MMA Tema 03 Sistemas operativos motor-2020-21 PDF

Preview

Summary

MMA Tema 03 Sistemas operativos motor-2020-21...

Description

Asignatura: Motores y Máquinas Agrícolas Curso 2020-2021

Tema 3. Sistemas operativos del motor Dr. Bernardo Martín Górriz ([email protected]) Dr. Belén Gallego Elvira ([email protected]) Área de Ingeniería Agroforestal Dpto. Ingeniería Agronómica. UPCT Paseo Alfonso XIII, nº 48, Cartagena

Grado en Ingeniería Agroalimentaria y de Sistemas Biológicos

1

Tema 3. Sistemas operativos del motor

1. Renovación de carga 1.1. Alimentación del aire 1.2. Sobrealimentación 1.3. Expulsión de los gases de escape 2. Alimentación de combustible 2.1. Sistema de alimentación en motores diesel 2.2. Carburación en motores gasolina 3. Lubricación y aceites 3.1. Aceites y lubricantes 3.2. Sistema de engrase 4. Sistema de refrigeración 4.1. Refrigeración por agua 4.2. Refrigeración por aire 5. Sistema eléctrico 5.1. Componentes del sistema eléctrico en MEC 5.2. Componentes del sistema eléctrico en MEP

2

1. Renovación de la carga • El aire que entra a los cilindros necesita estar exento de partículas en suspensión • Los filtros eliminan las partículas en suspensión en el aire, para evitar que entre en los cilindros y los deterioren los motores • Si las partículas en suspensión entrar en los cilindros por un mal mantenimiento de los filtros de produce un desgaste prematuro del motor • Son necesarios de 10.000 a 15.000 l. de aire por l. de gasoleo • los filtros se sitúan en la zona donde menos polvo tiene el aire, parte delantera y lo más elevado posible

3

1. Renovación de la carga: limpieza de filtros 

Un filtro sucio en un 10% limita el aire que pasa al motor e incrementa el consumo en un 7%

4

1.1. Alimentación del aire Los filtros pueden ser de dos tipos: • de aire en seco • por baño de aceite Filtro de aire en seco • Si el mantenimiento no es adecuado se limita la entrada de aire a los cilindros • Para el mantenimiento el cartucho de papel microporoso de extrae y limpia con pistola de aire, en sentido opuesto y si exceder 7 kg cm-2, para evitar la rotura de papel 5

1.1. Alimentación del aire Filtro de aire en baño de aceite Su mantenimiento es más económico que los filtros secos Utilizados habitualmente en tractores más antiguos Mantenimiento según indique el vaso decantador de polvo

6

1.2. Sobrealimentación • La sobrealimentación de aire y combustible permite aumentar la potencia de un motor, para una cilindrada determinada • El turbocompresor permite aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros • La cantidad de combustible la regula la bomba inyectora • El turbo utiliza los gases de escape para impulsar el aire en admisión

https://www.youtube.com/watch?v=OqmdwOnCD8I&feature=em-subs_digest-vrecs

7

Situación del turboalimentador en el motor • Dos turbinas unidas por un mismo eje • La de escape mueve a la de admisión

8

1.2. Sobrealimentación En aire que entra a través del turbocompresor al ser comprimido se calienta, aumenta de temperatura, lo que hace que disminuya su densidad y por tanto la masa de aire introducido al cilindro • Los motores de gran potencia disponen de sistemas de enfriamiento del aire a la salida del turbo: “cooler” ó “intercooling” • Pueden ser enfriadores por agua o por aire • Los enfriadores por agua utilizan el agua del radiador, por lo que los enfriadores por aire permite reducir más la temperatura del aire

Esquema del circuito completo de sobrealimentación9

1.3. Expulsión de los gases de escape • La expulsión de los gases de escape se produce por el colector de escape que agrupa la salida de todos los cilindros hacia el tubo de escape • El tubo de escape siempre se dirige hacia la zona alta del tractor para evitar provocar incendios por salidas de chispas por el mismo

10

2. Alimentación de combustible • La función fundamental de un sistema de alimentación en un motor es hacer llegar el combustible al motor • Los sistema de inyección (gasoleo o gasolina) permiten un control más eficiente de las condiciones de funcionamiento de los motores • En maquinaria agrícolas: • los sistemas de inyección se utiliza en los MEC (diesel): permiten un control más eficiente de todas los condiciones de funcionamiento del motor, sobre todo con el empleo de la electrónica • los sistemas de carburación se utilizan en los MEP (gasolina): los dispositivos utilizados en equipos agrícolas son muy sencillos y poco eficientes en la regulación del dosado

11

2.1. Sistema de alimentación en motores diesel Componentes del sistema de alimentación en un MEC: • depósito • bomba de alimentación • filtro de gasóleo • bomba de inyección (rotativa o lineal) • inyectores

Tipos de bombas de inyección: • rotativas • lineales 12

Bomba de alimentación • Su función es enviar el gasoleo desde el depósito hasta la bomba de inyección • Su accionamiento es a través de una leva desde la bomba de alimentación o bien puede ser de accionamiento eléctrico

Funcionamiento de una bomba de alimentación de embolo 13

Bomba de inyección Recibe el movimiento del cigüeñal del motor por medio de engranajes y debe ir sincronizada con él para que la inyección se efectúe en el momento preciso Función: • dar presión al combustible • dosificar la cantidad necesaria • enviar gasóleo a los cilindros a través de los inyectores Tipos de bombas de inyección: • lineal: es más compleja en mecanismos y externamente se distingue fácilmente • rotativa: se utiliza en motores comparativamente más revolucionados

14

Bomba de inyección lineal Tiene tanto elementos como cilindros tiene el motor

• Elementos de la bomba de inyección • Cremallera • Regulador de velocidad

https://www.youtube.com/watch?v=GA_ZaJmhFjY

15

Bomba de inyección rotativa • Se utilizan en motores más revolucionados • Consta de un solo elemento que da presión y distribuye el gasoleo a todos los inyectores

https://www.youtube.com/watch?v=VnMWQ96BxYI&t=12s 16

Inyector

Su función es: • Introducir el combustible en el cilindro • Pulverizarlo para que arda fácilmente en el interior de la cámara de combustión 17

2.2. Carburación en motores de gasolina El carburador es el elemento que pulveriza la gasolina con el aire, cuando el aire pasa por el conducto de admisión hacia los cilindros Actualmente solo se utiliza en motores de dos tiempos en vehículos y maquinaria ligeros. Es poco eficiente, pero barato y obtiene más potencia por unidad de peso. Se usa en maquinaria agrícola ligera (motosierras, motocultores, etc), en ciclomotores y motocicletas de baja cilindrada.

18

3. Lubricación y aceites 3.1. Aceites y lubricantes • La característica más importante de un lubricante es la viscosidad, o resistencia a fluir • La viscosidad se mide con un viscosímetro, y permite medir el tiempo que tarda un lubricante en atravesar un orificio • Otras propiedades de los lubricantes: • Compresibilidad • Pto. de inflamación • Pto. de congelación • Nivel de oxidación Medida de la viscosidad dinámica y cinemática 19

Viscosidad La viscosidad disminuye con la temperatura de forma cuadrática

Escalas de viscosidad de los lubricantes

Escala

viscosidad unidad Absoluta o Poise dinámica Cinemática1 Stokes

Absoluta

Convencional Empirica

(1)

Relación

símbolo

dimensiones

P

g m-1s-1

St

m2 s-1

Engler

Engler

ºE

s s-1

Saybolt

Segundo

ºS

s

SAE

Segundo

SAE

s

viscosidad absoluta peso específico

, a la misma temperatura

20

Viscosidad absoluta o dinámica () • Se define como el coeficiente de fricción interna de un fluido • Unidades S.I.: g m-1s-1, que se corresponde con el POISEUILLE (Ps) Viscosidad cinemática () • Es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad ( /) • Unidades S.I.: m2 s-1, que se corresponde con el STOKE (St) • Para circuitos en máquinas agrícolas valores de 13 a 54 mm2 s-1 Unidades empíricas: • ºEngler [Germany] • ºSaybolt [USA] • Escala SAE (Society of Automovile Engineers), emplea un embudo normalizado (200 cm3) determinando el tiempo de vaciado del fluido respecto al tiempo de vaciado del agua (a 20ºC), esto se relaciona con la escala SAE de los aceites

21

El mejor aceite es el que mantiene su viscosidad lo más homogénea posible independientemente de los cambios de temperatura del motor Equivalencia entre las distintas formas de expresar la viscosidad y otras unidades

Tipos de aceites: • Aceite para el motor • Aceite para transmisiones, engranajes (cajas de cambios, diferencial, etc.) • Aceite para sistemas hidráulicos • Grasa 22

Aceites para motor Medida de la viscosidad en la escala SAE •

A medida que aumenta el índice SAE aumenta la viscosidad, así SAE 5W será muy fluido y SAE 50 muy denso (todo para la misma tª) • Los aceites para motor se unifican en 10 grupos, agrupados en dos series: • seis en la Serie invierno  mide la viscosidad a baja temperatura, entre -30 y -5ºC • cuatro en la Serie normal mide la viscosidad a temperatura elevada, 100 ºC Serie invierno SAE 0W SAE 5W SAE 10W SAE 15W SAE 20W SAE 25W

Serie normal SAE 20 SAE 30 SAE 40 SAE 50

Para igual tª Más fluido

Más viscoso 23

Aceites para motor: monogrado y multigrado • Aceites monogrado: solo cubrían un grado de la escala SAE • Aceites multigrado: para responder en frío y en caliente • En los aceites multigrado se expresa en primer lugar el nº que hace referencia a la viscosidad en frío, seguido de W y después de un segundo nº que indica la viscosidad a alta temperatura, p.e: un SAE 10W40 (para bajas tª se comporta como un SAE 10W y para altas tª como un SAE 40)

Aceites monogrado y multigrado

Mejor que el aceite sea viscoso

Mejor que el aceite sea fluido

NOTA: Otra escala de viscosidad es la ISO (mide la viscosidad a 40ºC). Establece 14 grupos, de los cuales nos interesan 7, (ISO22, ISO32, ISO46, ISO68, ISO100, ISO150 e ISO220)

24

Calidad del aceite para motores según Norma API • Es la clasificación más utilizada • La eficacia de los aceites se evalúa en ensayos en bancos de prueba con motores de gasolina y diesel • Un mismo aceite puede utilizarse para motores gasolina y diesel teniendo especificaciones diferentes Motores Motores Servicios Gasolina (Sx) Diesel (Cx) ligeros SF CC CD SG CE SH CF4 SJ con carga CH4 fuerte Nota: Otra Norma de calidad es ACEA: norma europea menos extendida • Gasolina: (de menor a mayor calidad) A1, A2 y A3 • Diesel: (de menor a mayor calidad) B1, B2, B3 y B4

25

Aceite para transmisiones mecánicas (engranajes) Se utiliza para cajas de cambios y diferenciales Se diferencia del aceite del motor por: • No se contamina y degrada al no estar en contacto con los residuos de la combustión • Ha de soportar grandes presiones entre los engranajes sin romper la película de aceite Medida de la viscosidad: Escala SAE Los aceites para transmisiones se unifican en 7 grupos, agrupados en dos series: Serie invierno SAE 70W SAE 75W SAE 80W SAE 85W

Serie normal SAE 90 SAE 140 SAE 250

También la viscosidad aumenta con la escala SAE Se pueden encontrar aceites monogrado y multigrado

26

Aceite para transmisiones mecánicas (engranajes) Medida de la calidad: Norma API • Para aceite de transmisiones la Norma API establece 6 grupos identificados con las letras GL (gear lubricant) seguido de un nº del 1 al 6 • Al aumentar el nº aumentan las prestaciones • Para uso agrícola se emplean GL4 ó GL5 • Por ejemplo un aceite de uso agrícola sería SAE90, GL4

27

Aceite para sistemas hidráulicos Se utiliza para el sistema hidráulico del tractor y de los aperos Medida de la viscosidad: Escala ISO (International Estándar Organization) La escala ISO mide la viscosidad a 40ºC. Establece 14 grupos, de los cuales nos interesan los 7 siguientes:

Más utilizados 32, 46 y 68

ISO 22 32 46 68 100 150 220

SAE transmisiones SAE motor 75 W 10 W 75 W 10 W 75 W 15W, 20W, 20 80 W 20W, 20 85 W 25W, 30 90 40 90 50

Medida de la calidad: Norma AFNOR (Association Francaise de Normalisation) Grado AFNOR HH HL HM HV

Tipo de aceite Aceite mineral puro HH + aditivo anticorrosión y antioxidante HL + aditivo antidesgaste HM + mejorador del índice de viscosidad

Aquí nomenclatura distinta, primero eficacia y después viscosidad, P.e. HV68 28

Aceites polivalentes (universales) • La lubricación de los distintos órganos del tractor requieren aceites con cualidades específicas, lo que dificulta el mantenimiento • Algunos fabricantes ofrecen los llamados aceites polivalentes o multifuncionales • Solucionan problemas de almacenamiento y costo • Existen diferentes grupos: • “THF” (Transmisión Hidráulico Frenos) • “UTTF” (Universal Tractor Transmission Fluid) Para los tres usos • “STOU” (Super Tractor Oil Universal) • Estos aceites cumplen todas y cada una de las especificaciones de los órganos a los que van destinados Algunos fabricantes tienen su propia normativa, p.e. aceite para hidráulicos: John Deere (J14B, J20A); Massey Fergusson (M1135, M1129A), Ford (M2C 86B, M2C 159B) 29

Grasas • Es el lubricante sólido, que se utiliza donde no puede usarse aceite • No debe sufrir cambios de estado con la temperatura • Además de lubricar debe protege del polvo Características de las grasas: • consistencia: capacidad de soportar presión, depende de su fluidez • punto de goteo: temperatura a la que la grasa se vuelve líquida escurre de su alojamiento • la base de una grasa suele ser un jabón alcalino terreo, pero cuando se necesita que resista altas temperaturas se emplea litio, y para resistir hª calcio Clasifican de las grasas por su consistencia • escala NLGI (National Lubricating Grease Institute) basada en ensayos de consistencia. La escala va de 0 (semifluida) a 6 (durisima) 30

3.2. Sistema de engrase

• reducir la fricción entre piezas • absorber y disipar el calor • arrastrar suciedad del motor

Elementos • Carter • Bomba • Filtro • Manómetro

https://www.youtube.com/watch?v=Xj1m71MGpEQ

Elementos del sistema de engrase: bomba

• Lo forman dos engranajes, uno motriz y otro arrastrado • El rto. volumétrico alcanza el 93% • Debe trabajar a velocidades elevadas • Aguanta bien fluidos contaminados • Son muy ruidosas, aunque económicas y de fácil mantenimiento 32

Elementos del sistema de engrase: filtro • • • •

Su misión es eliminar los contaminantes que arrastra el aceite Se suelen colocar tanto a la entrada como a la salida del depósito A la salida del depósito se pone una malla poco tupida para no provocar cavitación en la bomba A la entrada del depósito se pone una malla muy tupida para recoger las partículas más finas y limpiar el circuito

33

4. Sistemas de refrigeración Mantener el motor a tª de régimen eliminando el exceso de tª

Tipos de sistemas de refrigeración: • por aire • por agua 34

Sistema de refrigeración por aire La aletas de refrigeración aumentan la superficie de contacto

Sistema de refrigeración por aire

35

Sistema de refrigeración por agua Elementos: • radiador • depósito • bomba de agua • termostato

https://www.youtube.com/watch?v=nT7pTKSnIm0

5. Sistema eléctrico 5.1. Componentes del sistema eléctrico en vehículos con MEC Función: • arrancar el motor • alumbrado de señalización del vehículo • señalización de las maniobras

Partes de que consta el sistema eléctrico en vehículos con MEC (diesel): • alternador ó dimano • batería • motor de arranque • sistema de alumbrado y señalización

37

Alternador Función: generar energía eléctrica a partir del movimiento del motor, y que se almacena en la batería

Al girar genera en su interior una corriente alterna mediante inducción electromagnética; 38 para girar, el alternador va conectado al motor a través de la correa de servicios.

Motor de arranque

Motor de arranque conectado

Motor de arranque desconectado

https://www.youtube.com/watch?v=Biqv3aDddx8 39

5. Sistema eléctrico 5.2. Componentes del sistema eléctrico en vehículos con MEP Función: • arrancar el motor • provocar el encendido de la gasolina • alumbrado de señalización del vehículo • señalización de las maniobras Partes de que consta el sistema eléctrico en vehículos con MEP (gasolina): • alternador ó dimano • batería • motor de arranque • sistema de encendido (electrónico ó delco) • sistema de alumbrado y señalización

40

Sistema de encendido por delco en MEP

condensador

delco

bobina (20.000 V)

Batería (12 V)

bujías 41

Funcionamiento del circuito de encendido por delco

42

Bibliografía 

Arnal P., Laguna A. 2000. Tractores y motores agrícolas. Ed. MundiPrensa. Madrid

43...