentro del cilindro de un motor, hemos ha­blado de una presión que en el sistema mé­trico que está convenido usar en nuestro país, se expresa en kilos por centímetro cua­drado (Kg/cm2 ).
Conociendo la presión por cm2 , es fácil cal­cular la fuerza total sobre el pistón; basta para ello calcular la superficie útil del pistón.

Ejemplo: Presión interior: 5 Kg/cm2

Superficie pistón: 100 cm2

La fuerza total de empuje será:   F =5 x 100 =500 kilos.

TRABAJO
Cuando una fuerza desplaza un cuerpo, produce trabajo.
En consecuencia, trabajo es el producto de la fuerza por espacio; se mide en kilográmetros, y se expresa: 'I' =F X e.

El kilográmetro es el trabajo necesario para elevar un peso de un kilo a un metro de altura, y se abrevia Kgm.

Ejemplo : Para elevar un hombre de 75 kilos a 2 metros de altura, debe efectuarse un trabajo de:

T =F x e =75 X 2 = 150 Kilográmetros.

POTENCIA
Potencia es la cantidad de trabajo efectuado en la unidad de tiempo.
Si analizamos detenidamente la definición de potencia, vemos que es la medida de la velocidad con que se efectúa el trabajo.
Mientras que el trabajo es el producto de fuerza por espacio (T= F x e), la potencia es el producto de una fuerza por el espacio recorrido en un segundo; pero la distancia recorrida en un segundo es la velocidad, de manera que potencia es fuerza por velocidad.
Como la unidad de trabajo es el kilográ­metro, la unidad de potencia sería kilográ­metro sobre segundo; pero en la práctica la unidad de potencia que se emplea es el ca­ballo de vapor (C. V.).
Mediante experiencias prácticas se deter­minó que un caballo de vigor excepcional puede elevar un cuerpo de 75 kilos a una ve­locidad de un metro por segundo.
En consecuencia, todo motor capaz de eje­cutar un trabajo de 75 Kilográmetros por segundo, tiene la potencia de un caballo de vapor (1 C. V.).
De aquí se saca en conclusión que si sabe­mos el trabajo que ejecuta un motor en un segundo, es fácil saber la potencia desarro­llada, pues solo hace falta dividir por 75.
Dentro de la denominación de potencia te­nemos tres subdivisiones, que son: Potencia teórica, Potencia indicada y Potencia efec­tiva.

Potencia teórica de un motor es la potencia que desarrollaría si se transformase íntegra­mente la energía térmica contenida en el combustible, en energía mecánica ; es decir , si la transformación de energía se efectuara sin pérdidas.

Potencia indicada es aquella que se calcula mediante el diagrama práctico obtenido con el indicador.

Las fórmulas que se aplican, son las si­guientes:


siendo:
C. Vi = Potencia indicada, en C. V.
pi = Presión media obtenida por el diagrama, en Kg/cm2 •
D = Diámetro del cilindro, en centímetros.
C = Carrera del pistón, en centímetros.
n = Vueltas por minuto del motor, en el momento de obtener el diagrama.

Para motores de doble efecto se debe reem­plazarse en las fórmulas por 2 n.

Potencia efectiva es el trabajo efectivo en un segundo que se obtiene concentrado en el extremo del eje cigüeñal.
Es fácil comprender que la potencia efectiva es menor que la indicada, por cuanto en el extremo del eje cigüeñal obtenemos la potencia utilizable después de haber resta­do de la indicada todas las pérdidas que se producen por una u otra causa dentro del funcionamiento del motor.
Para conocer la potencia efectiva de un motor, entre uno de los tantos elementos de que se dispone, está el freno por fricción.

NOTA: Se usa también frecuentemente como unidad de potencia el H. P. (abrevia­tura de la palabra inglesa Horse Power ). Esta unidad inglesa equivale al trabajo ne­cesario para elevar un peso de 33.000 libras inglesas (14.968 kilos) a 12 pulgadas (un pie) de altura (0,3048. metro) en un minuto.

En unidades métricas , esto equivale a una potencia de:

14.968 x 0,3048 = 4.562 kilográmetros por minuto.
El trabajo por segundo es 60 veces menor.
4.500 --= 76kgm. 60
Como se ve, entre el C. V. y el H. P. hay la diferencia de una unidad; por eso debe cuidarse al expresar la potencia en C. V. o en H. P.

PRINCIPIO DEL FRENO COMO ELEMENTO DEL CALCULO PARA LA POTENCIA

El más común de los frenos por fricción que se emplea para determinar la potencia efectiva de un motor, es el llamado Freno de Prony. Su principio de funcionamiento se basa en establecer un equilibrio entre el par motor a determinar (motor) y otro par del cual se conoce la intensidad (freno).

Está construido de la siguiente forma (fig. 2):

Un collar formado por una lámina o cinta de acero G. C. H. abraza, interponiéndole ta­ cos de madera Y, a la parte superior del vo­ lante A, manchón o polea fija al eje cigüeñal del motor en prueba.
Dos tornillos atraviesan la palanca D, y llevan en sus extremos las tuercas E. E', que sirven para ajustar contra el volante los tacos de madera Y y la zapata B, colocada en la parte inferior.
La palanca D está equilibrada por el contrapeso Q; y cuando las tuercas E.E' (que aprietan el collar) están flojas, el freno no soporta ningún esfuerzo, y por consecuen­ cia, debe permanecer horizontal; es decir, en equilibrio.
La palanca D lleva en el extremo N una lámina de hierro curvada en arco NK de cen­ tro O. Esta disposición permite que el brazo de palanca LOK de la fuerza P permanezca constante, pues ella impide la variación de la distancia del centro O a cualquier punto del arco KN.
El platillo M, suspendido de K por un en­ lace flexible, sirve para recibir pesos P.
Los topes T. T. tienen por objeto limitar el movimiento de la palanca D.

FUNCIONAMIENTO DEL FRENO DE "PRONY"
Para utilizar el freno se empieza por inde­pendizar el motor de todas las resistencias exteriores; se aplica el treno en el extremo del eje cigüeñal, y luego se comprueba ei equilibrio de la palanca D. Hecho esto, se carga el platillo M con un cierto número de pesas; se pone el motor en marcha, y después se van apretando progresivamente las tuer­cas E. E', hasta que el motor adquiera la velocidad deseada. Se carga entonces el pla­tillo o se quitan pesas hasta que el conjunto del aparato quede en equilibrio; es decir, hasta que la palanca D quede horizontal, y por lo tanto sin apoyar en los topes T. T.

En estas condiciones el freno nos da la medida directa del par motor.

Si L es la distancia entre los dos planos verticales que pasan, uno por el eje cigüe­ñal del motor y el otro por el punto de donde está suspendido el peso P, el par motor tendrá por valor P x L.

Expresaremos ahora este par motor en función del trabajo que está desarrollando el motor .

Sea F la fuerza de frotamiento (desconocida) aplicada en la periferia de radio r; el par motor será entonces igual a: F x r, de donde tenemos que:
Conociendo F, resultará fácil determinar la potencia del motor; para ello bastará calcu­ lar el trabajo de esta fuerza durante un se­ gundo.
Si el motor gira a n vueltas por minuto, un punto cualquiera del volante recorre un espacio en un segundo igual a :


Pero el trabajo de la fuerza F en un se­ gundo nos da la potencia efectiva del motor; luego:
o, lo que es lo mismo:


Kilográmetros por segundo, que expresada en C. V., nos queda:


RENDIMIENTOS
A continuación se dan únicamente las de­ finiciones de los distintos rendimientos que interesan a los motores.

A) Rendimiento térmico
Llámase rendimiento térmico a la compa­ración entre la cantidad de calor transfor­ mado en trabajo y la cantidad de calor su­ ministrado por el combustible consumido .

Llámase rendimiento térmico teórico aquel que resulta de calcular matemáticamente, en base al diagrama teórico, la relación que existe entre la cantidad de calor que se recibirá del motor en forma de trabajo y la cantidad de calor que se entregaría al motor en forma de combustible.

Llámase rendimiento térmico indicado aquel que resulta de calcular matemática­mente, en base al diagrama real obtenido del motor, la cantidad de calor recibido del motor en forma de trabajo y la cantidad de calor que se entregó al motor en forma de combustible.

B) Rendimiento de calidad
Llámase rendimiento de calidad a la rela­ ción que existe entre el rendimiento térmico indicado y el rendimiento térmico teórico.

C) Rendimiento mecánico
Llámase rendimiento mecánico a la rela­ción que existe entre el trabajo obtenido y el trabajo perdido como consecuencia de las resistencias internas propias del motor.

D) Rendimiento económico
Llámase rendimiento económico al producto de multiplicar los rendimientos térmicos, de calidad y mecánico.

E) Rendimiento volumétrico
Llámase rendimiento volumétrico de la ci­lindrada de un motor a cuatro tiempos, a la relación entre el volumen de mezcla que ha entrado en el cilindro durante el período de aspiración y el volumen de mezcla que debe­ría entrar en igual período, pero a la presión atmosférica de 760 mm.
En este rendimiento influyen varios fac­tores : construcción del motor, sistema de distribución, velocidad del pistón, superficie de los orificios de aspiración y escape, ca­ rrera de las válvulas de aspiración y escape, si el motor es a 2 ó 4 tiempos, altura del mo­tor sobre el nivel del mar y lugar donde está instalado el motor.

F) Rendimiento gravimétrico
Llámase rendimiento gravimétrico a la re­lación entre el peso de la mezcla efectiva­ mente admitida por el cilindro y el peso de la mezcla que correspondería admitir para ese mismo volumen de cilindrada en condi­ciones normales.

NOTA: Para que se conozca la forma como se pierde la energía calorífica del com­bustible quemado en el cilindro, se dan los siguientes datos:

30 % se pierde de calor en el agua de en­ friamiento.
40 % se pierde en los gases de escape. 2 % lo absorbe la instalación eléctrica.
4 % se pierde por el rozamiento mecánico interno del motor. Disponible en el eje cigüe­ñal, 24 % .
4 % se pierde por rozamiento en embra­gue, cambio, transmisión, etc.
5 % se pierde por rendimiento de pro­pulsión.

Disponible: 15 % para vencer las fuerzas de rozamiento, resistencia del aire, etc., que se oponen a la marcha del vehículo.

DEFINICIONES

Diámetro del cilindro es la medida inte­rior de la parte cilíndrica donde se desliza el pistón en su movimiento de vaivén. La abre­ viatura convencional es: D.

Punto muerto superior es la posición más alta que puede ocupar el pistón en el cuerpo del cilindro. La abreviatura convencional es: P.M.S.

Punto muerto inferior es la posición más baja que puede ocupar el pistón en el cuer­po del cilindro., La abreviatura convencional es: P.M. I.

Carrera del pistón es la distancia que re­corre el pistón cuando se traslada de un pun­to muerto al otro en el interior del cilindro. Hay que distinguir dos carreras: la des­cendente y la ascendente. La abreviatura convencional es: C.

Radio de brazo cigüeñal es la distancia que existe entre el centro del perno de brazo cigüeñal hasta el centro del perno de ban­ cada del eje cigüeñal. La abreviatura conven­cional es: r.

Longitud de biela es la distancia medida desde el centro del perno de brazo cigüeñal hasta el centro del perno de pistón . La abre­viatura convencional es: L.

Relación entre carrera y diámetro es la cifra que se obtiene dividiendo la carrera por el diámetro (ambas medidas en milímetros). Esta medida varía entre 0,8 y 2. La abrevia­ tura convencional es: CjD.

Relación entre longitud de biela y carrera es la cifra que se obtiene dividiendo la lon­ gitud de la biela por la carrera (ambas me­ didas en milímetros) . Varia en los motores comunes entre 1,6 y 2,8. La abreviatura con­ vencional es: L/C.

Desplazamiento del pistón es la distancia que recorre el pistón desde una posición de­ terminada hasta el punto muerto más pró­ ximo, cuando el brazo de cigüeñal se aparta un cierto ángulo de la posición correspon­diente a ese punto muerto. Se suele designar con la letra X.

Superficie de pistón es la superficie de la cabeza del pistón, expuesta a la acción de la mezcla quemada. Se considera como superfi­cie útil del pistón a la superficie de un círculo cuyo diámetro sea igual al diámetro del ci­lindro considerado. La abreviatura conven­cionales: Su.

Cilindrada del cilindro es el volumen de aire o de mezcla que puede aspirar el cilin­dro cuando su pistón se desplaza desde el punto muerto superior (P. M. S.) hasta el punto muerto inferior (P. M. I.). La abreviatura convencional es: V.

Cilindrada total es la suma de las cantidades de mezcla que aspiran todos los cilin­dros de un motor de cuatro tiempos, cada dos vueltas del eje cigüeñal. Se abrevia: Vt.

Número de cilindros es la cantidad de ci­ lindros que puede tener un motor, y varía entre 1y 24. Los motores comunes llevan un número par, por lo general; los de aviación, radiales o estrella, en un plano, un número impar, y en dos planos, un número par. Se designa el número de cilindros con la letra: N.

Cámara de compresión es la cámara que queda en el cilindro cuando el pistón está en el punto muerto superior. También suele llamarse cámara de explosión o cámara de combustión. Se le designa con la letra: v.

Volumen total del cilindro es la capacidad del cilindro cuando el pistón está en el punto muerto inferior. Es la suma de la cilindrada más la cámara de compresión. Se lo designa con la suma de V + v.

Compresión es la relación entre el volumen total del cilindro y el volumen de la cámara de compresión . Es la cifra que se obtiene de dividir V + v por el volumen de la cámara de compresión v. Se designa la compresión con la letra c.
La cifra que se obtiene mediante esa divi­sión expresa el Indice de compresión volumé­trico, y es un dato puramente convencional, que no expresa la presión alcanzada al final de la compresión . Al estudiar Indice de com­ pr esión, en el Capítulo V, veremos que la presión real de compresión depende de diver­ sos factores.

Velocidad de rotación son las vueltas por minuto del eje cigüeñal del motor. Al núme­ro que las representa , se le agrega la abre­viatura v. p. m.
En las fórmulas el número de vueltas por minuto se abrevia con la letra n.

Sentido de rotación: Cuando el eje cigüe­ñal gira en el sentido de las agujas de un reloj, mirando el motor del lado contrario al acoplamiento, se dice que el motor es de rotación derecha, e inversamente.

Velocidad media del pistón es la distancia que recorre el pistón en un segundo, inter­ pretándose esta definición como la suma li­ neal de los movimientos de vaivén que reali­ za el pistón en un segundo.

Motores cuadrados son aquellos cuya ca­ rrera es igual o casi igual al diámetro del cilindro.

Motores alargados son aquellos cuya ca­ rrera es considerablemente mayor que el diá­ metro del cilindro.

Motores chatos son aquellos cuya carrera es menor que el diámetro.

Motores centrados son aquellos en que la línea imaginaria paralela al eje del cilindro, que pasa por el centro del perno del pistón, pasa también por el centro del perno de ban­cada.

Motores desplazados son aquellos en que la línea imaginaria paralela al eje del cilin­dro, que pasa por el centro del perno de pis­tón, está desplazada del centro del perno de bancada.

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ENTRADAS RELACIONADAS

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FUENTE:

M.J.D.

Maq 306 Motores a Explosión Capítulo 2 Nociones Elementales





viernes, 5 de enero de 2018

MTD UNIDAD 15: MECÁNICA DEL MOTOR

La mecánica (Griego Μηχανική y de latín mechanìca o arte de construir una máquina) es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.
En esta unidad, estudiaremos someramente cómo operan las fuerzas, los pesos y las masas en los componentes principales del motor diésel.

CARRERA DEL PISTON Y MANIVELA
Los movimientos del pistón se transmiten al cigüeñal por medio del perno a la biela y de la biela al muñón del cigüeñal.
 Mediante estos tres órganos se transforma el movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón, llamado movimiento rectilíneo alternativo, en movimiento de rotación del cigüeñal.
Para los fines prácticos, la carrera del eje de biela puede considerarse que es uniforme alrededor de un círculo descrito con un radio R igual al largo de la manivela.
Por conveniencia, se representa en la fig. 17-1 el movimiento de un pistón a lo largo de una línea horizontal.Si la biela, en lugar de tener un largo en centímetros o pulgadas L, fuera infinitamente larga, entonces, en todas las posiciones de la manivela, la biela puede considerarse que permanece paralela a la línea de centros m-c, del cilindro, fig. 17-1.

En este caso, en cualquier posición 1-c  de la manivela, la carrera del pie de la biela desde la posición de punto muerto superior m a lo largo de la línea de centros será igual a la distancia 0-s, cortada por el círculo de la manivela, y la perpendicular 1-s tirada a través de la posición del eje de biela.

La posición real del pie de la biela, cuando ésta tiene un largo en centímetros o pulgadas igual a L y la del pistón, pueden determinarse poniendo una punta del compás en el punto p y trazando un arco con un radio igual a L
para interceptar la línea horizontal en p. La distancia m-p será la carrera del pistón cuando la manivela haya recorrido el ángulo a.

Por otra parte, poniendo una punta del compás en el punto p y describiendo un arco con la otra punta, de manera de interceptar la línea de centro en p, nos dará la misma distancia 0-t igual a m-p. La carrera adicional s-t es originada porque la biela tiene una longitud finita, o por la oblicuidad
de la biela y se debe a que ésta está inclinada a un ángulo b en lugar de estar paralela como cuando tiene un largo infinito.

Así que, la oblicuidad de la biela durante los primeros 20° de movimiento de la manivela desde la izquierda o punto muerto superior, aumenta el largo de recorrido de pistón si se compara con una biela infinita: Recíprocamente el ángulo de la carrera de la manivela es más pequeño que con una biela infinita. De modo que, para la posición media del pistón, el ángulo a2 es menor de 90°, Evidentemente la carrera total  del pistón  m-n = 0-r = 2 - R.

VELOCIDAD DEL PISTON
Mientras que la carrera del eje de biela es uniforme y tiene una velocidad constante, la carrera del pistón no es uniforme y la velocidad del mismo varía constantemente. En cada punto muerto, el pistón se para, su velocidad se hace cero; según el pistón comienza a moverse, la velocidad aumenta gradualmente y alcanza un máximo cuando el ángulo a, fig. 17-1, formado por la manivela y la línea de centro del cilindro es igual a 90°. Después de esta posición, la velocidad del pistón comienza a decrecer y de nuevo en el punto muerto se hace cero.
Para muchos cálculos es necesario conocer la velocidad promedio o velocidad efectiva del pistón, o la velocidad constante con la cual el pistón debía moverse para recorrer la misma distancia en el mismo tiempo que él recorre con su velocidad variable. De la definición de velocidad, ésta puede expresarse como la distancia recorrida dividida por el tiempo en el cual hace el recorrido. Es costumbre expresar la velocidad del pistón en metros/seg. ó pies/minuto. La distancia recorrida por el pistón en una revolución es evidentemente igual a dos carreras. La carrera del pistón se mide usualmente en centímetros o pulgadas.


INERCIA
Inercia es la resistencia de un cuerpo al efectuar un cambio de movimiento. Es la tendencia de un objeto a permanecer en reposo si está estacionario, o a continuar su movimiento si está moviéndose. La inercia no puede medirse directamente; sin embargo, puede representarse en función de la fuerza que deberá ser aplicada a un cuerpo para cambiar su velocidad.
Como el caso de cualquier fuerza las fuerzas de inercia se representan en kilogramo o libras. Puesto que el cambio de velocidad se llama aceleración, por ello, la inercia puede definirse como que es
igual a aquella fuerza que debería ser aplicada a un cuerpo para impartirle cierta aceleración, ya para acelerarlo o para moderarlo, según sea el caso. Numéricamente, la fuerza de inercia F, es igual al peso de un cuerpo P dividido por la aceleración de la fuerza de la gravedad g =1 9,81 rn/s.g.



La ecuación 17-1 y el ejemplo anterior muestran que la fuerza de inercia de un cuerpo no es una cantidad fija sino variable. La fuerza de inercia de un cuerpo depende de la aceleración que se aplique a un cuerpo, o en otras palabras, de la relación de cambio de su velocidad. Mientras más péqueño sea el tiempo durante el cual ocurre un cambio, mayor es la aceleración requerida y mayor es la fuerza de inercia.


CARGAS DE INERCIA
Como se ha establecido anteriormente, un cambio de velocidad de un cuerpo no puede ocurrir a menos que una cierta fuerza nueva se aplique, la cual producirá una aceleración o desaceleración del cuerpo, según el caso.
La fuerza que debe ser aplicada es necesaria para vencer la inercia del cuerpo y puede computarse por la fórmula 17-1.
En el caso del movimiento del pistón, el peso p en la fórmula 17-1 significa el peso de todas las partes conectadas al pistón y que tiene un movimiento alternativo con él, incluyendo parte del peso de la biela. Cuando el pistón comienza su carrera desde el punto muerto superior, su velocidad es cero y la aceleración a en la fórmula 17-1 tiene un valor máximo.
La fuerza F debe tomarse del movimiento rotativo uniforme del eje cigüeñal a través de la biela. Naturalmente, la función de un pistón es suministrar la fuerza que hace el trabajo, por esto, cuando la fuerza es suministrada desde otra fuente, como en el caso del cigüeñal, la fuerza con respecto a las fuerzas útiles del pistón es negativa, o que actúan en dirección opuesta.
Según el pistón comienza a moverse y a incrementar su velocidad, esta fuerza negativa comienza a decrecer. Cuando la velocidad del pistón alcance su máximo, ligeramente antes de la posición media del pistón, esta fuerza se hace cero. Después que la velocidad del pistón comienza a decrecer y la fuerza de inercia empieza a actuar en la dirección contraria, haciéndose positiva, ayuda al pistón a entregar fuerza al eigüeñal y gradualmente incrementa su valor. Cuando el pistón alcance el punto muerto inferior, la fuerza de inercia alcanza otro máximo. Cuando el pistón se para, la fuerza de inercia se hace cero, y cuando el pistón comienza en la carrera de retorno, la fuerza de inercia tendrá el mismo valor, pero actuará en dirección opuesta, haciéndose así negativa. Durante la carrera de retorno la fuerza de inercia seguirá los mismos cambios que en la carrera descendente, pero en dirección opuesta.
La influencia de la inercia puede presentarse muy claramente usando el diagrama pV. En lugar de usar la fuerza total de inercia en kilogramos o libras, es conveniente referir la fuerza en cm2 ó a una pulgada cuadrada del área del pistón dividiendo la fuerza por el área del pistón. El resultado estará expresado en J(g/cm o en Lbs/pulg2 ,
en las mismas unidades que la presión en un diagrama indicador. La carrera del pistón estará representada por las abcisas, las cuales, como se ha explicado, al mismo tiempo son proporcionales a los volúmenes y el diagrama es, por lo tanto, un diagrama pV.
La fig. 17-2 representa tal diagrama, Ia curva 1-2 es la carrera descendente y 3-4 es la carrera de retorno. Las fuerzas positivas o más bien, las presiones, se demuestran mediante ordenadas desde la línea de cero presión hacia arriba, las presiones negativas desde la misma línea hacia abajo, aunque las áreas separadas, tales como 1-q-n1:-1, ó q-2-N-q representan trabajo absorbido o hecho por el pistón, el resultado neto debe ser cero trabajo y no puede ser ni creado ni perdido.

Por esto, el área negativa 1-q-M-1 dCJbe ser igual al área positiva q-2-N-q, y lo mismo es cierto en la carrera de retorno.

Las fuerzas de inercia se aplican a los cojinetes de muñón y de perno de biela, y desde el eje de biela a los cojinetes principales. Las fuerzas aplicadas a los cojinetes se llaman comúnmente cargas de los cojinetes, y por esto, las fuerzas de inercia se denominan corno cargas de inercia.


DIAGRAMAS DE ESFUERZO NETO
Las fuerzas o cargas aplicadas a los cojinetes de un motor provienen de las presiones de la combustión y de las cargas de inercia. La combinación de esta fuerza da el llamado diagrama de esfuerzo neto.

El diagrama se obtiene primero trazando la presión de un diagrama indicador de las carreras consecutivas de un pistón. Cuando las presiones están actuando en la misma dirección que el movimiento del pistón, las mismas se consideran positivas, y cuando están actuando contra la dirección del movimiento del pistón, se consideran negativas.

Las presiones positivas se trazan sobre la línea de cero presión, las presiones negativas por debajo de esta línea, lo mismo que las fuerzas de inercia, fig. 17-2. En este caso, la línea atmosférica se usa como la línea de cero presión.

En un diagrama indicador pV retrasado de esta manera se representa la fig. 17-3 con líneas de poco grosor.Después de esto las presiones de inercia como las mostradas en la fig. 17-2 se computan para el mismo motor y se dibujan a la misma escala del resorte del indicador de diagramas en la fig 17-3 para las mismas carreras consecutivas y se usan líneas de rayas y puntos. Finalmente, las presiones para varios puntos consecutivos se combinan; cuando las dos presiones para un cierto punto tienen el mismo signo, sea positivo o negativo, ellas se suman, y cuando en cierto punto ellas tienen signo diferente, la menor se deduce de la mayor y se retiene el signo de la mayor. La combinación o líneas de presión resultantes se entran en la figura 17-3 como, líneas gruesas. La distancia vertical desde cualquier punto en la curva final a la línea de cero-presión, multiplicada por la escala de resorte dará la presión neta en este punto de la carrera en kg/cm2 o P.SI., y multiplicándola por el área del pistón del motor, en cm2 ó pulgadas cuadradas, se obtendrá el esfuerzo neto o carga que actúa sobre el pistón.


TORQUE
Torque es el efecto de giro o tiende a hacer girar un cuerpo. Para producir una rotación de un cuerpo libre, debe hacer dos fuerzas iguales y opuestas actuando a lo largo de líneas paralela, pero en puntos separados de un cuerpo, Estas dos fuerzas forman lo que se conoce como par. La perpendicular o distancia más corta entre las líneas de acción de las fuerzas se denomina el brazo del par. La magnitud del par, llamada el momento del par, se expresa como el producto de una de las fuerzas, multiplicado por el largo del brazo del par.

Cuando un cuerpo gira alrededor del punto de aplicación de una de las fuerzas del par, como en un pivote fijo, el brazo del par se conoce como la palanca, y el momento de rotación se denomina par motor, o torque. Si la palanca se fija a un eje rotativo, se denomina manivela.

En la fig. 17-4 se muestra diagramáticamente una fuerza F, actuando perpendicularmente a una manivela que tiene un largo L, desde el centro de rotación O de un eje rotativo. El torque T, actuando en este árbol se expresa:

Las unidades mediante las cuales se mide el torque son kilográmetros lbs/pies o lbs/pulgs

ESFUERZO DE ROTACION
De la misma manera en la cual el movimiento alternativo del pistón es transformado en movimiento rotativo, así los esfuerzos netos ejercitados por el pistón son transformados en esfuerzo rotativo aplicado a la manivela.
El esfuerzo rotativo para cualquier posición de la manivela se determina de la manera siguiente:

El esfuerzo neto o fuerza Fp actuando en el pistón, fig. 17-5 da la fuerza Fe que actúa a lo largo de la biela si el largo 1-2 se hace igual a Fp en
una cierta escala, y se traza una perpendicular a 1-2 en el punto 2 y se extiende hasta el punto 3, la intersección con la dirección de la biela. El largo 1-3 dará la fuerza Fe en la misma escala que se dibujó Fp. Después la fuerza Fe se transfiere al eje de la biela , manteniendo la misma dirección,
y allí resultan dos componentes, una actuando radialmente desde el eje de biela hacia el centro del árbol y se designa como Fr, y la otra a ángulos rectos a Fr y se designa como Ft.

Debido a las características de un círculo, una 1ínea recta que forma un ángulo con un radio y trazada a través de su extremo es siempre tagente al círculo. En este caso, el círculo es el paso del eje de biela y la fuerza tange11cial es el esfuerzo de rotación. El producto del esfuerzo de rotación multiplicado por el radio R de la manívela, es el torque que en este caso se aplica al cigüeñal.



El número de variaciones de velocidad durante cada revolución es igual al número de cilindros que entra en combustión por revoluciones. En un motor de dos tiempos esto será igual al número de cilindros y en un motor de cuatro tiempos será igual a la mitad del númrero de cilindros.
Si se usara para medir la velocidad de rotación en un motor diesel un instrumento similar a un taquímetro, pero más sensible, su aguja fluctuaría entre las lecturas de máxima r.p.m. y mínima r.p.m.
Por otra parte, un contador de revoluciones da la velocidad del motor como el valor efectivo de r.p.m., el cual está en algún lugar entre el máximo r.p.m. y el mínimo r.p.m. indicado por el taquímetro y más bien cercano a su promedio.
La relación entre las r.p.m. efectivas y la diferencia entre la máxima r. p.m. y el mínimo r.p.m. es una medida de la uniformidad de rotación de un motor y se llama el coeficiente de regularidad.

La uniformidad de rotacíón depende del peso del volante y de otras partes rotativas, de la velocidad del motor, y el número de carreras de trabajo por revolución.
Así, si todas las demás cosas están iguales, un motor multicilíndrico tiene una mejor uniformidad de rotación, un mayor coeficiente de regularidad que un motor con número menor de cilindros y por la misma razón un motor de dos tiempos tiene una mayor uniformidad de rotación que un motor de cuatro tiempos.
La influencia de la velocidad es muy grande y el coeficiente de regularidad es proporcional al cuadrado de las revoluciones del motor, Por esto, cuando se reduce la velocidad de un motor, el coeficiente de regularidad cae rápidamente.
Los motores que funcionan con velocidades variables, tales como las embarcaciones menores y los buques que tengan los motores conectados a las hélices, usualmente tienen muy baja uniformidad de rotación en las velocidades sin carga y muy alta uniformidad a plena velocidad. En los motores diesel usados en la Armada, el coeficiente de regularidad varía desde alrededor de 30 en los motores de las embarcaciones menores hasta 200 ó aún más en los motores multicilíndricos acoplados directamente a los generadores eléctricos.

FACTOR DE VELOCIDAD
Los motores a menudo se dividen en varias clases de acuerdo con la capacidad de velocidad. Algunos se clasifican como motores de baja velocidad, otros como de media, y algunos como de alta velocidad. Sin embargo, a menos que se usara un patrón definido, la designación permanece vaga. Se hicieron intentos de usar ya la velocidad del motor , r. p.m ., o la velocidad del pistón , 10 minutos, como medida de capacidad de velocidad, pero ninguno de estos dos métodos puede dar una indicación correcta .
La velocidad rotativa , como tal, no es adecuada como característica de velocidad, porque no toma en consideración el tamaño del motor. Un motor de seis cilindros . 3-1/2 . 4-1/2   900 r.p.m. no es un motor de alta velocidad, pues usualmente este tipo de motor opera a velocidades hasta de 2000 r.p.m. y aun mayores.
Por otra parte los motores diesel 8-1/2 , 10-1/2, usualmente operan a velocidades que no exceden 750 rpm. y aún a esta baja velocidad tienen muchas características comunes con los motores de alta velocidad.
Lo anteríormente expuesto es cierto también, pero en sentdo inverso, con respecto a las velocidades del pistón. En un motor de gran tamaño, una velocidad del pistón relativamente elevada, 1800 pies/minuto, o más, puede obtenerse con relativamente baja r. p.m. ; en un motor de alta velocidad y de pequeñas dimensiones, la velocidad del pistón no es elevada.
Una buena característica de velocidad, demoninada factor de velocidad, se obtiene con el producto de la r. p.m. por la velocidad del pistón. Para obtener un número menor más fácilmente memorizable, el producto se divide por 100.000.

Así:
La misma relación se obtiene usando el sistema métrico decimal. Los números obtenidos para distintos motores diesel existentes están entre los límites de uno y algo menos que 81. De acuerdo con este dato, todos los motores pueden dividirse en cuatro clases, en cada clase se obtiene el límite superior multiplicando el límite inferior por tres:

1) Motores de baja velocidad, con un factor de velocidad de 1 a 3.

2) Motores de media velocidad, con un factor de velocidad de 3 a 9.

3) Motores de alta velocidad, con un factor de velocidad de 9 a 27.

4) Motores de super-alta velocidad, con un factor de velocidad de 27 a 81.

Significado práctico . La clasificación de un motor en los grupos anteriores de acuerdo con su factor de velocidad, tiene un valor particular para los fines del diseño del mismo. El conocimiento del grupo a que pertenece un motor es también de valor para el maquinista que lo opera; mientras mayor sea la clasificación por velocidad de un motor, más atención deberá el maquinista poner en su cuidado para mantenerlo en las mejores condiciones posibles de funcionamiento, observando cada detalle dado por el fabricante en el manual de instrucciones y deberá ser más cuidadoso durante el mantenimiento, las inspecciones y las reparaciones generales.

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ENTRADAS RELACIONADAS

MTD UNIDAD 3: PARTES DE UN MOTOR.

MTD UNIDAD 4: CICLOS DE DOS Y CUATRO TIEMPOS

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FUENTES:

M.J.D.

MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 17 Mecánica del motor.

https://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica