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Manual de potencias de maquinaria pesada, incluye descripciones de las propias...

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Contenido Contenido............................................................................................................1 Introducción-1.1 Potencia y Fuentes de Energía en Maquinaria Pesada.............2 1.1 Potencia y Fuentes de Energía en Maquinaria Pesada.................................. 3 Potencia...........................................................................................................3 Fuentes de energía .........................................................................................5 Conclusiones.......................................................................................................6 Introducción-1.2-Tren de fuerzas (Motores, convertidores, transmisiones diferenciales, mandos finales)............................................................................. 7 1.2-Tren de fuerzas (Motores, convertidores, transmisiones diferenciales, mandos finales)................................................................................................... 8 Tren de fuerzas................................................................................................8 Motores............................................................................................................ 9 Ventajas y desventajas de los motores diesel................................................10 Convertidores de par.....................................................................................11 Multiplicación de par......................................................................................14 Transmisiones diferenciales........................................................................... 15 Mandos Finales..............................................................................................16 Introducción-1.3 Sistemas Auxiliares (Eléctricos, hidráulicos, neumáticos, frenos)............................................................................................................... 18 1.3 Sistemas Auxiliares (Eléctricos, hidráulicos, neumáticos, frenos)...............19 Sistema eléctrico...........................................................................................19 Problemas en las baterías:..........................................................................21 Averías más comunes................................................................................. 22 Características del alternador.....................................................................23 Averías más comunes................................................................................. 24 Sistemas hidráulicos......................................................................................24 Componentes básicos de los circuitos hidráulicos......................................25 Bombas hidráulicas de engranajes o piñones.............................................26 Bombas hidráulicas de paletas...................................................................26 Bombas hidráulicas de pistones..................................................................27 Refrigeración..................................................................................................... 28

Factores que afectan al sistema de enfriamiento.......................................... 29 Sistema de Frenos.............................................................................................31 Conclusiones.....................................................................................................33 Introducción-1.4 Medios de locomoción............................................................ 34 1.4 Medios de locomoción................................................................................. 35 Trenes de Rodamiento de Orugas y sus partes .............................................36 Repuestos Equivalentes para Maquinaria CAT® ........................................... 36 Sellos y Empaquetaduras ..............................................................................37 Tipos de cadenas...........................................................................................37 Conclusiones.....................................................................................................45

Introducción-1.1 Potencia y Fuentes de Energía en Maquinaria Pesada El término maquinaria es de origen latino y hace referencia a todo lo que permite llevar adelante una determinada tarea, según el área en la que se esté trabajando. Antiguamente, el término era empleado para mencionar a todo arte que enseñaba las distintas etapas de la fabricación de las máquinas. En la actualidad, maquinaria no solo comprende a las máquinas en sí sino también a las piezas u otros elementos que formen parte de esa ejecución mayor. Es decir, que la combinación de piezas, máquinas, accesorios, novedades técnicas, todo eso da como resultado la maquinaria propiamente dicha.

No es casual, entonces, que a la maquinaria se la clasifique por el ambiente en el que se la utiliza. las máquinas que forman parte de la gran maquinaria también están constituidas por un conjunto de elementos, que en este caso se agrupan con una función determinada para que todo se ejecute a la perfección. Las máquinas presentan distintas variedades, aunque todas tienen como finalidad la de guiar una forma de energía con el propósito de que aumente la producción, el nivel de trabajo. Su función es la de transformar la energía, a partir del motor, que es la fuente de la cual dicha energía es tomada para que el trabajo en cuestión pueda seguir su camino. En cuanto a la clasificación de las máquinas integradoras de distintos tipos de maquinarias, los parámetros no son muy claros. Por un lado, se ha convenido en clasificar a las máquinas según los tipos de motores que poseen, según su mecanismo (es decir, su conjunto de elementos de índole mecánico) o según el bastidor, encargado de soportar el peso del motor y del mecanismo. También se las clasifica por su utilidad, de ahí que haya máquinas compresoras, embaladoras y taladradoras. La maquinaria taladradora, por ejemplo, a su vez comprende distintos tipos de máquinas que van desde aquellas que son más simples a aquellas máquinas que presentan características mucho más complejas. En el caso de las simples, estas son menos sofisticadas y poseen un solo eje destinado a la portación de herramientas. Además de esto, sus partes constitutivas son: la columna, el cabezal y el pie. Entre los ejemplos de estas maquinas simples nos podemos encontrar con las que se utilizan para lograr taladrados rápidos, imprescindibles en obras de construcción y reparación. Entre las ventajas, se encuentra su peso, que generalmente es muy liviano, lo cual hace de estas máquinas un elemento cómodo y de fácil transporte. Otros ejemplos de estas máquinas cuentan con el mismo número de piezas, aunque a éste se le agregan mesas o bancos donde pueden ser también montadas. Hay otra variedad de máquinas simples, dentro de las maquinarias, que son aquellas que no se limitan a tareas relativamente sencillas. Son aquellas máquinas empleadas para realizar agujeros de tamaños significativos. Por esta razón, se recomienda el modelo de máquina simple que, opuesto al caso mencionado, es mucho más pesada y menos rápida, pero muy efectiva par a cuando se quieren trabajar en superficies de mayor tamaño.

1.1 Potencia y Fuentes de Energía en Maquinaria Pesada Potencia Estos conceptos los vemos con frecuencia en las tablas de especificaciones del motor de un automóvil o camión. Pero, ¿qué significan?, ¿Cómo los interpretamos? Empecemos con una analogía: Al sentirnos enfermos visitamos al médico para consultarle sobre nuestro malestar. Luego de escuchar nuestra narración, nos realiza algunas pruebas sencillas: nos toma el pulso y la presión sanguínea. Estas pruebas le permiten conocer el estado de

funcionamiento del corazón. Es decir con qué rapidez y fuerza está trabajando nuestro motor. El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede trabajar. El torque es la fuerza que producen los cuerpos en rotación, recordemos que el motor produce fuerza en un eje que se encuentra girando. Para medirlo, los ingenieros utilizan un banco ó freno dinamométrico que no es más que una instilación en la que el motor puede girar a toda su capacidad conectado mediante un eje a un freno o balanza que lo frena en forma gradual y mide la fuerza con que se está frenando. Mientras observa la figura superior, tome un lápiz por los extremos con la punta de los dedos de ambas manos. Con los dedos de la mano izquierda trate de hacerlo girar (motor) y con la mano derecha trate de impedir que gire. Mientras más fuerza haga para impedir que gire, mayor será el esfuerzo que debe hacer para hacerlo que girar. Se llama Torque máximo a la mayor cantidad de fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto número de revoluciones. Siguiendo el ejemplo de la gráfica en la figura inferior: Un motor con un torque máximo de 125 Nm @ 2500rpm significa que el motor es capaz de producir una fuerza de giro (Técnicamente conocido como “momento” o “par” torsional) de hasta 125 newton metro cuando está acelerado al máximo y gira a 2500 revoluciones por minuto. Recuerde que el motor esta acelerado al máximo (Técnicamente conocido como WOT ó wide open throttle) y no gira a las máximas revoluciones ya que se encuentra frenado por el freno dinamométrico. Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte este es. Esto es interesante al momento de comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo, el sistema de encendido ó el de inyección, un motor tendrá más fuerza que otro cuando su torque máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores con el torque más alto posible en todas las revoluciones y principalmente al arrancar. Este efecto se conoce como “motor plano” ¿Qué pasó con la potencia? La potencia indica la rapidez con que puede trabajar el motor. La potencia máxima es el mayor número obtenido de multiplicar el torque del motor por la velocidad de giro en que lo genera. En el caso de la figura, el motor tiene una potencia máxima de 38 kW @ 3000 rpm. Potencia = Torque x velocidad angular Veamos las unidades: En el sistema internacional el torque se expresa en Nm (Newton metro) La potencia se expresa en W (Vatios) Debido a que los motores usados en la industria automotriz, tienen muchos vatios se acostumbra usar el kW (Kilovatio) 1kW = 1000 W Relaciones útiles: Potencia (en kW) = (Torque (Nm) . Revoluciones por minuto del motor (rpm)) / 9550 1kW = 1,34 hp (Horsepower ó caballo de potencia) El PS es el caballo en el sistema métrico. 1kW = 1,359 PS 1Nm = 0,73756 lbf ft

Fuentes de energía Rudolf Diesel desarrolló la idea del motor diesel y obtuvo la patente alemana en 1892. Su logro era crear un motor con alta eficiencia. Los motores a gasolina fueron inventados en 1876 y, específicamente en esa época, no eran muy eficientes. Las diferencias principales entre el motor a gasolina y el Diesel son: · Un motor a gasolina aspira una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo aspira aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. EL calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente. · Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia. · Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustible diesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de aspiración (fuera del cilindro). Observe que el motor diesel no tiene bujía, toma el aire y lo comprime, después inyecta el combustible directamente en la cámara de combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido lo que enciende el combustible en un motor diesel. En esta animación simplificada, el aparato verde pegado al lado izquierdo del cilindro es un inyector de combustible. De cualquier forma, el inyector en un motor diesel es el componente más complejo y ha sido objeto de gran experimentación en cualquier motor particular debe ser colocado en variedad de lugares. El inyector debe ser capaz de resistir la temperatura y la presión dentro del cilindro y colocar el combustible en un fino spray. Mantener el rocío circulando en el cilindro mucho tiempo, es también un problema, así que muchos motores diesel de alta eficiencia utilizan válvulas de inducción especiales, cámaras de precombustión u otros dispositivos para mezclar el aire en la cámara de combustión y para que por otra parte mejore el proceso de encendido y combustión. Una gran diferencia entre un motor diesel y un motor a gasolina está en el proceso de inyección. La mayoría de los motores de barcos utilizan inyección de puerto o un carburador en lugar de inyección directa. en el motor de un barco, por consiguiente, todo el combustible es guardado en el cilindro durante el choque de aspiración, y se quema todo instantáneamente cuando la bujía dispara. Un motor diesel siempre inyecta su combustible directamente al cilindro, y es inyectado mediante una parte del choque de poder. Esta técnica mejora la eficiencia del motor diesel. La mayoría de motores diesel nos ofrecen un testigo de luz de algún tipo que no se muestra en la figura. Cuando el motor diesel está frío, el proceso de compresión no debe elevar el aire a una temperatura suficientemente alta para encender el combustible. El tapón de luz es un alambre calentado eléctricamente (recuerde los cables calientes que hay en una tostadora) que ayuda a encender el combustible cuando el motor está frío.

Combustible Diesel Si usted ha comparado el combustible diesel y la gasolina, sabrá que son diferentes. Huelen diferente. El combustible diesel es más pesado y aceitoso. El combustible diesel se evapora mucho más lento que la gasolina , su punto de ebullición es más alto que el del agua. Usted oirá a menudo que al combustible diesel lo llaman gasoil por lo aceitoso. El combustible diesel se evapora más lento porque es más pesado. Contiene más átomos de carbón en cadenas más largas que la gasolina (la gasolina típica es C9H20 mientras el diesel es típicamente C14H30). Toma menos tiempo refinar para crear el combustible diesel, ya que es generalmente más barato que la gasolina. El combustible diesel tiene una densidad de energía más alta que la gasolina. En promedio, un galón de combustible diesel(3'875 L.) contiene aproximadamente 147x106joules, mientras que un galón de gasolina contiene 125x106joules. Esto, combinado con la eficiencia mejorada de los motores diesel, explica porqué los motores diesel poseen mejor kilometraje que el equivalente en gasolina.

Conclusiones Para concluir, es bueno recordar que: * El torque y la potencia son indicadores de lo que el motor puede hacer * Los valores de torque y potencia que publican los fabricantes cumplen normas internacionales las cuales pueden variar según el origen del motor, y lo que leemos en las especificaciones se trata de los valores máximos. * Se dice caballo de potencia y no “caballo de fuerza” * El torque es la fuerza del motor ya que la entrega en forma de giro * La potencia se obtiene a partir del torque y las revoluciones

* Un motor tiene torque máximo y potencia máxima y en los motores de combustión interna estos no se presentan a las mismas revoluciones.

Introducción-1.2-Tren de fuerzas (Motores, convertidores, transmisiones diferenciales, mandos finales) La fuerza es todo agente capaz de modificar la velocidad o la forma de los objetos. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o energía.

En el Sistema Internacional de Unidades (SI) y en el Cegesimal (cgs), el hecho de definir la fuerza a partir de la masa y la aceleración (magnitud en la que intervienen longitud y tiempo), conlleva a que la fuerza sea una magnitud derivada. Por en contrario, en el Sistema Técnico la fuerza es una Unidad Fundamental y a partir de ella se define la unidad de masa en este sistema, la unidad técnica de masa, abreviada u.t.m. (no tiene símbolo). Este hecho atiende a las evidencias que posee la física actual, expresado en el concepto de Fuerzas Fundamentales, y se ve reflejado en el Sistema Internacional de Unidades. Sistema Internacional de Unidades (SI) newton (N) Sistema Técnico de Unidades kilogramo-fuerza (kgf) o kilopondio (kp) Sistema Cegesimal de Unidades dina (dyn) Sistema Anglosajón de Unidades Poundal KIP Libra fuerza (lbf) Equivalencias 1 newton = 100 000 dinas 1 kilogramo-fuerza = 9,806 65 newtons 1 libra fuerza ≡ 4,448 222 newtons El tren de fuerza es la parte más importante y es el encargado de convertir la energía del combustible en movimiento de los neumáticos para impulsarlo, puede ser de diversas arquitecturas de acuerdo al propósito a que se destine el vehículo. A continuación los esquemas más comunes utilizados en los automóviles de hoy. En todos los casos es necesaria la existencia de un elemento de desconexión/conexión entre el motor y el resto de la transmisión conocido como embrague.

1.2-Tren de fuerzas (Motores, convertidores, transmisiones diferenciales, mandos finales) Tren de fuerzas El tren de fuerzas de una maquinara es aquel conjunto de dispositivos encargado de convertir toda la energía en movimiento, ya sea para trasladar a la máquina o a que esta misma desarrolle cierta acción. En otras palabreas es la encargada de transmitir la fuerza al suelo.

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Entre los dispositivos que conforman el tren de fuerza de la maquinaria generalmente se encuentran los:

Motores Un motor es una máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles,...), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Existen diversos tipos, siendo los más comunes: Motores térmicos: cuando el trabajo se obtiene a partir de energía térmica. Motores de combustión interna: son motores térmicos en los cuales se produce una combustión del fluido motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes de iniciar la combustión es una mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible, como los derivados del petróleo, los del gas natural o los biocombustibles. Motores de combustión externa: son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor energía mediante la transmisión de energía a través de una pared. Motores eléctricos: cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica. Generalmente en la actualidad la maquinaria pesada usa motores diesel, el motor diesel es un motor térmico de combustión interna cuyo encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro.

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Tren de fuerzas Caterpillar. Diagrama de un tren de fuerzas de un cargador de ruedas.

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Ventajas y desventajas de los motores diesel La principal ventaja de los motores diesel, comparados con los motores a gasolina, estriba en su menor consumo de combustible. En automoción, las desventajas iniciales de estos motores (principalmente precio, costos de mantenimiento y prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras como la inyección electrónica y el turbocompresor. No obstante, la adopción de la precámara para los motores de automoción, con la que se consiguen prestaciones semejantes a los motores de gasolina, presenta el inconveniente de incrementar el consumo, con lo que la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece. Tomando como referencia a la compañía Caterpillar los motores se pueden dividir en 3 categorías o niveles; motores nivel I, nivel II y nivel III; que deriva del trabajo que la máqui...