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Motores
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UNIDAD III
3.1.- CARBURACIÓN
3.2.- INYECCIÓN
3.3.- SOBREALIMENTACIÓN
3.1. CARBURACIÓN
FUNCIÓN. - La carburación tiene por objeto preparar la mezcla combustible de aire con
gasolina pulverizada (combinación de un gas con un líquido), en proporción adecuada para que su
inflamación por medio de una chispa resulte de combustión tan rápida que parezca casi instantánea.
Sabemos que el motor de combustión interna alternativo (M.C.I.A.) para funcionar necesita de
un combustible o fluido activo el cual puede ser gasolina o diesel. Para un motor que utiliza gasolina
como fluido activo necesita un sistema de alimentación (Figura. 3.1) el cual se compone de:
1.-Depósito de gasolina.
2.-Bomba de gasolina.
3.-Filtro.
4.-Tuberías.
5.-Carburador.
Este sistema comprende al conjunto de elementos citados, los cuales tienen la finalidad de
proporcionar la mezcla adecuada para el buen funcionamiento del motor. La primera parte de esta
unidad consiste en el estudio del carburador y todo lo relacionado con el. La segunda parte se refiere
al sistema de inyección de combustible, que es el sistema de alimentación con el que todos los
motores modernos son equipados.
Puesto que el motor está sometido a regímenes variables, esto influye para que la
mezcla este variando continuamente dando lugar a que se desarrollen diferentes presiones al
interior del cilindro (las cuales se aplican en la parte superior del pistón). Las variaciones de
mezcla son debidas a la influencia de las diferentes leyes físicas que se aplican de modo
diferente en la aceleración sobre un gas que sobre un líquido, por lo cual su relación se
descompensa entre uno y otro.
Lo anterior produce mezclas ricas y mezclas pobres, con los siguientes desequilibrios y
trastornos del motor. Sin embargo, los fabricantes de carburadores han resuelto de modo
aceptable esta descompensación por medio de una serie de sistemas de automaticidad y
auxiliares, los cuales se describirán más adelante.
Características de la gasolina:
1.- Arranque fácil. Para lograr un arranque fácilmente estando el motor en frío, la
gasolina debe ser muy volátil, de modo que se vaporice deprisa a baja temperatura.
Aditivos a la gasolina:
Realizados por el Ing. Salvador Caudillo González
Profesor de la Academia de Térmica 3
FUNDAMENTOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
UNIDAD 1 ANÁLISIS PARAMÉTRICO DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVO
invertido o antagonista
EL CARBURADOR (Figura 3.2).- Está diseñado para producir una fina niebla, formada
por gasolina y aire en la proporción adecuada, que debido a la chispa de la bujía
combustiona en el interior del cilindro. Los carburadores basan su funcionamiento en un
dispositivo denominado "tubo de venturi”.
El tubo venturi. Es un tubo o pasaje, como se muestra en la figura 3.3 y 3.4 que es
más angosto en su parte central de tal manera que el área a través de la cual el aire debe
pasar disminuye de manera considerable. Puesto que la misma cantidad de aire debe pasar
a través de todos los puntos en el tubo, su velocidad aumentara grandemente en su punto
más angosto y entre más reducida sea esta área, mayor será la velocidad del aire y en forma
proporcional se aumentara la succión.
Figura 3.6. Líquido aspirado por la corriente de aire. Figura 3.7. Difusor vertical descendente
Cada pequeña gota está completamente rodeada de aire, por lo cual su vaporización
se hará con rapidez y ocurre casi instantáneamente. Para que la mezcla (aire-gasolina)
pueda inflamarse y quemar convenientemente, es necesario que la gasolina este
perfectamente vaporizada, lo cual se consigue con:
Una fuerte depresión.
Una intensa pulverización.
Un calentamiento de la mezcla.
Si en las pruebas realizadas en el banco se hace variar la velocidad del motor con la abertura
de la válvula de mariposa del acelerador, se obtienen otras curvas del par motor en función
de la dosificación, similares a la figura 3.7, las cuales se muestran en la figura 3.10
Fig.3.10. Variación del par motor en función de la dosificación para diferentes rpm, M. Lugar de los puntos de
máximo rendimiento
combustión. El exceso de oxígeno, la falta de carburante atomizado hace que la pme del
embolo disminuya y en consecuencia la potencia del motor.
MEZCLAS RICAS.- Este tipo de mezclas, son todo lo contrario, es decir, la proporción
de gasolina es mayor a la del aire y están comprendidas entre 1/8 y 1/12.
El grado óptimo oscila entre 12 y 15 partes del aire por una de gasolina, dentro de esta
gama se encuentran las mezclas que en el motor producen la PRESIÓN MEDIA EFECTIVA
(pme) más elevada, según el régimen de revoluciones a que se halla sometido el motor, ya
que los motores muy revolucionados y con altas relaciones de compresión tienden a hallar
más propia la mezcla de 13 o 12 partes de aire por una de gasolina, debido a que estas
mezclas posee una mayor rapidez de combustión.
Por esta razón para motores que giran a alta velocidad se prefieren las mezclas ricas. Es
obligación de los fabricantes de carburadores y de hecho ha sido su preocupación más
apremiante, poder cambiar eficientemente las tres mezclas siguientes:
1.- Flotador. La constancia del nivel se consigue con un flotador que abre y cierra el
orificio de entrada de la gasolina mediante una válvula de aguja.
cilindros mezclado con aire. También la velocidad máxima dentro de la sección estrangulada
debe estar comprendida dentro de unos límites muy concretos, por lo general entre 100 y
300 m/s.
5.- Cuba de nivel constante.-es el depósito de gasolina que llega del tanque de
combustible, cuyo nivel es controlado por el flotador y ajuga de control que obtura la llegada
del combustible
Tal nivel debe quedar aproximadamente un 1/16 pulgada (1.59 mm) más abajo del
orificio de la parte superior de la esprea o boquilla de descarga.
Por lo tanto un carburador para cumplir debidamente con su cometido debe reunir las
siguientes características:
Por lo anterior los carburadores modernos están previstos de varios sistemas que
dan solución a los problemas citados, dichos sistemas son:
1. Surtidor en derivación.
2. Surtidor compensador.
3. Surtidor sumergido.
4. Aire secundario.
5. Dispositivo de emulsión.
1. Marcha en vació.
2. Acompañamiento de la marcha en vació.
3. Bomba de Aceleración.
4. Arranque en frío.
En los motores modernos para corregir que la mezcla sea rica o pobre cuando se
necesite para obtener del motor la potencia requerida, estos defectos de mezcla más rica
(cuando se necesita) y mezcla pobre, se corrigen automáticamente en los carburadores
modernos con el juego combinado de varios surtidores, bomba de aceleración y
economizadores, justificando el que se llamen "automáticos". Además llevan todos un
dispositivo que permite al motor girar en vacío o ralentí cuando la mariposa está cerrada, sin
pisarse el acelerador.
Para corregir la tendencia al enriquecimiento de la mezcla cuando aumenta la velocidad
del motor, se emplea el método de COMPENSACIÓN. En vez de mandar la gasolina
directamente al surtidor S se intercala un pozo P anteponiendo (figura.3.13) un calibre C más
pequeño y sumergido, la reacción de los cilindros va gastando no solo la gasolina que pasa
por C, sino también la almacenada en el pozo P, y cuando aumenta la velocidad y aspiración
de motor que tendía a enriquecer la mezcla se gasta el combustible del pozo y solamente
pasa la que permite el calibre C, que es menos y además empobrecida por el aire que entra
por la parte alta del pozo (figura.3.14
En vez de dos calibres para gasolina y dos surtidores, puede usarse sólo uno, si el
calibre compensador de gasolina se sustituye por otro en la parte alta del pozo para graduar
el aire que puede entrar por él; es como si en la figura se tapase el pozo para que en vez de
entrar libremente el aire, que al emulsionarse con la gasolina de C empobrece demasiado la
mezcla aspirada, solo pudiera pasar aire en la cantidad justa para mantener constante la
riqueza. Este es, precisamente el esquema de los carburadores Solex, Stromberg, Holley e
Irz (figura.3.16); el pozo calibrado A para el aire se llama SOPLADOR, y suele estar
organizado en forma de aumentar el número de sus agujeros a medida que baja el nivel de
gasolina en el pozo.
Figura.3.15. Combinación Zenith de surtidor S Figura 3.16 Sistema compensador con soplador A
y compensador C con pozo abierto. en pozo cerrado.
RALENTÍ.- En las figuras 3.15 y 3.16 se representa también el artificio usado para
mantener el motor en ralentí, pedal acelerador suelto, o sea, con la mariposa M cerrada.
La aspiración de los cilindros se ejerce sobre el orificio R, por el que sale la emulsión de
gasolina sorbida del pozo por el conducto T, y que se mezcla con más aire que pasa por los
bornes de la mariposa M. En el conducto T hay un calibre llamado de ralentí, y una primera
entrada regulable con un tornillo. Con la disposición explicada de surtidores, pozo y
compensador, está prácticamente organizado el carburador para dar mezcla de riqueza
uniforme, cualquiera que sea el régimen de marcha del motor.
pistón aspira gasolina de la cuba por m, quedando cargado el cuerpo de la bomba B para
otra vez que se acelere. La bomba también puede accionarse con el vacío de la aspiración.
El conducto de este último tiene una válvula V mandada por la membrana N con
resorte F que tiende a mantenerla abierta; cuando la mariposa M está casi cerrada y el vacío
que llega por K es grande, tira de la membrana venciendo al muelle F, y se cierra la válvula
V, con lo que disminuye el suministro de gasolina y se empobrece la mezcla. En los
carburadores Cárter se efectúa sobre el flujo de gasolina mediante una aguja que obstruye
más o menos el calibre de paso al surtidor.
El carburador trabaja mediante unos circuitos que le permiten, por ejemplo, encender más
fácil el motor cuando se encuentra frio.
En este carburador se tienen dos surtidores: uno principal que corresponde al simple
surtidor del carburador elemental cuyo caudal es proporcional a la depresión existente en el
difusor, y otro secundario, compensador que está en comunicación con la atmósfera a través
de un pozo o chimenea; este posee un caudal independiente de la depresión del difusor y por
ende del régimen del motor y es función solamente de la presión hidrostática ( altura del
carburador sobre la boca de salida) de la gasolina de la cuba
Esta succión también succiona aire a través de la sangría de aire de marcha mínima
que se combina con la gasolina para ayudar a vaporizarla y atomizarla a medida que pasa a
través del paso de marcha mínima. Esta mezcla de aire y combustible que sale de la
descarga de marcha mínima se combina con la corriente de aire que se escapa más allá del
acelerador para producir la mezcla corriente.
dará por resultado que el aire se precipite adelantándose a las partículas de gasolina y la
proporción de aire y gasolina será mayor hasta que haya vencido la inercia y las partículas
de gasolina hayan tenido tiempo a responder por completo al aumento de succión.
La entrada de marcha mínima está hecha en una variedad de formas de ranuras de tal
manera que, a medida que la válvula del acelerador se abre, no solo permite que pase mas
aire a través de ella, sino que también descubre una mayor fricción de la entrada de la
marcha mínima, permitiendo que una mayor cantidad de la mezcla de gasolina y de aire
entre a la garganta del carburador desde el paso de la mezcla de marcha mínima.
Este circuito tiene una válvula de paso variable operada por medio del acelerador y un
venturi triple. En este diseño la boquilla o esprea principal descarga el combustible a un
ángulo hacia arriba dentro del venturi primario y en contra de la corriente del aire entrante. El
combustible, atomizado en el venturi primario, se mantiene localizado en forma central en la
corriente de aire por medio del recubrimiento de aire que lo rodea y que pasa dentro del
venturi secundario y nuevamente hasta dentro del venturi principal, lo que ofrece protección
para que el combustible no entre en contacto con las paredes del carburador.
La gasolina llega a la cuba por F y pasa por dicho calibre C (con la aguja G) al surtidor
S que asoma al más estrecho de los tres difusores 1,2,3, este último formado en el tubo de
admisión, y los 1 y 2 soportados por el brazo B, el luego de los tres canaliza y acelera la
corriente de aire que entra por A y pasa por abajo, ya carburada, a los cilindros.
A medida que se abre la mariposa, la emulsión que viene por N sale también por L,
mezclándose con el aire que pasa por los bordes de M cada vez en mayor cantidad. Pero
este aire, al circular por el difusor I, provoca una depresión, cada vez más fuerte; comienza a
sorberse gasolina de s que se pulveriza y mezcla en el triple venturi. La cantidad de gasolina
viene impuesta por el paso que le permite la aguja afilada G en el calibre C, de modo que
estando la mariposa M abierta del todo la aguja esta alta y deja pasar, en cada momento, la
cantidad de gasolina que requiere el aire aspirado por el motor, manteniendo constante la
riqueza de la mezcla. El mando de la mariposa M (desde el pedal acelerador) es solidario por
la palanca P del de la aguja G y también el de la bomba, que no se dibuja en la figura 2.48
por no complicarla.
Figura 3.32
. Carburador <<Cárter>>.
Cuando se agota la gasolina del pozo, sólo pasa a los cilindros la que deja el calibre I2
(marca económico). Mientras la depresión es apreciable, el vació que desde el orificio 1 llega
por el conducto 3 al pistón 7 mantiene a éste levantando venciendo al débil resorte 9; por si,
por estar J abierta a fondo y marchar despacio el motor, la depresión pequeña (lo que ocurre
al pisar el acelerador pidiendo la máxima fuerza al motor), entonces no existe vacío que
retenga al émbolo 7, su resorte 9 tira del vástago que pisa y abre la válvula 10, y un
suplemento de gasolina pasa por II a sumarse al económico del calibre 12, con lo que la
mezcla se enriquece para dar mayor potencia.
CARBURADOR ZENITH (Figura 3.34).- Los modelos modernos de Zenith son los de
tiro descendente, Las características fundamentales son:
1°, Surtidor único en forma de pico o boquilla P, al que confluyen la gasolina que viene
de la cuba por el calibre principal S y la del compensador C, pozos X y Z y bomba de
aceleración (sale por el pitorro W);
3°, pozo X cerrado, con soplador permanente de aire H y otro mayor J descubierto por
el pistón economizador E: cuando la mariposa de gases M esta casi cerrada, el fuerte vacío
del colector de admisión se comunica por 7 y conducto 8 a la parte superior del émbolo E,
que se levanta venciendo al resorte que lo aplica hacia abajo y descubre el paso grande de
aire J, y
4°, sistema equilibrado o antipercolador, pues la cuba y el pozo por K, y la toma de aire
del ralentí por L, comunican con la entrada general de aire en vez de con la atmósfera
exterior. Los modelos de la serie V-30 no suelen estar equilibrados.
Por las características 1° y 3° de surtidor único y soplador de aire, se ve que los modernos
Zenith tienden a unificarse, en su funcionamiento, con otras marcas también muy extendidas
(Stromberg, Holley, Solex), aunque difieran en la organización práctica interna.
El nivel sigue bajando, y como el pozo se vacía por Q más deprisa de lo que puede
llenarlo C, llega un momento en que por los agujeros de Z solamente sale aire, y por Q una
emulsión de gasolina de C con aire que viene por H y X. Si la succión es muy fuerte en el
colector (mariposa a medios gases y gran velocidad del motor), el vacío que pasa por 7
Figura 3.35.Carburador de
cuatro gargantas, vista superior.
El aire aspirado por el motor contiene polvo en suspensión, que debe ser eliminado
para evitar que al mezclarse con el aceite de lubricación forme una especie de pasta de
esmeril y desgaste las paredes de los cilindros, asientos de válvulas, etc. Se ha comprobado
que los filtros corrientes de aire reducen el desgaste de los cilindros en un 35%; los de papel,
bastante más. Todos se colocan en la boca de la tubería de admisión, antes del carburador,
y están basados en someter el aire a un movimiento de giro o cambio de dirección que
separa el polvo por fuerza centrífuga (depuración), y luego se le hace pasar por una materia
que retiene las más finas impurezas que van en suspensión (filtrado). Los filtros son de tres
tipos: húmedos, con baño de aceite y de papel.
FILTRO CON MALLA METÁLICA (Figura 3.36).- Consiste en hacer pasar el aire, a
través de la esponja metálica (generalmente virutas de cobre contenidas en una malla) que
previamente se ha sumergido y escurrido en aceite. La cámara actúa como silenciador de
entrada, y el aire sigue al carburador. Los cambios de dirección y, sobre todo, el paso a
través de la esponja, despojan al aire de un 50 a 60% del polvo. La esponja puede ser de
poliuretano (parecida a la de caucho fino); pero, en todo caso, el filtrado no es bueno y este
sistema se considera anticuado. El filtro debe lavarse en petróleo y volverlo a bañar en aceite
limpio cada 5000 a 10000 Km, según el ambiente más o menos polvoriento donde trabaje el
vehículo.
En el filtro con baño de aceite (figura 3.37) el aire entra por la abertura periférica, baja
y al pasar por el estrechamiento en forma de Venturi aumenta su velocidad, con lo que las
partículas sólidas más pesadas son proyectadas sobre el aceite de la bandeja. Al pasar el
aire, remueve y recoge gotas de este aceite, y al subir atraviesa la masa esponjosa de
virutas metálicas, en la que se quedan el aceite y el polvillo más fino y ayudados además
porque al ensancharse el paso disminuye la velocidad y el polvo es fácilmente retenido.
La cámara G debajo de la bandeja C, así como el tubo que en ella rodea a F, sirven
para amortiguar las pulsaciones de aire producidas por la aspiración intermitente de los
cilindros, y apagar las ondas sonoras, de modo que el aparato es a la vez silenciador en
ambos sentidos. Este tipo de filtro debe desmontarse cada 8,000 o 10,000 Km. Para lavar en
gasolina o petróleo la bandeja y reponer en este aceite limpio (del tipo para el motor). No
hace falta aceitar la esponja, porque ya lo hace el aire entrante al pasar cargado con gotas
de aceite recogidas en C, además del salpicado que causa el traqueteo de la marcha. El
rendimiento oscila entre el 85 y el 90 %, bastante mejor que el de simple esponja aceitosa.
El aire deja sus impurezas en la superficie externa del acordeón. Cada 5000 a 8000 Km,
según el ambiente de trabajo, se quita la tapa para extraer el plisado de papel (que está
sujeto arriba y abajo por los aros blandos dibujados) y se cambia.
Todos los filtros, a la vez que depuran el aire silencian su entrada. Para poder rebajar la
altura del capó, en vez de colocar el filtro encima del carburador descendente, se sitúa
inclinado a un costado, los requisitos esenciales de un filtro, para el aire son:
Figura 3.39.-
ELECCION DE UN CARBURADOR
Dc = 0.82 CuN mm
Ejemplo 1.- Se desea conocer que carburador corresponderá a un motor, con los datos
siguientes: N= 4500 R.P.M., Cu=350 cm3., n= 4 cilindros. Aplicamos:
Dc=0.82 CuN
4500
350
Dc=0.82 1000 =32.54 mm
Para motores de 6 cilindros se emplea la formula:
Dc= CuN mm
Dc=1.15 CuN mm
Ejemplo 2.- ¿Cuál será el diámetro del carburador para un motor Dodge de 6 cilindros que
gira a 4000 R.P.M. y que tiene un desplazamiento unitario de 628 c.c.?
Datos: con la fórmula: Dc= CuN mm
4000
N = 1000 R.P.M.
Dc= 6281000 mm = 50 mm
4000
Cu=628 c.c.
n = 6 cilindros
Para los motores sobrealimentados (con turbocompresor), cuando el cuerpo del carburador
está sometido a un compresor, se emplea la fórmula:
H
Dc= 0.41 CNn 716 mm
La cual es empleada para motores de 4 ó más cilindros sobrealimentados.
Donde H es la presión de alimentación absoluta a la salida del compresor.
Ejemplo 3.- ¿Cuál será el Dc para un motor de 1800 cm3 de cilindrada total de 6 cilindros,
que gira a 7000 R.P.M. El motor se halla alimentado por un compresor que le proporciona
una sobrepresión de 400 mmHg. Determinar el Dc que le corresponde.
Datos Fórmula
Dc=0.41 3007 6 760 mm
7000 1160
N= 1000 =7
1800
Cu= 6 =300 c.c
H=760 + 400 =1160 mmHg. Dc=57 mm
n =6
Pabs= Patm+ Pman
Los datos que se obtienen de estas fórmulas, no significan que nos den una gran exactitud,
pero son de referencia.
Una vez que se ha determinado su valor, se prueban en carretera, comprobando
escrupulosamente cual es el que nos proporciona la velocidad máxima. El diámetro calculado
puede ser un poco mayor o menor al determinado. Generalmente se decide por el difusor de
menor diámetro, su elección resulta mucho más fácil si se realizan las pruebas en un banco
dinamométrico.
El valor del diámetro del surtidor principal se establece como 5 veces el valor del diámetro
del difusor y su resultado se expresa en centésimas de milímetro y ese será el valor del
diámetro del surtidor principal.
Ejemplo 5 - Determinar el Dsp para el diámetro del difusor cuyo valor fue de 21 mm.
Datos Dsp = 5D d
= 5 ( 21 mm)
Dd = 21 mm = 105100 mm
= 1.05 mm
Este valor nos sirve de referencia o punto de partida. Realmente se probará el carburador
con valores mayores o menores que 1.05 mm.
Como en el caso de la elección del Dd (máxima velocidad, con mínimo consumo), cabe
hacer mención que en el correcto reglaje del difusor y del surtidor principal, antes se debe
tener un exacto punto o puesta del encendido así como la correcta calibración de los
electrodos de las bujías, ya que un mal ajuste nos dará errores que afectarán la decisión de
la elección correcta del carburador.
Conclusión. - Cambiando el difusor con medidas cada vez más pequeñas, hasta encontrar
la óptima, después, cambiando el surtidor hasta llegar a su mínimo valor, pero que nos
proporcione la velocidad máxima.
Todo lo anterior es un trabajo que debe realizar la casa que los fabrica, según la marca del
carburador. Otra forma de calcular el diámetro del venturi de un carburador es tomando en
cuenta la relación aire/combustible (A/C) y por medio de tablas
Otra forma de determinar el valor del diámetro del surtidor principal, es considerando la
velocidad del aire en la garganta del difusor, lo cual se muestra a continuación y como
existen diferentes velocidades y diferentes cotas de funcionamiento ya existen tablas por
medio de las cuales se conocen más rápidamente los valores para calcular dicho diámetro.
2
d
A/C =2.58 df d= Φ venturí, df= Φ del orificio del combustible inyector
Datos
2
d
(vacío) ΔH= 86.36 cm de H2O A/C =2.58 df
A/C = 12:1
d = 3.1745 cm
Ψ=? Para 86.36
Interpolando
ΔH Ψ
76.20 -------------------- 0.015799
86.36 -------------------- x
88.90 -------------------- 0.015684
Aplicamos
2
d
A/C =2.58 df d= Φ venturí, df= Φ del orificio del combustible inyector
2
3.175
0.015707
12=2.58 df
12 (3.175) 2
2.58(0.015707) df 2
(83.175) 2 2.58(0.015707)
df= 12
1 2 3
INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE
Los sistemas de inyección electrónica presentan dos ventajas sobre el sistema mecánico:
Estas ventajas resultan evidentes en el sistema electrónico Bosch (Figura 3.36) uno de
los más populares, que además funciona a presiones de combustible más bajas que las
mecánicas (1.75 a 2.1 Kg/cm2). Dispone de una bomba eléctrica que aspira del depósito más
gasolina de la que se necesita inyectar. El sobrante vuelve al depósito a través de un
regulador de presión, que evita que se formen bolsas de aire y de vapor de gasolina.
sensores,
circuitos integrales,
resistores,
termómetros,etc.
La computadora a su vez activa los solenoides del inyector para abrir o cerrar las
válvulas. La duración de la apertura de las válvulas depende de las condiciones del motor y
generalmente están entre 8 y 12 milisegundos (milésimas de segundo).
DESVENTAJAS de la inyección
En resumen, un sistema de inyección electrónica de gasolina está constituido por tres partes
bien diferenciadas:
El circuito de combustible: Su cometido es la alimentación a los inyectores, la
regulación de la presión del combustible y su filtrado.
Sensores, sondas y medidores: Detectan los parámetros del motor, que
determinan las necesidades de carburante en cada momento.
Microprocesador o unidad de control electrónico (ECU): Elabora las señales
eléctricas de los sensores, calcula las necesidades de combustible y emite
finalmente los necesarios impulsos eléctricos para hacer actuar a los inyectores.
5 • Válvula de inyección
6 • Electroválvula de arranque
Los carburadores en los aeroplanos están propensos a congelarse durante los cambios
de altitud, limitando la potencia disponible; mientras que eso no le sucede a la inyección de
combustible. Las tazas del carburador están propensas a derramarse y a causar fuego
durante cualquier cosa que no sea vuelo normal, nivelado y controlado; mientras que no
sucede así con la inyección de combustible.
3.3- SOBREALIMENTACIÓN
En aviación, se puede establecer que a partir de los 5,400m de altura, el del motor
disminuye por falta de presión atmosférica, hasta en un 50% con respecto al nivel del mar
(N.M.). La solución a este problema fue la adaptación de sobrealimentadores. Posteriormente
se aplicaron en la automoción, en especial en los motores de competición.
Par motor: representa la capacidad del motor para producir trabajo. Es el momento
de torsión de un motor.
Dos son los tipos fundamentales de compresores de aire con los cuales se obtiene
generalmente la sobrealimentación:
HISTORIA.- En los primeros años del automóvil la forma de conseguir más potencia
fue relativamente sencilla: si se querían más caballos se aumentaba la cilindrada, bien
empleando pistones de mayor tamaño o bien aumentando el número de cilindros. Este tipo
de solución no presentaba problemas graves en vehículos de uso normal, pero en
competición pronto se demostró que no era la solución ideal.
La toma del movimiento desde el motor se hace en los casos más simples mediante un
acoplamiento de correa o normalmente con una serie de engranes. El compresor de lóbulos
mas difundido es el tipo Roots (figura. 3.1). Está compuesto en su realización más simple por
dos rotores de dos lóbulos que tienen una sección parecida a un ocho; los rotores están
unidos a los engranajes y giran a la misma velocidad y en sentido contrario.
Los compresores de paletas (figura. 3.1), (Soller, cozette, etc.) permiten alcanzar
relaciones de compresión elevadas (hasta 3 : 1) con rendimiento adiabático de 0.4–0.5 y en
algunos casos de 0.6.
La figura 3.3 ilustra la marcha de las presiones de alimentación suministradas por dos
compresores, uno volumétrico y otro centrifugo, aplicados al mismo motor.
VENTAJAS DE LA SOBREALIMENTACIÓN
4.- Obtener consumos específicos más bajos en comparación con los motores de aspiración
natural de igual potencia.
5.- Compensar, en caso de funcionamiento a cota elevada, el efecto de rarificación del aire.
5.- Su delicadeza
Se llama motor turbo cargado aquel que está equipado con un mecanismo llamado
TURBO COMPRESOR
construcción compacta
volumen de máquina reducido
seguridad de funcionamiento
carencia de desgaste
escasa cimentación
montaje sencillo
marcha exenta de vibraciones
regulación progresiva fácil
carencia de vibraciones en los conductos de gas
Obtención de elevadas potencias a partir de cilindradas reducidas
Reducción de peso y volumen
Funcionamiento silencioso
Ejemplo.- Si un motor produce 500 Hp al N.M. para desarrollar esta potencia requiere
de un consumo de 4300 pies3 de aire por hora, cuyo peso es de 3000lb, a una altura de 1000
pies los 4300 pies3 pasaran a 2460lb y a una altura de 10000 pies, esta cantidad de aire
pesara 1810lb.Ya que la potencia del motor depende de la capacidad de consumo de libras de
aire, a medida que el avión asciende la potencia del motor desciende, y a una altura de 15000
pies solo proporcionara aproximadamente una potencia de 250Hp en lugar de los 500Hp.
Existen dos tipos de clasificaciones para los turbocompresores, una de acuerdo a la
relación de presiones y la otra de acuerdo a su principio de funcionamiento. Así, podemos
clasificarlos en:
Luego que se produce la combustión, los gases del escape penetran en la caja donde se
encuentra la turbina, y aplican fuerza a los alabes de la misma. Esos gases son los que hacen
girar la turbina, debido al mismo principio de física que hace girar las aspas de un molino de
viento cuando este sopla. Los gases de escape actúan sobre el mismo centro de la turbina, y
después continúan su camino hacia el sistema convencional de escape. (Figura 3.4).
Esta presión positiva contenida en el múltiple de admisión aporta ciertos beneficios para
que el motor reciba un cierto incremento en las cámaras de combustión. Esto contribuye a que
desaparezca cualquier residuo de gas y se enfríen las cabezas de los cilindros, los pistones,
las válvulas, y en cierta medida, los gases de escape. El que la explosión de la mezcla de aire
y combustible resulte más limpia. Unido esto al efecto de enfriamiento del motor, son factores
que ayudan a prolongar la vida útil de cualquier motor. A medida que el turbocargador
comprime el aire, aumenta su temperatura. Es algo muy común, mientras que el motor está en
la etapa de impulso, la temperatura del compresor aumenta de 21°C (70°F), a 93.3°C (200°F).
El calor producido por la compresión tiene sus ventajas, pero también ciertas desventajas.
Mientras el incremento de la temperatura ayuda a una mayor vaporización de combustible,
también aumenta la tendencia a detonaciones por parte de bujías, la figura. 3.8, muestra dicho
funcionamiento.
Figura 3.9. Curva de comparación de un motor con aspiración normal y uno con turbocargador
sencilla forma de funcionamiento se logra gracias a la elevada tecnología y calidad del propio
turbocompresor.
Para dar una ligera idea basta decir que el régimen de giro del conjunto rotativo
turbina-compresor puede alcanzar hasta las 250.000 vueltas por minuto (rpm) y soportar
temperaturas de más de 1000ºC, donde los niveles de precisión en el ajuste equilibrado,
tolerancias, estanqueidad, etc. Son de extremo rigor.
Carburador aspirado: el carburador se monta antes del compresor por lo que en este caso lo
que se comprime es una mezcla de aire y gasolina.
SISTEMA INTERCOOLER
Al enfriar el aire disminuye la densidad de éste por lo que para el mismo volumen de los
cilindros se puede introducir mayor masa de aire y así mejorar el rendimiento del motor.
Una forma de hacer esto es utilizar una compuerta de salida. Este equipo no es más que
un diafragma, con una válvula regulada por la presión. Esta válvula permite a los gases hallar
otra salida, sin pasar por la rueda de la turbina, y fluir directamente al sistema de escape.
Cuando la presión en la tapa de impulso alcanza cierto nivel predeterminado, por ejemplo,
0.50 Kg/cm2 (7.2 psi), el diafragma que actúa como compuerta se mueve contra un resorte de
presión. A medida que el resorte se desplaza, va empujando a una varilla que es la encargada
de abrir la compuerta (ver figura 3.8)
En los turbo para motores de gasolina otra necesidad es el aumento de la fiabilidad a alta
temperatura. A plena carga se pueden pasar de 1000ºC en la turbina y el material más
habitual, denominado inconel, sufre cambios en su estructura a partir de esos grados. En el
futuro se usará acero austenítico inoxidable para la envolvente, costoso en la actualidad,
pero garantizado por su uso en competición.
COMPRESOR COMPREX.- El turbo del futuro, utiliza la energía transmitida, por contacto
directo, entre los gases de escape y los de admisión, mediante las ondas de presión y
depresión generadas en los procesos de admisión y escape. El Comprex resulta de un
tamaño bastante grande, y es accionado por el cigüeñal a través de una correa. Por ambas
razones las posibilidades para elegir ubicación son muy reducidas.
El sistema Comprex, al igual que los sistemas turbo, aprovecha la energía de los gases
de escape. Su principal ventaja es que responde con mayor rapidez a los cambios de carga
del motor, por lo que éste tendrá un comportamiento más alegre. Los principales
inconvenientes que presenta este sistema son:
Es una máquina dinámica de gas, en la cual se verifica un cambio de energía del gas de
escape al aire fresco por medio de ondas de presión. Este cambio tiene lugar en las celdas
del rotor, llamado también rodete celular, que debe ser accionado por el motor a través de
correas trapezoidales para la regulación y mantenimiento del proceso de la onda de presión.